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WO2022161979A1 - Batterieschale mit unterboden und traktionsbatterie - Google Patents

Batterieschale mit unterboden und traktionsbatterie Download PDF

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Publication number
WO2022161979A1
WO2022161979A1 PCT/EP2022/051693 EP2022051693W WO2022161979A1 WO 2022161979 A1 WO2022161979 A1 WO 2022161979A1 EP 2022051693 W EP2022051693 W EP 2022051693W WO 2022161979 A1 WO2022161979 A1 WO 2022161979A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
underbody
battery
battery shell
battery tray
tray
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2022/051693
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hartmut Wolf
Christoph Schwenk
Jürgen Pfaff
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kautex Textron GmbH and Co KG
Original Assignee
Kautex Textron GmbH and Co KG
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 Kautex Textron GmbH and Co KG filed Critical Kautex Textron GmbH and Co KG
Publication of WO2022161979A1 publication Critical patent/WO2022161979A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a battery tray with an underbody and a traction battery.
  • Motor vehicles with an at least partially battery-electric drive often have large-area traction batteries in the vicinity of the underbody, which predominantly have a metallic battery housing.
  • the main function of the battery housing is to fix the battery modules in the vehicle.
  • an underbody protection that is also made of metal and is designed as a separate component is usually attached below the traction battery.
  • an underbody paneling designed as at least one separate component is additionally used, which is attached below the traction battery or below the underbody protection.
  • aerodynamic elements are used, in particular guide ribs, tear-off edges, dimples, which are also known as dimples, or the like.
  • the object of the invention is to provide an improvement or an alternative to the prior art.
  • the task is solved by a battery tray, in particular a battery tray of a traction battery, the battery tray being formed from plastic, the battery tray having a base and at least four side walls, the battery tray having a capacity, the capacity for receiving and is set up for fixing at least one battery module and/or one battery cell, the battery tray having at least some areas of an underbody of a motor vehicle.
  • a “traction battery” is understood to mean an energy storage device, in particular an energy storage device for electric power.
  • a traction battery is preferably suitable for installation in and for driving electric cars.
  • a traction battery is preferably suitable for use in a battery-electric motor vehicle and/or a motor vehicle with a battery-electric drive and Combustion engine suitable.
  • a "plastic” is understood to mean a material that mainly consists of macromolecules.
  • a plastic is preferably a thermoplastic, with a thermoplastic being able to be deformed in a material-dependent temperature range, with this process being reversible and being repeated as often as desired by cooling and reheating to the molten state.
  • a battery shell molded from plastic is understood to mean a battery shell whose outer shape is essentially molded from plastic and/or a fiber-plastic composite.
  • more than or equal to 70% of the outer surface of the battery shell is formed from plastic and/or a fiber-plastic composite, preferably more than or equal to 80% of the outer surface and particularly preferably more than or equal to 90% of the outer surface.
  • the battery shell formed from a plastic can have an inner structure comprising a metal, the inner structure comprising a metal being predominantly embedded by the plastic and forming less than 30% of the outer surface of the battery shell.
  • a "battery shell” is understood to mean a housing component of a battery, in particular a traction battery.
  • a battery shell is set up to accommodate components of a battery and accordingly has a "storage volume" for accommodating components, so that they can be protected from external influences by the battery shell and/or can be attached at least indirectly in the battery shell.
  • a battery shell is preferably understood to mean a lower battery shell, with the lower battery shell and battery cover preferably together forming the essential components of the housing of a traction battery.
  • a battery shell has a “bottom” and, preferably, a traction battery with a substantially rectangular outline, at least four “side walls”.
  • the bottom and side walls of the battery tray form the capacity of a battery tray, with the capacity of the battery tray describing the “inside” of the battery tray.
  • the “outside” of the battery tray is on the side of the floor and side walls that faces away from the capacity.
  • a “battery module” is understood to mean a structural unit which has a plurality of “battery cells”.
  • a battery module preferably has its own casing for the plurality of battery cells, which also preferably separates the receiving space of the battery module from the receiving space of the battery shell by means of a safety valve.
  • Battery cell is understood to mean a store for electrical energy on an electrochemical basis.
  • an “underbody” is understood to mean the underbody of a designated motor vehicle in which the battery tray is used.
  • the underbody of a motor vehicle is the outer surface of a motor vehicle on the underside of the motor vehicle, in particular the outer surface of a motor vehicle on which the flow around the motor vehicle occurs flows past the underside of the motor vehicle.
  • Identification of a battery tray having an underbody is, among other things, preferably a base area that extends beyond the base area of the receiving space of the battery tray, in particular by more than or equal to 5% beyond the base area of the receiving space of the battery tray, preferably by more than or equal to 10% and in particular preferably by more than or equal to 15%.
  • a base area that extends beyond the base area of the receiving space of the battery shell is also referred to here as an "underbody extension".
  • Identification of a battery tray having an underbody is, among other things, preferably an embodiment of the underside of the floor of the battery tray in the form of an underbody paneling of a designated motor vehicle.
  • Identification sign for a battery tray having an underbody is, among other things, preferably a reinforced structure of the bottom of a battery tray, in particular a battery tray having a stiffening element in the bottom of the battery tray, in particular a stiffening element in the bottom of the battery tray
  • a battery tray having an underbody is, among other things, preferably a battery tray having an aerodynamic element, in particular one or more dimples, one or more grooves, one or more spoilers, one or more diffusers and/or one or more tear-off edges.
  • the underbody is preferably designed to protect against stone chipping.
  • the underbody is preferably set up to protect against the designated motor vehicle being set down.
  • the underbody preferably has protection against external loads.
  • An underbody is preferably understood to mean an underrun protection.
  • the underbody is preferably designed to be advantageous in terms of flow mechanics, in particular as flat as possible, so that the flow resistance in the area of the underbody can decrease in comparison to an underbody that is not advantageously designed in terms of flow mechanics, and energy can thus be saved overall.
  • An underbody is preferably understood to mean an underbody covering.
  • An underbody preferably has aerodynamic elements, in particular a spoiler lip, which is designed to increase the driving stability of the designated motor vehicle, in particular by means of a stabilization of the lift coefficients of the designated motor vehicle, in particular the designated lift coefficient on the front axle of the designated motor vehicle and/or the designated lift coefficient on the rear axle of the designated motor vehicle.
  • An underbody is preferably set up to protect against corrosion.
  • An underbody is preferably designed as flat as possible, so that the turbulence of the designated flow around can be reduced, whereby in addition to the frictional resistance, the flow-induced noise sources can also be reduced and/or the flow-induced noise sources can be reduced in their designated noise emissions.
  • the range of functions of the battery shell is adapted to the fixing of one or more battery modules and any other systems in the receiving space of the battery shell.
  • the battery shells known today do not have an underride protection that provides protection against stone impacts or the designated motor vehicle hitting the ground. Rather, the battery trays known today are fitted in the designated motor vehicle above a separate underride guard.
  • This separately configured underride guard is generally made of metal and keeps the battery shell from stone chips and protects it from the motor vehicle touching down. In other words, today an underride guard takes on the task of protecting the well-known battery trays from external loads.
  • Today's battery shells do not have an underbody covering that is set up to reduce the flow resistance of a designated motor vehicle and/or to stabilize the driving stability of the designated motor vehicle and/or to minimize flow-induced noise. Rather, the battery shells known today are fitted in the designated motor vehicle above a separate underbody paneling which is set up to fulfill the tasks described above. In other words, battery trays known today are not set up to assume the functions of an underride protection and/or an underbody paneling. As a result, with the battery shells known today, separate components are required, which are attached below the battery shell in a designated motor vehicle. This causes comparatively higher costs and requires comparatively more height for the designated motor vehicle.
  • the battery shell proposed here has an underbody of a designated motor vehicle and in this way expands the range of functions of, in addition to fixing at least one battery module, by at least one additional functionality, in particular an underbody protection and/or an underbody paneling and/or further aerodynamic elements and/or corrosion protection for further components of the designated motor vehicle.
  • the underbody of the designated motor vehicle is preferably firmly connected to a conventional battery tray made of plastic or molded onto a conventional battery tray.
  • the underbody is welded and/or glued to the battery tray. This advantageously simplifies the production of the proposed battery shell.
  • the base of a conventional battery tray is expanded in such a way that the battery tray has an underside.
  • concrete consideration is given to forming the underbody of the designated motor vehicle directly with the battery tray, in which case an underbody extension can preferably also be formed and/or a special shape of the bottom of the battery shell can be formed, in particular a shape having aerodynamic elements and/or a Reinforcement element can be configured within the bottom of the battery tray.
  • a battery tray which has an underbody of a designated motor vehicle that is set up to protect the battery tray from external loads in such a way that it cannot be protected by a separate underride guard Stone chips and/or the designated motor vehicle touching down must be protected. Rather, this protective function against external loads is integrated into the battery tray proposed here by having an underbody.
  • a battery tray is therefore proposed which already has the safety function for the battery tray, which is based on an underride protection, integrated.
  • a battery tray which has an underbody of a designated motor vehicle which is set up to reduce the flow resistance of a designated motor vehicle and/or to stabilize the driving stability of the designated motor vehicle and/or or to minimize flow-induced noise.
  • a battery tray is proposed alternatively or cumulatively, which of a
  • a battery shell which has an underbody of a designated motor vehicle which has aerodynamic elements, in particular one or more dimples, one or more grooves, one or more spoilers, one or more di f fusors and/or one or more tear-off edges .
  • a battery shell is proposed which has an underbody of a designated motor vehicle which has corrosion protection for other components of the designated motor vehicle, in particular for other components which are covered by the underbody in the designated motor vehicle to be covered .
  • the variants of different functional integrations in the battery shell shown above are made possible because the battery shell proposed here is formed from plastic, which allows for the necessary geometric and/or structural complexity of the battery shell, which allows the additional functionalities shown to be integrated into the battery shell comparatively simply made possible.
  • the required installation space and/or weight can be saved as a result.
  • the battery shell proposed here is preferably formed from a thermoplastic material, particularly preferably from a polyamide, in particular a polyamide 6 or a polyamide 6. 6 or a polyamide 12, or a polypropylene or a polyolefin.
  • the battery shell is preferably configured at least in regions as the underbody of a motor vehicle.
  • the underbody has a wall thickness of between 3 and 10 mm, preferably a wall thickness of between 4 and 9 mm and particularly preferably a wall thickness of between 5 and 8 mm.
  • the battery shell is particularly preferably formed monolithically.
  • a “monolithically” shaped battery shell is understood to mean a battery shell which is produced in a single component in a cohesive and seamless manner.
  • a monolithically shaped battery shell is not composed of a plurality of individual parts, nor is it joined in a materially coherent manner from a plurality of individual parts, for example by means of a welding process. Rather, a monolithically shaped battery shell is seamless.
  • a monolithically shaped battery shell is preferably understood to mean a battery shell falling from a tool.
  • a tool-dropping battery shell is understood to mean a battery shell that is produced in one step using a tool.
  • the battery tray can be manufactured cost-effectively together with the inner reinforcement and/or outer reinforcement in one production step, with the transition from a reinforcement to a side wall and/or the bottom of the battery tray not posing an additional risk of failure due to a Has a weld or a different connection.
  • the underbody has a stiffening element, with the stiffening element being set up to meet the structural requirements placed on the underbody.
  • a “reinforcement element” is understood to mean a geometric and/or material configuration of the underbody which is designed to reinforce the underbody, in particular compared to a conventional base of a battery tray made of plastic.
  • a reinforcement element preferably has a material change compared to the material of the battery shell, preferably in the form of fiber material introduced into the layer, which is designed to increase the rigidity of the layer, in particular of the base.
  • a stiffening element has an organo sheet.
  • a stiffening element can also preferably be arranged within the battery shell in such a way that it forms at least part of the outer wall of the battery shell, in particular in the area of the underbody forms at least part of the outer wall of the battery shell.
  • the underbody preferably has a structure on its underside, in particular in the form of indentations.
  • a change in the natural frequencies and/or natural modes can be advantageously achieved as a result, resulting in advantages for the aeroacoustics of the underbody.
  • a structure of the underbody is preferably formed or embossed.
  • the reinforcement element particularly preferably has a long-fiber-reinforced layer, in particular a long-fiber-reinforced layer in the underbody of the battery shell.
  • a “long-fiber-reinforced layer” is understood to mean a layer which has long-cut fibers.
  • a “long-cut fiber” is understood to mean a fiber of limited length with a length of greater than or equal to 0.5 mm.
  • the long-cut fibers have a length between 0.5 mm and 20 mm, preferably a length between 1.0 mm and 15 mm and preferably a length between 1.0 mm and 10 mm.
  • the fibers are preferably glass fibers, carbon fibers, aramid fibers or the like.
  • the stiffening element preferably has endless fibers, in particular in the form of unidirectionally oriented fibers or in the form of non-crimp fabrics, in particular in the form of organic sheets.
  • the reinforcement element preferably has a fiber volume fraction of greater than or equal to 20%, preferably a fiber volume fraction of greater than or equal to 30% and particularly preferably a fiber volume fraction of greater than or equal to 40%.
  • the fiber volume fraction is particularly preferably between 25 and 50%.
  • the long-fiber-reinforced layer advantageously makes it possible for the battery shell to be reinforced in a particularly simple manner with only a small amount of additional effort.
  • the long-cut fibers can be exhibited in a molding compound, which by means of a pressing process to the Battery shell is formed.
  • a reinforcing fleece can be achieved inside the battery shell, by means of which the battery shell is reinforced and which can also increase the puncture resistance of the battery shell.
  • the molding compound embeds a reinforcement element during the pressing process, with the reinforcement element being able to form the outer layer of the battery shell and/or the wall of the battery shell at least over a part of the surface.
  • the long-cut fibers in the molding compound can press a stiffening element against the outer wall of the battery shell when molding the battery shell, whereby the stiffening means advantageously covers at least part of the surface of the outer layer of the battery shell and/or the wall of the battery shell forms .
  • the reinforcement element has a core, wherein the reinforcement element has a long-fiber-reinforced layer over the entire area or at least in regions above and below the core.
  • a “core” is understood to mean an area of the battery shell which has a lower specific weight compared to a long-fiber-reinforced layer and/or an endless fiber-reinforced layer.
  • a core preferably has a particularly high stability to transverse contraction, in particular to a transverse contraction caused from a bend in the stiffening element.
  • a core preferably has a material composition that differs from a long-fiber-reinforced layer and/or an endless fiber-reinforced layer, by means of which the specific properties of the core can be advantageously achieved.
  • the core preferably comprises a porous material.
  • the core is preferably made of wood, in particular of balsa wood.
  • the core is preferably produced by means of an injection molding process, in particular by means of a foam injection molding process, in particular using a gas-charged melt.
  • the core has fibers to reinforce the core structure.
  • the core preferably has a geometry that differs from that of a long-fiber-reinforced layer and/or an endless fiber-reinforced layer, by means of which the specific properties of the core can advantageously be achieved.
  • a sandwich construction of the stiffening element is proposed here, with the core being flanked on both sides, in particular on the sides of the core with the largest surfaces, by a long-fiber-reinforced layer and/or an endless fiber-reinforced layer over the entire area or at least in certain areas.
  • the reinforcement element proposed here having a core and/or in a sandwich construction, advantageously enables a lightweight construction of a reinforcement element.
  • weight and material can be saved compared to a stiffening element without a core and/or sandwich construction.
  • the stiffness of the stiffening element can be significantly increased with the same weight.
  • the function of a through the core and / or the sandwich construction Underrun protection can be achieved with a low weight.
  • the core preferably has a wall thickness of between 3 and 25 mm, preferably a wall thickness of between 4 and 22 mm and particularly preferably a wall thickness of between 5 and 20 mm.
  • the underbody Adjacent to a central underbody area, expediently has an underbody extension, with the underbody extension being designed to cover an adjacent area.
  • a "central underbody area” is understood to mean the area of the underbody that is arranged below the storage volume of the battery tray.
  • underbody extension is understood to mean an area of the underbody that extends beyond the central underbody area, which is preferably set up to cover an area adjoining the storage volume of the battery tray, in particular set up to reduce the flow-mechanical resistance.
  • An underbody extension preferably only extends in the transverse direction of the battery tray or in the longitudinal direction of the battery tray.
  • An underbody extension preferably extends both in the longitudinal direction and in the transverse direction of the battery tray, with the corner regions between the underbody extension in the longitudinal direction and the underbody extension in the transverse direction preferably also being covered by the underbody extension.
  • the underbody extension preferably covers the area between the side members of a designated motor vehicle, in particular at least completely.
  • a base area of the underbody extension preferably has an area which is greater than or equal to 5% of the base area of the central underbody area, preferably greater than or equal to 10% of the base area of the central underbody area and particularly preferably greater than or equal to 15% of the base area of the central underbody area .
  • the underbody extension has a recess in a connection area of the battery tray.
  • connection area is understood to be an area of the battery shell in which the battery shell has an electrical and/or a hydraulic connection and/or the like.
  • a “recess” is understood to mean a local interruption of the underbody extension, which is preferably set up so that the connection area is accessible from below, so that an electrical and/or a hydraulic connection and/or the like can be connected to a designated motor vehicle and/or can be solved and/or controlled.
  • the underbody extension is preferably connected to the central underbody area by means of a film hinge.
  • a "film hinge” is understood to mean a rotary joint between the central underbody area and the underbody extension or in the area of the underbody extension, which consists of a thin-walled connection, in particular a thin-walled connection in the form of a fold, which, thanks to its flexibility, allows the connected areas to rotate.
  • the battery shell can advantageously be transported in a space-saving manner and/or easily assembled or disassembled, in particular on the designated motor vehicle.
  • the underbody has at least one aerodynamic element on its underside.
  • an "aerodynamic element” is understood to mean a specially designed area and/or a specially designed element which is set up to influence the designated flow around. a front spoiler, a rear spoiler, a brake spoiler, a brake di f fusor, a wheel spoiler, a wheel di f fusor, a rear di f fusor, a dimple, also known as a dimple, or a groove.
  • the underbody preferably has an aerodynamic element between the front axle and the rear axle of the designated motor vehicle, in particular between the side members of the designated motor vehicle.
  • an aerodynamic element is monolithically molded with the battery tray.
  • An aerodynamic element can be set up to divert hot air from the engine compartment in a targeted manner and/or to direct cooling airflow to the brakes or to the rear axle differential
  • an aerodynamic element can be set up to influence the aeroacoustics of the designated motor vehicle.
  • the underbody has dimples on its underside.
  • a “dimple” is understood to mean a depression in the underbody of the battery shell, in particular for influencing the designated flow around the underbody and/or for fluidic shading of a specific area, in particular a screw head.
  • a dimple has the shape of a spherical segment or a droplet segment.
  • a dimple formed in the underbody or subsequently embossed in the underbody is understood to mean a depression in the underbody of the battery shell, in particular for influencing the designated flow around the underbody and/or for fluidic shading of a specific area, in particular a screw head.
  • a dimple has the shape of a spherical segment or a droplet segment.
  • a dimple formed in the underbody or subsequently embossed in the underbody is a dimple formed in the underbody or subsequently embossed in the underbody.
  • a dimple is preferably in an operative connection with a screw dome, in particular on the opposite side of the underbody, in particular in the area of the underbody extension.
  • Dimples can induce oppositely rotating longitudinal vortices in the flow around the dimple in the area of their lateral limitations, which can influence the flow around, in particular stabilize it, as a result of which the resistance of the motor vehicle can be reduced and/or the stability of the motor vehicle can be increased.
  • a dimple or pattern of dimples is arranged to indicate the degree of turbulence at the sub-floor to increase the flow flowing past, in particular the boundary layer flow, as a result of which the flow behavior can be stabilized.
  • a lower pressure resistance of the designated motor vehicle can be achieved, in particular in the area of the rear, in particular in an effective connection with a rear diffuser.
  • a stabilization of the flow-mechanical force coefficients of a designated motor vehicle can be achieved.
  • a section of a sphere is a part of a sphere that is formed by cutting with a plane.
  • a spherical section has the shape of a dome, in particular a spherical cap, and has the base of a circular disc.
  • a teardrop section is understood to mean a part of a teardrop-shaped body that is formed by cutting with a plane.
  • the subfloor has greater than or equal to 5 dimples, preferably greater than or equal to 10 dimples, and most preferably greater than or equal to 15 dimples.
  • the underbody has a cluster of pits, ie a local densification of pits.
  • the base of a dimple has a diameter of between 15 and 50 mm, more preferably a diameter of between 17 and 45 mm and most preferably a diameter of between 20 and 40 mm.
  • a dimple has a depth of between 1.7 and 2 mm, preferably a depth of between 1 and 1.5 mm.
  • the dimples form a regular pattern.
  • the dimples form a diagonal pattern, preferably a checkerboard pattern.
  • the underbody has at least one groove on its underside.
  • a “groove” is understood to be an elongated indentation, preferably a straight, elongated indentation with a preferably equal depth.
  • a groove preferably has a rectangular base area which preferably has rounded corners.
  • a groove has a longitudinal extent oriented in the transverse direction of the designated motor vehicle.
  • a groove preferably has a longitudinal extent which is oriented in the longitudinal direction and thus in the direction of travel of the designated motor vehicle.
  • the longitudinal extension of a groove is preferably arranged at an angle of 45° to the longitudinal direction of the designated motor vehicle.
  • Grooves are preferably arranged in pairs relative to one another, furthermore preferably mirrored in pairs on the vehicle longitudinal axis of the designated motor vehicle.
  • a groove is optionally configured to stiffen the bottom of the battery tray and/or the designated flow to influence the underbody and / or to influence the aeroacoustics of the underbody.
  • a groove preferably has a longitudinal extent of between 100 and 600 mm, preferably a longitudinal extent of between 150 and 500 mm and particularly preferably a longitudinal extent of between 200 and 400 mm.
  • a groove preferably has a transverse extent of between 10 and 80 mm, preferably a transverse extent of between 20 and 65 mm and particularly preferably a transverse extent of between 30 and 50 mm.
  • a groove preferably has a depth of between 1 and 8 mm, preferably a depth of between 2 and 6 mm and particularly preferably a depth of between 3 and 5 mm.
  • the underbody has at least one flow channel on its underside.
  • a “flow channel” is understood to be a channel that is set up to influence the designated flow on the underbody in terms of direction and/or speed.
  • a channel is preferably designed to be open on one side, being formed by the underbody and two webs extending in the direction normal to the underbody.
  • a flow channel is set up to deflect the designated flow on the underbody from the area of the wheel housing, in particular from a spring strut and/or from a
  • Distract shock absorbers and / or from a steering knuckle whereby the fluidic resistance of the designated motor vehicle can be reduced.
  • the lateral boundaries, in particular the lateral webs, of a flow channel preferably have a wall thickness of between 0.8 and 6 mm, preferably a wall thickness of between 1 and 5 mm and particularly preferably a wall thickness of between 1.2 and 4 mm.
  • the underbody optionally has at least one tear-off edge on its underside.
  • a “stall edge” is understood to mean an aerodynamic element which has an edge, in particular a straight edge, which is set up to bring about a stall of a designated flow, in particular a designated underbody flow.
  • a lift coefficient of a designated motor vehicle in particular a front axle lift coefficient and/or a rear axle lift coefficient of a designated motor vehicle can advantageously be stabilized by means of a spoiler lip, whereby the driving stability of the designated motor vehicle can be improved.
  • a tear-off edge preferably has a wall thickness of between 0.3 and 2 mm, preferably a wall thickness of between 0.4 and 1.7 mm and particularly preferably a wall thickness of between 0.5 and 1.5 mm.
  • a tear-off edge preferably has an extent of between 10 and 80 mm in the normal direction of the underbody, preferably an extent in the normal direction of the underbody between 15 and 15 mm and 70 mm and particularly preferably an extension in the normal direction of the underbody between 20 and 60 mm.
  • a tear-off edge is preferably designed to be flexible, so that it can react elastically to any collisions with the designated subsoil.
  • the tear-off edge is preferably formed together with the underbody of the battery tray.
  • the tear-off edge is formed in the form of a lip, in particular from a thermoplastic elastomer, and is then injection-molded onto the underbody, in particular firmly bonded to the underbody.
  • the battery shell is produced using an injection molding process and/or a pressing process.
  • injection molding process is understood to mean a primary form process in which the material to be processed, in particular plastic, is liquefied by means of an injection molding machine and injected under pressure into a mold, the injection mold. In the injection mold, the material goes through cooling and/or a cross-linking reaction and can be removed as a component after opening the injection mold.
  • a “pressing process” is understood to mean a primary molding process in which the molding compound is introduced into the cavity of an associated pressing tool in a first step, with the pressing tool being closed in a second step, in particular using a pressure piston. Outside of the pressing tool, the molding compound acquires the shape specified by the pressing tool.
  • the pressing tool is preferably temperature-controlled.
  • thermoplastic or a duroplastic material is to be thought of in particular, which is optionally mixed with a fiber material, in particular glass fiber, carbon fiber, aramid fiber or the like.
  • a pressing process can also be understood as a direct compounding process (D-LFT), in which a fiber material is fed into an extruder, where it is impregnated with the matrix polymer that has already been melted, in particular a thermoplastic or a duroplastic, and in is transferred to an injection plunger and then introduced into the pressing tool as a molding compound.
  • D-LFT direct compounding process
  • the molding compound preferably has fibers up to a length of 5 mm.
  • the molding compound preferably has fibers with a length between 0.5 mm and 20 mm, preferably fibers with a length between 1.0 mm and 15 mm and particularly preferably fibers with a length between 1.0 mm and 10 mm, especially when used an extrusion process for producing a battery shell and/or in the case of a battery shell that has been produced by means of an extrusion process.
  • the battery shell is made using a hybrid manufacturing process Injection Molding and Compression Molding Manufactured .
  • the core of the reinforcement element is preferably produced by means of an injection molding process, in particular by means of a foam injection molding process in which a gas-charged melt is formed.
  • the shaped core can then be introduced into a cavity of a pressing tool and introduced into the molding compound in a pressing process, in particular surrounded by the molding compound.
  • one of the things that should be considered is that the foam injection-molded core is compressed at least in some areas to a smaller wall thickness during the pressing process, which means that, among other things, a structure of the underbody can be advantageously formed on the underside using an unstructured core, while the underbody has a can have planar configuration.
  • a traction battery in particular a traction battery for a motor vehicle, having a battery shell according to the first aspect of the invention.
  • a “motor vehicle” is understood to mean a vehicle driven by a motor.
  • a motor vehicle is preferably not tied to a rail or at least not permanently track-bound.
  • FIG. 1 schematically shows a section of an embodiment of a battery shell
  • FIG. 2 a schematic detail of a further embodiment of a battery shell
  • FIG. 3 a schematic detail of a further embodiment of a battery shell
  • FIG. 4 a schematic detail of a further embodiment of a battery shell
  • FIG. 5 a schematic detail of a further embodiment of a battery shell.
  • FIG. 6 a schematic detailed view of an embodiment of a battery shell.
  • the section of an embodiment of a monolithically formed battery tray 100 in Figure 1 has a battery tray 100 consisting of a base 102, at least one side wall 104, an outer stiffening element 130 and an inner stiffening element 140, the battery shell 100 having a receiving volume 108 formed between the floor 102 and the side walls 104 (partially shown), having.
  • the outer stiffening element 130 extends in a longitudinal direction 150 of the battery shell 100.
  • the inner stiffening element 140 extends in a transverse direction 160 of the battery shell 100.
  • the inner stiffening means 140 and the outer stiffening means 130 have a cross-rib structure (not labeled) and stiffen the battery shell 100.
  • the inner stiffening means 140 and the outer stiffening means 130 each have a layer (not designated) made of fiber-plastic composite at different points, as a result of which the battery shell 100 can be made stiffer and/or lighter.
  • the receiving volume 108 of the battery tray is set up to receive and fix at least one battery module (not designated).
  • the underside of the battery tray 100 has a central underbody area 113 which is designed as an underbody 116 of a designated motor vehicle (not shown).
  • the embodiment of a battery tray 100 in FIG Underbody 116 extends beyond central underbody area 113 .
  • the underbody extension 114 is set up to form an area outside of the central underbody area 113 as the underbody 116 in a designated motor vehicle (not shown).
  • the areas (not shown) between the battery tray 100 and the side members (not shown) of the designated motor vehicle can be covered by the underbody 116 .
  • the underbody extension 114 has a through hole 126 which is preferably set up for fastening the battery tray 100 in the designated motor vehicle (not shown).
  • the battery tray 100 can be reinforced in the area of the underbody 116 .
  • the underbody 116 of the battery tray 100 can take over the functionality of an underrun protection of the designated motor vehicle (not shown).
  • the long-fiber-reinforced layer 122 extends over the entire surface (not labeled ) of the underbody 116 .
  • the stiffening element 120 is shown schematically in FIG. It should be expressly pointed out that this does not have to be arranged in the middle of the layer forming the bottom 102 of the battery shell 100, but rather can also be arranged elsewhere in this layer, preferably as an upper and/or lower edge layer.
  • the section of an embodiment of a monolithic battery shell 100 in FIG. 4 also has a stiffening element 120 in the form of a long-fiber-reinforced layer 122 , which only extends over the central underbody area 113 . In this way, the function of an underride protection, emanating from the long-fiber-reinforced layer 122 , can be restricted to the central underbody area 113 . This allows weight to be saved.
  • the stiffening element is shown purely schematically, analogously to FIG. 3, and can also be arranged differently, in particular as an upper and/or lower edge layer.
  • the core 124 is formed from a gas-charged melt and extends immediately below the receiving space 108 of the battery shell 100 .
  • the core 124 can also extend to a smaller or a larger area without departing from this aspect. In other words, its extension can be adapted to the requirements of the sub-floor 116 .
  • the core 124 is flanked on both sides by a long-fiber-reinforced layer 122 , the long-fiber-reinforced layer 122 arranged above having the same base area as that of the core 124 .
  • the long fiber reinforced layer 122 arranged below the core 124 extends over the entire central underbody area 113 .
  • the extent of the long-fiber-reinforced layer 122 arranged at the bottom can differ from this in other dimensions if the requirements of the underbody 116 on the reinforcement element 120 can be met in this way.
  • the detailed view of an embodiment of a battery shell 100 in FIG. 6 shows a dimple (not labeled) which has a teardrop section 210 as an outer contour.
  • the dimple (not labeled ) extends into the bottom 116 of the battery tray 100 , specifically below a through hole 126 .
  • the dimple (not designated) is preferably set up to accommodate a screw head (not designated), as a result of which the flow-mechanical resistance of the screw head in the direction of flow 200 can advantageously be reduced.
  • the dimple has a rounding 220 which is also set up to reduce the flow-mechanical resistance in the direction of flow 200 .
  • the layers of the stiffening means 120 in particular the long-fiber-reinforced layers 122, can also be arranged differently, in particular as an upper and/or lower edge layer.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieschale, insbesondere eine Batterieschale einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale aus Kunststoff ausgeformt ist, wobei die Batterieschale einen Boden und zumindest vier Seitenwände aufweist, wobei die Batterieschale ein Aufnahmevolumen aufweist, wobei das Aufnahmevolumen zur Aufnahme und zur Fixierung von zumindest einem Batteriemodul eingerichtet ist, wobei die Batterieschale zumindest bereichsweise als Unterboden eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet ist.

Description

Batterieschale mit Unterboden und Traktionsbatterie
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2021 102 085 . 9 , auf deren Of fenlegungsinhalt hiermit ausdrücklich Bezug genommen wird .
Die Erfindung betri f ft eine Batterieschale mit Unterboden und eine Traktionsbatterie .
Kraftfahrzeuge mit einem zumindest teilweise batterieelektrischen Antrieb weisen in der Nähe des Unterbodens oftmals großflächige Traktionsbatterien auf , welche überwiegend ein metallisches Batteriegehäuse aufweisen .
Die Haupt funktion des Batteriegehäuses besteht in der Fixierung der Batteriemodule im Kraftfahrzeug .
Zum Schutz der Traktionsbatterie vor Steinschlag und/oder vor einem harten Aufsetzen des Kraftfahrzeugbodens auf dem Untergrund ist in der Regel unterhalb der Traktionsbatterie ein ebenfalls metallisch ausgeführter Unterbodenschutz angebracht , der als separates Bauteil ausgeführt ist .
Zur Verbesserung der Aerodynamik im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs kommt zusätzlich eine al s zumindest ein separates Bauteil ausgeführte Unterbodenverkleidung zum Einsatz , welche unterhalb der Traktionsbatterie oder unterhalb des Unterbodenschutzes angebracht ist . Zusätzlich kommen zur weiteren Reduzierung des strömungsmechanischen Widerstandes und/oder zur Erhöhung der Fahrsicherheit Aerodynamikelemente zum Einsatz , insbesondere Leitrippen, Abrisskanten, Grübchen, welche auch als Dimples bekannt sind, oder dergleichen .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde , dem Stand der Technik eine Verbesserung oder eine Alternative zur Verfügung zu stellen .
Nach einem ersten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Batterieschale , insbesondere eine Batterieschale einer Traktionsbatterie , wobei die Batterieschale aus Kunststof f ausgeformt ist , wobei die Batterieschale einen Boden und zumindest vier Seitenwände aufweist , wobei die Batterieschale ein Aufnahmevolumen aufweist , wobei das Aufnahmevolumen zur Aufnahme und zur Fixierung von zumindest einem Batteriemodul und/oder einer Batteriezelle eingerichtet ist , wobei die Batterieschale zumindest bereichsweise einen Unterboden eines Kraftfahrzeugs aufweist .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Zunächst sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung unbestimmte Artikel und Zahlenangaben wie „ein" , „zwei" usw . im Regel fall als „mindestens"- Angaben zu verstehen sein sollen, also als „mindestens ein..." , „mindestens zwei ..." usw . , sofern sich nicht aus dem j eweil igen Kontext ausdrücklich ergibt oder es für den Fachmann of fensichtlich oder technisch zwingend ist , dass dort nur „genau ein ..." , „genau zwei ..." usw . gemeint sein können .
Im Rahmen der hier vorliegenden Patentanmeldung sei der Ausdruck „insbesondere" immer so zu verstehen, dass mit diesem Ausdruck ein optionales , bevorzugtes Merkmal eingeleitet wird . Der Ausdruck ist nicht als „und zwar" und nicht als „nämlich" zu verstehen .
Unter einer „Traktionsbatterie" wird ein Energiespeicher verstanden, insbesondere ein Energiespeicher für elektrischen Strom . Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zum Einbau in sowie zum Antrieb von Elektroautos geeignet . Vorzugsweise ist eine Traktionsbatterie zur Nutzung in einem batterieelektrischen Kraftfahrzeug und/oder einem Kraftfahrzeug mit batterieelektrischem Antrieb und Verbrennungsmotor geeignet .
Unter einem „Kunststof f" wird ein Werkstof f verstanden, der hauptsächlich aus Makromolekülen besteht .
Vorzugsweise ist ein Kunststof f ein thermoplastischer Kunststof f , wobei sich ein thermoplastischer Kunststof f in einem stof f abhängigen Temperaturbereich verformen lässt , wobei dieser Prozess reversibel ist und durch Abkühlung und Wiedererwärmung bis in den schmel z flüssigen Zustand beliebig oft wiederholt werden kann .
Unter einer aus Kunststof f ausgeformten Batterieschale wird eine Batterieschale verstanden, deren äußere Form im Wesentlichen aus Kunststof f und/oder einem Faser-Kunststof f-Verbund ausgeformt ist . Vorzugsweise sind mehr oder gleich 70 % der äußeren Fläche der Batterieschale aus Kunststof f und/oder einem Faser-Kunst- stof f-Verbund ausgeformt , bevorzugt mehr oder gleich 80 % der äußeren Fläche und besonders bevorzugt mehr oder gleich 90 % der äußeren Fläche . Dabei sei unter anderem daran gedacht , dass die aus einem Kunststof f ausgeformte Batterieschale eine ein Metall aufweisende Innenstruktur aufweisen kann, wobei die ein Metal l aufweisende Innenstruktur überwiegend von dem Kunststof f eingebettet ist und weniger als 30 % der äußeren Fläche der Batterieschale bildet . Unter einer „Batterieschale" wird ein Gehäusebestandteil einer Batterie , insbesondere einer Traktionsbatterie , verstanden .
Insbesondere ist eine Batterieschale zur Aufnahme von Komponenten einer Batterie eingerichtet und weist dementsprechend einen „Aufnahmevolumen" zur Aufnahme von Komponenten auf , sodass diese durch die Batterieschale vor äußeren Einflüssen geschützt und/oder zumindest mittelbar in der Batterieschale befestigt werden können .
Vorzugsweise wird unter einer Batterieschale eine Batterieunterschale verstanden, wobei Batterieunterschale und Batteriedeckel vorzugsweise gemeinsam die wesentlichen Komponenten des Gehäuses einer Traktionsbatterie ergeben .
Insbesondere weist eine Batterieschale einen „Boden" und im vorzugsweisen Fall einer Traktionsbatterie mit einem im Wesentlichen rechteckigen Grundriss zumindest vier „Seitenwände" auf .
Boden und Seitenwände der Batterieschale formen das Aufnahmevolumen einer Batterieschale aus , wobei das Aufnahmevolumen der Batterieschale die „Innenseite" der Batterieschale beschreibt .
Ausgehend von dem Aufnahmevolumen der Batterieschale befindet sich die „Außenseite" der Batterieschale auf der von dem Aufnahmevolumen abgewendeten Seite des Bodens sowie der Seitenwände .
Unter einer „Batteriemodul" wird eine bauliche Einheit verstanden, welche eine Mehrzahl von „Batteriezellen" aufweist . Vorzugsweise weist ein Batteriemodul eine eigene Ummantelung der Mehrzahl von Batteriezellen auf , welche weiterhin vorzugsweise mittels einem Sicherheitsventil den Aufnahmeraum des Batteriemoduls von dem Aufnahmeraum der Batterieschale trennt . Unter einer „Batteriezelle" wird ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis verstanden .
Unter einem „Unterboden" wird der Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs verstanden, in welchem die Batterieschale designiert zum Einsatz kommt . Der Unterboden eines Kraftfahrzeugs ist die Außenfläche eines Kraftfahrzeugs an der Unterseite des Kraftfahrzeugs , insbesondere die Außenfläche eines Kraftfahrzeugs , an welcher die Umströmung des Kraftfahrzeugs an der Unterseite des Kraftfahrzeugs vorbeiströmt .
Erkennungs zeichen für eine Batterieschale aufweisend einen Unterboden ist unter anderem vorzugsweise eine Grundfläche , die über die Grundfläche des Aufnahmeraums der Batterieschale hinausgeht , insbesondere um mehr oder gleich 5 % über die Grundfläche des Aufnahmeraums der Batterieschale hinausgeht , bevorzugt um mehr oder gleich 10 % und besonderes bevorzugt um mehr oder gleich 15 % . Eine über die Grundfläche des Aufnahmeraums der Batterieschale hinausgehende Grundfläche wird vorliegend auch als „Unterbodenerweiterung" bezeichnet .
Erkennungs zeichen für eine Batterieschale aufweisend einen Unterboden ist unter anderem vorzugsweise eine Ausgestaltung der Unterseite des Bodens der Batterieschale in Form einer Unterbodenverkleidung eines designierten Kraftfahrzeugs .
Erkennungs zeichen für eine Batterieschale aufweisend einen Unterboden ist unter anderem vorzugsweise eine verstärkte Struktur des Bodens einer Batterieschale , insbesondere eine Batterieschale aufweisend ein Verstei fungselement in dem Boden der Batterieschale , insbesondere ein Verstei fungselement im Boden der
Batterieschale im Bereich des Aufnahmeraums . Erkennungs zeichen für eine Batterieschale aufweisend einen Unterboden ist unter anderem vorzugsweise eine Batterieschale aufweisend ein Aerodynamikelement , insbesondere ein oder mehrere Grübchen, ein oder mehrere Rillen, einen oder mehrere Spoiler, einen oder mehrere Di f fusoren und/oder eine oder mehrere Abrisskanten .
Vorzugsweise ist der Unterboden zum Schutz gegen Steinschlag eingerichtet . Vorzugsweise ist der Unterboden zum Schutz gegen ein Auf setzen des designierten Kraftfahrzeugs eingerichtet . Mit anderen Worten weist der Unterboden vorzugsweise einen Schutz vor äußeren Lasten auf . Vorzugsweise wird unter einem Unterboden ein Unterfahrschutz verstanden .
Vorzugsweise ist der Unterboden strömungsmechanisch vorteilhaft ausgestaltet , insbesondere möglichst eben ausgestaltet , sodass der Strömungswiderstand im Bereich des Unterbodens im Vergleich zu einem nicht strömungsmechanisch vorteilhaft ausgestalteten Unterboden sinken kann und damit insgesamt Energie eingespart werden kann . Vorzugsweise wird unter einem Unterboden eine Unterbodenverkleidung verstanden .
Vorzugsweise weist ein Unterboden Aerodynamikelemente auf , insbesondere eine Abrisskante , welche dazu eingerichtet ist , die Fahrstabilität des designierten Kraftfahrzeugs zu erhöhen, insbesondere mittels einer Verstetigung der Auftriebsbeiwerte des designierten Kraftfahrzeugs , insbesondere des designierten Auftriebsbeiwerts an der Vorderachse des designierten Kraftfahrzeugs und/oder des designierten Auftriebsbeiwerts an der Hinterachse des designierten Kraftfahrzeugs .
Vorzugsweise ist ein Unterboden zum Schutz vor Korrosion eingerichtet . Vorzugsweise ist ein Unterboden möglichst eben ausgestaltet , sodass die Verwirbelungen der designierten Umströmung reduziert werden können, wodurch neben dem Reibungswiderstand auch die strömungsinduzierten Lärmquellen vermindert werden können und/oder die strömungsinduzierten Lärmquellen in ihrer designierten Schallemission verringert werde können .
Bei den heute bekannten Batterieschalen ist der Funktionsumfang der Batterieschale auf die Fixierung eines oder mehrerer Batteriemodule sowie etwaiger weiterer Systeme im Aufnahmeraum der Batterieschale angepasst .
Die heute bekannten Batterieschalen weisen keinen Unterfahrschutz auf , der einen Schutz gegen Steinschläge oder ein Aufsetzen des designierten Kraftfahrzeugs bereitstellt . Vielmehr werden die heute bekannten Batterieschalen in dem designierten Kraftfahrzeug oberhalb eines separaten Unterfahrschutzes angebracht . Dieser separat ausgestaltete Unterfahrschutz ist in aller Regel aus Metall gefertigt und hält Steinschläge von der Batterieschale ab und schützt diese vor einem Aufsetzen des Kraftfahrzeugs . Mit anderen Worten übernimmt heute ein Unterfahrschutz die Aufgabe , die bekannten Batterieschalen vor äußeren Lasten zu schützen .
Heutige Batterieschalen weisen keine Unterbodenverkleidung auf , welche dazu eingerichtet ist , den Strömungswiderstand eines designierten Kraftfahrzeugs zu reduzieren und/oder die Fahrstabilität des designierten Kraftfahrzeugs zu verstetigen und/oder strömungsinduzierte Geräusche zu minimieren . Vielmehr werden die heute bekannten Batterieschalen in dem designierten Kraftfahrzeug oberhalb einer separaten Unterbodenverkleidung angebracht , welche zur Erfüllung der vorbeschriebenen Aufgaben eingerichtet ist . Mit anderen Worten sind heute bekannte Batterieschalen nicht dazu eingerichtet , die Funktionen eines Unterfahrschutzes und/oder einer Unterbodenverkleidung zu übernehmen . Hierdurch werden bei heute bekannten Batterieschalen separate Bauteile benötigt , die unterhalb der Batterieschale in einem designierten Kraftfahrzeug angebracht werden . Dies verursacht vergleichsweise höhere Kosten und benötigt vergleichsweise mehr Bauhöhe für das designierte Kraftfahrzeug .
Die hier vorgeschlagene Batterieschale weist einen Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs auf und erweitert auf diese Weise den Funktionsumfang der neben der Fixierung zumindest eines Batteriemoduls um zumindest eine weitere Funktionalität , insbesondere um einen Unterfahrschutz und/oder eine Unterbodenverkleidung und/oder weitergehende Aerodynamikelemente und/oder einen Korrosionsschutz für weitere Komponenten des designierten Kraftfahrzeugs .
Der Unterboden des designierten Kraftfahrzeugs ist vorzugsweise mit einer herkömmlichen Batterieschale aus Kunststof f fest verbunden oder an eine herkömmliche Batterieschale angeformt . Insbesondere ist der Unterboden mit der Batterieschale verschweißt und/oder verklebt . Vorteilhaft kann hierdurch die Herstellung der vorgeschlagenen Batterieschale vereinfacht werden .
Besonderes vorzugsweise wird der Boden einer herkömmlichen Batterieschale derart erweitert , dass die Batterieschale einen Unterboden aufweist . Dabei sei konkret daran gedacht , den Unterboden des designierten Kraftfahrzeugs direkt mit der Batterieschale aus zuformen, wobei weiterhin vorzugsweise eine Unterbodenerweiterung ausgeformt werden kann und/oder eine spezielle Formgebung des Bodens der Batterieschale ausgeformt werden kann, insbesondere eine Formgebung aufweisend Aerodynamikelemente , und/oder ein Verstei fungselement innerhalb des Bodens der Batterieschale ausgestaltet werden kann . Unter anderem wird gemäß einer ersten Variante oder kumulativ zu einer oder mehrerer der weiteren Varianten eine Batterieschale vorgeschlagen, welche einen Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs aufweist , der dazu eingerichtet ist , die Batterieschale vor äußeren Lasten derart zu schützen, dass diese nicht durch einen separaten Unterfahrschutz vor Steinschlägen und/oder einem Aufsetzen des designierten Kraftfahrzeugs geschützt werden muss . Vielmehr wird diese Schutz funktion vor äußeren Lasten durch das Aufweisen eines Unterbodens in die hier vorgeschlagene Batterieschale integriert . Es wird also eine Batterieschale vorgeschlagen, welche die von einem Unterfahrschutz ausgehende Sicherheits funktion für die Batterieschale bereits integriert aufweist .
Gemäß einer zweiten Variante oder kumulativ zu einer oder mehrerer der weiteren Varianten wird eine Batterieschale vorgeschlagen, welche einen Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs aufweist , der dazu eingerichtet ist , den Strömungswiderstand eines designierten Kraftfahrzeugs zu reduzieren und/oder die Fahrstabilität des designierten Kraftfahrzeugs zu verstetigen und/oder strömungsinduzierte Geräusche zu minimieren . Mit anderen Worten wird alternativ oder kumulativ eine Batterieschale vorgeschlagen, welche die von einer
Unterbodenverkleidung ausgehenden strömungsmechanischen Funktionen für das designierte Kraftfahrzeug bereits in der Batterieschale integriert aufweist .
Gemäß einer dritten Variante oder kumulativ zu einer oder mehrerer der weiteren Varianten wird eine Batterieschale vorgeschlagen, welche einen Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs aufweist , der Aerodynamikelemente aufweist , insbesondere ein oder mehrere Grübchen, ein oder mehrere Rillen, einen oder mehrere Spoiler, einen oder mehrere Di f fusoren und/oder eine oder mehrere Abrisskanten . Gemäß einer vierten Variante oder kumulativ zu einer oder mehrerer der weiteren Varianten wird eine Batterieschale vorgeschlagen, welche einen Unterboden eines designierten Kraftfahrzeugs aufweist , der einen Korrosionsschutz für weitere Komponenten des designierten Kraftfahrzeugs aufweist , insbesondere für weitere Komponenten, welche von dem Unterboden in dem designierten Kraftfahrzeug verdeckt werden .
Insbesondere werden die oberhalb dargestellten Varianten unterschiedlicher Funktionsintegrationen in die Batterieschale ermöglicht , da die hier vorgeschlagene Batterieschale aus Kunststof f ausgeformt ist , wodurch eine hierfür erforderliche geometrische und/oder strukturelle Komplexität der Batterieschale ermöglicht wird, welche eine Integration der dargestellten zusätzlichen Funktionalitäten in die Batterieschale vergleichsweise einfach ermöglicht .
Vorteilhaft kann hierdurch benötigter Bauraum und/oder Gewicht eingespart werden .
Vorzugsweise ist die hier vorgeschlagene Batterieschale aus einem thermoplastischen Kunststof f ausgeformt , besonders vorzugsweise aus einem Polyamid, insbesondere einem Polyamid 6 oder einem Polyamid 6 . 6 oder einem Polyamid 12 , oder einem Polypropylen oder einem Polyolefine .
Vorzugsweise ist die Batterieschale zumindest bereichsweise als Unterboden eines Kraftfahrzeugs ausgestaltet .
Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form weist der Unterboden eine Wandstärke zwischen 3 und 10 mm auf , vorzugsweise eine Wandstärke zwischen 4 und 9 mm und besonders bevorzugt eine Wandstärke zwischen 5 und 8 mm auf . Besonders bevorzugt ist die Batterieschale monolithisch ausgeformt .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „monolithisch" ausgeformten Batterieschale wird eine Batterieschale verstanden, welche in einem einzigen Bauteil zusammenhängend und fugenlos hergestellt ist .
Mit anderen Worten ist eine monolithisch ausgeformte Batterieschale nicht aus mehreren Einzelteilen zusammengesetzt und auch nicht aus einer Mehrzahl von Einzelteilen etwa mittels eines Schweißverfahrens stof f schlüssig gefügt . Vielmehr ist eine monolithisch ausgeformte Batterieschale fugenlos .
Vorzugsweise wird unter einer monolithisch ausgeformten Batterieschale eine werkzeugfallende Batterieschale verstanden .
Unter einer werkzeugfallenden Batterieschale wird eine Batterieschale verstanden, die in einem Schritt mithil fe eines Werkzeugs hergestellt wird .
Vorteilhaft kann hierdurch erreicht werden, dass die Batterieschale mitsamt dem inneren Verstei fungsmittel und/oder äußeren Verstei fungsmittel in einem Fertigungsschritt kostengünstig hergestellt werden kann, wobei der Übergang von einem Verstei fungsmittel in eine Seitenwand und/oder den Boden der Batterieschale kein zusätzliches Versagensrisiko durch eine Schweißnaht oder eine abweichende Verbindung aufweist .
So kann auch vorteilhaft eine inhärente Dichtigkeit einer Batterieschale erreicht werden . Besonders zweckmäßig weist der Unterboden ein Verstei fungselement auf , wobei das Verstei fungselement zur Erfüllung der strukturellen Anforderungen an den Unterboden eingerichtet ist .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Verstei fungselement" wird eine geometrische und/oder stof fliche Ausgestaltung des Unterbodens verstanden, welche dazu eingerichtet ist , de Unterboden zu verstei fen, insbesondere gegenüber einem herkömml ichen Boden einer aus Kunststof f ausgeformten Batterieschale zu verstei fen .
Vorzugsweise weist ein Verstei fungselement eine stof fliche Veränderung gegenüber dem Material der Batterieschale auf , vorzugsweise in Form von in die Schicht eingebrachtem Fasermaterial , welches dazu eingerichtet ist , die Stei figkeit der Schicht , insbesondere des Bodens , zu erhöhen .
Unter anderem sei daran gedacht , dass ein Verstei fungselement ein Organo-Blech aufweist .
Ein Verstei fungselement kann weiterhin vorzugsweise derart innerhalb der Batterieschale angeordnet sein, dass es zumindest einen Teil der Außenwand der Batterieschale bildet , insbesondere im Bereich des Unterbodens zumindest einen Teil der Außenwand der Batterieschale bildet .
Vorzugsweise weist der Unterboden an seiner Unterseite eine Struktur auf , insbesondere in Form von Vertiefungen . Vorteilhaft kann hierdurch unter anderem eine Veränderung der Eigenfrequenzen und/oder Eigenmodi erreicht werden, sodass sich Vorteile für die Aeroakustik des Unterbodens ergeben .
Vorzugsweises wird eine Struktur des Unterbodens urgeformt oder geprägt . Besonders bevorzugt weist das Verstei fungselement eine langfaserverstärkte Schicht auf , insbesondere eine langfaserverstärkte Schicht im Unterboden der Batterieschale .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „langfaserverstärkten Schicht" wird eine Schicht verstanden, welche Langschnittasern aufweist . Unter einer „Langschnittfaser" wird eine Faser begrenzter Länge mit einer Länge von größer gleich 0 , 5 mm verstanden . Optional weisen die Langschnittfasern eine Länge zwischen 0 , 5 mm und 20 mm auf , bevorzugt eine Länge zwischen 1 , 0 mm und 15 mm und bevorzugt eine Länge zwischen 1 , 0 mm und 10 mm .
Vorzugsweise handelt es sich bei den Fasern um Glas fasern, Kohlenstof f fasern, Aramidfasern oder dergleichen .
Vorzugsweise weist das Verstei fungselement Endlos fasern auf , insbesondere in Form von unidirektional orientierten Fasern oder in Form von Gelegen, insbesondere in Form von Organo-Blechen .
Vorzugsweise weist das Verstei fungselement einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 20 % auf , bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 30 % und besonders bevorzugt einen Faservolumenanteil von größer oder gleich 40 % .
Besonders bevorzugt liegt der Faservolumenanteil zwischen 25 und 50 % .
Durch die langfaserverstärkte Schicht kann vorteilhaft erreicht werden, dass die Batterieschale bei einem nur geringfügigen zusätzlichen Aufwand besonders einfach verstei ft werden kann . Unter anderem können die Langschnitt fasern in einer Formmasse aufgewiesen sein, welche mittels einem Pressverfahren zu der Batterieschale ausgeformt wird . Vorzugsweise kann durch Verwendung von Langschnitt fasern ein Verstärkungsvlies innerhalb der Batterieschale erreicht werden, mittels welchem die Batterieschale verstei ft wird und welches auch die Durchstoß festigkeit der Batterieschale erhöhen kann .
Unter anderem sei hier auch daran gedacht , dass die Formmasse während dem Pressverfahren ein Verstei fungselement einbettet , wobei das Verstei fungselement zumindest teil flächig die äußere Schicht der Batterieschale und/oder die Wand der Batterieschale bilden kann . Dabei sei unter anderem daran gedacht , dass die Langschnitt fasern in der Formmasse beim Aus formen der Batterieschale ein Verstei fungselement an die Außenwand der Batterieschale drücken können, wodurch das Verstei fungsmittel vorteilhaft zumindest teil flächig die äußere Schicht der Batterieschale und/oder die Wand der Batterieschale bildet .
Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form weist Verstei fungselement einen Kern auf , wobei das Verstei fungselement oberhalb und unterhalb des Kerns voll flächig oder zumindest bereichsweise eine langfaserverstärkte Schicht aufweist .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Kern" wird ein Bereich der Batterieschale verstanden, welcher im Vergleich zu einer langfaserverstärkten Schicht und/oder einer endlos faserverstärkten Schicht ein geringeres spezi fisches Gewicht aufweist . Vorzugsweise weist ein Kern eine besonders hohe Stabilität gegenüber Querkontraktion auf , insbesondere gegenüber einer Querkontraktion hervorgerufen von einer Biegung des Verstei fungselements .
Vorzugsweise weist ein Kern eine gegenüber einer langfaserverstärkten Schicht und/oder einer endlos faserverstärkten Schicht abweichende stof fliche Beschaf fenheit auf , mittels welcher die spezi fischen Eigenschaften des Kerns vorteilhaft erreicht werden können .
Vorzugsweise weist der Kern ein poröses Material auf .
Vorzugsweise besteht der Kern aus Hol z , insbesondere aus Balsahol z .
Vorzugsweise ist der Kern mittels eines Spritzgussverfahrens hergestellt , insbesondere mittels einem Schaumspritzgussverfahren, insbesondere unter Verwendung einer gasbeladenen Schmel ze .
Vorzugsweise weist der Kern Fasern zur Verstärkung der Kernstruktur auf .
Vorzugsweise weist der Kern eine gegenüber einer langfaserverstärkten Schicht und/oder einer endlos faserverstärkten Schicht abweichende Geometrie auf , mittels welcher die spezi fischen Eigenschaften des Kerns vorteilhaft erreicht werden können .
Unter anderem wird hier eine Sandwichbauweise des Verstei fungselements vorgeschlagen, wobei der Kern beidseitig, insbesondere an den Seiten des Kerns mit den größten Oberflächen, von einer langfaserverstärkten Schicht und/oder einer endlos faserverstärkten Schicht voll flächig oder zumindest bereichsweise flankiert wird .
Das hier vorgeschlagene Verstei fungselement aufweisend einen Kern und/oder in Sandwichbauweise ermöglicht vorteilhaft einen Leichtbau eines Verstei fungselements . Somit kann bei gleicher Stei figkeit Gewicht und Material gegenüber einem Verstei fungselement ohne Kern und/oder Sandwichbauweise eingespart werden . Alternativ kann bei gleichem Gewicht die Stei figkeit des Verstei fungselements signi fikant erhöht werden . Insbesondere kann durch den Kern und/oder die Sandwichbauweise die Funktion eines Unterfahrschutzes mit einem geringen Gewichtsaufwand erreicht werden .
Vorzugsweise weist der Kern eine Wandstärke zwischen 3 und 25 mm auf , bevorzugt eine Wandstärke zwischen 4 und 22 mm und besonders bevorzugt eine Wandstärke zwischen 5 und 20 mm .
Zweckmäßig weist der Unterboden angrenzend an einen zentralen Unterbodenbereich eine Unterbodenerweiterung auf , wobei die Unterbodenerweiterung zur Verkleidung eines angrenzenden Bereichs eingerichtet ist .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „zentraler Unterbodenbereich" wird der Bereich des Unterbodens verstanden, der unterhalb des Aufnahmevolumens der Batterieschale angeordnet ist .
Unter einer „Unterbodenerweiterung" wird ein sich über den zentralen Unterbodenbereich hinaus erstreckender Bereich des Unterbodens verstanden, welcher vorzugsweise zur Verkleidung eines an das Aufnahmevolumen der Batterieschale angrenzenden Bereichs eingerichtet ist , insbesondere zur Reduzierung des strömungsmechanischen Widerstands eingerichtet ist .
Vorzugsweise erstreckt sich eine Unterbodenerweiterung nur in Querrichtung der Batterieschale oder in Längsrichtung der Batterieschale . Vorzugsweise erstreckt sich eine Unterbodenerweiterung sowohl in Längsrichtung als auch in Querrichtung der Batterieschale , wobei weiterhin vorzugsweise auch die Eckbereiche zwischen der Unterbodenerweiterung in Längsrichtung und der Unterbodenerweiterung in Querrichtung von der Unterbodenerweiterung mitabgedeckt werden . Vorzugsweise deckt die Unterbodenerweiterung den Bereich zwischen den Längsträgern eines designierten Kraftfahrzeugs ab, insbesondere mindestens vollständig ab .
Vorzugsweise weist eine Grundfläche der Unterbodenerweiterung eine Fläche auf , welche größer als oder gleich 5 % der Grundfläche des zentralen Unterbodenbereichs ist , bevorzugt größer als oder gleich 10 % der Grundfläche des zentralen Unterbodenbereichs und besonders bevorzugt größer als oder gleich 15 % der Grundfläche des zentralen Unterbodenbereichs .
Optional weist die Unterbodenerweiterung in einem Anschlussbereich der Batterieschale eine Aussparung auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Anschlussbereich" wird ein Bereich der Batterieschale verstanden, in welchem die Batterieschale einen elektrischen und/oder einen hydraulischen Anschluss und/oder dergleichen aufweist .
Unter einer „Aussparung" wird eine lokale Unterbrechung der Unterbodenerweiterung verstanden, welche vorzugsweise dazu eingerichtet ist , dass der Anschlussbereich von unten zugänglich ist , sodass ein elektrischer und/oder ein hydraulischer Anschluss und/oder dergleichen mit einem designierten Kraftfahrzeug verbunden werden kann und/oder gelöst werden kann und/oder kontrolliert werden kann .
Bevorzugt ist die Unterbodenerweiterung mit dem zentralen Unterbodenbereich mittels einem Filmscharnier verbunden .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert : Unter einem „Filmscharnier" wird ein Drehgelenk zwischen dem zentralen Unterbodenbereich und der Unterbodenerweiterung oder im Bereich der Unterbodenerweiterung verstanden, welches aus einer dünnwandigen Verbindung besteht , insbesondere einer dünnwandigen Verbindung in Form einer Fal z , welche durch ihre Biegsamkeit eine Drehung der verbundenen Bereiche ermöglicht .
Vorteilhaft kann die Batterieschale hierdurch platzsparend transportiert werden und/oder einfach montiert oder demontiert werden, insbesondere an dem designierten Kraf t f ehrzeug .
Gemäß einer besonders zweckmäßigen Aus führungs form weist der Unterboden an seiner Unterseite zumindest ein Aerodynamikelement auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Aerodynamikelement" wird ein speziell gestalteter Bereich und/oder ein speziell gestaltetes Element verstanden, welches dazu eingerichtet ist , die designierte Umströmung zu beeinflussen . Insbesondere sei bei einem Aerodynamikelement an einen Lufteinlass , insbesondere in Form einer NACA-Düse , einen Luftauslass , einen Frontspoiler , einen Heckspoiler, einen Bremsspoiler, einen Bremsdi f fusor, einen Radspoiler, einen Raddi ffusor, ein Heckdi f fusor, ein Grübchen, auch bekannt als ein Dimple , oder eine Rille verstanden .
Vorzugsweise weist der Unterboden ein Aerodynamikelement zwischen der Vorderachse und der Hinterachse des designierten Kraftfahrzeugs auf , insbesondere zwischen den Längsträgern des designierten Kraftfahrzeugs .
Vorzugsweise ist ein Aerodynamikelement monolithisch mit der Batterieschale ausgeformt . Ein Aerodynamikelement kann dazu eingerichtet sein, heiße Luft aus dem Motorraum gezielt abzuleiten und/oder kühlenden Fahrtwind an die Bremsen oder an das Hinterachsgetriebe zu leiten
Weiterhin kann ein Aerodynamikelement dazu eingerichtet sein, die Aeroakustik des designierten Kraftfahrzeugs zu beeinflussen .
Optional weist der Unterboden an seiner Unterseite Grübchen auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Grübchen" wird eine Vertiefung im Unterboden der Batterieschale verstanden, insbesondere zur Beeinflussung der designierten Umströmung des Unterbodens und/oder zur strömungsmechanischen Abschattung eines bestimmten Bereichs , insbesondere eines Schraubenkopfes . Vorzugsweise weist ein Grübchen die Form eines Kugelabschnitts oder eines Tropfenabschnitts auf . Vorzugsweise ist ein Grübchen in dem Unterboden urgeformt oder nachträglich in den Unterboden eingeprägt .
Vorzugsweise steht ein Grübchen in einem Wirkzusammenhang mit einem Schraubdom, insbesondere auf der gegenüberliegenden Seite des Unterbodens , insbesondere im Bereich der Unterbodenerweiterung .
Grübchen können im Bereich ihrer seitlichen Beschränkungen gegensinnig rotierende Längswirbel in der Umströmung des Grübchens induzieren, welche die Umströmung beeinflussen können, insbesondere stabilisieren können, wodurch der Widerstand des Kraftfahrzeugs reduziert und/oder die Stabilität des Kraftfahrzeugs erhöht werden kann .
Vorzugsweise ist ein Grübchen oder ein Muster von Grübchen dazu eingerichtet , den Turbulenzgrad der designiert an dem Unterboden vorbeiströmenden Strömung, insbesondere der Grenzschichtströ- mung, zu erhöhen, wodurch das Strömungsverhalten stabilisiert werden kann . Hierdurch kann ein geringerer Druckwiderstand des designierten Kraftfahrzeugs erreicht werden, insbesondere im Bereich des Hecks , insbesondere in einem Wirkzusammenhang mit einem Heckdi f fusor . Weiterhin kann hierdurch eine Verstetigung der strömungsmechanischen Kraftbeiwerte eines designierten Kraftfahrzeugs erreicht werden .
Unter einem Kugelabschnitt wird ein Teil eines Kugelkörpers verstanden, der durch den Schnitt mit einer Ebene gebildet wird . Ein Kugelabschnitt weist die Form einer Kuppel , insbesondere einer Kugelkalotte , auf und besitzt die Grundfläche einer Kreisscheibe .
Unter einem Tropfenabschnitt wird ein Teil eines tropfenförmigen Körpers verstanden, der durch den Schnitt mit einer Ebene gebildet wird .
Vorzugsweise weist der Unterboden mehr als oder genau 5 Grübchen auf , bevorzugt mehr als oder gleich 10 Grübchen und besonders bevorzugt mehr als oder gleich 15 Grübchen .
Optional weist der Unterboden ein Cluster von Grübchen auf , also eine lokale Verdichtung von Grübchen .
Vorzugsweise weist die Grundfläche eines Grübchens einen Durchmesser zwischen 15 und 50 mm auf , bevorzugt einen Durchmesser zwischen 17 und 45 mm und besonders bevorzugt einen Durchmesser zwischen 20 und 40 mm .
Vorzugsweise weist ein Grübchen eine Tiefe zwischen 1 , 7 und 2 mm auf , bevorzugt eine Tiefe zwischen 1 und 1 , 5 mm .
Bevorzugt bilden die Grübchen ein regelmäßiges Muster . Vorzugsweise bilden die Grübchen ein Diagonalmuster, vorzugsweise ein Schachbrettmuster .
Versuche haben gezeigt , dass eine Anordnung von Grübchen in einem regelmäßigen Muster, insbesondere in einem Diagonalmuster, besonders vorteilhaft hinsichtlich seiner strömungsmechanischen Wirksamkeit ist .
Optional weist der Unterboden an seiner Unterseite zumindest eine Rille auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „Rille" wird eine längl iche Vertiefung verstanden, vorzugsweise einer geradlinigen länglichen Vertiefung mit einer vorzugsweise gleichen Tiefe . Vorzugsweise weist eine Rille eine rechteckige Grundfläche auf , welche vorzugsweise an den Ecken Rundungen aufweist .
Vorzugsweise weist eine Rille eine Längserstreckung auf , welche in Querrichtung des designierten Kraftfahrzeugs orientiert ist . Vorzugsweise weist eine Rille eine Längserstreckung auf , welche in Längsrichtung und damit in Fahrrichtung des designierten Kraftfahrzeugs orientiert ist . Vorzugsweise ist die Längserstreckung einer Rille in einem Winkel von 45 ° zur Längsrichtung des designierten Kraftfahrzeugs angeordnet .
Vorzugsweise sind Rillen paarweise zueinander angeordnet , weiterhin vorzugsweise paarweise gespiegelt an der Fahrzeuglängsachse des designierten Kraftfahrzeugs .
Eine Rille ist optional dazu eingerichtet , den Unterboden der Batterieschale zu verstei fen und/oder die designierte Strömung am Unterboden zu beeinflussen und/oder die Aeroakustik des Unterbodens zu beeinflussen .
Vorzugsweise weist eine Rille eine Längserstreckung zwischen 100 und 600 mm auf , bevorzugt eine Längserstreckung zwischen 150 und 500 mm und besonders bevorzugt eine Längserstreckung zwischen 200 und 400 mm .
Vorzugsweise weist eine Rille eine Quererstreckung zwischen 10 und 80 mm auf , bevorzugt eine Quererstreckung zwischen 20 und 65 mm und besonders bevorzugt eine Quererstreckung zwischen 30 und 50 mm .
Vorzugsweise weist eine Rille eine Tiefe zwischen 1 und 8 mm auf , bevorzugt eine Tiefe zwischen 2 und 6 mm und besonders bevorzugt eine Tiefe zwischen 3 und 5 mm .
Optional weist der Unterboden an seiner Unterseite zumindest einen Strömungskanal auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Strömungskanal" wird ein Kanal verstanden, der dazu eingerichtet ist , die designierte Strömung am Unterboden hinsichtlich Richtung und/oder Geschwindigkeit zu beeinflussen .
Bevorzugt ist ein Kanal einseitig of fen ausgeführt , wobei er durch den Unterboden und zwei sich in Normalenrichtung zum Unterboden erstreckende Stege gebildet ist .
Optional ist ein Strömungskanal dazu eingerichtet , die designierte Strömung am Unterboden von dem Bereich des Radhauses abzulenken, insbesondere von einem Federbein und/oder von einem
Stoßdämpfer und/oder von einem Achsschenkel abzulenken, wodurch der strömungsmechanische Widerstand des designierten Kraftfahrzeugs verringert werden kann .
Vorzugsweise weisen die seitlichen Begrenzungen, insbesondere die seitlichen Stege , eines Strömungskanals eine Wandstärke zwischen 0 , 8 und 6 mm auf , bevorzugt eine Wandstärke zwischen 1 und 5 mm und besonders bevorzugt eine Wandstärke zwischen 1 , 2 und 4 mm .
Optional weist der Unterboden an seiner Unterseite zumindest eine Abrisskante auf .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einer „Abrisskante" wird ein Aerodynamikelement verstanden, welches eine Kante aufweist , insbesondere eine geradlinige Kante , welche dazu eingerichtet ist, einen Strömungsabriss einer designierten Strömung, insbesondere einer designierten Unterbodenströmung, herbei zuführen .
Vorteilhaft kann mittels einer Abrisskante ein Auftriebsbeiwert eines designierten Kraftfahrzeuges , insbesondere ein Vorderachsauftriebsbeiwert und/oder ein Hinterachsauftriebsbeiwert eines designierten Kraftfahrzeugs verstetigt werden, wodurch die Fahrstabilität des designierten Kraftfahrzeugs verbessert werden kann .
Vorzugsweise weist eine Abrisskante eine Wandstärke zwischen 0 , 3 und 2 mm auf , bevorzugt eine Wandstärke zwischen 0 , 4 und 1 , 7 mm und besonders bevorzugt eine Wandstärke zwischen 0 , 5 und 1 , 5 mm .
Vorzugsweise weist eine Abrisskante eine Erstreckung in Normalenrichtung des Unterbodens zwischen 10 und 80 mm auf , bevorzugt eine Erstreckung in Normalenrichtung des Unterbodens zwischen 15 und 70 mm und besonders bevorzugt eine Erstreckung in Normalenrichtung des Unterbodens zwischen 20 und 60 mm .
Vorzugsweise ist eine Abrisskante flexibel ausgestaltet , sodass sie elastisch auf etwaige Kollisionen mit dem designierten Untergrund reagieren kann .
Vorzugsweise ist die Abrisskante gemeinsam mit dem Unterboden der Batterieschale ausgeformt . Alternativ ist die Abrisskante in Form einer Lippe ausgeformt , insbesondere aus einem thermoplastischen Elastomer, und anschließend an den Unterboden angespritzt , insbesondere stof f schlüssig mit dem Unterboden verbunden .
Gemäß einer zweckmäßigen Aus führungs form ist die Batterieschale mit einem Spritzgießverfahren und/oder einem Pressverfahren hergestellt .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Spritzgießverfahren" wird ein Urformverfahren verstanden, wobei der zu verarbeitende Werkstof f , insbesondere Kunststof f , mittels einer Spritzgießmaschine verflüssigt und in eine Form, dem Spritzgießwerkzeug, unter Druck eingespritzt wird . In dem Spritzgusswerkzeug geht der Werkstof f durch Abkühlung und/oder eine Vernetzungsreaktion wieder in den festen Zustand über und kann nach dem Öf fnen des Spritzgießwerkzeugs als Bauteil entnommen werden .
Unter einem „Pressverfahren" wird ein Urformverfahren verstanden, bei welchem die Formmasse in einem ersten Schritt in die Kavität eines zugehörigen Presswerkzeugs eingebracht wird, wobei das Presswerkzeug in einem zweiten Schritt geschlossen wird, insbesondere unter Einsatz eines Druckkolbens . Durch das Schlie- ßen des Presswerkzeugs erlangt die Formmasse die von dem Presswerkzeug vorgegebene Form . Vorzugsweise wird das Presswerkzeug temperiert .
Bei einer „Formmasse" sei insbesondere an einen thermoplastischen oder einen duroplastischen Werkstof f gedacht , welcher gegebenenfalls mit einem Fasermaterial , insbesondere Glas faser, Kohlenstof f faser, Aramidfaser oder dergleichen, versetzt ist .
Insbesondere kann unter einem Pressverfahren auch ein Direkt- Compoundier-Verf ahren ( D-LFT ) verstanden werden, bei dem ein Fasermaterial in einen Extruder eingezogen wird, dort mit dem bereits auf geschmol zenen Matrixpolymer , insbesondere einem Thermoplast oder einem Duroplast , imprägniert sowie in einen Spritzkolben überführt wird und anschließend als Formmasse in das Presswerkzeug eingebracht wird .
Vorzugsweise weist die Formmasse Fasern bis zu einer Länge von 5 mm auf .
Vorzugsweise weist die Formmasse Fasern mit einer Länge zwischen 0 , 5 mm und 20 mm auf , bevorzugt Fasern mit einer Länge zwischen 1 , 0 mm und 15 mm und besonders bevorzugt Fasern mit einer Länge zwischen 1 , 0 mm und 10 mm, insbesondere bei Verwendung eines Fließpressverfahrens zur Herstellung einer Batterieschale und/oder bei einer Batterieschale , die mittels einem Fließpressverfahren hergestellt worden ist .
Vorteilhaft kann so erreicht werden, dass ein etabliertes Herstellverfahren für die hier vorgeschlagen Batterieschale eingesetzt werden kann, wodurch Kosten eingespart und das Prozessrisiko des Herstellprozesses minimiert werden können .
Gemäß einer besonders vorteilhaften Aus führungs form wird die Batterieschale mit einem hybriden Herstellungsverfahren aus Spritzguss und Formpressen hergestellt . Vorzugsweise wird der Kern des Verstei fungselements mittels einem Spritzgussverfahren hergestellt , insbesondere mittels einem Schaumspritzgussverfahren bei dem eine gasbeladene Schmel ze ausgeformt wird . Der ausgeformte Kern kann anschließend in eine Kavität eines Presswerkzeugs eingebracht werden und in einem Pressverfahren mit in die Formmasse eingebracht werden, insbesondere von der Formmasse umschlossen werden . Vorzugsweise sei unter anderem daran gedacht , dass der schaumspritzgeformte Kern während dem Pressverfahren zumindest bereichsweise auf eine geringere Wandstärke komprimiert wird, wodurch unter anderem vorteilhaft unter Verwendung eines unstrukturierten Kerns eine Struktur des Unterbodens auf der Unterseite ausgeformt werden kann, während der Unterboden auf seiner Oberseite eine ebene Ausgestaltung aufweisen kann .
Nach einem zweiten Aspekt der Erfindung löst die Aufgabe eine Traktionsbatterie , insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung .
Begri f flich sei hierzu Folgendes erläutert :
Unter einem „Kraftfahrzeug" wird ein durch einen Motor angetriebenes Fahrzeug verstanden . Vorzugsweise ist ein Kraftfahrzeug nicht an eine Schiene gebunden oder zumindest nicht dauerhaft spurgebunden .
Es versteht sich, das s sich die Vorteile einer Batterieschale nach dem ersten Aspekt der Erfindung, wie vorstehend beschrieben, unmittelbar auf eine Traktionsbatterie aufweisend eine Batterieschale gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung erstrecken .
Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gegenstand des zweiten Aspekts mit dem Gegenstand des vorstehenden Aspekts der Erfindung vorteilhaft kombinierbar ist, und zwar sowohl einzeln oder in beliebiger Kombination kumulativ.
Weitere Vorteile, Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich nachfolgend aus den erläuterten Ausführungsbeispielen. Dabei zeigen im Einzelnen:
Figur 1: schematisch einen Ausschnitt einer Aus führungs form einer Batterieschale; und
Figur 2: schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Batterieschale;
Figur 3: schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Batterieschale;
Figur 4: schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Batterieschale;
Figur 5: schematisch einen Ausschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Batterieschale; und
Figur 6: schematisch eine Detailansicht einer Aus führungs form einer Batterieschale.
In der nun folgenden Beschreibung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteile bzw. gleiche Merkmale, sodass eine in Bezug auf eine Figur durchgeführte Beschreibung bezüglich eines Bauteils auch für die anderen Figuren gilt, sodass eine wiederholende Beschreibung vermieden wird. Ferner sind einzelne Merkmale, die in Zusammenhang mit einer Aus führungs form beschrieben wurden, auch separat in anderen Aus führungs formen verwendbar . Der Ausschnitt einer Aus führungs form einer monolithisch ausgeformten Batterieschale 100 in Figur 1 weist eine Batterieschale 100 bestehend aus einem Boden 102, zumindest einer Seitenwand 104, einem äußeren Versteifungsmittel 130 und einem inneren Versteifungsmittel 140 auf, wobei die Batterieschale 100 ein Aufnahmevolumen 108, gebildet zwischen dem Boden 102 und den Seitenwänden 104 (teilweise dargestellt) , aufweist.
Das äußere Versteifungsmittel 130 erstreckt sich in einer Längsrichtung 150 der Batterieschale 100.
Das innere Versteifungselement 140 erstreckt sich in einer Querrichtung 160 der Batterieschale 100.
Das innere Versteifungsmittel 140 und das äußere Versteifungsmittel 130 weisen eine Kreuzrippenstruktur (nicht bezeichnet) auf und versteifen die Batterieschale 100.
Das innere Versteifungsmittel 140 und das äußere Versteifungsmittel 130 weisen an unterschiedlichen Stellen jeweils eine Schicht (nicht bezeichnet) aus Faser-Kunststoff-Verbund auf, wodurch die Batterieschale 100 steifer und/oder leichter ausgeführt werden kann.
Das Aufnahmevolumen 108 der Batterieschale ist zur Aufnahme und zur Fixierung von zumindest einem Batteriemodul (nicht bezeichnet) eingerichtet.
Die Unterseite der Batterieschale 100 weist einen zentralen Unterbodenbereich 113 auf, welcher als Unterboden 116 eines designierten Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) ausgestaltet ist.
Zusätzlich zu der Aus führungs form der Batterieschale 100 in Figur 1 weist die Ausführungsform einer Batterieschale 100 in Figur 2 eine Unterbodenerweiterung 114 auf, mittels welcher sich der Unterboden 116 über den zentralen Unterbodenbereich 113 hinaus erstreckt . Die Unterbodenerweiterung 114 ist dazu eingerichtet , in einem designierten Kraftfahrzeug (nicht dargestellt ) einen Bereich außerhalb des zentralen Unterbodenbereichs 113 als Unterboden 116 aus zuführen . So können insbesondere die Bereiche (nicht dargestellt ) zwischen der Batterieschale 100 und den Längsträgern (nicht dargestellt ) des designierten Kraftfahrzeugs von dem Unterboden 116 abgedeckt werden .
Die Unterbodenerweiterung 114 weist eine Durchgangsbohrung 126 auf , welche vorzugsweise zur Befestigung der Batterieschale 100 in dem designierten Kraftfahrzeug (nicht dargestellt ) eingerichtet ist .
Der Ausschnitt einer Aus führungs form einer monolithisch ausgeformten Batterieschale 100 in Figur 3 weist eine langfaserverstärkte Schicht 122 auf , welche ein Verstei fungselement 120 zur Verstei fung der Batterieschale 100 bildet . Hierdurch kann die Batterieschale 100 im Bereich des Unterbodens 116 verstei ft werden . Hierdurch kann erreicht werden, dass der Unterboden 116 der Batterieschale 100 die Funktionalität eines Unterfahrschutzes des designierten Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt ) übernehmen kann . Dabei erstreckt sich die langfaserverstärkte Schicht 122 über die gesamte Fläche (nicht bezeichnet ) des Unterbodens 116 .
Das Verstei fungselement 120 ist in Figur 3 schematisch dargestellt . Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass dieses nicht in der Mitte der den Boden 102 der Batterieschale 100 bildenden Schicht angeordnet sein muss , sondern vielmehr auch anderweitig in dieser Schicht angeordnet sein kann, vorzugsweise als obere und/oder untere Randschicht .
Der Ausschnitt einer Aus führungs form einer monolithisch ausgeformten Batterieschale 100 in Figur 4 weist ebenfalls ein Verstei fungselement 120 in Form einer langfaserverstärkten Schicht 122 auf , welche sich lediglich über den zentralen Unterbodenbereich 113 erstreckt . Hiermit kann die von der langfaserverstärkten Schicht 122 ausgehende Funktion eines Unterfahrschutzes auf den zentralen Unterbodenbereich 113 beschränkt werden . Hierdurch kann Gewicht eingespart werden .
In Figur 4 ist das Verstei fungselement analog zu Figur 3 rein schematisch dargestellt und kann auch abweichend angeordnet sein, insbesondere als obere und/oder untere Randschicht .
Der Ausschnitt einer Aus führungs form einer monolithisch ausgeformten Batterieschale 100 in Figur 5 weist ein komplexes Verstei fungselement 120 auf , welches aus einem Kern 124 und zwei langfaserverstärkten Schichten 122 gebildet ist .
Der Kern 124 ist aus einer gasbeladenen Schmel ze ausgeformt und erstreckt sich unmittelbar unterhalb des Aufnahmeraums 108 der Batterieschale 100 . Es sei j edoch ausdrücklich darauf hingewiesen, dass sich der Kern 124 auch auf einen kleineren oder einen größeren Bereich erstrecken kann ohne diesen Aspekt zu verlassen . Mit anderen Worten kann seine Erstreckung auf die Anforderungen des Unterbodens 116 angepasst werden .
Der Kern 124 wird beidseitig von einer langfaserverstärkten Schicht 122 flankiert , wobei die oberhalb angeordnete langfaserverstärkte Schicht 122 die gleiche Grundfläche wie die des Kerns 124 aufweist . Die unterhalb des Kerns 124 angeordnete langfaserverstärkte Schicht 122 erstreckt sich über den gesamten zentralen Unterbodenbereich 113 . Die Erstreckung der unten angeordneten langfaserverstärkten Schicht 122 kann abweichend hierzu andere Abmessungen aufwei sen, sofern sich hierdurch die Anforderungen des Unterbodens 116 an das Verstei fungselement 120 erfüllen lassen . Die Detailansicht einer Aus führungs form einer Batterieschale 100 in Figur 6 zeigt ein Grübchen (nicht bezeichnet ) , welches als Außenkontur einen Tropfenabschnitt 210 aufweist .
Das Grübchen (nicht bezeichnet ) erstreckt sich in den Unterboden 116 der Batterieschale 100 , insbesondere unterhalb einer Durchgangsbohrung 126 .
Vorzugsweise ist das Grübchen (nicht bezeichnet ) zur Aufnahme eines Schraubenkopfes (nicht bezeichnet ) eingerichtet , wodurch der strömungsmechanische Widerstand des Schraubenkopfes in Strömungsrichtung 200 vorteilhaft reduziert werden kann .
An dem Übergang (nicht bezeichnet ) zwischen der an das Grübchen (nicht bezeichnet ) angrenzenden Ebene (nicht bezeichnet ) weist das Grübchen eine Rundung 220 auf , welche ebenfalls dazu eingerichtet ist , den strömungsmechanischen Widerstand in Strömungsrichtung 200 zu reduzieren .
Analog zu Figur 3 und Figur 4 können die Schichten des Versteifungsmittels 120 , insbesondere die langfaserverstärkten Schichten 122 auch abweichend angeordnet sein, insbesondere als obere und/oder untere Randschicht .
Bezugszeichenliste
Batterieschale
Boden
Seitenwand
Auf nähme volumen zentraler Unterbodenbereich
Unterbodenerweiterung
Unterboden
Verstei fungselement langfaserverstärkte Schicht
Kern
Durchgangsbohrung äußeres Verstei fungsmittel inneres Verstei fungsmittel , Spant
Längsrichtung
Querrichtung
Anströmrichtung
Außenkontur Tropfenabschnitt
Rundung

Claims

33 Patentansprüche
1. Batterieschale (100) , insbesondere eine Batterieschale (100) einer Traktionsbatterie, wobei die Batterieschale (100) aus Kunststoff ausgeformt ist, wobei die Batterieschale (100) einen Boden (102) und zumindest vier Seitenwände (104) aufweist, wobei die Batterieschale (100) ein Aufnahmevolumen (108) aufweist, wobei das Aufnahmevolumen (108) zur Aufnahme und zur Fixierung von zumindest einem Batteriemodul und/oder einer Batteriezelle eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) zumindest bereichsweise einen Unterboden (116) eines Kraftfahrzeugs aufweist.
2. Batterieschale (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) monolithisch ausgeformt ist.
3. Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) ein Versteifungselement (120) aufweist, wobei das Versteifungselement (120) zur Erfüllung der strukturellen Anforderungen an den Unterboden (116) eingerichtet ist.
4. Batterieschale (100) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (120) eine langfaserverstärkte Schicht (122) aufweist, insbesondere eine langfaserverstärkte Schicht (122) im Unterboden (116) der Batterieschale (100) aufweist.
5. Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (120) einen Kern (124) aufweist, wobei das Versteifungselement (120) oberhalb und unterhalb des Kerns (124) eine langfaserverstärkte Schicht (122) aufweist. 34
6. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) angrenzend an einen zentralen Unterbodenbereich (113) eine Unterbodenerweiterung (114) aufweist, wobei die Unterbodenerweiterung (114) zur Verkleidung eines angrenzenden Bereichs eingerichtet ist.
7. Batterieschale (100) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbodenerweiterung (114) in einem Anschlussbereich der Batterieschale (100) eine Aussparung aufweist.
8. Batterieschale (100) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbodenerweiterung (114) mit dem zentralen Unterbodenbereich (113) mittels einem Filmscharnier verbunden ist.
9. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) an seiner Unterseite zumindest ein Aerodynamikelement aufweist.
10. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) an seiner Unterseite Grübchen aufweist.
11. Batterieschale (100) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Grübchen ein regelmäßiges Muster bilden.
12. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) an seiner Unterseite zumindest eine Rille aufweist.
13. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) an seiner Unterseite zumindest einen Strömungskanal aufweist.
14. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden (116) an seiner Unterseite zumindest eine Abrisskante aufweist.
15. Batterieschale (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieschale (100) mit einem Spritzgießverfahren und/oder einem Pressverfahren hergestellt ist .
16. Traktionsbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Batterieschale (100) nach ei- nem der Ansprüche 1 bis 15.
PCT/EP2022/051693 2021-01-29 2022-01-26 Batterieschale mit unterboden und traktionsbatterie Ceased WO2022161979A1 (de)

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DE102021102085.9A DE102021102085A1 (de) 2021-01-29 2021-01-29 Batterieschale mit Unterboden und Traktionsbatterie

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