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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei eine von außen auf das Batteriegehäuse wirkende Kraft nicht nur über die Gehäusewandungen, sondern auch über die innerhalb des Gehäuses ausgebildeten Komponenten, insbesondere einem Batteriezellstack, abgeführt wird. Die Erfindung betrifft zudem eine Batterie mit dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse, sowie ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Batterie.
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Batteriegehäuse für Batterien eines Kraftfahrzeugs sind grundsätzlich bekannt. Die bekannten Batterien weisen in der Regel ein Batteriegehäuse mit einem ersten Gehäuseteil und einem zweiten Gehäuseteil auf. Von diesen beiden Gehäuseteilen wird in der Regel ein Batteriezellstack umschlossen. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil sind derart steif ausgebildet, dass eine von außen wirkende Kraft auf das erste Gehäuseteil oder das zweite Gehäuseteil ausschließlich über die Seitenwände abgeleitet wird. Dies führt dazu, dass das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil entsprechend steif auszubilden sind. Die erhöhte Steifigkeit der Gehäuseteile kann unter anderem durch größere Wandstärken oder durch Material mit einer erhöhten Steifigkeit erzielt werden. Größere Wandstärken führen neben größerem Bauraum auch zu einem höheren Gewicht und zu höheren Kosten.
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, das ein reduziertes Gewicht und/oder einen reduzierten Bauraum aufweisen kann und eine erhöhte strukturelle Steifigkeit haben kann.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der nachstehenden Beschreibung sowie den Zeichnungen. Dabei kann jedes Merkmal sowohl einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen, sofern sich nicht explizit etwas Gegenteiliges aus der Beschreibung ergibt.
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Erfindungsgemäß ist ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen, aufweisend ein erstes Gehäuseteil, das eine Bodenplatte und wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete und mit der Bodenplatte verbundene Seitenwände aufweist, einem zwischen den beiden Seitenwänden angeordneten Batteriezellstack, einem auf dem Batteriezellstack angeordneten Leiterplattenträger, auf dem zumindest abschnittsweise eine Leiterplatte angeordnet ist, einem auf den beiden Seitenwänden aufsitzenden zweiten Gehäuseteil, und einem Abstützelement, über das sich das zweite Gehäuseteil gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt.
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Mit anderen Worten ist es ein Aspekt der Erfindung, dass ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs angegeben wird. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Das Batteriegehäuse weist ein erstes Gehäuseteil und ein zweites Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil umfasst eine Bodenplatte und wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete und mit der Bodenplatte verbundene Seitenwände. Die Seitenwände sind vorzugsweise parallel zueinander angeordnet und können stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit der Bodenplatte verbunden sein. Denkbar ist auch, dass die Seitenwände mit der Bodenplatte einstückig ausgebildet sind. Zwischen den Seitenwänden ist ein Batteriezellstack angeordnet. Der Batteriezellstack kann vorzugweise auch als Batteriezellmodul bezeichnet werden. Der Batteriezellstack umfasst in der Regel eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verschalteten Batteriezellen. Die Batteriezellen sind vorzugsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet. Auf dem Batteriezellstack ist ein Leiterplattenträger angeordnet. Auf dem Leiterplattenträger wiederum ist zumindest abschnittsweise eine Leiterplatte befestigt. Die Befestigung kann vorzugsweise eine kraftschlüssige oder formschlüssige Befestigung sein. Das zweite Gehäuseteil sitzt auf den Seitenwänden des ersten Gehäuseteils auf. Zwischen dem zweiten Gehäuseteil und der Leiterplatte oder dem Leiterplattenträger ist ein Abstützelement angeordnet, sodass sich das zweite Gehäuseteil über das Abstützelement gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt. Eine auf das zweite Gehäuseteil, das auch als Gehäusedeckel bezeichnet werden kann, von außen aufgebrachte und/oder wirkende Kraft kann somit über das Abstützelement in die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger eingeleitet werden. Der Leiterplattenträger ist auf dem Batteriezellstack angeordnet, sodass die über das Abstützelement in die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger eingeleitete Kraft über den Batteriezellstack in die Bodenplatte eingeleitet wird. Durch das Abstützelement kann somit die von außen auf das zweite Gehäuseteil wirkende Kraft nicht ausschließlich über die Seitenwände in die Bodenplatte eingeleitet werden, sondern über die innerhalb des Batteriegehäuses angeordneten Komponenten. Somit können das erste Gehäuseteil und/oder das zweite Gehäuseteil filigraner ausgebildet werden. Dadurch können Materialkosten des Batteriegehäuses eingespart und das Gewicht des Batteriegehäuses reduziert werden. Durch den geringeren Materialbedarf können zudem die Kosten des Batteriegehäuses reduziert werden. Filigranere Bauteile führt gleichzeitig auch dazu, dass der Bauraumbedarf des Batteriegehäuses reduziert werden kann.
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Eine Längserstrecken des Abstützelements, das vorzugsweise auch als Vorsprung bezeichnet werden kann, erstreckt sich besonders bevorzugt in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Batteriegehäuses. Die Längsrichtung des Batteriegehäuses verläuft vorzugsweise parallel zu der Bodenplatte und den beiden Seitenwänden.
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Das Abstützelement kann vorzugsweise zylinderförmig und/oder hohlzylinderförmig ausgebildet sein.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das Abstützelement einstückig mit dem zweiten Gehäuseteil und/oder dem Leiterplattenträger ausgebildet ist. Auf diese Weise ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil direkt mit dem Abstützelement in einem Herstellungsvorgang ausgebildet werden kann. Denkbar ist aber auch, dass das zweite Abstützelement einstückig mit dem Leiterplattenträger ausgebildet ist. Durch die einstückige Ausbildung des Abstützelement mit dem zweiten Gehäuseteil und/oder dem Leiterplattenträger kann die Teilevielfalt des Batteriegehäuses reduziert werden, wodurch der Herstellungsvorgang der Batterie beschleunigt werden kann. Somit können die Kosten des Batteriegehäuses reduziert werden.
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Alternativ dazu liegt eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung darin, dass das Abstützelement formschlüssig, stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig auf dem zweiten Gehäuseteil und/oder dem Leiterplattenträger angeordnet ist. Die stoffschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Klebeverbindung, wobei die Klebeverbindung mit einem Einkomponentenkleber oder einem Mehrkomponentenkleber ausgeführt ist. Die kraftschlüssige Verbindung ist vorzugsweise eine Schraubverbindung. Mit anderen Worten ist durch das Abstützelement, vorzugsweise durch eine innerhalb des Abstützelements ausgebildete und koaxial verlaufende Bohrung, eine Schraube geführt, die in das zweite Gehäuseteil eingreift. Eine mehrteilige Ausbildung von Abstützelement und zweitem Gehäuseteil bzw. von Abstützelement und Leiterplattenträger kann sinnvoll sein, wenn das Abstützelement ein von dem zweiten Gehäuseteil und/oder dem Leiterplattenträger verschiedenen Material ausgebildet sein soll. Vorteilhaft kann dies beispielsweise dann sein, wenn das Abstützelement aus einem gegenüber dem zweiten Gehäuseteil oder dem Leiterplattenträger preiswerteren Material ausgebildet werden soll. Somit können bei einer mehrteiligen Ausbildung von Abstützelement und Gehäuseteil bzw. Abstützelement und Leiterplatte des Materialbeispielsweise auch das Gewicht reduziert werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil und/oder das Abstützelement aus einem Metall und/oder aus einem Kunststoff ausgebildet sind. Denkbar ist somit, dass alle Teile aus ein und dem gleichen Material ausgebildet sind. Es ist jedoch vorstellbar, dass einzelne Komponenten, das erste Gehäuseteil, das zweite Gehäuseteil oder auch das Stützelement aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sein können. Das Metall ist vorzugsweise ein Aluminium. Der Kunststoff ist vorzugsweise ein thermoplastischer oder ein duroplastischer Kunststoff. Ganz besonders bevorzugt ist der Kunststoff ein faserverstärkter Kunststoff. Die Faserverstärkung kann dabei eine Glasfaserverstärkung und/oder eine Karbonfaserverstärkung sein. Karbonfaserverstärkte und/oder glasfaserverstärkte Kunststoffe können eine erhöhte strukturelle Steifigkeit und ein reduziertes Gewicht aufweisen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass das zweite Gehäuseteil zwei äußere Abschnitte und einen zwischen den äußeren Abschnitten ausgebildeten mittleren Abschnitt aufweist, wobei der mittlere Abschnitt gegenüber den äußeren Abschnitten zurückspringend ausgebildet ist, und der mittlere Abschnitt sich über das Abstützelement gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt. Das zweite Gehäuseteil weist somit einen mittleren Abschnitt auf, der gegenüber den äußeren Abschnitten zurückspringend ausgebildet ist. Durch die zurückspringende Ausbildung des mittleren Abschnitts, kann die strukturelle Steifigkeit des zweiten Gehäuseteils erhöht werden, da der mittlere Abschnitt und die äußeren Abschnitte zueinander versetzt ausgebildet sind. Das Abstützelement ist derart angeordnet, dass sich der mittlere Abschnitt gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt. Das Abstützelement ist somit beabstandet zu den Seitenwänden angeordnet, sodass eine mittig von außen auf das zweite Gehäuseteil wirkende Kraft über das Abstützelement in die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger, und ausgehend davon über den Batteriezellstack in die Bodenplatte abgeleitet werden kann.
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Grundsätzlich ist denkbar, dass lediglich ein Abstützelement vorgesehen ist, über das sich das zweite Gehäuseteil gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt. Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass eine Mehrzahl von Abstützelementen vorgesehen ist, über die sich das zweite Gehäuseteil gegen die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger abstützt. Somit sind eine Mehrzahl von Auflagepunkten zwischen dem zweiten Gehäuseteil und der Leiterplatte und/oder dem Leiterplattenträger vorgesehen, sodass eine von außen auf das zweite Gehäuseteil wirkende Kraft möglichst großflächig bzw. verteilt in die Leiterplatte und/oder den Leiterplattenträger eingeleitet werden kann. Somit kann eine Dicke des zweiten Gehäuseteils bzw. des Gehäusedeckels reduziert werden.
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Eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass der Leiterplattenträger zwei äußere Abschnitte und einen zwischen den äußeren Abschnitt ausgebildeten mittleren Abschnitt aufweist, und in dem mittleren Abschnitt auf einer dem zweiten Gehäuseteil zugewandten Seite die Leiterplatte angeordnet ist. In den äußeren Abschnitten des Leiterplattenträgers sind in der Regel ein oder mehrere Aufnahmen zur Aufnahme von Verbindungsplättchen ausgebildet. Über die Verbindungsplättchen können die Kontakte der nebeneinander angeordneten Batteriezellen elektrisch leitend verbunden werden. Die Leiterplatte ist auf dem mittleren Abschnitt des Leiterplattenträgers, also zwischen den Verbindungsplättchen, angeordnet.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Gehäuseteil auf einer dem Batteriezellstack zugewandten Innenseite Versteifungsstege und/oder Versteigungsrippen aufweist. Die Versteifungsstege bilden vorzugsweise eine wabenförmige und/oder mehreckige, insbesondere eine dreieckige, viereckige, fünfeckige oder sechseckige Ausgestaltung auf. Über Versteifungsstege kann die strukturelle Steifigkeit des zweiten Gehäuseteils erhöht werden, so dass das zweite Gehäuseteil materialsparender und leichter ausgebildet werden kann. Somit können zudem die Materialkosten des Batteriegehäuses reduziert werden.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung liegt darin, dass die Seitenwände auf einer dem Batteriezellstack abgewandten Außenseite zumindest abschnittsweise Kühlrippen aufweisen. Die Kühlrippen verlaufen vorzugsweise in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Batteriegehäuses. Über die Kühlrippen kann die Steifigkeit der Seitenwände erhöht werden, so dass das Batteriegehäuse eine erhöhte Kühlwirkung und zudem filigraner Seitenwände aufweist. Somit können die Materialkosten und das Gewicht des Batteriegehäuses reduziert werden.
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Die Erfindung betrifft zudem eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit der erfindungsgemäßen Batterie. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug. Die Batterie ist vorzugsweise im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs angeordnet und elektrisch leitend mit einer elektrischen Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs verbunden. Die Batterie kann somit der elektrischen Maschine Energie zur Verfügung stellen oder von der elektrischen Maschine erzeugte Energie speichern.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel. Das Ausführungsbeispiel ist nicht einschränkend, sondern vielmehr als beispielhaft zu verstehen. Es soll den Fachmann in die Lage versetzen, die Erfindung auszuführen. Die Anmelderin behält sich vor, einzelne und/oder mehrere der in dem Ausführungsbeispiel offenbarten Merkmale zum Gegenstand von Patentansprüchen zu machen oder solche Merkmale in bestehende Patentansprüche aufzunehmen. Das Ausführungsbeispiel wird anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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In diesen zeigen:
- 1 einen Querschnitt durch ein Batteriegehäuse einer Batterie;
- 2 ein Kraftfahrzeug mit der Batterie.
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In 1 ist ein Querschnitt durch ein Batteriegehäuse 10 einer Batterie 12 für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 14 gezeigt.
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Das Batteriegehäuse 10 weist ein erstes Gehäuseteil 16 und ein zweites Gehäuseteil 18 auf. Das erste Gehäuseteil 16 umfasst eine Bodenplatte 20 und wenigstens zwei zueinander beabstandet angeordnete und mit der Bodenplatte 20 verbundene Seitenwände 22. Die Seitenwände 22 sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel wenigstens kraftschlüssig mit der Bodenplatte 20 verbunden.
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Alternativ und/oder zusätzlich kann eine stoffschlüssige Verbindung von Bodenplatte 20 und Seitenwänden 22 vorgesehen sein.
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Zwischen den Seitenwänden 22 ist ein Batteriezellstack 24 angeordnet. Der Batteriezellstack 24 umfasst in der Regel eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten und miteinander verschalteten Batteriezellen 26, wobei die Batteriezellen 26 im vorliegende Ausführungsbeispiel als prismatische Batteriezellen 26 ausgebildet sind. Auf dem Batteriezellstack 24, insbesondere auf einer Oberseite des Batteriezellstacks 24, die auf einer der Bodenplatte 20 abgewandten Seite ausgerichtet ist, ist ein Leiterplattenträger 28 angeordnet. Insbesondere sitzt der Leiterplattenträger 28 auf der Oberseite des Batteriezellstacks 24 und/oder der einzelnen Batteriezellen 26 auf. Auf dem Leiterplattenträger 28 wiederum ist zumindest abschnittsweise eine Leiterplatte 30 befestigt. Die Leitplatte 30 ist vorzugsweise über eine Schraubverbindung und/oder Nietverbindung auf dem Leiterplattenträger 28 angeordnet.
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Das zweite Gehäuseteil 18, das auch als Gehäusedeckel bezeichnet werden kann, sitzt auf den Seitenwänden 22 des ersten Gehäuseteils 16 auf. Zwischen dem zweiten Gehäuseteil 18 und der Leiterplatte 30 oder dem Leiterplattenträger 28 ist ein Abstützelement 32 angeordnet, sodass sich das zweite Gehäuseteil 18 über das Abstützelement 32 gegen die Leiterplatte 30 und/oder den Leiterplattenträger 28 abstützt.
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Eine auf das zweite Gehäuseteil 18 von außen wirkende Kraft 34 kann somit über das Abstützelement 32 in die Leiterplatte 30 und/oder den Leiterplattenträger 28 eingeleitet werden. Der Leiterplattenträger 28 ist auf dem Batteriezellstack 24 angeordnet, sodass dieser eine Kraft 34 über den Batteriezellstack 24 in die Bodenplatte 20 einleitet und/oder ableitet. Durch das Abstützelement 32 kann somit die von außen auf das zweite Gehäuseteil 18 wirkende Kraft 34 nicht ausschließlich über die Seitenwände 22 in die Bodenplatte 20 eingeleitet werden, sondern über die innerhalb des Batteriegehäuses 10 angeordneten Komponenten, wie dies aus dem dargestellten Kraftfluss 35 ersichtlich ist. Somit können das erste Gehäuseteil 16 und/oder das zweite Gehäuseteil 18 filigraner ausgebildet werden. Dadurch können Materialkosten des Batteriegehäuses 10 und das Gewicht des Batteriegehäuses 10 reduziert werden. Durch eine Materialreduzierung können zudem die Kosten des Batteriegehäuses 10 reduziert werden. Filigranere Bauteile führen gleichzeitig auch dazu, dass der Bauraumbedarf des Batteriegehäuses 10 reduziert werden kann.
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Das zweite Gehäuseteil 18 weist zwei äußere Abschnitte 36 und einen zwischen den äußeren Abschnitten 36 ausgebildeten mittleren Abschnitt 38 aufweist, wobei der mittlere Abschnitt 38 gegenüber den äußeren Abschnitten 36 zumindest teilweise und/oder abschnittsweise zurückspringend ausgebildet ist, und der mittlere Abschnitt 38 sich über das Abstützelement 32 gegen die Leiterplatte 30 und/oder den Leiterplattenträger 28 abstützt. Mit anderen Worten weist eine Innenseite des mittleren Abschnitts 38, die dem Batteriezellstack 24 zugewandt ist, einen größeren Abstand zum Batteriezellstack 24 auf, als eine Innenseite des äußeren Abschnitts 36. Durch die zurückspringende Ausbildung des mittleren Abschnitt 38 kann die strukturelle Steifigkeit des zweiten Gehäuseteils 18 erhöht werden, da der mittlere Abschnitt 38 und die äußeren Abschnitte 36 zueinander versetzt ausgebildet sind.
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Das Abstützelement 32 ist derart angeordnet, dass sich der mittlere Abschnitt 38 gegen die Leiterplatte 28 und/oder den Leiterplattenträger 28 abstützt. Somit ist das Abstützelement 32 beabstandet zu den Seitenwänden 22 anordnet, sodass die mittig von außen auf das zweite Gehäuseteil 18 wirkende Kraft 34 über das Abstützelement 32 in die Leiterplatte 30 und/oder den Leiterplattenträger 28, und ausgehend davon über den Batteriezellstack 24 in die Bodenplatte 20 abgeleitet werden kann.
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Die Seitenwände 22 weisen auf einer dem Batteriezellstack 24 abgewandten Außenseite zumindest abschnittsweise Kühlrippen 40 auf. Die Kühlrippen 40 verlaufen in einer Richtung senkrecht zur Längsrichtung 42 des Batteriegehäuses 10. Über die Kühlrippen 40 kann neben einer Gehäusekühlung auch die Steifigkeit der Seitenwände 22 erhöht werden. Die Längsrichtung 42 des Batteriegehäuses 10 verläuft parallel zur Bodenplatte 20 und zu den Seitenwänden 22.
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In 2 ist eine schematische Ansicht des Kraftfahrzeug 14 mit der Batterie 12 gezeigt. Das Kraftfahrzeug 14 ist ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 14. Die Batterie 12 ist im Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs 14 angeordnet und elektrisch leitend mit einer elektrischen Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 14 verbunden. Die Batterie 12 kann somit der elektrischen Maschine Energie zur Verfügung stellen oder von der elektrischen Maschine erzeugte Energie speichern.