DE102020002901A1

DE102020002901A1 - Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bildern eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls

Info

Publication number: DE102020002901A1
Application number: DE102020002901.9A
Authority: DE
Inventors: Christian Stasch; Reiner Jost; Marius Gäckle; Hüseyin Bogazköy
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-05-14
Filing date: 2020-05-14
Publication date: 2021-11-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils (1) mit einem Batterieoberteil (3) zum Bilden eines Batteriegehäuses (5) mit mindestens einem Aufnahmeraum (7) zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls, ein Batteriegehäuse (5) mit einem Batterieunterteil (1) und einem Batterieoberteil (3), verbunden nach einem solchen Verfahren, und ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse (5).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls, ein Batteriegehäuse mit einem Batterieunterteil und einem Batterieoberteil, verbunden nach einem solchen Verfahren, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse.
Elektrisch antreibbare Fahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge, weisen im Antriebsstrang eine elektrische Maschine oder einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs sowie einen elektrischen Speicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher, zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine oder den Elektromotor auf. Solche auch Batterien genannte elektrischen Speicher umfassen in der Regel eine Vielzahl an zusammengeschalteten Speichermodulen, welche üblicherweise in einem geschlossenen, auch als Speichergehäuse bezeichneten Batteriegehäuse angeordnet sind. Dieses weist üblicherweise ein Batterieoberteil und ein Batterieunterteil auf, die im miteinander gefügten Zustand einen mindestens ein Speichermodul aufnehmenden Aufnahmeraum begrenzen, der gegenüber der Umgebung vorzugsweise vollständig abgedichtet ist. Hierzu werden Batterieober- und -unterteil mittels zahlreicher Schrauben verschraubt. Der Schraubenabstand muss dabei aufgrund eines EMV-Kontakts einen bestimmten Abstand aufweisen. Eine Dichtung zwischen dem Batterieunterteil und dem Batterieoberteil wird durch eine Feststoffdichtung oder einen verpressten Flüssigdichtstoff gebildet.
Die derzeit bei zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen üblichen Energiespeicher beruhen meist auf der Lithium-Ionen-Technologie. Hierbei ist es bei heutigen Fahrzeugen mit einem solchen elektrischem Antrieb eine große Herausforderung, wenn es bei einem derartigen Energiespeicher zu einem thermischen Ereignis, insbesondere einer Wärmeausbreitung oder einer Überhitzung kommt. Dies tritt unter anderem auf, wenn eine Batteriezelle des elektrischen Energiespeichers durch einen internen Kurzschluss zu warm wird, und sich die Materialien in einer exothermen Reaktion auflösen. Die Temperatur steigt dabei immer weiter an und es kann zum Öffnen der Zelle und zum Brand des elektrischen Energiespeichers kommen. Die entstehende Wärme wird auf andere Batteriezellen des elektrischen Energiespeichers übertragen, so dass die eine überhitzte Batteriezelle zur Überhitzung von weiteren Batteriezellen des elektrischen Energiespeichers führt.
Nachteilig beim Stand der Technik ist jedoch, dass bekannte Konzepte zum Verschließen eines aus einem Batterieunterteil und einem Batterieoberteil bestehenden Batteriegehäuses sehr aufwändig und kostenintensiv sind. Des Weiteren ist eine Reparatur nur schwer möglich, da insbesondere das Batterieoberteil, auch als Batteriedeckel bezeichnet, nach der Demontage nicht erneut verwendet werden kann.
Aus der DE 10 2017 219 895 A1 geht ein Kraftfahrzeug mit einem mit einem Batteriegehäuse der hier angesprochenen Art hervor, das zur Aufnahme beziehungsweise Ausbildung eines Hochvoltspeichers zumindest ein Speichermodul aufweist. Dabei ist das Batteriegehäuse unterhalb eines Hauptbodens des Kraftfahrzeugs in die Karosserietragstruktur teilweise integriert, das heißt ein Batterieunterteil ist hier am Hauptboden ausgebildet, an dem ein als Deckelelement ausgebildetes Batterieoberteil angesetzt und daran befestigt wird, wodurch der Aufnahmeraum für das Speichermodul verschlossen wird. Zur Abdichtung des Aufnahmeraums gegenüber der Umgebung ist im Spalt zwischen dem Batterieoberteil und dem Batterieunterteil ein Dichtungselement vorgesehen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls, ein Batteriegehäuse, vorzugsweise verbunden nach einem solchen Verfahren, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse bereitzustellen, wobei die genannten Nachteile nicht auftreten, und wobei insbesondere eine einfache und schnelle Montage des Batteriegehäuses ermöglicht wird, wobei insbesondere keine Schrauben zum Fixieren der Batterieteile aneinander benötigt werden.
Die Aufgabe wird gelöst, indem die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche geschaffen werden. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Dieses sieht vor, dass zunächst ein Batterieunterteil und ein Batterieoberteil bereitgestellt werden, wobei mindestens ein Dichtungselement am Batterieunterteil oder dem Batterieoberteil angeordnet wird. Im nächsten Schritt werden Batterieunterteil und ein Batterieoberteil relativ zueinander so positioniert, dass ein Rand des Batterieunterteils einem Rand des Batterieoberteils gegenüberliegend angeordnet ist, sodass ein Spalt zwischen dem Rand des Batterieunterteils und dem Rand des Batterieoberteils gebildet wird. In diesem Spalt ist das Dichtungselement angeordnet, wobei das Dichtungselement so dimensioniert und Batterieoberteil und Batterieunterteil einander so genähert sind, dass der Spalt durch das mindestens eine Dichtungselement nur teilweise gefüllt ist. Es erfolgt nun das Auffüllen des übrigen Spalts mittels eines vorzugsweise schnellhärtenden, flüssigen oder pastösen Klebstoffs, wodurch das Batterieunterteil und das Batterieoberteil miteinander verbunden werden und der Spalt abgedichtet ist, sodass der Aufnahmeraum im Batteriegehäuse gegenüber der Umgebung verschlossen ist.
Vorzugsweise wird der Aufnahmeraum gegenüber der Umgebung abgedichtet, insbesondere zum Schutz vor Eindringen von Feuchtigkeit, Luft und/oder Schmutz, und gegebenenfalls auch zum Verhindern des Austritts von heißen Gasen und Partikeln im Falle eines thermischen Ereignisses innerhalb des Batteriegehäuses an die Umgebung.
Vorzugsweise wird ein Spalt zwischen einem Batterieunterteil und einem Batterieoberteil, das vorzugsweise Batteriedeckel ausgebildet ist, mittels eines schnellhärtenden, flüssigen Klebstoffs ausgegossen. Vorzugsweise wird eine soforthärtende Batteriedeckelverklebung ohne Schrauben bereitgestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Dichtung in dem Spalt zwischen dem Batterieunterteil und Batterieoberteil um eine spezielle Dichtung, wobei sich das mindestens eine Dichtungselement nur über einen Teil des Spalts erstreckt, und wobei der übrige Teil des Spalts mit dem schnellhärtenden Klebstoff gefüllt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden das Batterieunterteil und das Batterieoberteil nach Schritt c) und vor Schritt d) und/oder während Schritt d) mit einer bestimmten Kraft in einer Fügerichtung miteinander gefügt. Das Fügen kann dazu führen, dass das im Spalt befindliche Dichtungselement sich an beide Fügeflächen anlegt und gegebenenfalls auch ein Stück weit zusammengedrückt wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das mindestens eine Dichtungselement vor dem Positionieren des Batterieunterteils und des Batterieoberteil relativ zueinander in Schritt b) an dem Rand des Batterieunterteils und/oder an dem Rand des Batterieoberteils angeordnet, bevorzugt befestigt, insbesondere bevorzugt geklebt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das mindestens eine Dichtungselement vor dem Ausgießen des Spalts mit dem schnellhärtenden Klebstoff in Schritt c) mit dem Rand des Batterieunterteils oder mit dem Rand des Batterieoberteils verbunden, insbesondere geklebt.
Unter einem Batteriegehäuse wird insbesondere ein an eine Karosserie eines Fahrzeugs anordenbares Element mit einem Aufnahmeraum für mindestens ein Speichermodul verstanden, insbesondere ist das Batteriegehäuse ein Teil der Karosserie eines Fahrzeugs.
Unter einem Aufnahmeraum eines Batteriegehäuses wird insbesondere ein durch ein Batterieunterteil und ein Batterieoberteil gebildeter Raum zum Anordnen mindestens eines Speichermoduls verstanden. Vorzugsweise ist das Batterieoberteil ein Deckel des Batteriegehäuses.
Unter einem Dichtungselement wird insbesondere ein Element verstanden, das zwischen einem Batterieunterteil und einem Batterieoberteil angeordnet wird, insbesondere ein Dichtungsring, ein Dichtungsgummi, ein Dichtungsschaum und/oder eine Dichtungspaste. Vorzugsweise ist das Dichtungselement elastisch und/oder flexibel ausgebildet. Dadurch kann das Dichtungselement besondere gut einer Form des Batterieunterteils und/oder des Batterieoberteils oder eines dazwischen gebildeten Spalts angepasst werden beziehungsweise sich daran anpassen.
Unter einem Fahrzeug wird insbesondere ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Bus, ein Wohnmobil, ein Baufahrzeug, oder ein Nutzfahrzeug verstanden.
Unter einer Karosserie eines Fahrzeugs wird insbesondere ein Fahrzeugrohbau eines Fahrzeugs verstanden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird nach dem Ausgießen des Spalts mit dem schnellhärtenden, flüssigen Klebstoff das Batterieunterteil mit dem Batterieoberteil für eine bestimmte Zeit mit einem bestimmten Druck in einer Fügerichtung gegeneinander gepresst, bevorzugt über eine Zeitdauer von bis zu 20 s, bevorzugt bis zu 10 s, oder bevorzugt bis zu 5 s.
Das Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls weist Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik auf. Vorteilhafterweise kann ein Batterieunterteil mit einem Batterieoberteil leicht verschlossen werden, insbesondere wird die Zeit zur Montage verkürzt im Vergleich zu bisherigen Verfahren. Vorteilhafterweise härtet die Dichtung, insbesondere der schnellhärtende Klebstoff zur Bildung der Dichtung, besonders schnell aus, wodurch besonders geringe Taktzeiten bei der Montage der Batterie ermöglicht werden. Vorteilhafterweise ist das Verfahren besonders kostengünstig. Vorteilhafterweise ist eine Reparatur des Batteriegehäuses möglich, insbesondere kann das Batterieoberteil nach der Demontage erneut verwendet werden. Vorteilhafterweise kann zur Reparatur der Batterie der Klebstoff mit dem Dichtungselement aufgeschnitten werden, wobei das Batterieoberteil von dem Batterieunterteil getrennt wird, analog zu einer Vorgehensweise bei Windschutzscheiben, wobei das Batteriegehäuse zwischen dem Batterieunterteil und dem Batterieoberteil aufgeschnitten und anschließend wieder verklebt werden kann. Vorteilhafterweise wird eine Gewichtsreduktion des Batteriegehäuses erreicht, da auf Schrauben verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise ist durch den flüssigen Klebstoff, der in den gesamten Spalt zwischen dem Batterieunterteil und dem Batterieoberteil mit dem dazwischen angeordneten Dichtungselement fließen kann, eine besonders gute Dichtheit gewährleistet. Vorteilhafterweise wird ein besonders guter Korrosionsschutz ermöglicht, da keine Spaltbildung auftritt und kein Einsatz von Schrauben notwendig ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Rand des Batterieunterteils komplementär zu dem Rand des Batterieoberteils ausgebildet ist, und/oder der Rand des Batterieunterteils zumindest teilweise als eine dem Batterieoberteil zugewandte Fläche ausgebildet ist, und/oder der Rand des Batterieoberteils zumindest teilweise als eine dem Batterieunterteil zugewandte Fläche ausgebildet ist. Dadurch kann das Batterieunterteil mit dem Batterieoberteil formschlüssig verbunden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Form des Rands des Batterieunterteils komplementär zu einer Form des Rands des Batterieoberteils ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind der Rand des Batterieunterteils und der Rand des Batterieoberteils dem Inneren des Batteriegehäuses, also dem zu bildenden Aufnahmeraum, abgewendet ausgebildet, bilden insbesondere einen Vorsprung. Dieser Vorsprung ist letztlich ein Befestigungsflansch beziehungsweise Verbindungsflansch.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das mindestens eine Dichtungselement flexibel oder elastisch ausgebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Dichtungselement ein EMV-Kontakt ist, und/oder das mindestens eine Dichtungselement umlaufend um den gesamten Rand des Batterieunterteils und/oder umlaufend um den gesamten Rand des Batterieoberteils ausgebildet ist. Vorzugsweise bietet der EMV-Kontakt zugleich eine umlaufende Dichtung für die Verklebung, und einen Flammschutz, einen Wärmeschutz und/oder eine Schutzbarriere gegen Schmutz.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird durch eine Kombination des mindestens einen Dichtungselements mit einem schnellhärtenden Klebstoff eine Dichtung, insbesondere ein EMV-Kontakt, mit zugleich Flammschutz, Wärmeschutz, Restschmutzbarriere bereitgestellt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das mindestens eine Dichtungselement als eine Fließbarriere beim Ausgießen des übrigen Spalts mit dem schnellhärtenden Klebstoff eingesetzt wird. Dadurch wird verhindert, dass der Klebstoff in den Aufnahmeraum des Batteriegehäuses fließt.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass als Dichtungselement ein Schaum, bevorzugt ein wärmedämmender Schaum, als kompressibler Kern in dem Spalt angeordnet wird, wobei der Schaum bevorzugt mit einem elektrisch leitfähigen Material umwickelt ist, so dass ein elektrisch leitender Kontakt mit dem kompressiblen Kern gebildet wird. Vorzugsweise wird dadurch ein EMV-Kontakt gebildet. Des Weiteren dient der Schaum bei einer Reparatur des Batteriegehäuses, wenn der Klebstoff mit dem Dichtungselement aufgeschnitten wird, als Restschmutzbarriere in den Aufnahmeraum.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bildet der Schaum, insbesondere der mit einem elektrisch leitfähigen Material umwickelte Schaum, einen EMV-Kontakt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird mittels eines kompressiblen Kerns, insbesondere eines Schaums, mit einem elektrisch leitenden Kontakt, der EMV-Kontakt gebildet.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batterieoberteil und das Batterieunterteil formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden. Dadurch wird der Spalt zwischen dem Batterieunterteil und dem Batterieoberteil besonders sicher gegen die Umgebung verschlossen.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batterieoberteil ohne Schrauben mit dem Batterieunterteil verbunden wird. Dadurch ist die Montage des Batteriegehäuses besonders einfach, und das Batteriegehäuse wird leichter.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird bei dem Ausgießen des Spalts mit dem schnellhärtenden, flüssigen Klebstoff eine Füllhilfe zum Ausgießen des Spalts im Bereich des Spalts von außen angelegt, wobei die Füllhilfe bevorzugt einen zumindest weitgehend formschlüssigen Rand an dem Batterieunterteil und/oder dem Batterieoberteil im Bereich des Spalts bildet, wobei die Füllhilfe nach dem Ausgießen des Spalts wieder entfernt wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einem Batteriegehäuse nach Anspruch 4 gelöst. Dieses Batteriegehäuse für ein Fahrzeug oder an einem Fahrzeug vorgesehene umfasst ein Batterieunterteil und ein Batterieoberteil, die im miteinander verbundenen Zustand einen Aufnahmeraum mit mindestens einem Speichermodul verschließen, wobei ein Rand des Batterieunterteils einem Rand des Batterieoberteils unter Ausbildung eines Spalts gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in dem Spalt mindestens ein, den Spalt nur teilweise ausfüllendes Dichtungselement angeordnet, und wobei der übrige Teil des Spalts mittels eines das Verbindungsmittel zwischen dem Batterieunterteil und dem Batterieoberteil bildenden Klebstoffs - vorzugsweise vollständig - aufgefüllt ist.
Dabei ergeben sich für das Batteriegehäuse insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls beschrieben wurden. Das Batteriegehäuse weist ein Batterieunterteil, ein gegenüber dem Batterieunterteil angeordnetes Batterieoberteil, und einen Aufnahmeraum mit mindestens einem Speichermodul auf, wobei das Batterieunterteil und das Batterieoberteil nach einem erfindungsgemäßen Verfahren miteinander verbunden, insbesondere verschlossen sind.
Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse mindestens ein Speichermodul auf, bevorzugt eine Vielzahl an Speichermodulen, wobei das mindestens eine Speichermodul ein dem Aufnahmeraum des Batteriegehäuses angeordnet ist. Vorzugsweise ist das Batteriegehäuse ein Batteriegehäuse einer Hochvolt-Batterie.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batteriegehäuse ein Batteriegehäuse für ein Fahrzeug.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieunterteil in eine Karosserie eines Fahrzeugs integriert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieunterteil an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieunterteil mit der Karosserie des Fahrzeugs einstückig ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieoberteil in eine Karosserie eines Fahrzeugs integriert. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieoberteil an der Karosserie des Fahrzeugs befestigt. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieoberteil mit der Karosserie des Fahrzeugs einstückig ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batterieoberteil in einer Fahrzeughochrichtung gesehen über dem Batterieunterteil angeordnet.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird auch gelöst, indem ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse bereitgestellt wird, insbesondere nach einem der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele. Dabei ergeben sich für das Fahrzeug insbesondere die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls, und dem Batteriegehäuse mit einem Batterieunterteil und einem Batterieoberteil, verbunden nach einem solchen Verfahren, beschrieben wurden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Fahrzeug ein Fahrzeug mit zumindest teilweise elektrischem Antrieb. Vorzugsweise wird das Fahrzeug mittels einer Batterie des Fahrzeugs mit Energie versorgt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batteriegehäuse unterhalb eines Fahrzeugbodens des Fahrzeugs angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Batteriegehäuse oberhalb eines Fahrzeugbodens des Fahrzeugs angeordnet.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses mit mindestens einem geschlossenen Aufnahmeraum zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls in einem Fließdiagramm; und
2 in schematischer Darstellung eine Abfolge eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens mit einzelnen Schritten A bis D zum Verschließen eines Batterieunterteils mit einem Batterieoberteil zum Bilden eines Batteriegehäuses in perspektivischer Darstellung.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Verfahrens zum Verschließen eines in 2 ausschnittsweise dargestellten Batteriegehäuses 5 umfassend ein Batterieunterteil 1 und ein Batterieoberteil 3, wobei das Batteriegehäuse 5 mindestens einen Aufnahmeraum 7 zum Aufnehmen mindestens eines, in den Figuren nicht dargestellten elektrischen Speichermoduls aufweist.
Das Batterieunterteil 1 weist ein Bodenelement 9 und ein am Bodenelement 9 vorgesehenes Rahmenelement 11 auf. An diesem ist ein nach außen, das heißt weg vom Aufnahmeraum 7 abgestellter Rand 13 vorgesehen, der einen Verbindungsflansch bildet. Das als Deckel zum Verschließen des Aufnahmeraums im Batterieunterteil 1 dienende Batterieoberteil 3 ist ähnlich wie das Batterieunterteil 1 ausgebildet, weist also ebenfalls ein Rahmenelement auf, von dem ein nach außen, weg vom Aufnahmeraum 7 gerichteter Rand 15 ausgeht, der ebenfalls einen Verbindungsflansch bildet. Festzuhalten bleibt, dass das Batterieoberteil 3 oder das Batterieunterteil 1 auch als ebener Deckel ausgebildet sein kann, wobei bei einer solchen Ausführungsform der Aufnahmeraum 7 dann ausschließlich im anderen Batterieteil ausgebildet ist, also anders als bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel, bei dem Batterieunterteil 1 und -oberteil 3 jeweils eine entsprechende Vertiefung, Ausformung oder dergleichen aufweisen, die im zusammengesetzten Zustand der Batterieteile 1, 3 den gegenüber der Umgebung vorzugsweise geschlossenen Aufnahmeraum 7 bilden.
Beim Zusammenbau der Batterie werden das Batterieunterteil 1 und das Batterieoberteil 3 relativ zueinander so positioniert, das der Rand 13 am Batterieunterteil 1 dem Rand 15 des Batterieoberteils 3 gegenüberliegt, so dass ein Spalt 17 zwischen dem Rand 13 des Batterieunterteils 1 und dem Rand 15 des Batterieoberteils 3 gebildet wird (1A). Dieser Spalt 17 ist vorzugsweise umlaufend um das gesamte Batteriegehäuse ausgebildet, so dass ein vollständiges Abdichten des Aufnahmeraums 7 nach außen, das heißt gegenüber der Umgebung 20 möglich ist. Hierzu wird im Spalt 17 mindestens ein Dichtungselement 19 angeordnet, wobei der Spalt 17 teilweise mit dem mindestens einen Dichtungselement 19 gefüllt wird. Unter „teilweise“ wird hier verstanden, dass das Dichtungselement 19 den Spalt 17 nicht vollständig ausfüllt, sich also nicht über die komplette Breite der Ränder 13, 15 erstreckt, sondern nur über eine Teilbreite des Spalts 17. Dabei wird das Dichtungselement 19 im dem Aufnahmeraum 7 nahen Randbereich des Spalts 17 angeordnet, wie ohne weiteres aus 1 B ersichtlich, so dass zwischen dem Dichtungselement 19 und der Umgebung 20 noch ein Restspalt beziehungsweise schlitzförmiger Freiraum 22 verbleibt, wie aus 1C ersichtlich. Dieser übrige, also nicht vom Dichtungselement 19 ausgefüllte Spalt 17 beziehungsweise Spaltbereich wird nun mittels eines schnellhärtenden, flüssigen Klebstoffs 21 ausgegossen beziehungsweise ausgespritzt, wodurch das Batterieunterteil 1 und das Batterieoberteil 3 miteinander verbunden werden. Der Klebstoff 21 ist das Verbindungsmittel, vorzugsweise das einzige Verbindungsmittel, um das Batterieunterteil 1 und das Batterieoberteil 3 unlösbar miteinander zu verbinden. Das heißt, auf zusätzliche, insbesondere mechanische Verbindungsmittel zur Fixierung der Batterieteile 1, 3 aneinander, beispielsweise Schraubverbindungen, kann verzichtet werden. In diesem Zusammenhang wird unter dem Begriff „unlösbar“ verstanden, dass um die beiden Batterieteile 1, 3 voneinander zu trennen, muss das Verbindungsmittel, also der Klebstoff 21 zerstört, beispielsweise durchtrennt werden. In 1D ist das Batteriegehäuse 5 im fertiggestellten Zustand dargestellt, bei dem der Aufnahmeraum 7 gegenüber der Umgebung 20 verschlossen und abgedichtet ist.
Aufgrund der Stoffschlussverbindung zwischen Batterieunterteil 1 und Batterieoberteil 3 können diese besonders einfach miteinander verbunden und der Aufnahmeraum 7 leicht verschlossen werden. Besonders vorteilhaft ist, dass die Zeit zur Montage gegenüber den bekannten Verfahren verkürzt werden kann. Der schnellhärtende Klebstoff 21 ermöglicht besonders geringe Taktzeiten bei der Montage des Batteriegehäuses 5. Vorteilhafterweise wird eine Gewichtsreduktion erreicht, da auf Schrauben verzichtet werden kann.
Festzuhalten bleibt, dass erfindungsgemäß die Abdichtung des Aufnahmeraums 7 im Spalt 17 zwischen den Batterieteilen 1, 3 und die Fixierung der Batterieteile 1, 3 aneinander nicht durch ein Element oder Medium erreicht wird, sondern durch mindestens ein Funktionselement, nämlich dem Dichtungselement 19, und einem zweiten Funktionselement, nämlich den Klebstoff 21. Da der Klebstoff 21 den nicht vom Dichtungselement 19 eingenommen Raum des Spalts 17 ausfüllt, erfüllt der Klebstoff 21 in einer Nebenfunktion auch eine gewisse Dichtwirkung. Die Primäraufgabe des Klebstoffs 21 ist jedoch die Befestigung/Fixierung der Batterieteile 1, 3 aneinander. Aufgrund des Vergussprozesses kann eine Dichtheit des Batteriegehäuses 5 mit hoher Sicherheit gewährleistet werden, insbesondere deshalb, weil der zum Einsatz kommende Klebstoff 21 in jeden Spalt fließt. Darüber hinaus wird ein optimaler Korrosionsschutz erzielt, da keine Spaltbildung und kein Einsatz von dichten Schrauben notwendig ist.
Bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel des Batteriegehäuses 5 ist der Rand 13 des Batterieunterteils 1 komplementär zum Rand 15 des Batterieoberteils 3 ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist hier die Ausgestaltung des Randes 13 des Batterieunterteils 1 und des Randes 15 des Batterieoberteils 3 als ebene, parallel zueinander verlaufende Flächen. Beim Fügen der beiden Batterieteile 1, 3 ergibt sich dadurch ein Spalt 17 mit einer gleichbleibenden Höhe. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass trotz ebener Ausgestaltung der Ränder 13, 15 ein Spalt 17 mit keilförmigen Verlauf gebildet wird. Schließlich ist es denkbar, dass zumindest einer der Ränder 13, 15 nicht eben, sondern beispielsweise eine Vertiefung oder dergleichen aufweist.
In bevorzugter Ausgestaltung ist das mindestens eine Dichtungselement 19 umlaufend um den gesamten Rand 13 des Batterieunterteils 1 und/oder umlaufend um den gesamten Rand 15 des Batterieoberteils 3 ausgebildet. Das Dichtungselement 19 weist bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel einen rechteckigen Querschnitt auf. Grundsätzlich sind auch andere Ausgestaltungen, insbesondere Querschnittsformen möglich.
Besonders bevorzugt wird ein Ausführungsbeispiel des Dichtungselements 19 als EMV-Kontakt (ElektroMagnetischeVerträglichkeit) beziehungsweise als EMV-Dichtung ausgebildet ist. Derartige EMV-Dichtungen sind grundsätzlich im Stand der Technik bekannt. Diese weisen eine mehr oder weniger große Elastizität auf, die es ihnen erlaubt, sich an die Form und Größe des abzudichtenden Spaltes anzupassen. Sie dienen dazu, die Abschirmwirkung eines Gehäuses gegen Hochfrequenzstrahlung zu verbessern. Außerdem sorgen sie dafür, dass statische Entladungen nicht durch Schlitze ins Innere eines Gehäuses eindringen können, was zu Störung oder auch Zerstörung von ElektronikBaugruppen führen könnte.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des Dichtungselement 19 ist dieses so ausgebildet und/oder besteht aus einem solchen hitzebeständigen Material, dass bei einer übermäßigen Wärmeentwicklung im Aufnahmeraum 7, beispielsweise durch einen Brand des darin befindlichen, mindestens einen Speichermoduls, der Klebstoff 21 vor der Hitze geschützt wird. Das Dichtungselement 19 stellt hier also eine Barriere, quasi ein Hitzeschott dar.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Dichtungselements 19 ist diese durch einen Schaum gebildet, bevorzugt ein wärmedämmender Schaum, der als kompressibler Kern in dem Spalt 17 angeordnet wird, wobei der Schaum bevorzugt mit einem elektrisch leitfähigen Material umwickelt ist, so dass ein elektrisch leitender Kontakt mit dem kompressiblen Kern gebildet wird.
Bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist vorgesehen, dass das Dichtungselement 19 eine umlaufende Dichtung bildet und gleichzeitig ein EMV-Kontakt ist sowie dem Schutz des Klebstoffs 21 im Brandfall dient.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Dichtungselement 19 als eine Fließbarriere beim Ausgießen des übrigen Spalts 17 mit dem schnellhärtenden Klebstoff 21 eingesetzt. Das heißt, das Dichtungselement 19 befindet sich bereits im Spalt 17, bevor der Klebstoff 21 eingefüllt/eingespritzt wird. Dadurch verhindert das Dichtungselement 19, dass der Klebstoff 21 bis in den Aufnahmeraum 7 gelangt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das mindestens eine Dichtungselement 19 am Rand 13 des Batterieunterteils 1 oder am Rand 15 des Batterieoberteils 3 angeordnet, insbesondere fixiert, bevor die Batterieteile 1, 3 zusammengeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden das Batterieoberteil 3 und das Batterieunterteil 1 formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird das Batterieoberteil 3 ohne Schrauben mit dem Batterieunterteil 1 verbunden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Batteriegehäuse 5 als ein Batteriegehäuse 5 für eine Hochvolt-Batterie ausgebildet.
Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse 5 ist insbesondere in einem Fahrzeug angeordnet. Das Fahrzeug weist einen zumindest teilweise elektrischen Antrieb auf, wobei das Fahrzeug das mindestens eine Batteriegehäuse 5 zum Versorgen des elektrischen Antriebs mit Energie aufweist.
Im Folgenden werden anhand der 2A bis 2D einzelne Schritte des Verfahrens zum Verschließen des Batterieunterteils 1 mit dem Batterieoberteil 3 zum Bilden des Batteriegehäuses 5 näher erläutert. Das Batterieunterteil 1 und das Batterieoberteil 3 werden relativ zueinander positioniert, wobei der Rand 13 der dem Bodenelement 9 abgewandten Seite des Rahmenelements 11 dem Rand 15 des Batterieoberteils 3 gegenüberliegt (siehe 2A). Dabei wird der Spalt 17 zwischen dem Rand 13 und dem Rand 15 gebildet. Die Ränder 13,15 sind zumindest bei dem in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel nach außen von den Batterieteilen 1, 3 abgestellte Flansche ausgebildet und erstrecken sich von dem zu bildenden beziehungsweise zu verschließenden Aufnahmeraum 7 weg in Richtung zur Umgebung 20. In dem Spalt 17 wird mindestens ein Dichtungselement 19 angeordnet. Das Dichtungselement 19 wird an dem Rand 13 befestigt, insbesondere geklebt (siehe 2B). In einer alternativen Ausgestaltung kann das Dichtungselement 19 bereits vor dem Positionieren des Batterieunterteils 1 und des Batterieoberteils 3 relativ zueinander an dem Rand 13 befestigt sein und auf diese Weise zwischen dem Rand 13 und dem Rand 15 angeordnet werden. Das Batterieunterteil 1 und/oder das Batterieunterteil 2 werden gegeneinander mit einem bestimmten Fügedruck gefügt, wobei die Höhe des Spalts 17 dabei verringert wird und das Dichtungselement 19 zumindest weitgehend an dem Rand 13 und dem Rand 15 anliegt beziehungsweise sich anlegt (siehe 2C). In dem so erhaltenen Spalt beziehungsweise Restspalt wird ein schnellhärtender, flüssiger Klebstoff 21 eingebracht und der Spalt 17 dadurch ausgegossen (siehe 2D). Der Klebstoff 21 härtet anschließend aus. Dadurch wird das Batterieunterteil 1 mit dem Batterieoberteil 2 verschlossen, insbesondere gegen Feuchtigkeit und Schmutz.
Bei dem Ausgießen des Spalts 17 mit dem schnellhärtenden, flüssigen Klebstoff 21 wird eine Füllhilfe 23 zum Ausgießen des Spalts 17 im Bereich des Spalts 17 angelegt, wobei die Füllhilfe 23 einen zumindest weitgehend formschlüssigen Rand an dem Batterieunterteil 1 im Bereich des Spalts 17 bildet. Die Füllhilfe 23 weist eine schräg nach außen verlaufende Begrenzungsfläche auf, so dass bei am Batterieunterteil 1 angelegten Zustand diese Begrenzungsfläche zur Randkante des Batterieoberteil 3 einen Abstand aufweist. Über diese so gebildete Lücke wird noch von oben mittels einer in 1D erkennbaren Einfülldüse 25 der Klebstoff 21 eingefüllt. Bei vollständig aufgefülltem Spalt 17 erstreckt sich der Klebstoff 21 bis hoch zum beziehungsweise über den Rand 15 des Batterieoberteils 15, das heißt die Lücke zwischen der Randkante des Batterieoberteils 15 und der Begrenzungsfläche der Füllhilfe 23 ist ebenfalls mit dem Klebstoff 21 aufgefüllt. Die Füllhilfe 23 wird nach dem Ausgießen des Spalts 17, insbesondere nach einem Aushärten des Klebstoffs 21, wieder entfernt. Alternativ oder zusätzlich kann der Spalt 17 auch über am Rand 13 und/oder dem Rand 15 vorgesehene Einfüllöffnungen mit dem Klebstoff 21 befüllt werden.
Zusammenfassend bleibt festzuhalten, dass mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Abdichtung eines Batteriegehäuses 5 realisierbar ist, welches insbesondere für die Serienfertigung besonders vorteilhaft ist. Durch den beschriebenen Einsatz des flüssigen oder pastösen Klebstoffs 21 wird ein 100%-Dichtheit des Batteriegehäuses 5 prozesssicher erreicht, sodass aufwendige Dichtheitsprüfungen am fertiggestellten Batteriegehäuse 5 entfallen können.
Festzuhalten bleibt ferner, dass das Batterieunterteil 1 oder das Batterieoberteil 3 in den Rohbau des Fahrzeugs integrierbar ist, das heißt diese können an der Karosserietragstruktur ausgebildet sein, sodass lediglich das zweite Batterieteil zum Verschließen des Aufnahmeraums 7 an das Fahrzeug herangeführt werden muss. Diese in den Fahrzeugrohbau teilintegrierte Bauweise des Batteriegehäuses 5 bedingt, dass es nicht separat vom Fahrzeug komplett aufgebaut und als Funktionseinheit nachträglich am Fahrzeug montierbar ist. Vielmehr ist es erforderlich, das mindestens eine Speichermodul bei der Montage des Fahrzeugs in dieses einzubringen. Damit muss die zwingend erforderliche Dichtheit des Batteriegehäuses 5 unbedingt sichergestellt werden, was beim Verbinden der Batterieteile 1, 3 mittels Schraubverbindungen einer aufwändigen Dichtheitsprüfung erfordert, was beim erfindungsgemäßen Verfahren nicht notwendig ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017219895 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Verschließen eines Batterieunterteils (1) mit einem Batterieoberteil (3) zum Bilden eines Batteriegehäuses (5) mit mindestens einem Aufnahmeraum (7) zum Aufnehmen mindestens eines elektrischen Speichermoduls, mit folgenden Schritten: a) Bereitstellen des Batterieunterteils (1) und des Batterieoberteils (3), b) Anordnen mindestens eines Dichtungselements (19) am Batterieunterteil (1) oder dem Batterieoberteil (3), c) Positionieren des Batterieunterteils (1) und des Batterieoberteils (3) relativ zueinander, wobei ein Rand (13) des Batterieunterteils (1) einem Rand (15) des Batterieoberteils (3) gegenüberliegend angeordnet ist, sodass ein Spalt (17) zwischen dem Rand (13) des Batterieunterteils (1) und dem Rand (15) des Batterieoberteils (3) gebildet wird, in dem das Dichtungselement (19) angeordnet ist, wobei der Spalt (17) durch das mindestens eine Dichtungselement (19) nur teilweise gefüllt ist, d) Auffüllen des übrigen Spalts (17) mittels eines vorzugsweise schnellhärtenden, flüssigen oder pastösen Klebstoffs (21), wodurch das Batterieunterteil (1) und das Batterieoberteil (3) miteinander verbunden werden und der Spalt (17) abgedichtet ist, sodass der Aufnahmeraum (7) im Batteriegehäuse (5) verschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Batterieoberteil (3) und das Batterieunterteil (1) formschlüssig und/oder stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batterieoberteil (3) und das Batterieunterteil (1) schraubenverbindungsfrei miteinander verbunden werden.
Batteriegehäuse (5), insbesondere ein Batteriegehäuse (5) für ein oder an einem Fahrzeug, mit einem Batterieunterteil (1) und einem Batterieoberteil (3), die im miteinander verbundenen Zustand einen Aufnahmeraum (7) mit mindestens einem Speichermodul verschließen, wobei ein Rand (13) des Batterieunterteils (1) einem Rand (15) des Batterieoberteils (3) unter Ausbildung eines Spalts (17) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei in dem Spalt (17) mindestens ein, den Spalt (17) nur teilweise ausfüllendes Dichtungselement (19) angeordnet, und wobei der übrige Teil des Spalts (17) mittels eines das Verbindungsmittel zwischen dem Batterieunterteil (1) und dem Batterieoberteil (3) bildenden Klebstoffs (21) - vorzugsweise vollständig - aufgefüllt ist.
Batteriegehäuse (5) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das Batterieunterteil (1) und das Batterieoberteil (3) schraubverbindungsfrei miteinander verbunden sind.
Batteriegehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Batterieunterteil (1) und das Batterieoberteil (3) nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3 miteinander verbunden sind.
Batteriegehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Rand (13) des Batterieunterteils (1) komplementär zum Rand (15) des Batterieoberteils (3) ausgebildet ist, derart, dass ein Spalt (17) zwischen diesen gebildet ist, der eine konstante Höhe und/oder eine konstante Breite aufweist.
Batteriegehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselement (19) ein EMV-Kontakt ist, und/oder das mindestens eine Dichtungselement (19) umlaufend um den gesamten Rand (13) des Batterieunterteils (1) und/oder umlaufend um den gesamten Rand (15) des Batterieoberteils (3) ausgebildet oder angeordnet ist.
Batteriegehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Dichtungselement (19) als eine Fließbarriere beim Ausgießen oder Ausspritzen des nicht vom Dichtungselement (19) ausgefüllten, übrigen Spalts (17) mit dem - vorzugsweise schnellhärtenden - Klebstoff (21) eingesetzt wird.
Batteriegehäuse (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtungselement (19) ein Schaum, bevorzugt ein wärmedämmender Schaum, als kompressibler Kern in dem Spalt (17) angeordnet wird, wobei der Schaum bevorzugt mit einem elektrisch leitfähigen Material umwickelt ist, sodass ein elektrisch leitender Kontakt mit dem kompressiblen Kern gebildet wird.
Fahrzeug mit einem zumindest teilweise elektrischen Antrieb, wobei das Fahrzeug mindestens ein Batteriegehäuse (5) nach Anspruch 4 zum Versorgen des elektrischen Antriebs mit Energie aufweist.