WO2013020707A2 - Batteriegehäuseteil zur aufnahme einer traktionsbatterie eines elektrofahrzeugs und verfahren zur herstellung des batteriegehäuseteils - Google Patents

Batteriegehäuseteil zur aufnahme einer traktionsbatterie eines elektrofahrzeugs und verfahren zur herstellung des batteriegehäuseteils Download PDF

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Claus Müller
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Definitions

  • Battery housing part for receiving a traction battery of an electric vehicle and method for producing the battery housing part
  • the present invention relates to a battery housing part for receiving a traction battery of an electric vehicle and a method for producing a battery housing part.
  • Battery housing for traction batteries of electric vehicles usually have at least two interconnected battery housing parts, which together form the battery case.
  • Known battery housing parts are usually formed from flat, folded or deep-drawn metal sheets, which usually consist of aluminum or steel.
  • battery housing or battery housing parts made of metal are characterized by a high mechanical strength, but are not suitable for use as a heat-insulating battery housing or battery housing part due to their high thermal conductivity.
  • the provision of thermal insulation for a traction battery is of great importance, especially in winter, since a traction battery can provide sufficient and stable drive power only at temperatures in the range of about 10 to 40 ° C for the drive of the electric vehicle.
  • the traction battery must be cooled imperatively in the summer or in - compared to Central Europe - climatically warmer regions. This also requires a lot of energy to be provided by the traction battery and is no longer available as drive energy.
  • Thermal insulation of a traction battery is possible, and to provide a method for its production.
  • the battery housing part according to the invention has at least one wall, which at least partially consists of a thermoplastic or duroplastic plastic material, and wherein the wall has at least one cavity which is provided within the wall.
  • the battery housing part according to the invention has at least one wall which consists at least partially or even entirely of a thermoplastic or thermosetting plastic material.
  • Thermoplastic or thermosetting plastic material is characterized by the fact that it has orders of magnitude lower thermal conductivity than a metallic material.
  • the battery is kept quasi on "feel-good temperature", although possibly additional electrical energy must be removed from the battery and converted into heating or cooling energy - which is then no longer available for pure driving performance - this removal and conversion of electrical energy
  • the wall also has at least one cavity, which is provided within the wall. By providing the at least one cavity, the thermal insulation properties or thermal insulation properties of the battery housing part are substantially improved.
  • the battery housing part according to the invention over the known solutions significantly improved thermal insulation properties or heat insulation properties, due to the provision of at least one wall - which consists at least partially of a thermoplastic or thermosetting plastic material - in conjunction with the at least one cavity.
  • the cavity is a closed cavity.
  • a closed cavity very good thermal insulation properties can be provided.
  • the same strength and rigidity can be achieved as in a comparable solid body, so that the battery housing part according to the invention has an advantageous high strength with low weight.
  • the closed cavity may have at least one inlet or outlet for a heat transfer medium.
  • a circuit with a corresponding battery housing part, a heat transfer medium and a heat transfer conveyor unit may comprise a, preferably electrically operable, heating and / or cooling device for the heat transfer medium.
  • the cavity is an evacuated hollow space.
  • a thermal insulation material can be introduced into the cavity.
  • the thermal insulation material is preferably a polymeric foam material.
  • the polymeric foam material may be a thermoset foam material or a high temperature thermoplastic foam material.
  • a thermoset foam material is characterized by a very high temperature resistance, which is particularly advantageous when driving an electric vehicle in the upper power range of the electric vehicle, where high operating temperatures of the traction battery exist or arise.
  • a foam material made of a high-temperature thermoplastic advantageously has a high temperature resistance.
  • the polymeric foam material may also be injected into the cavity, for example.
  • the polymeric foam material may also be injected into the cavity, for example.
  • Foam material may additionally have at least partially a metallization.
  • copper, nickel, tin, silver, gold, cobalt or combinations of the abovementioned materials are suitable as the material for the metallization.
  • an effective shielding against electromagnetic radiation is advantageously achieved.
  • the thermal insulation material may be a nonwoven and / or woven fabric, preferably of conductive or conductive coated material.
  • the nonwoven and / or woven fabric may in particular be a polyester fabric and / or polyester nonwoven, preferably with an at least partial metallization.
  • copper, nickel, tin, silver, gold, cobalt or combinations of the abovementioned materials are suitable as the material for the metallization.
  • the fabric and / or fabric may be dipped in various (metal) baths and / or galvanic baths to achieve metallization.
  • a shield against electromagnetic radiation of the battery housing part or the at least two battery housing parts comprehensive battery housing is advantageously achieved.
  • the fleece and / or fabric may have different densities and / or weaves to adjust the flexibility and / or shielding effect against electromagnetic radiation. It is also conceivable to provide a layer structure of purely thermal insulating fleece and / or fabric and metallized fleece and / or fabric for the thermal insulation material.
  • the heat transfer coefficient of a battery housing part according to the invention may preferably be within a range of 0.5 to 10 W / m 2 K, preferably within a range of 1 to 8 W / m 2 K, more preferably within a range of 2 to 6 W / m 2 K, even more preferably within a range of 3 to 4.5 W / m 2 K. This is significantly lower than that achievable with known solutions.
  • the thermal conductivity of the thermal insulation material is preferably in a range from 0.01 W / m K to 15 W / m K, more preferably in a range from 0.02 W / m K to 10 W / m K, preferably in one Range of 0.03 W / m K to 5 W / m K, more preferably in a range of 0.04 W / m K to 1 W / m K.
  • the thermal insulation material in the form of a metallic
  • the metallic foam can be formed, which is characterized by a particularly high temperature resistance.
  • the metallic foam particularly preferably consists at least partially or entirely of a titanium-based material or another high-alloyed metal material (for example high-alloyed chromium-nickel steel) with a then advantageous low thermal conductivity.
  • a metallic foam advantageously makes it possible, in addition to thermal insulation, to simultaneously achieve improved electromagnetic shielding (electromagnetic compatibility - in short EMC) of the battery housing part or of the battery housing comprising at least two battery housing parts.
  • the thermal insulation material may also have a honeycomb structure or honeycomb structure for substantially increasing the strength.
  • the wall has two wall elements, which consist of a thermoplastic or thermosetting plastic material reinforced with continuous fibers, each wall element having a circumferential edge region, wherein the peripheral edge regions are at least partially or at least partially connected to each other and the remaining areas the wall elements for forming the cavity, which is provided between the two wall elements, at least partially spaced from each other.
  • the connection may in this case preferably be in the form of a material-locking, in particular in the form of a cohesive and planar connection.
  • the border areas can be connected to each other in any way.
  • the edge regions can be sewn or riveted together.
  • a wall with two wall elements which consist of a thermoplastic fiber or thermosetting plastic material reinforced with continuous fibers, can, as a result of the see the reinforcement by the continuous fibers advantageously be formed or formed with high strength and low weight.
  • the remaining areas of the wall elements are at least partially or entirely (or completely) spaced from each other or spaced from each other to form the cavity which is provided between the two wall elements.
  • the fiber reinforcement of the wall elements is preferably formed by mineral fibers, in particular glass fibers, and / or by carbon fibers, and / or by aramid fibers and / or by polymeric fibers, and / or by synthetic fibers and / or fibers of renewable raw materials.
  • the circumferential edge regions can also be connected to one another along their entire extent or entirely to form a closed cavity, wherein a very high strength and rigidity of the battery housing part can be connected to a closed cavity, as already explained above.
  • a polymer can be introduced into the cavity
  • Foam material may be introduced, and at least one wall element may have on a side facing away from the cavity of the wall member at least one pressed-in area which forms a depression and pressed between the pressed-in area and the other wall element located foam material.
  • This recess or the pressed-in area can be formed in a simple and practical manner by partial impressions of the wall element on the side facing away from the cavity and thus inward impressions or compression of the foam material.
  • a desired or preferred topography or surface shape of the wall element or the wall can be formed.
  • any device such as eg an electrical line, or any other element can be accommodated in the recess in a space-saving manner if the traction battery is accommodated in the battery housing part or in the battery housing.
  • a polymeric foam material may be incorporated in the cavity, and at least one continuous recess may be formed in the foam material, at least one wall element having on a side of the wall member facing away from the cavity a recessed area defining a recess is formed, which passes through the recess, and wherein the pressed-in area at least partially has a flat contact with the other wall element.
  • any device or any element can be attached in a practical manner via at least one screw, for which openings may be provided for receiving the screw or screw which pass through the pressed-in area and the other wall element , Since the recess extends through the recess of the foam material and the pressed-in area at least in some areas has a surface contact with the other wall element, when tightening the
  • the pressed-in area may preferably be of elongated design, wherein in the elongated recess formed by the elongated pressed-in area, any elongated device, e.g. an electrical line may be accommodated when the traction battery is received in the battery housing part or in the battery housing.
  • the pressed-in area may preferably extend between two opposite edge sections of the wall element.
  • the pressed-in area may be elongate and preferably extend between two opposite edge portions of the wall element, wherein in the recess formed by the pressed-in area a Temper michstechnisch for tempering the traction battery is received, which is traversed by a Temper michsfluid and which preferably at least partially having a flat contact with the traction battery, when the traction battery is received in the battery housing part.
  • a trained according to this preferred embodiment battery housing part allows for effective temperature control of the traction battery or drive battery during operation of the electric vehicle.
  • the Temper michstechnische can be provided for both the cooling and heating of the traction battery, by heat transfer from the traction battery to the Temper michsfluid or by heat transfer from the Temper michsfluid on the traction battery. About the preferably flat contact a very effective cooling or heating can be made. By providing the Temper michstechnisch in the depression also results in a very space-saving Temper michsnickeit for the traction battery.
  • the pressed-in area can furthermore be designed to be circular or oval, with a screw connection preferably being provided in the region pressed in by the circular or oval-as explained above.
  • the pressed-in area can generally extend between two opposite edge sections of the wall element.
  • the invention further relates to a battery housing for a traction battery of an electric vehicle comprising at least two interconnected battery housing parts according to the invention.
  • the compound can e.g. be formed in the form of a material connection.
  • the compound may also be in the form of a positive connection, in particular in the form of a latching connection or snap connection. More preferably, the connection may be formed via at least one screw connection.
  • a planar element may be provided from an electrically conductive material, wherein the planar element is provided for the shielding of an environmental region of the Batteriegeophuseteils and / or for the shielding of the traction battery from electromagnetic radiation.
  • the planar element made of an electrically conductive material can be accommodated at least in certain areas.
  • the sheet element may be formed as a film or as a mesh or as a deposited layer or as a vapor-deposited layer.
  • the sheet member is a metal foil that provides effective shielding against electromagnetic radiation.
  • the metal foil may in this case preferably be a copper foil or an aluminum foil or a nickel foil or a silver foil or a gold foil or a foil of an iron-based material (eg a stainless steel alloy).
  • the planar element is a fleece and / or fabric and / or polymeric foam material made of conductive or conductively coated material.
  • the planar element may be a fleece and / or fabric and / or polymeric foam material with an at least partially metallization.
  • the sheet member may also be a non-woven and / or woven and / or polymeric foam material having an at least partially carbon-based coating.
  • the nonwoven and / or fabric and / or polymeric foam material may in particular be a polyester fabric and / or polyester nonwoven and / or polyolefin foam material.
  • copper, nickel, tin, silver, gold, cobalt or combinations of the aforementioned materials are suitable as the material for a metallization.
  • the nonwoven and / or woven and / or polymeric foam material may be dipped in various (metal) baths and / or galvanizing baths to achieve metallization.
  • the fleece and / or fabric and / or polymeric foam material may have different densities and / or weaves and / or pore distributions and pore sizes for adapting the flexibility and / or shielding effect to electromagnetic radiation. It is also conceivable to provide a layer structure of purely thermal insulating fleece and / or fabric and / or polymeric foam material and a conductive or conductive coated fleece and / or fabric and / or polymeric foam material for the sheet-like element.
  • the planar element is a metallic net or in the form of a metallic net.
  • a metallic net can be made with a very low weight while allowing effective shielding of electromagnetic radiation.
  • the metallic mesh comprises a plurality of meshes, wherein the meshes are bounded by metallic mesh yarns, each mesh having a mesh area with an areal size falling within a range of 0.0025 mm 2 to 4 mm 2 , and wherein the Thickness of the net threads is within a range of 0.05 mm to 0.5 mm.
  • Such a trained metallic network advantageously allows a very effective shielding against electromagnetic radiation in a frequency range up to about 3 GHz, so that at a favorable very low weight of the metallic network at the same time a very effective shielding in high frequency ranges is possible.
  • the metallic mesh which may be formed in particular in the form of a fabric, may preferably consist of copper, aluminum, nickel, silver, gold or an iron-based material (eg a stainless steel alloy).
  • the planar element lies at least in areas on the receiving body in a planar manner, with the flat element being particularly preferably designed in the form of a layer which rests flat on the receiving body and is connected to the receiving body in a material-locking manner.
  • the layer is preferably applied by means of a sputtering method, painting method and / or vapor deposition method. These methods make it possible to practically apply a layer that is particularly suitable for mass production and has a very uniform or substantially uniform layer thickness.
  • the layer may also be a layer applied by means of a galvanic process. In particular, with a galvanic process, a very uniformly formed layer can be applied with a substantially constant layer thickness.
  • the layer may be e.g. consist of a copper enamel or other electrically conductive lacquers with metallic admixtures (e.g., particles, flakes, powders).
  • the layer can also be applied by a flame spraying process.
  • planar elements can be electrically conductively connected to the ground potential of the electric vehicle (for example to the body or the vehicle frame).
  • the electrically conductive connection is preferably realized directly via the planar element or via a metallic conductor strip.
  • the invention further relates to a battery housing for a traction battery of an electric vehicle comprising at least two battery housing parts according to the invention, wherein the battery housing parts are connected to one another.
  • the planar elements of the battery housing parts may be electrically conductively connected to each other or may have an electrical contact with each other.
  • An electric vehicle in the context of this invention also includes so-called hybrid vehicles in which in addition to an electric motor and an internal combustion engine provides drive power.
  • the inventive method for producing a battery housing part for receiving a traction battery of an electric vehicle comprises the following steps:
  • thermoplastic matrix of the first and / or the second mat arrangement (46, 48) heating the thermoplastic matrix of the first and / or the second mat arrangement (46, 48) to or above the melting temperature
  • a battery housing part according to the invention can be produced in a practical manner using the flat-shaped, fiber-reinforced mats and the at least one piece of material made of a thermal insulation material.
  • the thermal insulation material can, as already stated above, preferably be a polymeric foam material.
  • the polymeric foam material may be a thermoset foam material or a high temperature thermoplastic foam material.
  • the thermal insulation material may also be formed in the form of a metallic foam, which may particularly preferably at least partially or entirely consist of a titanium-based material or a high-alloyed metal material (eg high-alloy chromium-nickel steel) with a then advantageous low thermal conductivity ,
  • the thermal insulation material can also be formed in the form of a metallic foam, which consists of an aluminum-based material, the cell walls being preferably thinner walled and / or the pore size preferably larger than the abovementioned metallic materials with lower thermal conductivity.
  • the piece of material made of a thermal insulation material provided in step A may preferably have at least one surface area coated with an adhesion promoter, wherein the adhesion promoter may be formed in particular in the form of an adhesive.
  • an adhesion promoter By means of the adhesion promoter, a stabilizing cohesive connection of the material piece (s) can be provided with a wall region of the finished battery housing part delimiting the cavity.
  • the method is particularly useful for the manufacture of a wide variety of battery enclosure parts, e.g. in the context of a series production of advantage. All method steps may preferably be carried out by at least one computer-controlled industrial robot. In particular, the steps B to F can be performed by industrial robots or robotic arms.
  • step F The formation of the battery housing part or the final design of the battery housing part takes place in step F by plastically deforming and / or consolidating the first and the second mat arrangement. Consolidation is to be understood according to the invention as compaction or compacting of the fiber-reinforced mats. During consolidation, air taken in through the compartments, in particular in the mats, can escape from the mats.
  • step F plastic deformation of the first and second mat arrangement results in formation or final formation of the battery housing part, which can also be done in particular by plastic deformation in conjunction with consolidation.
  • thermoplastic matrix of the first and / or the second mat arrangement By heating the thermoplastic matrix of the first and / or the second mat arrangement up to or above the melting temperature in step D, the thermoplastic matrix can be converted at least partially or completely into a plastically deformable state, which is the one to be carried out in step F.
  • Formation of the battery housing part is required by plastic deformation and / or by consolidating the first and second mat assembly.
  • the plastic deformation and / or consolidation preferably takes place at least partially in the formation of one or more cohesive connections between the mats.
  • the heating of the thermoplastic matrix is preferably carried out by convection heating and / or infrared radiation. Further preferably within a convection and / or infrared continuous furnace. The heating by infrared radiation or by convection heating allows a uniform heating of the first and the second mat arrangement.
  • the first mat arrangement may comprise a fiber-reinforced mat or a plurality of fiber-reinforced mats and also the second mat arrangement may comprise a fiber-reinforced mat or a plurality of fiber-reinforced mats, wherein in step B the first mat arrangement preferably by stacking and / or forming and / or juxtaposing the plurality of mats, and wherein in step C, the second mat arrangement is preferably formed by stacking and / or abutting and / or juxtaposing the plurality of mats.
  • the essentially flat, fiber-reinforced mats are preferably cut mats or pieces of material with a thermoplastic matrix at least partially surrounding the fibers.
  • the fiber reinforcement of the mats is preferably formed by mineral fibers, in particular glass fibers, and / or by carbon fibers, and / or by aramid fibers and / or by polymeric fibers, and / or by synthetic fibers and / or fibers of renewable raw materials.
  • step E the areal contact of a, preferably circumferential, edge region of the first mat arrangement with a, preferably circumferential, edge region of the second mat arrangement and the joining of the edge regions to form a cavity receiving the material piece takes place.
  • the edge areas can be connected to each other in any way, for. B by sewing or riveting.
  • the edge regions can be connected to one another in a flat and cohesive manner.
  • the connection can also be realized by at least one screw connection.
  • a peripheral edge region of the first mat arrangement can be connected to a peripheral edge region of the second mat arrangement.
  • the circumferential edge regions can also be connected to each other along their entire extent (or entirely) to form a closed cavity in which the piece of material is received from the thermal insulation material, with a closed cavity having very high strength and rigidity Battery housing part is connected, as already stated above.
  • step B and C the mat arrangements and the piece of material are placed on a rough contour of the battery case part specifying workpiece carrier and built into a three-dimensional preform, wherein during or after completion of the construction of the preform a positional fixation of at least two Mats are made to each other and wherein after the fixing and after steps D and E, the preform placed in a final shape of the battery housing part forming mold and in step F by providing a mold internal pressure from the preform the battery housing part by plastically deforming the mats of the preform and / or by consolidating the mats of the preform.
  • the inclusion of the rough contour predetermining tool carrier allows in a practical way a precise production of a battery housing part.
  • a precise production of a multiplicity of identical or essentially identical battery housing parts for example, is advantageous. possible as part of a series production.
  • step F only by consolidating the training or the final design of the battery case part can be done.
  • the fiber-reinforced mats may preferably be unidirectionally fiber-reinforced mats.
  • the preform is preferably formed such that the fiber orientation of the mats is matched to the forces acting in the subsequent use of the battery housing part, and the load paths resulting therefrom within the battery housing part. Due to the coordination of the fiber orientation on the three-dimensional preform is also achieved that the forces acting on the manufactured battery case parts, and the resulting within the battery housing part load paths can be optimally absorbed by the unidirectional fiber reinforcement.
  • the provision of the mold internal pressure can be carried out within the mold by injection-molding of the preform with plastic.
  • the provision or adjustment of the mold internal pressure can also by additional insertion of GMT pieces (GMT: Abbreviation for glass mat reinforced thermoplastic), more preferably by a shot-pot technique or by inserting sealing cords in the mold or by inserting a sealing film in the mold done.
  • GMT Abbreviation for glass mat reinforced thermoplastic
  • a uniform internal pressure of the preform or of the molded part is achieved by a mold internal pressure.
  • the intended position fixation of at least two of the mats, wherein preferably a position fixation of all mats takes place to each other, can be made, for example, by forming at least one or more cohesive connections between the mats by welding or by means of a welding process.
  • the position fixing of the mats is preferably carried out by an ultrasonic and / or heating element and / or laser welding process.
  • the positional fixing of the mats to each other during or after completion of the construction or the formation of the preform offers the advantage that the preform has a significantly improved handling.
  • the first mat arrangement and the second mat arrangement each comprise a plurality of fiber-reinforced mats, it is preferable to fix the position of all the mats of the first mat arrangement to one another and also to fix the position of all mats of the second mat arrangement to one another.
  • the battery housing part is formed by deep-drawing the mats of the first and second mat assemblies. Also by a deep-drawing process can be carried out in a practical and simple way a design of the battery case part, especially if the design of the battery housing part is a particular suitable for the thermoforming process design.
  • thermal insulation material in foam form that is to say in particular polymeric foam material or metallic foam material, into the cavity only after the cavity has been formed.
  • An alternative method of manufacturing a battery case part for a battery case of a traction battery of an electric vehicle includes the following steps:
  • thermoset matrix providing substantially flat, fiber-reinforced mats with a thermoset matrix at least partially surrounding the fibers
  • thermoset matrix (E-2) Curing the thermoset matrix and optionally cooling the battery housing part.
  • Fig. 2 is a sectional view of the battery case part along the section A-A of
  • Fig. 3 is a sectional view of the battery case part along the section B-B of
  • FIG. 4 is a sectional view of the battery housing part along the section C-C of Fig. 1,
  • FIG. 5 shows a very schematic sectional view of an overall arrangement of mats and pieces of material
  • FIG. 6 shows a very schematic sectional view of a pressed-in area with a tempering line received in the depression of the pressed-in area.
  • the battery housing part 10 shown in the figures for receiving a traction battery of an electric vehicle is in the form of a bottom plate 10 for receiving the bottom portion of the traction battery.
  • the battery housing part 10 has a wall 12 with a first wall element 14 and a second wall element 16, each consisting of a reinforced with continuous fibers thermoplastic (alternatively thermoset) plastic material.
  • Each wall element 14, 16 has a peripheral edge region 20, wherein the circumferential edge regions 20 are connected to one another in a materially bonded manner and the remaining regions 22 (see FIG 24, which is provided between the two wall elements 14, 16, are partially spaced from each other.
  • the cavity 24 is a closed cavity 24, wherein for the formation of the closed cavity 24, the peripheral edge regions 20 are connected to each other over their entire extent surface and cohesively.
  • a thermal insulation material 26 is introduced in the form of a polymeric foam material 26.
  • a planar element of an electrically conductive material wherein the planar element is provided for the shielding of an environmental region of the battery housing part 10 and / or for the shielding of the traction battery from electromagnetic radiation.
  • the planar element is formed as a fleece and / or tissue with a metallization.
  • metallic foils or nets or coatings can be provided as a planar element.
  • the first wall element 14 has on a side facing away from the cavity 24 of the first wall element 14 two pressed-in areas 28, each forming a recess 30 and press between the pressed-in area 28 and the second wall element 16 located polymeric foam material 26.
  • a temperature control line for controlling the temperature of the traction battery can be accommodated, which can be flowed through by a Temper michsfluid and at least partially has a flat contact with the traction battery, when the Trak- sionbatterie is received in the battery housing part 10 and the battery housing.
  • FIG. 6 shows the pressed-in region 28 with a temperature control line 52 received in the depression 30 of the pressed-in region 28.
  • the tempering line 52 has an oval cross-sectional shape, wherein four webs 56 for stabilizing the temperature control line 52 consisting of a polymer material are provided in the inner lumen 54 of the tempering line 52 through which the tempering fluid flows.
  • a planar piece 58 of an at least partially elastic polymer material is provided between the Temper michs effet 52 and the pressed-in area 28, a planar piece 58 of an at least partially elastic polymer material.
  • the second wall element 16 has on a side facing away from the cavity 24 of the second wall element 16 has two elongated pressed-in areas 28, each having a flat contact 32 to the first wall element 14.
  • the polymeric foam material has two contiguous recesses 34, one of the recesses 30 formed by the pressed-in regions 28 in each case passing through one of the recesses 34.
  • any device or any element can be fastened in a practical manner via one or more screw connections, for which purpose openings 36 for receiving the screw 38 or screw connection can be provided, which pass through the entire wall 12, as illustrated in Fig. 3 for the right opening 36.
  • screw connections for which purpose openings 36 for receiving the screw 38 or screw connection can be provided, which pass through the entire wall 12, as illustrated in Fig. 3 for the right opening 36.
  • the battery housing part 10 shown in the figures is a battery housing part 10 produced by the method according to the invention, the first wall element 14 being formed from the mat or mats of the first mat arrangement, and the second wall element 16 being made from the mat or the mats of the second mat arrangement was formed (see also steps B and C of the inventive method).
  • the polymeric foam material 26 introduced into the cavity 24 is in this case polymeric foam material of a piece of material provided (compare also steps A to C of the method according to the invention).
  • the polymeric foam material is a thermoset foam material.
  • Fig. 5 illustrates in a sectional view very schematically a formed by making steps A to C of the method according to the invention total assembly 40 comprising a first mat assembly 46, a second mat assembly 48 and a piece of material 44 made of a thermal insulation material 26.
  • Aus the overall assembly 40 may be formed according to step F of the method according to the invention by plastic deformation and / or by consolidating the mats 42 of the first mat assembly 46 and the second mat assembly 48, a battery housing part.
  • the formation of the overall arrangement 40 was carried out by placing a piece of material 44 made of a thermal insulation material 26 on a first mat arrangement 46 - which was previously formed by stacking and applying a first plurality of fiber-reinforced mats 42 - and then placing a second plurality of fiber reinforced mats 42 on the piece of material 44 to form a second, placed on the piece of material 44 mat assembly 48, wherein the second mat assembly 48 has been formed by stacking and mutually applying the second plurality of fiber reinforced mats 42.
  • the formation of the battery housing part takes place after heating the thermoplastic matrix of the mat arrangements 46 and 48 according to step D, wherein after step D and before step F according to step E a surface contact of a peripheral edge region 50 of the first mat arrangement 46 with a peripheral edge region 50 of the second mat arrangement 48 is made (in Figure 5 symbolized by corresponding arrows) and then the edge portions 50 along its entire extent to form a closed cavity in which the piece of material 44 is received, preferably cohesively connected to each other. After step F, the cooling of the finished molded battery housing part takes place in step G.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuseteil (10) zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, wobei das Batteriegehäuseteil (10) wenigstens eine Wandung (12) aufweist, die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial besteht, und wobei die Wandung (12) wenigstens einen Hohlraum (24) aufweist, der innerhalb der Wandung (12) vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs umfassend wenigstens zwei miteinander verbundene Batteriegehäuseteile (10). Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteils (10) zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfassend die Schritte (A) bis (G).

Description

Batteriegehäuseteil zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und Verfahren zur Herstellung des Batteriegehäuseteils
Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriegehäuseteil zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuse- teils.
Batteriegehäuse für Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen weisen meist wenigstens zwei miteinander verbundene Batteriegehäuseteile auf, die zusammen das Batteriegehäuse bilden. Bekannte Batteriegehäuseteile sind hierbei meist aus ebenen, gekanteten oder tiefgezogenen Metallblechen gebildet, welche meist aus Aluminium oder Stahl bestehen. Auch Batteriegehäuse bzw. Batteriegehäuseteile aus Metall zeichnen sich durch eine hohe mechanische Festigkeit aus, sind jedoch infolge ihrer hohen Wärmeleitfähigkeit nicht geeignet für den Einsatz als wärmedämmendes Batteriegehäuse bzw. Batteriegehäuseteil. Die Bereitstellung einer Wärmedämmung für eine Traktionsbatterie ist jedoch insbesondere im Winter von großer Bedeutung, da eine Traktionsbatterie nur bei Temperaturen im Bereich von ca. 10 bis 40 °C eine für den Antrieb des Elektrofahrzeugs hinreichende und stabile Antriebsleistung bereitstellen kann. Zudem muss auch im Sommer oder in - gegenüber Mitteleuropa - klimatisch wärmeren Regionen die Traktionsbatterie zwingend gekühlt werden. Dies bedingt ebenfalls einen hohen Energieaufwand der von der Traktionsbatterie erbracht werden muss und nicht mehr als Antriebsenergie bereitsteht.
Zugrundeliegende Aufgabe
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batteriegehäuseteil zur Aufnahme einer Traktionsbatterie anzugeben, mit welchem eine gegenüber bekannten Lösungen wesentlich verbesserte
Wärmedämmung einer Traktionsbatterie möglich ist, und ein Verfahren zu dessen Herstellung anzugeben.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Erfindunqsqemäße Lösung
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Batteriegehäuseteil zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteils zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Das erfindungsgemäße Batteriegehäuseteil weist wenigstens eine Wandung auf, die we- nigstens teilweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial besteht, und wobei die Wandung wenigstens einen Hohlraum aufweist, der innerhalb der Wandung vorgesehen ist.
Im Unterschied zu den bekannten Lösungen, wo die Batteriegehäuse für eine Traktions- batterie bzw. die Batteriegehäuseteile des Batteriegehäuses aus Metall bestehen, weist das erfindungsgemäße Batteriegehäuseteil wenigstens eine Wandung auf, die wenigstens teilweise oder auch zur Gänze aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial besteht. Thermoplastisches oder duroplastisches Kunststoffmaterial zeichnet sich dadurch aus, dass es eine um Größenordnungen geringere Wärmeleitfähigkeit aufweist als ein metallisches Material. Mit dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuseteil bzw. mit einem wenigstens zwei der Batteriegehäuseteile umfassenden Batteriegehäuse ist daher eine gegenüber bekannten Lösungen wesentlich verbesserte Wärmedämmung einer Traktionsbatterie möglich. Dies ist insbesondere beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs im Winter von großer Bedeutung, da eine Traktionsbatterie nur bei Temperaturen im Bereich von ca. 10 bis 40 °C eine für den Antrieb des Elektrofahrzeugs hinreichende und stabile Antriebsleistung bereitstellen kann. Durch Vorsehen von erfindungsgemäßen Batteriegehäuseteilen - welche auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen ein nachteiliges Absenken der Betriebstemperatur der Traktionsbatterie auf Werte unterhalb des Bereichs von ca. 10 bis 40 °C wirksam vermeiden können - kann auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen von der Traktionsbatterie eine für den Antrieb des Elektrofahrzeugs hinreichende und stabile Antriebsleistung bereitgestellt werden. Die Batterie wird quasi auf "Wohlfühltemperatur" gehalten, wobei gegebenenfalls zwar zusätzlich elektrische Energie aus der Batterie entnommen und in Heiz- oder Kühlenergie umgewandelt werden muss - die dann nicht mehr für die reine Fahrleistung zur Verfügung steht - wobei diese Entnahme und Umwandlung der elektrischen Energie durch ein erfin- dungsgemäßes Batteriegehäuseteil jedoch wesentlich reduziert werden kann.
Die Wandung weist ferner wenigstens einen Hohlraum auf, der innerhalb der Wandung vorgesehen ist. Durch Vorsehen des wenigstens einen Hohlraums werden die Wärmedämmungseigenschaften bzw. Wärmeisolierungseigenschaften des Batteriegehäuseteils wesentlich verbessert.
Insgesamt gesehen weist das erfindungsgemäße Batteriegehäuseteil gegenüber den bekannten Lösungen wesentlich verbessere Wärmedämmungseigenschafen bzw. Wärmeisolierungseigenschaften auf, und zwar infolge des Vorsehens der wenigstens einen Wandung - die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial besteht - in Verbindung mit dem wenigstens einen Hohlraum.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum ein geschlossener Hohlraum. Durch Vorsehen eines geschlossenen Hohlraums können sehr gute Wärmedämmungsei- genschaften bereitgestellt werden. Ferner kann durch Vorsehen eines geschlossenen Hohlraums die gleiche Festigkeit und Steifigkeit erzielt werden wie bei einem vergleichbaren massiven Körper, so dass das erfindungsgemäße Batteriegehäuseteil eine vorteilhafte hohe Festigkeit bei geringem Gewicht aufweist. Der geschlossene Hohlraum kann mindestens eine Zu- oder Ableitung für ein Wärmeträgermedium aufweisen. Ein Kreislauf mit ei- nem entsprechenden Batteriegehäuseteil, einem Wärmeträgermedium und einer Wärmeträgerfördereinheit kann eine, vorzugsweise elektrisch betreibbare, Heiz- und/oder Kühlvorrichtung für das Wärmeträgermedium umfassen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Hohlraum ein evakuierter Hohl- räum. Ferner kann besonders bevorzugt in den Hohlraum ein thermisches Isolationsmaterial eingebracht sein. Durch Vorsehen eines evakuierten Hohlraums bzw. durch Einbringen von thermischem Isolationsmaterial in den Hohlraum können die Wärmeisolierungseigenschaften deutlich gesteigert werden. Das thermische Isolationsmaterial ist bevorzugt ein polymeres Schaummaterial. Insbesondere kann das polymere Schaummaterial ein duroplastisches Schaummaterial oder ein Schaummaterial aus einem Hochtemperatur-Thermoplast sein. Ein duroplastisches Schaummaterial zeichnet sich durch eine sehr hohe Temperaturbeständigkeit aus, was insbesondere beim Fahrbetrieb eines Elektrofahrzeugs im oberen Leistungsbereich des Elektrofahrzeugs von Vorteil ist, wo hohe Betriebstemperaturen der Traktionsbatterie vorliegen bzw. entstehen. Auch ein Schaummaterial aus einem Hochtemperatur-Thermoplast weist vorteilhaft eine hohe Temperaturbeständigkeit auf. Das polyme- re Schaummaterial kann auch z.B. in den Hohlraum eingespritzt sein. Das polymere
Schaummaterial kann ergänzend zumindest bereichsweise eine Metallisierung aufweisen. Als Werkstoff für die Metallisierung eignen sich im Besonderen Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Kobalt oder Kombinationen der vorgenannten Werkstoffe. Neben einer thermischen Isolierung wird vorteilhafterweise auch eine effektive Abschirmung gegenüber elektromag- netischer Strahlung erreicht.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kann das thermische Isolationsmaterial ein Vlies und/oder Gewebe, vorzugsweise aus leitfähigem oder leitfähig beschichtetem Material sein. Das Vlies und/oder Gewebe kann insbesondere ein Polyester-Gewebe und/oder Polyester-Vlies, vorzugsweise mit einer zumindest bereichsweisen Metallisierung sein. Als Werkstoff für die Metallisierung eignen sich im Besonderen Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Kobalt oder Kombinationen der vorgenannten Werkstoffe. Das Vlies und/oder Gewebe kann in verschiedene (Metall-)Bäder und/oder Galvanobäder getaucht werden um die Metallisierung zu erreichen. Neben einer thermischen Isolierung wird vorteilhafterweise auch eine Abschirmung gegenüber elektromagnetischer Strahlung des Batteriegehäuseteils bzw. des wenigstens zwei Batteriegehäuseteile umfassenden Batteriegehäuses erzielt. Das Vlies und/oder Gewebe kann zur Anpassung der Flexibilität und/oder Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischer Strahlung unterschiedliche Dichten und/oder Webarten aufweisen. Auch ist denkbar einen Lagenaufbau aus rein thermischem isolierendem Vlies und/oder Gewebe und metallisiertem Vlies und/oder Gewebe für das thermische Isolationsmaterial vorzusehen.
Der Wärmedurchgangskoeffizient eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuseteils kann bevorzugt innerhalb eines Bereichs von 0,5 bis 10 W/m2 K, vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 1 bis 8 W/m2 K, weiter vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 2 bis 6 W/m2 K, noch weiter vorzugsweise innerhalb eines Bereiches von 3 bis 4,5 W/m2 K liegen. Dies ist deutlich geringer als das mit bekannten Lösungen erreichbare.
Die Wärmeleitfähigkeit des thermischen Isolationsmaterial liegt vorzugsweise in einem Be- reich von 0,01 W/m K bis 15 W/m K, weiter vorzugsweise in einem Bereich von 0,02 W/m K bis 10 W/m K, bevorzugt in einem Bereich von 0,03 W/m K bis 5 W/m K, besonders bevorzugt in einem Bereich von 0,04 W/m K bis 1 W/m K.
Bevorzugt kann das thermische Isolationsmaterial auch in Form eines metallischen
Schaums ausgebildet sein, der sich durch eine besonders hohe Temperaturbeständigkeit auszeichnet. Besonders bevorzugt besteht der metallische Schaum hierbei wenigstens teilweise oder zur Gänze aus einem Titanbasis-Werkstoff oder einem anderen hochlegierten Metall-Werkstoff (z.B. hochlegierter Chrom-Nickel-Stahl) mit einer dann vorteilhaften geringen Wärmeleitfähigkeit. Ein metallischer Schaum ermöglicht vorteilhafterweise, dass neben einer thermischen Isolation gleichzeitig eine verbesserte elektromagnetische Abschirmung (elektromagnetische Verträglichkeit - kurz EMV) des Batteriegehäuseteils bzw. des wenigstens zwei Batteriegehäuseteile umfassenden Batteriegehäuses erzielt wird. Das thermische Isolationsmaterial kann zur wesentlichen Erhöhung der Stabilität bzw. Festigkeit auch eine Wabenstruktur bzw. eine wabenförmige Struktur aufweisen.
Bei einer praktischen Ausführungsform weist die Wandung zwei Wandelemente auf, die aus einem mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial bestehen, wobei jedes Wandelement einen umlaufenden Randbereich aufweist, wobei die umlaufenden Randbereiche zumindest teilweise bzw. zumindest ab- schnittsweise miteinander verbunden sind und die übrigen Bereiche der Wandelemente zur Ausbildung des Hohlraums, der zwischen den beiden Wandelementen vorgesehen ist, wenigstens bereichsweise voneinander beabstandet sind. Die Verbindung kann hierbei vorzugsweise in Form einer stoffschlüssigen, insbesondere auch in Form einer stoffschlüssigen und flächigen Verbindung ausgebildet sein. Die Randbereiche können auf eine beliebi- ge Weise miteinander verbunden sein. Insbesondere können die Randbereiche miteinander vernäht oder vernietet sein.
Eine Wandung mit zwei Wandelementen, die aus einem mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmaterial bestehen, kann infolge des Vor- sehens der Verstärkung durch die Endlosfasern vorteilhaft mit hoher Festigkeit und geringem Gewicht ausgebildet sein bzw. ausgebildet werden.
Die übrigen Bereiche der Wandelemente sind zur Ausbildung des Hohlraums, der zwischen den beiden Wandelementen vorgesehen ist, wenigstens bereichsweise oder zur Gänze (bzw. vollständig) voneinander beabstandet bzw. berührungslos voneinander beabstandet.
Die Faserverstärkung der Wandelemente wird vorzugsweise durch Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder durch Carbonfasern, und/oder durch Aramidfasern und/oder durch polymere Fasern, und/oder durch synthetische Fasern und/oder aus Fasern von nachwachsenden Rohstoffen gebildet.
Bevorzugt können die umlaufenden Randbereiche auch entlang ihrer gesamten Erstre- ckung bzw. zur Gänze zur Ausbildung eines geschlossenen Hohlraums miteinander ver- bunden sein, wobei mit einem geschlossenen Hohlraum eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit des Batteriegehäuseteils verbunden sein kann, wie bereits oben dargelegt.
Bei der obigen praktischen Ausführungsform kann in den Hohlraum ein polymeres
Schaummaterial eingebracht sein, und wenigstens ein Wandelement kann an einer dem Hohlraum abgewandten Seite des Wandelements wenigstens einen eingepressten Bereich aufweisen, der eine Vertiefung ausbildet und zwischen dem eingepressten Bereich und dem anderen Wandelement befindendes Schaummaterial verpresst. Diese Vertiefung bzw. der eingepresste Bereich kann auf einfache und praktische Weise durch bereichsweises Eindrücken des Wandelements an der dem Hohlraum abgewandten Seite und damit ein- hergehendem Eindrücken bzw. Verpressen des Schaummaterials ausgebildet werden. Durch eine derartige Verpressung kann insbesondere eine erwünschte bzw. bevorzugte Topographie bzw. Oberflächenform des Wandelements bzw. der Wandung ausgebildet werden. In der Vertiefung kann vorteilhaft eine beliebige Vorrichtung, wie z.B. eine elektrische Leitung, oder ein beliebiges anderes Element platzsparend aufgenommen werden, wenn die Traktionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil bzw. in dem Batteriegehäuse aufgenommen ist. Alternativ kann bei der obigen praktischen Ausführungsform in den Hohlraum ein polyme- res Schaummaterial eingebracht sein, und in dem Schaummaterial kann wenigstens eine zusammenhängende Aussparung ausgebildet sein, wobei wenigstens ein Wandelement an einer dem Hohlraum abgewandten Seite des Wandelements einen eingepressten Bereich aufweist, der eine Vertiefung ausbildet, welche die Aussparung durchfasst, und wobei der eingepresste Bereich wenigstens bereichsweise einen flächigen Kontakt zu dem anderen Wandelement aufweist.
Insbesondere an einem auf diese Weise ausgebildeten eingepressten Bereich kann auf praktische Weise eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Element über wenigstens eine Schraubverbindung befestigt werden, wobei hierfür Öffnungen zur Aufnahme der Schraube bzw. Schraubverbindung vorgesehen sein können, welche den eingepressten Bereich und das andere Wandelement durchsetzen. Da die Vertiefung die Aussparung des Schaummaterials durchfasst und der eingepresste Bereich wenigstens bereichsweise einen flächigen Kontakt zu dem anderen Wandelement aufweist, kann beim Anziehen der
Schraube bzw. beim Festziehen der Schraubverbindung keine Verpressung des Schaummaterials in Umgebung der Schraubverbindung erfolgen, da dort keines vorhanden ist. Ein nachteiliges Nachfedern von verpresstem Schaummaterial - was sich nachteilig auf die Festigkeit der Schaubverbindung auswirken und auch zu einem Lösen der Schraubverbin- dung führen kann - kann vorteilhaft also nicht erfolgen.
Der eingepresste Bereich kann bevorzugt länglich ausgebildet sein, wobei in der von dem länglichen eingepressten Bereich ausgebildeten länglichen Vertiefung platzsparend eine beliebige, länglich ausgebildete Vorrichtung, z.B. eine elektrische Leitung, aufgenommen sein kann, wenn die Traktionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil bzw. in dem Batteriegehäuse aufgenommen ist. Der eingepresste Bereich kann sich bevorzugt zwischen zwei gegenüberliegenden Randabschnitten des Wandelements erstrecken.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann der eingepresste Bereich länglich ausgebildet sein und sich vorzugsweise zwischen zwei gegenüberliegenden Randabschnitten des Wandelements erstrecken, wobei in der vom dem eingepressten Bereich ausgebildeten Vertiefung eine Temperierungsleitung zur Temperierung der Traktionsbatterie aufgenommen ist, die von einem Temperierungsfluid durchströmbar ist und welche vorzugsweise wenigstens bereichsweise einen flächigen Kontakt zu der Traktionsbatterie aufweist, wenn die Traktionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil aufgenommen ist. Ein gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform ausgebildetes Batteriegehäuseteil ermöglicht eine wirksame Temperierung der Traktionsbatterie bzw. Antriebsbatterie während des Betriebs des Elektrofahrzeugs. Die Temperierungsleitung kann sowohl für die Kühlung als auch Erwärmung der Traktionsbatterie vorgesehen sein, und zwar durch Wärmeübertragung von der Traktionsbatterie auf das Temperierungsfluid bzw. durch Wärmeübertragung von dem Temperierungsfluid auf die Traktionsbatterie. Über den vorzugsweise flächigen Kontakt kann eine sehr wirksame Kühlung bzw. Erwärmung vorgenommen werden. Durch das Vorsehen der Temperierungsleitung in der Vertiefung ergibt sich ferner eine sehr platz- sparende Temperierungsmöglichkeit für die Traktionsbatterie.
Der eingepresste Bereich kann weiter bevorzugt kreisförmig oder oval ausgebildet sein, wobei in der von dem kreisförmig oder oval eingepressten Bereich bevorzugt - wie vorstehend erläutert - eine Schraubverbindung vorgesehen sein.
Der eingepresste Bereich kann sich generell zwischen zwei gegenüberliegenden Randabschnitten des Wandelements erstrecken.
Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines Elektro- fahrzeugs umfassend wenigstens zwei miteinander verbundene erfindungsgemäße Batteriegehäuseteile. Die Verbindung kann z.B. in Form einer stoffschlüssigen Verbindung ausgebildet sein. Bevorzugt kann die Verbindung auch in Form einer formschlüssigen Verbindung, insbesondere in Form einer Rastverbindung bzw. Schnappverbindung ausgebildet sein. Weiter bevorzugt kann die Verbindung über mindestens eine Schraubverbindung ausgebildet sein.
Auf dem Batteriegehäuseteil oder zumindest teilweise innerhalb des Batteriegehäuseteils kann ein flächiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen sein, wobei das flächige Element für die Abschirmung eines Umgebungsbereichs des Batteriege- häuseteils und/oder für die Abschirmung der Traktionsbatterie vor elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform kann innerhalb des Batteriegehäuseteils zur elektromagnetischen Abschirmung das flächige Element aus einem elektrisch leitfähigen Material wenigstens bereichsweise aufgenommen sein. Das flächige Element kann als eine Folie oder als ein Netz oder als eine abgeschiedene Schicht oder als eine aufgedampfte Schicht ausgebildet sein. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das flächige Element eine Metallfolie, die eine wirksame Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung ermöglicht. Die Metallfolie kann hierbei bevorzugt eine Kupferfolie oder eine Aluminiumfolie oder eine Nickelfolie oder eine Silberfolie oder eine Goldfolie oder eine Folie aus einem Eisenbasiswerkstoff (z.B. eine rostfreie Stahllegierung) sein.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das flächige Element ein Vlies und/oder Gewebe und/oder polymeres Schaummaterial aus leitfähigem oder leitfähig be- schichtetem Material. Das flächige Element kann ein Vlies und/oder Gewebe und/oder polymeres Schaummaterial mit einer zumindest bereichsweisen Metallisierung sein. Das flächige Element kann auch ein Vlies und/oder Gewebe und/oder polymeres Schaummaterial mit einer zumindest bereichsweisen Beschichtung auf Kohlenstoffbasis sein. Das Vlies und/oder Gewebe und/oder polymere Schaummaterial kann insbesondere ein Polyester- Gewebe und/oder Polyester- Vlies und/oder Polyolefin-Schaummaterial sein. Als Werkstoff für eine Metallisierung eignen sich im Besonderen Kupfer, Nickel, Zinn, Silber, Gold, Kobalt oder Kombinationen der vorgenannten Werkstoffe. Das Vlies und/oder Gewebe und/oder polymere Schaummaterial kann in verschiedene (Metall-)Bäder und/oder Galvanobäder getaucht werden um die Metallisierung zu erreichen. Das Vlies und/oder Gewebe und/oder polymere Schaummaterial kann zur Anpassung der Flexibilität und/oder Abschirmwirkung gegenüber elektromagnetischer Strahlung unterschiedliche Dichten und/oder Webarten und/oder Porenverteilungen und Porengrößen aufweisen. Auch ist denkbar einen Lagenaufbau aus rein thermischem isolierendem Vlies und/oder Gewebe und/oder polymerem Schaummaterial und einem leitfähigen oder leitfähig beschichtetem Vlies und/oder Gewebe und/oder polymerem Schaummaterial für das flächige Element vorzusehen.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das flächige Element ein metallisches Netz bzw. in Form eines metallische Netzes ausgebildet. Ein metallisches Netz kann mit einem sehr geringen Gewicht ausgeführt werden und gleichzeitig eine wirksame Abschir- mung elektromagnetischer Strahlung ermöglichen. Besonders bevorzugt weist das metallische Netz eine Vielzahl von Maschen auf, wobei die Maschen von metallischen Netzfäden begrenzt werden, wobei jede Masche eine Maschenfläche mit einer Flächengröße aufweist, die innerhalb eines Bereichs von 0,0025 mm2 bis 4 mm2 liegt, und wobei die Dicke der Netzfäden innerhalb eines Bereichs von 0,05 mm bis 0,5 mm liegt. Ein derart ausgebildetes metallisches Netz ermöglicht vorteilhaft eine sehr wirksame Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung in einem Frequenzbereich bis ca. 3 GHz, so dass bei einem vorteilhaften sehr geringen Gewicht des metallischen Netzes zugleich eine sehr wirksame Abschirmung bis in hohe Frequenzbereiche möglich ist. Das metallische Netz, welches insbesondere in Form eines Gewebes ausgebildet sein kann, kann bevorzugt aus Kupfer, Aluminium, Nickel, Silber, Gold oder einem Eisenbasiswerkstoff (z.B. einer rostfreien Stahllegierung) bestehen.
Bei einer praktischen Ausführungsform liegt das flächige Element wenigstens bereichswei- se auf dem Aufnahmekörper flächig auf, wobei besonders bevorzugt, das flächige Element in Form einer Schicht ausgebildet ist, die auf dem Aufnahmekörper flächig aufliegt und stoffschlüssig mit dem Aufnahmekörper verbunden ist.
Die Schicht ist bevorzugt mittels eines Sputterverfahrens, Lackierverfahrens und/oder Be- dampfungsverfahrens aufgebracht. Diese Verfahren ermöglichen ein insbesondere für die Serienfertigung geeignetes praktisches Aufbringen einer Schicht, die sehr gleichmäßig ausgebildet ist bzw. eine im Wesentlichen gleichbleibende Schichtdicke aufweist. Insbesondere kann die Schicht auch eine mittels eines galvanischen Verfahrens aufgebrachte Schicht sein. Insbesondere mit einem galvanischen Verfahren kann eine sehr gleichmäßig ausgebildete Schicht mit im Wesentlichen gleichbleibender Schichtdicke aufgebracht werden. Sofern ein Lackierverfahren zum Einsatz kommt, kann die Schicht z.B. aus einem Kupferlack oder anderen elektrisch leitfähigen Lacken mit metallischen Beimengungen (z.B. Partikel, Flakes, Pulver) bestehen. Die Schicht kann auch durch ein Flammspritzverfahren aufgebracht sein.
Sämtliche vorstehend genannten flächigen Elemente können elektrisch leitend mit dem Massepotential des Elektrofahrzeuges (z.B. mit der Karosserie bzw. dem Fahrzeugrahmen) verbunden sein. Die elektrisch leitende Verbindung ist vorzugsweise direkt über das flächige Element oder über ein metallisches Leiterband realisiert. Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines Elektro- fahrzeugs umfassend wenigstens zwei erfindungsgemäße Batteriegehäuseteile, wobei die Batteriegehäuseteile miteinander verbunden sind. Die flächigen Elemente der Batteriegehäuseteile können elektrisch leitend miteinander verbunden sein oder können einen elektrischen Kontakt zueinander aufweisen.
Ein Elektrofahrzeug im Rahmen dieser Erfindung umfasst auch sogenannte Hybridfahrzeuge bei denen neben einem Elektromotor auch ein Verbrennungsmotor Antriebsleistung bereitstellt.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteils zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs umfasst die folgenden Schritte:
Bereitstellen von im Wesentlichen flächig ausgebildeten, faserverstärkten Matten (42) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix und Bereitstellen wenigstens eines Materialstücks (44) aus einem thermischen Isolationsmaterial (26),
Auflegen des Materialstücks (44) auf eine erste Matten-Anordnung (46), Auflegen einer zweiten Matten-Anordnung (48) auf das Materialstück (44),
(D) Erwärmen der thermoplastischen Matrix der ersten und/oder der zweiten Matten- Anordnung (46, 48) bis an oder bis über die Schmelztemperatur,
(E) Flächiges Kontaktieren eines, vorzugsweise umlaufenden, Randbereichs (50) der ersten Matten-Anordnung (46) mit einem, vorzugsweise umlaufenden, Randbereich der zweiten Matten-Anordnung (48) und Verbinden der Randbereiche (50) zum Ausbilden eines das Materialstück aufnehmenden Hohlraums (24),
(F) Ausbilden des Batteriegehäuseteils (10) durch plastisches Verformen und/oder Konsolidieren der ersten und der zweiten Matten-Anordnung (46, 48), und
Abkühlen des Batteriegehäuseteils (10). Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann auf praktische Weise unter Verwendung der flächig ausgebildeten, faserverstärkten Matten und dem wenigstens einen Materialstück aus einem thermischen Isolationsmaterial ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuseteil hergestellt werden. Das thermische Isolationsmaterial kann hierbei, wie auch bereits oben dar- gelegt, bevorzugt ein polymeres Schaummaterial sein. Insbesondere kann das polymere Schaummaterial ein duroplastisches Schaummaterial oder ein Schaummaterial aus einem Hochtemperatur-Thermoplast sein. Bevorzugt kann das thermische Isolationsmaterial auch in Form eines metallischen Schaums ausgebildet sein, der besonders bevorzugt wenigstens teilweise oder zur Gänze aus einem Titanbasis-Werkstoff oder einem hochlegierten Metall-Werkstoff (z.B. hochlegierter Chrom-Nickel-Stahl) mit einer dann vorteilhaften geringen Wärmeleitfähigkeit bestehen kann. Das thermische Isolationsmaterial kann auch in Form eines metallischen Schaums ausgebildet sein, der aus einem Aluminiumbasis-Werk- stoff besteht, wobei die Zellwände gegenüber den vorstehend genannten metallischen Werkstoffen mit geringerer Wärmeleitfähigkeit vorzugsweise dünnwandiger und/oder die Porengröße vorzugsweise größer ausgebildet ist.
Das in Schritt A bereitgestellte Materialstück aus einem thermischen Isolationsmaterial kann vorzugsweise wenigstens einen mit einem Haftvermittler beschichteten Oberflächenbereich aufweisen, wobei der Haftvermittler insbesondere in Form eines Klebstoffes aus- gebildet sein kann. Durch den Haftvermittler kann eine stabilisierende stoffschlüssige Verbindung des oder der Materialstücke mit einem den Hohlraum begrenzenden Wandungsbereich des fertigen Batteriegehäuseteils bereitgestellt werden.
Das Verfahren ist insbesondere für die Herstellung einer großen Vielzahl von Batteriege- häuseteilen, z.B. im Rahmen einer Serienfertigung von Vorteil. Sämtliche Verfahrensschritte können bevorzugt von wenigstens einem computergesteuerten Industrieroboter vorgenommen werden. Insbesondere die Schritte B bis F können von Industrierobotern bzw. Roboterarmen vorgenommen werden.
Die Ausbildung des Batteriegehäuseteils bzw. die endgültige Ausbildung des Batteriege- häuseteils erfolgt in Schritt F durch plastisches Verformen und/oder Konsolidieren der ersten und der zweiten Matten-Anordnung. Unter Konsolidieren ist erfindungsgemäß ein Verdichten bzw. Kompaktieren der faserverstärkten Matten zu verstehen. Bei dem Konsolidieren kann durch das Verdichten bzw. Kompaktieren insbesondere in den Matten aufgenommene Luft aus den Matten entweichen.
Erfindungsgemäß ist in Schritt F auch vorgesehen, dass durch plastisches Verformen der ersten und der zweiten Matten-Anordnung eine Ausbildung bzw. eine endgültige Ausbildung des Batteriegehäuseteils erfolgt, wobei dies insbesondere auch durch das plastische Verformen in Verbindung mit einem Konsolidieren erfolgen kann.
Durch das Erwärmen der thermoplastischen Matrix der ersten und/oder der zweiten Matten- Anordnung bis an oder bis über die Schmelztemperatur in Schritt D kann die thermoplastische Matrix wenigstens teilweise oder zur Gänze in einem plastisch verformbaren Zustand überführt werden, der für die in Schritt F vorzunehmende Ausbildung des Batteriegehäuse- teils durch plastisches Verformen und/oder durch Konsolidieren der ersten und der zweiten Matten-Anordnung benötigt wird. Vorzugsweise erfolgt durch das plastische Verformen und /oder Konsolidieren wenigstens bereichsweise die Ausbildung von einer oder mehreren stoffschlüssigen Verbindungen zwischen den Matten. Die Erwärmung der thermoplastischen Matrix erfolgt vorzugsweise durch Konvektionser- wärmung und/oder Infrarotstrahlung. Weiter vorzugsweise innerhalb eines Konvektions- und/oder Infrarot-Durchlaufofens. Die Erwärmung durch Infrarotstrahlung oder durch Kon- vektionserwärmung ermöglicht eine gleichmäßige Erwärmung der ersten und der zweiten Matten-Anordnung.
Die erste Matten-Anordnung kann eine faserverstärkte Matte oder eine Mehrzahl von faserverstärkten Matten umfassen und auch die zweite Matten-Anordnung kann eine faserverstärkte Matte oder eine Mehrzahl von faserverstärkten Matten umfassen, wobei in Schritt B die erste Matten-Anordnung vorzugsweise durch Aufeinanderlegen und/oder aneinander Anlegen und/oder nebeneinanderlegen der Mehrzahl der Matten gebildet wird, und wobei in Schritt C die zweite Matten-Anordnung vorzugsweise durch Aufeinanderlegen und/oder aneinander Anlegen und/oder nebeneinanderlegen der Mehrzahl der Matten gebildet wird. Bei den im Wesentlichen flächig ausgebildeten, faserverstärkten Matten handelt es sich vorzugsweise um zugeschnittene Matten bzw. Materialstücke mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix. Die Faserverstärkung der Matten wird vorzugsweise durch Mineralfasern, insbesondere Glasfasern, und/oder durch Carbonfasern, und/oder durch Aramidfasern und/oder durch polymere Fasern, und/oder durch synthetische Fasern und/oder aus Fasern von nachwachsenden Rohstoffen gebildet. In Schritt E erfolgt das flächige Kontaktieren eines, vorzugsweise umlaufenden, Randbereichs der ersten Matten-Anordnung mit einem, vorzugsweise umlaufenden, Randbereich der zweiten Matten-Anordnung und das Verbinden der Randbereiche zum Ausbilden eines das Materialstück aufnehmenden Hohlraums. Die Randbereiche können auf beliebige Weise miteinander verbunden werden, z. B durch Vernähen oder Vernieten. Insbesondere können die Randbereiche flächig und stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Die Verbindung kann auch durch mindestens eine Schraubverbindung realisiert sein. Es kann z.B. auch eine Stabilisierung der Hohlraumausbildung vorgenommen werden durch einen formgebender Körper oder ein Expansionskörper, der zum Expandieren und Formgeben mit einem Fluid mit Druck beaufschlagt wird.
Zur Erzielung einer sehr stabilen Verbindung kann in Schritt E vorzugsweise ein umlaufender Randbereich der ersten Matten-Anordnung mit einem umlaufenden Randbereich der zweiten Matten-Anordnung verbunden werden. Bevorzugt können die umlaufenden Randbereiche auch entlang ihrer gesamten Erstre- ckung (bzw. zur Gänze) zur Ausbildung eines geschlossenen Hohlraums miteinander verbunden werden, in welchem das Materialstück aus dem thermischen Isolationsmaterial aufgenommen ist, wobei mit einem geschlossenen Hohlraum eine sehr hohe Festigkeit und Steifigkeit des Batteriegehäuseteils verbunden ist, wie bereits oben dargelegt. Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden in Schritt B und C die Matten-Anordnungen und das Materialstück auf einem die Grobkontur des Batteriegehäuseteils vorgebenden Werkstückträger aufgelegt und zu einem dreidimensionalen Vorformling aufgebaut, wobei während oder nach Abschluss des Aufbaus des Vorformlings eine Lagefixierung von wenigstens zwei Matten zueinander vorgenommen wird und wobei nach der Lagefixierung und nach den Schritten D und E der Vorformling in ein die endgültige Form des Batteriegehäuseteils formendes Formwerkzeug gebracht und in Schritt F durch Bereitstellen eines Formwerkzeuginnendrucks aus dem Vorformling das Batteriegehäuseteil durch plastisches Verformen der Matten des Vorformlings und /oder durch Konsolidieren der Matten des Vorformlings gebildet wird.
Die Einbeziehung des die Grobkontur vorgebenden Werkzeugträgers ermöglicht auf praktische Weise eine präzise Herstellung eines Batteriegehäuseteils. Insbesondere ist durch das Vorsehen des Werkzeugträgers vorteilhaft eine präzise Herstellung einer Vielzahl bau- gleicher bzw. im Wesentlichen baugleicher Batteriegehäuseteile z.B. im Rahmen einer Serienfertigung möglich.
Durch das Vorformen bzw. Aufbauen der faserverstärkten Matten zu einem Vorformling kann je nach Anwendungsfall von einem stark ausgeprägtem plastischen Verformen abge- sehen werden, so dass keine wesentlichen Umform- bzw. Fließvorgänge durchlaufen werden müssen. In diesem Fall kann gemäß Schritt F lediglich durch Konsolidieren die Ausbildung bzw. die endgültige Ausbildung des Batteriegehäuseteils erfolgen.
Bei einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es sich bei den faserverstärkten Matten vorzugsweise um unidirektional-faserverstärkte Matten handeln. Hierbei erfolgt das Ausbilden des Vorformlings vorzugsweise derart, dass die Faserorientierung der Matten auf die im späteren Einsatz des Batteriegehäuseteils angreifenden Kräfte, und die daraus innerhalb des Batteriegehäuseteils resultierenden Lastpfade, abgestimmt wird. Aufgrund der Abstimmung der Faserorientierung an dem dreidimensiona- len Vorformling wird zudem erreicht, dass die an das hergestellte Batteriegehäuseteils angreifenden Kräfte, und die daraus innerhalb des Batteriegehäuseteils resultierenden Lastpfade, optimal durch die unidirektionale Faserverstärkung aufgenommen werden können. Durch diese Optimierung der Faserorientierung ist ein Batteriegehäuseteil mit sehr hoher Festigkeit herstellbar. Die Bereitstellung des Formwerkzeuginnendrucks kann innerhalb des Formwerkzeugs durch Umspritzen des Vorformlings mit Kunststoff im Spritzgussverfahren erfolgen. Die Bereitstellung bzw. Einstellung des Formwerkzeuginnendrucks kann auch durch zusätzliches Einlegen von GMT-Stücken (GMT: Abk. für glasmattenverstärkter Thermoplast), wei- ter vorzugsweise durch eine Shot-Pot-Technik oder durch das Einlegen von Dichtschnüren in das Formwerkzeug oder durch das Einlegen einer Dichtfolie in das Formwerkzeug erfolgen. Weiterhin können die vorgenannten Möglichkeiten in beliebiger Kombination eingesetzt werden. Insbesondere ein randseitiges Um- oder Anspritzen mit Kunststoff im Spritzgussverfahren ermöglicht zudem eine weitere Integrationsmöglichkeit von Zusatzelementen an das Batteriegehäuseteil wie z.B. Versteifungsrippen, Schraubpunktaufnahmen, Klippverbindungspunkte, Kabelführungen, Kabelhalter, Medienleitungshalterungen etc.
Durch die Einstellung eines Formwerkzeuginnendrucks durch die vorgenannten Möglichkeiten wird erreicht, dass es zu keinen unkontrollierten Fließvorgängen des thermoplastischen Materials der Matten innerhalb des Formwerkzeugs kommt, die zu einer ungewollten Verlagerung des in die thermoplastische Matrix eingebetteten Fasermaterials führt. Zudem wird durch einen Formwerkzeuginnendruck eine gleichmäßige Konsolidierung des Vorformlings bzw. des Formteils erreicht. Die vorgesehene Lagefixierung von wenigstens zwei der Matten, wobei vorzugsweise eine Lagefixierung aller Matten zueinander erfolgt, kann z.B. unter Ausbildung wenigstens einer oder mehrerer stoffschlüssiger Verbindungen zwischen den Matten durch Verschweißen bzw. mittels eines Schweißverfahrens vorgenommen werden. Vorzugsweise erfolgt die Lagefixierung der Matten dabei durch ein Ultraschall- und/oder Heizelement- und/oder Laser- schweißverfahren. Die Lagefixierung der Matten zueinander während oder nach Abschluss des Aufbaus bzw. der Ausbildung des Vorformlings bietet den Vorteil, dass der Vorformling eine deutlich verbesserte Handhabbarkeit aufweist. Zur Lagefixierung der Matten zueinander können zudem textiltechnische Verfahren, vorzugsweise Vernadeln und/oder Vernähen eingesetzt werden. Sofern die erste Matten-Anordnung und die zweite Matten-Anordnung jeweils eine Mehrzahl von faserverstärkten Matten umfassen, erfolgt vorzugsweise eine Lagefixierung aller Matten der ersten Matten-Anordnung zueinander und ferner eine Lagefixierung aller Matten der zweiten Matten-Anordnung zueinander. Bei einer weiteren praktischen Ausführungsform wird in Schritt F das Batteriegehäuseteil durch Tiefziehen der Matten der ersten und zweiten Matten-Anordnung gebildet. Auch durch ein Tiefziehverfahren kann auf praktische und einfache Weise eine Ausbildung des Batteriegehäuseteils vorgenommen werden, insbesondere wenn die Bauform des Batterie- gehäuseteils eine für das Tiefziehverfahren besondere geeignete Bauform ist.
Gemäß einem alternativen Herstellungsverfahren kann auch vorgesehen sein, thermisches Isolationsmaterial in Schaumform, also insbesondere polymeres Schaummaterial oder metallisches Schaumaterial erst nach Ausbildung des Hohlraums in diesen hineinzuspritzen.
Ein alternatives Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteils für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfasst die folgenden Schritte:
(A-2) Bereitstellen von im Wesentlichen flächig ausgebildeten, faserverstärkten Matten mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden duroplastischen Matrix und
Bereitstellen wenigstens eines Materialstücks aus einem thermischen Isolationsmaterial,
(B-2) Auflegen des thermischen Isolationsmaterials auf eine erste Matten-Anordnung,
(C-2) Auflegen einer zweiten Matten-Anordnung auf das thermische Isolationsmaterial,
(D-2) Ausbilden des Batteriegehäuseteils durch plastisches Verformen und/oder Konsoli dieren der Matten-Anordnungen und des thermischen Isolationsmaterial, und
(E-2) Aushärten der duroplastischen Matrix und gegebenenfalls Abkühlen des Batteriegehäuseteils.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuseteils,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung des Batteriegehäuseteils entlang des Schnitts A-A der
Fig. 1 ,
Fig. 3 eine Schnittdarstellung des Batteriegehäuseteils entlang des Schnitts B-B der
Fig. 1 ,
Fig. 4 eine Schnittdarstellung des Batteriegehäuseteils entlang des Schnitts C-C der Fig. 1 ,
Fig. 5 eine sehr schematische Schnittdarstellung einer Gesamt-Anordnung aus Matten und Materialstücken und Fig. 6 eine sehr schematische Schnittdarstellung eines eingepressten Bereichs mit einer in der Vertiefung des eingepressten Bereichs aufgenommenen Temperierungsleitung.
Das in den Figuren dargestellte Batteriegehäuseteil 10 zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs ist in Form einer Bodenplatte 10 zur Aufnahme des Bodenbereichs der Traktionsbatterie ausgebildet. Wie aus den Schnittdarstellungen ersichtlich, weist das Batteriegehäuseteil 10 eine Wandung 12 mit einem ersten Wandelement 14 und einem zweiten Wandelement 16 auf, die jeweils aus einem mit Endlosfasern verstärkten thermo- plastischen (alternativ duroplastischen) Kunststoffmaterial bestehen.
Jedes Wandelement 14, 16 weist einen umlaufenden Randbereich 20 auf, wobei die umlaufenden Randbereiche 20 flächig und stoffschlüssig miteinander verbunden sind und die übrigen Bereiche 22 (vgl. Figur 4) der Wandelemente 14, 16 zur Ausbildung eines inner- halb der Wandung 12 vorgesehenen Hohlraums 24, der zwischen den beiden Wandelementen 14, 16 vorgesehen ist, bereichsweise voneinander beabstandet sind. Der Hohlraum 24 ist ein geschlossener Hohlraum 24, wobei zur Ausbildung des geschlossenen Hohlraums 24 die umlaufenden Randbereiche 20 entlang ihrer gesamten Erstreckung flächig und stoffschlüssig miteinander verbunden sind. In den Hohlraum 24 ist ein thermi- sches Isolationsmaterial 26 in Form eines polymeren Schaummaterials 26 eingebracht. Nicht näher dargestellt ist ein flächiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material, wobei das flächige Element für die Abschirmung eines Umgebungsbereichs des Batteriegehäuseteils 10 und/oder für die Abschirmung der Traktionsbatterie vor elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Das flächige Element ist als ein Vlies und/oder Gewebe mit einer Metallisierung ausgebildet. Alternativ können metallische Folien oder Netze oder Beschichtungen als flächiges Element vorgesehen werden.
Das erste Wandelement 14 weist an einer dem Hohlraum 24 abgewandten Seite des ersten Wandelements 14 zwei eingepresste Bereiche 28 auf, die jeweils eine Vertiefung 30 ausbilden und zwischen dem eingepressten Bereich 28 und dem zweiten Wandelement 16 befindendes polymeres Schaummaterial 26 verpressen. In jeder der Vertiefungen 30 kann platzsparend eine Temperierungsleitung zur Temperierung der Traktionsbatterie aufgenommen sein, die von einem Temperierungsfluid durchströmbar ist und welche wenigstens bereichsweise einem flächigen Kontakt zu der Traktionsbatterie aufweist, wenn die Trak- tionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil 10 bzw. dem Batteriegehäuse aufgenommen ist. Dies ist in Schnittdarstellung in Fig. 6 schematisch näher veranschaulicht, die den eingepressten Bereich 28 mit einer in der Vertiefung 30 des eingepressten Bereichs 28 aufgenommenen Temperierungsleitung 52 zeigt. Die Temperierungsleitung 52 weist eine ovale Querschnittsform auf, wobei in von dem Temperierungsfluid durchströmbaren Innenlumen 54 der Temperierungsleitung 52 vier Stege 56 zur Stabilisierung der aus einem Polymermaterial bestehenden Temperierungsleitung 52 vorgesehen sind. Zum vorteilhaften klemmenden Halten der Temperierungsleitung 52 in der Vertiefung 30 ist zwischen der Temperierungsleitung 52 und dem einge- pressten Bereich 28 ein flächiges Stück 58 aus einem wenigstens teilweise elastischen Polymermaterial vorgesehen. Wenn die Traktionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil 10 aufgenommen ist, übt das flächige Stück 58 eine Federkraft auf die Temperierungsleitung 52 aus, wodurch diese zum klemmenden Halten gegen die Traktionsbatterie gedrückt wird. Auch das zweite Wandelement 16 weist an einer dem Hohlraum 24 abgewandten Seite des zweite Wandelements 16 zwei längliche eingepresste Bereiche 28 auf, die jeweils einen flächigen Kontakt 32 zu dem ersten Wandelement 14 aufweisen. Zur Realisierung des flächigen Kontakts 32 weist das polymere Schaummaterial zwei zusammenhängende Aus- sparungen 34 auf, wobei jeweils eine der von den eingepressten Bereichen 28 ausgebildeten Vertiefungen 30 jeweils eine der Aussparungen 34 durchfasst.
An den eingepressten Bereichen 28 kann auf praktische Weise eine beliebige Vorrichtung oder ein beliebiges Element über eine oder mehrere Schraubverbindungen befestigt werden, wobei hierfür vorliegend Öffnungen 36 zur Aufnahme der Schraube 38 bzw. Schraub- Verbindung vorgesehen sein können, welche die gesamte Wandung 12 durchsetzen, wie in Fig. 3 für die rechte Öffnung 36 veranschaulicht. Vorteilhafterweise kann beim Anziehen der Schraube 38 bzw. beim Festziehen der Schraubverbindung keine Verpressung des polymeren Schaummaterials 26 erfolgen, da keines vorhanden ist. Ein nachteiliges Nachfedern von verpresstem Schaummaterial - was sich nachteilig auf die Festigkeit der Schraubverbindung auswirken und auch zu einem Lösen der Schraubverbindung führen kann - kann also nicht erfolgen.
Bei dem in den Figuren dargestellten Batteriegehäuseteil 10 handelt es sich um ein durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestelltes Batteriegehäuseteil 10, wobei das erste Wandelement 14 aus der Matte oder den Matten der ersten Matten-Anordnung gebildet wurde, und wobei das zweite Wandelement 16 aus der Matte oder den Matten der zweiten Matten-Anordnung gebildet wurde (vgl. auch Schritte B und C des erfindungsgemäßen Verfahrens). Das in den Hohlraum 24 eingebrachte polymere Schaummaterial 26 ist hierbei polymeres Schaummaterial eines bereitgestellten Materialstücks (vgl. auch Schritte A bis C des erfindungsgemäßen Verfahrens). Bei dem polymeren Schaummaterial handelt es sich um ein duroplastisches Schaummaterial.
Die Fig. 5 veranschaulicht in Schnittdarstellung sehr schematisch eine durch Vornehmen der Schritte A bis C des erfindungsgemäßen Verfahrens gebildete Gesamt-Anordnung 40 umfassend eine erste Matten-Anordnung 46, eine zweite Matten-Anordnung 48 und ein Materialstück 44 aus einem thermischen Isolationsmaterial 26. Aus der Gesamt-Anordnung 40 kann gemäß Schritt F des erfindungsgemäßen Verfahrens durch plastisches Verformen und/oder durch Konsolidieren der Matten 42 der ersten Matten-Anordnung 46 und der zweiten Matten-Anordnung 48 ein Batteriegehäuseteil gebildet werden. Die Ausbildung der Gesamt-Anordnung 40 erfolgte durch Auflegen eines Materialstücks 44 aus einem thermischen Isolationsmaterial 26 auf eine erste Matten-Anordnung 46 - die zuvor durch aufeinanderlegen und aneinander Anlegen einer ersten Mehrzahl von faserverstärkten Matten 42 gebildet wurde - und anschließendes Auflegen einer zweiten Mehrzahl von faserverstärkten Matten 42 auf das Materialstück 44 zur Bildung einer zweiten, auf das Materialstück 44 aufgelegten Matten-Anordnung 48, wobei die zweite Matten-Anordnung 48 durch aufeinanderlegen und aneinander Anlegen der zweiten Mehrzahl von faserverstärkten Matten 42 gebildet wurde. Die Bildung des Batteriegehäuseteils erfolgt nach dem Erwärmen der thermoplastischen Matrix der Matten-Anordnungen 46 und 48 gemäß Schritt D, wobei nach Schritt D und vor Schritt F gemäß Schritt E ein flächiges Kontaktieren eines umlaufenden Randbereichs 50 der ersten Matten-Anordnung 46 mit einem umlaufenden Randbereich 50 der zweiten Matten-Anordnung 48 vorgenommen wird (in Figur 5 symbolisiert durch entsprechende Pfeile) und anschließend die Randbereiche 50 entlang ihrer gesamten Erstreckung zur Ausbildung eines geschlossenen Hohlraums, in dem das Materialstück 44 aufgenommen ist, vorzugsweise stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Nach Schritt F erfolgt in Schritt G das Abkühlen des fertig geformten Batteriegehäuseteils.
- Patentansprüche -
Bezugszeichenliste
10 Batteriegehäuseteil
12 Wandung
14 erstes Wandelement
16 zweites Wandelement
20 Randbereich
22 übriger Bereich
24 Hohlraum
26 thermisches Isolationsmaterial
28 eingepresster Bereich
30 Vertiefung
32 flächiger Kontakt
34 Aussparung
36 Öffnung
38 Schraube
40 Gesamt-Anordnung
42 Matte
44 Materialstück
46 erste Matten-Anordnung
48 zweite Matten-Anordnung
50 Randbereich
52 Temperierungsleitung
54 Innenvolumen
56 Steg
58 flächiges Stück

Claims

Patentansprüche
1. Batteriegehäuseteil (10) zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, wobei das Batteriegehäuseteil (10) wenigstens eine Wandung (12) aufweist, die wenigstens teilweise aus einem thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmate- rial besteht, und wobei die Wandung (12) wenigstens einen Hohlraum (24) aufweist, der innerhalb der Wandung (12) vorgesehen ist.
2. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (24) ein geschlossener Hohlraum (24) ist.
3. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (24) ein evakuierter Hohlraum (24) ist.
4. Batteriegehäuseteil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (24) ein thermisches Isolationsmaterial (26) einge- bracht ist.
5. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das thermische Isolationsmaterial (26) ein polymeres Schaummaterial (26), insbesondere ein duroplastisches Schaummaterial oder ein Schaummaterial aus einem Hochtemperatur- Thermoplast ist.
6. Batteriegehäuseteil (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wandung (14) zwei Wandelemente (14, 16) aufweist, die aus einem mit Endlosfasern verstärkten thermoplastischen oder duroplastischen Kunststoffmate- rial bestehen, wobei jedes Wandelement (14, 16) einen umlaufenden Randbereich (20) aufweist, wobei die umlaufenden Randbereiche (20) zumindest teilweise miteinander verbunden sind und die übrigen Bereiche (22) der Wandelemente (14, 16) zur Ausbildung des Hohlraums (24), der zwischen den beiden Wandelementen (14, 16) vorgesehen ist, wenigstens bereichsweise voneinander beabstandet sind.
7. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohlraum (24) ein polymeres Schaummaterial (26) eingebracht ist, und dass wenigstens ein Wandelement (14, 16) an einer dem Hohlraum (24) abgewandten Seite des Wand- elements (14, 16) wenigstens einen eingepressten Bereich (28) aufweist, der eine Vertiefung (30) ausbildet und zwischen dem eingepressten Bereich (28) und dem anderen Wandelement (14, 16) befindendes Schaummaterial (26) verpresst.
8. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Hohl- räum (24) ein polymeres Schaummaterial (26) eingebracht ist, und in dem Schaummaterial (26) wenigstens eine zusammenhängende Aussparung (34) ausgebildet ist, und dass wenigstens ein Wandelement (14, 16) an einer dem Hohlraum (24) abgewandten Seite des Wandelements (14, 16) einen eingepressten Bereich (28) aufweist, der eine Vertiefung (30) ausbildet, welche die Aussparung (34) durchfasst und der eingepresste Bereich (28) wenigstens bereichsweise einen flächigen Kontakt (32) zu dem anderen
Wandelement (14, 16) aufweist.
9. Batteriegehäuseteil (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der eingepresste Bereich (28) länglich ausgebildet ist, wobei in der vom dem eingepress- ten Bereich (28) ausgebildeten Vertiefung (30) eine Temperierungsleitung zur Temperierung der Traktionsbatterie aufgenommen ist, die von einem Temperierungsfluid durchströmbar ist und welche wenigstens bereichsweise einen flächigen Kontakt zu der Traktionsbatterie aufweist, wenn die Traktionsbatterie in dem Batteriegehäuseteil (10) aufgenommen ist.
10. Batteriegehäuseteil (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein flächiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material vorgesehen ist, wobei das flächige Element für die Abschirmung eines Umgebungsbereichs des Batteriegehäuseteils (10) und/oder für die Abschirmung der Traktionsbatterie vor elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist.
11. Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs umfassend wenigstens zwei miteinander verbundene Batteriegehäuseteile (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
12. Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteils (10) zur Aufnahme einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, umfassend die folgenden Schritte:
(A) Bereitstellen von im wesentlichen flächig ausgebildeten, faserverstärkten Matten (42) mit einer die Fasern zumindest teilweise umgebenden thermoplastischen Matrix und Bereitstellen wenigstens eines Materialstücks (44) aus einem thermischen Isolationsmaterial (26),
(B) Auflegen des Materialstücks (44) auf eine erste Matten-Anordnung (46),
(C) Auflegen einer zweiten Matten-Anordnung (48) auf das Materialstück (44),
(D) Erwärmen der thermoplastischen Matrix der ersten und/oder der zweiten Matten- Anordnung (46, 48) bis an oder bis über die Schmelztemperatur,
(E) Flächiges Kontaktieren eines, vorzugsweise umlaufenden, Randbereichs (50) der ersten Matten-Anordnung (46) mit einem, vorzugsweise umlaufenden, Randbereich der zweiten Matten-Anordnung (48) und Verbinden der Randbereiche (50) zum Ausbilden eines das Materialstück aufnehmenden Hohlraums (24),
(F) Ausbilden des Batteriegehäuseteils (10) durch plastisches Verformen und/oder Konsolidieren der ersten und der zweiten Matten-Anordnung (46, 48), und
(G) Abkühlen des Batteriegehäuseteils (10).
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Matten-Anordnung (46) eine faserverstärkte Matte (42) oder eine Mehrzahl von faserverstärkten Matten (42) umfasst, und dass die zweite Matten-Anordnung (48) eine faserverstärkte Matte oder eine Mehrzahl von faserverstärkten Matten (42) umfasst.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) die erste Matten-Anordnung durch Aufeinanderlegen und/oder aneinander Anlegen und/oder Nebeneinanderlegen der Mehrzahl der Matten gebildet wird, und dass in Schritt (C) die zweite Matten-Anordnung durch Aufeinanderlegen und/oder aneinander Anlegen und/oder Nebeneinanderlegen der Mehrzahl der Matten gebildet wird.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche 12 bis 1 , dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (B) und (C) die Matten-Anordnungen (46, 48) und das Materialstück (44) auf einem die Grobkontur des Batteriegehäuseteils (10) vorgebenden Werkstückträger aufgelegt und zu einem dreidimensionalen Vorformling aufgebaut werden, wobei während oder nach Abschluss des Aufbaus des Vorformlings eine Lagefixierung von wenigstens zwei Matten zueinander vorgenommen wird und wobei nach der Lagefixierung und nach den Schritten (D) und (E) der Vorformling in ein die endgültige Form des Batteriegehäuseteils (10) formendes Formwerkzeug gebracht und in Schritt (F) durch Bereitstellen eines Formwerkzeuginnendrucks aus dem Vorformling das Batteriegehäuseteil (10) durch plastisches Verformen der Matten (42) des Vorformlings und /oder durch Konsolidieren der Matten (42) des Vorformlings gebildet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in Schritt (F) das Batteriegehäuseteil (10) durch Tiefziehen der Matten (42) der ersten und zweiten Matten-Anordnung (46, 48) gebildet wird.
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