DE102015111326A1

DE102015111326A1 - Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeuges, Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuses und Fahrzeug mit einem Batteriegehäuseteil

Info

Publication number: DE102015111326A1
Application number: DE102015111326.0A
Authority: DE
Inventors: Jörn Meyer; Michael Richly; Maik Drobeck; Sierk Fiebig; Florian Glaubitz; Alexandra Weber; Michael Weinmann; Jan Beuscher; Thomas Große; Kristian Lippky; Raphael Schnurr; Roman Bem; Jens Ullrich; Jens Kutschmann; Milan Vucetic; Nenad Grbic; André Neumann; Moritz Micke-Camuz; Harald Kuolt; Stephan Kohlitz
Original assignee: KAROSSERIEWERKE DRESDEN GmbH; BASF SE; Leibniz Universitaet Hannover; Technische Universitaet Braunschweig; Volkswagen AG; J Schmalz GmbH; Technische Universitaet Clausthal
Current assignee: KAROSSERIEWERKE DRESDEN GmbH; BASF SE; Leibniz Universitaet Hannover; Technische Universitaet Braunschweig; Volkswagen AG; J Schmalz GmbH; Technische Universitaet Clausthal
Priority date: 2015-07-13
Filing date: 2015-07-13
Publication date: 2017-01-19

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuseteil (10) für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeuges, das ein elektromotorischen Antrieb aufweist, mit einem Aufnahmekörper, in welchem die Traktionsbatterie aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmekörper (12) zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht. Es ist vorgesehen, dass der Aufnahmekörper (12) einen äußeren Mantelkörper (14) aus thermoplastischen Kunststoff und einen inneren Mantelkörper (16) der zumindest teilweise aus Metall besteht, oder umgekehrt, umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeuges, das ein elektromotorischen Antrieb aufweist und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteiles sowie ein Fahrzeug mit einem Batteriegehäuseteil.
Es ist bekannt, dass Fahrzeuge, die einen elektromotorischen Antrieb aufweisen als Energiespeicher eine Traktionsbatterie umfassen. Derartige Fahrzeuge können beispielsweise Fahrzeuge mit einem reinen Elektroantrieb oder Fahrzeuge mit einem kombinierten Antrieb aus einer Verbrennungskraftmaschine motorischen Antrieb und einem Elektroantrieb sein.
Es ist bekannt, die Traktionsbatterien in geschlossenen Gehäusen, in einer Batterieschale, einer Batteriewanne, einem Batterietrog oder einer Batteriebox anzuordnen. Im Sinne der Erfindung werden die möglichen Aufbewahrungsbehältnisse unter Batteriegehäuseteilen zusammengefasst.
Es ist bekannt, Batteriegehäuseteile beziehungsweise Batteriegehäuse aus ebenen, gekanteten oder tiefgezogenen Metallblechen zu bilden, welche meist aus Aluminium oder Stahl bestehen. Aus metallischen Material bestehende Batteriegehäuseteile beziehungsweise Batteriegehäuse ermöglichen eine wirksame Abschirmung der Umgebung des Batteriegehäuseteils vor elektromagnetischer Strahlung der Traktionsbatterie und auch eine wirksame Abschirmung der Traktionsbatterie vor elektromagnetischer Strahlung, die von Strahlungsquellen in Umgebung der Traktionsbatterie ausgehen.
Es ist auch bekannt, Batteriegehäuseteile beziehungsweise Batteriegehäuse aus einem Kunststoffmaterial auszubilden. Diese lassen sich im Unterschied zu dem aus metallischen Material bestehenden Batteriegehäuseteil mit einem geringeren Gewicht herstellen. Allerdings ermöglicht ein Batteriegehäuseteil aus Kunststoff keine wirksame Abschirmung vor elektromagnetischer Strahlung.
Aus DE 10 2011 052 515 A1 ist ein Batteriegehäuseteil für eine Traktionsbatterie bekannt, das einen Aufnahmekörper für die Traktionsbatterie umfasst, wobei der Aufnahmekörper zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht in dessen Wandung ein flächiges Element für die Abschirmung eines Umgebungsbereichs des Batteriegehäuseteiles integriert ist, das wenigstens teilweise aus einem metallischen Material besteht.
Mittels des bekannten Batteriegehäuseteiles soll einerseits eine Gewichtseinsparung gegenüber aus Metall bestehenden Batteriegehäuseteilen erfolgen und anderseits auch eine elektromagnetische Abschirmung realisiert sein.
Bei dem bekannten Batteriegehäuseteil ist nachteilig, dass diese aufgrund der Einbettung des metallischen Materials in die Wandung des Batteriegehäuseteils nur aufwändig herstellbar ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Batteriegehäuseteil der gattungsgemäßen Art zu schaffen, das sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnet, ein geringes Gewicht aufweist und eine elektromagnetische Abschirmung ermöglicht. Die Aufgabe der Erfindung besteht ferner darin, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Batteriegehäuseteils anzugeben.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Batteriegehäuseteil mit den Anspruch 1 genannten Merkmalen gelöst. Dadurch, dass der Aufnahmekörper einen äußeren Mantelkörper aus thermoplastischem Kunststoff und einem inneren Mantelkörper, der zumindest teilweise aus Metall besteht umfasst, wird vorteilhaft möglich, das Batteriegehäuseteil zweischalig auszubilden, wobei der äußere Mantelkörper aus Kunststoff zu einer Gewichtsreduktion führt und der innere Mantelkörper die elektromagnetische Abschirmung übernimmt. Der innere Mantelkörper trägt gleichzeitig zur Erhöhung einer Steifigkeit des Batteriegehäuseteiles bei, sodass ein Crashschutz für die Traktionsbatterie realisiert ist.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der innere Mantelkörper ein vorgefertigter Formkörper ist, der mit dem äußeren Mantelkörper gefügt ist. Hierdurch wird in einfacher Weise das Batteriegehäuseteil erhalten, wobei die beiden Mantelkörper separat bereit gestellt werden und somit jeweils auf ihre Funktion optimal gestaltet werden können. Insbesondere wenn der innere Mantelkörper in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung einer tiefgezogenen Metallblechschale ist, lässt sich diese in einem Arbeitsgang in der gewünschten Form herstellen. Durch die einstückige Ausbildung ist auch eine Dichtigkeit, sowohl gegen eintretende als auch gegen austretende Medien in beziehungsweise aus dem Batteriegehäuseteil erzielbar.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der innere Mantelkörper aus einem gefalteten und zu einer Schale gefügten Metallblech besteht. Hierdurch wird möglich, ein auf Maß gebrachtes Metallblech entsprechend der vorgesehenen Form des inneren Mantelkörpers gestanzten Metallblech bereitzustellen, das durch Umformen in die endgültige Form des inneren Mantelkörpers gebracht wird. Die aneinander liegenden offenen Bereiche des umgeformten Metallbleches können vorzugsweise durch Bördeln dicht miteinander verbunden werden.
Ferner ist in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der innere Mantelkörper aus einem Organoblech besteht. Organobleche und deren Einsatz im Kraftfahrzeugbau sind an sich bekannt. Unter Organoblech wird ein zunächst plattenförmiges Halbzeug aus faserverstärkten, thermoplastischem Kunststoff verstanden, wobei in eine thermoplastische Matrix ein Gewebe, Gelege, das aus Glas, Glasfasern, ARamid, Metalldrähte oder Metallgeflecht eingebettet ist. Derartige Organobleche zeichnen sich durch eine hohe Festigkeit aus und sind zur Herstellung von dreidimensionalen Formen geeignet.
Ferner ist in bevorzugter Ausstellung der Erfindung vorgesehen, dass der äußere Mantelkörper auf den inneren Mantelkörper durch Umspritzen aufgebracht ist. Hierdurch wird in besonders einfacher Weise ein Fügen des äußeren Mantelkörpers mit dem inneren Mantelkörper möglich. Insbesondere wenn der innere Mantelkörper aus einem Organoblech besteht, kann so ein Form- und ein Stoffschluss zwischen dem inneren und äußeren Mantelkörper erreicht werden.
Ferner ist in bevorzugter Ausstellung der Erfindung vorgesehen, dass der innere Mantelkörper nur teilweise mit Kunststoff umspritzt ist. Hierdurch lässt sich eine weitere Gewichtsreduktion erzielen.
In weiterer bevorzugter Ausstellung der Erfindung ist vorgesehen, dass der innere und/oder der äußere Mantelkörper wenigstens eine Sicke aufweist. Hierdurch lässt sich eine Steifigkeit des Batteriegehäusesteiles erhöhen. Diese ist somit zu einer besonders sicheren Aufnahme einer Traktionsbatterie geeignet.
Die Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren mit den in Anspruch 9 genannten Merkmal gelöst. Dadurch, dass das Batteriegehäuseteil durch Bereitstellen eines inneren Mantelkörpers der zumindest teilweise aus Metall besteht und anschließendem Fügen des inneren Metallkörpers mit einem äußeren Metallkörper, der aus thermoplastischen Kunststoff besteht, erhalten wird, wird in einfacher Weise ein, den erforderlichen Funktionen gerecht werdendes Batteriegehäuseteil erzielt. Das Fügen kann in einem Ineinanderstecken von jeweils vorgefertigten inneren Mantelkörpern und äußeren Mantelkörpern bestehen. Das Fügen kann aber auch in einem Umspritzen des inneren Mantelkörpers mit einem thermoplastischen Kunststoff bestehen.
Im Sinne der Erfindung ist auch, wenn der thermoplastische Mantelkörper aus thermoplastischem Kunststoff des inneren Mantelkörper ist und der äußere Mantelkörper zumindest teilweise aus Metall besteht.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Perspektivansicht eines Batteriegehäuseteiles in einer ersten Ausführungsvariante in Explosionsdarstellung; und
2 eine schematische Perspektivansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels in Explosionsdarstellung.
1 zeigt ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Batteriegehäuseteil in einer schematischen Explosionsdarstellung. Das Batteriegehäuseteil 10 umfasst einen Aufnahmekörper 12 der von einem äußeren Mantelkörper 14 und inneren Mantelkörper 16 gebildet ist. Der Mantelkörper 14 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, während der Mantelkörper 16 aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium oder Stahl besteht. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist der innere Mantelkörper 16 innerhalb des äußeren Mantelkörpers 14 angeordnet. Das heißt der äußere Mantelkörper 14 nimmt den inneren Mantelkörper 16 formschlüssig auf. Zusätzlich können hier im Einzelnen nicht dargestellte Verbindungselemente zu einer kraftschlüssigen und formschlüssigen Verbindung des äußeren Mantelkörpers 14 und des inneren Mantelkörpers 16 vorgesehen sein. In ihrem bestimmungsgemäßen Zustand dient der Aufnahmekörper 12 zur Aufnahme einer nicht dargestellten Traktionsbatterie.
Der innere Mantelkörper 16 besteht gemäß der in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem tiefgezogenen Metallblech. Während des Tiefziehvorgangs wird die gewünschte Form des inneren Mantelkörpers 16 erhalten. Der äußere Mantelkörper 14 wird in einem Spritzgießwerkzeug aus thermoplastischem Grundstoff gewonnen, wobei das Spritzgießwerkzeug einen Formhohlraum aufweist, der der endgültigen Form des äußeren Mantelkörpers entspricht.
Die Mantelkörper 14 und 16 besitzen hier angedeutete Durchbrüche 18 zur Kontaktierung einer in dem Batteriegehäuseteil 10 angeordneten Traktionsbatterie.
1 verdeutlicht ferner, dass die Form des äußeren Mantelkörper 14 an den Einbauort in einem Fahrzeug angepasst ist. Hier ist beispielsweise eine kanalartige Ausnehmung 20 an einer Unterseite des Batteriegehäuseteiles 10 gezeigt, die zur Aufnahme eines Abgasrohres vorgesehen ist.
Ferner wird verdeutlicht, dass der äußere Mantelkörper 14 Sicken 22 besitzt, die zur Erhöhung der Steifigkeit des Mantelkörpers 14 dienen.
Der innere Mantelkörper 16 bildet einen umlaufenden Rand 24 aus, der einerseits der Auflage des inneren Mantelkörpers 16 auf einer Kante 26 des unteren Mantelkörpers 14 dient. Der Rand 24 kann ferner der Befestigung eines – hier nicht dargestellten – Deckels dienen, mittels dem die in dem Batteriegehäuseteil 10 angeordnete Traktionsbatterie vollständig umschlossen werden kann.
2 zeigt ein Batteriegehäuseteil 10 in einer zweiten Ausführungsvariante ebenfalls als schematische Explosionsansicht.
Der äußere Mantelkörper 16 besteht hier aus einem Organoblech. Das Organoblech kann je nach Wannenhöhe in einem Tiefziehprozess oder durch Falten hergestellt sein. Bei dem Organoblech handelt es sich um in einem Matrixwerkstoff eingebettetes Gewebe, Gelege oder Vlies von Karbonfasern, Metallfasern oder dergleichen. Als Matrixwerkstoff dient ein thermoplastischer Kunststoff.
Das Organoblech kann so ausgebildet sein, dass der innere Mantelkörper 16 integrierte Versteifungsrippen 28 aufweist. Diese Versteifungsrippen 28 dienen einer verbesserten Festigkeit des Batteriegehäuseteiles 10, insbesondere in einem Crashfall.
In den Eckbereichen des inneren Mantelkörpers 16 aus gefaltetem Organoblech sind hier angedeutete Verbindungsmaßnahmen (30) der Wandenden vorgesehen. Die Ecken können zum Beispiel „Kofferecken” aus Metall oder Organblech aufweisen, mit denen die Wände miteinander verbunden werden und so die Wannenform entsteht. Auch Fügen mittels Infrarotschweißen ist denkbar, in dem Fall ist auch Stumpfstoß, Überlappstoß oder T-Stoß denkbar.
Zur Komplettierung des Batteriegehäuseteiles 10 wird der innere Mantelkörper 16 mit thermoplastischen Kunststoff umspritzt. Hierzu wird der innere Mantelkörper 16 in einen Formhohlraum einer Spritzgussmaschine eingebracht und mit dem äußeren Mantelkörper 14 umspritzt.
Der äußere Mantelkörper 14 besteht aus einem thermoplastischen Kunststoff, vorzugsweise dem gleichen thermoplastischen Kunststoff aus dem der Matrixwerkstoff des Organoblechs besteht. Hierdurch kommt es zu einem Stoffschluss zwischen dem inneren Mantelkörper 16 und dem äußeren Mantelkörper 14. Für eine bessere form- und stoffschlüssige Verbindung mit dem äußeren Mantelkörper 14 sind auch Perforierungen in der Organoblechwanne oder Metallwanne denkbar.
Nach einem nicht gezeigten Ausführungsbeispiel ist auch möglich, dass der innere Mantelkörper 16 nur teilweise mit einem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird.
Hier kann beispielsweise ein Umspritzen lediglich der Seitenwände erfolgen. Der Bodenbereich des Batteriegehäuseteils 10 wird dann durch den Boden 32 des inneren Mantelkörpers 16 gebildet.
Bezugszeichenliste

10: Batteriegehäuseteil
12: Aufnahmekörper
14: äußeren Mantelkörper
16: inneren Mantelkörper
18: Durchbrüche
20: Ausnehmung
22: Rippen
24: Rand
26: Kante
28: Versteifungsrippen
30: Verbindungsbereiche
32: Boden

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011052515 A1 [0006]

Claims

Batteriegehäuseteil (10) für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeuges, das ein elektromotorischen Antrieb aufweist, mit einem Aufnahmekörper, in welchem die Traktionsbatterie aufnehmbar ist, wobei der Aufnahmekörper (12) zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Kunststoff besteht, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekörper (12) einen äußeren Mantelkörper (14) aus thermoplastischen Kunststoff und einen inneren Mantelkörper (16) der zumindest teilweise aus Metall besteht, oder umgekehrt, umfasst.
Batteriegehäuseteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) ein vorgefertigter Formkörper ist, der mit dem äußeren Mantelkörper (14) gefügt ist.
Batteriegehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) eine tiefgezogene Metallblechschale ist.
Batteriegehäuseteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) aus einem gefalteten und zu einer Schale gefügten Metallblech besteht.
Batteriegehäuseteil nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) aus einem Organoblech besteht.
Batteriegehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der äußere Mantelkörper (14) auf den inneren Mantelkörper (16) durch Umspritzen aufgebracht ist.
Batteriegehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) nur teilweise mit thermoplastischen Kunststoff umspritzt ist.
Batteriegehäuseteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Mantelkörper (16) und/oder der äußere Mantelkörper (14) wenigstens eine Rippe (22) aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriegehäuseteiles (10) für eine Traktionsbatterie eines Fahrzeuges umfassend die folgenden Schritte: – Bereitstellen eines inneren Mantelkörpers (16), der zumindest teilweise aus Metall besteht; – Fügen des inneren Mantelkörpers (16) mit einem äußeren Mantelkörper (14), der aus thermoplastischen Kunststoff besteht.
Fahrzeug, das zumindest teilweise einen elektromotorischen Antrieb aufweist mit einem Batteriegehäuseteil (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.