WO2023104304A1 - Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung - Google Patents

Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung Download PDF

Info

Publication number
WO2023104304A1
WO2023104304A1 PCT/EP2021/084833 EP2021084833W WO2023104304A1 WO 2023104304 A1 WO2023104304 A1 WO 2023104304A1 EP 2021084833 W EP2021084833 W EP 2021084833W WO 2023104304 A1 WO2023104304 A1 WO 2023104304A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
base unit
unit
anchoring structures
frame unit
receiving device
Prior art date
Application number
PCT/EP2021/084833
Other languages
English (en)
French (fr)
Original Assignee
Lighter Geometries Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Lighter Geometries Gmbh filed Critical Lighter Geometries Gmbh
Priority to DE112021008499.2T priority Critical patent/DE112021008499A5/de
Priority to PCT/EP2021/084833 priority patent/WO2023104304A1/de
Publication of WO2023104304A1 publication Critical patent/WO2023104304A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains

Definitions

  • the invention relates to a method for producing a battery receiving device according to patent claim 1 and a battery receiving device according to patent claim 17.
  • Electromobility is currently becoming increasingly important as part of the intended traffic turnaround.
  • Land vehicles such as automobiles or special vehicles, but also aircraft such as aeroplanes, drones or helicopters or watercraft with electronic drives are becoming increasingly popular and should replace fuel-based drives as completely as possible in the near future.
  • the problem with the energy density of the batteries or accumulators used, which is associated with a comparatively short range (compared to fuel-based drives), is well known. So far, the comparatively high weight of the batteries or accumulators for the electric motors has also been a disadvantage. Since at least so far there have been no promising approaches to drastically reduce the weight of the cell-chemical components of the batteries, various approaches are being pursued to reduce the weight of battery mounts or battery housings.
  • a type of tray is usually used to hold battery packs (pack to cell) or cells directly (cell to pack).
  • Such a tub must temper the cells and protect them mechanically.
  • the tub should of course be light so that it does not use up energy unnecessarily when in use.
  • troughs which cool and protect the cells comparatively well (for example in the event of an accident), are often not particularly light or are not designed evenly enough can be used in order to allow the cells to lie flat in the tub.
  • a flat surface is of great advantage, particularly for effective temperature control (cooling/heating) of the batteries.
  • tension in the batteries is avoided.
  • the object of the present invention is therefore to provide a manufacturing method for a battery receiving device that is inexpensive and requires only little technical effort and drastically reduces the need for post-processing.
  • Another object of the invention is to provide a battery holder which overcomes the above disadvantages.
  • the object is achieved by a method for producing a battery receiving device having the features of claim 1 and a battery receiving device having the features of claim 17.
  • the invention is achieved by a method for producing a battery receiving device for one or more batteries or battery cells of an electric motor for a vehicle, the method comprising the following steps: a) providing a base unit made of a first material; b) forming a plurality of anchoring structures on the top and/or another side of the base unit; c) Application of a frame unit made of a second material to the base unit, the second material being liquefied or melted at least partially or completely by supplying heat for application to the base unit, such that part of the liquefied or melted second material forms the anchoring structures, in particular in a form-fitting manner , filled and/or surrounded; d) cooling the base unit and the frame unit, whereby the second material solidifies into an anchorage in and/or around the anchoring structures.
  • the battery receiving device should preferably be produced at least partially in an injection molding process and/or die casting process.
  • the proposed approach provides for a base or the base unit of the battery holder to be provided as a separate element and a frame (which together with the base unit essentially forms the battery holder) to be sprayed or cast onto this base unit or at least partially connected to it merge.
  • the base unit can also be at least partially (or completely) encapsulated or encapsulated.
  • the anchoring structures can be introduced, for example, on one or more other sides (left side, right side, underside).
  • the closing force required by corresponding injection molding systems in order to cast or spray on the frame is comparatively low, so that smaller systems are also able to apply this closing force.
  • the floor or the floor unit is already provided in such a way that there are few or no post-processing steps with regard to the flatness of the floor (for supporting the batteries, rechargeable batteries or battery cells).
  • a vehicle for which (in which) the battery receiving device according to the invention can be used is understood here to mean any type of vehicle, in particular land, air and water vehicles (with electric drive). In particular, this means, for example, electric automobiles.
  • the floor unit is designed as an, in particular integral, extruded profile element, which preferably has a plurality of (separate) fluid channels.
  • Extruded profile elements e.g. made of aluminium
  • the profiles Due to their manufacturing process (extrusion), the profiles inherently offer a very even (flat) surface or upper side, which offers a level support for batteries or accumulators in the battery holder without post-processing.
  • Different heights or wall thicknesses can be easily and flexibly implemented, as can different lengths or widths of the extruded profile element.
  • a particularly level floor can therefore be achieved in a very simple manner with additional or simultaneous flexibility with regard to the dimensions.
  • step b) of forming a plurality of anchoring structures comprises at least one of laser processing, an eroding process, a machining process and a rolling process.
  • the surface treatment methods mentioned allow the anchoring structures to be arranged and formed as precisely as possible.
  • the precision ensures that the top of the base unit is machined only in places where part of the frame is to be applied (exactly distributed on or within the projection area of the frame unit and not outside). In this respect, the flatness of the base or the top of the base unit inside the battery receiving device is thereby improved or ensured.
  • the anchoring structures are designed in such a way that they each have a maximum width of between 0.05 and 0.8 mm, preferably between 0.2 mm and 0.4 mm on the (top) side of the base unit and/or respectively have a maximum depth and/or height of between 0.1 mm and 1 mm, preferably between 0.2 mm and 0.4 mm into the surface of the base unit.
  • the maximum width of the anchoring structures can also be approximately 1 mm.
  • the anchoring structures are formed (at least in sections or in areas) as anchoring recesses and/or (at least in sections or in areas) as an anchoring projection.
  • the comparatively small dimensions of the anchoring structures make it possible to arrange a large number of these structures (recesses and/or projections)—for example, several (more than 10, preferably more than 20) per square centimeter. This creates a strong connection between the frame unit and the base unit.
  • the anchoring structures are designed with an undercut, in particular in such a way that a respective anchoring structure has at least one area that is wider than an area (e.g. an opening) of the respective anchoring structure on the upper side of the base unit and/or in such a way that several Anchoring structures (for example in pairs) are oppositely formed obliquely.
  • the plurality of anchoring structures are arranged in step b) in an area that corresponds to a projection area of the frame unit to be applied in step c).
  • the anchoring structures are particularly preferably arranged exclusively in the area of the projection surface of the frame unit.
  • step c) comprises that the second material for applying the frame unit is cast and/or sprayed on and/or around the base unit.
  • An injection molding process or die casting process is particularly preferred here.
  • the geometry of the frame unit can be chosen more or less freely.
  • the necessary closing force of a mold is the product of the projected area of the component to be manufactured, including the casting system (component including sprue, overflows and ventilation channels) and the casting pressure.
  • the casting system component including sprue, overflows and ventilation channels
  • the casting pressure By inserting a (finished) base unit into the mold, only the frame unit (with a comparatively small projection area) is sprayed on according to the method described here. This drastically reduces the closing force required, since the force only has to be applied for injection molding the frame unit. Therefore, geometries of a frame unit are preferred that have a projection surface that corresponds to a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, of the upper side of the base unit.
  • step c) comprises forming at least one or more functional elements of the frame unit.
  • the manufacturing process is further simplified by the molding of (further) functional elements (such as reinforcing ribs or screw-on elements) that is integrated directly into the casting process, since the elements do not have to be assembled or manufactured in subsequent steps.
  • a direct molding also allows seamless and gap-free processing, which supports effective and efficient cooling of the battery holder.
  • these functional elements include at least one of one or more screw-on elements (for example for mounting a cover), one or more intermediate webs, one or more (reinforcing) ribs and one or more cable and/or conductor track guides.
  • the first material essentially comprises aluminum and/or the second material essentially comprises a magnesium alloy, preferably a refractory magnesium alloy, and/or plastic, or aluminum alloys.
  • aluminum in the bottom unit enables good heat conduction.
  • the cooling capacity or possibly the heating capacity can thus be supported (with a comparatively low weight of the component).
  • aluminum has a high strength and high thermal resistance, or conductivity.
  • Magnesium or magnesium alloys or plastic is preferred for use of the frame unit. Overall, due to their low density, these materials contribute to saving the overall weight of the battery receiving device.
  • step c) includes that the frame unit is provided at least partially as a finished component, in particular as a 3D printed finished component or an injection molded finished component.
  • the prefabricated component is preferably set up directly on the floor unit.
  • the finished component of the frame unit can have flame retardants, in particular be coated with flame retardants. This increases an ignition temperature of the frame unit and thus further improves safety. Prefabricating a frame assembly can be cost effective for short runs.
  • a corresponding frame unit (or parts thereof) that are produced by means of 3D printing can also be of any complex design.
  • step c) includes that the second material of the prefabricated component is liquefied or melted partially or locally, in particular on a side that is or can be brought into contact with the base unit, by supplying heat.
  • step c) includes local melting of the frame unit by (pre-)heating the base unit.
  • step c) includes that melted parts of the frame unit are pressed with the base unit, so that the (locally) melted parts of the frame unit fill or surround the anchoring structures of the base unit in a form-fitting manner.
  • the finished component of the frame unit can be completely or partially (additionally) encapsulated or encapsulated in one step (of step c)). Alternatively, no further processing (e.g. casting, overmolding) of the finished component can (must) be carried out.
  • connection between the frame unit and the floor unit is thus particularly stable against deformation (e.g. due to a rear-end collision) or also against vibrations (e.g. in normal ferry operation), so that batteries that are arranged inside the battery holder device are well protected. are protected and stored.
  • seamless and gap-free joining is made possible. This allows the battery holder to be cooled effectively and efficiently.
  • the first material essentially comprises aluminum and/or the second material (B) essentially comprises plastic, preferably fiber-reinforced plastic and/or carbon-reinforced plastic.
  • the use of aluminum in the bottom unit enables good heat conduction.
  • the cooling capacity can thus be optimized (with a comparatively low weight of the component).
  • aluminum has high strength and high thermal resistance and conductivity.
  • plastic is preferred for use of the frame unit.
  • Plastic is comparatively light, so that a low overall weight of the battery receiving device is made possible.
  • Fiber reinforcements in the plastic can easily increase stability. Carbon reinforcements in the plastic mean that surrounding devices are not disturbed by unwanted electrical or electromagnetic effects. At the same time, the interior of the battery receiving device is better shielded from the surroundings in this way.
  • a "carbon reinforcement" can, for example, consist of carbon fibers introduced into the plastic matrix.
  • steps a) to d) are carried out in a press or in a mold of an injection molding system.
  • steps a) to d) are carried out in advance.
  • the method can be carried out comparatively quickly.
  • the anchoring structures can be formed directly in the mold using a processing laser.
  • the method includes a step of attaching and/or pressing fluid guide devices onto or into the fluid channels ground unit.
  • anchoring structures can (also) be formed on and/or in the fluid guide devices (in step b)).
  • the fluid devices can be encapsulated or cast with the second material (so that the fluid guide devices are firmly connected to the (monolithic) battery receiving device). This allows further post-processing steps to be reduced.
  • the fluid guide devices are designed to connect the fluid channels of the base unit to one another (in series), so that a path covered by the fluid in the base unit when flushed is increased. Temperature control can be improved in this way.
  • the fluid guide devices can have connections for inflow and/or outflow.
  • the object of the invention is also achieved in particular by a (monolithic) battery holder for a vehicle, produced in particular by a method as described above, the battery holder having the following:
  • a floor unit made of a first material, which has an arrangement of a plurality of anchoring structures on a top side and/or a further side;
  • a frame unit made of a second material which is arranged in regions as a peripheral, in particular completely peripheral, frame on the upper side of the floor unit, the frame unit having a multiplicity of anchorages which each fill out a corresponding anchoring structure of the multiplicity of anchoring structures of the floor unit in a form-fitting manner and/or surround.
  • the same advantages can be achieved as have already been described in connection with the production method according to the invention. It should also be pointed out that the features described in the context of the method according to the invention also apply to the battery receiving device according to the invention.
  • Features of the method according to the invention can be transferred to the battery receiving device according to the invention in that the battery receiving device is designed in accordance with the method features.
  • the base unit is designed as an, in particular integral, extruded profile element which preferably has a plurality of fluid channels for flushing or for fluid cooling of the base unit.
  • the frame unit 13 has a projection surface that occupies a maximum of 10%, preferably a maximum of 5%, of the top side of the base unit.
  • the anchoring structures have a maximum width of between 0.05 and 0.8 mm, preferably between 0.2 mm and 0.4 mm on the (top) side of the base unit and/or a maximum depth or height between 0.1 mm and 1 mm, preferably between 0.2 mm and 0.4 mm.
  • the first material essentially comprises aluminum and/or the second material essentially comprises a magnesium alloy, in particular a refractory magnesium alloy, or an aluminum alloy and/or the second material comprises plastic, preferably fiber-reinforced plastic and/or carbon-reinforced plastic.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a floor unit according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic view of an embodiment for introducing anchoring structures in a projection surface P on the upper side of a floor unit by means of a processing laser;
  • 2A - 2C show different embodiments of anchoring structures which have been introduced into the base unit by different methods
  • FIG. 3 shows a perspective view of a battery receiving device according to the invention according to an exemplary embodiment, and a sketched detailed view for the form-fitting connection of the frame unit and base unit according to the exemplary embodiment;
  • FIG. 4 shows an embodiment of a base unit with (pluggable) fluid guide devices for flushing the base unit with a (cooling) fluid;
  • 5A-5 show a schematic sequence of a manufacturing method for a battery receiving device with a tool according to an exemplary embodiment
  • FIG. 6 shows a schematic interior view of a mold (mold cavity) for injection molding a frame unit onto a floor unit according to an exemplary embodiment.
  • the base unit 10 is designed as an integral element ment formed, which has two cavities 15 which extend along a longitudinal direction of the floor unit 10 and each have open ends.
  • the cavities 15 are designed as fluid channels 15 for flushing the base unit 10 with a (cooling) fluid, as is sketched by way of example in FIG. 1 by the arrows.
  • the number of fluid channels can be between 6 and 20, for example, which depends on the size of the tub. In general, the number and shape of the channels follows thermodynamic calculations and can be freely selected.
  • the base unit 10 is made of a first material A.
  • the floor unit is produced as an extruded profile element made of aluminum by extrusion.
  • a height of the fluid channels 15 is between 1 and 15 mm, for example.
  • the wall thickness of the extruded profile element 10 is approximately 2 mm.
  • the extruded profile element particularly preferably has a flatness, in particular on the upper side 11, of at most +/-0.8 mm, preferably +/-0.2 mm.
  • the base unit has a length of approximately 900 mm and a width of approximately 760 mm. Alternative dimensions are, however, readily possible.
  • the base unit 10 can also comprise a base plate (e.g. made of aluminium) which forms a top side of the base unit 10 .
  • Fluid guide structures for flushing with a cooling fluid can be arranged on an underside of the base plate—e.g. by means of a plastic and/or carbon element that is correspondingly arranged on the base plate and can be flushed through.
  • FIG. 2 shows an example for introducing anchoring structures 12 in the floor unit.
  • the upper side 11 of the base unit 10 is machined with a machining laser.
  • at least one laser beam L des Processing laser moves along a trajectory.
  • the trajectory of the laser beam L is selected in such a way that only the areas of the surface 11 in an area P (shaded parts of the surface 11) are processed.
  • the area P corresponds to the projection area (or the floor plan) of the frame unit 13 (not shown), which is to be applied to the upper side 11 in a subsequent step.
  • the upper side 11 of the base unit 10 extends in the x-y direction and a height of the base unit 10 extends in the z-direction.
  • the projection surface P of the frame unit is the outline of the frame unit to be attached, including intermediate webs, stiffening ribs, etc.
  • the properties of the laser beam L can be controlled in such a way that anchoring structures 12 are introduced within the projection area P in/onto the top 11 of the base unit.
  • Exemplary anchoring structures which are designed as anchoring recesses 12, are sketched in the detailed view of FIG.
  • the detailed view shows a cross section through an upper area of the base unit 10.
  • the anchoring recesses 12 extend from the top 11 preferably essentially perpendicularly (in the z-direction) into the depth of the base unit 10.
  • the depth of the anchoring recesses 12 is less than a wall thickness of the base unit 11, so that no connection to the fluid channels 15 is established.
  • the anchoring structures 12 can be similar or identical or have a completely different design, as is shown in the detailed view shown.
  • the anchoring structures can be designed purely as anchoring recesses 12 (as shown). Alternatively or additionally, it is possible to form anchoring projections 12 .
  • the anchoring structures 12 particularly preferably each have an undercut H, as is shown in the detailed view of FIG. 2 . At least one area within the respective anchoring recess 12 which is wider than an opening 12a of the respective anchoring recess 12 on the upper side 11 of the base unit 10.
  • the formation of the undercut H can under certain circumstances already be formed by microscopically small local material irregularities.
  • FIG. 2A shows an example of several anchoring structures 12 (as described in FIG. 2) which are introduced into the floor unit by means of rolling/milling.
  • individual anchoring structures 12 can have different (opening) angles, acute angles, in particular of less than 30°, preferably less than 20°, being preferred in general.
  • FIG. 2B shows a further example of a number of anchoring structures 12 (as described in FIG. 2) which have been introduced by means of laser radiation.
  • the anchoring structures 12, which are introduced by means of laser radiation, are preferably introduced as trenches with walls that are as parallel as possible. This method also allows the introduction of macroscopic undercuts H in the anchoring structures 12.
  • FIG. 2C shows another example of a plurality of anchoring structures 12 (as described in FIG. 2), which have been introduced using an eroding process. In this way, almost randomly distributed structures are formed, which are preferably formed as fissured as possible. These could also be produced by an etching process, for example.
  • anchoring structures 12 are each formed such that they run obliquely in opposite directions.
  • a frame unit 13 made of a second material B is applied to the bottom unit on the top side 11 .
  • An exemplary embodiment of a battery receiving device 100 produced in the manner according to the invention is shown in FIG.
  • the battery receiving device 100 shown has the base unit 10 made from the first material A and the frame unit 13 made from a second material B.
  • the frame unit is arranged as a completely surrounding frame on the upper side 11 of the base unit 10 .
  • the frame unit 13 can also have functional elements 16 in addition to the peripheral frame. In the exemplary embodiment shown, these are designed as stiffening ribs 16a and intermediate webs 16b.
  • the space between the intermediate webs 16b offers a receiving area for batteries or battery cells (not shown).
  • Lower parts or areas of the frame unit 13 are designed as an anchor or anchors 14 according to the detailed view of FIG. 3 , these anchors 14 being designed to correspond to the anchoring structures 12 .
  • anchors 14 are cast or inserted into the anchoring structures 12 so that the anchors 14 fill the anchoring structures 12 in a form-fitting manner. Or in other words, so that the anchoring structures 12 surround the anchors 14 in a form-fitting manner.
  • the second material B is at least partially (or locally) or completely liquefied or melted by supplying heat. Molten parts of this second material B can flow in/around the anchoring structures 12 in this way and fill and/or surround them for connecting the frame unit 13 to the floor unit 10 .
  • the second material B solidifies in and/or around the anchoring structures 12 and the frame unit 13 is connected to the base unit 10 in a fixed and form-fitting manner and in a fluid-tight manner.
  • the first material A and the second material B are preferably selected in such a way that no alloying of the two materials occurs. In this way, the mechanical properties of the connection between the base unit and the frame unit can be checked. In contrast to this, an alloy between the units would possibly be disadvantageous, since an alloy formed in this way could lead to locally undefined material properties along the connection of the units.
  • Fig. 4 another embodiment of a base unit 10 is shown.
  • the base unit 10 is configured in such a way that fluid guide devices 20a, 20b can be attached.
  • the fluid guide device 20a is designed with means 21 for supplying and/or discharging a fluid.
  • the means 21 can be designed as appropriate connections (e.g. for attaching appropriate inlet or outlet hoses).
  • the fluid guide devices 20a, 20b also have corresponding fluid deflection devices 22, which are designed to be introduced (inserted) into the fluid channels 15.
  • the fluid deflection devices 22 can be connected to the fluid channels in such a way that fluid is deflected from a first fluid channel 15 into a second fluid channel 15 , the fluid deflection devices 22 forming a fluid guide with central webs of the base unit 10 .
  • the fluid channels 15 of the base unit 10 can be flushed through in a meandering manner, for example, resulting in a fluid path that is many times longer than a longitudinal extension of the base unit 10 or the battery holder 100.
  • the base unit 10 or the battery receiving device 100 can be cooled or tempered (possibly also heated).
  • FIGS. 5A to 5D a sequence of a manufacturing method of a battery receiving device with a tool 200 is shown schematically.
  • the tool 200 is a closing unit or mold of an injection molding system.
  • the pluggable fluid guide devices 20 (cf. FIG. 4 ) are placed on slides 210 and the base unit 10 is placed in the tool 200 .
  • the anchoring structures 12 are formed in the upper side 11 of the base unit 10 by means of a laser L in this exemplary embodiment.
  • the surface treatment takes place here directly in the tool 200 (casting mold).
  • the anchoring structures 12 are only (or exclusively) arranged in a region PI of the top 11 (and not on the entire top 11).
  • the fluid guiding devices 20 are pushed (pressed) onto the base unit 10 by means of the slides 210 such that the fluid deflecting devices 22 engage in the fluid channels 15 (cf. also FIG. 4).
  • the areas P1, P2 in which the anchoring structures 12 are arranged then (together) form the projection surface P of the frame unit 13 to be applied in a subsequent step.
  • the fluid guide devices 20 may first be pushed (pressed) onto the base unit 10 and for the anchoring structure 12 to be formed (only) thereafter.
  • FIG. 5D shows an exemplary embodiment of how the overall structure of the battery receiving device 100 is cast.
  • the second material B for forming the frame unit 13 is melted and filled (injected) into the forming cavity (mold) of the tool 200 through the feeder 220 (e.g. nozzle).
  • the second material B fills the cavity and also fills and/or surrounds the anchoring structures 12 of the base unit 10 (and possibly the fluid guide devices 20).
  • further functional elements 16 such as stiffening ribs 16a and/or intermediate webs 16b and/or screw-on elements 16c can be formed.
  • the screw-on elements 16c can be designed and arranged, for example, for the assembly of a cover for closing the battery receiving device.
  • the functional elements 16 can be arranged both on the top and, under certain circumstances, on the underside of the base unit 10 .
  • FIG. 6 shows a perspective view of an exemplary embodiment of the battery receiving device 100 within the cavity of the tool 200 .
  • the illustration of FIG. 6 is essentially similar to the situation illustrated in FIG. 5D, with the difference that the battery receiving device 100 according to the exemplary embodiment in FIG. 6 has no fluid guiding devices.
  • FIG. 6 shows an exemplary embodiment of a frame unit 13 with intermediate webs 16b and reinforcing ribs 16a on the upper side 11 of the base unit 10 .
  • FIG. 6 shows how the (melt) feed 220 of the tool 200 is arranged. Furthermore, the cavity of the tool 200 can have overflow and/or venting devices 230, for example.
  • the second material B for forming the frame unit 13, which is supplied via the feed 220, is preferably a magnesium alloy, preferably a refractory magnesium alloy, or an aluminum or plastic alloy.
  • the second material B can preferably include the following:
  • carbon (C) 0.1% to 5.0% by weight carbon (C), preferably 0.2% to 4.0% by weight, more preferably 0.5% to 3.5% by weight carbon (C);
  • Y yttrium
  • Zn zinc
  • Mn manganese
  • Mg magnesium
  • the frame unit 13 is particularly robust and comparatively light. In addition, it has a high ignition resistance.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieaufnahmeeinrichtung (100) für eine oder mehrere Batterien oder Batteriezellen eines Elektromotors für ein Fahrzeug, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Bodeneinheit (10) aus einem ersten Material (A); b) Ausbilden einer Vielzahl von Verankerungsstrukturen (12) auf der Oberseite (11) und/oder einer weiteren Seite der Bodeneinheit (10); c)Aufbringen einer Rahmeneinheit (13) aus einem zweiten Material (B) auf die Bodeneinheit (10), wobei das zweite Material (B) zum Aufbringen auf die Bodeneinheit (10) zumindest teilweise oder vollständig durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen wird, derart dass ein Teil des verflüssigten bzw. geschmolzenen zweiten Materials (B) die Verankerungsstrukturen (12) befüllt und/oder umgibt; d) Kühlen der Bodeneinheit (10) und der Rahmeneinheit (13), wobei das zweite Material (B) in und/oder um den Verankerungsstrukturen (12) zu einer Verankerung (14) erstarrt.

Description

Batterieaufnahmeeinrichtung und Verfahren zum Herstellen einer
Batterieaufnahmeeinrichtung
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieaufnahmeeinrichtung gemäß Patentanspruch 1 sowie eine Batterieaufnahmeeinrichtung gemäß Patentanspruch 17.
Gegenwärtig gewinnt die Elektromobilität zunehmend an Bedeutung im Rahmen der angestrebten Verkehrswende. Landfahrzeuge wie Automobile oder Sonderfahrzeuge aber auch Luftfahrzeuge wie Flugzeuge, Drohnen oder Helicopter oder Wasserfahrzeuge mit elektronischen Antrieben werden immer gefragter und sollen brennstoffbasierte Antriebe in naher Zukunft möglichst vollständig ersetzen. Hinlänglich bekannt ist dabei die Problematik mit der Energiedichte der eingesetzten Batterien bzw. Akkus, die mit einer (im Vergleich zu brennstoffbasierten Antrieben) vergleichsweise geringen Reichweite einhergeht. Nachteilig ist bisher auch das vergleichsweise hohe Gewicht der Batterien bzw. Akkus für die Elektromotoren. Da zumindest bisher keine vielversprechenden Ansätze bestehen, das Gewicht der zellchemischen Bestandteile der Batterien drastisch zu reduzieren, werden verschiedene Ansätze verfolgt, das Gewicht von Batterieaufnahmen bzw. Batteriegehäusen zu reduzieren. Üblicherweise dient dabei eine Art Wanne zur Aufnahme von Batterie-Paketen (Pack to Cell) oder direkt von Zellen (Cell to Pack). Eine derartige Wanne muss die Zellen temperieren sowie mechanisch schützen. Gleichzeitig soll die Wanne natürlich leicht sein, um bei Gebrauch nicht unnötig Energie zu verbrauchen. Problematisch hat sich dabei bisher in entsprechenden Herstellungsverfahren derartiger Wannen erwiesen, dass Wannen, die die Zellen zwar vergleichsweise gut kühlen und schützen (beispielsweise im Falle eines Unfalls), häufig nicht besonders leicht sind oder auch nicht eben genug gestaltet werden können, um eine flächige Auflage der Zellen in der Wanne zu ermöglichen. Insbesondere für eine effektive Temperierung (Kühlung/Heizung) der Batterien ist jedoch eine flächige Auflage von großem Vorteil. Außerdem werden so Verspannungen in den Batterien vermieden. Verschiedene Nachbearbeitungsschritte sind bei den gängigen Verfahren dementsprechend notwendig, um eine ebene Auflagefläche in einer entsprechenden Batterieaufnahme zu erhalten. Bisher werden auch Ansätze verfolgt, derartige Wannen vollständig mittels Druckgussverfahren herzustellen, wobei hierbei jedoch Anlagen mit extrem hohen Schließkräften von ca. 5.000 t benötigt werden, um den Ansprüchen an die komplexen Geometrien einer Batterieaufnahmeeinrichtung zu genügen. Derartige Anlagen mit entsprechend hohen Schließkräften gibt es weltweit jedoch nur in äußert geringer Stückzahl, da diese Anlagen ganze Hallen füllen und extrem teuer sind.
Im Lichte der obenstehenden Ausführungen besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung folglich darin, ein Herstellungsverfahren für eine Batterieaufnahmeeinrichtung bereitzustellen, das kostengünstig ist und lediglich geringen technischen Aufwand erfordert und eine Notwendigkeit von Nachbearbeitungen drastisch reduziert. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterieaufnahmeeinrichtung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile überwindet.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieaufnahmeeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie einer Batterieaufnahmeeinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 17 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Insbesondere wird die Erfindung gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieaufnahmeeinrichtung für eine oder mehrere Batterien oder Batteriezellen eines Elektromotors für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen einer Bodeneinheit aus einem ersten Material; b) Ausbilden einer Vielzahl von Verankerungsstrukturen auf der Oberseite und/oder einer weiteren Seite der Bodeneinheit; c) Aufbringen einer Rahmeneinheit aus einem zweiten Material auf die Bodeneinheit, wobei das zweite Material zum Aufbringen auf die Bodeneinheit zumindest teilweise oder vollständig durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen wird, derart dass ein Teil des verflüssigten bzw. geschmolzenen zweiten Materials die Verankerungsstrukturen, insbesondere formschlüssig, befüllt und/oder umgibt; d) Kühlen der Bodeneinheit und der Rahmeneinheit, wobei das zweite Material in und/oder um den Verankerungsstrukturen zu einer Verankerung erstarrt.
Ein wichtiger Gedanke der Erfindung besteht darin, eine Möglichkeit bereitzustellen, vergleichsweise leichte aber sehr robuste Batterieaufnahmeeinrichtungen bereitzustellen möglichst einfach und kostengünstig herzustellen. Vorzugsweise soll die Batterieaufnahmeeinrichtung zumindest teilweise in einem Spritzgussverfahren und/oder Druckgussverfahren hergestellt werden. Entscheidend hier ist jedoch, dass der vorgeschlagene Ansatz vorsieht, einen Boden bzw. die Bodeneinheit der Batterieaufnahmeeinrichtung als separates Element bereitzustellen und einen Rahmen (der zusammen mit der Bodeneinheit die Batterieaufnahmeeinrichtung im Wesentlichen bildet) auf diese Bodeneinheit aufzuspritzen oder aufzugießen oder mit dieser zumindest teilweise zu verschmelzen. Gegebenenfalls kann die Bodeneinheit auch zumindest teilweise (oder vollständig) umspritzt oder umgossen werden. Hierfür können die Verankerungsstrukturen beispielsweise auf einer oder mehreren weiteren Seiten (linke Seite, rechts Seite, Unterseite) eingebracht werden. Dadurch, dass der Boden separat bereitgestellt wird, wird eine nötige Schließkraft von entsprechenden Spritzgussanlagen, um den Rahmen aufzugießen oder aufzuspritzen vergleichsweise gering, sodass auch kleinere Anlagen in der Lage sind, diese Schließkraft aufzubringen. Idealerweise wird der Boden bzw. die Bodeneinheit bereits dergestalt bereitgestellt, dass hier in Bezug auf eine Ebenheit des Bodens (zur Auflagerung der Batterien, Akkus oder Batteriezellen) wenige oder keine Nachbearbeitungsschritte anfallen.
Unter einem Fahrzeug für das (in dem) die erfindungsgemäße Batterieaufnahmeeinrichtung verwendbar ist, wird vorliegend jedwede Art von Fahrzeugen, insbesondere Land-, Luft- und Wasserfahrzeuge (mit Elektroantrieb) verstanden. Insbesondere werden hierunter beispielsweise Elektroautomobile verstanden. In einer Ausführungsform ist die Bodeneinheit als ein, insbesondere integrales, Strangpressprofilelement ausgebildet, das vorzugsweise mehrere (getrennte) Fluidkanäle aufweist.
Strangpressprofilelemente, z.B. aus Aluminium, sind kostengünstig und schnell zu fertigen. Durch ihr Herstellverfahren (Strangpressen) bieten die Profile von Haus aus eine sehr ebene (flache) Oberfläche bzw. Oberseite, die ohne Nachbearbeitung einen ebene Auflage für Batterien oder Akkus in der Batterieaufnahmeeinrichtung bietet. Unterschiedliche Höhen oder Wandstärken sind leicht und flexibel realisierbar ebenso wie unterschiedliche Längen oder Breiten des Strang presspro- filelements. Insgesamt lässt sich also auf sehr einfache Art und Weise ein besonders ebener Boden erzielen bei zusätzlicher oder gleichzeitiger Flexibilität im Hinblick auf die Dimensionierungen.
In einer Ausführungsform umfasst der Schritt b) zum Ausbilden einer Vielzahl von Verankerungsstrukturen mindestens eines aus einer Laserbearbeitung, einem Erodierverfahren, einem spanabhebenden Verfahren und einem Walzverfahren.
Die genannten Oberflächenbearbeitungsverfahren erlauben eine möglichst präzise Anordnung und Ausbildung der Verankerungsstrukturen. Durch die Präzision wird gewährleistet, dass die Oberseite der Bodeneinheit ausschließlich an Stellen bearbeitet wird, an der ein Teil des Rahmens aufgebracht werden soll (exakt auf bzw. in der Projektionsfläche des Rahmeneinheit verteilt und nicht außerhalb). Insofern wird die Ebenheit des Bodens bzw. der Oberseite der Bodeneinheit im Inneren der Batterieaufnahmeeinrichtung hierdurch verbessert bzw. gewährleistet.
In einer Ausführungsform werden die Verankerungsstrukturen so ausgebildet, dass sie jeweils eine maximale Breite zwischen 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm auf der (Ober-)seite der Bodeneinheit aufweisen und/oder jeweils eine maximale Tiefe und/oder Höhe zwischen 0,1 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm in die Oberfläche der Bodeneinheit hinein aufweisen. In alternativen Ausführungsformen, in denen die Verankerungsstrukturen beispielsweise durch Fräsen oder Walzen eingebracht werden, kann eine maximale Breite der Verankerungsstrukturen auch ggf. ca. 1 mm aufweisen. Auf diese Weise werden die Verankerungsstrukturen (zumindest abschnittsweise oder bereichsweise) als Verankerungsausnehmungen und/oder (zumindest abschnittsweise oder bereichsweise) als Verankerungsvorsprung ausgebildet.
Durch die vergleichsweise kleinen Dimensionierungen der Verankerungsstrukturen wird ermöglicht, eine Vielzahl dieser Strukturen (Ausnehmungen und/oder Vorsprünge) anzuordnen - beispielsweise mehrere (mehr als 10, vorzugsweise mehr als 20) pro Quadratzentimeter. So wird eine starke Verbindung zwischen Rahmeneinheit und Bodeneinheit geschaffen.
In einer Ausführungsform werden die Verankerungsstrukturen mit einem Hinterschnitt ausgebildet, insbesondere derart, dass eine jeweilige Verankerungsstruktur mindestens ein Bereich aufweist, der breiter ausgebildet ist, als ein Bereich (beispielsweise eine Öffnung) der jeweiligen Verankerungsstruktur auf Oberseite der Bodeneinheit und/oder derart, dass mehrere Verankerungsstrukturen (beispielsweise paarweise) entgegengesetzt schräg verlaufend ausgebildet sind.
So wird auf einfache Art und Weise eine fugenlose und untrennbare (monolithische) Verbindung zwischen Bodeneinheit und Rahmeneinheit mit hoher Verbindungssteifigkeit geschaffen. Die Verbindung zwischen Rahmeneinheit und Bodeneinheit wird dadurch besonders stabil gegen Verformung (beispielsweise durch einen Auffahrunfall) oder auch gegen Erschütterungen (beispielsweise in einem normalen Fährbetrieb), so dass Batterien, die im Inneren der Batterieaufnahmeeinrichtung angeordnet werden, gut geschützt und gelagert sind. Zudem wird eine fugenlose und spaltfreie Fügung ermöglicht, sodass die Batterieaufnahmeeinrichtung fluiddicht ist. Somit wird (auch) eine effektive und effiziente Kühlung (oder Heizung) der Batterieaufnahmeeinrichtung ermöglicht und/oder unterstützt.
Gemäß einer Ausführungsform werden die Vielzahl von Verankerungsstrukturen in Schritt b), in einem Bereich angeordnet, der einer Projektionsfläche der in Schritt c) aufzubringenden Rahmeneinheit entspricht. Besonders bevorzugt werden die Verankerungsstrukturen ausschließlich in dem Bereich der Projektionsfläche der Rahmeneinheit angeordnet.
Durch die spezielle Anordnung der Verankerungsstrukturen bleibt die Ebenheit des unbearbeiteten Bodens (Bereich der Oberseite in dem keine Verankerungs- Strukturen ausgebildet werden/wurden) erhalten, sodass keine Nachbearbeitungsschritte wie Fräsen, CNC-Bearbeitung oder dergleichen nötig sind, um ein Inneres der Batterieaufnahmeeinrichtung zu bearbeiten und eine möglichst flache Auflagefläche für die Batterien zu erhalten. Insofern wird hiermit eine effiziente Kühlung bzw. Temperierung unterstützt.
In einer Ausführungsform umfasst der Schritt c), dass das zweite Material zum Aufbringen der Rahmeneinheit auf und/oder um die Bodeneinheit gegossen und/oder gespritzt wird. Besonders bevorzugt wird hierbei ein Spritzgussverfahren oder Druckgussverfahren.
Dies erlaubt eine kostengünstige Anfertigung in großer Stückzahl. Gleichzeitig kann die Geometire der Rahmeneinheit mehr oder weniger frei gewählt werden. Die notwendige Schließkraft einer Gussform ist das Produkt aus der Projektionsfläche des zu fertigenden Bauteils inkl. Gießsystem (Bauteil samt Anguss, Überläufen und Entlüftungskanälen) und dem Gießdruck. Durch das Einlegen einer (fertigen) Bodeneinheit in die Gussform wird gemäß dem hier beschriebenen Verfahren lediglich die Rahmeneinheit (mit vergleichsweise geringer Projektionsfläche) aufgespritzt. Somit wird die benötigte Schließkraft drastisch reduziert, da die Kraft nur für das Spritzgießen der Rahmeneinheit aufgebracht werden muss. Bevorzugt werden daher Geometrien einer Rahmeneinheit, die eine Projektionsfläche aufweist, die maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% der Oberseite der Bodeneinheit entsprechen. Daher wird gemäß dem hier beschriebenen Verfahren lediglich eine vergleichsweise geringe Schließkraft der Gussform der Spritzgießanlage benötigt, z.B. nach dem hier beschriebenen Verfahren lediglich zwischen 850 t und 1000 t. Herkömmliche Verfahren, in dem eine Batterieaufnahmeeinrichtung vollständig (also beispielsweise mit Boden und Rahmen) gespritzt werden, sind bis zu 5000 t notwendig. Die vorliegende Erfindung erlaubt also die Herstellung mit wesentlich kleineren und günstigeren Anlagen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt c), mindestens eines oder mehrere Funktionselemente der Rahmeneinheit zu formen.
Durch das direkt in den Gießvorgang integrierte Formen (weiterer) Funktionselemente (wie Verstärkungsrippen oder Anschraubelemente) wird das Herstellverfahren weiter vereinfacht, da die Elemente nicht in nachfolgenden Schritten montiert oder gefertigt werden müssen. Eine direkte Anformung ermöglicht zudem auch eine fugenlose und spaltfreie Verarbeitung, was eine effektive und effiziente Kühlung der Batterieaufnahmeeinrichtung unterstützt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfassen diese Funktionselemente mindestens eines aus einem oder mehreren Anschraubelementen (beispielsweise zur Montage eines Deckels), einem oder mehreren Zwischenstegen, einer oder mehrerer (Versteifungs-)Rippen und einer oder mehrere Kabel- und/oder Leiterbahnführungen.
Auch auf diese Weise werden entsprechende Nachbearbeitungsschritte und somit der Aufwand reduziert. Dies erlaubt eine einfache, kostengünstige und insbesondere schnelle Fertigung der Batterieaufnahmeeinrichtung.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Material im Wesentlichen Aluminium und/oder das zweite Material umfasst im Wesentlichen eine Magnesiumlegierung, vorzugsweise eine feuerfeste Magnesiumlegierung, und/oder Kunststoff, oder Aluminiumlegierungen.
Die Verwendung von Aluminium in der Bodeneinheit ermöglicht eine gute Wärmeleitung. Die Kühlleistung oder ggf. Heizleistung kann somit unterstützt werden (bei vergleichsweise geringem Gewicht des Bauteils). Zudem weist Aluminium eine hohe Festigkeit und hohe thermische Beständigkeit, bzw. Leitfähigkeit auf. Für die Verwendung der Rahmeneinheit wird Magnesium bzw. Magnesiumlegierungen oder Kunststoff bevorzugt. Insgesamt tragen diese Materialien auf Grund ihrer geringen Dichte dazu bei, Gesamtgewicht der Batterieaufnahmeeinrichtung einzusparen.
Gemäß einer (alternativen) Ausführungsform umfasst der Schritt c), dass die Rahmeneinheit zumindest teilweise als ein Fertigbauteil, insbesondere als ein 3D- Druck Fertigbauteil oder ein Spritzguss Fertigbauteil, bereitgestellt wird. Bevorzugt wird das Fertigbauteil direkt auf die Bodeneinheit aufgestellt.
In einer Ausführungsform kann das Fertigbauteil der Rahmeneinheit Flammschutzmittel aufweisen, insbesondere mit Flammschutzmitteln beschichtet sein. Dadurch wird eine Zündtemperatur der Rahmeneinheit erhöht und somit die Sicherheit weiter verbessert. Die Vorabfertigung einer Rahmeneinheit kann für Kleinserien kosteneffizient sein. Eine entsprechende Rahmeneinheit (oder Teile hiervon) die mittels 3D-Druck hergestellt werden, können zudem beliebig komplex ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt c), dass das zweite Material des Fertigbauteils teilweise bzw. lokal, insbesondere an einer mit der Bodeneinheit in Kontakt stehenden oder bringbaren Seite, durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen wird.
Dies erlaubt eine einfache und schnelle sowie fugenlose Fügung zwischen Rahmeneinheit und Bodeneinheit.
In einer Ausführungsform umfasst der Schritt c), dass ein lokales Schmelzen der Rahmeneinheit durch ein (Be-)Heizen der Bodeneinheit erfolgt.
Durch das Schmelzen des Rahmenteils direkt mittels der beheizten Bodeneinheit, wird eine räumliche Nähe zwischen Bodeneinheit und Rahmeneinheit gewährleistet. Auf diese Weise wird es vorteilhafterweise vermieden, dass Teile der angeschmolzenen Rahmeneinheit abkühlen, bevor sie mit der Bodeneinheit in Kontakt gelangen. Insofern wird das Verfahren hiermit effizient beschleunigt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Schritt c), dass geschmolzene Teile der Rahmeneinheit mit der Bodeneinheit verpresst werden, sodass die (lokal) geschmolzenen Teile der Rahmeneinheit die Verankerungsstrukturen der Bodeneinheit formschlüssig ausfüllen oder umgeben. Unter Umständen kann das Fertigbauteil der Rahmeneinheit in einem Schritt (von Schritt c)) ganz oder teilweise (zusätzlich) umgossen bzw. umspritzt werden. Alternativ kann (muss) keine weitere Bearbeitung (wie z.B. Umgießen, Überspritzen) des Fertigbauteils erfolgen.
So wird auf einfache Art und Weise eine fugenlose und untrennbare (monolithische) Verbindung zwischen Bodeneinheit und Rahmeneinheit geschaffen. Die Verbindung zwischen Rahmeneinheit und Bodeneinheit wird dadurch besonders stabil gegen Verformung (beispielsweise durch einen Auffahrunfall) oder auch gegen Erschütterungen (beispielsweise in einem normalen Fährbetrieb), so dass Batterien, die im Inneren der Batterieaufnahmeeinrichtung angeordnet werden, gut ge- schützt und gelagert sind. Zudem wird eine fugenlose und spaltfreie Fügung ermöglicht. Dies erlaubt eine effektive und effiziente Kühlung der Batterieaufnahmeeinrichtung.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Material im Wesentlichen Aluminium und/oder umfasst das zweite Material (B) im Wesentlichen Kunststoff, vorzugsweise faserverstärkten Kunststoff und/oder carbonverstärkten Kunststoff.
Die Verwendung von Aluminium in der Bodeneinheit ermöglicht eine gute Wärmeleitung. Die Kühlleistung kann dadurch optimiert werden (bei vergleichsweise geringem Gewicht des Bauteils). Zudem weist Aluminium eine hohe Festigkeit und hohe thermische Beständigkeit bzw. Leitfähigkeit auf. Für die Verwendung der Rahmeneinheit wird im Falle eines Fertigbauteils Kunststoff bevorzugt. Kunststoff ist vergleichsweise leicht, sodass ein geringes Gesamtgewicht der Batterieaufnahmeeinrichtung ermöglicht wird. Faserverstärkungen im Kunststoff können die Stabilität auf einfache Art und Weise erhöhen. Carbonverstärkungen im Kunststoff ermöglicht es, umliegende Geräte nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte zu stören. Gleichzeitig wird auch das Innere der Batterieaufnahmeeinrichtung auf diese Weise besser von dem Umfeld abgeschirmt. Eine „Carbonverstärkung" kann z.B aus in die Kunststoffmatrix eingebrachten Kohlenstofffasern bestehen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform werden die Schritte a) bis d) in einer Presse oder einer Gussform einer Spritzgießanlage durchgeführt. Alternativ kann ggf. nur Schritt b) vorab erfolgen.
Die Durchführung aller Verfahrensschritte direkt in der Gussform ist vorteilhafter Weise möglich. Dadurch kann das Verfahren vergleichsweise schnell durchgeführt werden. Beispielsweise können die Verankerungsstrukturen direkt in der Gussform mit einem Bearbeitungslaser ausgebildet werden. Andererseits ist es auch möglich die Oberflächenbearbeitung der Bodeneinheit vorab auszuführen. Dies kann beispielsweise von Vorteil sein, wenn der selbe Typ Bodeneinheit für unterschiedliche Typen (z.B. unterschiedliche Geometrien) von Rahmeneinheiten verwendet wird.
In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt zum Aufstecken und/oder Einpressen von Fluidleiteinrichtungen auf bzw. in die Fluidkanäle der Bodeneinheit. Vorzugsweise können auf und/oder in den Fluidleiteinrichtungen (auch) Verankerungsstrukturen ausgebildet werden (in Schritt b)). Weiter vorzugsweise können (in Schritt c)) die Fluideinrichtungen mit dem zweiten Material umspritzt bzw. umgossen werden (sodass die Fluidleiteinrichtungen fest mit der (monolithischen) Batterieaufnahmeeinrichtung verbunden sind). Damit lassen sich weitere Nachbearbeitungsschritte reduzieren. Insbesondere sind die Fluidleiteinrichtungen dazu ausgebildet, die Fluidkanäle der Bodeneinheit miteinander (in Reihe) zu verbinden, sodass ein Weg, den das Fluid in der Bodeneinheit bei einer Durchspülung zurücklegt, vergrößert wird. Auf diese Weise kann eine Temperierung verbessert werden. Alternativ oder zusätzlich können die Fluidleiteinrichtungen Anschlüsse für Zu-und/oder Ablauf aufweisen.
Die Aufgabe der Erfindung wird ferner insbesondere gelöst durch eine (monolithische) Batterieaufnahmeeinrichtung für ein Fahrzeug, insbesondere hergestellt durch ein Verfahren wie vorab beschrieben, wobei die Batterieaufnahmeeinrichtung Folgendes aufweist:
- eine Bodeneinheit aus einem ersten Material, die auf einer Oberseite und/oder einer weiteren Seite eine Anordnung einer Vielzahl an Verankerungsstrukturen aufweist;
- eine Rahmeneinheit aus einem zweiten Material, die bereichsweise als umlaufender, insbesondere vollständig umlaufender, Rahmen auf der Oberseite der Bodeneinheit angeordnet ist, wobei Rahmeneinheit eine Vielzahl von Verankerungen aufweist, die jeweils eine entsprechende Verankerungsstruktur der Vielzahl von Verankerungsstrukturen der Bodeneinheit formschlüssig ausfüllen und/oder umgeben.
Mit der erfindungsgemäßen Batterieaufnahmeeinrichtung lassen sich dieselben Vorteile erzielen, wie sie bereits in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren beschrieben wurden. Es sei zudem darauf hingewiesen, dass die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschriebenen Merkmale auch auf die erfindungsgemäße Batterieaufnahmeeinrichtung zutreffen. Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens sind auf die erfindungsgemäße Batterieaufnahmeeinrichtung übertragbar, indem die Batterieaufnahmeeinrichtung entsprechenden der Verfahrensmerkmale ausgebildet ist. In einer Ausführungsform ist die Bodeneinheit als ein, insbesondere integrales, Strangpressprofilelement ausgebildet, das vorzugsweise mehrere Fluidkanäle zur Durchspülung bzw. zur Fluidkühlung der Bodeneinheit aufweist.
In einer Ausführungsform weist die Rahmeneinheit 13 eine Projektionsfläche auf, die maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% der Oberseite der Bodeneinheit einnimmt.
Auf diese Weise lassen sich die benötigten Schließkräfte einer Spritzgussanlage gering halten, da nur ein geringer Angussdruck aufgebracht werden muss. Hierdurch lässt sich eine solche Batterieaufnahmeeinrichtung auch mit kleineren (und weit verbreiteten) Anlagen kostengünstig herstellen. Auf diese Weise ist beispielsweise lediglich eine Schließkraft zwischen 850 t und 1000 t notwendig.
In einer Ausführungsform weisen die Verankerungsstrukturen eine maximale Breite zwischen 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm auf der (Ober-)seite der Bodeneinheit auf und/oder jeweils eine maximale Tiefe oder Höhe zwischen 0,1 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm.
In einer Ausführungsform umfasst das erste Material im Wesentlichen Aluminium und/oder umfasst das zweite Material im Wesentlichen eine Magnesiumlegierung, insbesondere eine feuerfeste Magnesiumlegierung, oder eine Aluminiumlegierung und/oder das zweite Material umfasst Kunststoff, vorzugsweise faserverstärkten Kunststoff und/oder carbonverstärkten Kunststoff.
Nachfolgend wird die Erfindung auch hinsichtlich weiterer Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beschrieben, die anhand der Figuren näher erläutert werden. Die beschriebenen Merkmale und Merkmalskombinationen, wie nachfolgend in den Figuren der Zeichnung gezeigt und anhand der Zeichnung beschrieben, sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar, ohne dass damit der Rahmen der Erfindung verlassen wird. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Bodeneinheit gemäß eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 2 eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels zum Einbringen von Verankerungsstrukturen in einer Projektionsfläche P auf der Oberseite einer Bodeneinheit mittels eines Bearbeitungslasers;
Fig. 2A - 2C unterschiedliche Ausführungsbeispiele von Verankerungsstrukruren, die durch unterschiedliche Verfahren in die Bodeneinheit eingebracht worden sind;
Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Batterieaufnahmeeinrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel, sowie eine skizzierte Detailansicht zur formschlüssigen Verbindung von Rahmeneinheit und Bodeneinheit gemäß des Ausführungsbeispiels;
Fig. 4 ein Ausführungsbeispiel einer Bodeneinheit mit (aufsteckbaren) Fluidleiteinrichtungen zur Durchspülung der Bodeneinheit mit einem (Kühl-)fluid;
Fig. 5A - 5 Deinen schematischen Ablauf eines Herstellungsverfahrens einer Batterieaufnahmeeinrichtung mit einem Werkzeug gemäß eines Ausführungsbeispiels;
Fig. 6 eine schematische Innenansicht einer Gießform (Gießformkavität) zum Spritzgießen einer Rahmeneinheit auf eine Bodeneinheit gemäß eines Ausführungsbeispiels.
Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Gleichartige Elemente sind in der Beschreibung der Ausführungsbeispiele mit denselben Bezugszeichen versehen.
In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Bodeneinheit 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels dargestellt. Die Bodeneinheit 10 ist dabei als ein integrales Ele- ment ausgebildet, das zwei Hohlräume 15 aufweist, die sich entlang einer Längsrichtung der Bodeneinheit 10 erstrecken und jeweils offene Enden aufweisen. Die Hohlräume 15 sind dabei als Fluidkanäle 15 zur Spülung der Bodeneinheit 10 mit einem (Kühl-)Fluid ausgebildet, wie es in Fig. 1 durch die Pfeile beispielhaft skizziert ist. In einem Ausführungsbeispiel einer Bodeneinheit 10 einer Wanne für Elektromobile kann die Anzahl an Fluidkanälen z.B. zwischen 6 und 20 betragen, was sich der Größe der Wanne richtet. Generell folgt die Anzahl und Form der Kanäle thermodynamischen Berechnungen und ist frei wählbar.
Die Bodeneinheit 10 ist aus einem ersten Material A gefertigt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist die Bodeneinheit als ein Strangpressprofilelement aus Aluminium durch Strangpressen hergestellt.
Eine Höhe der Fluidkanäle 15 beträgt beispielsweise zwischen 1 und 15 mm. Alternativ oder zusätzlich beträgt eine Dicke der Wandstärken des Strangpressprofilelements 10 beträgt ca. 2 mm.
Besonders bevorzugt weist das Strangpressprofilelement eine Ebenheit, insbesondere auf der Oberseite 11, von höchstens +/- 0,8 mm bevorzugt +/- 0,2 mm auf.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 weist die Bodeneinheit in etwa eine Länge von 900 mm und eine Breite von etwa 760 mm auf. Alternative Dimensionierungen sind jedoch ohne weiteres möglich.
In alternativen Ausführungsbeispielen (nicht dargestellt), kann die Bodeneinheit 10 auch eine Bodenplatte (beispielsweise aus Aluminium) umfassen, die eine Oberseite der Bodeneinheit 10 bildet. Auf einer Unterseite der Bodenplatte können Fluidleitstrukturen zur Durchspülung mit einem Kühlfluid angeordnet werden - z.B. mittels einem entsprechend an der Bodenplatte angeordneten und durchspülbaren Kunststoff- und/oder Carbonelement.
In Fig. 2 ist ein Beispiel zum Einbringen von Verankerungsstrukturen 12 in der Bodeneinheit dargestellt.
Gemäß des Ausführungsbeispiels wird die Oberseite 11 der Bodeneinheit 10 mit einem Bearbeitungslaser bearbeitet. Hierfür wird mindestens ein Laserstrahl L des Bearbeitungslasers entlang einer Trajektorie bewegt. Die Trajektorie des Laserstrahls L ist dabei derart gewählt, dass nur die Bereiche der Oberfläche 11 in einer Fläche P (schraffierte Teile der Oberfläche 11) bearbeitet werden.
Die Fläche P entspricht dabei der Projektionsfläche (bzw. dem Grundriss) der Rahmeneinheit 13 (nicht dargestellt), die in einem nachfolgenden Schritt auf die Oberseite 11 aufbracht werden soll. Die Oberseite 11 der Bodeneinheit 10 erstreckt sich dabei in x-y Richtung und eine Höhe der Bodeneinheit 10 erstreckt sich in z-Richtung. Die Projektionsfläche P der Rahmeneinheit ist dabei der Grundriss der aufzubringenden Rahmeneinheit samt Zwischenstegen, Versteifungsrippen etc.
Die Eigenschaften des Laserstrahls L (Leistung, ggf. Pulsdauer, Strahlrichtung bzw. Trajektorie in x-y-z Richtung, Fokusgröße, etc.) sind dabei derart steuerbar, dass innerhalb der Projektionsfläche P Verankerungsstrukturen 12 in/auf die Oberseite 11 der Bodeneinheit eingebracht werden.
Beispielhafte Verankerungsstrukturen, die als Verankerungsausnehmungen 12 ausgebildet sind, sind skizzenhaft in der Detailansicht der Fig. 2 dargestellt. Die Detailansicht zeigt einen Querschnitt durch einen oberen Bereich der Bodeneinheit 10. Die Verankerungsausnehmungen 12 erstrecken sich von der Oberseite 11 vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht (in z-Richtung) in die Tiefe der Bodeneinheit 10. Die Tiefe der Verankerungsausnehmungen 12 ist dabei geringer als eine Wandstärke der Bodeneinheit 11, sodass keine Verbindung zu den Fluidkanälen 15 hergestellt ist.
Die Verankerungsstrukturen 12 können in entsprechenden Ausführungsbeispielen ähnlich oder identisch sein oder völlig unterschiedlich ausgebildet sein, wie dies in der gezeigten Detailansicht dargestellt ist. Insbesondere können die Verankerung sstrukturen als reine Verankerungsausnehmungen 12 (wie dargestellt) ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, Verankerungsvorsprünge 12 ausbilden.
Besonders bevorzugt weisen die Verankerungsstrukturen 12 jeweils einen Hinterschnitt H auf, wie es in der Detailansicht von Fig. 2 dargestellt ist. Dabei ist innerhalb der jeweiligen Verankerungsausnehmung 12 mindestens ein Bereich auf, der breiter ausgebildet ist, als eine Öffnung 12a der jeweiligen Verankerungsausnehmung 12 auf der Oberseite 11 der Bodeneinheit 10. Die Ausbildung des Hinterschnitts H kann dabei unter Umständen auch bereits durch mikroskopisch kleine lokale Materialunregelmäßigkeiten gebildet werden.
Fig. 2A zeigt ein Beispiel für mehrere Verankerungsstrukturen 12 (wie in Fig. 2 beschrieben), die mittels Walzen/Fräsen in die Bodeneinheit eingebracht sind. Insbesondere können dabei einzelne Verankerungsstrukturen 12 unterschiedliche (Öffnungs-)Winkel aufweisen, wobei im Allgemeinen spitze Winkel, insbesondere von unter 30°, vorzugsweise unter 20°, bevorzugt werden.
Fig. 2B zeigt ein weiteres Beispiel für mehrere Verankerungsstrukturen 12 (wie in Fig. 2 beschrieben), die mittels Laserstrahlung eingebracht worden sind. Die Verankerungsstrukturen 12 die mittels Laserstrahlung eingebracht werden, werden bevorzugt als Gräben mit möglichst parallelen Wänden eingebracht. Dieses Verfahren ermöglicht zudem ggf. auch die Einbringung von makroskopischen Hinterschnitten H in den Verankerungsstrukturen 12.
Fig. 2C zeigt ein weiteres Beispiel für mehrere Verankerungsstrukturen 12 (wie in Fig. 2 beschrieben), die mittels eines Erodierverfahrens eingebracht worden sind. Dabei werden nahezu zufällig verteilte Strukturen ausgebildet, die bevorzugt möglichst zerklüftet ausgebildet werden. Diese ließen sich beispielsweise auch durch ein Ätzverfahren erzeugen.
Die hier beschriebenen Verfahren zu Erzeugung der Verankerungsstrukturen können auch kombiniert werden.
Insbesondere ist es auch denkbar, dass mehrere Verankerungsstrukturen 12 (beispielsweise paarweise) jeweils entgegengesetzt schräg verlaufend ausgebildet sind.
Ggf. können auch mehrere Oberflächenbehandlungsmethoden kombiniert werden.
Gemäß des hier beschriebenen Verfahrens wird auf die Oberseite 11 eine Rahmeneinheit 13 aus einem zweiten Material B auf die Bodeneinheit aufgebracht. Ein Ausführungsbeispiel einer auf die erfindungsgemäße Weise hergestellten Batterieaufnahmeeinrichtung 100 ist in Fig. 3 dargestellt.
Die gezeigte Batterieaufnahmeeinrichtung 100 weist dabei die Bodeneinheit 10 aus dem ersten Material A und die Rahmeneinheit 13 aus einem zweiten Material B auf.
Gemäß des Ausführungsbeispiels ist die Rahmeneinheit als ein vollständig umlaufender Rahmen auf der Oberseite 11 der Bodeneinheit 10 angeordnet. Die Rahmeneinheit 13 kann neben dem umlaufenden Rahmen auch Funktionselemente 16 aufweisen. Diese sind in gezeigtem Ausführungsbeispiel als Versteifungsrippen 16a und Zwischenstege 16b ausgebildet.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bietet der Raum zwischen den Zwischenstegen 16b einen Aufnahmebereich für Batterien oder Batteriezellen (nicht dargestellt).
Untere Teile bzw. Bereiche der Rahmeneinheit 13 sind gemäß der Detailansicht von Fig. 3 als Verankerung bzw. als Verankerungen 14 ausgebildet, wobei diese Verankerungen 14 mit den Verankerungsstrukturen 12 korrespondierend ausgebildet sind.
Diese Verankerungen 14 sind dabei in die Verankerungsstrukturen 12 eingegossen bzw. eingefügt, sodass die Verankerungen 14 die Verankerungsstrukturen 12 formschlüssig ausfüllen. Oder in anderen Worten, sodass die Verankerungsstrukturen 12 die Verankerungen 14 formschlüssig umgeben.
Hierfür wird das zweite Material B zumindest teilweise (bzw. lokal) oder vollständig durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen. Geschmolzene Teile dieses zweiten Materials B können auf diese Weise in/um die Verankerungsstrukturen 12 fließen und diese zur Verbindung der Rahmeneinheit 13 mit der Bodeneinheit 10 befüllen und/oder umgeben.
Durch Abkühlen erstarrt das zweite Material B in und/oder um den Verankerungsstrukturen 12 und die Rahmeneinheit 13 ist fest und formschlüssig sowie fluiddicht mit der Bodeneinheit 10 verbunden. Vorzugsweise ist das erste Material A und das zweite Material B dabei so gewählt, dass es zu keiner Legierung der beiden Materialien kommt. Auf diese Weise lassen sich die mechanischen Eigenschaften der Verbindung zwischen Bodeneinheit und Rahmeneinheit kontrollieren. Im Gegensatz hierzu wäre eine Legierung zwischen den Einheiten ggf. nachteilig, da eine so entstehende Legierung entlang der Verbindung der Einheiten zu lokal Undefinierten Materialeigenschaften führen könnte.
In Fig. 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Bodeneinheit 10 dargestellt. Gemäß dieses Ausführungsbeispiels ist die Bodeneinheit 10 so konfiguriert, dass Fluidleiteinrichtungen 20a, 20b aufgesteckt werden können. Die Fluidleiteinrichtung 20a ist dabei gemäß des Ausführungsbeispiels mit Mitteln 21 zum Zuführen und/oder -Abführen eines Fluides ausgebildet. Die Mittel 21 können dabei als entsprechende Anschlüsse (z.B. zum Anbringen entsprechender Zulauf- oder Ablaufschläuche) ausgebildet sein.
Die Fluidleiteinrichtungen 20a, 20b weisen darüber hinaus entsprechende Fluidumlenkeinrichtungen 22 auf, die dazu ausgebildet sind, in die Fluidkanäle 15 eingebracht (eingesteckt) zu werden. Die Fluidumlenkeinrichtungen 22 können dabei derart mit den Fluidkanälen in Verbindung gebracht werden, dass eine Fluidumlenkung von einem ersten Fluidkanal 15 in einen zweiten Fluidkanal 15 erfolgt, wobei die Fluidumlenkeinrichtungen 22 mit Mittelstegen der Bodeneinheit 10 eine Fluidführung bilden. Auf diese Weise können die Fluidkanäle 15 der Bodeneinheit 10 beispielsweise mäandernd durchspült werden, sodass sich ein Fluidweg ergibt, der um ein Vielfaches länger ist, als eine Längserstreckung der Bodeneinheit 10 bzw. der Batterieaufnahmeeinrichtung 100.
Durch Spülen der Fluidkanäle 15 mit einem entsprechenden (Kühl-)fluid, lässt sich so die Bodeneinheit 10 bzw. die Batterieaufnahmeeinrichtung 100 kühlen bzw. temperieren (ggf. auch heizen).
In den Fig. 5A bis 5D wird schematische ein Ablauf eines Herstellungsverfahrens einer Batterieaufnahmeeinrichtung mit einem Werkzeug 200 gezeigt. In einem Ausführungsbeispiel ist das Werkzeug 200 eine Schließeinheit bzw. Gussform einer Spritzgießanlage. In einem ersten Schritt (Fig. 5A) werden die aufsteckbaren Fluidleiteinrichtungen 20 (vgl. Fig. 4) auf Schieber 210 gesteckt und die Bodeneinheit 10 in das Werkzeug 200 eingelegt.
Nachfolgend (Fig. 5B) werden in diesem Ausführungsbeispiel die Verankerungsstrukturen 12 in die Oberseite 11 der Bodeneinheit 10 mittels eines Lasers L ausgebildet. Die Oberflächenbearbeitung erfolgt hier direkt in dem Werkzeug 200 (Gussform). Wie vorab beschrieben, werden die Verankerungsstrukturen 12 nur (bzw. ausschließlich) in einem Bereich PI der Oberseite 11 (und nicht auf der gesamten Oberseite 11) angeordnet.
Es ist zudem ggf. möglich, die Verankerungsstrukturen 12 auch auf und/oder in den Fluidleiteinrichtungen 20 in einem Bereich P2 einzubringen.
Anschließend (Fig. 5C) werden die Fluidleiteinrichtungen 20 mittels der Schieber 210 auf die Bodeneinheit 10 geschoben (gepresst), derart, dass die Fluidumlenkeinrichtungen 22 in die Fluidkanäle 15 eingreifen (vgl. auch Fig. 4).
Die Bereiche Pl, P2 in denen die Verankerungsstrukturen 12 angeordnet sind, bilden sodann (gemeinsam) die Projektionsfläche P der in einem nachfolgenden Schritt aufzubringenden Rahmeneinheit 13.
Alternativ ist es auch möglich, dass die Fluidleiteinrichtungen 20 zunächst auf die Bodeneinheit 10 geschoben (gepresst) werden und die Ausbildung der Verankerungsstruktur 12 (erst) hiernach erfolgt.
In Fig. 5D ist ein Ausführungsbeispiel dargestellt, wie die Gesamtstruktur der Batterieaufnahmeeinrichtung 100 gegossen wird.
Das zweite Material B zur Ausbildung der Rahmeneinheit 13 wird geschmolzen und durch die Zuführung 220 (z.B. Düse) in die formgebende Kavität (Gussform) des Werkzeugs 200 gefüllt (gespritzt).
Das zweite Material B füllt hierfür die Kavität und füllt und/oder umgibt auch die Verankerungsstrukturen 12 der Bodeneinheit 10 (und ggf. der Fluidleiteinrichtungen 20). In diesem Schritt können weitere Funktionselemente 16 wie Versteifungsrippen 16a und/oder Zwischenstege 16b und/oder Anschraubelemente 16c ausgebildet werden. Die Anschraubelemente 16c können z.B für die Montage eines Deckels zum Verschließen der Batterieaufnahmeeinrichtung ausgebildet und angeordnet sein. Die Funktionselemente 16 können dabei sowohl auf der Oberseite als auch unter Umständen auf der Unterseite der Bodeneinheit 10 angeordnet werden.
In Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der Batterieaufnahmeeinrichtung 100 innerhalb der Kavität des Werkzeugs 200 gezeigt. Die Darstellung von Fig. 6 ist im Wesentlichen ähnlich zu in Fig. 5D dargestellten Situation, mit dem Unterschied, dass die Batterieaufnahmeeinrichtung 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 6 keine Fluidleiteinrichtungen aufweist. Darüber hinaus ist Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel einer Rahmeneinheit 13 mit Zwischenstegen 16b und Verstärkungsrippen 16a auf der Oberseite 11 der Bodeneinheit 10 zu entnehmen.
Fig. 6 ist zu entnehmen, wie die (Schmelz-)Zuführung 220 des Werkzeugs 200 angeordnet ist. Des Weiteren kann die Kavität des Werkzeugs 200 beispielsweise Überläuf- und/oder Entlüfteinrichtungen 230 aufweisen.
Das zweite Material B zur Ausbildung der Rahmeneinheit 13, das über die Zuführung 220 zugeführt wird, ist hier bevorzugt eine Magnesiumlegierung, vorzugsweise eine feuerfeste Magnesiumlegierung, oder eine Aluminium oder Kunststofflegierung.
Bevorzugt kann das zweite Material B Folgendes umfassen:
0.1 Gew.-% bis 5.0 Gew.-% Kohlenstoff (C), vorzugsweise 0.2 Gew.-% bis 4.0 Gew.-%, weiter vorzugsweise 0.5 Gew.-% bis 3.5 Gew.% Kohlenstoff (C);
1.0 Gew.-% bis 10 Gew.-% Aluminium (AI);
0.1 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Kalzium (Ca);
0.05 Gew.-% bis 2.0 Gew.-% Yttrium (Y); optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 6.0 Gew.-% Zink (Zn); optional mehr als 0.0 Gew.-% bis 1.0 Gew.-% Mangan (Mn); und einem Ausgleich an Magnesium (Mg) sowie einem Rest an unvermeidbaren Verunreinigungen.
Auf diese Weise ist die Rahmeneinheit 13 besonders robust und vergleichsweise leicht. Darüber hinaus weist sie eine hohe Zündfestigkeit auf.
Für Details zur mechanischen Verbindung zwischen Bodeneinheit 10 und Rahmeneinheit 13 mit entsprechenden Verankerungen 14 und Verankerungsstrukturen 12 sei auf die Ausführungen zu Fig. 2 verwiesen.
Bezuaszeichenliste
100 Batterieaufnahmeeinrichtung
10 Bodeneinheit
11 Oberfläche/Oberseite der Bodeneinheit
12 Verankerungsstrukturen
12a Öffnung
13 Rahmeneinheit
14 Verankerung(en) (Teile der Rahmeneinheit)
15 Fluidkanäle
16 Funktionselemente
20a, b (aufsteckbare) Fluidleiteinrichtung
21 Fluideinlass/-Auslass
22 Fluidumlenkeinrichtungen
200 Werkzeug
210 Schieber des Werkzeugs
A erstes Material (der Bodeneinheit)
B zweites Material (der Rahmeneinheit)
H Hinterschnitt
L Bearbeitungslaserstrahl
P Projektionsfläche des Rahmenteils

Claims

Ansprüche Verfahren zum Herstellen einer Batterieaufnahmeeinrichtung (100) für eine oder mehrere Batterien oder Batteriezellen eines Elektromotors für ein Fahrzeug, umfassend folgende Schritte: a) Bereitstellen einer Bodeneinheit (10) aus einem ersten Material (A); b) Ausbilden einer Vielzahl von Verankerungsstrukturen (12) auf der Oberseite (11) und/oder einer weiteren Seite der Bodeneinheit (10); c) Aufbringen einer Rahmeneinheit (13) aus einem zweiten Material (B) auf die Bodeneinheit (10), wobei das zweite Material (B) zum Aufbringen auf die Bodeneinheit (10) zumindest teilweise oder vollständig durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen wird, derart dass ein Teil des verflüssigten bzw. geschmolzenen zweiten Materials (B) die Verankerungsstrukturen (12) befüllt und/oder umgibt; d) Kühlen der Bodeneinheit (10) und der Rahmeneinheit (13), wobei das zweite Material (B) in und/oder um den Verankerungsstrukturen (12) zu einer Verankerung (14) erstarrt. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bodeneinheit (10) als ein, insbesondere integrales, Strangpressprofilelement ausgebildet ist, das vorzugsweise mehrere Fluidkanäle (15) aufweist. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Schritt b) zum Ausbilden der Vielzahl von Verankerungsstrukturen (12) mindestens eines aus einer Laserbearbeitung, einem Erodierverfahren, einem spanabhebenden Verfahren und einem Walzverfahren umfasst. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Verankerungsstrukturen (12) so ausgebildet werden, dass sie jeweils eine maximale Breite zwischen 0,05 und 0,8 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm auf der Oberseite (11) der Bodeneinheit (10) aufweisen und/oder jeweils eine maximale Tiefe und/oder Höhe zwischen 0,1 mm und 1 mm, vorzugsweise zwischen 0,2 mm und 0,4 mm aufweisen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verankerungsausstrukturen (12) mit einem Hinterschnitt (H) ausgebildet werden, insbesondere derart, dass eine jeweilige Verankerungsstruktur (12) mindestens ein Bereich aufweist, der breiter ausgebildet ist, als ein Bereich (12a) der jeweiligen Verankerungsstruktur (12) auf Oberseite (11) der Bodeneinheit (10) und/oder derart, dass mehrere Verankerungsstrukturen
(12) (beispielsweise paarweise) entgegengesetzt schräg verlaufend ausgebildet sind. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vielzahl von Verankerungsstrukturen (12) in Schritt b), vorzugsweise ausschließlich, in einem Bereich angeordnet werden, der einer Projektionsfläche (P) der in Schritt c) aufzubringenden Rahmeneinheit (13) entspricht. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Schritt c) umfasst, dass das zweite Material (B) zum Aufbringen der Rahmeneinheit
(13), vorzugsweise mittels Spritzguss, auf und/oder um die Bodeneinheit (10) gegossen bzw. gespritzt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, wobei der Schritt c) es umfasst, mindestens eines oder mehrere Funktionselemente (16) der Rahmeneinheit (10) zu formen. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Funktionselement (16) mindestens eines aus einem oder mehreren Anschraubelementen (16c), einem oder mehreren Zwischenstegen (16b), einer oder mehrerer (Versteifungs-)Rip- pen (16a) und einer oder mehrere Kabel- und/oder Leiterbahnführungen umfassen. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Material (A) im Wesentlichen Aluminium umfasst und/oder wobei das zweite Material (B) im Wesentlichen eine Magnesiumlegierung, vorzugsweise eine feuerfeste Magnesiumlegierung, Aluminiumlegierungen und/oder Kunststoff umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Schritt c) umfasst, dass die Rahmeneinheit (13) zumindest teilweise als ein Fertigbauteil, insbesondere als ein 3D-Druck Fertigbauteil oder ein Spritzguss Fertigbauteil, bereitgestellt wird, vorzugsweise auf die Bodeneinheit (10) aufgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Schritt c) umfasst, dass das zweite Material (B) des Fertigbauteils teilweise bzw. lokal, insbesondere an einer mit der Bodeneinheit in Kontakt stehenden oder bringbaren Seite, durch Wärmezufuhr verflüssigt bzw. geschmolzen wird. Verfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt c) umfasst, dass ein lokales Schmelzen der Rahmeneinheit (13) durch ein Heizen der Bodeneinheit (10) erfolgt. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Schritt c) umfasst, dass geschmolzene Teile der Rahmeneinheit (13) mit der Bodeneinheit (10) verpresst werden, sodass die geschmolzenen Teile der Rahmeneinheit (13) die Verankerungsstrukturen (12) der Bodeneinheit (10) formschlüssig ausfüllen oder umgeben. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das erste Material (A) im Wesentlichen Aluminium umfasst und/oder wobei das zweite Material (B) im Wesentlichen Kunststoff, vorzugsweise faserverstärkten Kunststoff und/oder carbonverstärkten Kunststoff, umfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schritte a) bis d) in einer Presse oder einer Gussform einer Spritzgießanlage durchgeführt werden oder ggf. nur Schritt b) vorab erfolgt. Batterieaufnahmeeinrichtung (100), vorzugsweise monolithische Batterieaufnahmeeinrichtung (100), für ein Fahrzeug, insbesondere hergestellt durch ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Folgendes aufweisend: - eine Bodeneinheit (10) aus einem ersten Material (A), die auf einer Oberseite (11) und/oder einer weiteren Seite eine Anordnung einer Vielzahl an Verankerungsstrukturen (12) aufweist;
- eine Rahmeneinheit (13) aus einem zweiten Material (B), die als umlaufender, insbesondere vollständig umlaufender, Rahmen auf der Oberseite (11) der Bodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei Rahmeneinheit (13) eine Vielzahl von Verankerungen (14) aufweist, die jeweils eine entsprechende Verankerungsstruktur (12) der Vielzahl von Verankerungsstrukturen (12) der Bodeneinheit (10) formschlüssig ausfüllen und/oder umgeben. Batterieaufnahmeeinrichtung (100) nach Anspruch 17, wobei die Bodeneinheit (10) als ein, insbesondere integrales, Strangpressprofilelement ausgebildet ist, das vorzugsweise mehrere Fluidkanäle (15) zur Durchspülung bzw. zur Fluidkühlung der Bodeneinheit (10) aufweist. Batterieaufnahmeeinrichtung (100) nach Anspruch 17 oder 18, wobei die Rahmeneinheit (13) eine Projektionsfläche (P) aufweist, die maximal 10%, vorzugsweise maximal 5% der Oberseite (11) der Bodeneinheit (11) einnimmt. Batterieaufnahmeeinrichtung (100) nach einem der Ansprüche 17 bis 19, wobei das erste Material (A) im Wesentlichen Aluminium umfasst und/oder das zweite Material (B) im Wesentlichen eine Magnesiumlegierung, insbesondere eine feuerfeste Magnesiumlegierung, oder eine Aluminiumlegierung umfasst, und/oder das zweite Material (B) Kunststoff, vorzugsweise faserverstärkten Kunststoff und/oder carbonverstärkten Kunststoff, umfasst.
PCT/EP2021/084833 2021-12-08 2021-12-08 Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung WO2023104304A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE112021008499.2T DE112021008499A5 (de) 2021-12-08 2021-12-08 Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung
PCT/EP2021/084833 WO2023104304A1 (de) 2021-12-08 2021-12-08 Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/EP2021/084833 WO2023104304A1 (de) 2021-12-08 2021-12-08 Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023104304A1 true WO2023104304A1 (de) 2023-06-15

Family

ID=79230601

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2021/084833 WO2023104304A1 (de) 2021-12-08 2021-12-08 Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE112021008499A5 (de)
WO (1) WO2023104304A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016054751A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Woodwelding Ag Anchoring a joining element in an object
DE102019134937A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Kautex Textron Gmbh & Co. Kg Batterieschale, Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016054751A1 (en) * 2014-10-09 2016-04-14 Woodwelding Ag Anchoring a joining element in an object
DE102019134937A1 (de) * 2019-12-18 2021-06-24 Kautex Textron Gmbh & Co. Kg Batterieschale, Traktionsbatterie und Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
DE112021008499A5 (de) 2024-10-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102018104723B4 (de) Eine kraftfahrzeugstrukturkomponente und ein herstellungsverfahren
EP3655272A1 (de) Generativ gefertigte batteriehalterung
DE112018005556T5 (de) Batterieträger-bodenbaugruppe für elektrofahrzeuge
DE102007054723B4 (de) Formteil
DE202017100043U1 (de) Einstückige Schürze mit integriertem Energieaufnehmer
DE102012016309B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Sandwichplatte sowie Sandwichplatte
EP3538301B1 (de) 3d-druckvervorrichtung und 3d-druckverfahren
DE102007039035B3 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauteils sowie Verwendung des nach dem Verfahren hergestellten Bauteils
EP3389916B1 (de) Verfahren zum herstellen eines kunststoff-metall-hybridbauteils
EP0832705B1 (de) Dünnwandiges, aus Leichtmetall bestehendes Druckgussteil als Strukturbauteil für Karosserien
AT503824B1 (de) Metallformkörper und verfahren zu dessen herstellung
DE102018124192B4 (de) Crashbox und Herstellungsverfahren derselben
EP4081389B1 (de) Abdeckstruktur und smc-werkzeug sowie verfahren zum herstellen einer derartigen abdeckstruktur
AT411970B (de) Leichtbauteil, sowie verfahren und vorrichtung zu dessen herstellung
WO2023002047A1 (de) Antriebsbatterie für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit derartiger antriebsbatterie
DE202013100888U1 (de) Dreidimensionale Biegeform für Schläuche aus Kunststoff oder Kautschuk
WO2023104304A1 (de) Batterieaufnahmeeinrichtung und verfahren zum herstellen einer batterieaufnahmeeinrichtung
EP3558564B1 (de) Druckgussbauteil
DE102005050963A1 (de) Bauteil und Verfahren zum Herstellen eines Bauteils
DE102021119206A1 (de) Verfahren zum Abdichten eines Zwischenraums zwischen einem Batteriemodul und einem Batteriegehäuse, Batterie und Kraftfahrzeug
EP1493545A1 (de) Airbag-Abdeckung und Verfahren zur Herstellung einer Airbag-Abdeckung
DE102023118493A1 (de) Körperstruktur für ein fahrzeug mit verstärkungselement
DE2727666A1 (de) Zellenkasten fuer akkumulatoren sowie verfahren zu seiner herstellung
DE102010018603B4 (de) Sitzstruktur eines Fahrzeugsitzes, Verfahren und Werkzeug zu ihrer Herstellung
DE602004011271T2 (de) Stützquerträger für ein armaturenbrett

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21836089

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 112021008499

Country of ref document: DE

REG Reference to national code

Ref country code: DE

Ref legal event code: R225

Ref document number: 112021008499

Country of ref document: DE