WO2012065853A1 - Befestigungseinrichtung für zumindest ein batteriemodul - Google Patents

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Harald Stuetz
Martin Michelitsch
Edward Yankoski
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Definitions

  • the invention relates to a fastening device for at least one battery module, in particular for at least one battery module of an electric vehicle, having a support structure with at least one battery module engaging under supporting part, wherein the battery module is firmly connected to the support structure.
  • US 2009/226806 A discloses a fastening device for batteries in a vehicle, wherein a battery pack is fastened by screws to the vehicle floor.
  • a similar arrangement is known from EP 1 850 407 AI.
  • the KR 2001-0092493 A discloses a fastening device for a vehicle battery, wherein the fastening via the battery passing through fastening ⁇ supply rods, which can be positively connected with vehicle-fixed tabs verbun ⁇ the.
  • this type of attachment is less suitable for high voltage batteries of an electric vehicle for safety reasons.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to attach batteries, especially high-voltage batteries, in a simple and secure manner to the body of a vehicle, with the highest possible weight ⁇ related energy densities to be achieved.
  • the battery module via ⁇ at least one battery module penetrating fastener, preferably ⁇ a fastening screw, with at least one support member positively or force ⁇ conclusively connected, preferably screwed, with particular preference example, the fastener is predominantly ⁇ within the battery module is arranged.
  • the battery module is arranged in a battery case, wherein at least one preferably long ⁇ stretched support member is disposed outside of the battery case in a bottom portion of the battery case.
  • a particularly secure attachment is made possible when the support member has at least one threaded hole for receiving the fastening screw, wherein the fastening screw is guided from the battery module to the support member and ⁇ preferably the fastening screw - with the exception of engaging in the threaded bore of the carrier threaded end - entirely within the Batteriege ⁇ housing is arranged.
  • a cost-effective attachment can be accomplished when the support member is formed by a preferably closed hollow profile, particularly preferably by an extrusion press profile.
  • a secure connection of the battery modules to the support member can be achieved when the threaded hole is formed by a disposed within the support member threaded insert.
  • the threaded ⁇ inserts can have at least one tool holder to allow for the screwing of the battery modules holding the threaded insert.
  • the fastening screws are guided from the inner region of the housing through the battery module and through holes in the battery housing to the outside to the support member and bolted to it. This allows a largely thermal decoupling of the battery cells from the support structure. A further improvement of the thermal insulation can be achieved if at least one sealing device is arranged between the supporting part and the battery housing and / or between the battery housing and the battery module.
  • the support structure has at least three, preferably at least three, preferably parallel arranged support parts, preferably the Bat ⁇ teriegetude has at least one preferably rail-like recess or a ⁇ bucht for receiving a support member, wherein preferably the cross ⁇ section of the recess or indentation is adapted to the profile shape of the support part.
  • a particularly secure attachment can be achieved if the support member and / or the recess has a trapezoidal - or wedge-shaped profile. Due to the trapezoidal or wedge-shaped cross-section, the battery module together be connected to the battery housing without play with the support structure, so that a stable and accident-proof attachment is ensured in the vehicle.
  • a secure connection of the support structure to the body can be achieved if at least one support part on at least one battery module projecting ⁇ the end firmly connected to the body of the vehicle, preferably ver ⁇ screwed.
  • the support member made of aluminum or plastic, preferably made of polyamide.
  • a particularly good heat dissipation between the battery modules and the battery housing or the body can be achieved if the Batteriemo ⁇ module is thermally decoupled from the support structure, preferably between the battery module and the battery housing at least one heat-insulating ⁇ render part, preferably a foamed part, is arranged.
  • FIG. 1 shows a fastening device according to the invention for a battery in an oblique view.
  • Fig. 1 shows a battery case 1, which is fixedly connected to a support structure 2 having a fastening device 3.
  • the support structure 2 consists of several parallel to each other arranged support members 4, 5, 6, which may be formed for example by extruded aluminum. Al ⁇ ternatively, the support members 4, 5, 6 may also be made of plastic, such as polyamide.
  • At least one of a plurality of Batteriezel ⁇ len exhibiting battery module 7 is arranged, which is connected via a plurality of formed by fastening screws 8 elongated fasteners directly frictionally with the support members 4, 5, 6.
  • the long ⁇ stretched support members 4, 5, 6 are arranged outside the battery case 1 in the bottom portion la, wherein the battery case 1 according to the profile of the support members 4, 5, 6 formed rail-like recesses or indentations 9 to the support members 4, 5, 6 record.
  • the fastening screws 8 penetrate the battery module 7 and are respectively screwed into threaded bores 10 of the support part 4, 5, 6.
  • the threaded holes 10 may be formed by threaded inserts 11, which in the respective hollow profile forming support members 4, 5, 6 transversely to the longitudinal axis 4a, 5a, 6a are used.
  • the fastening screws 8 are guided from the inside to the outside through holes 12 of the battery module 7 and through openings 13 of the battery case 1 and firmly screwed to the threaded inserts 11.
  • each support part 4, 5, 6 and the battery case 1 Sealing means 15 are provided which by O-rings, silicone deposits, EPTM (ethylene-propylene diene monomer), or the like may be formed. Given the tension of the supporting parts 4, 5, 6 to the battery housing 1. Given ⁇ if thermal decoupling can still be improved by using heat-insulating material, for example by a foamed part, between the battery module 7 and the battery case 1, without the connection to the support structure 2 is adversely affected.
  • each threaded insert 11 has tool receptacles 14 in the region of the outer side 14a facing away from the battery module.
  • the support structure 2 By the described support structure 2, a high weight-related energy density can be achieved, since the use of supporting metal parts can be reduced to a minimum. Nevertheless, a secure attachment of the relatively high battery weight in the vehicle under the usual operating conditions, especially in the event of a crash, guaranteed.
  • the support structure 2 is very simple and inexpensive to manufacture and can be bolted directly to the body of the vehicle.
  • a significant advantage is the good thermal insulation of the battery modules 7 to the outside, which is particularly important for cold start and operation or standstill at hei ⁇ Shen temperatures of great importance.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung (3) für zumindest ein Batteriemodul (7), insbesondere für zumindest ein Batteriemodul (7) eines Elektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur (2) mit zumindest einem das Batteriemodul (7) untergreifenden Tragteil (4, 5, 6), wobei das Batteriemodul (7) fest mit der Trägerstruktur (2) verbunden ist. Um eine leichtbauende, kostengünstige und sichere Befestigung der Batterie im Fahrzeug zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Batteriemodul (7) über zumindest ein das Batteriemodul (7) durchdringendes Befestigungselement, vorzugsweise eine Befestigungsschraube (8), mit zumindest einem Tragteil (4, 5, 6) form- oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, wobei besonders vorzugsweise das Befestigungselement überwiegend innerhalb des Batteriemoduls (7) angeordnet ist.

Description

Befestigungseinrichtung für zumindest ein Batteriemodul
Die Erfindung betrifft eine Befestigungseinrichtung für zumindest ein Batteriemodul, insbesondere für zumindest ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur mit zumindest einem das Batteriemodul untergreifenden Tragteil, wobei das Batteriemodul fest mit der Trägerstruktur verbunden ist.
Es ist bekannt, Batteriezellen bzw. Batteriemodule auf Profilträgern zu montie¬ ren. Weiters ist es bekannt, Batteriemodule auf durchgängigen metallischen Trä¬ gerplatten zu befestigen.
Die US 2009/226 806 A offenbart eine Befestigungseinrichtung für Batterien in einem Fahrzeug, wobei eine Batteriepackung über Schrauben am Fahrzeugboden befestigt ist. Eine ähnliche Anordnung ist aus der EP 1 850 407 AI bekannt.
Niederspannungsbatterien werden üblicherweise über Klemmeinrichtungen mit der Karosserie des Fahrzeuges verbunden, wie beispielsweise aus den Veröffent¬ lichungen KR 2001-0093501 A, KR 100 680 543 Bl oder der DE 10 2006 026 619 AI bekannt ist. Derartige Klemmeinrichtungen sind aus Si¬ cherheitsgründen für Hochspannungsbatterien nicht geeignet.
Die KR 2001-0092493 A offenbart eine Befestigungseinrichtung für eine Fahrzeugbatterie, wobei die Befestigung über die Batterie durchsetzende Befesti¬ gungsstangen erfolgt, welche formschlüssig mit fahrzeugfesten Laschen verbun¬ den werden können. Diese Befestigungsart ist allerdings aus Sicherheitsgründen für Hochspannungsbatterien eines Elektrofahrzeuges weniger geeignet.
Weiters ist es bekannt, die Befestigung der Batterien am Fahrzeug über rahmenartige Strukturen vorzunehmen, siehe beispielsweise CN 101 710 613 A oder KR 2006-0091948 A. Derartige Trägerstrukturen weisen allerdings den Nachteil eines hohen Gewichtes auf, was dem Bestreben, möglichst hohe gewichtsbezo¬ gene Energiedichten zu erreichen, entgegensteht.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden und Batterien, insbesondere Hochspannungsbatterien, auf einfache und sichere Weise an der Karosserie eines Fahrzeuges zu befestigen, wobei möglichst hohe gewichts¬ bezogene Energiedichten erreicht werden sollen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass das Batteriemodul über zu¬ mindest ein das Batteriemodul durchdringende Befestigungselement, vorzugs¬ weise eine Befestigungsschraube, mit zumindest einem Tragteil form- oder kraft¬ schlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, wobei besonders Vorzugs- weise das Befestigungselement überwiegend innerhalb des Batteriemoduls ange¬ ordnet ist.
Zum Schutz des Batteriemoduls kann vorgesehen sein, dass das Batteriemodul in einem Batteriegehäuse angeordnet ist, wobei zumindest ein vorzugsweise lang¬ gestreckter Tragteil außerhalb des Batteriegehäuses in einem Bodenbereich des Batteriegehäuses angeordnet ist.
Eine besonders sichere Befestigung wird ermöglicht, wenn der Tragteil zumindest eine Gewindebohrung zur Aufnahme der Befestigungsschraube aufweist, wobei die Befestigungsschraube vom Batteriemodul zum Tragteil geführt ist und vor¬ zugsweise die Befestigungsschraube - mit Ausnahme des in die Gewindebohrung des Trägers eingreifenden Gewindeendes - zur Gänze innerhalb des Batteriege¬ häuses angeordnet ist.
Eine kostengünstige Befestigung lässt sich bewerkstelligen, wenn der Tragteil durch ein vorzugsweise geschlossenes Hohlprofil, besonders vorzugsweise durch ein Strang pressprofil gebildet ist. Eine sichere Anbindung der Batteriemodule an die Tragteil lässt sich dabei erreichen, wenn die Gewindebohrung durch einen innerhalb des Tragteiles angeordneten Gewindeeinsatz gebildet ist. Die Gewinde¬ einsätze können dabei zumindest eine Werkzeugaufnahme aufweisen, um bei der Verschraubung der Batteriemodule ein Festhalten des Gewindeeinsatzes zu ermöglichen.
Die Befestigungsschrauben werden vom inneren Bereich des Gehäuses durch den Batteriemodul sowie durch Bohrungen im Batteriegehäuse nach außen zum Tragteil geführt und mit diesem verschraubt. Dies erlaubt eine weitestgehend thermische Entkopplung der Batteriezellen von der Trägerstruktur. Eine weitere Verbessung der thermischen Isolierung kann erzielt werden, wenn zwischen Tragteil und Batteriegehäuse und/oder zwischen dem Batteriegehäuse und dem Batteriemodul zumindest eine Dichtungseinrichtung angeordnet ist.
Für eine sichere und stabile Lagerung des Batteriemoduls ist es von Vorteil, wenn die Trägerstruktur zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei vorzugsweise parallel zueinander angeordnete Tragteile aufweist, wobei vorzugsweise das Bat¬ teriegehäuse zumindest eine vorzugsweise schienenartige Ausnehmung oder Ein¬ buchtung zur Aufnahme eines Tragteiles aufweist, wobei vorzugsweise der Quer¬ schnitt der Ausnehmung oder Einbuchtung an die Profilform des Tragteiles ange- passt ist.
Eine besonders sichere Befestigung lässt sich erzielen, wenn der Tragteil und/ oder die Ausnehmung ein trapezförmiges - oder keilförmiges Profil aufweist. Durch den trapez- oder keilförmigen Querschnitt kann das Batteriemodul samt dem Batteriegehäuse spielfrei mit der Trägerstruktur verbunden werden, so dass eine stabile und unfallsichere Befestigung im Fahrzeug gewährleistet ist.
Eine sichere Anbindung der Trägerstruktur an die Karosserie lässt sich erzielen, wenn zumindest ein Tragteil an zumindest einem das Batteriemodul überragen¬ den Ende mit der Karosserie des Fahrzeuges fest verbunden, vorzugsweise ver¬ schraubt ist.
Um das Gewicht möglichst gering zu halten und um hohe gewichtsbezogene Energiedichten zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Tragteil aus Aluminium oder Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, besteht.
Eine besonders gute Wärmeentkopplung zwischen den Batteriemodulen und dem Batteriegehäuse bzw. der Karosserie lässt sich erreichen, wenn das Batteriemo¬ dul von der Trägerstruktur thermisch entkoppelt ist, wobei vorzugsweise zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse zumindest ein wärmeisolie¬ render Teil, vorzugsweise ein geschäumter Teil, angeordnet ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen :
Fig. 1 eine erfindungsgemäße Befestigungseinrichtung für eine Batterie in einer Schrägansicht; und
Fig. 2 die Befestigungseinrichtung in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1.
Fig. 1 zeigt ein Batteriegehäuse 1, welches fest mit einer eine Trägerstruktur 2 aufweisenden Befestigungseinrichtung 3 verbunden ist. Die Trägerstruktur 2 besteht aus mehreren parallel zu einander angeordneten Tragteilen 4, 5, 6, welche beispielsweise durch Strangpressprofile aus Aluminium gebildet sein können. Al¬ ternativ dazu können die Tragteile 4, 5, 6 auch aus Kunststoff, beispielsweise Polyamid, ausgeführt sein.
Innerhalb des Batteriegehäuses 1 ist zumindest ein eine Vielzahl an Batteriezel¬ len aufweisendes Batteriemodul 7 angeordnet, welches über eine Mehrzahl an durch Befestigungsschrauben 8 gebildeten langgestreckten Befestigungselementen direkt kraftschlüssig mit den Tragteilen 4, 5, 6 fest verbunden ist. Die lang¬ gestreckten Tragteile 4, 5, 6 sind dabei außerhalb des Batteriegehäuses 1 in dessen Bodenbereich la angeordnet, wobei das Batteriegehäuse 1 entsprechend dem Profil der Tragteile 4, 5, 6 ausgebildete schienenartige Ausnehmungen bzw. Einbuchtungen 9 aufweist, um die Tragteile 4, 5, 6 aufzunehmen.
Die Befestigungsschrauben 8 durchdringen das Batteriemodul 7 und sind jeweils in Gewindebohrungen 10 der Tragteil 4, 5, 6 verschraubt. Die Gewindebohrungen 10 können dabei durch Gewindeeinsätze 11 gebildet sein, welche in die jeweils ein Hohlprofil ausbildenden Tragteile 4, 5, 6 quer zu deren Längsachse 4a, 5a, 6a eingesetzt sind. Die Befestigungsschrauben 8 sind von innen nach außen durch Bohrungen 12 des Batteriemoduls 7 und durch Öffnungen 13 des Batteriegehäuses 1 geführt und mit den Gewindeeinsätzen 11 fest verschraubt. Zur thermi¬ schen Entkoppelung des Batteriemoduls 7 von der Trägerstruktur 2 sind zwi¬ schen jedem Tragteil 4, 5, 6 und dem Batteriegehäuse 1 Dichteinrichtungen 15 vorgesehen, welche durch O-Ringe, Silikoneinlagen, EPTM (Ethylen-Propylen- Dien-Monomer), oder dergleichen gebildet sein können. Die Dichtkraft entsteht durch die Verspannung der Tragteile 4, 5, 6 zum Batteriegehäuse 1. Gegebenen¬ falls kann die thermische Entkoppelung noch durch Einsatz von wärmeisolierenden Material, zum Beispiel durch einen geschäumten Teil, zwischen Batteriemodul 7 und dem Batteriegehäuse 1 verbessert werden, ohne das die Anbindung an die Trägerstruktur 2 nachteilig beeinflusst wird.
Um beim Anziehen oder Lösen der Befestigungsschrauben 8 entgegenhalten zu können, weist jeder Gewindeeinsatz 11 Werkzeugaufnahmen 14 im Bereich der dem Batteriemodul abgewandten Außenseite 14a auf.
Im Ausführungsbeispiel sind die Tragteile 4, 5, 6 über das Batteriegehäuse 1 hin¬ aus verlängert ausgeführt, so dass die verlängerten Endbereiche 4b, 5b, 6b mit der nicht weiter dargestellten Karosserie des Fahrzeuges fest verbunden, bei¬ spielsweise verschraubt werden können.
Durch die beschriebene Trägerstruktur 2 lässt sich eine hohe gewichtsbezogene Energiedichte erreichen, da der Einsatz an tragenden Metallteilen auf ein Mindestmaß reduziert werden kann. Trotzdem ist eine sichere Befestigung des relativ hohen Batteriegewichts im Fahrzeug unter den üblichen Betriebsbedingungen, insbesondere im Falle eines Crashs, gewährleistet. Die Trägerstruktur 2 ist sehr einfach und kostengünstig herzustellen und kann direkt an der Karosserie des Fahrzeuges verschraubt werden.
Ein wesentlicher Vorteil ist die gute thermische Isolation der Batteriemodule 7 nach außen, was insbesondere bei Kaltstart und Betrieb bzw. Stillstand bei hei¬ ßen Temperaturen von großer Bedeutung ist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Befestigungseinrichtung (3) für zumindest ein Batteriemodul (7), insbesondere für zumindest ein Batteriemodul (7) eines Elektrofahrzeuges, mit einer Trägerstruktur (2) mit zumindest einem das Batteriemodul (7) untergrei¬ fenden Tragteil (4, 5, 6), wobei das Batteriemodul (7) fest mit der Träger¬ struktur (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (7) über zumindest ein das Batteriemodul (7) durchdringendes Be¬ festigungselement, vorzugsweise eine Befestigungsschraube (8), mit zu¬ mindest einem Tragteil (4, 5, 6) form- oder kraftschlüssig verbunden, vorzugsweise verschraubt ist, wobei besonders vorzugsweise das Befestigungs¬ element überwiegend innerhalb des Batteriemoduls (7) angeordnet ist.
2. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (7) in einem Batteriegehäuse (1) angeordnet ist, wobei zumindest ein vorzugsweise langgestreckter Tragteil (4, 5, 6) außer¬ halb des Batteriegehäuses (1) in einem Bodenbereich (la) des Batteriegehäuses (1) angeordnet ist.
3. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6) zumindest eine Gewinde¬ bohrung (10) zur Aufnahme der Befestigungsschraube (8) aufweist, wobei die Befestigungsschraube (8) vom Batteriemodul (7) zum Tragteil (4, 5, 6) geführt ist und vorzugsweise die Befestigungsschraube (8) - mit Ausnahme des in die Gewindebohrung (10) des Tragteiles (4, 5, 6) eingreifenden Gewindeendes - zur Gänze innerhalb des Batteriegehäuses (1) angeordnet ist.
4. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6) durch ein vorzugs¬ weise geschlossenes Hohlprofil, besonders vorzugsweise durch ein Strangpressprofil gebildet ist.
5. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gewindebohrung (10) durch einen, vorzugs¬ weise innerhalb des Tragteiles (4, 5, 6) angeordneten, Gewindeeinsatz (11) gebildet ist.
6. Befestigungseinrichtung (3) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Gewindeeinsatz (11) an der dem Batteriemodul (7) abgewandten Außenseite (I Ia) zumindest eine Werkzeugaufnahme (14) aufweist.
7. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zumindest einem Tragteil (4, 5, 6) und dem Batteriegehäuse (1) und/oder zwischen dem Batteriegehäuse (1) und dem Batteriemodul (7) zumindest eine Dichteinrichtung (15) angeordnet ist.
8. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerstruktur (2) zumindest zwei, vorzugsweise zumindest drei, besonders vorzugsweise parallel zueinander angeordnete, Tragteile (4, 5, 6) aufweist.
9. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1) zumindest eine vorzugs¬ weise schienenartige Ausnehmung oder Einbuchtung (9) zur Aufnahme zumindest eines Tragteiles (4, 5, 6) aufweist, wobei besonders vorzugsweise der Querschnitt der Ausnehmung oder Einbuchtung (9) an die Profilform des Tragteiles (4, 5, 6) angepasst ist.
10. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6) und/oder zumindest eine Ausnehmung oder Einbuchtung (9) einen trapezförmigen oder keilförmigen Querschnitt aufweist.
11. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6) aus Aluminium oder Kunststoff, vorzugsweise aus Polyamid, besteht.
12. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Tragteil (4, 5, 6) an zumindest einem das Batteriemodul (7) überragenden Ende (4b, 5b, 6b) mit der Karosserie des Fahrzeuges fest verbunden, vorzugsweise verschraubt ist.
13. Befestigungseinrichtung (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (7) von der Trägerstruktur (2) thermisch entkoppelt ist, wobei vorzugsweise zwischen dem Batteriemodul (7) und dem Batteriegehäuse (1) zumindest ein wärmeisolierender Teil, vor¬ zugsweise ein geschäumter Teil, angeordnet ist.
14. Batterie, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit einer Befestigungseinrichtung (3) für zumindest einen Batteriemodul (7), nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
2011
Fu/Ka
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