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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriewanne.
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In Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb werden häufig Energiespeicherelemente wie Batterien bzw. Akkumulatoren zur Speicherung der für den Antrieb des Fahrzeugs benötigten Energie verwendet. Um die Batterie während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall vor Beschädigungen zu schützen, werden diese üblicherweise in einer Batteriewanne angeordnet. Die Größe dieser Batteriewanne richtet sich dabei nach der Anzahl der unterzubringenden Energiespeicherelemente sowie nach dem im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Einbauraum, weshalb es notwendig ist, dass sie in verschiedenen Größen ausgeführt werden. Die Batteriewanne kann Teil eines Gehäuses sein, welches die in der Batteriewanne angeordneten Energiespeicherelemente vollständig umschließt. Das Gehäuse übernimmt derweil beispielsweise die Funktionen des Schutzes der Energiespeicherelemente vor Umwelteinflüssen und gewährt die mechanische Stabilität der gesamten Anordnung während des Betriebs des Kraftfahrzeugs oder bei einem Unfall. Diese Funktionalität muss daher auch von der Batteriewanne als Teil des Gehäuses geleistet werden.
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Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten zur Anordnung und/oder zur Unterbringung von Energiespeicherelementen in Kraftfahrzeugen bekannt.
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So zeigt z. B. die Druckschrift
DE 10 2008 027 293 A1 eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie, bei der eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen auf einem flachen, mit Kanälen versehenen Kühlkörper angeordnet werden. Der Kühlkörper kann dabei als ein Strangpressprofil ausgebildet sein, um die Vorrichtung zur Kühlung der Fahrzeugbatterie einfach und kostengünstig herstellbar zu machen. Die Vorrichtung dient vornehmlich der Kühlung der Energiespeicherelemente und nicht ihrer sicheren Einhausung.
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Druckschrift
DE 10 2011 051 627 A1 beschreibt ein Baukastensystem für eine Batterie, bei der in einem Batteriegehäuse Batteriemodule mit verschiedener Größe angeordnet werden, wobei Ausgleichselemente raumfüllend innerhalb des Batteriegehäuses anordenbar sind, um die Größenunterschiede der Batteriemodule untereinander bzw. zwischen Batteriemodul und dem Gehäuse auszugleichen.
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In der Druckschrift
DE 10 2011 107 007 A1 ist eine Anordnung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die sich aus mehreren Zellenverbünden von Batteriezellen zusammensetzt, welche an Kühlplatten anschließen, die über einen umlaufenden Rahmen an die Kühlmittelversorgung angeschlossen sind. Durch Aufsetzen eines Abschlussdeckels wird ein Batteriekasten gebildet.
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Druckschrift
DE 10 2012 015 818 A1 offenbart eine Kraftfahrzeugbatterie aus mehreren Batteriemodulen, welche jeweils an Gehäusewänden eines Batteriegehäuses befestigt sind, wobei das Batteriegehäuse aus mindestens zwei übereinander positionierten Gehäusemodulen besteht. Diese Gehäusemodule greifen, wenn sie übereinander positioniert sind, verzahnungsartig ineinander.
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Druckschrift
DE 10 2014 225 845 A1 beschreibt eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug, bei der mehrere Batteriezellen in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, um eine hohe Betriebssicherheit bei wechselnden Temperaturen und unter wechselnden Druckbedingungen zu gewährleisten. Die innerhalb des Gehäuses angeordneten Batteriezellen werden schalenartig von Wandelementen umschlossen, wobei mindestens ein Wandelement als Hohlprofil ausgebildet ist und über entsprechende Öffnungen den Innenraum des Batteriegehäuses strömungstechnisch mit der Umgebung verbindet.
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In der Druckschrift
DE 10 2015 006 299 B3 wird ein Energiespeicher beschrieben, welcher ein Gehäuse umfasst sowie mehrere fachartige Abschnitte, in denen jeweils wenigstens ein Speichermodul angeordnet ist. An den Trennelementen der fachartigen Abschnitte ist jeweils wenigstens ein Spannelement angeordnet, welches in seiner Spannstellung seitlich an benachbarten Speichermodulen anliegt. Ein festes Anliegen von sich im Betrieb vergrößernden Modulen an den Trennwänden wird durch die Spannelemente somit vermieden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer größenanpassbaren Batteriewanne anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Verfahren die Schritte umfasst:
- - Bereitstellen von zwei Seitenplatten sowie eines einstückigen Wannenbauteils umfassend einen Bodenabschnitt sowie zwei gegenüberliegende Wandabschnitte,
- - Anordnen der Seitenplatten an den Stirnflächen des Wannenbauteils, sodass jede Seitenplatte an den Bodenabschnitt und die Wandabschnitte anschließt,
- - Verbinden der Seitenplatten mit dem Bodenabschnitt und den Wandabschnitten durch Anschweißen.
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Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass durch das Verwenden des einstückigen Wannenbauteils auf einfache Art und Weise Batteriewannen in verschiedenen Größen hergestellt werden können. Die Größe des Wannenbauteils kann dabei an die Anzahl der in der Batteriewanne unterzubringenden Energiespeicherelemente sowie an den in einem Kraftfahrzeug zur Verfügung stehenden Einbauraum angepasst werden. Dadurch, dass das einstückige Wannenbauteil neben dem Bodenabschnitt bereits zwei einander gegenüberliegende Wandabschnitte umfasst, kann durch das Anordnen der Seitenplatten an den Stirnflächen des Wannenbauteils, so dass jede Seitenplatte an den Bodenabschnitt und die Wandabschnitte anschließt, eine Batteriewanne mit einer umlaufenden Begrenzung gebildet werden, wobei die umlaufende Begrenzung durch die Wandabschnitte und die Seitenplatten gebildet wird. Das Verbinden der Seitenplatten mit dem Bodenabschnitt und den Wandabschnitten durch Anschweißen entlang der Kontaktflächen zwischen Seitenplatten und Bodenabschnitt sowie zwischen jeder Seitenplatte und den Wandabschnitten erzeugt eine feste und insbesondere flüssigkeitsdichte Verbindung von Seitenplatten und Wannenbauteil. Durch die durch das Anschweißen erreichte Dichtigkeit wird das Eindringen von Feuchtigkeit über die umlaufende Begrenzung der Batteriewanne verhindert. Dadurch, dass das einstückige Wannenbauteil bereits zwei Wandabschnitte umfasst, wird weiterhin die Anzahl der benötigten Schweißnähte reduziert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das bereitgestellte Wannenbauteil durch ein ebenes oder verprägtes Bauteil gebildet wird, wobei die Wandabschnitte durch Falten des Wannenbauteils erzeugt werden, oder dass das Wannenbauteil im bereits gefalteten Zustand bereitgestellt wird. Ein verprägtes Bauteil weist dabei insbesondere einen Bodenabschnitt mit einer oder mehr Verprägungen auf. Es ist also sowohl möglich, für das Verfahren ein bereits gefaltetes Wannenbauteil bereitzustellen als auch ein ebenes oder verprägtes Bauteil bereitzustellen, bei dem die Wandabschnitte durch anschließendes Falten entlang von Biegelinien erzeugt werden. Für das Falten kann insbesondere vorgesehen sein, dass es entlang von zwei parallel verlaufenden Biegelinien erfolgt. Durch dieses Falten werden die einstückig an den Bodenabschnitt anschließenden Wandabschnitte gebildet. Zusätzlich dazu kann auch jeder Wandabschnitt zusätzlich entlang wenigstens einer Biegelinie gefaltet werden, so dass Wandabschnitte mit L-förmigen Querschnitt erzeugt werden können.
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Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass als Wannenbauteil ein Metallblech verwendet wird. Das Metallblech kann insbesondere ein Stahlblech oder ein Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5 cm oder weniger sein. Dementsprechend kann das Wannenbauteil entweder als bereits gefaltetes Metallblech bereitgestellt werden oder als ebenes oder verprägtes Metallblech, aus dem die Wandabschnitte durch Falten des Metallbleches gebildet werden. Für die Seitenplatten kann vorgesehen sein, dass sie aus einem Metallblech, insbesondere aus einem gleichen Metallblech wie das Wannenbauteil bestehen, oder dass sie als Strangpressprofile gefertigt sind.
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Für das Verbinden der Seitenplatten mit dem Bodenabschnitt und dem Wandabschnitt durch Anschweißen kann vorgesehen sein, dass das Anschweißen der Seitenplatten durch Laserschweißen erfolgt. Das Laserschweißen bietet dabei eine hohe Prozesssicherheit und erzeugt dabei die für die Batteriewanne gewünschte Flüssigkeitsdichtigkeit der zwischen Seitenplatten und Bodenabschnitt sowie zwischen Seitenplatten und Wandabschnitten verlaufenden Schweißnähte.
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Um eine Fachstruktur zur Anordnung von Energiespeicherelementen zu erzeugen, kann vorgesehen sein, dass Stege bereitgestellt werden, welche auf dem Bodenabschnitt zur Bildung einer mehrere Fächer umfassende Fachstruktur angeordnet werden und mit dem Bodenabschnitt, den Wandabschnitten und/oder den Seitenplatten verbunden werden. Ein Steg kann dabei z. B. als Quersteg oder als Längssteg angeordnet werden, wodurch aus mehreren Stegen Fächer gebildet werden, in denen Energiespeicherelemente angeordnet werden können. Die Fächer werden dabei seitlich jeweils durch wenigstens einen Steg und/oder, bei randseitigen Fächern, durch die Wandabschnitte und/oder die Seitenplatten der Batteriewanne begrenzt. Durch die auf dem Bodenabschnitt angeordneten Stege kann, insbesondere bei durchgängig zwischen den Wandabschnitten und/oder den Seitenplatten angeordneten Stegen, die mechanische Stabilität der Batteriewanne erhöht werden, da die Stege in diesem Fall die Wandabschnitte und/oder die Seitenplatten versteifen.
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Für die Stege kann vorgesehen sein, dass sie aus gefaltetem Metallblech oder von einem Strangpressprofil gebildet werden. Bevorzugt sind die Stege dabei aus demselben Material gebildet wie das Wannenbauteil und/oder die Seitenplatten der Batteriewanne. Durch das Bilden der Stege aus gefaltetem Metallblech oder aus Strangpressprofilen können Stege mit verschiedenen Querschnitten erzeugt werden.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Verbinden der Stege durch Verschraubung oder Verschweißung erfolgt. Die Stege können dabei mit dem Bodenabschnitt, den Wandabschnitten und/oder den Seitenplatten verschraubt werden. Alternativ dazu kann eine Verbindung der Stegabschnitte durch Verschweißung entlang der Kontaktflächen zwischen den Stegen und dem Bodenabschnitt sowie den Wandabschnitten und/oder den Seitenplatten erfolgen. Zusätzlich dazu ist es möglich, dass die Stege durch Verschraubung oder Verschweißung auch an anderen Stegen der Batteriewanne befestigt werden.
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Für das Verbinden der Stegabschnitte durch Verschweißung kann vorgesehen sein, dass die Verschweißung durch Laserschweißen erfolgt.
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Für eine erfindungsgemäße Batteriewanne ist vorgesehen, dass sie nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Batteriewanne. Die Batteriewanne kann dabei Teil eines Batteriegehäuses sein und mit Energiespeicherelementen belegt sein. Die Energiespeicherelemente können dabei Batterien, Akkumulatoren oder Kondensatoren sein, deren gespeicherte Energie zum Betrieb eines des Kraftfahrzeugs antreibenden Elektromotors verwendet wird.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
- 1 ein als ebenes Bauteil bereitgestelltes Wannenbauteil sowie zwei bereitgestellte Seitenplatten,
- 2 das Anordnen der Seitenplatten an den Stirnflächen eines gefalteten Wannenbauteils,
- 3 das Verbinden der Seitenplatten mit dem Bodenabschnitt und den Wandabschnitten des Wannenbauteils durch Anschweißen,
- 4 das Bereitstellen von Stegen zur Bildung einer mehrere Fächer umfassenden Fachstruktur,
- 5 das Verbinden der Stege durch Laserschweißen, sowie
- 6 eine erfindungsgemäße, mit Energiespeicherelementen belegte Batteriewanne.
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1 zeigt ein als ebenes Metallblech bereitgestelltes Wannenbauteil 1. Das Wannenbauteil 1 umfasst einen Bodenabschnitt 2 sowie zwei Wandabschnitte 3, welche aus dem Wannenbauteil 1 durch Falten entlang der Biegelinien 4 gebildet werden können. Die Wandabschnitte 3 können zusätzlich entlang der Biegelinien 5 gefaltet werden, wodurch die Wandabschnitte 3 einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Das Wannenbauteil 1 sowie die Seitenplatten 6 können aus Metallblech, insbesondere aus einem Stahlblech oder Aluminiumblech mit einer Dicke von 0,5 cm oder weniger, bestehen. Die Seitenplatten 6 können alternativ dazu auch als Strangpressprofile, insbesondere als Aluminiumstrangpressprofile, gefertigt werden. Abhängig von der Größe des verwendeten Wannenbauteils 1 können Batteriewannen in beliebigen Abmessungen durch das erfindungsgemäße Verfahren hergestellt werden.
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In 2 ist das Anordnen der Seitenplatten 6 an dem Wannenbauteil 1 dargestellt. Das Wannenbauteil 1 liegt in gefalteter Form vor, wobei die Wandabschnitte 3 einen L-förmigen Querschnitt aufweisen und so gefaltet wurden, dass ein Schenkel 7 des L-förmigen Querschnitts der Wandabschnitte 3 jeweils von der Batteriewanne 1 aus nach außen weist. Die Seitenplatten 6 werden so an die Stirnseiten der Batteriewanne 1 angeordnet, dass sie direkt an den Bodenabschnitt 2 sowie die Wandabschnitte 3 anschließen. Die Seitenplatten 6 können dabei so an die Stirnflächen des Wannenbauteils 6 angesetzt werden, dass sie die Kanten des Bodenabschnittes 2 und der Wandabschnitte 3 zumindest teilweise übergreifen. Alternativ dazu ist es möglich, dass die Seitenplatten 6 zwischen den beiden Wandabschnitten 3 auf den Bodenabschnitt 2 aufgesetzt werden, so dass sie sowohl an den Bodenabschnitt 2 als auch an die Wandabschnitte 3 direkt anschließen.
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Wie in 3 dargestellt, können die Seitenplatten 6 am Wannenbauteil 1 durch Anschweißen befestigt werden. Das Anschweißen erfolgt dabei als Laserschweißen durch eine Laserschweißvorrichtung 8, wobei die Seitenplatten 6 mit den Wandabschnitten 3 sowie dem Bodenabschnitt 2 über Schweißnähte verbunden werden, welche entlang der Kontaktfläche zwischen Seitenplatten 6 und Wandabschnitten 3 bzw. Bodenabschnitt 2 verlaufen. Durch dieses Anschweißen mittels Laserschweißen werden flüssigkeitsdichte Schweißnähte erzeugt, die ein Eindringen von Feuchtigkeit entlang der Kontaktfläche von Seitenplatten 6 und Wandabschnitten 3 bzw. Bodenabschnitt 2 in die Batteriewanne 9 verhindern.
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In 4 ist eine erfindungsgemäße Batteriewanne 9 sowie bereitgestellte Stege 10, 11 dargestellt. Die Stege 10, 11 können in einem anschließenden Verfahrensschritt auf dem Bodenabschnitt 2 der Batteriewanne 9 angeordnet werden. Der Steg 10 wird dabei als Längssteg angeordnet, wohingegen die Stege 11 als Querstege jeweils zwischen einem Wandabschnitt 3 und dem als Längssteg angeordneten Steg 10 angeordnet werden.
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In 5 ist die Batteriewanne 9 mit auf dem Bodenabschnitt 2 angeordneten Stegen 10, 11 dargestellt. Mithilfe der Laserschweißvorrichtung 8 erfolgt ein Verbinden der Stege 10, 11 mit den Wandabschnitten 3, den Seitenabschnitten 6 sowie mit dem Bodenabschnitt 2. Durch die Stege 10, 11 wird eine mehrere Fächer 12 umfassende Fachstruktur gebildet. Der als Längssteg angeordnete Steg 10 verbindet die beiden Seitenplatten 6 miteinander und erhöht dabei die mechanische Stabilität der Batteriewanne 9 in Längsrichtung. Entsprechend wird die Stabilität in Querrichtung der Batteriewanne 9 durch die Stege 11 erhöht, welche zwischen den Wandabschnitten 3 und dem als Längssteg angeordneten Steg 10 angeordnet sind und mit diesem ebenfalls durch Anschweißen mittels der Laserschweißvorrichtung 8 verbunden werden können.
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6 zeigt eine mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batteriewanne 9, bei der Energiespeicherelemente 13 in die Fächer 12 der von den Stegen 10, 11 gebildeten Fachstruktur eingesetzt sind. Eine derart mit Energiespeicherelementen 13 bestückte Batteriewanne 9 kann als Teil eines Batteriegehäuses in einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug eingesetzt werden, beispielsweise zur Speicherung von Energie für einen elektromotorischen Antrieb des Kraftfahrzeugs.
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Natürlich können je nach Größe der Batteriewanne auch weit mehr als die hier nur beispielhaft gezeigten Stege und damit auch deutlich mehr Fächer gebildet werden, so dass eine entsprechend große Anzahl an Energiespeichern untergebracht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008027293 A1 [0004]
- DE 102011051627 A1 [0005]
- DE 102011107007 A1 [0006]
- DE 102012015818 A1 [0007]
- DE 102014225845 A1 [0008]
- DE 102015006299 B3 [0009]
