WO2023011864A1 - Gehäuseelement, energiespeichergehäuse sowie verfahren zum herstellen eines gehäuseelements - Google Patents

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housing element
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Manuel Schurz
Ahmed EL-SAWY
Oleg Konrad
Marcel Sterzenbach
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • Housing element energy storage housing and method for producing a housing element
  • the present invention relates to a housing element for energy storage housings, an energy storage housing and a method for producing a housing element.
  • a housing element for an energy storage housing includes an arrangement area which is used for arranging a large number of energy storage cher cells, the housing element being double-walled in the arrangement area at least in some areas, preferably over the entire surface, comprising an outer wall and an inner wall, the outer wall being formed by a light metal sheet, in particular an aluminum sheet, and the inner wall being formed by a plate arranged on the outer wall Reinforcement element is formed.
  • a light metal sheet such as aluminum sheet
  • the aluminum sheet for example, is characterized by its low specific weight.
  • the reinforcement element can be explicitly designed to reinforce the outer wall in the arrangement area, which means, on the one hand, reinforcement against mechanical influences from “outside” as well as from “inside” in the event of a thermal event in the energy store. This can lead to an explosive increase in pressure in the energy store, which places high demands on the thermal/mechanical resilience of the energy store housing and its components. In the present case, these can advantageously be met in a targeted manner via the reinforcement element, while the housing element as such, in particular in the area of the arrangement area, is produced inexpensively from an aluminum sheet.
  • the reinforcement element is a steel sheet.
  • the use of steel as a material is advantageous because it is relatively cheap and functionally offers many advantages, e.g. B. with crash loads.
  • the high tensile strength and high toughness of steel materials are particularly noteworthy in this context.
  • the steel layer or steel ply enables very good thermal protection in the event of a thermal event, as just described. In the event of a short circuit within a high-voltage battery, temperatures of up to 1000°C and more can occur, which would melt aluminum.
  • the sheet steel advantageously enables targeted and permanent reinforcement of the housing element.
  • a high-strength steel is used as the steel material.
  • the thin wall thicknesses mentioned below, down to 0.3 mm, are made possible with this.
  • the reinforcing element is provided with an anti-corrosion layer on one or both sides.
  • a steel sheet is preferred KTL or PVC-coated (KTL - cathodic dip painting, PVC - polyvinyl chloride).
  • the reinforcing element is coated as an individual part, in particular KTL-coated (individual part KTL).
  • the reinforcing element is obtained or produced from a band material coated on one or both sides, in particular organically.
  • (Organic) strip coating or coil coating methods allow a simplification of the process, since the reinforcing element can be produced quickly and efficiently by cutting the strip material to length.
  • the aforementioned coating is preferably formed in particular on that side of the reinforcement element which is oriented towards the arrangement of the energy storage cells. This enables the direct or indirect arrangement of the energy storage cells, for example by means of gluing.
  • the reinforcing element that is to say in particular the sheet steel, which is KTL-coated according to a preferred embodiment, is flat or planar.
  • This configuration has the advantage that little installation space is wasted.
  • the center of gravity of the motor vehicle can be lowered.
  • the expression “flat” or “even” or “planar” is not to be understood to mean that the reinforcement element/steel sheet cannot have any beads or edges for targeted mechanical reinforcement.
  • the reinforcement element or sheet steel preferably has no profile, chamber structure, hollow structure or the like.
  • a wall thickness ratio of the inner wall to the outer wall in the arrangement area is 0.08 to 0.9, in particular 0.1 to 0.6 or also 0.2 to 0.5. Tests have shown that an optimum power-to-weight ratio can be achieved within the range of the aforementioned ratios. This means that a housing element, in the manufacture of which the aforementioned conditions were taken into account, withstands the highest mechanical loads and is lightweight.
  • the reinforcement element/steel sheet has a wall thickness of 0.5 to 1.2 mm.
  • the aluminum sheet has a wall thickness of 1.5 to 3.5 mm in the arrangement area.
  • An adhesive layer formed therebetween has a thickness of preferably 0.3 to 0.7 mm.
  • the reinforcing element in particular the sheet steel, has a wall thickness of preferably 0.8 to 1.2 mm, particularly preferably about 1 mm.
  • the aluminum sheet preferably has a wall thickness in a range from 1.5 to 2.5 mm, particularly preferably in a range from 1.7 to 2.3, very particularly preferably about 2 mm.
  • the reinforcing element has a thickness of 0.5 to 0.9 mm, particularly preferably 0.7 mm.
  • the aluminum sheet has a wall thickness of preferably 1.5 to 2.5 mm, particularly preferably in a range from 1.7 to 2.3 mm, very particularly preferably 2 mm.
  • the reinforcing element/steel sheet has a wall thickness of 0.5 to 0.9 mm, particularly preferably 0.7 mm.
  • the aluminum sheet has a wall thickness of 2.5 to 3.5 mm, particularly preferably 2.7 to 3.3 mm, very particularly preferably 3 mm in the arrangement area.
  • the aforementioned lower limits can be reduced to 0.3 mm.
  • an adhesive layer which is used according to one embodiment for connecting the outer wall and the inner wall is preferably 0.3 to 0.7 mm and particularly preferably 0.5 mm.
  • the reinforcement element is attached at least in sections to the outer wall in a form-fitting and/or force-fitting and/or material-locking manner.
  • the reinforcement element is expediently fastened to the outer wall in a rotationally and/or shear-proof manner.
  • the fastening can be designed over a large area or also in certain areas, for example in a punctiform manner.
  • the reinforcement element is attached to the outer wall by means of adhesive tape, by means of adhesive, by means of punch rivets and/or crimping.
  • the outer wall and the inner wall are fastened over their entire surface by means of adhesive, cf. the aforementioned examples.
  • the outer wall has integrally formed rivets or rivet elements in the arrangement area. These are expediently designed to be inserted into corresponding openings in the reinforcement element or the steel sheet and to be shaped accordingly.
  • the integral molding of the rivets has the advantage that the outer wall is not “destroyed”, for example by making holes or the like. If holes are made in the outer wall, they should be protected against corrosion, for example by applying PVC, etc.
  • the housing element comprises a central part or has one that forms or at least partially forms the arrangement region, end parts being fastened to the central part on the front side in each case.
  • the housing element as such has an expediently three-part structure, namely the aforementioned central part and two end parts in each case.
  • the housing element expediently has a trough shape.
  • the necessary volume of the arrangement area which is necessary for the arrangement of the largest possible number of energy storage cells, is advantageously produced via the trough shape.
  • the front parts are cast components, in particular aluminum die-cast components.
  • these are sheet metal components, in particular aluminum sheet components, from which the central part is expediently also formed.
  • the central part is designed as a formed, for example folded, aluminum sheet pan, which has the arrangement area and two side walls. This shape is expediently continued over the end parts, so that a trough-shaped housing element is formed overall.
  • the housing element has a peripheral flange area which is designed in particular for the positive and/or non-positive attachment of a further housing element, for example a cover element.
  • the flange area is oriented parallel to the arrangement area.
  • the cover element can be made of a metallic or non-metallic material. The use of composite materials can also be advantageous here.
  • the attachment of the front parts to the middle part is expediently effected in a form-fitting and/or non-positive and/or material-locking manner.
  • connection/attachment takes place by means of fusion welding, in particular MIG welding (MIG - metal inert gas welding).
  • MIG welding MIG - metal inert gas welding
  • the front parts can be produced in aluminum sheet and cast aluminum with MIG welding, depending on the requirement and complexity. Especially when using casting technology, further integration potentials can come into play. In particular, additional functions can be integrated into the front parts, such as holders (elements), attachment points, etc.
  • the housing element is a lower housing part of an electrical energy storage housing.
  • the invention also relates to an electrical energy storage housing, comprising a housing element according to the invention, the housing element being a lower housing part, to which an upper housing part is fastened, in particular in a detachable manner.
  • the invention also relates to a method for producing a housing element, comprising the steps:
  • a housing element comprising an arrangement area for arranging a multiplicity of energy storage cells made of a light metal sheet, in particular an aluminum sheet;
  • Reinforcing the arrangement area by arranging a reinforcing element, in particular made of sheet steel.
  • the steel sheet or the steel layer expediently represents a functional reinforcement of the light metal/aluminum structure.
  • the steel layer has good thermal protection in the event of battery cell short circuits, at which temperatures of 1000° C. and more can be reached.
  • the design also offers further potential with regard to the end parts at the front and rear. Due to the aluminum basic structure, the connection components can be produced in aluminum sheet and/or cast aluminum with MIG welding, depending on the requirement and complexity. Especially when using casting technology, further integration potentials can be used to advantage.
  • the method preferably comprises the steps:
  • the housing element as such is designed in three parts, comprising the central part and two end parts.
  • the reinforcing element is preferably inserted and fastened after the end parts have been joined.
  • the three-part structure is advantageous because it allows, for example, a very simple configuration of the central part as a formed or folded light metal sheet.
  • the end parts can be produced, for example, by means of casting, in particular die-casting. Expediently, the same material is used as for the middle part, although it does not have to be exactly the same alloy.
  • the energy storage cells are preferably attached to the reinforcement element in a materially bonded manner, in particular by means of an adhesive.
  • the reinforcement element preferably has a coating directed towards the energy storage cells, which as a Adhesive surface is used.
  • the coating is, for example, a KTL coating, in particular a coating for corrosion protection, such as a zinc layer or the aforementioned organic coating, which is mentioned in connection with the coated strip material.
  • an intermediate element is arranged on the reinforcement element, according to one embodiment cohesively, with the energy storage cells being arranged/attached on the intermediate element, preferably cohesively.
  • the intermediate element which is preferably plate-shaped, is molded or formed from a plastic, for example from a foamed plastic such as EPP (expanded polypropylene).
  • FIG. 1 shows a schematic plan view of an embodiment of a housing element
  • Fig. 2 the section A-A as indicated in Fig. 1;
  • Fig. 3 the section B-B as indicated in fig.
  • the housing element 1 shows a housing element 1 schematically and in a top view, in this case in particular a housing lower part of an energy storage housing, such as a high-voltage storage housing of a motor vehicle, which has a central part 10 and two end parts 20 .
  • the housing element 1 has an arrangement region 3 in which a reinforcement element 40, particularly preferably a sheet steel, is arranged or fastened.
  • the reinforcement element 40 which forms an inner wall 40 in the arrangement area 3, is only partially shown, so that an outer wall 30 of the housing element 1 is visible at least in the lower right area.
  • a flange area is circumferential on the housing element 1 4 formed, in particular for the arrangement of a housing upper part, not shown here. Additional features are explained in conjunction with FIGS. FIG.
  • FIG. 2 shows section AA as outlined in FIG.
  • the central part 10 can be seen, which has the inner wall 40 and the outer wall 30 in the arrangement area.
  • the trough-shaped configuration of the central part can be seen in particular, with corresponding side walls extending essentially perpendicularly to the arrangement area 3, in the present case upwards (without reference numerals).
  • the flange area 4 can be seen all around.
  • Fig. 3 shows view BB.
  • the housing element 1 is shown here from the side.
  • the outer wall 30 and the inner wall 40 in the arrangement area 3 can also be seen here.
  • the end parts 20 are designed in such a way that they also form the arrangement area 3 at least in part.
  • Reference number 2 designates a housing top part, which is expediently fastened in a positive and/or non-positive manner to the housing element 1, which is preferably designed as a housing bottom part.
  • housing element housing base

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Abstract

Gehäuseelement für ein Energiespeichergehäuse, umfassend einen Anordnungsbereich, welcher zur Anordnung einer Vielzahl von Energiespeicherzellen ausgelegt ist, wobei das Gehäuseelement im Anordnungsbereich doppelwandig ausgebildet ist, umfassend eine Außenwand und eine Innenwand, wobei die Außenwand durch ein Leichtmetallblech, insbesondere ein Aluminiumblech, gebildet ist, und wobei die Innenwand durch ein an der Außenwand angeordnetes Verstärkungselement gebildet ist.

Description

Gehäuseelement, Energiespeichergehäuse sowie Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuseelement für Energiespeichergehäuse, ein Energiespeichergehäuse sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements.
Um die geforderten Reichweiten zu erfüllen, weisen teil- und vollelektrisch betriebene Kraftfahrzeuge große Energiespeicher auf, welche entsprechend große Energiespeichergehäuse benötigen. Bei Personenkraftwagen nehmen derartige Energiespeichergehäuse oftmals einen großen Bereich des Unterbodens des jeweiligen Fahrzeugs ein. Die Herstellung derartiger Gehäuse bringt eine Reihe von Herausforderungen mit sich. Problematisch ist in diesem Zusammenhang insbesondere das Gewicht. Aufgrund der Größe der Bauteile ergeben sich zudem hinsichtlich der zur Verfügung stehenden Fertigungsverfahren gewisse Einschränkungen. So ist es beispielsweise anlagentechnisch nicht ohne weiteres möglich, Druckgussbauteile in beliebiger Größe herzustellen. Aufgrund der oft exponierten Einbausituation, vgl. den vorgenannten Unterboden, sind zudem die Anforderungen hinsichtlich Crash-Verhalten oder sonstiger mechanischer Einwirkungen sowie der Korrosionsschutz wichtige Themen. Auch im Falle eines thermischen Events innerhalb des Energiespeichers selbst sind an derartige Gehäuse hohe Anforderungen gestellt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Gehäuseelement für ein Energiespeichergehäuse, ein Energiespeichergehäuse sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements anzugeben, wobei die vorgenannten Nachteile beseitigt und insbesondere ein Gehäuseelement angegeben werden soll, welches bei optimalen mechanischen Eigenschaften kostengünstig zu fertigen ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuseelement gemäß Anspruch 1 , durch ein Energiespeichergehäuse gemäß Anspruch 11 sowie durch ein Verfahren gemäß Anspruch 12 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Gehäuseelement für ein Energiespeichergehäuse einen Anordnungsbereich, welcher zur Anordnung einer Vielzahl von Energiespei- cherzellen ausgelegt ist, wobei das Gehäuseelement im Anordnungsbereich zumindest bereichsweise, bevorzugt vollflächig, doppelwandig ausgebildet ist, umfassend eine Außenwand und eine Innenwand, wobei die Außenwand durch ein Leichtmetallblech, insbesondere ein Aluminiumblech, gebildet ist, und wobei die Innenwand durch ein an der Außenwand angeordnetes Verstärkungselement gebildet ist. Zweckmäßigerweise bringt die Verwendung eines Leichtmetallblechs, wie des Aluminiumblechs, den Vorteil mit sich, dass auf einen aufwändigen Korrosionsschutz verzichtet werden kann. Zudem zeichnet sich beispielsweise das Aluminiumblech durch sein geringes spezifisches Gewicht aus. Das Verstärkungselement kann explizit dahingehend ausgelegt werden, die Außenwand im Anordnungsbereich zu verstärken, wobei zum einen die Verstärkung gegen mechanische Einwirkungen von „außen“ gemeint ist, wie auch von „innen“, im Falle eines thermischen Events im Energiespeicher. Hierbei kann es zu einem explosionsartigen Druckanstieg im Energiespeicher kommen, welcher hohe Anforderungen an die thermische/mechanische Belastbarkeit des Energiespeichergehäuses sowie seiner Bestandteile stellt. Vorliegend können diese mit Vorteil gezielt über das Verstärkungselement erfüllt werden, während das Gehäuseelement als solches, insbesondere im Bereich des Anordnungsbereichs, kostengünstig aus einem Aluminiumblech hergestellt ist.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement ein Stahlblech. Die Verwendung von Stahl als Werkstoff ist vorteilhaft, da dieser relativ günstig ist und funktional viele Vorteile bietet, z. B. bei Crash-Lasten. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang insbesondere die hohe Zugfestigkeit sowie die hohe Zähigkeit von Stahlwerkstoffen. Mit Vorteil ermöglicht die Stahlschicht oder Stahllage einen sehr guten thermischen Schutz im Falle eines thermischen Events, wie gerade beschrieben. Im Falle eines Kurzschlusses innerhalb eines Hochvoltspeichers können Temperaturen von bis zu 1000° C und mehr entstehen, welche Aluminium zum Schmelzen bringen würden. Das Stahlblech ermöglicht vorteilhafterweise eine gezielte und dauerhafte Verstärkung des Gehäuseelements.
Gemäß einer Ausführungsform wird als Stahlwerkstoff ein hochfester Stahl verwendet. Beispielsweise werden mit diesem die nachfolgend erwähnten dünnen Wandstärken bis runter zu 0,3 mm ermöglicht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement, ein- oder beidseitig mit einer Korrosionsschutzschicht versehen. Ein Stahlblech ist bevorzugt KTL oder PVC-beschichtet (KTL - kathodische Tauchlackierung, PVC - Polyvinylchlorid).
Gemäß einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement als Einzelteil beschichtet, insbesondere KTL-beschichtet (Einzelteil-KTL). Alternativ ist das Verstärkungselement aus einem ein- oder beidseitig, insbesondere organisch, beschichteten Bandmaterial gewonnen oder erzeugt. (Organische) Bandbeschichtungs- oder Coil- Coating-Verfahren ermöglichen eine Verfahrensvereinfachung, da das Verstärkungselement schnell und effizient über ein entsprechenden Ablängen des Bandmaterials erzeugt werden kann.
Bevorzugt ist die vorgenannte Beschichtung insbesondere an der zur Anordnung der Energiespeicherzellen orientierten Seite des Verstärkungselements ausgebildet. Dies ermöglicht die mittelbare oder unmittelbare Anordnung der Energiespeicherzellen, beispielsweise mittels Kleben.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verstärkungselement, also insbesondere das Stahlblech, welches gemäß einer bevorzugten Ausführungsform KTL-beschichtet ist, flach oder eben bzw. plan ausgebildet. Diese Ausgestaltung bringt den Vorteil mit sich, dass wenig Bauraum verschenkt wird. Zudem kann, je nach Einbaulage des Gehäuseelements, die Schwerpunktlage des Kraftfahrzeugs gesenkt werden. Dabei ist der Ausdruck „flach“ oder „eben“ bzw. „plan“ nicht dahingehend zu verstehen, dass das Verstärkungselement/Stahlblech keine Sicken oder Kanten zur gezielten mechanischen Versteifung aufweisen kann. Das Verstärkungselement oder Stahlblech weist aber bevorzugt keine Profil-, Kammerstruktur, Hohlstruktur oder dergleichen auf.
Das Gesagte gilt analog und entsprechend für die Außenwand im Anordnungsbereich, welche ebenfalls bevorzugt im vorgenannten Sinne flach oder eben bzw. plan ausgebildet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegt ein Verhältnis einer Wandstärke der Innenwand zur Außenwand im Anordnungsbereich bei 0,08 bis 0,9, insbesondere bei 0,1 bis 0,6 oder auch 0,2 bis 0,5. Versuche haben gezeigt, dass im Bereich der vorgenannten Verhältnisse ein optimales Leistungsgewicht erzielt werden kann. Dies bedeutet, dass ein Gehäuseelement, bei dessen Herstellung die vorgenannten Verhältnisse berücksichtigt wurden, höchsten mechanischen Belastungen standhält und dabei ein geringes Gewicht aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement/Stahlblech eine Wandstärke von 0,5 bis 1 ,2 mm auf. Gemäß einer Ausführungsform weist das Aluminiumblech im Anordnungsbereich eine Wandstärke von 1 ,5 bis 3,5 mm auf. Ein dazwischen ausgebildete Klebstoffschicht weist eine Dicke von bevorzugt 0,3 bis 0,7 mm auf.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement, insbesondere das Stahlblech, eine Wandstärke von bevorzugt 0,8 bis 1 ,2 mm auf, insbesondere bevorzugt von etwa 1 mm. Das Aluminiumblech weist im Anordnungsbereich dabei bevorzugt eine Wandstärke in einem Bereich von 1 ,5 bis 2,5 mm auf, insbesondere bevorzugt in einem Bereich von 1 ,7 bis 2,3, ganz besonders bevorzugt von etwa 2 mm.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement eine Dicke von 0,5 bis 0,9 mm auf, insbesondere bevorzugt von 0,7 mm. Das Aluminiumblech weist im Anordnungsbereich eine Wandstärke von bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 mm auf, besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 ,7 bis 2,3 mm, ganz besonders bevorzugt von 2 mm.
Gemäß einer Ausführungsform weist das Verstärkungselement/Stahlblech eine Wandstärke von 0,5 bis 0,9 mm auf, besonders bevorzugt von 0,7 mm. Gemäß einer Ausführungsform weist das Aluminiumblech im Anordnungsbereich eine Wandstärke von 2,5 bis 3,5 mm auf, besonders bevorzugt von 2,7 bis 3,3 mm, ganz besonders bevorzugt von 3 mm.
Insbesondere bei Verwendung eines hochfesten Stahlwerkstoffs können die vorgenannten Untergrenzen auf 0,3 mm erniedrigt werden.
Bei den drei vorgenannten Ausführungsformen gilt, dass eine Klebstoffschicht, welche gemäß einer Ausführungsform zur Verbindung der Außenwand und der Innenwand verwendet wird, bei bevorzugt 0,3 bis 0,7 mm bzw. insbesondere bevorzugt bei 0,5 mm liegt. Gemäß einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement zumindest abschnittsweise an der Außenwand form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig befestigt. Zweckmäßigerweise ist das Verstärkungselement dreh- und/oder schubfest an der Außenwand befestigt. Die Befestigung kann flächig oder auch bereichsweise, wie beispielswiese punktförmig, ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Verstärkungselement mittels Klebeband, mittels Klebstoff, mittels Stanznieten und/oder Crimpen an der Außenwand befestigt.
Gemäß einer Ausführungsform sind die Außenwand und die Innenwand vollflächig mittels Klebstoff befestigt, vgl. die vorgenannten Beispiele.
Gemäß einer Ausführungsform weist die Außenwand im Anordnungsbereich integral ausgebildete Nieten oder Nietelemente auf. Diese sind zweckmäßigerweise ausgelegt, in entsprechenden Öffnungen des Verstärkungselements bzw. des Stahlblechs eingeführt und entsprechend umgeformt zu werden. Das integrale Ausformen der Nieten bringt den Vorteil mit sich, dass die Außenwand nicht „zerstört“ wird, beispielsweise durch das Einbringen von Löchern oder dergleichen. Werden in die Außenwand Löcher eingebracht, sind diese zweckmäßigerweise vor Korrosion zu schützen, beispielsweise mittels PVC-Auftrag etc.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Gehäuseelement einen Mittelteil bzw. weist einen solchen auf, welcher den Anordnungsbereich formt oder zumindest teilweise formt, wobei jeweils stirnseitig an dem Mittelteil Stirnteile befestigt sind. Zweckmäßigerweise weist das Gehäuseelement als solches einen zweckmäßigerweise dreiteiligen Aufbau auf, nämlich den vorgenannten Mittelteil sowie jeweils zwei Stirnteile.
Das Gehäuseelement weist als solches zweckmäßigerweise eine Wannenform auf. Über die Wannenform wird mit Vorteil das nötige Volumen des Anordnungsbereichs erzeugt, welches zur Anordnung einer möglichst großen Zahl von Energiespeicherzellen nötig ist. Vorliegend werden bevorzugt prismatische Zellen verwendet, ganz besonders bevorzugt Rundzellen, welche gemäß einer Ausführungsform insbesondere stehend im Anordnungsbereich angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stirnteile Gussbauteile, insbesondere Aluminiumdruckgussbauteile. Alternativ handelt es sich um Blechbauteile, insbesondere Aluminiumblechbauteile, aus welchen zweckmäßigerweise auch das Mittelteil geformt ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Mitteilteil als umgeformte, beispielsweise abgekantete, Aluminiumblechwanne ausgebildet, welche den Anordnungsbereich sowie zwei Seitenwände aufweist. Diese Form wird zweckmäßigerweise über die Stirnteile weitergeführt, sodass im Ganzen ein wannenförmiges Gehäuseelement ausgebildet ist.
Zweckmäßigerweise weist das Gehäuseelement umlaufend einen Flanschbereich auf, welcher insbesondere zur form- und/oder kraftschlüssigen Befestigung eines weiteren Gehäuseelements, beispielsweise eines Deckelelements, ausgelegt ist. Der Flanschbereich ist gemäß einer Ausführungsform parallel zum Anordnungsbereich orientiert. Das Deckelelement kann aus einem metallischen oder nicht-metallischen Werkstoff hergestellt sein. Auch die Verwendung von Verbundmaterialien kann hier vorteilhaft sein.
Die Befestigung der Stirnteile am Mittelteil erfolgt zweckmäßigerweise form- und/oder kraft- und/oder stoffschlüssig.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt die Verbindung/Befestigung mittels Schmelzschweißen, insbesondere MIG-Schweißen (MIG - Metallinertgasschweißen).
Durch die Aluminiumgrundstruktur können mit MIG-Schweißen je nach Anforderung und Komplexität die Stirnteile in Aluminiumblech und Aluminiumguss dargestellt werden. Gerade beim Einsatz der Gusstechnologie können weitere Integrationspotenziale zum Tragen kommen. Insbesondere können in die Stirnteile beispielsweise weitere Funktionen integriert werden, wie Halter(-Elemente), Befestigungspunkte etc.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Gehäuseelement ein Gehäuseunterteil eines elektrischen Energiespeichergehäuses.
Die Erfindung betrifft auch ein elektrisches Energiespeichergehäuse, umfassend ein erfindungsgemäßes Gehäuseelement, wobei das Gehäuseelement ein Gehäuseunterteil ist, an welchem ein Gehäuseoberteil, insbesondere lösbar, befestigt ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements, umfassend die Schritte:
Herstellen eines Gehäuseelements, umfassend einen Anordnungsbereich zur Anordnung einer Vielzahl von Energiespeicherzellen aus einem Leichtmetallblech, insbesondere einem Aluminiumblech;
Verstärken des Anordnungsbereichs durch Anordnen eines Verstärkungselements, insbesondere aus Stahlblech.
Zweckmäßigerweise stellt das Stahlblech bzw. die Stahlschicht eine funktionale Verstärkung der Leichtmetall-/Aluminiumstruktur dar. Die Stahlschicht weist einen guten thermischen Schutz bei Batteriezell-Kurzschlüssen auf, bei welchen Temperaturen von 1000° C und mehr erreicht werden können. Die Bauweise bietet zudem weitere Potentiale hinsichtlich der Stirnteile vorne und hinten. Durch die Aluminiumgrundstruktur können mit MIG-Schweißen je nach Anforderung und Komplexität die Anschlussbauteile in Aluminiumblech und/oder Aluminiumguss dargestellt werden. Gerade beim Einsatz der Gusstechnologie können mit Vorteil weitere Integrationspotentiale zum Tragen kommen.
Bevorzugt umfasst das Verfahren die Schritte:
Formen eines Mittelteils;
- Anordnen von Stirnteilen an dem Mittelteil zum Herstellen des Gehäuseelements;
Einlegen des Verstärkungselements.
Das Gehäuseelement als solches ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dreiteilig ausgebildet, umfassend den Mittelteil sowie zwei Stirnteile. Das Verstärkungselement wird bevorzugt nach dem Fügen der Stirnteile eingelegt und befestigt. Der dreiteilige Aufbau ist vorteilhaft, da er beispielsweise eine sehr einfache Ausgestaltung des Mittelteils als umgeformtes oder abgekantetes Leichtmetallblech ermöglicht. Die Stirnteile können beispielsweise mittels Gießen, insbesondere im Druckguss, erzeugt werden. Zweckmäßigerweise wird der gleiche Werkstoff verwendet wie beim Mittelteil, wobei es sich hierbei nicht exakt um die gleiche Legierung handeln muss.
Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen auf dem Verstärkungselement stoffschlüssig befestigt, insbesondere mittels Klebstoff. Bevorzugt weist das Verstärkungselement zu den Energiespeicherzellen hin gerichtet eine Beschichtung auf, welche als Klebefläche dient. Die Beschichtung ist beispielsweise eine KTL-Beschichtung, insbesondere eine Beschichtung zum Korrosionsschutz, wie beispielsweise auch eine Zinkschicht oder die vorerwähnte organische Beschichtung, welche im Zusammenhang mit den beschichteten Bandmaterial erwähnt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist auf dem Verstärkungselement, gemäß einer Ausführungsform stoffschlüssig, ein Zwischenelement angeordnet, wobei auf dem Zwischenelement, bevorzugt stoffschlüssig, die Energiespeicherzellen angeordnet/be- festigt sind. Das Zwischenelement, welches bevorzugt plattenförmig ausgebildet ist, ist gemäß einer Ausführungsform aus einem Kunststoff geformt oder gebildet, beispielsweise aus einem geschäumten Kunststoff, wie EPP (expandiertes Polypropylen).
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Gehäuseelementen mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Gehäuseelements;
Fig. 2: den Schnitt A-A, wie in der Fig. 1 angedeutet;
Fig. 3: den Schnitt B-B, wie in der Fig. 1 angedeutet.
Fig. 1 zeigt schematisch und in einer Draufsicht ein Gehäuseelement 1 , vorliegend insbesondere ein Gehäuseunterteil eines Energiespeichergehäuses, wie eines Hochvoltspeichergehäuses eines Kraftfahrzeugs, welches einen Mittelteil 10 sowie zwei Stirnteile 20 aufweist. Das Gehäuseelement 1 weist einen Anordnungsbereich 3 auf, in welchem ein Verstärkungselement 40, insbesondere bevorzugt ein Stahlblech, angeordnet bzw. befestigt ist. Vorliegend ist das Verstärkungselement 40, welches im Anordnungsbereich 3 eine Innenwand 40 formt, nur teilweise dargestellt, so dass zumindest im rechten unteren Bereich eine Außenwand 30 des Gehäuseelements 1 sichtbar ist. Umlaufend ist an dem Gehäuseelement 1 ein Flanschbereich 4 ausgebildet, insbesondere zur Anordnung eines hier nicht gezeigten Gehäuseoberteils. Weitere Merkmale werden in der Zusammenschau mit den Figuren 2 und 3 erklärt. Fig. 2 zeigt den Schnitt A-A, wie in der Fig. 1 skizziert. Zu erkennen ist das Mittelteil 10, welches im Anordnungsbereich die Innenwand 40 sowie die Außenwand 30 aufweist. Zu erkennen ist in dieser Ansicht insbesondere die wannenförmige Ausgestaltung des Mittelteils, wobei sich im Wesentlichen senkrecht zum Anordnungsbereich 3 entsprechende Seitenwände, vorliegend nach oben, weg erstrecken (ohne Bezugszeichen). Umlaufend ist der Flanschbereich 4 zu erkennen.
Fig. 3 zeigt die Ansicht B-B. Das Gehäuseelement 1 ist vorliegend von der Seite dargestellt. Zu erkennen sind auch hier die Außenwand 30 sowie die Innenwand 40 im Anordnungsbereich 3 (gestrichelt dargestellt). Zu erkennen ist, dass die Stirnteile 20 derart ausgebildet sind, dass sie zumindest teilweise den Anordnungsbereich 3 mit formen. Bezugszeichen 2 bezeichnet ein Gehäuseoberteil, welches zweckmäßigerweise form- und/oder kraftschlüssig am Gehäuseelement 1 , welches bevorzugt als Gehäuseunterteil ausgebildet ist, befestigt ist.
Bezugszeichenliste
1 Gehäuseelement, Gehäuseunterteil
2 Gehäuseoberteil 3 Anordnungsbereich
4 Flanschbereich
10 Mittelteil
20 Stirnteil
30 Außenwand 40 Innenwand, Verstärkungselement

Claims

Ansprüche
1. Gehäuseelement (1) für ein Energiespeichergehäuse, umfassend einen Anordnungsbereich (3), welcher zur Anordnung einer Vielzahl von Energiespeicherzellen ausgelegt ist, wobei das Gehäuseelement (1) im Anordnungsbereich (12) doppelwandig ausgebildet ist, umfassend eine Außenwand (30) und eine Innenwand (40), wobei die Außenwand (30) durch ein Leichtmetallblech, insbesondere ein Aluminiumblech, gebildet ist, und wobei die Innenwand (40) durch ein an der Außenwand (30) angeordnetes Verstärkungselement (40) gebildet ist.
2. Gehäuseelement nach Anspruch 1 , wobei das Verstärkungselement (40) ein Stahlblech ist.
3. Gehäuseelement nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verstärkungselement (40) flach oder eben ist.
4. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Verhältnis einer Wandstärke der Innenwand (40) zur Außenwand (30) bei 0,2 bis 0,6 liegt.
5. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungselement (40) zumindest abschnittsweise an der Außenwand (30) form- und/oder kraft und/oder stoffschlüssig befestigt ist.
6. Gehäuseelement nach Anspruch 5, wobei das Verstärkungselement (40) mittels Klebeband, mittels Klebstoff, mittels Stanznieten und/oder Crimpen an der Außenwand (30) befestigt ist. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (1) einen Mittelteil (10) aufweist, welcher den Anordnungsbereich (12) formt, und wobei jeweils stirnseitig an dem Mittelteil (10) Stirnteile (12) befestigt sind. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (1) wannenförmig ausgebildet ist. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stirnteile (12) Gussbauteile, insbesondere Aluminium-Druckgussbauteile, sind. Gehäuseelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (1) ein Gehäuseunterteil eines elektrischen Energiespeichergehäuses ist. Energiespeichergehäuse, umfassend ein Gehäuseelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuseelement (1) ein Gehäuseunterteil ist, an welchem ein Gehäuseoberteil (2), insbesondere lösbar, befestigt ist. Verfahren zum Herstellen eines Gehäuseelements (1), umfassend die Schritte:
Herstellen eines Gehäuseelements (1), umfassend einen Anordnungsbereich (3) zur Anordnung einer Vielzahl von Energiespeicherzellen aus einem Leichtmetallblech, insbesondere einem Aluminiumblech;
Verstärken des Anordnungsbereichs (3) durch Anordnen eines Verstärkungselements (40), insbesondere aus Stahlblech. Verfahren nach Anspruch 12, umfassend die Schritte:
Formen eines Mittelteils (10);
Anordnen von Stirnteilen (20) an dem Mittelteil (10) zum Herstellen des Gehäuseelements (1);
Einlegen des Verstärkungselements (40).
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