DE202020003828U1 - Elektrobatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, verfahrbares oder stationäres Aggregat - Google Patents

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Abstract

Elektrobatterie (1) für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, verfahrbares oder stationäres Aggregat, mit einem Batteriegehäuse (5) und einer Mehrzahl darin angeordneter Batteriezellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (5) aus einem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrobatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, verfahrbares oder stationäres Aggregat, mit einem Batteriegehäuse und einer Mehrzahl darin angeordneter Batteriezellen.
  • Um eine derartige Elektrobatterie, die üblicherweise einen Kernbestandteil eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bzw. eines verfahrbaren Aggregats bildet und die ein wesentlicher Bestandteil eines stationären Aggregats sein kann, mit einem möglichst geringen wirtschaftlichen und technisch-konstruktiven Aufwand herstellen zu können, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass das Batteriegehäuse der Elektrobatterie aus einem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff hergestellt wird bzw. ausgebildet ist. Die elektrische Verschaltung der Batteriezellen kann vor Einbringen der Batteriezellen in das Batteriegehäuse oder nachher geschehen. Aufgrund seiner Ausgestaltung aus dem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ist das Batteriegehäuse im Vergleich zu aus dem Stand der Technik bekannten derartigen Batteriegehäusen geeignet, erheblich höhere mechanische Energiemengen zu absorbieren. Darüber hinaus ist die Montage der Elektrobatterie aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung des Batteriegehäuses aus dem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff erheblich vereinfacht. Die Herstellung des Batteriegehäuses und damit der Elektrobatterie kann in hohem Ausmaß automatisiert werden, wodurch der wirtschaftliche Aufwand erheblich reduziert werden kann. Die Werkstoffeigenschaften des expandierten bzw. aufgeschäumten Kunststoffs sichern eine thermische Isolation der Elektrobatterie insbesondere in kalten Umgebungen. Die erfindungsgemäß gestaltete Elektrobatterie ergibt im Falle eines sog. Thermal Runaways aufgrund des leichten Widerstands des Batteriegehäuses eine hohe Sicherheit. Sich etwaig aufbauender Druck kann unmittelbar in die Umgebung abgegeben werden. Die Elektrobatterie ist quasi in jeglicher Einbaulage montierbar. Das erfindungsgemäß ausgestaltete Batteriegehäuse sichert aufgrund seiner Aufnahmefähigkeit für statische und dynamische Lasten eine hohe Widerstandsfähigkeit gegen Stöße, Schocks und Vibrationen.
  • Die Batteriezellen der erfindungsgemäßen Elektrobatterie können beliebige Geometrien aufweisen; sie können z.B. als Rundzelle, als prismatische Zelle oder als Pouchzelle ausgebildet sein.
  • Anstelle des Batteriegehäuses oder zusätzlich zum Batteriegehäuse kann eine Aufnahmestruktur für die Batteriezellen und weitere Batteriekomponenten, z.B. Sensorikteile, vorgesehen sein, die ebenfalls aus dem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.
  • Sowohl das Batteriegehäuse als auch die ggf. anstelle des Batteriegehäuses bzw. zusätzlich zum Batteriegehäuse vorgesehene Aufnahmestruktur können mehrteilig ausgebildet sein.
  • Zur Oberseite hin kann das Batteriegehäuse vorteilhaft mittels eines Deckels geschlossen sein, der ebenfalls aus dem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.
  • Die Plus- und Minusanschlüsse der Batteriezellen sind zweckmäßigerweise zur Außenseite des Batteriegehäuses geführt.
  • Dasselbe gilt für weitere elektrische Schnittstellen, elektronische Schnittstellen, mechanische Schnittstellen und/oder thermische Schnittstellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrobatterie ist deren Batteriegehäuse aus auf ein aus der Mehrzahl der Batteriezellen der Elektrobatterie gebildetes Batteriezellengefüge aufgeschäumtem und dort ausgehärtetem Kunststoff ausgebildet.
  • Vorteilhaft ist das aus den Batteriezellen gebildete Batteriezellengefüge, bevor es in das Batteriegehäuse eingebracht wird bzw. bevor um das Batteriezellengefüge herum das Batteriegehäuse aus dem Kunststoff hergestellt wird, mittels eines die Batteriezellen umgebenden Gurts zusammengefügt bzw. fixiert.
  • Alternativ ist es möglich, die Batteriezellen mittels ihrer zum elektrischen Anschluss untereinander dienenden elektrischen Zellverbinder zum Batteriezellengefüge zusammenzufügen.
  • Grundsätzlich kann jede temporäre Fixiervorrichtung vorgesehen sein, um das Batteriezellengefüge zu fixieren.
  • In dem gesamten das Batteriegehäuse ausbildenden Korpus können Kanäle vorgesehen sein, welche z.B. als Kühl-, Versteifungs- und/oder Armierungskanäle dienen können.
  • Wenn das Batteriegehäuse der Elektrobatterie an seiner Außenseite ausgebildete Geometrien aufweist, mittels der eine Anzahl derartiger Elektrobatterien bzw. Batteriegehäuse zusammenfüg- bzw. stapelbar ist, können derartige Elektrobatterien in einfacher Weise zu größeren Batterieanordnungen zusammengefügt werden.
  • Zur Sicherung derartiger, eine Vielzahl von Elektrobatterien aufweisender Batterieanordnungen ist es vorteilhaft, wenn die Batteriegehäuse an ihren Außenseiten Rastmittel aufweisen, mittels denen eine Mehrzahl derartiger Elektrobatterien bzw. Batteriegehäuse mit- bzw. aneinander verrastbar ist.
  • Wenn der das Batteriegehäuse ausbildende geschäumte Kunststoff einen hohen Gasinhalt aufweist, kann das Batteriegehäuse in extremer Leichtbauweise ausgestaltet sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrobatterie enthält der geschäumte Kunststoff des Batteriegehäuses einen flammhemmenden, vorzugsweise selbstverlöschenden Werkstoff. Vorteilhaft weist das Batteriegehäuse zumindest ein Reservoir oder zumindest eine Kavität auf, worin Löschsubstanzen, z.B. Pyrobubbles, vorgehalten werden können. Hierdurch kann eine erhöhte Sicherheit zur Verfügung gestellt werden, wobei darüber hinaus die dämpfende Wirkung des Batteriegehäuses erhöht werden kann.
  • Als weitere Sicherheitsmaßnahme ist es möglich, das Batteriegehäuse oder Batteriezellengefüge der Elektrobatterie mit einer Sicherheitshülle zu umgeben, wobei darüber hinaus in eine oder mehrere vom Batteriegehäuse oder Batteriezellengefüge ausgebildete Kavitäten Sicherheitselemente eingebracht sein können.
  • Je nach Anforderungsprofil kann das Batteriegehäuse hinsichtlich seiner Geometrie, seiner Außenfläche und seiner Abmessungen beliebig gestaltet werden.
  • Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung und Montage einer Elektrobatterie für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, verfahrbares oder stationäres Aggregat, wird in einem Batteriegehäuse eine Mehrzahl Batteriezellen angeordnet, wobei das Batteriegehäuse aus Kunststoff auf ein Batteriezellengefüge aufgeschäumt und dort ausgehärtet wird.
  • Beim Aufschäumen und Aushärten des Batteriezellengehäuses kann das Batteriezellengefüge vorteilhaft mittels eines dieses Batteriezellengefüge umgebenden Gurts fixiert werden.
  • Alternativ kann das Batteriezellengefüge beim Aufschäumen und Aushärten des Batteriegehäuses mittels elektrischer Zellverbinder fixiert werden.
  • Alternativ oder zusätzlich kann beim Aufschäumen und Aushärten des Batteriegehäuses eine temporäre Fixiervorrichtung zwecks Fixierung des Batteriezellengefüges vorgesehen werden.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, das Batteriezellengefüge in fixierter Form in einem Verbauraum des Kraftfahrzeugs bzw. des Aggregats anzuordnen, und dort mit dem Batteriegehäuse zu versehen.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 eine perspektivische Darstellung einer Gruppe von Batteriezellen einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrobatterie;
    • 2 eine perspektivische Darstellung eines aus den in 1 gezeigten Batteriezellen zusammengestellten Batteriezellengefüges;
    • 3 das in 2 gezeigte Batteriezellengefüge mit einem ihn umgebenden Gurt;
    • 4 eine perspektivische Darstellung eines Batteriegehäuses der erfindungsgemäßen Elektrobatterie;
    • 5 das in 4 gezeigte Batteriegehäuse, in dem das in den 2 bzw. 3 gezeigte Batteriezellengefüge aufgenommen ist;
    • 6 eine perspektivische Darstellung des in den 4 und 5 gezeigten Batteriegehäuses mit einem Deckel;
    • 7 eine perspektivische Darstellung des in 6 gezeigten Batteriegehäuses mit Deckel, wobei eine Seitenwand des Batteriegehäuses weggeschnitten ist, um das im Batteriegehäuse aufgenommene Batteriezellengefüge zu zeigen;
    • 8 eine Gehäuseschalung inkl. Deckel zur Aufnahme des mit einem Batteriegehäuse zu versehenden Batteriezellengefüges;
    • 9 eine perspektivische Darstellung des in der in 8 gezeigten Gehäuseschalung aufgenommenen Batteriezellengefüges;
    • 10 eine 9 entsprechende Darstellung, wobei der Deckel der Gehäuseschalung weggelassen ist;
    • 11 eine Darstellung des Batteriezellengefüges mit einem der Gehäuseschalung zugeordneten Deckel; und
    • 12 eine perspektivische Darstellung des in 11 gezeigten, der Gehäuseschalung zugeordneten Deckels.
  • Eine im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläuterte Elektrobatterie 1 für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, für ein verfahrbares oder ein stationäres Aggregat, hat Batteriezellen 2, die in 1 gezeigt sind. Die Anzahl der Batteriezellen 2 ist beliebig. In 1 sind acht Batteriezellen 2 dargestellt, die zu der im Folgenden näher beschriebenen Ausführungsform der Elektrobatterie 1 gehören.
  • Die Batteriezellen 2 werden, wie dies in 2 gezeigt ist, zu einem Batteriezellengefüge 3 zusammengefügt.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass hinsichtlich der Formgebung der Batteriezellen 2 auch andere als die in 2 gezeigten prismatischen Zellen möglich sind, z.B. Rundzellen oder Pouchzellen.
  • Die zu dem Batteriezellengefüge 3 zusammengefügten Batteriezellen 2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel, wie sich insbesondere aus 3 ergibt, mittels eines das Batteriezellengefüge 3 umgebenden Gurts 4 aneinander befestigt.
  • Anstelle einer Befestigung des Batteriezellengefüges 3 mittels des Gurts 4 sind auch technische Lösungen möglich, bei denen das feste Batteriezellengefüge 3 mittels in den Figuren nicht dargestellter Zellverbinder realisiert ist oder bei denen eine temporäre Fixiervorrichtung vorgesehen ist.
  • Das in den 2 und 3 gezeigte Batteriezellengefüge 3 wird in einem Batteriegehäuse 5 aufgenommen, wie es in 4 beispielhaft gezeigt ist. Das Batteriegehäuse 5 ist aus einem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet. Dieser expandierte bzw. geschäumte Kunststoff ähnelt dem bekannten Kunststoff Styropor. Das innerhalb des Batteriegehäuses 5 aufgenommene Batteriezellegefüge 3 ist in 5 gezeigt. Die Anschlussverbindungen des innerhalb des Batteriegehäuses 5 angeordneten Batteriezellengefüges 3 erfolgen durch am Gehäuse vorgesehene Anschlusskanäle 6. Hierdurch können auch weitere elektrische Schnittstellen, elektronische Schnittstellen, mechanische Schnittstellen und/oder thermische Schnittstellen zur Außenseite des Batteriegehäuses 5 geführt werden. An seiner Oberseite kann das Batteriegehäuse 5 mittels eines Deckels 7 geschlossen sein, wie dies in 6 gezeigt ist. Der Deckel 7 ist hierbei aus demselben expandierten bzw. geschäumten Kunststoff hergestellt wie das übrige Batteriegehäuse 5.
  • Anstelle des Batteriegehäuses 5 bzw. zusätzlich zum Batteriegehäuse 5 kann eine Aufnahmestruktur vorgesehen sein, die der Aufnahme der Batteriezellen 2 sowie weiterer Batteriekomponenten, wie Sensorikteilen etc., dient. Auch eine derartige, in den Figuren nicht gezeigte Aufnahmestruktur kann aus einem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff hergestellt werden.
  • Das Batteriegehäuse 5, zu dem der Deckel 7 gehören kann, und, sofern die vorstehend bereits erwähnte Aufnahmestruktur vorgesehen ist, diese Aufnahmestruktur können mehrteilig ausgebildet sein.
  • 7 zeigt die in 6 gezeigte Elektrobatterie, wobei eine Seitenwand weggelassen ist, um zu zeigen, wie das Batteriezellengefüge inkl. dem Gurt 4 vom Batteriegehäuse 5 und dem Deckel 7 aufgenommen sind.
  • Das Batteriegehäuse 5 kann in den Figuren nicht gezeigte weitere Kanäle aufweisen, die als Kühl-, Versteifungs- und/oder Armierungskanäle ausgebildet sein können.
  • Im Falle einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrobatterie ist eine Herstellweise vorgesehen, bei der z.B. die in 8 gezeigte Gehäuseschalung 8 verwendet wird, zu der eine Deckelschalung 9 gehört. In die Anordnung aus Gehäuseschalung 8 und Deckelschalung 9 ist das Batteriezellengefüge 3 eingebracht.
  • Im Falle der in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsform ruht das Batteriezellengefüge 3 auf einem zur Gehäuseschalung 8 gehörenden Träger 10.
  • Die in 12 gezeigte Deckelschalung 9 hat in Richtung zum Batteriezellengefüge 3 vorstehende Schalungsteile 11, 12, 13, die, wie dies am besten aus 11 hervorgeht, sich zwischen der eigentlichen Deckelschalung 9 und der Oberseite des Batteriezellengefüges 3 erstrecken. In den Zwischenraum zwischen der Gehäuseschalung 8 und der Deckelschalung 9 einerseits und dem Batteriezellengefüge 3 andererseits wird der Kunststoff eingebracht, aufgeschäumt und ausgehärtet. Selbstverständlich können vor dem Einbringen und Aufschäumen des Kunststoffs weitere Strukturteile vorgesehen werden, mittels denen die für die Elektrobatterie 1 erforderlichen Kanäle, Hohlräume etc. ausbildbar sind.
  • Die Fixierung des Batteriezellengefüges 3 in der in den 9 und 10 gezeigten Anordnung kann selbstverständlich auch mittels des Gurts 4 erfolgen, ist jedoch auch anders realisierbar.
  • An seiner Außenfläche ist das Batteriegehäuse 5 der Elektrobatterie 1 beliebig gestaltbar. Es kann an seiner Außenseite Geometrien aufweisen, mittels denen eine Vielzahl derartiger Elektrobatterien 1 zusammengefügt und gestapelt werden können. Auch eine Verrastung der Elektrobatterien 1 an ihren Batteriegehäusen 5 ist denkbar.
  • Der das Batteriegehäuse 5 sowie ggf. den Deckel 7 ausbildende geschäumte Kunststoff kann einen hohen Gasinhalt aufweisen. Darüber hinaus enthält der Kunststoff des Batteriegehäuses 5 einen flammhemmenden oder selbstverlöschenden Werkstoff. Innerhalb des Batteriegehäuses 5 können in den Figuren nicht dargestellte Reservoirs oder Kavitäten ausgebildet sein, in denen Löschsubstanzen, wie Pyrobubbles, vorgehalten werden.
  • Das Batteriegehäuse 5 und/oder das Batteriezellengefüge 3 können von einer in den Figuren nicht dargestellten Sicherheitshülle umgeben sein. Darüber hinaus können in eine oder mehrere vom Batteriegehäuse 5 bzw. vom Batteriezellengefüge 3 ausgebildete Kavitäten Sicherheitselemente eingebracht werden.
  • Grundsätzlich ist auch eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Elektrobatterie 1 möglich, bei der das Batteriezellengefüge 3 der Elektrobatterie 1 am Montageort innerhalb des Kraftfahrzeugs bzw. des anderen Aggregats angeordnet wird und dort mit dem Batteriezellengehäuse 5 versehen wird, wobei das Batteriezellengehäuse 5 durch Einbringen, Aufschäumen und Aushärten des Kunststoffs realisiert wird.

Claims (19)

  1. Elektrobatterie (1) für ein elektrisch oder teilelektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, verfahrbares oder stationäres Aggregat, mit einem Batteriegehäuse (5) und einer Mehrzahl darin angeordneter Batteriezellen (2), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (5) aus einem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet ist.
  2. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 1, bei der die Batteriezellen (2) beliebige Geometrien aufweisen, z.B. als Rundzelle, prismatische Zelle oder Pouchzelle ausgebildet sind.
  3. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Batteriegehäuse (5) und/oder eine Aufnahmestruktur für die Batteriezellen (2) und weitere Batteriekomponenten, z.B. Sensorikteile, aus dem expandierten bzw. geschäumten Kunststoff ausgebildet sind.
  4. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Batteriegehäuse (5) und/oder ggf. die Aufnahmestruktur mehrteilig ausgebildet sind.
  5. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, deren Batteriegehäuse (5) einen Deckel (7) aufweist.
  6. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Plus- und Minusanschlüsse zur Außenseite des Batteriegehäuses (5) geführt sind.
  7. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 6, bei der weitere elektrische Schnittstellen, elektronische Schnittstellen, mechanische Schnittstellen und/oder thermische Schnittstellen zur Außenseite des Batteriegehäuses (5) geführt sind.
  8. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, deren Batteriegehäuse (5) aus auf ein aus der Mehrzahl der Batteriezellen (2) der Elektrobatterie (1) gebildetes Batteriezellengefüge (3) aufgeschäumtem und dort ausgehärtetem Kunststoff ausgebildet ist.
  9. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 8, bei der die Batteriezellen mittels eines das Batteriezellengefüge (3) umgebenden Gurts (4) zusammengefügt sind.
  10. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 8, bei der die Batteriezellen (2) mittels zum elektrischen Anschluss untereinander dienenden elektrischen Zellverbindern zum Batteriezellengefüge (3) zusammengefügt sind.
  11. Elektrobatterie (1) nach Anspruch 8, bei der das Batteriezellengefüge (3) mittels einer temporären Fixiervorrichtung sicherbar ist.
  12. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, deren Batteriegehäuse (5) Kanäle aufweist, die als Kühl-, Versteifungs- und/oder Armierungskanäle ausgebildet sind.
  13. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, deren Batteriegehäuse (5) an seiner Außenseite ausgebildete Geometrien aufweist, mittels der eine Mehrzahl derartiger Elektrobatterien (1) bzw. Batteriegehäuse (5) zusammenfüg- bzw. stapelbar ist.
  14. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, deren Batteriegehäuse (5) an seiner Außenseite Rastmittel aufweist, mittels denen eine Mehrzahl derartiger Elektrobatterien (1) bzw. Batteriegehäuse (5) mit- bzw. aneinander verrastbar ist.
  15. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei der der geschäumte Kunststoff des Batteriegehäuses (5) einen hohen Gasinhalt aufweist.
  16. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei der der geschäumte Kunststoff des Batteriegehäuses (5) einen flammhemmenden, vorzugsweise selbstverlöschenden Werkstoff enthält.
  17. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 bei der das Batteriegehäuse (5) ein Reservoir oder eine Kavität aufweist, in dem bzw. der Löschsubstanzen, z.B. Pyrobubbles, vorhaltbar sind.
  18. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, deren Batteriegehäuse (5) oder deren Batteriezellengefüge (3) von einer Sicherheitshülle umgeben und/oder bei der in eine oder mehrere vom Batteriegehäuse (5) oder Batteriezellengefüge (3) ausgebildete Kavitäten Sicherheitselemente eingebracht sind.
  19. Elektrobatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, deren Batteriegehäuse (5) hinsichtlich seiner Geometrie, Außenfläche und Abmessungen beliebig gestaltbar ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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EP4181292A4 (de) * 2021-01-11 2024-04-17 LG Energy Solution, Ltd. Batteriemodul und batteriepack damit

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