EP4767395A1 - Gehäuseteil für ein batteriegehäuse einer traktionsbatterie, batteriegehäuse, traktionsbatterie und verfahren zum herstellen eines gehäuseteils - Google Patents

Gehäuseteil für ein batteriegehäuse einer traktionsbatterie, batteriegehäuse, traktionsbatterie und verfahren zum herstellen eines gehäuseteils

Info

Publication number
EP4767395A1
EP4767395A1 EP24804469.5A EP24804469A EP4767395A1 EP 4767395 A1 EP4767395 A1 EP 4767395A1 EP 24804469 A EP24804469 A EP 24804469A EP 4767395 A1 EP4767395 A1 EP 4767395A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
housing
battery
layer
housing part
metal layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24804469.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Till Zimmermann
Thorsten HÄFNER
Jürgen PFROMMER
Eupremio Piccinonno
Oliver EZEL
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Publication of EP4767395A1 publication Critical patent/EP4767395A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/231—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/227—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/229—Composite material consisting of a mixture of organic and inorganic materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/24—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries from their environment, e.g. from corrosion
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H01M50/273—Lids or covers for the racks or secondary casings characterised by the material
    • H01M50/276—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H01M50/273—Lids or covers for the racks or secondary casings characterised by the material
    • H01M50/278—Organic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/271—Lids or covers for the racks or secondary casings
    • H01M50/273—Lids or covers for the racks or secondary casings characterised by the material
    • H01M50/282—Lids or covers for the racks or secondary casings characterised by the material having a layered structure
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)
  • Body Structure For Vehicles (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Gehäuseteil (10), insbesondere Gehäuseunterteil, für ein Batteriegehäuse (100) einer Traktionsbatterie (200) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei in einem Gehäuseinnenraum (40) des Batteriegehäuses (100) eine Vielzahl von Batteriezellen anordenbar sind, zum Verbinden mit einem zweiten Gehäuseteil (12) des Batteriegehäuses (100), mit einem Schichtverbund (20) aus mehreren Schichten (22, 24, 26) mit unterschiedlichen Werkstoffen, wenigstens umfassend eine Außenschicht (22) aus einem faserverstärktem Kunststoff, eine Metallschicht (24), insbesondere aus Stahl oder Aluminium, und eine Verbindungsschicht (26) zwischen der Außenschicht (22) und der Metallschicht (24), wobei der Schichtverbund (20) durch Verpressen gebildet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriegehäuse (100) für eine Traktionsbatterie (200), eine Traktionsbatterie (200), sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils (10) für ein Batteriegehäuse (100).

Description

Gehäuseteil für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie, Batteriegehäuse, Traktionsbatterie und Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils
Die Erfindung betrifft ein Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseunterteil, für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, sowie ein Batteriegehäuse, eine Traktionsbatterie und ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils.
Die DE 10 2020 101 039 A1 offenbart einen Gehäusedeckel für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, welcher zum Aufsetzen auf ein Gehäuseunterteil des Batteriegehäuses dient. Der Gehäusedeckel weist eine Abdeckschicht zum Abschließen, insbesondere zum Abdichten, eines Gehäuseinnenraumes des Batteriegehäuses auf. Der Gehäuseinnenraum ist zum Aufnehmen zumindest einer Batteriezelle ausgebildet. Außerdem weist der Gehäusedeckel eine zumindest bereichsweise mit der Abdeckschicht überlappende Schutzschicht zum Standhalten gegenüber einer thermischen Belastung auf, welche durch eine Hitzebeaufschlagung des Gehäusedeckels bei einer Notentgasung der zumindest einen Batteriezelle verursacht wird. Die Schutzschicht ist in Verbindungsbereichen mit der Abdeckschicht mechanisch verbunden und in Schutzbereichen unter Ausbildung eines zur Erhöhung eines thermischen Übergangswiderstands zwischen der Schutzschicht und der Abdeckschicht vorgesehenen Spaltes beabstandet zu der Abdeckschicht angeordnet.
Üblicherweise werden bei Batteriegehäusen für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge metallische EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit-Abschirmungen wie Metallfolien, Metallbleche, elektrisch leitfähige Lacke, in einem nachgelagerten Bearbeitungsschritt, z.B. durch Kleben, Lackieren, auf ein Kunststoffbauteil aufgebracht. Auch Crash- Verstärkungen oder Brandschutzverstärkungen, wie Glimmermatten, Metallverstärkungen, werden meist ebenfalls in einem separaten Fügeschritt in das bereits fertige Bauteil eingebracht. Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseunterteil, für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, eine verbesserte Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug zu schaffen.
Eine weitere Aufgabe ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs anzugeben.
Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseunterteil, für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei in einem Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses eine Vielzahl von Batteriezellen anordenbar sind, zum Verbinden mit einem zweiten Gehäuseteil des Batteriegehäuses, mit einem Schichtverbund aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Werkstoffen, wenigstens umfassend eine Außenschicht aus einem faserverstärktem Kunststoff, eine Metallschicht, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, und eine Verbindungsschicht zwischen der Außenschicht und der Metallschicht. Dabei ist der Schichtverbund durch Verpressen gebildet.
Das vorgeschlagene Gehäuseteil ist ein Teil eines Batteriegehäuses aus faserverstärkten Kunststoffen, wie Duroplast oder Thermoplast, mit integrierter, metallischer EMV- Abschirmung und mit zusätzlicher metallischer Crash-Struktur und/oder Brandschutzstruktur.
Dabei wird als EMV-Abschirmung und Crash-Verstärkung bzw. Brandschutzverstärkung eine Metallschicht in Form einer metallischen Wanne, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, in ein Presswerkzeug eingelegt und direkt mit dem Kunststoff-Material der Außenschicht verpresst. Das Basismaterial für die Außenschicht kann ein Duroplast oder Thermoplast mit einem hohen Glasfaseranteil und flammhemmenden Zusatzstoffen sein. Beispielsweise kann als faserverstärkter Kunststoff ein sogenannter Sheet Moulded Compound (SMC) basierend auf einem ungesättigten Polyesterharz eingesetzt werden. Ein Faseranteil kann bevorzugt wenigstens 20%, besonders bevorzugt wenigstens 30% betragen. Bevorzugt können dem Harz zusätzliche flammhemmende Zuschlagstoffe beigemischt werden. Eine Blechstärke der Metallschicht aus Stahl kann beispielsweise 1 mm betragen. Alternativ kann auch ein Aluminiumblech mit einer Materialstärke von wenigstens 1 mm eingesetzt werden. Die Materialstärke ist abhängig von der Geometrie des Gehäuseteils. Die Umformbarkeit und Mechanik ist bei Aluminium tendenziell aber größer als bei Stahl.
Auf die Metallwanne ist dabei eine Verbindungsschicht aufgebracht, welche die dauerhafte Verbindung zwischen Metallschicht und Außenschicht begünstigt. Auf diese Weise können Außenschicht und Metallschicht klebstofffrei miteinander fest verbunden werden.
Durch das Einbringen der zusätzlichen Funktionen im Pressschritt, können nachgelagerte Bearbeitungsschritte entfallen. Hierdurch kann die Fertigung des Batteriegehäuses kostengünstiger gestaltet werden. Taktzeiten in der Fertigung können verkürzt werden.
Kunststoffhalbzeug und Prozessparameter sind vorteilhaft dahingehend entwickelt, dass eine optimale, flächige Haftung zwischen Kunststoff und Verstärkungswanne erzielt wird. Der Metalleinleger dient als duktile Schicht, die auch bei einer größeren Verformung oder bei Auftreffen eines spitzen Gegenstandes die Integrität des Gehäuseteils sicherstellt.
Nachgelagerte Fügeschritte können bei dem Fertigungsverfahren entfallen. Die EMV- Abschirmung und die Crash-Verstärkung und Brandschutzverstärkung sind direkt in das Gehäuseteil integriert. Ein Korrosionsschutz der metallischen Wanne kann durch eine Kunststoff-Beschichtung erfolgen. Beispielsweise können Randbereiche der metallischen Wanne mit dem Kunststoff mate rial der Außenschicht umpresst und/oder umspritzt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann die Verbindungsschicht unter Druck und/oder engen Kontakt eine chemische Verbindung mit der Außenschicht und/oder der Metallschicht aufweisen. Dadurch kann günstigerweise eine dauerhafte Verbindung zwischen Metallschicht und Außenschicht ermöglicht werden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann die Metallschicht an einem außen umlaufenden Rand, insbesondere in radialer Richtung nach außen, von der Außenschicht umhüllt sein, insbesondere in die Außenschicht eingebettet sein. So kann der metallische Einleger vollständig von der Außenschicht als Kunststoffschicht umpresst und/oder umspritzt sein und auf diese Weise dauerhaft gegen Korrosion geschützt sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann die Außenschicht flammhemmende Eigenschaften aufweisen. Damit kann ein effektiver Brandschutz auf günstige Weise realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann die Verbindungsschicht einen Lack, insbesondere einen Pulverlack, aufweisen. Die Verbindungsschicht kann so auf einfache und kostengünstige Weise auf die Metallschicht aufgebracht werden und beim Verpressen eine dauerhafte Verbindung zwischen Außenschicht und Metallschicht ermöglichen. Der Lack kann auf die beispielsweise als Stahlwanne ausgebildete Metallschicht mit hoher Haftung als Haftvermittler auf die Stahlwanne eingebracht und eingebrannt werden. Anschließend wird dann das Kunststoffhalbzeug in Form einer Matte miteinander verpresst, wobei der Lack die Haftung zwischen beiden Komponenten Metallschicht und Außenschicht übernimmt.
Als Verbindungsschicht kann beispielsweise eine Pulverlackgrundierung aufgebracht werden. Eine Bindemittel-Basis kann dabei ein Epoxidharz sein. Die Dichte kann beispielsweise 1,2-1 , 7 g/cm3 betragen, eine Auftragsmenge beispielsweise ca. 0,3 kg/m2, bei einer Schichtdicke von 200pm.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann wenigstens ein elektrisches Kontaktelement mit der Metallschicht elektrisch leitend verbunden sein, welches bei bestimmungsgemäßer Montage des zweiten Gehäuseteils mit einer metallischen Abdeckung des zweiten Gehäuseteils elektrisch verbunden ist. Dadurch kann günstigerweise eine effektive EMV-Abschirmwirkung erzielt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Gehäuseteils kann die Außenschicht wenigstens bereichsweise eine nach radial außen abstehende Verrippung aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann dabei die Metallschicht wenigstens bereichsweise zu dem Gehäuseinnenraum gerichtete Hervorhebungen, insbesondere Sicken, aufweisen. Durch die Verrippung kann günstigerweise eine Versteifung des Batteriegehäuses gegen seitliche Krafteinwirkungen erreicht werden. Die Hervorhebungen, insbesondere Sicken, versteifen das Gehäuseteil als Gehäuseunterteil eines Batteriegehäuses bei der Aufnahme schwerer Batteriemodule gegen eine Durchbiegung.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei in einem Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses eine Vielzahl von Batteriezellen anordenbar sind, mit einem ersten Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseunterteil, und mit einem zweiten Gehäuseteil, insbesondere Gehäuseoberteil, wobei das erste Gehäuseteil einen Schichtverbund aus mehreren Schichten mit unterschiedlichen Werkstoffen aufweist, wenigstens umfassend eine Außenschicht aus einem faserverstärktem Kunststoff, eine Metallschicht, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, eine Verbindungsschicht zwischen der Außenschicht und der Metallschicht. Dabei ist der Schichtverbund durch Verpressen gebildet. Das zweite Gehäuseteil ist mit einem umlaufenden Rand des ersten Gehäuseteils dicht verbunden. Insbesondere ist das zweite Gehäuseteil über elektrische Kontaktelemente elektrisch kontaktierend verbunden.
Das vorgeschlagene Batteriegehäuse mit dem vorstehend beschriebenen Gehäuseteil stellt eine kostengünstige und fertigungsgerechte Lösung eines Batteriegehäuses für eine T raktionsbatterie bereit.
Das Batteriegehäuse weist vorteilhaft eine integrierte EMV-Abschirmung, eine Crash- Verstärkung und Brandschutzverstärkung auf. Das Batteriegehäuse ist dauerhaft gegen Korrosion geschützt.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug vorgeschlagen, mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einem Batteriegehäuse, wobei die Batteriezellen in einem Gehäuseinnenraum des Batteriegehäuses angeordnet sind.
Die vorgeschlagene Traktionsbatterie, welche ein Batteriegehäuse mit dem vorstehend beschriebenen Gehäuseteil umfasst, stellt eine kostengünstige und fertigungsgerechte Lösung einer Traktionsbatterie bereit.
Die Traktionsbatterie weist vorteilhaft eine integrierte EMV-Abschirmung, eine Crash- Verstärkung und Brandschutzverstärkung auf. Das Batteriegehäuse ist dauerhaft gegen Korrosion geschützt. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, vorgeschlagen, wenigstens umfassend Bereitstellen einer Metallschicht, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, Bereitstellen einer Außenschicht aus einem faserverstärktem Kunststoff, Aufbringen einer Verbindungsschicht, insbesondere eines Lacks, insbesondere eines Pulverlacks, auf die Metallschicht, Einlegen der Metallschicht in eine Werkzeugform, Auflegen der Außenschicht auf die Metallschicht, und Verpressen der Außenschicht mit der Metallschicht zu einem Schichtverbund.
Das vorgeschlagene Verfahren ermöglicht die Fertigung eines Gehäuseteils als Teil eines Batteriegehäuses aus faserverstärkten Kunststoffen, wie Duroplast oder Thermoplast, mit integrierter, metallischer EMV-Abschirmung und mit zusätzlicher metallischer Crash- Struktur und/oder Brandschutzstruktur.
Dabei wird als EMV-Abschirmung und Crash-Verstärkung bzw. Brandschutzverstärkung eine Metallschicht in Form einer metallischen Wanne, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, in ein Presswerkzeug eingelegt und direkt mit dem Kunststoff-Material der Außenschicht verpresst. Das Basismaterial für die Außenschicht kann ein Duroplast oder Thermoplast mit einem hohen Glasfaseranteil und flammhemmenden Zusatzstoffen sein. Beispielsweise kann als faserverstärkter Kunststoff ein sogenannter Sheet Moulded Compound (SMC) basierend auf einem ungesättigten Polyesterharz eingesetzt werden. Ein Faseranteil kann bevorzugt wenigstens 20%, besonders bevorzugt wenigstens 30% betragen, Eine Blechstärke der Metallschicht aus Stahl kann beispielsweise 1 mm betragen. Alternativ kann auch ein Aluminiumblech mit einer Materialstärke von wenigstens 1 mm eingesetzt werden. Die Materialstärke ist abhängig von der Geometrie des Gehäuseteils. Die Umformbarkeit und Mechanik ist bei Aluminium tendenziell aber größer als bei Stahl.
Auf die Metallwanne wird dabei eine Verbindungsschicht aufgebracht, welche die dauerhafte Verbindung zwischen Metallschicht und Außenschicht begünstigt. Auf diese Weise können Außenschicht und Metallschicht klebstofffrei miteinander fest verbunden werden.
Der Lack kann auf die beispielsweise als Stahlwanne ausgebildete Metallschicht mit hoher Haftung als Haftvermittler auf die Stahlwanne eingebracht und eingebrannt werden. Anschließend wird dann das Kunststoffhalbzeug in Form einer Matte miteinander verpresst, wobei der Lack die Haftung zwischen beiden Komponenten Metallschicht und Außenschicht übernimmt.
Als Verbindungsschicht kann beispielsweise eine Pulverlackgrundierung aufgebracht werden. Eine Bindemittel-Basis kann dabei ein Epoxidharz sein. Die Dichte kann beispielsweise 1,2-1 , 7 g/cm3 betragen, eine Auftragsmenge beispielsweise ca. 0,3 kg/m2, bei einer Schichtdicke von 200pm.
Durch das Einbringen der zusätzlichen Funktionen im Pressschritt, können nachgelagerte Bearbeitungsschritte entfallen. Hierdurch kann die Fertigung des Batteriegehäuses kostengünstiger gestaltet werden. Taktzeiten in der Fertigung können verkürzt werden.
Kunststoffhalbzeug und Prozessparameter sind vorteilhaft dahingehend entwickelt, dass eine optimale, flächige Haftung zwischen Kunststoff und Verstärkungswanne erzielt wird. Der Metalleinleger dient als duktile Schicht, die auch bei einer größeren Verformung oder bei Auftreffen eines spitzen Gegenstandes die Integrität des Gehäuseteils sicherstellt.
Nachgelagerte Fügeschritte können bei dem Fertigungsverfahren entfallen. Die EMV- Abschirmung und die Crash-Verstärkung und Brandschutzverstärkung sind direkt in das Gehäuseteil integriert. Ein Korrosionsschutz der metallischen Wanne kann durch eine Kunststoff-Beschichtung erfolgen. Beispielsweise können Randbereiche der metallischen Wanne mit dem Kunststoffmaterial der Außenschicht umpresst und/oder umspritzt sein.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung eines ersten Gehäuseteils, des Gehäuseunterteils, eines Batteriegehäuses einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 einen Längsschnitt im Randbereich des Gehäuseteils; und Fig. 3 einen Längsschnitt durch ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
Figur 1 zeigt eine isometrische Darstellung eines ersten Gehäuseteils 10, des Gehäuseunterteils, eines Batteriegehäuses 100 einer Traktionsbatterie 200 eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
In Figur 2 ist ein Längsschnitt im Randbereich 28 des ersten Gehäuseteils 10, des Gehäuseunterteils, dargestellt.
Das erste Gehäuseteil 10, das Gehäuseunterteil, weist einen Schichtverbund 20 aus mehreren Schichten 22, 24, 26 mit unterschiedlichen Werkstoffen auf. Der Schichtverbund 20 umfasst eine Außenschicht 22 aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine Metallschicht 24, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, sowie eine Verbindungsschicht 26 zwischen der Außenschicht 22 und der Metallschicht 24. Dabei ist der Schichtverbund 20 durch Verpressen gebildet.
Das Verfahren zum Herstellen des Gehäuseteils 10 umfasst wenigstens, dass die Metallschicht 24, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, bereitgestellt wird. Weiter wird die Außenschicht 22 aus einem faserverstärktem Kunststoff bereitgestellt. Danach wird die Verbindungsschicht 26, insbesondere ein Lack, insbesondere ein Pulverlack, auf die Metallschicht 24 aufgebracht und eingebrannt. Die Metallschicht 24 wird in eine Werkzeugform eingelegt und die Außenschicht 22 auf die Metallschicht 24 aufgelegt.
Anschließend wird die Außenschicht 22 mit der Metallschicht 24 zu einem Schichtverbund 20 verpresst. Die Verbindungsschicht 26 geht dabei unter Druck und/oder den engen Kontakt durch die Verpressung eine chemische Verbindung mit der Außenschicht 22 und/oder der Metallschicht 24 ein. Auf diese Weise können Außenschicht 22 und Metallschicht 24 klebstofffrei miteinander fest verbunden werden.
Zweckmäßigerweise kann die Außenschicht 22 flammhemmende Eigenschaften aufweisen, sodass dadurch eine Brandschutzstruktur umgesetzt werden kann. Wie in Figur 1 erkennbar ist, kann die Außenschicht 22 wenigstens bereichsweise eine nach radial außen abstehende Verrippung 34 aufweisen. Die Metallschicht 24 hingegen kann wenigstens bereichsweise zu dem Gehäuseinnenraum 40 gerichtete Hervorhebungen 36, insbesondere Sicken, aufweisen.
In Figur 2 ist erkennbar, dass die Metallschicht 24 an einem außen umlaufenden Rand 28, insbesondere in radialer Richtung nach außen, von der Außenschicht 22 umhüllt ist, insbesondere in die Außenschicht 22 eingebettet ist. Die Metallschicht 24 als metallischer Einleger kann von dem faserverstärkten Kunststoffmaterial der Außenschicht 22 umpresst sein. In Figur 2 ist eine der abstehenden Rippen 34 geschnitten. In diesem Bereich ist die Außenschicht 22 deshalb wesentlich dicker als beispielsweise im Bodenbereich.
Zwischen der Metallschicht 24 und der Außenschicht 22 ist die durchgehende Verbindungsschicht 26 angeordnet.
Figur 3 zeigt einen Längsschnitt durch ein Batteriegehäuse 100 einer Traktionsbatterie 200 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Das Batteriegehäuse 100 weist ein erstes Gehäuseteil 10, das Gehäuseunterteil, und ein zweites Gehäuseteil 12, das Gehäuseoberteil, auf, welche im Bereich des Randes 28 des ersten Gehäuseteils 10 verbunden sind. Das erste Gehäuseteil 10 kann beispielsweise, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, aus einem Schichtverbund 20 ausgebildet sein. Das zweite Gehäuseteil 12 kann, wie bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 3 dargestellt, im Randbereich ein Rahmenelement 38 aufweisen, welches der Anbindung an das Fahrzeug und/oder als Crash-Struktur zur Aufnahme seitlich einwirkender Kräfte dienen kann.
In einem Gehäuseinnenraum 40 des Batteriegehäuses 100 kann eine Vielzahl von, nicht dargestellten, Batteriezellen angeordnet werden.
Das erste Gehäuseteil 10 weist den Schichtverbund 20, wie zuvor beschrieben, mit einer Außenschicht 22 aus einem faserverstärkten Kunststoff, einer Metallschicht 24, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, und einer Verbindungsschicht 26 zwischen der Außenschicht 22 und der Metallschicht 24 auf. Der Schichtverbund 20 ist durch Verpressen gebildet.
Das zweite Gehäuseteil 12 ist mit dem umlaufenden Rand 28 des ersten Gehäuseteils 10 dicht verbunden. Das zweite Gehäuseteil 12 weist auf seiner, dem Gehäuseinnenraum 40 zugewandten Seite eine metallische Abdeckung auf. Bei dem ersten Gehäuseteil 10 sind elektrische Kontaktelemente 30 am Rand 28 angeordnet, welche mit der Metallschicht 24 elektrisch leitend verbunden sind. Im geschlossenen Zustand des Batteriegehäuses 100 sind diese elektrischen Kontaktelemente 30 mit der metallischen Abdeckung 32 des zweiten Gehäuseteils 12 elektrisch verbunden. Dadurch ist für das Batteriegehäuse 100 eine wirksame EMV-Abschirmung gegeben.
Im Schnittbild in Figur 3 ist im Gehäuseinnenraum 40 über der Metallschicht 24 ein Bodenteil 42 erkennbar, welches Erhebungen 44 aufweist. Die Erhebungen 44 dienen als Abstandshalter für darüber angeordnete, nicht dargestellte, Batteriezellen oder Batteriemodule zum Gehäuseboden. Hier wird zwischen den Batteriezellen und dem Bodenteil 42 ein sogenannter Ventingkanal ausgebildet, über weichen durch ein thermisches Ereignis entstandene Gase an definierten Stellen aus dem Batteriegehäuse 100 abgeleitet werden können.
Weiter ist in Figur 3 ein Crash-Absorber 46 erkennbar, welcher die Batteriezellen im Falle eines mechanischen Aufpralls von einer Intrusion schützt.
Bezugszeichenliste
10 Gehäuseteil
12 zweites Gehäuseteil
20 Schichtverbund
22 Außenschicht
24 Metallschicht
26 Verbindungsschicht
28 Rand
30 elektrisches Kontaktelement
32 metallische Abdeckung
34 Verrippung
36 Hervorhebung
38 Rahmenelement
40 Gehäuseinnenraum
42 Bodenteil
44 Erhebung
46 Crash-Absorber
100 Batteriegehäuse
200 Traktionsbatterie

Claims

Patentansprüche
1. Gehäuseteil (10), insbesondere Gehäuseunterteil, für ein Batteriegehäuse (100) einer Traktionsbatterie (200) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei in einem Gehäuseinnenraum (40) des Batteriegehäuses (100) eine Vielzahl von Batteriezellen anordenbar sind, zum Verbinden mit einem zweiten Gehäuseteil (12) des Batteriegehäuses (100), mit einem Schichtverbund (20) aus mehreren Schichten (22, 24, 26) mit unterschiedlichen Werkstoffen, wenigstens umfassend eine Außenschicht (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine Metallschicht (24), insbesondere aus Stahl oder Aluminium, eine Verbindungsschicht (26) zwischen der Außenschicht (22) und der Metallschicht (24), wobei der Schichtverbund (20) durch Verpressen gebildet ist.
2. Gehäuseteil nach Anspruch 1, wobei die Verbindungsschicht (26) unter Druck und/oder engen Kontakt eine chemische Verbindung mit der Außenschicht (22) und/oder der Metallschicht (24) aufweist.
3. Gehäuseteil nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Metallschicht (24) an einem außen umlaufenden Rand (28), insbesondere in radialer Richtung nach außen, von der Außenschicht (22) umhüllt ist, insbesondere in die Außenschicht (22) eingebettet ist.
4. Gehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (22) flammhemmende Eigenschaften aufweist.
5. Gehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsschicht (24) einen Lack, insbesondere einen Pulverlack, aufweist.
6. Gehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens ein elektrisches Kontaktelement (30) mit der Metallschicht (24) elektrisch leitend verbunden ist, welches bei bestimmungsgemäßer Montage des zweiten Gehäuseteils (12) mit einer metallischen Abdeckung (32) des zweiten Gehäuseteils (12) elektrisch verbunden ist.
7. Gehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Außenschicht (22) wenigstens bereichsweise eine nach radial außen abstehende Verrippung (34) aufweist und/oder wobei die Metallschicht (24) wenigstens bereichsweise zu dem Gehäuseinnenraum (40) gerichtete Hervorhebungen (36), insbesondere Sicken, aufweist.
8. Batteriegehäuse (100) für eine Traktionsbatterie (200) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wobei in einem Gehäuseinnenraum (40) des Batteriegehäuses (100) eine Vielzahl von Batteriezellen anordenbar sind, mit einem ersten Gehäuseteil (10), insbesondere Gehäuseunterteil, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, und mit einem zweiten Gehäuseteil (12), insbesondere Gehäuseoberteil, wobei das erste Gehäuseteil (10) einen Schichtverbund (20) aus mehreren Schichten (22, 24, 26) mit unterschiedlichen Werkstoffen aufweist, wenigstens umfassend eine Außenschicht (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff, eine Metallschicht (24), insbesondere aus Stahl oder Aluminium, eine Verbindungsschicht (26) zwischen der Außenschicht (22) und der Metallschicht (24), wobei der Schichtverbund (20) durch Verpressen gebildet ist, wobei das zweite Gehäuseteil (12) mit einem umlaufenden Rand (28) des ersten Gehäuseteils (10) dicht verbunden ist, insbesondere über elektrische Kontaktelemente (30) elektrisch kontaktierend verbunden ist.
9. Traktionsbatterie (200) für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug, mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einem Batteriegehäuse (100) nach Anspruch 8, wobei die Batteriezellen in einem Gehäuseinnenraum (40) des Batteriegehäuses (100) angeordnet sind.
0. Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 für ein Batteriegehäuse (100) einer Traktionsbatterie (200) eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, wenigstens umfassend
Bereitstellen einer Metallschicht (24), insbesondere aus Stahl oder Aluminium, Bereitstellen einer Außenschicht (22) aus einem faserverstärkten Kunststoff,
- Aufbringen einer Verbindungsschicht (26), insbesondere eines Lacks, insbesondere eines Pulverlacks, auf die Metallschicht (24), Einlegen der Metallschicht (24) in eine Werkzeugform,
- Auflegen der Außenschicht (22) auf die Metallschicht (24), Verpressen der Außenschicht (22) mit der Metallschicht (24) zu einem Schichtverbund (20).
EP24804469.5A 2023-11-10 2024-11-05 Gehäuseteil für ein batteriegehäuse einer traktionsbatterie, batteriegehäuse, traktionsbatterie und verfahren zum herstellen eines gehäuseteils Pending EP4767395A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102023004554.3A DE102023004554A1 (de) 2023-11-10 2023-11-10 Gehäuseteil für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie, Batteriegehäuse, Traktionsbatterie und Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseteils
PCT/EP2024/081236 WO2025099018A1 (de) 2023-11-10 2024-11-05 Gehäuseteil für ein batteriegehäuse einer traktionsbatterie, batteriegehäuse, traktionsbatterie und verfahren zum herstellen eines gehäuseteils

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4767395A1 true EP4767395A1 (de) 2026-07-01

Family

ID=93455777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP24804469.5A Pending EP4767395A1 (de) 2023-11-10 2024-11-05 Gehäuseteil für ein batteriegehäuse einer traktionsbatterie, batteriegehäuse, traktionsbatterie und verfahren zum herstellen eines gehäuseteils

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4767395A1 (de)
DE (1) DE102023004554A1 (de)
WO (1) WO2025099018A1 (de)

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007009928A1 (de) * 2007-01-24 2008-07-31 Hühoco Metalloberflächenveredelung Gmbh Verfahren zur Herstellung eines aus Kunststoff und Metall bestehenden Hybrid-Bauteiles sowie Metall-Kunststoff-Verbundkörper
DE102016207320A1 (de) * 2016-04-28 2017-11-02 Volkswagen Aktiengesellschaft Batterie-Gehäuseteil und Verfahren zur Herstellung desselben, Fahrzeugbatterie mit einem solchen Batterie-Gehäuseteil sowie Fahrzeug
DE102020101039A1 (de) 2020-01-17 2021-07-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Gehäusedeckel für ein Batteriegehäuse mit Partikelschutz und Hitzeschutz, Batteriegehäuse, Traktionsbatterie sowie Kraftfahrzeug
DE102021120133A1 (de) * 2021-08-03 2023-02-09 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Gehäuseelement, Energiespeichergehäuse sowie Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements
JP7051064B1 (ja) * 2021-10-15 2022-04-11 株式会社The MOT Company 金属－プリプレグ複合体
CN114665206A (zh) * 2022-04-14 2022-06-24 南京航空航天大学 一种阻燃防爆的新能源汽车电池壳及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025099018A1 (de) 2025-05-15
DE102023004554A1 (de) 2025-05-15

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20260327

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR