WO2020126354A1 - Verfahren zum herstellen eines hochvoltspeichers und ein hochvoltspeicher - Google Patents

Verfahren zum herstellen eines hochvoltspeichers und ein hochvoltspeicher Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a high-voltage storage device according to the preamble of patent claim 1.
  • High-voltage storage of electric vehicles or hybrid vehicles often have a high-voltage storage housing made of light metal or plastic.
  • the high-voltage battery housing of the BMW I3 is made of aluminum.
  • the object of the invention is to provide a method for producing a high-voltage storage device and a corresponding high-voltage storage device which has the highest possible operational reliability, even in extreme situations, such as, for. B: serious vehicle accidents.
  • the starting point of the invention is a method for producing a high-voltage storage device, in particular for vehicles, wherein firstly a housing is produced which has a plurality of housing walls.
  • housing walls is to be interpreted extremely broadly. All are meant Walls (e.g. side walls, floor, cover or similar) that limit the housing of the high-voltage battery.
  • an electrical storage and cooling system is introduced into the case.
  • the exact structure of such a storage system need not be explained in more detail here. It can be formed from a plurality or a multiplicity of memory cells, which can be combined into individual prefabricated and interconnected memory modules.
  • the cooling system is a cooling system by means of which effective heat can be removed from the storage cells or by means of which the storage cells can be heated at low temperatures.
  • the housing is then closed.
  • the essence of the invention is that the inside of the housing walls of the high-voltage storage housing are lined with a heat-resistant metal foil.
  • the inner sides of the housing walls are preferably lined with the heat-resistant metal foil before the electrical storage and cooling system is introduced. Should it e.g. B. as a result of an extremely serious accident to internal short-circuits in the high-voltage storage, hot gases can escape from one or more storage cells.
  • the heat resistance of the high-voltage storage housing can be significantly increased by lining the housing walls of the high-voltage storage housing with a heat-resistant metal foil. Such a metal foil takes up little space.
  • the metal foil is preferably connected to the housing in an electrically conductive manner.
  • the metal foil can also be galvanized or painted. Alternatively, a metal foil coated or coated with an insulation layer can also be used.
  • the inside of the housing walls are lined with a heat-resistant metal foil over the entire surface.
  • the entire high-voltage storage housing can be lined with such a metal foil from the inside.
  • a steel foil can be used as the metal foil.
  • Steel foils are very heat-resistant and also very inexpensive.
  • a light metal material in particular an aluminum-containing material or aluminum or a plastic material can be used as the material for the housing walls.
  • the metal foil is reshaped in accordance with the internal shape of the housing before the housing walls are lined.
  • the shaping can take place, for example, by deep drawing and / or embossing and / or folding or by another shaping method.
  • the metal foil used for lining can be composed of several pieces of foil. At the “assembly points” or “contact points” it can be provided that the adjacent film pieces overlap one another. At these points, the individual pieces of film can be used together be connected, e.g. B. by gluing, soldering, screwing, stamping, folding, welding or by other connection techniques.
  • the metal foil is attached to the housing walls from the inside. This can be done for example by gluing and / or screwing and / or extrusion or by other fastening methods.
  • At least one component is introduced into the housing, which can shift at least to a predetermined extent with respect to the housing walls during the operation of the high-voltage storage device, and that a flexible “contact element” is introduced between this component and the metal foil, thereby preventing the metal foil from slipping when the component is moved.
  • the “component” can, for example, be a component of the cooling system. At different temperature levels or different operating conditions, individual cooling system components can expand thermally and thus shift slightly to the high-voltage storage housing. In this case, it is advantageous if a flexible contact element (see above explanations) is introduced between such components and the metal foil. As a result, the "moving component” is mechanically decoupled from the metal foil, which prevents the metal foil from slipping when the component is moved or when the component expands.
  • the electrical storage and cooling system has a plurality of electrical storage cells or a plurality of storage modules each formed by a plurality of electrical storage cells and cooling elements through which a coolant or refrigerant flows and which are or are brought into thermal connection with the storage cells .
  • the subject of the invention is not only a method for producing a high-voltage store, but also a high-voltage store which is produced by this process or a vehicle which contains a high-voltage store produced by this process.
  • Figures 1 a - 1d the individual steps for producing a
  • High-voltage storage housing according to the invention.
  • a high-voltage storage housing 1 is first, the several housing walls, such as. B. lateral housing walls 1 a, 1 b, a housing base 1 c and a housing cover 1d.
  • a heat-resistant metal foil 2 is then produced, which can be assembled from several foil pieces 2a, 2b. This is shown in Figure 1 b. Subsequently, the inside of the housing walls 1a-1d are lined with the metal foil 2a, 2b composed of several metal foil pieces. As can be seen from FIG. 1 c, the film piece 2 b is applied to the inside or underside of the housing cover 1 d. The piece of film 2a is applied to the inside of the side housing walls 1 a, 1 b and the housing base 1 c. After the high-voltage storage housing 1 has been lined with the heat-resistant metal foil 2, electrical storage and cooling system components (not shown) are introduced into the high-voltage storage housing 1 and then, as shown in FIG. 1d, the high-voltage storage housing 1 is closed.

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Abstract

Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, mit folgenden Schritten: - Herstellen eines Gehäuses (1), welches mehrere Gehäusewandungen (1a –1d) aufweist, - Einbringen eines elektrischen Speicher- und Kühlsystems in das Gehäuse (1) und - Verschließen des Gehäuses (1), dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten der Gehäusewandungen mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden, insbesondere vor dem Einbringen des Speicher- und Kühlsystems.

Description

VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES HOCHVOLTSPEICHERS UND
EIN HOCHVOLTSPEICHER
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 .
Hochvoltspeicher von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen weisen häufig ein Hochvoltspeichergehäuse aus Leichtmetall oder Kunststoff auf. Beispielsweise besteht das Hochvoltspeichergehäuse des BMW I3 aus Aluminium. Bei der Gestaltung von Hochvoltspeichergehäusen sind das Gewicht, die Herstellkosten und die Herstellbarkeit sowie die Sicherheit, insbesondere in Extremsituationen, wie z. B. schweren Fahrzeugunfällen, wichtige Parameter.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers sowie einen entsprechenden Hochvoltspeicher anzugeben, der eine möglichst hohe Betriebssicherheit aufweist und zwar auch bei Extremsituationen, wie z. B: schweren Fahrzeugunfällen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, wobei zunächst ein Gehäuse hergestellt wird, welches mehrere Gehäusewandungen aufweist. Der Begriff „Gehäusewandungen“ ist äußerst breit auszulegen. Gemeint sind sämtliche Wandungen (z. B. Seitenwände, Boden, Deckel o. ä.), die das Gehäuse des Hochvoltspeichers begrenzen.
Nach der Herstellung des Hochvoltspeichergehäuses wird eine elektrischer Speicher- und Kühlsystem in das Gehäuse eingebracht. Der genaue Aufbau eines derartigen Speichersystems braucht hier nicht näher erläutert zu werden. Es kann aus mehreren bzw. einer Vielzahl von Speicherzellen gebildet sein, die zu einzelnen vorgefertigten und miteinander verschalteten Speichermodulen zusammengefasst sein können. Bei dem Kühlsystem handelt es sich um Kühlsystem, mittels dem Effektivwärme aus den Speicherzellen abgeführt werden kann bzw. mit dem bei niedrigen Temperaturen die Speicherzellen beheizt werden können.
Anschließend wird das Gehäuse verschlossen.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass Innenseiten der Gehäusewandungen des Hochvoltspeichergehäuses mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden. Vorzugsweise erfolgt das Auskleiden der Innenseiten der Gehäusewandungen mit der hitzeresistenten Metallfolie vor dem Einbringen des elektrischen Speicher- und Kühlsystems. Sollte es z. B. in Folge eines extrem schweren Unfalls zu zellinternen Kurzschlüssen im Hochvoltspeicher kommen, können aus einzelnen oder mehreren Speicherzellen heiße Gase austreten. Durch das Auskleiden der Gehäusewandungen des Hochvoltspeichergehäuses mit einer hitzeresistenten Metallfolie kann die Hitzebeständigkeit des Hochvoltspeichergehäuses signifikant erhöht werden. Eine derartige Metallfolie beansprucht kaum Bauraum. Somit können bestehende und erprobte Batteriegehäuse hinsichtlich ihrer thermischen Resistenz durch Auskleiden mit einer hitzeresistenten Metallfolie in einfacher und sehr kostengünstiger Weise noch hitzeresistenter gestaltet werden, ohne das Grundkonzept bzw. die Geometrie des Gehäuses wesentlich ändern zu müssen. Der Leichtbaucharakter bestehender Hochvoltspeichergehäuse kann also beibehalten werden, da die zusätzlich eingesetzte Metallfolie im Vergleich zur Gehäusewandstärke sehr dünn ist. Eine derartige Metallfolie ist zudem deutlich günstiger als andere Hitzeschutzmaterialien, wie z. B. Brandschutzlacke o. ä.
Vorzugsweise wird die Metallfolie elektrisch leitend mit dem Gehäuse verbunden.
Die Metallfolie kann ferner verzinkt oder lackiert sein. Alternativ dazu kann auch eine mit einer Isolationsschicht beschichtete oder überzogene Metallfolie verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung werden die Innenseiten der Gehäusewandungen vollflächig mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet. Insbesondere kann das gesamte Hochvoltspeichergehäuse von innen her mit einer derartigen Metallfolie ausgekleidet werden. Als Metallfolie kann beispielsweise eine Stahlfolie verwendet werden. Stahlfolien sind sehr hitzebeständig und zudem sehr kostengünstig.
Als Material für die Gehäusewandungen kann ein Leichtmetallmaterial, insbesondere eine aluminiumhaltiges Material oder Aluminium oder ein Kunststoffmaterial verwendet werden.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Metallfolie vor dem Auskleiden der Gehäusewandungen entsprechend der Innenform des Gehäuses umgeformt. Das Umformen kann beispielsweise durch Tiefziehen und/oder Prägen und/oder Falten oder durch ein anderes Umformverfahren erfolgen.
Die zum Auskleiden verwendete Metallfolie kann aus mehreren Folienstücken zusammengesetzt werden. An den„Zusammensetzstellen“ bzw.„Berührstellen“ kann vorgesehen sein, dass die einander benachbarten Folienstücke einander überlappen. An diesen Stellen können die einzelnen Folienstücke miteinander verbunden werden, z. B. durch Verkleben, Verlöten, Verschrauben, Verprägen, Falzen, Schweißen oder durch andere Verbindungstechniken.
Ferner kann vorgesehen sein, dass die Metallfolie an den Gehäusewandungen von innen her befestigt wird. Dies kann beispielsweise durch Verkleben und/oder Verschrauben und/oder Fließpressen oder durch andere Befestigungsverfahren erfolgen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in das Gehäuse mindestens eine Komponente eingebracht wird, die sich während des Betriebs des Hochvoltspeichers zumindest in einem vorgegebenen Maß in Bezug auf die Gehäusewandungen verschieben kann und dass zwischen diese Komponente und die Metallfolie ein flexibles„Anlageelement“ eingebracht wird, wodurch ein Verrutschen der Metallfolie beim Verschieben der Komponente verhindert wird. Bei der„Komponente“ kann es sich beispielsweise um eine Komponente des Kühlsystems handeln. Bei unterschiedlichen Temperaturniveaus bzw. unterschiedlichen Betriebsbedingungen kann es dazu kommen, dass sich einzelne Kühlsystemkomponenten thermisch ausdehnen und somit geringfügig auf das Hochvoltspeichergehäuse verschieben. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn zwischen derartige Komponenten und der Metallfolie ein flexibles Anlageelement (vgl. obige Erläuterungen) eingebracht wird. Dadurch ist die „sich verschiebende Komponente“ mechanisch von der Metallfolie entkoppelt, wodurch ein ungewolltes Verrutschen der Metallfolie beim Verschieben der Komponente bzw. bzw. bei Ausdehnen der Komponente verhindert werden.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das elektrische Speicher- und Kühlsystem mehrere elektrische Speicherzellen oder mehrere jeweils durch mehrere elektrische Speicherzellen gebildete Speichermodule und von einem Kühl- oder Kältemittel durchströmte Kühlelemente aufweist, die in thermische Verbindung mit den Speicherzellen gebracht sind oder werden. Vollständigkeitshalber sei erwähnt, dass Gegenstand der Erfindung nicht nur ein Verfahren zu Herstellung eines Hochvoltspeichers ist, sondern auch ein Hochvoltspeicher, der nach diesem Verfahren hergestellt ist bzw. ein Fahrzeug, das ein nach diesem Verfahren hergestellten Hochvoltspeicher enthält.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figuren 1 a - 1d die einzelnen Schritte zur Herstellung eines
Hochvoltspeichergehäuses gemäß der Erfindung.
Wie aus Figur 1 ersichtlich ist, wird zunächst ein Hochvoltspeichergehäuse 1 , das mehrere Gehäusewandungen, wie z. B. seitliche Gehäusewandungen 1 a, 1 b, einen Gehäuseboden 1 c und einen Gehäusedeckel 1d aufweist.
Anschließend wird eine hitzeresistente Metallfolie 2 hergestellt, die aus mehreren Folienstücken 2a, 2b zusammengesetzt werden kann. Dies ist in Figur 1 b dargestellt. Anschließend werden mit der aus mehreren Metallfolienstücken zusammengesetzten Metallfolie 2a, 2b Innenseiten der Gehäusewandungen 1a - 1d ausgekleidet. Wie aus Figur 1 c ersichtlich ist, wird das Folienstück 2b auf die Innen- bzw. Unterseite des Gehäusedeckels 1d aufgebracht. Das Folienstück 2a wird auf die Innenseite der seitlichen Gehäusewandungen 1 a, 1 b und des Gehäusebodens 1 c aufgebracht. Nach dem Auskleiden des Hochvoltspeichergehäuses 1 mit der hitzeresistenten Metallfolie 2 werden elektrische Speicher- und Kühlsystemkomponenten (nicht dargestellt) in das Hochvoltspeichergehäuse 1 eingebracht und anschließend wird, wie in Figur 1d dargestellt, das Hochvoltspeichergehäuse 1 verschlossen.

Claims

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichers, insbesondere für Fahrzeuge, mit folgenden Schritten:
- Herstellen eines Gehäuses(1 ), welches mehrere Gehäusewandungen (1 a - 1d) aufweist,
- Einbringen eines elektrischen Speicher- und Kühlsystems in das Gehäuse (1 ) und
- Verschließen des Gehäuses (1 ),
dadurch gekennzeichnet, dass Innenseiten der Gehäusewandungen mit einer hitzeresistenten Metallfolie ausgekleidet werden, insbesondere vor dem Einbringen des Speicher- und Kühlsystems.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Innenseiten der Gehäusewandungen (1 a 1 -d) vollflächig mit einer hitzeresistenten Metallfolie (2) ausgekleidet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Metallfolie (2) eine Folie aus Stahl verwendet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Material für die Gehäusewandungen (1 a - 1d) ein
Leichtmetallmaterial, insbesondere eine aluminiumhaltiges Material oder Aluminium oder ein Kunststoffmaterial verwendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie vor dem Auskleiden der Gehäusewandungen (1 a - 1d) entsprechend der Innenform des Gehäuses (1 ) umgeformt wird, insbesondere durch
- Tiefziehen und/oder
- Prägen und/oder
- Falten.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zum Auskleiden verwendete Metallfolie (2) aus mehreren Folienstücken (2a, 2b) zusammengesetzt wird, wobei einander benachbarte Folienstücke miteinander verbunden werden und/oder einander überlappen.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie (2) an den Gehäusewandungen (1a - 1d) befestigt wird, insbesondere durch
- Verkleben und/oder
- Verschrauben und/oder
- Fließpressen.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in das Gehäuse (1 ) mindestens eine Komponente eingebracht wird, die sich während des Betriebs des Hochvoltspeichers zumindest in einem vorgegebenen Maß in Bezug auf Gehäusewandungen (1a - 1d) verschieben kann und dass zwischen diese Komponente und die Metallfolie (2) ein flexibles Anlageelement eingebracht wird, wodurch ein Verrutschen der Metallfolie (2) beim Verschieben der Komponente verhindert wird.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Speicher- und Kühlsystem mehrere elektrische Speicherzellen oder mehrere elektrische Speicherzellen gebildete Speichermodule und von einem Kühl- oder Kältemittel durchströmte Kühlelemente aufweist, die in thermische Verbindung mit den Speicherzellen gebracht sind oder werden.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Metallfolie elektrisch leitend mit dem Gehäuse (1 ) verbunden ist.
11. Hochvoltspeicher dadurch gekennzeichnet, dass, der Hochvoltspeicher nach einem Verfahren gemäß eines der Ansprüche 1 -10 hergestellt worden ist.
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