DE102011054345A1

DE102011054345A1 - Verkapselte EMI/RFI-Abschirmung für ein nichtleitendes, duroplastisches Komposit-PHEV-Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102011054345A1
Application number: DE102011054345A
Authority: DE
Inventors: Kestutis Sonta
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-10
Publication date: 2012-04-26
Also published as: CN102456855B; CN102456855A; US20120100414A1

Abstract

Eine Abdeckung für eine Hochvoltfahrzeugbatterie ist gezeigt, die aus einem nichtleitenden duroplastischen Verbund mit geringem Gewicht besteht, beispielsweise einer Polyesterharzmatrix, und eine (EMI/RFI)-Abschirmung beinhaltet. In einer Ausführungsform beinhaltet die (EMI/RFI)-Abschirmung einen Faraday'schen Käfig, der ein Eisengitter beinhaltet, das in den duroplastischen Verbund geformt ist, so dass das Eisengitter darin vollständig verkapselt ist. In einer anderen Ausführungsform ist als (EMI/RFI)-Abschirmung eine Acrylpolymerbeschichtung vorgesehen, die nickelplatierte Kupferflakes beinhaltet, die auf einer äußeren Oberfläche des duroplastischen Verbunds angeordnet sind.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf ein Gehäuse für eine Hochvoltbatterie in einem Elektrofahrzeug und insbesondere auf ein Gehäuse für eine Hochvoltbatterie in einem Elektrofahrzeug, wobei das Gehäuse aus einer nichtleitfähigen Polyesterharzmatrix hergestellt ist und eine Abschirmung gegen elektromagnetische Störungen (EMI) und hochfrequente Störungen (RFI) beinhaltet, wie beispielsweise einen Faraday'schen Käfig oder einen Acrylüberzug mit nickelplatierten Kupferflakes.
2. Diskussion des Standes der Technik
Elektrofahrzeuge werden immer häufiger. Diese Fahrzeuge beinhalten Hybridfahrzeuge, wie zum Beispiel Elektrofahrzeuge mit verlängerter Reichweite (EREV), die eine Batterie und eine zentrale Antriebsquelle miteinander kombinieren, wie zum Beispiel eine Verbrennungskraftmaschine, ein Brennstoffzellensystem etc. und reine Elektrofahrzeuge, wie zum Beispiel ein batteriebetriebenes Elektrofahrzeug (BEV). All diese Arten von Elektrofahrzeugen weisen eine Hochvoltbatterie auf, die eine Zahl von Batteriezellen umfasst. Diese Batterien können verschiedene Batterietypen sein, zum Beispiel Lithium-Ionen-, Nickel-Metallhydrid-, Blei-Batterie etc. Eine typische Hochvoltbatterie für ein Elektrofahrzeug kann 196 Batteriezellen umfassen, die ungefähr eine Ausgangsspannung von 400 Volt bereitstellen. Die Batterie kann individuelle Batteriemodule beinhalten, wobei jedes Batteriemodul eine gewisse Anzahl von Batteriezellen beinhaltet, so zum Beispiel 12 Zellen. Die individuellen Batteriezellen können elektrisch miteinander in Reihe verschaltet sein, oder eine Reihe von Zellen kann elektrisch miteinander parallel verschaltet sein, wobei eine Zahl von Zellen in dem Modul in Reihe geschaltet ist und jedes Modul elektrisch an die anderen Module parallel verschaltet ist. Verschiedene Fahrzeugarten benötigen verschiedene Batteriearten, die verschiedene Vor- und Nachteile für die jeweilige Anwendung mit sich bringen.
Die Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs ist typischerweise auf eine Stahlträgerplatte montiert und mit einer geeigneten Schutzhülle abgedeckt, die eine Vielzahl von Funktionen gewährleistet. Beispielsweise ist die Hülle eine Schutzhülle, die dazu dient, die Batteriezellen vor einer Beschädigung zu schützen, die auf Grund einer Kollision mit anderen Objekten auftreten könnte. Des weiteren gewährleistet die Hülle eine elektrische Isolation von der Hochspannung der Batterie, um Individuen und Benutzer zu schützen. Ferner gewährleistet die Hülle eine EMI/RFI-Abschirmung, die Strahlung über einen breiten Bereich von Wellenlängen von der Hochvoltbatterie abschirmt, die bei An- und Abschauen verschiedener Ströme entstehen, die sonst das Autoradio oder den Betrieb eines Handys stören könnten. Ein Stahlgehäuse leistet eine solche EMI/RFI-Abschirmung, da sie Eisenlegierungen beinhaltet.
Bekannte Gehäuse sind typischerweise Stahlgehäuse, die für die nötige strukturelle Integrität sorgen, um die Batteriezellen zu schützen, und die darüber hinaus, sofern sie an das Fahrzeugchassis angebracht sind, auch eine elektrische Isolierung gewährleisten. Darüber hinaus beinhalten Stahlgehäuse Eisenlegierungen und Materialien, die eine EMI/RFI-Abschirmung gewährleisten. Allerdings sind solche Stahlgehäuse gewöhnlicherweise schwer und tragen erheblich zum Fahrzeuggewicht bei.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In Übereinstimmung mit den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine Abdeckung für eine Hochvoltfahrzeugbatterie offenbart, die leicht ist, aus einem nichtleitfähigen duroplastischen Verbundmaterial besteht, wie zum Beispiel einer Polyesterharzmatrix, die eine EMI/RFI-Abschirmung beinhaltet. In einer Ausführungsform ist die EMI/RFI-Abschirmung ein Faraday'scher Käfig, der ein Eisengitter beinhaltet, das in den duroplastischen Verbund geformt ist, so dass sie vollständig darin verkapselt ist. In einer anderen Ausführungsform ist die EMI/RFI-Abschirmung eine Acrylpolymerbeschichtung, die nickelplatierte Kupferflakes beinhaltet, die an einer Außenseite des duroplastischen Verbunds angeformt sind.
Weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Patentansprüchen in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlich.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie;
2 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Abdeckung für eine Hochvoltfahrzeugbatterie, die aus einem duroplastischen Verbund besteht, in den ein Faraday'scher Käfig eingekapselt ist; und
3 ist eine perspektivische Ansicht von einer Abdeckung für eine Hochvoltfahrzeugbatterie, die aus einem duroplastischen Verbund besteht, der eine äußere Ummantelung aus einem Acrylpolymer aufweist, der nickelplatierte Kupferflakes beinhaltet.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Die folgende Diskussion der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung, die auf eine Batterieschutzabdeckung für eine Hochvoltbatterie in einem Elektrofahrzeug gerichtet sind, ist rein beispielhafter Natur und ist nicht dazu bestimmt, die vorliegende Erfindung oder ihre Verwendung oder Anwendung zu begrenzen. Beispielsweise wird die Batterieabdeckung speziell für eine Fahrzeugbatterie beschrieben. Allerdings ist Fachleuten sofort klar, dass die Batterieabdeckung auch für Hochvoltbatterien, die nicht für Fahrzeuge gedacht sind, verwendet werden kann.
1 ist eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10, das ein Elektrofahrzeug oder ein Elektrohybridfahrzeug darstellen soll. Das Fahrzeug 10 beinhaltet eine Hochvoltbatterie 12, die auf einem geeigneten Träger innerhalb des Fahrzeugs 10 montiert ist. Die Batterie 12 kann jede für ein Elektrofahrzeug geeignete Batterie sein, beispielsweise eine Blei-Batterie, eine Lithium-Ionen-Batterie, eine Metallhydrid-Batterie etc. Das Fahrzeug 10 kann des weiteren eine separate Antriebsquelle 14 aufweisen, wie beispielsweise eine Verbrennungskraftmaschine, ein Brennstoffzellensystem etc. Wie oben erläutert, würde die Batterie 12 eine Batterieabdeckung umfassen, die einen Schutz für die Batterie 12 gewährleistet, eine elektrische Isolation für die Batterie 12 und eine EMI/RFI-Abschirmung für elektromagnetische Strahlung, die von der Batterie 12 herrührt.
Die 2 ist eine aufgeschnittene perspektivische Ansicht einer Batterieabdeckung 20, die dafür geeignet ist, die Batterie 12 in einem Fahrzeug 10 abzudecken und die gewünschten Funktionen gewährleistet. Die Abdeckung 20 ist ein kastenförmiges Gehäuse 22, bestehend aus einer Platte 24 und Seitenwänden 26. Ein Rand des Gehäuses 22 ist als Flansch 28 ausgebildet, der sich um die Abdeckung 20 erstreckt und Schraublöcher 30 beinhaltet, die dazu dienen, die Abdeckung 20 an ein Trägerteil (nicht gezeigt) anzuschrauben, auf dem die Batterie 12 montiert ist.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Abdeckung 20 ein einstückiges Gussteil, das aus einem nichtleitfähigen duroplastischen Verbundmaterial 32, beispielsweise einer Polyesterharzmatrix, gemoldet und geformt ist. Die Polyesterharzmatrix weist typischerweise lange Glasfasern im Bereich von 100 bis 150 mm auf, die eine strukturelle Unversehrtheit gewährleistet. Der duroplastische Verbund 32 ist ein geformtes Material, der als solcher bei seiner Herstellung andere Komponenten aufnehmen kann. In der vorliegenden Ausführungsform ist innerhalb des Verbunds 32 ein Faraday'scher Käfig 34 ausgebildet, wobei der Käfig 34 aus einem Eisengitter besteht, das Drähte aus einem geeigneten Eisenmetall aufweist, beispielsweise einem Stahl oder einer Nickellegierung, das eine EMI/RFI-Abschirmung gewährleistet. Demnach bietet die Abdeckung 40 die gewünschte strukturelle Integrität, die gewünschte elektrische Isolation und die gewünschte EMI/RFI-Abschirmung, weist aber darüber hinaus ein relativ geringes Gewicht auf, da es sich um ein Verbundmaterial handelt. Da das Gehäuse 22 seine Form über einen Kunststoffmoldprozess erhält, wird auch gleichzeitig eine signifikante Designflexibilität erzielt, um eine Abdeckungsgeometrie in verschiedenen und auch komplexen Formen zu erzielen.
Der duroplastische Verbund 32 ist ein Material, das in einem speziellen pre-form-Prozess ausgebildet wird, der Fachleuten bekannt ist. Der Verbund 32 wird durch Bereitstellen von Glasfasersträngen mit einem Binder hergestellt. Die Glasfaserstränge werden dann auf einen Vorformdorn gesprüht und in der Ausformung der Abdeckung 20 getrocknet. Die vorgeformte Faserstruktur wird dann in eine Form platziert. Der Käfig 34 wird dann in die vorgeformte Faserstruktur eingelegt und das Harz wird in die Faserstruktur zusammen mit dem Faraday'schen Käfig 34 eingebracht. Wenn die Kompressionsform geschlossen ist, wird das Harz entlang der Seitenwände der Form und in und um die Faserstruktur und den Käfig 34 gepresst. Das Harz härtet im Zeitablauf aus und die Kompressionsform ist geöffnet, um den Teil entfernen zu können, wobei der Käfig 34 innerhalb des Harzes vollständig verkapselt ist. Durch Verkapseln des Käfigs 34 in dem Harz erhält die Abdeckung 20 eine nichtleitende Oberfläche.
Die 3 zeigt eine andere Ausführungsform einer Abdeckung 40, die dazu geeignet ist, eine Batterie 12 abzudecken, wie oben erläutert. Wie die Abdeckung 20 beinhaltet die Abdeckung 40 ein Gehäuse 42 mit einer Platte 44, Seitenwänden 46 und einem Montageflansch 48 mit Schraublöchern 50. Die Abdeckung 40 ist als einstückiges geformtes Teil durch einen Vorformprozess mit einem nichtleitenden duroplastischen Verbund, beispielsweise einer Polyesterharzmatrix mit Glasfasern, die lange Glasfasern beinhaltet mit langen Glasfasern mit einer Länge im Bereich von 100 bis 150 mm, ausgeformt.
In dieser Ausführungsform ist eine äußere Oberfläche des Gehäuses 42 mit einem Acrylpolymerüberzug 52 beschichtet, der nickelplatierte Kupferflakes aufweist. Die Beschichtung 52 ist auf die Außenfläche der Abdeckung 40 auflackiert, wobei jedes geeignete Verfahren, beispielsweise Streichen, benutzt werden kann, wobei jede geeignete Dicke gebildet werden kann, so dass die nickelplatierten Kupferflakes innerhalb der Beschichtung 52 verteilt sind, um die gewünschte EMI/RFI-Abschirmung zu gewährleisten. Die innere Oberfläche der Abdeckung 40 ist nicht mit einer solchen Polymerbeschichtung beschichtet, so dass sie ihre nichtleitende isolierende Eigenschaft behält.
Die vorstehende Erläuterung zeigt und beschreibt lediglich Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung. Ein Fachmann auf dem Gebiet kann leicht aus der obigen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen erkennen, dass verschiedene Änderungen, Modifikationen und Variationen vorgenommen werden können, ohne den Erfindungsgedanken und den Umfang der vorliegenden Erfindung, wie er im folgenden durch die Patentansprüche definiert ist, zu verlassen.

Claims

Schutzabdeckung für eine Batterie, umfassend: – ein einstückiges Gehäuse mit einer Deckplatte und Seitenplatten, die eine Aufnahme bilden, wobei das Gehäuse aus einem geformten nichtleitenden duroplastischen Verbund besteht; und – eine Abschirmung gegen elektromagnetische Interferenzen und Hochfrequenzen (EMI/RFI), die auf oder in dem Gehäuse ausgebildet ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei der duroplastische Verbund eine Polyesterharzmatrix mit Glasfasern aufweist.
Abdeckung nach Anspruch 2, wobei die Glasfasern eine Länge im Bereich von 100 bis 150 mm aufweisen.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei die (EMI/RFI)-Abschirmung ein Faraday'scher Käfig ist, der von einem Eisenmetallgitter gebildet wird, das innerhalb des duroplastischen Verbunds eingekapselt ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei die (EMI/RFI)-Abschirmung eine Acrylpolymerbeschichtung ist, die Metallpartikel aufweist, die auf einer Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind.
Abdeckung nach Anspruch 5, wobei die Metallpartikel nickelplatierte Kupferflakes sind.
Abdeckung nach Anspruch 5, wobei die Acrylpolymerbeschichtung nur auf den äußeren Oberflächen des Gehäuses ausgebildet ist.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse einen Umfangsflansch zur Montage des Gehäuses auf ein Montageelement aufweist, der sich um das Gehäuse erstreckt.
Abdeckung nach Anspruch 1, wobei die Batterie eine Hochvoltbatterie auf einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ist.
Schutzabdeckung für eine Hochvoltbatterie auf einem Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug, wobei die Abdeckung umfasst: – ein einstückiges Gehäuse, bestehend aus einer Deckplatte und Seitenplatten, die eine Aufnahme bilden, wobei das Gehäuse aus einem geformten nichtleitenden duroplastischen Verbund besteht; und – eine Acrylpolymerbeschichtung mit Metallpartikeln, die auf der Oberfläche des Gehäuses angeordnet sind.