WO2022129341A1 - Batterieschale aufweisend intumeszierende schicht, traktionsbatterie, verfahren zum herstellen einer batterieschale aufweisend eine intumeszierende schicht, verfahren zum recycling einer batterieschale aufweisend eine intumeszierende schicht - Google Patents

Batterieschale aufweisend intumeszierende schicht, traktionsbatterie, verfahren zum herstellen einer batterieschale aufweisend eine intumeszierende schicht, verfahren zum recycling einer batterieschale aufweisend eine intumeszierende schicht Download PDF

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layer
battery
battery shell
intumescent
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PCT/EP2021/086217
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Hartmut Wolf
Daniel Marx
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Kautex Textron Gmbh & Co. Kg
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Definitions

  • Battery shell having an intumescent layer traction battery, method for producing a battery shell having an intumescent layer, method for recycling a battery shell having an intumescent layer
  • the invention relates to a battery shell having an intumescent layer, a traction battery, a method for producing a battery shell having an intumescent layer and a method for recycling a battery shell having an intumescent layer.
  • Battery trays for traction batteries are now mainly made of metal.
  • a major reason for this is the comparatively high softening temperature of the metal, which helps to comply with the fire protection regulations for battery shells.
  • the object of the invention is to provide an improvement or an alternative to the prior art.
  • the task is solved by a battery tray having a support structure, the support structure being more than or equal to 50% by weight.
  • -% consists of a fiber-plastic composite, with the battery shell having an intumescent layer.
  • a “battery shell” is understood to mean a housing component of a battery, in particular a traction battery.
  • a battery shell is set up to accommodate components of a battery and accordingly has a receiving space for accommodating components, so that they can be protected from external influences by the battery shell and/or can be attached at least indirectly in the battery shell.
  • a battery shell is preferably understood to mean a lower battery shell or an upper battery shell, with the lower battery shell and upper battery shell preferably together forming the essential components of the housing of a traction battery.
  • a “fiber-plastic composite” is understood to mean a crystallized material consisting of fibers and a plastic matrix, the plastic matrix surrounding the fibers and the fibers being bonded to the plastic matrix by adhesive interaction.
  • the fibers are preferably glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or the like
  • the fibers have an orientation at least in regions, in particular a unidirectional and/or a bidirectional orientation.
  • a fiber-plastic composite is preferably formed at least partially from a molding compound having a plastic component and a fiber component.
  • a molding compound has in particular a proportion of between 25% by weight and 55% by weight fibers, preferably a proportion of fibers between 35% by weight and 50% by weight and particularly preferably a proportion of fibers between 42% and 48% by weight.
  • the fiber portion of the molding composition preferably consists of short-cut fibers with a length of less than or equal to 5 cm, which are oriented in a random fashion.
  • a fiber-plastic composite preferably has an area with oriented continuous fibers, the continuous fibers having a length of more than or equal to 8 cm.
  • the area with oriented continuous fibers has a fiber content of 70% by volume to 80% by volume.
  • An area with oriented endless fibers is preferably at least partially embedded in an area formed from a molding compound.
  • a “support structure” is understood to mean at least one layer comprising a fiber-plastic composite with a proportion of more than or equal to 50% by weight of a battery shell, which is designed to absorb and distribute the forces acting on the battery shell .
  • a support structure is preferably understood to mean a layer consisting of a fiber-plastic composite.
  • At least one layer comprising a hybrid material combination of a metallic material and a fiber-plastic composite is also preferably considered.
  • a metallic layer is thought of here, which has an adjoining layer made of a fiber-plastic composite.
  • a metallic rib structure is considered, which is covered and/or filled with a fiber-plastic composite, so that the support structure is designed to be fluid-tight. In this way, the properties of the different materials can advantageously be optimally combined, which means that weight can be saved, among other things.
  • the support structure preferably consists of more than or equal to 60 wt. -% of a fiber-plastic composite, preferably more than or equal to 70 wt. -% of a fiber-plastic composite and particularly preferably more than or equal to 80 wt. -% from a fiber-plastic composite.
  • the support structure consists of more than or equal to 90 wt. -% of a fiber-plastic composite, preferably more than or equal to 95 wt. -% of a fiber-plastic composite and particularly preferably more than or equal to 98 wt. -% from a fiber-plastic composite.
  • a “plastic” is understood to mean a material that mainly consists of macromolecules.
  • a plastic is understood to mean a thermoplastic plastic or a duroplastic plastic.
  • an intumescent layer is understood to mean a layer of material which is designed to intumesce above a defined activation temperature.
  • an intumescent layer is designed to expand above a defined activation temperature under the action of heat and thus increase its thickness increase. This leads to an increase in volume and a reduction in the density of the intumescent layer, as a result of which the heat transfer through the intumescent layer can be reduced.
  • an intumescent layer can advantageously be used to provide thermal insulation of the material coated with the intumescent layer, in particular the support structure of the battery tray proposed here can be achieved.
  • the intumescent layer is preferably attached to the outside of the battery shell, as a result of which the support structure can be protected from heat acting from outside.
  • the intumescent layer is preferably attached to the inside of the battery shell, so that the supporting structure can be protected from heat acting from the inside.
  • An intumescent layer preferably has expandable graphite.
  • An intumescent layer preferably consists of a polyurethane lacquer with an additive of expandable graphite.
  • the polyurethane paint is preferably a two-component paint made from resin and hardener.
  • the intumescent layer preferably has an activation temperature of more than or equal to 120.degree. Furthermore, the intumescent layer preferably has an activation temperature of more than or equal to 125.degree. C., preferably an activation temperature of more than or equal to 130.degree. C. and particularly preferably an activation temperature of more than or equal to 140.degree. Furthermore, the intumescent layer preferably has an activation temperature of more than or equal to 150° C., preferably an activation temperature of more than or equal to 160° C. and particularly preferably an activation temperature of more than or equal to 170° C. Furthermore, the intumescent layer preferably has an activation temperature of more than or equal to 180.degree. C., preferably an activation temperature of more than or equal to 190.degree. C. and particularly preferably an activation temperature of more than or equal to 200.degree.
  • Traction batteries are known in the prior art whose load-bearing components are made of metal. The reasons for this include the fire protection regulations, which require- ments for the structural integrity of the traction battery place .
  • the traction battery must withstand the effects of heat for a defined period of time, particularly in the designated installation position from below.
  • traction batteries are known in which the battery housing, in particular the lower battery shell, consists of a metal with a comparatively high softening point. Disadvantageously, this leads to a comparatively high weight of a traction battery housing.
  • a battery tray is now proposed here, the supporting structure of which is at least 50% by weight.
  • -% consists of a fiber-plastic composite, which means that the mass of the battery shell can be reduced. Since the fiber-plastic composite has a low softening point compared to metal, it is proposed to protect the supporting structure of the battery shell from impermissible heating by means of an intumescent layer.
  • the battery shell can be protected from a supercritical heat input by means of the insulating intumescent paint layer in the event of a fire and/or heat development, in particular a fire development and/or heat development below the battery shell.
  • the intumescent layer can be used to prevent a supporting structure made of fiber-plastic composite that has caught fire from continuing to burn after the source of the fire has been extinguished.
  • a battery shell is preferably proposed whose supporting structure only softens at a temperature which is greater than the activation temperature of the intumescent layer proposed here.
  • the intumescent layer is activated below the softening temperature of the supporting structure, thereby expanding and thus being able to protect the supporting structure from critical softening.
  • the battery tray proposed here also enables material recycling.
  • the battery shell is heated slightly above the activation temperature of the intumescent layer during the recycling process.
  • the battery shell is heated well beyond the specified burning time, at least slightly above the activation temperature of the intumescent layer, so that the intumescent layer preferably reacts completely and then falls off the battery shell.
  • the intumescent layer reacts and can then, if it has not already fallen off completely, be detached from the supporting structure with less mechanical effort.
  • the intumescent layer has a layer thickness of greater than or equal to 0.1 mm, preferably a layer thickness of greater than or equal to 0.1 mm and less than or equal to 2.5 mm.
  • the intumescent layer preferably has a layer thickness of between 0.1 mm and 0.7 mm, preferably a layer thickness of between 0.2 mm and 0.5 mm and particularly preferably a layer thickness of between 0.25 mm and 0.4 mm.
  • the intumescent layer preferably has a layer thickness between 0.25 mm and 0.35 mm, preferably a layer thickness between 0.27 mm and 0.33 mm and particularly preferably a layer thickness between 0.29 mm and 0.31 mm.
  • the above values for the layer thickness of the intumescent layer should not be understood as sharp limits, but rather that they should be able to be exceeded or fallen below on an engineering scale without departing from the described aspect of the invention. In simple terms, the values should provide an indication of the size of the range of layer thicknesses of the intumescent layer proposed here.
  • the intumescent layer can be detached particularly easily from the supporting structure in the case of material recycling of the battery shell, while thicker and more inhomogeneous intumescent layers can be detached more difficult.
  • the battery shell has an adhesion-promoting layer between the support structure and the intumescent layer.
  • an “adhesion-promoting layer” is understood to mean a layer which is designed to increase the at least indirect adhesive strength between the support structure of the battery shell and the intumescent layer.
  • the adhesion promoting layer is arranged between the support structure and the intumescent layer.
  • An adhesion-promoting layer preferably consists of a polyurethane lacquer.
  • the polyurethane paint is preferably a two-component paint made from resin and hardener.
  • the adhesion-promoting layer preferably has the same material composition as the intumescent layer, with the exception of the expandable graphite additive that is not present.
  • an optimally thin intumescent layer can advantageously be achieved, which has an optimal relationship between adhesive strength and increase in volume.
  • adhesion-promoting layer proposed here can advantageously be detached together with the intumescent layer from the supporting structure of the battery shell during material recycling.
  • a plastic part of the support structure is particularly preferably a thermoplastic material. The following is explained conceptually:
  • a “plastic component” is understood to mean the entire component of the plastic in the support structure.
  • thermoplastic plastic is understood to be a plastic that can be deformed in a material-dependent temperature range, with this process being reversible and being able to be repeated as often as desired by cooling and reheating to the molten state.
  • thermoplastic is preferably a polycarbonate or a polybutylene terephthalate, as a result of which the particularly advantageous material properties of these plastics can be used for the battery shell.
  • thermoplastic material By using a thermoplastic material, a particularly advantageously recyclable and at the same time light battery shell can be achieved.
  • thermoplastic is a polyamide 6 (PA6).
  • Polyamide 6 offers a comparatively high softening point of 180° C. and comparatively poor heat conduction, so that it can be used advantageously for the supporting structure of the battery shell proposed here.
  • a polyamide 6 is preferably used for the fiber-plastic composite.
  • the fiber reinforcement in particular the glass fiber reinforcement, can advantageously also achieve a softening point of the fiber-plastic composite of more than or equal to 200° C., in particular a softening point of 220° C.
  • the thermoplastic is a polyamide 6. 6 (PA6.6).
  • a polyamide 6 is preferably used for the fiber-plastic composite. 6 used . In this way, a softening temperature of 250° C. for the fiber-plastic composite can advantageously be achieved.
  • a traction battery in particular a traction battery for a motor vehicle, having a battery tray according to the first aspect of the invention.
  • a “motor vehicle” is understood to mean a vehicle driven by a motor.
  • a motor vehicle is preferably not tied to a rail or at least not permanently track-bound.
  • a traction battery is preferably proposed here whose battery shell, which is oriented downwards in the designated installed state, corresponds to a battery shell according to the first aspect of the invention.
  • the task is solved by a method for producing a battery shell having an intumescent layer, in particular a battery shell according to the first aspect of the invention, comprising the following steps:
  • a method for producing a battery shell having an intumescent layer is proposed here, in particular for producing a battery shell according to the first aspect of the invention, with a support structure of the battery shell first being formed using a method step known from the prior art. The support structure of the battery shell is then demoulded, if necessary, and an intumescent layer is applied.
  • the process step for shaping the battery shell can be designed differently depending on the design of the support structure.
  • a supporting structure comprising a fiber-plastic composite is formed from a molding compound within a shaping cavity.
  • a metallic area of the support structure is first produced, preferably combined with a fiber-plastic composite semi-finished product having oriented endless fibers, and brought into an active connection with a fiber-plastic composite having a chaotically oriented short-cut fiber.
  • a ribbed structure is formed from metal. This is together with a molding compound having a plastic and a chaotically oriented short cut fa- oriented endless fibers, preferably together with a fiber-plastic composite semi-finished product, are introduced into a shaping cavity and shaped under pressure to form a supporting structure.
  • one of the three aforementioned variants is modified in such a way that a structure impregnated with a plastic and made of an oriented continuous fiber is introduced into the designated support structure and is formed together with the molding compound and preferably a metallic area to form the support structure.
  • the intumescent layer can be sprayed, brushed or rolled onto the supporting structure of the battery shell.
  • the intumescent layer is sprayed onto the support structure, this can be done using an airless method, an airmix method or a compressed air method.
  • the intumescent layer is preferably applied to the support structure with a layer thickness of greater than or equal to 0.1 mm, preferably a layer thickness of greater than or equal to 0.1 mm and less than or equal to 2.5 mm.
  • the intumescent layer is preferably applied to the support structure with a layer thickness of between 0.1 mm and 0.7 mm, preferably with a layer thickness of between 0.2 mm and 0.5 mm and particularly preferably with a layer thickness of between 0. 25mm and 0.4mm.
  • the intumescent layer is preferably applied to the supporting structure with a layer thickness between 0.25 mm and 0.35 mm, preferably with a layer thickness between 0.27 mm and 0.33 mm and particularly preferably with a layer thickness between 0. 29mm and 0.31mm.
  • the support structure is preheated before the application of the intumescent layer, as a result of which the drying time of the intumescent layer can be reduced and a more uniform surface of the intumescent layer can be achieved.
  • the intumescent layer is mixed before application from components comprising at least a resin and a hardener.
  • An expandable graphite additive is expediently added to the resin and hardener components.
  • resin and expandable graphite are already premixed and are later mixed together with the hardener.
  • the material temperature of the starting material for the intumescent layer is preferably kept constant from the reservoir to the outlet opening on the paint spray gun, in particular by a Trace heating and/or insulation of the affected system components.
  • the intumescent layer can be applied with constant material properties, as a result of which the homogeneity of the intumescent layer and/or the process reliability of the application method can be improved.
  • the resin is diluted with a solvent prior to mixing.
  • the homogeneity of the layer thickness of the intumescent layer can be improved, as a result of which lower layer thicknesses of the intumescent layer that are also optimal in economic terms can be achieved in a process-reliable manner.
  • the homogeneity of the composition of the intumescent layer can also be advantageously improved by the dilution.
  • the resin is between 1 wt. -% and 7% by weight of solvent added, preferably between 1.5% by weight. -% and 5% by weight solvent and particularly preferably between 2 wt. -% and 3% by weight of solvent.
  • the economically optimal thickness of the intumescent layer can advantageously be achieved. Due to the improved homogeneity of the composition of the intumescent layer it is also more efficient and can be better recycled. In particular, a smaller layer thickness of the intumescent layer in the recycling process means that less heat has to be expended for activating the intumescent layer.
  • the resin is heated prior to mixing.
  • the resin is then applied in a heated manner.
  • the homogeneity of the layer thickness of the intumescent layer can be improved, as a result of which smaller layer thicknesses of the intumescent layer can also be achieved in a process-reliable manner.
  • the homogeneity of the composition of the intumescent layer can also be advantageously improved by heating the temperature of the resin.
  • raising the temperature of the resin prior to mixing is combined with diluting the resin with a solvent prior to mixing.
  • the resin is heated to a temperature of between 40° C. and 60° C., more preferably to a temperature of between 45° C. and 55° C., and more preferably to a temperature of between 48° C. and 52° C., prior to mixing with the hardener.
  • An adhesion-promoting layer is preferably applied before the application of the intumescent layer.
  • the adhesion-promoting layer can be used to achieve an optimally thin intumescent layer which has an optimal relationship between adhesive strength and increase in volume.
  • the adhesion promoter layer and/or the intumescent layer can be applied particularly advantageously with an application robot.
  • a component comprising resin and preferably expandable graphite is conveyed from a resin reservoir, preferably by means of a resin pump, through a resin line to a mixer or a nozzle.
  • the resin reservoir and/or the resin line are/are heated.
  • any hardener used is preferably conveyed by means of a hardener pump through a hardener line to the mixer and there it comes into an active connection with the resin and preferably the expandable graphite.
  • the components are mixed with one another and conveyed from there to a nozzle, in which case a line between the mixer and the nozzle can also be heated.
  • the application robot preferably has a system for flushing the line system, the mixer that may be present, and the nozzle.
  • the object is achieved by a method for recycling a battery shell having an intumescent layer, the battery shell being heated above an activation temperature of the intumescent layer for a specified time.
  • activation temperature of an intumescent layer is understood to mean a temperature from which the intumescent reaction starts.
  • the battery shell for recycling is heated above the activation temperature of the intumescent layer until the intumescent layer has reacted completely.
  • the completely reacted intumescent layer falls off independently and/or can be separated from the battery shell with little mechanical effort, so that the Material separation desired for recycling can be achieved.
  • FIG. 1 schematically shows an area of a battery shell according to a first embodiment
  • FIG. 2 Schematically an area of a battery shell according to a second embodiment.
  • the area of a battery shell 10 in FIG. 1 consists of a support structure 20 and an intumescent layer 30 which has been applied to the support structure 20 .
  • the support structure 20 consists of 100 wt. -% of a fiber-plastic composite having a thermoplastic Plastic, in particular polyamide 6, and a fiber content between 35 wt. -% and 65 wt. -% .
  • the polyamide 6 is preferably reinforced with a glass fiber.
  • the supporting structure 20 consists of a hybrid material comprising a fiber-plastic composite and metal.
  • the intumescent layer 30 consists of a polyurethane lacquer which has an expandable graphite additive.
  • the intumescent layer 30 is designed in such a way that it intumesces at 160.degree.
  • the activation temperature of the intumescent layer 30 is therefore below the softening temperature of the supporting structure 20 .
  • the area of a battery shell 10 in FIG. 2 differs from the embodiment in FIG.
  • the adhesive strength of the intumescent layer 30 on the support structure 20 can be improved by means of the adhesion-promoting layer 40 . In this way, thinner and more economical intumescent layers 30 can be achieved.
  • the adhesion-promoting layer 40 preferably consists of one
  • polyurethane varnish This is particularly preferably different compared to the intumescent layer 30 only in that the adhesion-promoting layer 40 has no expandable graphite additive.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieschale, wobei die Batterie- schale eine Tragstruktur aufweist, wobei die Tragstruktur zu mehr oder gleich 50 Gew.-% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund besteht, wobei die Batterieschale eine intumeszierende Schicht aufweist. Bei starker Hitzeeinwirkung auf die intumeszierende Schicht intumesziert diese und verbessert dadurch den Brandschutz für die Tragstruktur der Batterieschale.

Description

Batterieschale aufweisend intumeszierende Schicht , Traktions- batterie , Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale auf- weisend eine intumeszierende Schicht , Verfahren zum Recycling einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2020 134 277 . 2 , auf deren Offenlegungsin- halt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird .
Die Erfindung betrifft eine Batterieschale aufweisend eine in- tumeszierende Schicht , eine Traktionsbatterie , ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht und ein Verfahren zum Recycling einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht .
Batterieschalen für Traktionsbatterien sind heute überwiegend aus Metall gefertigt . Ein wesentlicher Grund hierfür besteht in der vergleichsweise hohen Erweichungstemperatur des Metalls , welche bei der Einhaltung die Brandschutzbestimmungen für Bat- terieschalen hilft .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stel- len . Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Batterieschale aufweisend eine Tragstruktur, wobei die Trags- truktur zu mehr oder gleich 50 Gew . -% aus einem Faser-Kunst- stoff-Verbund besteht , wobei die Batterieschale eine intumeszierende Schicht aufweist .
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert :
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zah- lenangaben wie „ein" , „zwei" usw . im Regelfall als „mindestens"- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei ..." usw . , sofern sich nicht aus dem jeweiligen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann offensicht- lich oder technisch zwingend ist , dass dort nur „genau ein ..." , „genau zwei ..." usw . gemeint sein können .
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Aus- druck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu ver- stehen .
Unter einer „Batterieschale" wird ein Gehäusebestandteil einer Batterie , insbesondere einer Traktionsbatterie , verstanden .
Insbesondere ist eine Batterieschale zur Aufnahme von Komponen- ten einer Batterie eingerichtet und weist dementsprechend einen Aufnahmeraum zur Aufnahme von Komponenten auf , sodass diese durch die Batterieschale vor äußeren Einflüssen geschützt und/oder zumindest mittelbar in der Batterieschale befestigt werden können . Vorzugsweise wird unter einer Batterieschale eine Batterieun- terschale oder eine Batterieoberschale verstanden, wobei Batte- rieunterschale und Batterieoberschale vorzugsweise gemeinsam die wesentlichen Komponenten des Gehäuses einer Traktionsbatterie ergeben .
Unter einem „Faser-Kunststoff-Verbund" wird ein kristallisierter Werkstoff bestehend aus Fasern und einer Kunststoffmatrix ver- standen, wobei die Kunststoffmatrix die Fasern umgibt und wobei die Fasern durch adhäsive Wechselwirkung an die Kunststoffmatrix gebunden sind. Vorzugsweise handelt es sich bei den Fasern um Glasfasern, Kohlenstofffasern, Aramidfasern oder dergleichen. Vorzugsweise weisen die Fasern zumindest bereichsweise eine Ori- entierung auf, insbesondere eine unidirektionale und/oder eine bidirektionale Orientierung.
Vorzugsweise ist ein Faser-Kunststoff-verbund zumindest teil- weise aus einer Formmasse aufweisend einen Kunststoffanteil und einen Faseranteil ausgeformt. Eine Formmasse weist dabei insbe- sondere einen Anteil zwischen 25 Gew.-% und 55°Gew.-% Fasern auf, bevorzugt einen Anteil von Fasern zwischen 35 Gew.-% und 50°Gew.-% und besonders bevorzugt einen Anteil von Fasern zwi- schen 42 Gew.-% und 48°Gew.-%. Vorzugsweise besteht der Faser- anteil der Formmasse aus Kurzschnitt fasern mit einer Länge von weniger oder gleich 5 cm, welche chaotisch orientiert sind.
Vorzugsweise weist ein Faser-Kunststoff-verbund einen Bereich mit orientierten Endlosfasern auf, wobei die Endlosfasern eine Länge von mehr oder gleich 8 cm aufweisen. Vorzugsweise weist der Bereich mit orientierten Endlosfasern einen Faseranteil von 70 Vol.-% bis 80 Vol.-% auf. Vorzugsweise ist ein Bereich mit orientierten Endlosfasern in einen aus einer Formmasse ausge- formten Bereich zumindest teilweise eingebettet. Unter einer „Tragstruktur" wird zumindest eine Schicht aufwei- send einen Faser-Kunststoff-Verbund mit einem Anteil von mehr oder gleich 50 Gew . -% einer Batterieschale verstanden, welche dazu eingerichtet ist , die auf die Batterieschale einwirkenden Kräfte auf zunehmen und zu verteilen .
Vorzugsweise wird unter einer Tragstruktur eine Schicht beste- hend aus einem Faser-Kunststoff-Verbund verstanden .
Weiterhin vorzugsweise sei bei einer Tragstruktur auch an zu- mindest eine Schicht aufweisend eine hybride Materialkombination aus einem metallischen Werkstoff und einem Faser-Kunststoff- Verbund gedacht . Gemäß einer ersten vorzugsweisen Variante sei hierbei an eine metallische Schicht gedacht , welche eine angren- zende Schicht aus einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweist . Gemäß einer zweiten vorzugsweisen Variante sei an eine metallische Rippenstruktur gedacht , welche mittels einem Faser-Kunststoff- Verbund bespannt und/oder aufgefüllt ist , sodass die Tragstruk- tur fluiddicht ausgeführt ist . Vorteilhaft können so die Eigen- schaften der unterschiedlichen Materialien optimal kombiniert werden, wodurch unter anderem Gewicht eingespart werden kann .
Vorzugsweise besteht die Tragstruktur zu mehr oder gleich 60 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bevorzugt zu mehr oder gleich 70 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund und be- sonders bevorzugt zu mehr oder gleich 80 Gew . -% aus einem Faser- Kunststoff-Verbund . Vorzugsweise besteht die Tragstruktur zu mehr oder gleich 90 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund, bevorzugt zu mehr oder gleich 95 Gew . -% aus einem Faser-Kunst- stoff-Verbund und besonders bevorzugt zu mehr oder gleich 98 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund .
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für den Anteil des Faser-Kunststoff-Verbundes an der Tragstruk- tur nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfin- dung zu verlassen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Anteils des Faser- Kunststoff-Verbundes an der Tragstruktur liefern .
Unter einem „Kunststoff" wird ein Werkstoff verstanden, der hauptsächlich aus Makromolekülen besteht . Insbesondere wird un- ter einem Kunststoff ein thermoplastischer Kunststoff oder ein duroplastischer Kunststoff verstanden .
Unter einer „intumeszierenden Schicht" wird eine Materialschicht verstanden, welche dazu eingerichtet ist , oberhalb einer defi- nierten Aktivierungstemperatur zu intumeszieren . Mit anderen Worten ist eine intumeszierende Schicht dazu eingerichtet , sich oberhalb einer definierten Aktivierungstemperatur unter Hitze- einwirkung auszudehnen und damit ihre Dicke zu erhöhen . Dies führt zu einer Volumenzunahme und zu einer Reduktion der Dichte der intumeszierenden Schicht , wodurch die Wärmeübertragung durch die intumeszierende Schicht reduziert werden kann . Bei einer definierten Hitzeeinwirkung kann mittels einer intumeszierenden Schicht vorteilhaft eine Wärmeisolation des mit der intumeszie- renden Schicht beschichteten Materials , insbesondere der Trags- truktur der hier vorgeschlagenen Batterieschale , erreicht werden .
Vorzugsweise ist die intumeszierende Schicht auf der Außenseite der Batterieschale angebracht , wodurch die Tragstruktur vor ei- ner von außen einwirkenden Hitze geschützt werden kann . Vorzugs- weise ist die intumeszierende Schicht alternativ oder zusätzlich auf der Innenseite der Batterieschale angebracht , sodass die Tragstruktur vor einer von innen einwirkenden Hitze geschützt werden kann .
Vorzugsweise weist eine intumeszierende Schicht Blähgraphit auf . Vorzugsweise besteht eine intumeszierende Schicht aus einem Po- lyurethane-Lack mit einem Blähgraphitzusatz . Vorzugsweise han- delt es sich bei dem Polyurethane-Lack um einen Zweikomponentenlack aus Harz und Härter .
Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivie- rungstemperatur von mehr oder gleich 120 ° C auf . Weiterhin vor- zugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 125 ° C auf , bevor- zugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 130 ° C und besonders bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 140 ° C . Weiterhin vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 150 ° C auf , bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 160 ° C und besonders bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 170 ° C . Weiterhin vorzugsweise weist die intu- meszierende Schicht eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 180 ° C auf , bevorzugt eine Aktivierungstemperatur von mehr oder gleich 190 ° C und besonders bevorzugt eine Aktivie- rungstemperatur von mehr oder gleich 200 ° C .
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfin- dung zu verlassen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Bereichs der Ak- tivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht liefern .
Im Stand der Technik sind Traktionsbatterien bekannt , deren lasttragende Komponente aus Metall ausgebildet ist . Grund hier- für sind unter anderem die Brandschutzbestimmungen, welche An- forderungen an die strukturelle Integrität der Traktionsbatterie stellen . Dabei muss die Traktionsbatterie bei einer Hitzeein- wirkung, insbesondere in der designierten Einbaulage von unten, eine definierte Zeit standhaften . Um dies zu gewährleisten sind Traktionsbatterien bekannt , bei denen das Batteriegehäuse , ins- besondere die untere Batterieschale , aus einem Metall mit einer vergleichsweise hohen Erweichungstemperatur besteht . Nachteilig führt dies zu einem vergleichsweise hohen Gewicht eines Trakti- onsbatteriegehäuses .
Hier wird nun eine Batterieschale vorgeschlagen, deren Trags- truktur zu mindestens 50 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Ver- bund besteht , wodurch die Masse der Batterieschale gesenkt werden kann . Da der Faser-Kunststoff-Verbund eine im Vergleich zu einem Metall geringe Erweichungstemperatur aufweist , wird vorgeschlagen die Tragstruktur der Batterieschale mittels einer intumeszierenden Schicht vor einer unzulässigen Erwärmung zu schützen .
Hierdurch kann erreicht werden, dass die Batterieschale im Fall einer Brandentwicklung und/oder Hitzeentwicklung, insbesondere einer Brandentwicklung und/oder Hitzeentwicklung unterhalb der Batterieschale , vor einem überkritischen Wärmeeintrag mittels der isolierend wirkenden intumeszierenden Lackschicht geschützt werden kann .
Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die Tragstruktur nicht derart erweicht , dass designierte Komponenten aus dem In- nenraum der Batterieschale freigesetzt werden . Insbesondere kann verhindert werden, dass Batteriemodule aus der Batterieschale herausfallen können .
Weiterhin kann mittels der intumeszierenden Schicht unterbunden werden, dass eine in Brand geratene Tragstruktur aus Faser- Kunststoff-Verbund nach einem Verlöschen des Brandherds weiter- brennt . Vorzugsweise wird eine Batterieschale vorgeschlagen, deren Trag- struktur erst bei einer Temperatur erweicht , die größer ist als die Aktivierungstemperatur der hier vorgeschlagenen intumeszie- renden Schicht .
Besonders vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass die intumeszierende Schicht unterhalb der Erweichungstemperatur der Tragstruktur aktiviert wird, dadurch expandiert und so die Trag- struktur vor einer kritischen Erweichung schützen kann .
Vorteilhaft kann hierdurch eine vergleichsweise leichte und/oder kostensparende Batterieschale erreicht werden, welche die Brand- schutzbestimmungen erfüllen kann .
Die hier vorgeschlagene Batterieschale ermöglicht weiterhin ein stoffliches Recycling . Dabei sei unter anderem daran gedacht , dass die Batterieschale während des Recyclingvorgangs leicht über die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht er- hitzt wird . Während dem Recyclingvorgang wird die Batterieschale deutlich über die spezifizierte Brandzeit hinaus zumindest leicht über die Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt , sodass die intumeszierende Schicht vorzugsweise vollständig reagiert und anschließend von der Batterieschale ab- fällt . Hierdurch reagiert die intumeszierende Schicht und kann anschließend, sofern sie nicht bereits vollständig abgefallen ist , mit geringerem mechanischen Aufwand von der Tragstruktur gelöst werden .
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die in- tumeszierende Schicht eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm auf , vorzugsweise eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 2,5 mm . Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,1 mm und 0,7 mm auf, bevorzugt eine Schichtdicke zwi- schen 0,2 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt eine Schichtdi- cke zwischen 0,25 mm und 0,4 mm.
Vorzugsweise weist die intumeszierende Schicht eine Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,35 mm auf, bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,27 mm und 0,33 mm und besonders bevorzugt eine Schichtdicke zwischen 0,29 mm und 0,31 mm.
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Schichtdicke der intumeszierenden Schicht nicht als scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlas- sen. Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Bereichs der Schichtdicke der intumeszierenden Schicht liefern.
Versuche haben gezeigt, dass durch die hier vorgeschlagenen Di- cke der intumeszierenden Schicht eine besonders wirtschaftliche Lösung erreicht werden kann. Diese zeichnet sich dadurch aus, dass mittels der hier vorgeschlagenen Schichtdicke möglichst we- nig Material für die intumeszierende Schicht verwendet werden kann, wobei die Schichtdicke gleichzeitig ausreichend für eine Erfüllung der Brandschutzziele ist.
Weiterhin kann mittels der hier vorgeschlagenen Schichtdicke er- reicht werden, dass sich die intumeszierende Schicht besonders leicht im Fall eines stofflichen Recyclings der Batterieschale von der Tragstruktur lösen lässt, während sich dickere und in- homogenere intumeszierende Schichten schwerer lösen lassen. Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform weist die Batterie- schale eine Haftvermittlungsschicht zwischen der Tragstruktur und der intumeszierenden Schicht auf .
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „Haftvermittlungsschicht" wird eine Schicht verstan- den, welche dazu eingerichtet ist , die zumindest mittelbare Haftfestigkeit zwischen der Tragstruktur der Batterieschale und der intumeszierenden Schicht zu erhöhen .
Die Haftvermittlungsschicht ist zwischen der Tragstruktur und der intumeszierenden Schicht angeordnet .
Vorzugsweise besteht eine Haftvermittlungsschicht aus einem Po- lyurethanelack . Vorzugsweise handelt es sich bei dem Po- lyurethane-Lack um einen Zweikomponentenlack aus Harz und Härter .
Vorzugsweise handelt es sich bei der Haftvermittlungsschicht mit Ausnahme des nicht vorhanden Blähgraphit Zusatzes um dieselbe Ma- terial zusammensetzung wie bei der intumeszierenden Schicht .
Vorteilhaft kann hierdurch eine optimal dünne intumeszierende Schicht erreicht werden, welche ein optimales Verhältnis aus Haftfestigkeit und Volumenzunahme aufweist .
Weiterhin kann vorteilhaft erreicht werden, dass die hier vor- geschlagene Haftvermittlungsschicht während dem stofflichen Re- cycling vorteilhaft mitsamt der intumeszierenden Schicht von der Tragstruktur der Batterieschale gelöst werden kann .
Besonders bevorzugt ist ein Kunststoffanteil der Tragstruktur ein thermoplastischer Kunststoff. Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Kunststoffanteil" wird der gesamte Anteil des Kunststoffs der Tragstruktur verstanden .
Unter einem „thermoplastischen Kunststoff" wird ein Kunststoff verstanden, der sich in einem stoffabhängigen Temperaturbereich verformen lässt , wobei dieser Prozess reversibel ist und durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmelzflüssigen Zu- stand beliebig oft wiederholt werden kann .
Vorzugsweise ist der thermoplastische Kunststoff ein Polycarbo- nat oder ein Polybutylenterephthalat , wodurch die besonders vor- teilhaften Materialeigenschaften dieser Kunststoffe für die Batterieschale genutzt werden können .
Durch die Verwendung eines thermoplastischen Kunststoffs kann eine besonders vorteilhaft recyclierbare und gleichzeitig leichte Batterieschale erreicht werden .
Optional ist der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6 ( PA6 ) .
Polyamid 6 bietet eine vergleichsweise hohe Erweichungstempera- tur von 180 ° C und eine vergleichsweise schlechte Wärmeleitung, sodass es vorteilhaft für die Tragstruktur der hier vorgeschla- genen Batterieschale eingesetzt werden kann .
Vorzugsweise wird für den Faser-Kunststoff-Verbund ein Polyamid 6 verwendet . Vorteilhaft kann durch die Faserverstärkung, ins- besondere die Glasfaserverstärkung, neben der zusätzlichen Fes- tigkeit auch eine Erweichungstemperatur des Faser-Kunststoff- Verbundes von mehr oder gleich 200 ° C erreicht werden, insbe- sondere eine Erweichungstemperatur von 220 ° C . Optional ist der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6 . 6 ( PA6 . 6 ) .
Vorzugsweise wird für den Faser-Kunststoff-Verbund ein Polyamid 6 . 6 verwendet . Vorteilhaft kann so eine Erweichungstemperatur für den Faser-Kunststoff-Verbund von 250 ° C erreicht werden .
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Traktionsbatterie , insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung .
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Kraftfahrzeug" wird ein durch einen Motor angetrie- benes Fahrzeug verstanden . Vorzugsweise ist ein Kraftfahrzeug nicht an eine Schiene gebunden oder zumindest nicht dauerhaft spurgebunden .
Vorzugsweise wird hier eine Traktionsbatterie vorgeschlagen, de- ren im designierten Einbauzustand nach unten orientierte Batte- rieschale einer Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung entspricht .
Es versteht sich, dass sich die Vorteile einer Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrie- ben, unmittelbar auf eine Traktionsbatterie aufweisend eine Bat- terieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erstrecken .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ . Nach einem dritten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht , insbesondere eine Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, umfassend folgende Schritte :
- Ausformen der Tragstruktur der Batterieschale , und
- Aufbringen der intumeszierenden Schicht .
Hier wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieschale aufweisend eine intumeszierende Schicht vorgeschlagen, insbe- sondere zur Herstellung einer Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei zunächst eine Tragstruktur der Bat- terieschale mit einem aus dem Stand der Technik bekannten Ver- fahrensschritt ausgeformt wird . Anschließend wird die Tragstruktur der Batterieschale gegebenenfalls entformt und eine intumeszierende Schicht aufgebracht .
Der Verfahrensschritt zum Ausformen der Batterieschale kann hierbei in Abhängigkeit der Ausgestaltung der Tragstruktur un- terschiedlich gestaltet sein .
Gemäß einer ersten Variante wird eine Tragstruktur aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund innerhalb einer formgebenden Ka- vität aus einer Formmasse ausgeformt .
Gemäß einer zweiten Variante wird zunächst eine metallischer Bereich der Tragstruktur hergestellt , vorzugsweise mit einem Fa- ser-Kunststoff-Verbund-Halbzeug aufweisend orientierte Endlos- fasern kombiniert , und mit einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweisend eine chaotisch orientierte Kurzschnittfaser in einen Wirkzusammenhang gebracht .
Gemäß einer dritten Variante wird aus Metall eine Rippenstruktur ausgebildet . Diese wird gemeinsam mit einer Formmasse aufweisend einen Kunststoff und eine chaotisch orientierte Kurzschnitt fa- ser, und vorzugsweise gemeinsam mit einem Faser-Kunststoff-Ver- bund-Halbzeug aufweisend orientierte Endlosfasern, in eine form- gebende Kavität eingebracht und unter Druck zu einer Tragstruktur ausgeformt.
Gemäß einer vierten Variante wird eine der drei vorgenannten Varianten derart modifiziert, dass eine mit einem Kunststoff imprägnierte Struktur aus einer orientierten Endlosfaser in die designierte Tragstruktur eingebracht wird und gemeinsam mit der Formmasse und vorzugsweise einem metallischen Bereich zu der Tragstruktur ausgeformt wird.
Weiterhin sei an weitere aus dem Stand der Technik bekannte Varianten zur Ausformung der Tragstruktur gedacht.
Die intumeszierende Schicht kann auf die Tragstruktur der Bat- terieschale gesprüht, gestrichen oder gerollt werden.
Wird die intumeszierende Schicht auf die Tragstruktur gesprüht, so kann dies mit einem Airless-Verfahren, einem Airmix-Verfahren oder einem Druckluft-Verfahren erfolgen.
Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schicht- dicke größer gleich 0,1 mm auf die Tragstruktur aufgebracht, vorzugsweise einer Schichtdicke größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 2 , 5 mm.
Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schicht- dicke zwischen 0,1 mm und 0,7 mm auf die Tragstruktur aufge- bracht, bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,2 mm und 0,5 mm und besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0,25 mm und 0,4 mm. Vorzugsweise wird die intumeszierende Schicht mit einer Schicht- dicke zwischen 0 , 25 mm und 0 , 35 mm auf die Tragstruktur aufge- bracht , bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0 , 27 mm und 0 , 33 mm und besonders bevorzugt mit einer Schichtdicke zwischen 0 , 29 mm und 0 , 31 mm .
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Schichtdicke der intumeszierenden Schicht nicht al s scharfe Grenzen zu verstehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den beschriebenen Aspekt der Erfindung zu verlas- sen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Bereichs der Schichtdicke der intumeszierenden Schicht liefern .
Vorzugsweise wird vorgeschlagen, dass die Tragstruktur vor dem Aufbringen der intumeszierenden Schicht vorgewärmt wird, wodurch sich die Trockenzeit der intumeszierenden Schicht reduzieren lässt und eine gleichmäßigere Oberfläche der intumeszierenden Schicht erreicht werden kann .
Gemäß einer zweckmäßigen Ausführungsform wird die intumeszie- rende Schicht vor dem Aufbringen aus Komponenten zumindest auf- weisend ein Harz und einen Härter gemischt .
Zweckmäßig wird den Komponenten Harz und Härter ein Blähgraphit- zusatz beigefügt . Gemäß einer weiteren denkbaren Ausführungsform sind Harz und Blähgraphit bereits vorgemischt und werden später gemeinschaftlich mit dem Härter vermischt .
Vorzugsweise wird die Materialtemperatur des Ausgangsmaterials für die intumeszierende Schicht , insbesondere der Harzkompo- nente , vom Vorratsbehälter bis zur Austrittsöffnung an der La- ckierpistole konstant gehalten, insbesondere durch eine Begleitheizung und/oder eine Isolierung der betroffenen Anla- genkomponenten . Hierdurch kann vorteilhaft erreicht werden, dass die intumeszierende Schicht mit konstanten Materialeigenschaften aufgetragen werden kann, wodurch die Homogenität der intumes- zierenden Schicht und/oder die Prozesssicherheit des Auftrags- verfahrens verbessert werden können .
Optional wird das Harz vor dem Mischen mit einem Lösemittel verdünnt .
Die Verdünnung des Harzes mit einem Lösemittel bewirkt eine Re- duzierung der Viskosität des Harzes , wodurch sich dieses leich- ter verarbeiten lässt .
Hierdurch lässt sich die Homogenität der Schichtdicke der intu- meszierenden Schicht verbessern, wodurch prozesssicher auch wirtschaftlich optimale geringere Schichtdicken der intumeszie- renden Schicht erreicht werden können . Außerdem kann durch die Verdünnung auch die Homogenität der Zusammensetzung der intu- meszierenden Schicht vorteilhaft verbessert werden .
Vorzugsweise wird dem Harz zwischen 1 Gew . -% und 7 Gew-% Löse- mittel zugesetzt , bevorzugt zwischen 1 , 5 Gew . -% und 5 Gew-% Lö- semittel und besonders bevorzugt zwischen 2 Gew . -% und 3 Gew-% Lösemittel .
Durch die Reduzierung der Viskosität des Harzes wird die Fließ- fähigkeit des Harzes und damit auch des gemischten Ausgangsma- terials für die intumeszierende Schicht verbessert . Hierdurch können die Verarbeitungsdrücke reduziert werden, wodurch der Be- schichtungsprozess verbessert werden kann .
Vorteilhaft kann hierdurch die wirtschaftlich optimale Dicke der intumeszierenden Schicht erreicht werden . Durch die verbesserte Homogenität der Zusammensetzung der intumeszierenden Schicht ist diese darüber hinaus effizienter und kann sich besser stofflich recyceln lassen . Insbesondere führt eine geringere Schichtdicke der intumeszierenden Schicht im Prozess des Recyclings dazu, dass weniger Wärme für das Aktivieren der intumeszierenden Schicht aufgewendet werden muss .
Optional wird das Harz vor dem Mischen erwärmt .
Zweckmäßig sei daran gedacht , dass das Harz nach dem Mischen dann erwärmt aufgebracht wird .
Die Erhöhung der Temperatur des Harzes bewirkt eine Reduzierung der Viskosität des Harzes , wodurch sich dieses leichter verar- beiten lässt .
Hierdurch kann die Homogenität der Schichtdicke der intumeszie- renden Schicht verbessert werden, wodurch prozesssicher auch ge- ringere Schichtdicken der intumeszierenden Schicht erreicht werden können . Außerdem kann durch die Erwärmung der Temperatur des Harzes auch die Homogenität der Zusammensetzung der intu- meszierenden Schicht vorteilhaft verbessert werden .
Vorzugsweise wird die Erhöhung der Temperatur des Harzes vor dem Mischen mit einer Verdünnung des Harzes mit einem Lösemittel vor dem Mischen kombiniert .
Vorzugsweise wird das Harz vor dem Mischen mit dem Härter auf eine Temperatur zwischen 40 ° C und 60 ° C erwärmt , bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 45 ° C und 55 ° C und besonders bevorzugt auf eine Temperatur zwischen 48 ° C und 52 ° C .
Ausdrücklich sei darauf hingewiesen, dass die vorstehenden Werte für die Temperatur des Harzes nicht als scharfe Grenzen zu ver- stehen sein sollen, sondern vielmehr in ingenieurmäßigem Maßstab über- oder unterschritten werden können sollen, ohne den be- schriebenen Aspekt der Erfindung zu verlassen . Mit einfachen Worten sollen die Werte einen Anhalt für die Größe des hier vorgeschlagenen Temperaturbereichs des Harzes liefern .
Durch die Erhöhung der Temperatur des Harzes kann dessen Visko- sität auch ohne den Einsatz von Lösemitteln reduziert werden, sodass die Umweltbelastung durch verdampfende Kohlenwasserstoffe reduziert werden kann .
Bevorzugt wird vor dem Aufbringen der intumeszierenden Schicht eine Haftvermittlungsschicht aufgetragen .
Vorteilhaft kann durch die Haftvermittlungsschicht eine optimal dünne intumeszierende Schicht erreicht werden, welche ein opti- males Verhältnis aus Haftfestigkeit und Volumenzunahme aufweist .
Besonders vorteilhaft kann das Aufträgen der Haftvermittler- schicht und/oder der intumeszierenden Schicht mit einem Auf- tragsroboter erfolgen . Vorzugsweise sei daran gedacht , dass eine Komponente aufweisend Harz und vorzugsweise Blähgraphit aus ei- nem Harz-Reservoir vorzugsweise mittels einer Harz-Pumpe durch eine Harzleitung zu einem Mischer oder einer Düse gefördert wird . Dabei sei weiterhin vorzugsweise daran gedacht , dass das Harz- Reservoir und/oder die Harzleitung beheizt sind . Weiterhin sei vorzugsweise daran gedacht , dass der etwaig verwendete Härter vorzugsweise mittels einer Härter-Pumpe durch eine Härterleitung zu dem Mischer gefördert wird und dort in eine Wirkverbindung mit dem Harz und vorzugsweise dem Blähgraphit gelangt . In dem etwaig auf gewiesenen Mischer werden die Komponenten miteinander gemischt und von dort zu einer Düse weitergefördert , wobei auch eine Leitung zwischen dem Mischer und der Düse beheizt sein kann . Vorzugsweise weist der Auftragsroboter ein System zum Spülen des Leitungssystems , des etwaig auf gewiesenen Mischers und der Düse auf .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des dritten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl ein- zeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Nach einem vierten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe ein- Verfahren zum Recycling einer Batterieschale aufweisend eine in- tumeszierende Schicht , wobei die Batterieschale über eine spezifizierte Zeit hinaus über eine Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht erhitzt wird .
Begrifflich sei hierzu Folgendes erläutert :
Die Zulassungsvorschriften von Elektrofahrzeugen erfordern „spe- zifizierte Zeiten" in denen eine Traktionsbatterie und damit auch eine Batterieschale einem Feuer einer definierten Tempera- tur standhalten können muss , ohne ein gewisses Maß an Schädigung auf zuweisen .
Unter einer „Aktivierungstemperatur" einer intumeszierenden Schicht wird eine Temperatur verstanden, ab welcher die intu- meszierende Reaktion startet .
Mit anderen Worten wird hier vorgeschlagen, dass die Batterie- schale zum Recycling so lange oberhalb der Aktivierungstempera- tur der intumeszierenden Schicht erhitzt wird, bis die intumeszierende Schicht vollständig durchreagiert ist .
Vorzugsweise fällt die vollständig durchreagierte intumeszie- rende Schicht eigenständig ab und/oder lässt sich mit geringem mechanischen Aufwand von der Batterieschale trennen, sodass die für das Recycling gewünschte stoffliche Trennung erreicht werden kann .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des vierten Aspekts mit den Gegenständen der vorstehenden Aspekte der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist , und zwar sowohl ein- zeln oder in beliebiger Kombination kumulativ .
Weitere Vorteile , Einzelheiten und Merkmale der Erfindung erge- ben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen . Dabei zeigen im Einzelnen :
Figur 1 : schematisch einen Bereich einer Batterieschale gemäß einer ersten Ausführungsform; und
Figur 2 : schematisch einen Bereich einer Batterieschale gemäß einer zweiten Ausführungsform .
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszei- chen gleiche Bauteile bzw . gleiche Merkmale , sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bau- teils auch für die anderen Figuren gilt , sodass eine wiederho- lende Beschreibung vermieden wird . Ferner sind einzelne Merkmale , die in Zusammenhang mit einer Ausführungsform be- schrieben wurden, auch separat in anderen Ausführungsformen ver- wendbar .
Der Bereich einer Batterieschale 10 in Figur 1 besteht aus einer Tragstruktur 20 und einer intumeszierenden Schicht 30 , welche auf die Tragstruktur 20 aufgebracht worden ist .
Die Tragstruktur 20 besteht vorliegend zu 100 Gew . -% aus einem Faser-Kunststoff-Verbund aufweisend einen thermoplastischen Kunststoff, insbesondere Polyamid 6 , und einen Faseranteil zwi- schen 35 Gew . -% und 65 Gew . -% . Vorzugsweise ist das Polyamid 6 mittels einer Glasfaser verstärkt .
Alternativ (nicht abgebildet ) besteht die Tragstruktur 20 aus einem Hybridmaterial aufweisend einen Faser-Kunststoff-Verbund und Metall .
Die intumeszierende Schicht 30 besteht aus einem Polyurethan- lack, welcher einen Blähgraphitzusatz aufweist . Die intumeszie- rende Schicht 30 ist so ausgestaltet , dass sie bei 160 C intumesziert . Damit liegt die Aktivierungstemperatur der intu- meszierenden Schicht 30 unterhalb der Erweichungstemperatur der Tragstruktur 20 .
Dies führt zu einer Volumenzunahme und zu einer Reduktion der Dichte der intumeszierenden Schicht 30 , wodurch die Wärmeüber- tragung durch die intumeszierende Schicht 30 vorteilhaft redu- ziert werden kann . Somit kann mittels der intumeszierenden Schicht 30 eine Wärmeisolation der mit der intumeszierenden Schicht 30 beschichteten Tragstruktur 20 der hier vorgeschlage- nen Batterieschale 10 erreicht werden .
Der Bereich einer Batterieschale 10 in Figur 2 unterscheidet sich von der Ausführungsform in Figur 1 durch die Haftvermitt- lungsschicht 40 , welche zwischen der Tragstruktur 20 und der intumeszierenden Schicht 30 angeordnet ist .
Mittels der Haftvermittlungsschicht 40 kann die Haftfestigkeit der intumeszierenden Schicht 30 an der Tragstruktur 20 verbes- sert werden . Hierdurch können dünnere und wirtschaftlichere in- tumeszierende Schichten 30 erreicht werden .
Vorzugsweise besteht die Haftvermittlungsschicht 40 aus einem
Polyurethanlack . Besonders bevorzugt unterscheidet sich dieser gegenüber der intumes zierenden Schicht 30 nur dadurch, dass die Haftvermittlungsschicht 40 keinen Blähgraphitzusatz aufweist .
Bezugszeichenliste
10 Batterieschale
20 Tragstruktur 30 intumeszierende Schicht
40 Haftvermittlungsschicht

Claims

Patentansprüche
1. Batterieschale (10) aufweisend eine Tragstruktur (20) , wo- bei die Tragstruktur (20) zu mehr oder gleich 50 Gew.-% aus einem Faser-Kunst Stoff -Verbund besteht, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (10) eine intumeszierende Schicht (30) auf- weist.
2. Batterieschale (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- net, dass die intumeszierende Schicht (30) eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm aufweist, vorzugsweise eine Schichtdicke größer gleich 0,1 mm und kleiner gleich 2,5 mm.
3. Batterieschale (10) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (10) eine Haft- vermittlungsschicht (40) zwischen der Tragstruktur (20) und der intumeszierenden Schicht (30) aufweist.
4. Batterieschale (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kunststoffanteil des Faser- Kunststoff-Verbundes der Tragstruktur (20) ein thermoplastischer Kunststoff ist.
5. Batterieschale (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6 (PA6) ist .
6. Batterieschale (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich- net, dass der thermoplastische Kunststoff ein Polyamid 6.6
( PA6.6 ) ist .
7. Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale (10) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Verfahren zum Herstellen einer Batterieschale (10) aufwei- send eine intumeszierende Schicht (30) , insbesondere eine Bat- terieschale (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, umfassend folgende Schritte:
- Ausformen der Tragstruktur (20) der Batterieschale (10) , und
- Aufbringen der intumeszierenden Schicht (30) .
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die intumeszierende Schicht (30) vor dem Aufbringen aus Komponenten zumindest aufweisend ein Harz und einen Härter gemischt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Harz vor dem Mischen mit einem Lösemittel verdünnt wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Harz vor dem Mischen erwärmt wird.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch ge- kennzeichnet, dass vor dem Aufbringen der intumeszierenden Schicht (30) eine Haftvermittlungsschicht (40) aufgetragen wird.
13. Verfahren zum Recycling einer Batterieschale (10) aufwei- send eine intumeszierende Schicht (30) , dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (10) über eine spezifizierte Zeit hinaus über eine Aktivierungstemperatur der intumeszierenden Schicht (30) erhitzt wird.
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