DE102017209342B4 - Lower shell for a battery housing of a traction battery and traction battery - Google Patents
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Abstract
Unterschale (100) für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie, mit:- einer Wanne, die einen Boden (110) und diesen Boden (110) umgebende Seitenwände (120, 130) aufweist; und- mehreren längs- und querverlaufenden Trennwänden (140, 150), welche die Wanne in einzelne Fächer unterteilen;dadurch gekennzeichnet, dassdie Trennwände (140, 150) aus Faserkunststoffverbund-Profilen gebildet und an den Kreuzungsstellen mittels aus Aluminium gefertigter Knotenelemente (160) miteinander verbunden sind,wobei die Knotenelemente (160) mit durchgängigen Einstecknuten (161) ausgebildet sind, in welche die Trennwände (140, 150) eingesteckt sind, undwobei die Knotenelemente auch mit Durchgangsbohrungen (163) ausgebildet sind, durch die hindurch zumindest einige der Knotenelemente (160) am Boden (110) festgeschraubt sind.Lower shell (100) for a battery housing of a traction battery, with:- a tray which has a base (110) and side walls (120, 130) surrounding this base (110); and- several longitudinal and transverse partition walls (140, 150) which divide the tray into individual compartments;characterized in thatthe partition walls (140, 150) are formed from fiber-plastic composite profiles and are connected to one another at the intersection points by means of node elements (160) made of aluminum,wherein the node elements (160) are designed with continuous insertion grooves (161) into which the partition walls (140, 150) are inserted, andwherein the node elements are also designed with through-holes (163) through which at least some of the node elements (160) are screwed to the base (110).
Description
Die Erfindung betrifft eine Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie gemäß dem Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug gemäß dem nebengeordneten Patentanspruch.The invention relates to a lower shell for a battery housing of a traction battery according to patent claim 1. The invention further relates to a traction battery for a motor vehicle according to the independent patent claim.
Eine Traktions- bzw. Antriebsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (wie z. B. ein Elektroauto oder ein Hybridelektrokraftfahrzeug) weist für gewöhnlich ein dichtes Batteriegehäuse und im Inneren dieses Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen bzw. -module auf. Solche Batteriegehäuse sind zumeist auch crashsicher aufgebaut, um Unfälle (wie z. B. Seiten- und Frontalcrashs) ohne größere Beschädigung der Batteriezellen bzw. -module überstehen zu können. Batteriegehäuse mit einer in mehrere Fächer unterteilten Unterschale haben sich u. a. im Hinblick auf die Crashsicherheit als vorteilhaft erwiesen. Solche Batteriegehäuse sind aus der
Aus der nächstliegenden
Zum Stand der Technik wird ferner auf die
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitere in Fächer unterteilte Unterschale für ein Batteriegehäuse einer Traktionsbatterie anzugeben, die leicht, stabil und einfach herstellbar ist. The invention is based on the object of specifying a further lower shell for a battery housing of a traction battery, which is divided into compartments and which is light, stable and easy to manufacture.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine erfindungsgemäße Unterschale mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Mit dem nebengeordneten Patentanspruch erstreckt sich die Lösung der Aufgabe auch auf eine Traktionsbatterie. Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für beide Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung und der Zeichnung.This object is achieved by a lower shell according to the invention with the features of patent claim 1. With the independent patent claim, the solution to the object also extends to a traction battery. Preferred further developments and embodiments of the invention arise analogously for both subject matters of the invention from the dependent patent claims, the following description of the invention and the drawing.
Die erfindungsgemäße Unterschale umfasst:
- - eine Wanne, die einen Boden und diesen Boden umgebende Seitenwände aufweist; und
- - mehrere längs- und querverlaufende Trennwände, welche die Wanne in einzelne Fächer zur Aufnahme der Batteriemodule unterteilen.
- - a tank having a bottom and side walls surrounding said bottom; and
- - several longitudinal and transverse partitions which divide the tray into individual compartments to accommodate the battery modules.
Erfindungsgemäß sind die Trennwände aus Faserkunststoffverbund-Profilen gebildet und an den/ihren Kreuzungsstellen mittels aus einer Aluminiumlegierung gefertigter Knotenelemente miteinander verbunden, wie nachfolgend noch näher erläutert.According to the invention, the partition walls are formed from fiber-plastic composite profiles and are connected to one another at the intersection points by means of node elements made of an aluminum alloy, as explained in more detail below.
Die längsverlaufenden Trennwände erstrecken sich bezüglich einer vorgesehenen Einbaulage des Batteriegehäuses im Kraftfahrzeug in Fahrzeuglängsrichtung und die querverlaufenden Trennwände in Fahrzeugquerrichtung. Die längs- und querverlaufenden Trennwände bilden innerhalb der Wanne ein besonders stabiles und belastbares Fachwerk, wobei die Fachwerkknoten durch Aluminiumknotenelemente gebildet sind, welche die Trennwände bzw. einzelnen Trennwandelemente miteinander verbinden. Sowohl die FKV- bzw. Faserkunststoffverbund-Profile als auch die Aluminiumknotenelemente haben bei vergleichsweise geringem Gewicht eine hohe Steifigkeit und ein hohes Lastaufnahmevermögen, was der erfindungsgemäßen Unterschale trotz ihres geringen Gewichts eine hohe Stabilität und eine sehr gute Unfall- bzw. Crashsicherheit verleiht, die auch hohen Anforderungen genügt. Die erfindungsgemäße Unterschale kann daher auch vergleichsweise großvolumig, d. h. zur Aufnahme vieler Batteriezellen, ausgebildet sein. Außerdem ergeben sich neue Möglichkeiten zur Bauraumoptimierung (z. B. kann durch geringe Wanddicken der Trennwände zusätzlicher Raum für Batteriezellen und/oder weitere Strukturmaßnahmen freigegeben werden). Die erfindungsgemäße Unterschale ist durch vergleichsweise einfache Montageschritte schnell herstellbar. Ferner ist die Herstellung einer erfindungsgemäßen Unterschale vergleichsweise günstig, d. h. mit geringen Kosten verbunden.The longitudinal partition walls extend in the longitudinal direction of the vehicle with respect to an intended installation position of the battery housing in the motor vehicle and the transverse partition walls extend in the transverse direction of the vehicle. The longitudinal and transverse partition walls form a particularly stable and resilient framework within the tub, with the framework nodes being formed by aluminum node elements that connect the partition walls or individual partition wall elements to one another. Both the FKV or fiber-plastic composite profiles and the aluminum node elements have a high degree of rigidity and a high load-bearing capacity with a comparatively low weight, which gives the lower shell according to the invention a high degree of stability and very good accident or crash safety despite its low weight, which also meets high requirements. The lower shell according to the invention can therefore also be designed to be comparatively large, i.e. to accommodate many battery cells. In addition, new possibilities for optimizing installation space arise (e.g. additional space for battery cells and/or other structural measures can be released by making the partition walls thinner). The lower shell according to the invention can be manufactured quickly using comparatively simple assembly steps. Furthermore, the production of a lower shell according to the invention is comparatively inexpensive, i.e. it involves low costs.
Bevorzugt sind die Trennwände aus abgelängten, d. h. auf entsprechende Länge zugeschnittenen FKV-Pultrusionsprofilen und die Knotenelemente aus abgelängten bzw. zugeschnittenen Aluminium-Strangpressprofilen gebildet. Die erfindungsgemäße Unterschale kann mit vielen Gleichteilen aufgebaut werden. Wirtschaftlich vorteilig können sowohl Pultrusionsprofile als auch Strangpressprofile als (gegebenenfalls auch zugekaufte) Stangenware bereitgestellt und daraus durch einfaches Ablängen mit geringem Verschnitt die Trennwände bzw. Knotenelemente erzeugt werden. Sowohl die FKV-Profile als auch die Aluminiumprofile können wirtschaftlich und mit hohen Fertigungsgeschwindigkeiten in einem kontinuierlichen Prozess (Pultrusionsprozess bzw. Strangpressprozess) hergestellt werden und zeichnen sich herstellungsbedingt durch einen konstanten Querschnitt aus. Beim Pultrusionsprozess können außerdem besonders hohe Anteile an unidirektionalen Fasern integriert werden, die dann aufgrund ihrer guten mechanischen Eigenschaften lastpfadoptimiert in der Trennwand wirken können. Pultrusionsprofile können durch einen hohen Faservolumenanteil und/oder eine unidirektionale Faserausrichtung hohe Crashlasten aufnehmen, sodass geringe Wanddicken möglich sind und dadurch Bauraum eingespart bzw. freigegeben wird. Als Fasermaterial für den Faserkunststoffverbund können bspw. Kohlenstofffasern (CFK) und/oder elektrisch isolierende Glasfasern (GFK) verwendet werden. GFK-Profile sind aufgrund ihrer elektrisch isolierenden Eigenschaften insbesondere für Mischbau (z. B. CFK/GFK-Aufbauten) geeignet. Ferner können Kupferlitzen und dergleichen integriert werden, welche die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) verbessern.Preferably, the partition walls are made of cut-to-length FKV pultrusion profiles and the node elements are made of cut-to-length or cut-to-size aluminum extruded profiles. The lower shell according to the invention can be constructed using many identical parts. It is economically advantageous to use both pultrusion profiles and extruded profiles as (if necessary also purchased) rods. ware is provided and the partition walls or node elements are created from them by simply cutting them to length with little waste. Both the FKV profiles and the aluminum profiles can be manufactured economically and at high production speeds in a continuous process (pultrusion process or extrusion process) and are characterized by a constant cross-section due to the manufacturing process. The pultrusion process can also integrate particularly high proportions of unidirectional fibers, which can then act in a load-path-optimized manner in the partition wall due to their good mechanical properties. Pultrusion profiles can absorb high crash loads due to a high fiber volume proportion and/or unidirectional fiber orientation, so that low wall thicknesses are possible and installation space is saved or freed up. Carbon fibers (CFRP) and/or electrically insulating glass fibers (GRP), for example, can be used as fiber material for the fiber-plastic composite. GRP profiles are particularly suitable for mixed construction (e.g. CFRP/GRP structures) due to their electrically insulating properties. Furthermore, copper strands and the like can be integrated, which improve electromagnetic compatibility (EMC).
Bevorzugt sind zumindest die längsverlaufenden Trennwände oder zumindest die querverlaufenden Trennwände aus L-Profilen (L-Trägern) oder aus T-Profilen (T-Trägern) gebildet, d. h. die betreffenden Trennwände sind (abgelängte) L- oder T-Profile. Bevorzugt sind diese Trennwände derart in der Wanne angeordnet, dass sich diese mit ihren Flanschen auf dem Boden abstützen. Solche Profile haben außerdem ein höheres Flächenträgheitsmoment, was die mechanische Stabilität verbessert. Die Trennwände können an ihren Flanschen zusätzlich mit dem Wannenboden verklebt sein. Die Verklebung kann auch eine abdichtende Funktion haben.Preferably, at least the longitudinal partition walls or at least the transverse partition walls are made of L-profiles (L-beams) or T-profiles (T-beams), i.e. the partition walls in question are (cut to length) L- or T-profiles. Preferably, these partition walls are arranged in the tub in such a way that they rest on the floor with their flanges. Such profiles also have a higher area moment of inertia, which improves mechanical stability. The partition walls can also be glued to the tub floor at their flanges. The bonding can also have a sealing function.
Wenigstens eine Trennwand kann auch aus einem Doppelsteg-T-Profil gebildet sein. Diese Trennwand kann sich mit ihrem Flansch auf dem Boden abstützen und optional mit dem Boden verklebt sein. Die somit quasi doppelwandige Trennwand ist besonders stabil und belastbar. Ferner können im Hohlraum zwischen den beiden Profilstegen Verkabelungen und/oder Elektronikkomponenten, z. B. einer Leistungselektronik, oder dergleichen angeordnet werden.At least one partition wall can also be made from a double-web T-profile. This partition wall can rest on the floor with its flange and can optionally be glued to the floor. The partition wall, which is thus essentially double-walled, is particularly stable and resilient. Furthermore, cabling and/or electronic components, e.g. power electronics, or the like, can be arranged in the cavity between the two profile webs.
Die Trennwände sind bevorzugt mittels aus Aluminium gefertigter Verbindungselemente, die insbesondere aus abgelängten Strangpressprofilen gebildet sind, an den Seitenwänden der Wanne befestigt.The partition walls are preferably attached to the side walls of the tub by means of connecting elements made of aluminum, which are in particular formed from cut-to-length extruded profiles.
Die Knotenelemente sind erfindungsgemäß mit durchgängigen Einstecknuten ausgebildet. Bevorzugt sind auch die Verbindungselemente mit durchgängigen Einstecknuten ausgebildet. Die Trennwände sind mit ihren stirnseitigen Enden in die durchgängigen Einstecknuten eingesteckt und dadurch formschlüssig mit dem jeweiligen Knoten- bzw. Verbindungselement verbunden. Optional kann zusätzlich auch eine Verklebung und/oder Verschraubung erfolgen. Die Verklebung kann auch eine abdichtende Funktion haben.According to the invention, the node elements are designed with continuous insertion grooves. Preferably, the connecting elements are also designed with continuous insertion grooves. The partition walls are inserted with their front ends into the continuous insertion grooves and are thereby positively connected to the respective node or connecting element. Optionally, they can also be glued and/or screwed. The glue can also have a sealing function.
Zudem sind die Knotenelemente erfindungsgemäß mit Durchgangsbohrungen ausgebildet, durch die hindurch zumindest einige der Knotenelemente mit dem Wannenboden verschraubt sind. Wenigstens einige der Knotenelemente können mit zusätzlichen Durchgangsbohrungen ausgebildet sein, durch die Schrauben oder Bolzen zur Befestigung der Traktionsbatterie am Kraftfahrzeug (bspw. am Unterboden) hindurchgeführt werden können.In addition, according to the invention, the node elements are designed with through holes through which at least some of the node elements are screwed to the tub floor. At least some of the node elements can be designed with additional through holes through which screws or bolts for fastening the traction battery to the motor vehicle (e.g. to the underbody) can be passed.
Die Wanne kann einstückig oder mehrstückig hergestellt sein. Die Wanne ist bevorzugt aus miteinander gefügten Aluminiumkomponenten (Blechteilen, Profilteilen, Gussteilen oder dergleichen) gefertigt. D. h., der Boden und/oder die Seitenwände sind bevorzugt aus Aluminium gebildet. Die Wanne oder einzelne Komponenten davon können aber z. B. auch aus Stahl oder FKV gebildet sein. Die Wanne weist insbesondere einen Boden mit integrierter Kühleinrichtung auf.The tub can be made in one piece or in multiple pieces. The tub is preferably made from aluminum components (sheet metal parts, profile parts, cast parts or the like) joined together. This means that the base and/or the side walls are preferably made of aluminum. The tub or individual components thereof can also be made of steel or FKV, for example. The tub has in particular a base with an integrated cooling device.
Die mit dem nebengeordneten Patentanspruch beanspruchte Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit Elektro- oder auch Hybridantrieb, wobei es sich insbesondere um eine HV-Batterie (HV-Batteriesystem) handelt, weist ein Batteriegehäuse auf, das eine erfindungsgemäße Unterschale umfasst. Zum Batteriegehäuse gehört bevorzugt auch eine mit der Unterschale verbundene oder verbindbare Oberschale (Deckel). Zur Traktionsbatterie können ferner im Inneren des Batteriegehäuses angeordnete Batteriezellen bzw. -module gehören, die in den durch die Trennwände gebildeten Fächern der Unterschale angeordnet und bspw. am Boden festgeschraubt sind. Zur Traktionsbatterie können ferner Kontaktelemente bzw. Verkabelungen und vorzugsweise auch eine Elektronik bzw. Leistungselektronik, die am oder im Batteriegehäuse angeordnet ist/sind, gehören.The traction battery claimed in the independent patent claim for a motor vehicle with electric or hybrid drive, which is in particular an HV battery (HV battery system), has a battery housing that includes a lower shell according to the invention. The battery housing preferably also includes an upper shell (cover) that is connected or can be connected to the lower shell. The traction battery can also include battery cells or modules arranged inside the battery housing, which are arranged in the compartments of the lower shell formed by the partition walls and are screwed to the floor, for example. The traction battery can also include contact elements or wiring and preferably also electronics or power electronics that are arranged on or in the battery housing.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die Zeichnung.
-
1 zeigt eine erfindungsgemäße Unterschale einer Traktionsbatterie. -
2 zeigt schematisch den Aufbau der Trennwände in der Unterschale aus1 . -
3 zeigt mögliche Profilquerschnitte für die Trennwände in der Unterschale aus1 . -
4 zeigt zwei einstückige Knotenelemente für die Verbindung von Trennwänden in der Unterschale aus1 . -
5 zeigt die Verbindung zwischen Trennwänden in der Unterschale aus1 mit einem der Knotenelemente aus4 . -
6 zeigt die Verbindung zwischen Trennwänden in der Unterschale aus1 mit dem anderen Knotenelemente aus4 . -
7 zeigt zwei einstückige Verbindungselemente für die Befestigung der Trennwände an den Seitenwänden in der Unterschale aus1 .
-
1 shows a lower shell of a traction battery according to the invention. -
2 shows schematically the structure of the partition walls in the lower shell made of1 . -
3 shows possible profile cross-sections for the partition walls in the lower shell1 . -
4 shows two one-piece node elements for connecting partition walls in the lower shell made of1 . -
5 shows the connection between partition walls in the lower shell of1 with one of the node elements4 . -
6 shows the connection between partition walls in the lower shell of1 with the other node elements from4 . -
7 shows two one-piece connecting elements for attaching the partition walls to the side walls in the lower shell made of1 .
Die in
Die Trennwände 140 und 150 sind abgelängte FKV-Pultrusionsprofile. Für die in
Die Herstellung der in
Die einzelnen Komponenten der Unterschale 100 bilden quasi ein modulares Stecksystem, das vorteilhafter Weise nur eine Bestückungsrichtung (von oben) ermöglicht, was insbesondere im Hinblick auf eine automatisierte Fertigung bzw. Montage günstig ist. Ferner besteht die Möglichkeit zur einfachen Anpassung an alle möglichen Batteriegrößen. Ein besonderer Korrosionsschutz zwischen den FKV-Trennwänden und den Aluminiumknotenelementen ist nicht erforderlich, da das Innere des Batteriegehäuses ein Trockenbereich ist. Zur Erhöhung der Sicherheit können die FKV-Profile an der Oberfläche oder aber auch vollständig aus in Glasfasern eingebetteten Kohlenstofffasern bestehen (d. h. innen Kohlenstofffasern und außen Glasfasern).The individual components of the
Die Bohrungen 163 und 164 in den Knotenelementen 160 können auch der Befestigung einer Oberschale bzw. eines Deckels und/oder eines Unterfahrschutzes dienen. Die Oberschale kann z. B. aus Stahl, insbesondere einem duktilen Stahlmaterial, gebildet sein, was für die elektromagnetische Abschirmung vorteilhaft ist und bei einem Crash die Lastverteilung verbessert. Selbiges gilt für einen optional unter dem Boden 110 angeordneten Unterfahrschutz.The
Das in
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 100100
- UnterschaleBottom shell
- 110110
- BodenFloor
- 120120
- SeitenwandSide wall
- 130130
- SeitenwandSide wall
- 140140
- Trennwandpartition wall
- 150150
- Trennwandpartition wall
- 151151
- Stegweb
- 151a151a
- Stegweb
- 151b151b
- Stegweb
- 152152
- Flansch (Gurt)Flange (belt)
- 153153
- Schlitz (Kerbe)Slot (notch)
- 154154
- Hohlraumcavity
- 160160
- KnotenelementNode element
- 161161
- NutGroove
- 162162
- Stegweb
- 163163
- Bohrungdrilling
- 164164
- Bohrungdrilling
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