DE102020120859A1 - Lower housing part of an energy storage housing and energy storage housing - Google Patents
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Abstract
Gehäuseunterteil eines Energiespeichergehäuses, umfassend zwei Längselemente, welche sich entlang einer Längsachse erstrecken und welche stirnseitig derart durch Querelemente verbunden sind, dass ein umlaufender Rahmen gebildet ist, wobei der Rahmen mit einem Bodenelement einen Anordnungsraum formt, und wobei zumindest der Rahmen im Druckguss erzeugt ist.Lower housing part of an energy storage housing, comprising two longitudinal elements which extend along a longitudinal axis and which are connected at the front by transverse elements in such a way that a peripheral frame is formed, the frame forming an arrangement space with a base element, and at least the frame being produced by die casting.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseunterteil eines Energiespeichergehäuses, insbesondere eines Hochvoltspeichergehäuses, sowie ein Energiespeichergehäuse.The present invention relates to a lower housing part of an energy storage housing, in particular a high-voltage storage housing, and an energy storage housing.
Energiespeichergehäuse der in Rede stehenden Art werden in teil- und vollelektrifizierten Kraftfahrzeugen eingesetzt. In derartigen Gehäusen sind die Batterien bzw. Batteriemodule untergebracht. Um die geforderten Reichweiten realisieren zu können, sind diese Speicher oftmals sehr groß. Hinsichtlich einer wirtschaftlichen Serienfertigung ist dies nicht unproblematisch. Oftmals handelt es sich hierbei um Schweißkonstruktionen, welche allerdings einen entsprechenden Fertigungs- und Montageaufwand nach sich ziehen. Auch das Sicherstellen der geforderten Gasdichtheit stellt eine große Herausforderung dar.Energy storage housings of the type in question are used in partially and fully electrified motor vehicles. The batteries or battery modules are accommodated in such housings. In order to be able to achieve the required ranges, these memories are often very large. With regard to an economical series production, this is not unproblematic. These are often welded constructions, which, however, entail corresponding manufacturing and assembly costs. Ensuring the required gas tightness is also a major challenge.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuseunterteil für ein Energiespeichergehäuse sowie ein Energiespeichergehäuse anzugeben, welche die bekannten Konzepte optimieren und dabei Kosteneinsparpotentiale bieten.It is therefore an object of the present invention to specify a lower housing part for an energy storage housing and an energy storage housing which optimize the known concepts and at the same time offer potential cost savings.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuseunterteil gemäß Anspruch 1 sowie durch ein Energiespeichergehäuse gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.This object is achieved by a lower housing part according to claim 1 and by an energy storage housing according to
Erfindungsgemäß umfasst ein Gehäuseunterteil eines Energiespeichergehäuses zwei Längselemente, welche sich entlang einer Längsachse erstrecken, und welche stirnseitig derart durch Querelemente verbunden sind, dass ein umlaufender Rahmen gebildet ist, wobei der Rahmen mit einem Bodenelement einen Anordnungsraum formt, und wobei zumindest der Rahmen direkt, unmittelbar oder integral im Druckguss erzeugt ist. Mit Vorteil ist der Rahmen als ein Teil im (Metall-)Druckguss erzeugt bzw. hergestellt. Gemäß einer Ausführungsform sind der Rahmen und das Bodenelement direkt, unmittelbar oder integral im Druckguss erzeugt. Durch die einteilige Konstruktion des Gehäuseunterteils ist automatisch eine (Fluid-)Dichtheit gegeben. Nachträgliche Arbeiten, welche beispielsweise zum Abdichten von Fügestellen, wie Schraubverbindungen oder auch Schweißverbindungen, nötig wären, können vollständig entfallen.According to the invention, a lower housing part of an energy storage housing comprises two longitudinal elements which extend along a longitudinal axis and which are connected at the end by transverse elements in such a way that a peripheral frame is formed, the frame forming an arrangement space with a base element, and at least the frame directly or is produced integrally in die casting. The frame is advantageously produced or manufactured as a part in (metal) die casting. According to one embodiment, the frame and the floor element are produced directly, immediately or integrally in die casting. The one-piece construction of the lower part of the housing automatically ensures (fluid) tightness. Subsequent work, which would be necessary, for example, to seal joints such as screw connections or welded connections, can be completely eliminated.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rahmen zumindest einen Querträger, wobei der zumindest eine Querträger zwischen den Querelementen angeordnet ist und parallel zu diesen verläuft. Mit Vorteil kann durch den zumindest einen Querträger der Rahmen verstärkt und versteift werden. Bevorzugterweise sind entlang der Längsachse eine Vielzahl derartiger Querträger vorgesehen bzw. angeordnet, beispielsweise zwei, drei, vier, fünf etc.According to one embodiment, the frame comprises at least one cross member, the at least one cross member being arranged between the cross elements and running parallel to them. The frame can advantageously be reinforced and stiffened by the at least one cross member. A large number of such cross members are preferably provided or arranged along the longitudinal axis, for example two, three, four, five, etc.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Rahmen zumindest einen Längsträger, welcher zwischen den Längselementen angeordnet ist und parallel zu diesen verläuft. Ähnlich den Querträgern kann durch den zumindest einen Längsträger der Rahmen verstärkt und versteift werden. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist mittig in Bezug auf die Längselemente ein Längsträger vorgesehen. Alternativ können auch mehrere Längsträger, beispielsweise zwei, drei, vier etc. angeordnet sein. Im Zusammenspiel mit den Querträgern ergibt sich so ein Anordnungsraum, welcher mehrere (Anordnungs-)Kammern formt.According to one embodiment, the frame comprises at least one longitudinal beam, which is arranged between the longitudinal elements and runs parallel to them. Similar to the cross members, the frame can be reinforced and stiffened by the at least one longitudinal member. According to a preferred embodiment, a longitudinal beam is provided centrally in relation to the longitudinal elements. Alternatively, several longitudinal beams, for example two, three, four, etc., can also be arranged. In interaction with the crossbeams, this results in an arrangement space that forms several (arrangement) chambers.
Gemäß einer Ausführungsform ist der zumindest eine Querträger und/oder ist der zumindest eine Längsträger integral, unmittelbar bzw. direkt zusammen mit dem Rahmen im Druckguss erzeugt.According to one embodiment, the at least one cross member and/or the at least one longitudinal member is produced integrally, directly or directly together with the frame in die casting.
Alternativ und/oder zusätzlich sind die Querträger und/oder die Längsträger nachträglich am Rahmen und/oder am Bodenelement befestigt. Zur Befestigung können form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssige Verbindungstechniken, wie Schrauben, Nieten, Kleben oder Schweißverbindungen vorgesehen sein. Je nach verwendeter Fügetechnik kann ein nachträgliches Abdichten der Fügestelle nötig sein, um die geforderte Gasdichtheit des Gehäuseunterteils bereitstellen zu können. Bevorzugte Schweißverfahren sind Schmelzschweißverfahren oder Pressschweißverfahren, wie Rührreibschweißen.Alternatively and/or additionally, the crossbeams and/or the longitudinal beams are subsequently attached to the frame and/or the floor element. Positive and/or non-positive and/or material connection techniques such as screws, rivets, adhesives or welded connections can be provided for fastening. Depending on the joining technique used, subsequent sealing of the joint may be necessary in order to be able to provide the required gas-tightness of the lower part of the housing. Preferred welding methods are fusion welding methods or pressure welding methods, such as friction stir welding.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Rahmen an das Bodenelement angegossen. Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Bodenelement um ein Einlegeelement, welches in die entsprechende Druckgussform eingelegt und, zumindest bereichsweise, umgossen wird. Die Sprengfläche kann damit deutlich reduziert werden.According to one embodiment, the frame is cast onto the floor element. According to one embodiment, the base element is an insert element that is inserted into the corresponding die casting mold and cast around it, at least in certain areas. The explosive surface can thus be significantly reduced.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform umfasst das Bodenelement eine Vielzahl von Bodensegmenten bzw. wird durch diese gebildet, wobei die Bodensegmente als Einlegeelemente zwischen den Längs- und/oder Querelementen und/oder den Längs- und/oder Querträgern ausgebildet sind. Zweckmäßigerweise handelt es sich um Einlegeelemente, welche in das Druckgusswerkzeug eingelegt und zumindest bereichsweise, beispielsweise im Randbereich, umgossen werden. Die Form der Einlegeelemente bzw. Bodensegmente ist gemäß einer Ausführungsform in etwa viereckig, insbesondere rechteckig oder quadratisch.According to an alternative embodiment, the floor element comprises a multiplicity of floor segments or is formed by them, the floor segments being designed as insert elements between the longitudinal and/or transverse elements and/or the longitudinal and/or transverse beams. Expediently, these are insert elements which are inserted into the die-casting tool and cast around at least in certain areas, for example in the edge area. According to one embodiment, the shape of the insert elements or floor segments is approximately quadrilateral, in particular rectangular or square.
Als Materialien für das Bodenelement und/oder die Bodensegmente können metallische und/oder nicht-metallische Werkstoffe zum Einsatz kommen. Bevorzugte Materialien sind Aluminiumwerkstoffe, Stahlwerkstoffe oder auch Verbundmaterialien, wie insbesondere verstärkte Kunststoffe, beispielsweise glasfaserverstärkte oder kohlenstofffaserverstärkte Kunststoffe.Metallic and/or non-metallic materials can be used as materials for the floor element and/or the floor segments. Preferred materials are aluminum materials, steel materials or composite materials, such as reinforced plastics in particular, for example glass fiber reinforced or carbon fiber reinforced plastics.
Als Gießwerkstoff wird gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eine Aluminiumlegierung bzw. eine Aluminium-Silizium-Legierung verwendet.According to a preferred embodiment, an aluminum alloy or an aluminum-silicon alloy is used as the casting material.
Gemäß einer Ausführungsform formen oder bilden die Träger, insbesondere also die Querträger oder Längsträger und die Elemente, insbesondere die Längselemente und die Querelemente, Knoten- oder Gabelungspunkte, an welchen sich die vorgenannten Träger bzw. Elemente schneiden oder kreuzen, und wobei zumindest in den Knotenpunkten Angusspunkte ausgebildet sind. Über die Angusspunkte wird die (Metall-)Schmelze in den Formhohlraum des (Druckguss-)Werkzeugs eingeleitet. Dies kann der Formfüllung zu Gute kommen, welche bei derart großen Bauteilen nicht unproblematisch ist.According to one embodiment, the supports, in particular the transverse supports or longitudinal supports and the elements, in particular the longitudinal elements and the transverse elements, form or form nodes or bifurcation points at which the aforementioned supports or elements intersect or cross, and at least in the nodes Gates are formed. The (metal) melt is fed into the mold cavity of the (die-casting) tool via the sprue points. This can benefit mold filling, which is not unproblematic with such large components.
Die in Rede stehenden Gehäuseunterteile weisen entlang der Längsachse eine Länge von beispielsweise 1,5-3,5 m auf. Eine Breite der Gehäuseunterteile entlang der Querelemente bemisst sich gemäß verschiedener Ausführungsformen beispielsweise zwischen 0,8 m und 2,2 m.The lower housing parts in question have a length of, for example, 1.5-3.5 m along the longitudinal axis. According to various embodiments, a width of the lower housing parts along the transverse elements is measured between 0.8 m and 2.2 m, for example.
Um die Formfüllung zu optimieren, nimmt die Wandstärke des Rahmens gemäß einer Ausführungsform in Richtung zum Bodenelement hin zu. Der Anguss erfolgt zweckmäßigerweise ausgehend von den Längs- und Querelementen in Richtung Bodenelement. Zu dünne Wandstärken könnten verhindern, dass sich die Form nicht vollständig füllt. Der vorgenannten Problematik kann auch durch die Verwendung der vorgenannten Einlegeelemente bzw. Bodensegmente entgegen gewirkt werden.In order to optimize mold filling, according to one embodiment, the wall thickness of the frame increases towards the bottom element. The gating is expediently carried out starting from the longitudinal and transverse elements in the direction of the base element. Walls that are too thin could prevent the mold from filling completely. The aforementioned problem can also be counteracted by using the aforementioned insert elements or floor segments.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuseunterteil mittels eines Dreiplattenwerkzeugs hergestellt. Besonders in Bezug auf die Formfüllung ist die Verwendung eines derartigen Werkzeugkonzepts vorteilhaft. Das Dreiplattenwerkzeug, insbesondere das Dreiplattendruckgusswerkzeug, umfasst gemäß einer Ausführungsform ein erstes, ein zweites und ein drittes Werkzeugteil, wobei das dritte Werkzeugteil (Zwischenplatte) zwischen dem ersten und dem zweiten Werkzeugteil angeordnet ist. Das Dreiplattenwerkzeug umfasst ferner wenigstens einen Formhohlraum (in dem das herzustellende Gehäuseunterteil entsteht) sowie ein Angusssystem, durch das die Metallschmelze dem Formhohlraum zugeführt wird beziehungsweise zuführbar ist, wobei das Angusssystem mehrere, wenigstens jedoch einen, im dritten Werkzeugteil angeordnete beziehungsweise im dritten Werkzeugteil ausgebildete und in den Formhohlraum mündenden beziehungsweise einmündende Zuführkanäle (die auch als Anschnitte oder Zuläufe beziehungsweise Zulaufkanäle bezeichnet werden können) aufweist.According to a preferred embodiment, the lower housing part is produced by means of a three-plate tool. The use of such a tool concept is particularly advantageous with regard to mold filling. According to one embodiment, the three-plate tool, in particular the three-plate die-casting tool, comprises a first, a second and a third tool part, the third tool part (intermediate plate) being arranged between the first and the second tool part. The three-plate mold also comprises at least one mold cavity (in which the lower housing part to be produced is created) and a gating system through which the molten metal is fed or can be fed to the mold cavity, with the gating system having several, but at least one, arranged in the third tool part or formed in the third tool part and feed channels (which can also be referred to as gates or feeds or feed channels) which open or open into the mold cavity.
Weiter richtet sich die Erfindung auf ein Energiespeichergehäuse, insbesondere ein Hochvoltspeichergehäuse, welches ein erfindungsgemäßes Gehäuseunterteil umfasst. Zweckmäßigerweise umfasst das Energiespeichergehäuse ein zu dem Gehäuseunterteil kongruent ausgebildetes Gehäuseoberteil, über welches der im Wesentlichen durch das Gehäuseunterteil geformte Anordnungsraum geschlossen werden kann. Dieses ist gemäß einer Ausführungsform ebenfalls aus Aluminium gefertigt. Alternativ kann das Gehäuseoberteil auch aus Stahl oder einem Verbundmaterial, wie einem verstärkten Kunststoff, gefertigt sein. Gemäß einer Ausführungsform ist das Gehäuseoberteil beispielsweise als SMC-Bauteil (Sheet Moulding Compound) ausgebildet. Gemäß einer Ausführungsform ist das Deckelelement mittels einer eingelegten oder geklebten Dichtung mit dem Gehäuseunterteil bevorzugt kraft- und/oder formschlüssig verbunden, beispielsweise mittels entsprechender Schraubverbindungen. Alternativ ist auch kein gesonderter Deckel vorgesehen. Der Deckel wird dann zum Beispiel durch das Fahrzeug, beispielsweise durch eine entsprechend ausgebildete Bodengruppe integral mit ausgebildet.The invention is also aimed at an energy storage housing, in particular a high-voltage storage housing, which includes a lower housing part according to the invention. The energy storage housing expediently comprises a housing upper part which is designed congruently with the housing lower part and via which the arrangement space essentially formed by the housing lower part can be closed. According to one embodiment, this is also made of aluminum. Alternatively, the upper part of the housing can also be made of steel or a composite material, such as a reinforced plastic. According to one embodiment, the upper housing part is designed, for example, as an SMC component (Sheet Molding Compound). According to one embodiment, the cover element is preferably non-positively and/or positively connected to the lower housing part by means of an inserted or glued seal, for example by means of corresponding screw connections. Alternatively, no separate cover is provided. The cover is then, for example, formed integrally with the vehicle, for example, with a correspondingly formed floor assembly.
Bei dem Energiespeichergehäuse handelt es sich zweckmäßigerweise um ein Energiespeichergehäuse bzw. um ein Hochvoltspeichergehäuse einer Batterie bzw. Traktionsbatterie eines teil- oder vollelektrifizierten Kraftfahrzeugs, wie insbesondere eines Personenkraftwagens, eines Nutzfahrzeugs oder auch eines Kraftrads.The energy storage housing is expediently an energy storage housing or a high-voltage storage housing of a battery or traction battery of a partially or fully electrified motor vehicle, such as in particular a passenger car, a commercial vehicle or a motorcycle.
Abschließend sei erwähnt, dass das Energiespeichergehäuse nicht zur Anordnung elektrischer Energiespeicher(-Zellen) beschränkt ist. Das Energiespeichergehäuse kann auch zur Anordnung anderer Energieträger, wie Wasserstoff, verwendet werden. Das Energiespeichergehäuse kann entsprechend gemäß einer Ausführungsform einen oder mehrere Wasserstofftanks umfassen oder selbst als Wasserstofftank ausgebildet sein.Finally, it should be mentioned that the energy storage housing is not limited to arranging electrical energy storage (cells). The energy storage housing can also be used to arrange other energy carriers, such as hydrogen. According to one embodiment, the energy storage housing can accordingly comprise one or more hydrogen tanks or itself be designed as a hydrogen tank.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Gehäuseunterteilen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.Further advantages and features result from the following description of embodiments of lower housing parts with reference to the attached figures.
Es zeigen:
-
1 : eine schematische Ansicht eines Gehäuseunterteils in einer perspektivischen Darstellung, -
2 : eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Gehäuseunterteils in einer schematischen Darstellung.
-
1 : a schematic view of a lower housing part in a perspective representation, -
2 1: a plan view of an embodiment of a lower housing part in a schematic representation.
BezugszeichenlisteReference List
- 1010
- Gehäuseunterteilhousing base
- 2020
- Längselementlongitudinal element
- 2222
- Längsträgerside members
- 3030
- Querelementtransverse element
- 3232
- Querträgercross member
- 4040
- Bodenelementfloor element
- 4242
- Bodensegmentground segment
- 5050
- Knoten-/GabelungspunktJunction/Fork point
- LL
- Längsachselongitudinal axis
Claims (10)
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DE102020120859.6A DE102020120859A1 (en) | 2020-08-07 | 2020-08-07 | Lower housing part of an energy storage housing and energy storage housing |
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- 2020-08-07 DE DE102020120859.6A patent/DE102020120859A1/en active Pending
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---|---|---|---|
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R079 | Amendment of ipc main class |
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