DE102020108442A1

DE102020108442A1 - Batterieschale, Traktionsbatterie, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale

Info

Publication number: DE102020108442A1
Application number: DE102020108442.0A
Authority: DE
Inventors: Stefan Lenz; Georg Enkirch
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 2020-03-26
Filing date: 2020-03-26
Publication date: 2021-09-30
Also published as: EP4128431A1; CN115298891A; US20230103100A1; WO2021190791A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieschale, insbesondere eine Batterieschale für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei die Batterieschale eine semipermeable Membran aufweist, welche stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Batterieschale verbunden ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieschale, eine Traktionsbatterie, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale.
Eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für die Energiespeicherung in einem Kraftfahrzeug, besteht aus einer Vielzahl von Bauteilen. Einem Batteriegehäuse kommt dabei unter anderem die Aufgabe zu, Batteriemodule und weitere benötigte Komponenten zu befestigen und zu schützen.
Durch die Nutzung der Batterie und/oder die Umgebungsbedingungen und/oder eine Störung einer Batteriezelle und/oder extreme Betriebsbedingungen und/oder Volumenänderungen von in dem Batteriegehäuse verbauten Komponenten kann es Druckänderungen und damit verbunden zu Druckunterschieden zwischen dem von dem Batteriegehäuse umschlossenen Volumen und der Umgebung des Batteriegehäuses kommen.
Insbesondere können Druckänderungen durch Temperaturschwankungen hervorgerufen werden, insbesondere durch eine Änderung der Umgebungstemperatur und/oder der Temperatur im Inneren des Batteriegehäuses. Weiterhin können Druckänderungen durch Wetterveränderungen und/oder Änderungen der Höhe der Batterie über dem Meeresspiegel hervorgerufen werden. Auch eine Entgasung einer Batteriezelle, insbesondere als Reaktion auf eine thermische Überbelastung der Batterie, kann zu einer Druckänderung führen.
Zur Vermeidung von Gefahren für die Struktur des Batteriegehäuses durch eine auftretende Druckänderung, benötigt ein Batteriegehäuse eine Be- und Entlüftung, welche die Reduktion von Druckunterschieden durch auftretende Druckänderungen ermöglicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen. Insbesondere beschreibt die Erfindung eine technische Lösung für eine sichere, dauerhafte, dichte und kostengünstige Integration eines oder mehrerer Entlüftungselemente in ein Batteriegehäuse.
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Batterieschale, insbesondere eine Batterieschale einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale aus Kunststoff ausgeformt ist, wobei die Batterieschale eine semipermeable Membran aufweist, wobei die semipermeable Membran dazu eingerichtet ist, für einen gasförmigen Stoff durchlässig und für einen flüssigen Stoff undurchlässig zu sein, wobei die Batterieschale eine Aufnahmegeometrie für die semipermeable Membran aufweist, wobei die Aufnahmegeometrie eine Lüftungsöffnung aufweist, wobei die Aufnahmegeometrie zur Verbindung mit der semipermeablen Membran eingerichtet ist, wobei die semipermeable Membran stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Batterieschale verbunden ist.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein“, „zwei“ usw. im Regelfall als „mindestens“-Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein...“, „mindestens zwei ...“ usw., sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensichtlich oder technisch zwingend ist, dass dort nur „genau ein ...“, „genau zwei ...“ usw. gemeint sein können.
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere“ immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales, bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird. Der Ausdruck ist nicht als „und zwar“ und nicht als „nämlich“ zu verstehen.
Unter einer „Batterieschale“ wird ein Gehäusebestandteil einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, verstanden. Insbesondere ist eine Batterieschale zur Aufnahme von Komponenten einer Batterie eingerichtet, sodass diese durch die Batterieschale vor äußeren Einflüssen geschützt und/oder zumindest mittelbar befestigt werden können.
Vorzugsweise wird unter einer Batterieschale eine Batterieunterschale oder eine Batterieoberschale verstanden, wobei die Batterieunterschale im Unterschied zur Batterieoberschale Mittel zur Befestigung von Komponenten der Traktionsbatterie umfasst.
Unter einer „Traktionsbatterie“ wird ein Energiespeicher verstanden, insbesondere ein Energiespeicher für elektrischen Strom. Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zum Einbau in sowie zum Antrieb von Elektroautos geeignet. Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zur Nutzung in einem batterieelektrischen Kraftfahrzeug und/oder einem Kraftfahrzeug mit batterieelektrischem Antrieb und Verbrennungsmotor geeignet.
Unter einem „Kunststoff“ wird ein Werkstoff verstanden, der hauptsächlich aus Makromolekülen besteht.
Vorzugsweise ist ein Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff, wobei sich ein thermoplastischer Kunststoff in einem stoffabhängigen Temperaturbereich verformen lässt, wobei dieser Prozess reversibel ist und durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden kann.
Vorzugsweise wird unter einem Kunststoff ein Polyamid 6 verstanden. Besonders bevorzugt weist das Polyamid 6 eine Glasfaserverstärkung auf.
Unter einer „semipermeablen Membran“ wird eine teilweise durchlässige Wand verstanden, welche für Partikel mit einer Größe unterhalb einer membranabhängigen definierten Größe erlaubt die semipermeable Membran zu passieren, während Partikel mit einer Größe oberhalb dieser membranabhängigen definierten Größe die Membran nicht passieren können.
Vorzugsweise wird unter einer semipermeablen Membran eine Membran verstanden, welche einen Gasaustausch, insbesondere Luftaustausch, zulässt, während die Membran für Flüssigkeiten, insbesondere Wasser, zumindest bis zu einer membranabhängigen Druckdifferenz zwischen den beiden Oberflächen der Membran nicht durchlässig ist, insbesondere bis zu einer Druckdifferenz von 1,5 bar, bevorzugt bis zu einer Druckdifferenz von 2,0 bar, besonders bevorzugt bis zu einer Druckdifferenz von 3,0 bar.
Unter einem „gasförmigen Stoff“ oder einem Gas wird ein Stoff im gasförmigen Aggregatzustand verstanden. Vorzugsweise wird unter einem gasförmigen Stoff ein Gasgemisch verstanden, welches der Zusammensetzung von Luft entspricht oder der Zusammensetzung von Luft ähnelt.
Unter einem „flüssigen Stoff“ oder einer Flüssigkeit wird ein Stoff im flüssigen Aggregatzustand verstanden. Vorzugsweise wird unter einem flüssigen Stoff Wasser oder eine Stoffzusammensetzung die Wasser ähnelt verstanden.
Unter einer „Aufnahmegeometrie“ wird ein Bereich der Geometrie der Batterieschale verstanden, welcher zur Aufnahme einer oder mehrerer semipermeabler Membranen eingerichtet ist. Insbesondere weist die Aufnahmegeometrie einen Bereich auf, welcher zur stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung mit einer semipermeablen Membran eingerichtet ist. Weiterhin weist die Aufnahmegeometrie insbesondere eine oder mehrere Lüftungsöffnungen auf.
Vorzugsweise weist die Aufnahmegeometrie einen Schutzbereich auf, welcher dazu eingerichtet ist, die semipermeable Membran vor einer ungewollten Beschädigung durch etwaige auf die semipermeable Membran einwirkende Belastungen zu schützen, insbesondere vor von außen auf die Batterieschale etwaig einwirkenden Belastungen zu schützen. Derartige Belastungen können insbesondere durch Fremdkörper oder Flüssigkeiten hervorgerufen werden, die in Kontakt mit der Batterieschale gelangen können. Bei Fremdkörpern sei insbesondere auch an Steine oder verklumpte Verschmutzungen gedacht. Bei Flüssigkeiten sei insbesondere an Wasser oder eine Betriebsflüssigkeit eines Kraftfahrzeugs gedacht.
Bei einer „Lüftungsöffnung“ sei an eine Öffnung in der Aufnahmegeometrie gedacht, welche zur Belüftung und/oder Entlüftung zumindest einer Seite der semipermeablen Membran eingerichtet ist, sodass die semipermeable Membran das Gasvolumen innerhalb eines Batteriegehäuses, welches die Batterieschale aufweist, mit dem das Batteriegehäuse umgebenden Gasvolumen in Verbindung bringen kann, sodass ein Gasaustausch über die semipermeable Membran zwischen dem Gasvolumen innerhalb des Batteriegehäuses und dem das Batteriegehäuse umgebenden Gasvolumen stattfinden kann.
Unter einer „stoffschlüssigen Verbindung“ wird eine Verbindung von zwei Verbindungspartnern verstanden, bei der die beiden Verbindungspartner durch atomare oder molekulare Kräfte zusammengehalten werden.
Vorzugsweise ist eine durch Schweißen oder Kleben oder Vulkanisieren oder Löten bewirkte Verbindung eine stoffschlüssige Verbindung.
Unter einer „kraftschlüssigen Verbindung“ wird eine Verbindung von zwei Verbindungspartnern verstanden, bei der zwischen den Verbindungspartnern eine Normalkraft wirkt und die Relativbewegung der Verbindungspartner durch Haftreibung verhindert werden kann.
Unter einer „formschlüssigen Verbindung“ wird eine Verbindung von zwei Verbindungspartnern verstanden, bei der die Verbindungspartner ineinandergreifen oder die Verbindungspartner mittels zumindest eines weiteren Verbindungspartners mittelbar ineinandergreifen.
Im Stand der Technik sind unterschiedliche Ausführungen von Batterieschalen bekannt, welche ein Entlüftungselement, insbesondere eine semipermeable Membran, aufweisen.
Insbesondere finden sich im Stand der Technik Batterieschalen aus Kunststoff oder in Metall ausgeführte Batterieschalen, wobei Entlüftungselemente zur Flanschmontage und Entlüftungselemente zur Steckmontage bekannt sind.
Die vorbekannten Entlüftungselemente weisen neben einer semipermeablen Membran überwiegend zwischen 4 und 10 Bauteile auf und werden zumeist als gemeinsame Baugruppe mittels einer separaten Abdichtung, insbesondere in Form eines O-Ringes oder in Form einer Schnurdichtung, gegenüber der Batterieschale abgedichtet.
Vielfach weisen die Entlüftungselemente aus dem Stand der Technik ein separates das Entlüftungselement aufnehmendes Entlüftungselementgehäuse auf, welches aus Kupfer, Metall oder Kunststoff ausgeformt ist.
Im Stand der Technik sind somit Batterieschalen, insbesondere Batterieschalen für eine Traktionsbatterie, bekannt, welche designiert mittels einem formschlüssig mit der Batterieschale verbundenen Entlüftungselement belüftet und/oder entlüftet werden können.
Abweichend zum Stand der Technik wird hier eine Batterieschale vorgeschlagen, welche aus Kunststoff ausgeformt ist und als Belüftungselement und/oder Entlüftungselement eine semipermeable Membran aufweist, wobei die semipermeable Membran stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Batterieschale verbunden ist.
Vorzugsweise ist die semipermeable Membran dazu eingerichtet, für einen gasförmigen Stoff durchlässig und für einen flüssigen Stoff zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied undurchlässig zu sein.
Besonders bevorzugt ist die semipermeable Membran dazu eingerichtet, für ein Gasgemisch welches Luft entspricht oder Luft ähnelt durchlässig und für ein Stoffgemisch welches Wasser entspricht oder Wasser ähnelt zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied undurchlässig zu sein.
Besonders bevorzugt ist die semipermeable Membran dazu eingerichtet, für jeglichen gasförmigen Stoff durchlässig und für jeglichen flüssigen Stoff zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied undurchlässig zu sein.
Damit wird eine aus Kunststoff ausgeformte Batterieschale vorgeschlagen, welche eine semipermeable Membran aufweist, wobei die semipermeable Membran dazu eingerichtet ist, für einen gasförmigen Stoff durchlässig und für einen flüssigen Stoff zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied undurchlässig zu sein, wobei die semipermeable Membran stoffschlüssig oder kraftschlüssig und nicht formschlüssig mit der Batterieschale verbunden ist.
Die hier vorgeschlagene Batterieschale kann als ein Bestandteil eines Batteriegehäuses eingesetzt werden, sodass das Batteriegehäuse über die semipermeable Membran belüftet und entlüftet werden kann.
Ein Batteriegehäuse aufweisend eine Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung kann gegen das Eindringen von Flüssigkeiten, insbesondere gegen das Eindringen von Wasser, zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied geschützt werden, da die mit der Batterieschale verbundene semipermeable Membran dazu eingerichtet ist, für einen flüssigen Stoff zumindest bis zu einem kritischen Druckunterschied undurchlässig zu sein.
Vorzugsweise ist die Batterieschale zur Aufnahme von Komponenten einer Batterie eingerichtet, sodass diese durch die Batterieschale geschützt und/oder befestigt werden können. Besonders bevorzugt ist die Batterieschale aus einem Polyamid 6 oder einem glasfaserverstärkten Polyamid 6 ausgeformt, wodurch vorteilhaft eine besonders steife und robuste Batterieschale erreicht werden kann.
Vorzugsweise weist eine semipermeable Membran eine runde Querschnittsfläche auf.
Eine semipermeable Membran kann vorzugsweise auch eine längliche Erstreckung aufweisen, wobei unterschiedliche Formen für den Querschnitt der semipermeablen Membran denkbar sind, insbesondere eine elliptische Form oder eine Form, welche mittels einem Polygonzug gebildet werden kann, insbesondere eine quadratische Form, eine rechteckige Form. Weiterhin sei ebenfalls an eine Form der semipermeablen Membran gedacht, deren Grundform mit einem Polygonzug gebildet werden kann, wobei die Ecken des Polygonzugs abgerundet sein können.
Die hier vorgeschlagene Batterieschale kann eine oder vorzugsweise auch mehrere semipermeable Membranen aufweisen.
Durch die hier vorgeschlagene Gestaltung einer Batterieschale mit einer semipermeablen Membran, welche stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Batterieschale verbunden ist, kann vorteilhaft auf das im Stand der Technik bekannte Entlüftungselementgehäuse verzichtet werden, da die semipermeable Membran als Belüftungs- und Entlüftungselement unmittelbar mit der Batterieschale verbunden werden kann.
Weiterhin kann so vorteilhaft auf zusätzliche Dichtmaßnahmen verzichtet werden, da die semipermeable Membran mittels der stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung zur Batterieschale bereits vorteilhaft umlaufend mit dem Batteriegehäuse verbunden werden kann, sodass ein Stoffaustausch bei designierter Verwendung der Batterieschale zwischen dem von dem Batteriegehäuse umschlossenen Volumen und der Umgebung des Batteriegehäuses nur noch über die Membranfläche der semipermeablen Membran der Batterieschale erfolgen kann.
In Folge der stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbindung zwischen semipermeabler Membran und Batterieschale kann gegenüber dem Stand der Technik auch die Anzahl der benötigen Komponenten vorteilhaft reduziert werden, insbesondere werden bei der vorgeschlagenen Lösung kein separates Gehäuse, keine separate Abdichtung und keine zusätzlichen Verbindungselemente für die Funktionsintegration des Belüftungselements und/oder des Entlüftungselements benötigt.
Insgesamt können gegenüber dem Stand der Technik mit der hier vorgeschlagenen Lösung vorteilhaft ein geringeres Gesamtgewicht, ein geringerer Bauraumbedarf und geringere Gesamtkosten erreicht werden, wobei die Gesamtkosten insbesondere mittels der reduzierten Kosten für die benötigten Bauteile und dem günstigeren Herstellverfahren für die Batterieschale reduziert werden können.
Die hier vorgeschlagene Gestaltung der Batterieschale ermöglicht zudem vorteilhaft eine flexible Anpassungsfähigkeit bei einem standardisierten Design der Batterieschale. So kann insbesondere die Belüftungsleistung und/oder die Entlüftungsleistung beziehungsweise die Membranfläche der semipermeablen Membran applikationsspezifisch angepasst werden.
Vorzugsweise kann eine Anpassung der Membranfläche der semipermeablen Membran vorteilhaft ohne die Notwendigkeit zur Anpassung eines Werkzeuges zur Herstellung der Batterieschale erfolgen, insbesondere durch Erhöhung der Anzahl der mit der Batterieschale verbundenen semipermeablen Membranen.
Dabei sei unter anderem daran gedacht, dass die Aufnahmegeometrie zur Aufnahme einer Mehrzahl von Membranen ausgestaltet ist, wobei an Stelle der semipermeablen Membran wahlweise auch eine Kunststoffbarriere mit der Aufnahmegeometrie stoffschlüssig oder kraftschlüssig verbunden werden kann, sodass die Anzahl der eingesetzten semipermeablen Membranen vorteilhaft kostengünstig und applikationsspezifisch angepasst werden kann.
Weiterhin sei auch daran gedacht, dass die Membranfläche der semipermeablen Membran unter Beibehaltung der Aufnahmegeometrie angepasst werden kann, insbesondere durch eine Variation des Verhältnisses von Membranfläche zu einem etwaig mit Kunststoff die Membranfläche umspritzten Flächenbereichs.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist die semipermeable Membran mit der Batterieschale verschweißt oder verklebt.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer „verschweißten“ Verbindung wird eine stoffschlüssige Verbindung von zumindest zwei Bauteilen verstanden, bei der die Bauteile nach dem Verschweißen zumindest in einem Kontaktbereich miteinander vermischt sind.
Unter einer „verklebten“ Verbindung wird eine stoffschlüssige Verbindung von zumindest zwei Bauteilen verstanden, bei der die Bauteile mittels einem Klebstoff miteinander verbunden sind. Beim Verkleben von zumindest zwei Bauteilen miteinander werden diese nicht miteinander vermischt.
Bevorzugt sei beim stoffschlüssigen Verbinden an ein Verschweißen von ausgeformter Batterieschale und semipermeabler Membran unter Ausnutzung der ersten Wärme der Batterieschale gedacht, wobei die semipermeable Membran vorzugsweise mit der zumindest noch nicht vollständig nach dem Ausformen erstarrten Batterieschale in Kontakt gebracht wird.
Weiterhin sei beim Verschweißen vorzugsweise daran gedacht, dass die semipermeable Membran in dem Formwerkzeug zum Ausformen der Batterieschale angeordnet wird und erst anschließend ein Ausformen der Batterieschale erfolgt, sodass die semipermeable Membran bereits beim Ausformen der Batterieschale mit der Batterieschale stoffschlüssig verbunden wird.
Beim Verkleben von Batterieschale und semipermeabler Membran sei daran gedacht, dass eine bereits ausgeformte Batterieschale zumindest mittelbar mittels einem Klebstoff mit einer semipermeablen Membran verbunden wird.
Vorzugsweise ist der Bereich der Aufnahmegeometrie, welcher für die Aufnahme und die Verbindung der semipermeablen Membran eingerichtet ist, zum Innenraum des designierten Batteriegehäuses hin orientiert. Vorteilhaft kann die semipermeable Membran durch diese Weise der Anordnung besser vor der Einwirkung durch äußere Einflüsse geschützt werden.
Vorteilhaft kann so eine kostengünstige, robuste und prozesssichere stoffschlüssige Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran erreicht werden.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die semipermeable Membran in die Batterieschale eingepresst.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter dem „Einpressen“ wird verstanden, dass eine semipermeable Membran, wobei die semipermeable Membran vorzugsweise mit einem Kunststoff umspritzt ist, in eine entsprechend gestaltete Aufnahmegeometrie der Batterieschale eingeführt wird, wobei die Aufnahmegeometrie der Batterieschale hierzu einen zumindest geringfügig kleineren Aufnahmequerschnitt als der korrespondierende Querschnitt der semipermeablen Membran, vorzugsweise der korrespondierende Querschnitt der mit Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran, aufweist, sodass ein Presssitz zwischen der Aufnahmegeometrie der Batterieschale und der semipermeablen Membran für eine kraftschlüssige Verbindung von Batterieschale und semipermeabler Membran erreicht werden kann. Vorzugsweise führt der Presssitz zu einer Normalkraft zwischen der Aufnahmegeometrie der Batterieschale und der semipermeablen Membran, insbesondere zwischen der Aufnahmegeometrie der Batterieschale und der mit einem Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran, wodurch eine Relativbewegung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale durch Haftreibung vorteilhaft verhindert werden kann.
Vorzugsweise ist der Bereich der Aufnahmegeometrie, welcher für die Aufnahme und die Verbindung der semipermeablen Membran eingerichtet ist, zum Innenraum des designierten Batteriegehäuses hin orientiert. Vorteilhaft kann die semipermeable Membran durch diese Weise der Anordnung besser vor der Einwirkung durch äußere Einflüsse geschützt werden.
Vorteilhaft kann somit eine einfache und wartungsfreundliche Verbindung zwischen Batterieschale und semipermeabler Membran erreicht werden.
Durch das Konzept einer kraftschlüssig mit der Batterieschale verbundenen semipermeablen Membran kann weiterhin eine besonders vorteilhafte Applikationsfähigkeit erreicht werden, indem die Aufnahmegeometrie eine Mehrzahl von Bereichen aufweist, welche für die Aufnahme einer semipermeablen Membran eingerichtet sind, und wobei die applikationsspezifisch benötigte Anzahl von semipermeablen Membranen kraftschlüssig in die Aufnahmegeometrie eingesetzt werden, während die nicht für die Aufnahme einer semipermeablen Membran benötigten Bereichen mit einem Blinddeckel stoffschlüssig oder kraftschlüssig verschlossen werden.
Bevorzugt ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem definierten Druckunterschied zu lösen, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einem „Druckunterschied“ wird der Unterschiede der beidseitig auf die Membran wirkenden Drücke verstanden. Der Druckunterschied ist eine relative Größe, wobei der Druckunterschied als der Betrag der Differenz der beidseitig auf die Membran wirkenden Drücke verstanden wird. Besteht ein Druckunterschied von 10 mbar, so kann der Druck auf der Innenseite oder der Druck auf der Außenseite der Batterieschale 10 mbar höher sein als der jeweils auf der abweichenden Oberfläche der semipermeablen Membran wirkende Druck.
Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 200 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 150 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 100 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 70 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 60 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 40 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 20 mbar zu lösen.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Druckunterschied nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Druckunterschieds liefern.
Vorteilhaft kann so eine Batterieschale bereitgestellt werden, wobei die integrierte semipermeable Membran bei der designierten Verwendung der Batterieschale als Bauteil eines Batteriegehäuses bei einem definierten kritischen Druckunterschied dazu eingerichtet ist, sich aus der Aufnahmegeometrie zu lösen, wodurch ein Bersten des Batteriegehäuses vorteilhaft verhindert werden kann. Derartige kritische Druckunterschiede können die Folge eines kritischen Ereignisses sein, insbesondere einer Überhitzung der Batterie. Die hier vorgeschlagene Batterieschale ermöglicht damit vorteilhaft eine Eindämmung eines etwaigen Schadens im Fall eines solchen Ereignisses.
Hier wird also eine Batterieschale vorgeschlagen, bei der die stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung bei dem definierten Druckunterschied zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran versagt.
Vorzugsweise sind die semipermeable Membran und/oder die Aufnahmegeometrie derart gestaltet, dass sich die semipermeable Membran in Richtung des designierten Batteriegehäuseinnenraums löst.
Vorzugsweise sind die semipermeable Membran und/oder die Aufnahmegeometrie derart gestaltet, dass sich die semipermeable Membran in Richtung der designierten Batteriegehäuseumgebung löst.
Gemäß einer ersten Variante wird dabei konkret vorgeschlagen, dass eine kraftschlüssige Verbindung mittels der korrespondierenden Geometrie und/oder der korrespondierenden Materialauswahl so ausgelegt wird, dass die kraftschlüssige Verbindung zwischen Batterieschale und semipermeabler Membran reversibel beim Erreichen des definierten kritischen Druckunterschieds versagt, wodurch die semipermeable Membran aus der Aufnahmegeometrie gelöst wird. Besonders vorteilhaft kann gemäß dieser zweckmäßigen Ausführungsform erreicht werden, dass die gelöste semipermeable Membran wieder in die Aufnahmegeometrie eingesetzt werden kann, wodurch die kraftschlüssige Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale mit vorteilhaft geringem Aufwand wiederhergestellt werden kann.
Gemäße einer zweiten Variante kann der Klebstoff einer mittels einem Klebstoff hergestellten stoffschlüssigen Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale so dimensioniert und/oder ausgewählt werden, dass sich die mittels Klebstoff herbeigeführte stoffschlüssige Verbindung beim Erreichen des definierten kritischen Druckunterschieds löst. Auch in diesem Fall kann die Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale wiederhergestellt werden, vorzugsweise durch Austausch der für die Verbindung verwendeten Klebstoffschicht.
Gemäß einer dritten Variante kann bei einer geschweißten Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale die Aufnahmegeometrie und/oder die semipermeable Membran so ausgewählt und/oder gestaltet werden, dass die semipermeable Membran einreißt, wodurch der Gasaustausch zwischen dem Innenraum des Batteriegehäuses und der Umgebung des Batteriegehäuses weniger gehemmt ist, wodurch ein Bersten des Batteriegehäuses verhindert werden kann. Bei dieser zweckmäßigen Ausführungsform der hier vorgeschlagenen Batterieschale versagt beim Erreichen des definierten kritischen Druckunterschieds nicht die Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale, sondern es versagt die semipermeable Membran.
Zweckmäßigerweise weist die semipermeable Membran eine Sollbruchstelle auf, wobei die Sollbruchstelle dazu eingerichtet ist, bei einem definierten Druckunterschied zu bersten, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer „Sollbruchstelle“ wird eine durch eine besondere Struktur, Gestalt oder Konstruktion bestimmte Stelle der semipermeablen Membran verstanden, die bei Belastung oder Überlast vorhersagbar bricht, insbesondere beim Erreichen eines definierten kritischen Druckunterschieds vorhersagbar bricht.
Mit anderen Worten ist eine semipermeable Membran mittels einer besonderen Struktur, Gestalt oder Konstruktion dazu eingerichtet, dass sie bei einem definierten Druckunterschied vorhersagbar bricht.
Vorzugsweise weist eine Sollbruchstelle eine Materialverjüngung, insbesondere eine Kerbe, auf, sodass die semipermeable Membran zumindest im Bereich der Materialverjüngung keine über ihre Erstreckung gleichbleibende Dicke aufweist. Insbesondere kann so eine im Bereich der Materialverjüngung einwirkende Kerbwirkung dazu führen, dass die semipermeable Membran bei Überlast vorhersagbar bricht.
Unter „bersten“ wird das irreversible Versagen der semipermeablen Membran verstanden, insbesondere durch ein definiertes Aufreißen der Membran.
Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 200 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 150 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 100 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 70 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 60 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 40 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 20 mbar zu lösen.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Druckunterschied nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Druckunterschieds liefern.
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass die semipermeable Membran beim Erreichen eines definierten kritischen Druckunterschieds definiert aufreißt und damit versagt, wodurch ein Druckausgleich zwischen den beiden Seiten der semipermeablen Membran schneller hergestellt werden kann. Bei einer designierten Verwendung der hier vorgeschlagenen Batterieschale als Bestandteil eines Batteriegehäuses kann so vorteilhaft erreicht werden, dass der Druck in dem Batteriegehäuse nicht in einen Bereich ansteigt, der das Batteriegehäuse strukturell gefährden kann.
Optional weist die Aufnahmegeometrie ein Berstmittel auf, wobei die semipermeable Membran und das Berstmittel dazu eingerichtet sind, dass die semipermeable Membran bei einem definierten Druckunterschied mit dem Berstmittel in eine Wirkverbindung gelangt, sodass die semipermeable Membran berstet, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einem „Berstmittel“ wird jegliches konstruktive Mittel verstanden, welches ein irreversibles Versagen der semipermeablen Membran bei definierten Bedingungen ermöglicht.
Vorzugsweise wird unter einem Berstmittel eine spitze Geometrie der Aufnahmegeometrie verstanden, welche dazu eingerichtet ist, ein Reißen der semipermeablen Membran bei einer definierten elastischen Verformung der semipermeablen Membran herbeizuführen.
Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 200 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 150 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 100 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 70 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 60 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 40 mbar zu lösen. Vorzugsweise ist die Verbindung zwischen der Batterieschale und der semipermeablen Membran dazu eingerichtet, sich bei einem Druckunterschied von mehr als 20 mbar zu lösen.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Druckunterschied nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Druckunterschieds liefern.
Hier wird vorgeschlagen, dass die Aufnahmegeometrie ein Berstmittel aufweist. Steigt der beidseitig der semipermeablen Membran wirkende Druckunterschied an, so verformt sich die semipermeable Membran durch die auf sie wirkende Druckkraft, wodurch sich die semipermeable Membran einseitig wölbt. Die Wölbung der semipermeablen Membran nimmt dabei mit steigendem Druckunterschied zu. Das hier vorgeschlagene Berstmittel ist so dimensioniert und/oder angeordnet, dass die semipermeable Membran beim Erreichen des definierten kritischen Druckunterschieds mit dem Berstmittel derart in eine Wirkverbindung gelangt, dass das Berstmittel ein Reißen der Membran initiiert.
Vorzugsweise ist das Berstmittel so ausgeformt und/oder angeordnet, dass es in eine Wirkverbindung mit der semipermeablen Membran gelangt, wenn sich die semipermeable Membran in Richtung des designierten Batteriegehäuseinnenvolumens wölbt.
Vorzugsweise ist das Berstmittel so ausgeformt und/oder angeordnet, dass es in eine Wirkverbindung mit der semipermeablen Membran gelangt, wenn sich die semipermeable Membran in Richtung der Umgebung des designierten Batteriegehäuses wölbt.
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass die semipermeable Membran beim Erreichen eines definierten kritischen Druckunterschieds reißt und dadurch ein strukturelles Versagen des designierten Batteriegehäuses verhindern kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahmegeometrie keinen Hinterschnitt auf.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einem „Hinterschnitt“ wird ein Konstruktionselement verstanden, welches verhindern kann, dass ein Bauteil nicht in der Hauptentformungsrichtung entformt werden kann. Mit anderen Worten ist ein Bauteil „frei von einem Hinterschnitt“, wenn es in der Hauptentformungsrichtung entformt werden kann.
Eine Batterieschale, welche, insbesondere im Bereich der Aufnahmegeometrie, frei von Hinterschnitten ist, kann in ihrer Hauptentformungsrichtung entformt werden.
Mit anderen Worten wird hier eine Batterieschale aufweisend eine Aufnahmegeometrie vorgeschlagen, die bezogen auf ihre Trennebene des Formwerkzeugs zum Ausformen der Batterieschale in Hauptentformungsrichtung entformt werden kann, wobei das Formwerkzeug keinen Schieber zum Behandeln etwaiger Hinterschnitte aufweisen muss.
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass die hier vorgeschlagene Batterieschale vergleichsweise kostengünstig hergestellt werden kann.
Bevorzugt weist die Aufnahmegeometrie eine Stützrippe auf, vorzugsweise zwei Stützrippen, besonders bevorzugt mehr als zwei Stützrippen.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer „Stützrippe“ wird eine Rippe verstanden, insbesondere eine in der Aufnahmegeometrie ausgeformte Rippe, welche dazu eingerichtet ist, die Membran beim Auftreten eines Druckunterschieds, insbesondere eines Druckunterschieds der zu einer Verformung der semipermeablen Membran in Richtung der Stützrippe führt, zumindest einseitig zu stützen, sodass die Verformung zumindest im Bereich eines etwaigen unmittelbaren Kontakts zwischen semipermeabler Membran und Stützrippe zumindest reduziert wird.
Vorzugsweise ist die Längserstreckung einer Stützrippe größer als die Quererstreckung der Stützrippe.
Vorzugsweise weist die Aufnahmegeometrie drei Stützrippen auf, weiterhin bevorzugt vier Stützrippen, darüber hinaus bevorzugt fünf Stützrippen und daneben bevorzugt sechs Stützrippen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahmegeometrie sieben Stützrippen auf, darüber hinaus bevorzugt acht Stützrippen, weiterhin bevorzugt neun Stützrippen und daneben bevorzugt zehn Stützrippen. Gemäß einer zweckmäßigen und bevorzugten Ausführungsform weist die Aufnahmegeometrie mehr als zehn Stützrippen auf.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Anzahl der Stützrippen nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Anzahl der hier vorgeschlagenen Stützrippen liefern.
Vorteilhaft kann mit der Stützrippe oder den Stützrippen erreicht werden, dass die von einem Druckunterschied belastete semipermeable Membran in ihrer auftretenden Verformung beeinflusst werden kann, wodurch ein geringerer Bauraumbedarf ermöglicht wird.
Weiterhin kann mit einer oder mehreren Stützrippen vorteilhaft erreicht werden, dass eine semipermeable Membran einem vergleichsweise größeren Druckunterschied standhalten kann, bevor sie irreversibel versagt.
Eine oder mehrere Stützrippen können auch vorteilhaft dazu beitragen, dass eine unsymmetrische Membran oder eine nicht kreisförmige Membran einen homogeneren Belastungsverlauf aufweisen kann, da mittels der Abstützung der semipermeablen Membran durch eine oder mehrere Stützrippen der Belastungsverlauf in der semipermeablen Membran beeinflusst werden kann, wodurch vorteilhaft auch komplexere Geometrien von semipermeablen Membranen verwendet werden können. Hierdurch kann die vorteilhaft die anwendungsspezifische Anpassbarkeit steigen.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform ist die Lüftungsöffnung schlitzförmig ausgestaltet.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer „schlitzförmigen“ Lüftungsöffnung wird eine Lüftungsöffnung verstanden, deren Längserstreckung größer ist als die Quererstreckung der Lüftungsöffnung. Vorzugsweise ist die Längserstreckung mindestens doppelt so groß wie die Quererstreckung, bevorzugt mindestens dreimal so groß, besonders bevorzugt mindestens viermal so groß.
Vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass ein Eindringen von Steinen oder Schmutz durch die schlitzförmig ausgestaltete Lüftungsöffnung in der Aufnahmegeometrie erschwert werden kann.
Insbesondere kann hierdurch verhindert werden, dass Schmutzpartikel und/oder Steine aus der Umgebung des designierten Batteriegehäuses zu der semipermeablen Membran vordringen und diese beschädigen können.
Besonders bevorzugt ist die Lüftungsöffnung in einer Senke der Aufnahmegeometrie angeordnet.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer „Senke“ wird eine Vertiefung in der Aufnahmegeometrie verstanden, insbesondere eine Vertiefung in der Aufnahmegeometrie auf der Außenseite der Batterieschale.
Vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass ein Wasserstrahl oder ein stofflich andersartiger Flüssigkeitsstrahl direkt aus der Umgebung des designierten Batteriegehäuses auf die semipermeable Membran auftreffen kann, ohne vorher umgelenkt worden zu sein und ohne damit vorher an kinetischer Energie zu verlieren, wodurch einer potenziellen Beschädigung einer semipermeablen Membran entgegengewirkt werden kann.
Gemäß einer optionalen Ausführungsform ist die semipermeable Membran mit einem Kunststoff umspritzt, insbesondere ist die semipermeable Membran mit Polyethylen umspritzt.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einer mit einem Kunststoff „umspritzten“ semipermeablen Membran wird eine semipermeable Membran verstanden, welche zumindest teilflächig von einem Kunststoff ummantelt ist.
Unter „Polyethylen“ werden sämtliche bekannte Polyethylen-Typen verstanden, insbesondere High-Density-Polyethylen (PE-HD), Linear-Low-Density-Polyethylen (PE-LLD) und Low-Density-Polyethylen (PE-LD).
Durch das Umspritzen der semipermeablen Membran mit Kunststoff kann eine selbstdichtende kraftschlüssige Verbindung zwischen der Batterieschale und der mit Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran erreicht werden, welche dichtungslos durch Einpressen der mit Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran in die Aufnahmegeometrie bewirkt werden kann.
Polyethylen weist vorteilhaft ein gutes Gleitverhalten auf, sodass durch die Umspritzung der semipermeablen Membran mittels Polyethylen eine Passfläche der umspritzten semipermeablen Membran vorteilhaft erreicht werden kann, welche gute Gleiteigenschaften aufweist und somit vergleichsweise einfach in die Aufnahmegeometrie eingepresst werden kann, insbesondere wenn die Aufnahmegeometrie der Batterieschale hierzu einen zumindest geringfügig kleineren Aufnahmequerschnitt als der korrespondierende Querschnitt der semipermeablen Membran, vorzugsweise der korrespondierende Querschnitt der mit Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran, aufweist.
Weiterhin kann durch die Verwendung von Polyethylen zum Umspritzen der semipermeablen Membran vorteilhaft erreicht werden, dass das vergleichsweise weiche Polyethylen eine besonders gut dichtendes Kontaktmaterial darstellt, sodass eine besonders gut dichtende kraftschlüssige Verbindung zwischen der semipermeablen Membran und der Batterieschale erreicht werden kann, insbesondere in Kombination mit einer vergleichsweise steif ausgeführten Aufnahmegeometrie, insbesondere durch eine Aufnahmegeometrie aus Polyamid 6, besonders bevorzugt durch eine Aufnahmegeometrie aus glasfaserverstärktem Polyamid 6.
Bevorzugt weist die Batterieschale eine Trennebene auf, wobei die Aufnahmegeometrie in der Batterieschale so angeordnet ist, dass sich die Aufnahmegeometrie im Wesentlichen parallel zur Trennebene der Batterieschale erstreckt.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter der „Trennebene“ der Batterieschale wird die Ebene der Batterieschale verstanden, in der das Formwerkzeug zum Ausformen der Batterieschale geöffnet werden kann.
Unter einer sich „im Wesentlichen parallel zur Trennebene“ erstreckenden Aufnahmegeometrie wird verstanden, dass sich die Ebene der Aufnahmegeometrie, welche zur Verbindung mit der semipermeablen Membran eingerichtet ist, im Wesentlichen parallel zur Trennebene der Batterieschale erstreckt.
Sofern die Trennebene und die Ebene der Aufnahmegeometrie nicht parallel zueinander verlaufen, beträgt der Winkel zwischen den sich schneidenden Ebenen vorzugsweise weniger als 10°, bevorzugt weniger als 5°, besonders bevorzugt weniger als 2°.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Winkel zwischen den Ebenen nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Winkels liefern.
Die Anordnung der Aufnahmegeometrie in der Batterieschale kann grundsätzlich beliebig gewählt werden oder ist entsprechend funktionaler oder sicherheitsrelevanter Aspekte zu wählen.
Durch eine Aufnahmegeometrie, welche im Wesentlichen parallel zur Trennebene der Batterieschale verläuft kann vorteilhaft erreicht werden, dass Batterieschale bei geeigneter Gestaltung der vergleichsweise in Folge funktionaler Anforderungen komplex gestalteten Aufnahmegeometrie ohne Hinterschnitte entformt werden kann, wodurch die Herstellkosten für die hier vorgeschlagene Batterieschale sinken können.
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform weist die Batterieschale eine Innenseite auf, wobei die semipermeable Membran auf der Innenseite der Batterieschale angeordnet ist.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter der „Innenseite“ der Batterieschale wird die Seite verstanden, die bei der designierten Verwendung der Batterieschale auf der Innenseite des Batteriegehäuses liegt.
Vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass eine Stützrippenstruktur und/oder ein Schutzbereich der Aufnahmegeometrie bei funktionaler Bewertung effektiver genutzt werden kann.
Insbesondere kann der Schutzbereich der Aufnahmegeometrie die Membran besser vor äußeren Einflüssen schützen. Weiterhin kann eine Stützrippe bei einem Überdruck im Innenraum des designierten Batteriegehäuses eine designiert auftretende Verformung der semipermeablen Membran besonders gut abstützen, sofern die semipermeable Membran auf der Innenseite der Batterieschale angeordnet ist.
Nach einem Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Batteriegehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorzugsweise Ausführungsformen durch eine Batterieschale mit den Merkmalen eines von dem Anspruch 1 abhängigen Anspruch erreicht werden können.
Es versteht sich, dass sich die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Batterieschale unmittelbar auf ein Batteriegehäuse, insbesondere ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, erstrecken, welche eine derartige Batterieschale aufweist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand dieses Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden ersten Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorzugsweise Ausführungsformen durch eine Batterieschale mit den Merkmalen eines von dem Anspruch 1 abhängigen Anspruch erreicht werden können.
Es versteht sich, dass sich die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Batterieschale unmittelbar auf eine Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, erstrecken, welche eine derartige Batterieschale aufweist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Kraftfahrzeug aufweisend eine Batterieschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorzugsweise Ausführungsformen durch eine Batterieschale mit den Merkmalen eines von dem Anspruch 1 abhängigen Anspruch erreicht werden können.
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter einem „Kraftfahrzeug“ wird ein durch einen Motor angetriebenes Fahrzeug verstanden. Vorzugsweise ist ein Kraftfahrzeug nicht an eine Schiene gebunden oder zumindest nicht dauerhaft spurgebunden.
Es versteht sich, dass sich die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Batterieschale unmittelbar auf ein Kraftfahrzeug erstrecken, welches eine derartige Batterieschale aufweist.
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale, insbesondere einer Batterieschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorzugsweise Ausführungsformen durch eine Batterieschale mit den Merkmalen eines von dem Anspruch 1 abhängigen Anspruch erreicht werden können, umfassend folgende Schritte:

- Ausformen der Batterieschale aus Kunststoff;
- Bereitstellen einer semipermeablen Membran; und
- Stoffschlüssiges oder kraftschlüssiges Verbinden der ausgeformten Batterieschale und der semipermeablen Membran.

Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert:
Unter „Ausformen“ wird jede Umformung eines Körpers verstanden, mittels derer eine dreidimensionale Ausformung erreicht werden kann, insbesondere eine dreidimensional ausgeformte Batterieschale.
Vorzugsweise wird unter Ausformen ein Ausformen mittels einem Spritzgussverfahren verstanden.
Vorzugsweise wird unter Ausformen ein Ausformen mittels einem compression molding Verfahren oder Formpressverfahren verstanden. Dabei wird eine Formmasse in eine Kavität eines Gesenks eingebracht, wobei das Gesenk aufgeheizt ist oder aufgeheizt wird. Anschließend wird die Kavität unter Einsatz eines Druckkolbens geschlossen. Durch den Druck erlangt die Formmasse die von Kavität und Druckkolben vorgegebene Form.
Unter „Verbinden“ wird jedes Verfahren verstanden, welches zum stoffschlüssigen oder kraftschlüssigen Verbinden von Batterieschale und semipermeabler Membran eingerichtet ist.
Bei einem stoffschlüssigen Verbinden sei vorzugsweise an ein Verbinden mittels einem Schweißverfahren gedacht. Besonders bevorzugt sei beim stoffschlüssigen Verbinden an ein Verschweißen von ausgeformter Batterieschale und semipermeabler Membran unter Ausnutzung der ersten Wärme der Batterieschale gedacht, wobei die semipermeable Membran vorzugsweise mit der zumindest noch nicht vollständig nach dem Ausformen erstarrten Batterieschale in Kontakt gebracht wird. Weiterhin sei vorzugsweise daran gedacht, dass die semipermeable Membran in dem Formwerkzeug zum Ausformen der Batterieschale angeordnet wird und erst anschließend ein Ausformen der Batterieschale erfolgt, sodass die semipermeable Membran bereits beim Ausformen der Batterieschale mit der Batterieschale stoffschlüssig verbunden wird.
Vorzugsweise sei beim stoffschlüssigen Verbinden weiterhin an ein Verkleben von Batterieschale und semipermeabler Membran gedacht.
Beim kraftschlüssigen Verbinden sei insbesondere an ein Einpressen der semipermeablen Membran, wobei die semipermeable Membran vorzugsweise mit einem Kunststoff umspritzt ist, in eine entsprechend gestaltete Aufnahmegeometrie der Batterieschale gedacht. Vorzugsweise weist die Aufnahmegeometrie der Batterieschale hierzu einen zumindest geringfügig kleineren Aufnahmequerschnitt als der korrespondierende Querschnitt der semipermeablen Membran, vorzugsweise der korrespondierende Querschnitt der mit Kunststoff umspritzten semipermeablen Membran, auf, sodass ein Presssitz zwischen der Aufnahmegeometrie der Batterieschale und der semipermeablen Membran für eine kraftschlüssige Verbindung von Batterieschale und semipermeabler Membran sorgt.
Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die Schritte des Verfahrens in der angegebenen Reihenfolge durchlaufen werden können, wobei dies hier nicht gefordert wird. Die Schritte können also ausdrücklich auch in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden. Insbesondere sei unter anderem daran gedacht, dass die semipermeable Membran bereitgestellt wird, anschließend die Batterieschale ausgeformt wird und gleichzeitig hierzu oder anschließend hierzu eine stoffschlüssige Verbindung zwischen semipermeabler Membran und Batterieschale bewerkstelligt wird.
Vorteilhaft kann mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren eine Batterieschale, insbesondere eine Batterieschale mit den Merkmalen des Anspruchs 1, wobei vorzugsweise Ausführungsformen durch eine Batterieschale mit den Merkmalen eines von dem Anspruch 1 abhängigen Anspruch erreicht werden können, hergestellt werden.
Es versteht sich, dass sich die vorstehend beschriebenen Vorteile einer Batterieschale unmittelbar auf Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterieschale erstrecken.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:

1: schematisch eine Explosionsdarstellung im Schnitt eines Bereichs einer Batterieschale gemäß einer ersten Ausführungsform aufweisend eine Aufnahmegeometrie und eine semipermeable Membran;
2: schematisch eine Schnittdarstellung eines Bereichs einer Batterieschale gemäß der ersten Ausführungsform aufweisend eine Aufnahmegeometrie und eine semipermeable Membran;
3: schematisch eine Schnittdarstellung eines Bereichs einer Batterieschale gemäß einer zweiten Ausführungsform aufweisend eine Aufnahmegeometrie und eine mit Kunststoff umspritzte semipermeable Membran;
4: schematisch eine mit Kunststoff umspritzte semipermeable Membran; und
5: schematisch eine Schnittdarstellung eines Bereichs einer Batterieschale gemäß einer dritten Ausführungsform aufweisend eine Aufnahmegeometrie und eine mit Kunststoff umspritzte semipermeable Membran.

In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform beschrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen verwendbar.
Der Bereich einer Batterieschale 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in 1 weist eine Aufnahmegeometrie 20 und eine semipermeable Membran 40 auf, wobei die semipermeable Membran 40 im Verhältnis zur Aufnahmegeometrie 20 zur Innenseite 12 der Batterieschale 10 ausgerichtet ist.
Die Aufnahmegeometrie 20 ist frei von einem Hinterschnitt, sodass die Batterieschale 10 in Richtung (nicht dargestellt) der Hauptentformungsrichtung (nicht dargestellt) entformt werden kann.
Die Aufnahmegeometrie 20 weist einen Verbindungsbereich 22 auf, welcher zur stoffschlüssigen Verbindung (nicht dargestellt) mit der semipermeablen Membran 40 eingerichtet ist.
Die Aufnahmegeometrie 20 weist eine umlaufende Senke 26 und einen Schutzbereich 24 auf, wobei der Schutzbereich 24 dazu eingerichtet ist, die semipermeable Membran 40 vor äußeren Einflüssen (nicht dargestellt) zu schützen. Mit anderen Worten ist der Schutzbereich 24 dazu eingerichtet, eine direkte Zugänglichkeit der semipermeablen Membran 40 von der Außenseite (nicht bezeichnet) der Batterieschale 10 zu erschweren oder verhindern.
Die Aufnahmegeometrie 20 weist eine Mehrzahl von Lüftungsöffnungen 28 auf, wobei die Lüftungsöffnungen 28 schlitzförmig ausgeformt sind und dazu eingerichtet sind, die semipermeable Membran 40 von der Außenseite (nicht bezeichnet) der Batterieschale 10 zu belüften und zu entlüften.
Die schlitzförmig ausgeformten Lüftungsöffnungen 28 sind in der Senke 26 angeordnet, sodass ein direkter Flüssigkeitsstrahl (nicht dargestellt) von der Außenseite (nicht bezeichnet) der Batterieschale 10 von der semipermeablen Membran 40 ferngehalten werden kann.
Die Aufnahmegeometrie 20 weist eine Mehrzahl von Stützrippen 30 auf, welche dazu eingerichtet sind, die semipermeable Membran 40 zu stützen, sodass ihre mögliche Verformung (nicht dargestellt) durch die Stützrippen 30 vorteilhaft beschränkt werden kann. Auf diese Weise kann unter anderem der Platzbedarf für die Aufnahmegeometrie 20 reduziert werden.
Der Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 kann mittels Verschweißen (nicht dargestellt) oder Verkleben (nicht dargestellt) mit der semipermeablen Membran 40 verbunden werden. Beim Verkleben (nicht dargestellt) ist hierzu eine Klebstoffschicht (nicht dargestellt) auf dem Verbindungsbereich 22 notwendig.
Der Bereich einer Batterieschale 10 gemäß einer ersten Ausführungsform in 2 weist eine Aufnahmegeometrie 20 und eine semipermeable Membran 40 auf, wobei die semipermeable Membran 40 mit der Aufnahmegeometrie 20 im Verbindungsbereich 22 verbunden ist.
Der Verbindungsbereich 22 weist hierzu zwischen der Aufnahmegeometrie 20 und der semipermeablen Membran 40 eine Klebstoffschicht (nicht bezeichnet) auf. Es sei jedoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass die semipermeable Membran 40 und die Aufnahmegeometrie 20 der Batterieschale 10 im Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 auch mittels Verschweißen (nicht dargestellt) verbunden werden können.
Der Bereich einer Batterieschale 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform in 3 weist eine Aufnahmegeometrie 20 und eine semipermeable Membran 40 auf, wobei die semipermeable Membran 40 im Verhältnis zur Aufnahmegeometrie 20 zur Innenseite 12 der Batterieschale 10 ausgerichtet ist.
Die Aufnahmegeometrie 20 ist frei von einem Hinterschnitt, sodass die Batterieschale 10 in Richtung (nicht dargestellt) der Hauptentformungsrichtung (nicht dargestellt) entformt werden kann.
Die Aufnahmegeometrie 20 der Batterieschale 10 weist einen Verbindungsbereich 22 auf, welcher für eine kraftschlüssige Verbindung (nicht bezeichnet) zwischen der Aufnahmegeometrie 20 und zumindest mittelbar der semipermeablen Membran 40 eingerichtet ist.
Die semipermeable Membran 40 ist mit einem Kunststoff (nicht bezeichnet) umspritzt, wodurch der Membranträger 42 gebildet ist. Der Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 weist eine Passlippe 44 auf, welche dazu eingerichtet ist die Montage (nicht dargestellt) der semipermeablen Membran 40 zu erleichtern und die Dichtigkeit (nicht dargestellt) zwischen dem Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 und dem Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 zu erhöhen.
Die kraftschlüssige Verbindung (nicht bezeichnet) im Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 zwischen der Aufnahmegeometrie 20 und dem Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 kann vorteilhaft reversibel gelöst und wieder verbunden werden.
Die Aufnahmegeometrie 20 weist eine Mehrzahl von Stützrippen 30 auf, welche dazu eingerichtet sind, die semipermeable Membran 40 zu stützen, sodass ihre mögliche Verformung (nicht dargestellt) durch die Stützrippen 30 vorteilhaft beschränkt werden kann. Auf diese Weise kann unter anderem der Platzbedarf für die Aufnahmegeometrie 20 reduziert werden.
Die semipermeable Membran 40 in 4 ist mit einem Kunststoff (nicht bezeichnet) umspritzt, wobei der umspritzte Kunststoff (nicht bezeichnet) eine Geometrie (nicht bezeichnet) aufweist, welche einen Membranträger 42, eine Passlippe 44, eine Fase 46 und eine Membranversteifung 48 bildet.
Der Membranträger 42 und die Membranversteifung 48 sind zur Aufnahme und zur Versteifung der semipermeablen Membran 40 eingerichtet.
Der Membranträger 42 weist eine Passlippe 44 auf, welche dazu eingerichtet ist die Montage (nicht dargestellt) der semipermeablen Membran 40 zu erleichtern und die Dichtigkeit (nicht dargestellt) zwischen dem Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 und dem designierten Verbindungsbereich (nicht dargestellt) der designierten Aufnahmegeometrie (nicht dargestellt) zu erhöhen.
Weiterhin weist der Membranträger 42 eine Fase 46 auf, welche dazu eingerichtet ist die Montage (nicht dargestellt) der semipermeablen Membran 40 zu erleichtern und diese bei der Montage (nicht dargestellt) zu zentrieren.
Der Bereich einer Batterieschale 10 gemäß einer dritten Ausführungsform in 5 weist eine Aufnahmegeometrie 20 und eine semipermeable Membran 40 auf, wobei die semipermeable Membran 40 im Verhältnis zur Aufnahmegeometrie 20 zur Innenseite 12 der Batterieschale 10 ausgerichtet ist.
Die semipermeable Membran 40 ist mit einem Kunststoff (nicht bezeichnet) umspritzt, wodurch der Membranträger 42 gebildet ist. Der Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 weist eine Passlippe 44 auf, welche dazu eingerichtet ist die Dichtigkeit (nicht dargestellt) zwischen dem Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 und dem Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 zu erhöhen.
Die kraftschlüssige Verbindung (nicht bezeichnet) im Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 zwischen der Aufnahmegeometrie 20 und dem Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 kann vorteilhaft reversibel gelöst und wieder verbunden werden, wobei die Passlippe 44 und der Verbindungsbereich 22 der Aufnahmegeometrie 20 der Batterieschale 10 eine zusätzliche formschlüssige Verbindung (nicht bezeichnet) ermöglichen.
Der Membranträger 42 der semipermeablen Membran 40 ist vorzugsweise aus Polyethylen (nicht bezeichnet) umspritzt, wodurch ein vergleichsweise weicher Membranträger 42 erreicht werden kann. Hierdurch kann der Membranträger 42 trotz dem zusätzlichen Formschluss (nicht bezeichnet) leichter reversibel verbunden und gelöst werden. Außerdem kann so die Dichtigkeit (nicht dargestellt) zwischen dem Membranträger 42 und der vergleichsweise steif ausgeführten Aufnahmegeometrie 20 in Verbindungsbereich 22 erhöht werden.
Bezugszeichenliste

10: Batterieschale
12: Innenseite
20: Aufnahmegeometrie
22: Verbindungsbereich
24: Schutzbereich
26: Senke
28: Lüftungsöffnung
30: Stützrippe
40: semipermeable Membran
42: Membranträger
44: Passlippe
46: Fase
48: Membranversteifung

Claims

Batterieschale (10), insbesondere Batterieschale (10) einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale (10) aus Kunststoff ausgeformt ist, wobei die Batterieschale (10) eine semipermeable Membran (40) aufweist, wobei die semipermeable Membran (40) dazu eingerichtet ist, für einen gasförmigen Stoff durchlässig und für einen flüssigen Stoff undurchlässig zu sein, wobei die Batterieschale (10) eine Aufnahmegeometrie (20) für die semipermeable Membran (40) aufweist, wobei die Aufnahmegeometrie (20) eine Lüftungsöffnung (28) aufweist, wobei die Aufnahmegeometrie (20) zur Verbindung mit der semipermeablen Membran (40) eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) stoffschlüssig oder kraftschlüssig mit der Batterieschale (10) verbunden ist.
Batterieschale (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) mit der Batterieschale (10) verschweißt oder verklebt ist.
Batterieschale (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) in die Batterieschale (10) eingepresst ist.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen der Batterieschale (10) und der semipermeablen Membran (40) dazu eingerichtet ist, sich bei einem definierten Druckunterschied zu lösen, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) eine Sollbruchstelle aufweist, wobei die Sollbruchstelle dazu eingerichtet ist, bei einem definierten Druckunterschied zu bersten, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmegeometrie (20) ein Berstmittel aufweist, wobei die semipermeable Membran (40) und das Berstmittel dazu eingerichtet sind, dass die semipermeable Membran (40) bei einem definierten Druckunterschied mit dem Berstmittel in eine Wirkverbindung gelangt, sodass die semipermeable Membran (40) berstet, insbesondere bei einem Druckunterschied von mehr als 50 mbar, bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 30 mbar, besonders bevorzugt bei einem Druckunterschied von mehr als 15 mbar.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmegeometrie (20) keinen Hinterschnitt aufweist.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmegeometrie (20) eine Stützrippe (30) aufweist, vorzugsweise zwei Stützrippen (30) aufweist, besonders bevorzugt mehr als zwei Stützrippen aufweist.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungsöffnung (28) schlitzförmig ausgestaltet ist.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungsöffnung (28) in einer Senke (26) der Aufnahmegeometrie (20) angeordnet ist.
Batterieschale (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) mit einem Kunststoff umspritzt ist, insbesondere mit Polyethylen umspritzt ist.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Batterieschale (10) eine Trennebene aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmegeometrie (20) in der Batterieschale (10) so angeordnet ist, dass sich die Aufnahmegeometrie (20) im Wesentlichen parallel zur Trennebene der Batterieschale (10) erstreckt.
Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Batterieschale (10) eine Innenseite (12) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die semipermeable Membran (40) auf der Innenseite (12) der Batterieschale (10) angeordnet ist.
Traktionsbatterie, insbesondere Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Kraftfahrzeug aufweisend eine Batterieschale (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale (10), insbesondere einer Batterieschale (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, umfassend folgende Schritte: - Ausformen der Batterieschale (10) aus Kunststoff; - Bereitstellen einer semipermeablen Membran (40); und - Stoffschlüssiges oder kraftschlüssiges Verbinden der ausgeformten Batterieschale (10) und der semipermeablen Membran (40).