DE102016104172A1

DE102016104172A1 - Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, entsprechendes Fahrzeug und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102016104172A1
Application number: DE102016104172.6A
Authority: DE
Inventors: Gianluca Belogi; Alexander Hitzinger; Oliver Steiner; Rolf Weyrauch; Eric Ekert; Sebastian Scholze
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Die Erfindung stellt eine Traktionsbatterie (10) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit den folgenden Merkmalen bereit: Die Traktionsbatterie (10) umfasst eine obere Modullage (11) und eine untere Modullage (12) zum Speichern elektrischer Energie und einen zwischen der oberen Modullage (11) und der unteren Modullage (12) integrierten Zwischenboden (13). Die Erfindung stellt ferner ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus ein entsprechendes Fahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie.
Stand der Technik
Bekannt ist die gattungsmäßige Traktionsbatterie (HV-Batterie) eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Die Traktionsbatterie nach dem Stand der Technik kann aus mehreren Modulen, welche mehrere Batteriezellen umfassen, bestehen, die in eine obere und eine untere Modullage aufgeteilt sein mögen.
In CN 103 500 807 A wird eine Lithium-Ionen-Batterie mit mehreren Batteriemodulen beschrieben, welche innerhalb eines Gehäuses angeordnet und von einem isolierenden Material umgeben sind.
In US 8 785 026 B2 wird eine Schutzstruktur gegen Wärmediffusion in einem Batteriesystem beschrieben, wobei im Batteriesystem mehrere Module sowie mindestens eine Wärmeleitplatte vorhanden sind.
In US 8 999 557 B2 wird ein Batteriemodul mit mehreren Zellen beschrieben, die nebeneinander angeordnet sind. Den seitlichen Abschluss des Batteriemoduls bilden Endplatten, während ober- und unterhalb der Zellen Träger über die ganze Länge des Batteriemoduls verlaufen. Weiterhin soll unterhalb des unteren Trägers ein elastischer Träger verlaufen, der mit den Endplatten verbunden ist.
In US 2012 0244 407 A1 wird ein Kühlsystem für eine Batteriezelle beschrieben, wobei das Kühlsystem einen Kühlkörper mit mehreren Modulen sowie eine Kühlplatte aufweist. Die Kühlplatte ist dabei zwischen zwei Modulen des Kühlkörpers befestigt.
In US 6 410 184 B1 wird eine Energiequelle mit mehreren Modulen beschrieben, welche innerhalb eines Gehäuses, welches eine erste und eine zweite Abdeckung sowie eine mittlere Abdeckung umfasst, angeordnet sind. Dabei verlaufen zwischen den Abdeckungen mehrere Rippen, welche die Module an den Abdeckungen befestigen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, ein Fahrzeug mit einer derartigen Traktionsbatterie sowie ein entsprechendes Herstellungsverfahren gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Vorzüge dieser Lösung liegen in der erreichten Trennung der oberen und unteren Modullage sowie verbesserten Lastverteilung der oberen Modullage.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann die Traktionsbatterie elektrisch leitfähige Modulverbinder zum elektrischen Verbinden der unteren Modullage umfassen, welche derart in den Zwischenboden eingebettet sind, dass die Modulverbinder aus einer der unteren Modullage zugewandten Unterseite des Zwischenbodens ragen. Durch den Einbau des Zwischenbodens mit den Modulverbindern können die Module der unteren Modullage somit elektrisch verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Zwischenboden auf der Unterseite elastische Taschen auf, in welche die Modulverbinder federnd eingebettet sind. Diese gleichsam „schwimmende“ Einbettung ermöglicht einen vorteilhaften Toleranzausgleich.
Vorzugsweise besteht der Zwischenboden aus einem Nichtleiter. Durch die Integration der Verbinder in den Zwischenboden ist somit ein der Hochvolt-Sicherheit zuträglicher Berührschutz gegeben.
In einer weiteren Variante enthält der Zwischenboden eine umlaufende Nut zum Aufnehmen einer Dichtschnur. Durch den Einbau des Zwischenbodens können die Modullagen auf diese Weise durch die Dichtschnur thermodynamisch voneinander getrennt und insbesondere in zwei symmetrische Hälften unterteilt werden.
Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass der Zwischenboden aus einem Leichtbauwerkstoff besteht. Dies ermöglicht eine Einsparung von Rohstoffen, Kosten und Energie bei der Nutzung der Traktionsbatterie. Besonders bei häufig zu beschleunigenden oder abzubremsenden Straßen- und Schienenfahrzeugen können so die Betriebskosten reduziert bzw. die Nutzlast erhöht werden, da hier eine geringere Antriebsleistung für die gleichen Fahreigenschaften notwendig ist.
In Betracht kommt insbesondere ein Verbundwerkstoff (composite) wie glasfaserverstärktes Epoxidharz. Vorteilhafte Eigenschaften der einzelnen Hauptkomponenten wie eine gute Temperatur- und Chemikalienbeständigkeit einerseits und mechanische Belastbarkeit andererseits lassen sich so in Gestalt des Zwischenbodens vereinen.
Im Rahmen der Herstellung einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie wird der Zwischenboden vorzugsweise auf die untere Modullage aufgesetzt, bevor die obere Modullage auf den Zwischenboden aufgelegt wird. Erst durch Aufsetzen des Zwischenbodens werden die einzelnen Module der unteren Lage dabei elektrisch miteinander verbunden und somit eine Spannung über 60 V (Hochvoltspannung, HV) erzeugt. So besteht nach oben hin ein Berührschutz der unteren Modullage, sodass keine Gefahr durch Kontakt mit HV-führenden Bauteilen vorliegt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt eine Schnittdarstellung der oberen und unteren Lage.
2 zeigt eine Ansicht der Unterseite des Zwischenbodens mit Verbindern.
3 zeigt eine Ansicht der als Berührschutz dienenden Oberseite.
4 zeigt eine detaillierte Schnittdarstellung der unteren Lage.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert anhand einer vereinfachten Darstellung den prinzipiellen Aufbau einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie 10, die zum elektrischen Betrieb eines – zeichnerisch als solches nicht dargestellten – Fahrzeuges dienen mag.
Die Traktionsbatterie 10 umfasst nicht nur in herkömmlicher Weise eine obere Modullage 11 und eine untere Modullage 12 zum Speichern elektrischer Energie. Erfindungswesentlich ist vielmehr ein zwischen der oberen Modullage 11 und der unteren Modullage 12 integrierter Zwischenboden 13.
2 beleuchtet die der unteren Modullage 12 zugewandte Unterseite des Zwischenbodens 13 in ihren Einzelheiten. Erkennbar sind hier elektrisch leitfähige Modulverbinder 14, welche federnd derart in elastische Taschen des Zwischenbodens 13 eingebettet sind, dass sie aus dessen Unterseite ragen. Der Zwischenboden 13 enthält ferner eine umlaufende Nut 15 zum Aufnehmen einer – zeichnerisch nicht dargestellten – Dichtschnur.
3 zeigt den Zwischenboden 13 aus einer der 2 entgegengesetzten Perspektive. Der aus einem nichtleitenden Verbund-Leichtbauwerkstoff bestehende Zwischenboden 13 wurde hier auf die untere Modullage 12 aufgesetzt, wo er als Berührschutz fungiert, bevor die obere Modullage 11 auf den Zwischenboden 13 aufgelegt wird.
4 verdeutlicht diese Herstellungsphase, in welcher die Modulverbinder 14 die untere Modullage 12 elektrisch verbinden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

CN 103500807 A [0003]
US 8785026 B2 [0004]
US 8999557 B2 [0005]
US 20120244407 A1 [0006]
US 6410184 B1 [0007]

Claims

Traktionsbatterie (10) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Traktionsbatterie (10) umfasst eine obere Modullage (11) und eine untere Modullage (12) zum Speichern elektrischer Energie und – die Traktionsbatterie (10) umfasst einen zwischen der oberen Modullage (11) und der unteren Modullage (12) integrierten Zwischenboden (13).
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Traktionsbatterie (10) umfasst elektrisch leitfähige Modulverbinder (14) zum elektrischen Verbinden der unteren Modullage (12) und – die Modulverbinder (14) sind derart in den Zwischenboden (13) eingebettet, dass die Modulverbinder (14) aus einer der unteren Modullage (12) zugewandten Unterseite des Zwischenbodens (13) ragen.
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – der Zwischenboden (13) weist auf der Unterseite elastische Taschen auf und – die Modulverbinder (14) sind federnd in die Taschen eingebettet.
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – der Zwischenboden (13) besteht aus einem Nichtleiter.
Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – der Zwischenboden (13) enthält eine umlaufende Nut (15) zum Aufnehmen einer Dichtschnur.
Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – der Zwischenboden (13) besteht aus einem Leichtbauwerkstoff.
Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – der Zwischenboden (13) besteht aus einem Verbundwerkstoff.
Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – das Fahrzeug umfasst eine Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zum elektrischen Betreiben des Fahrzeuges.
Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – der Zwischenboden (13) wird auf die untere Modullage (12) aufgesetzt und – nach dem Aufsetzen des Zwischenbodens (13) wird die obere Modullage (11) auf den Zwischenboden (13) aufgelegt.