DE102016222621A1 - Baukastensystem umfassend ein einteilig ausgebildetes Gehäuse sowie steckbare Verbindungselemente zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers - Google Patents
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Abstract
Baukastensystem zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend ein einteilig ausgebildetes Gehäuse sowie eine Mehrzahl von steckbaren, bauvariantenspezifischen Verbindungselementen, wobei die Verbindungselemente miteinander zu einem in das Gehäuse einsetzbaren Stegeinsatz verbindbar sind.
Description
- Die Erfindung geht aus von einem Baukastensystem zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, einem Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mittels des Baukastensystems, einer Batterie mit dem Batteriemodul sowie einer Verwendung der Batterie in einem Fahrzeug und/oder stationären Batteriesystem gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
- Stand der Technik
- Aus dem Stand der Technik sind Rahmen- und Kastensysteme zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers bekannt.
- Die Druckschrift
DE 10 2013 218 038 A1 offenbart einen Batteriekasten für eine Batterie. Der Batteriekasten ist dabei dreidimensional ausgeführt aus mehreren Streben und Winkeln zusammengesetzt. Die Streben und Winkel sind dabei ineinander gesteckt. Die besagten Streben, insbesondere Längsstreben, Querstreben und Vertikalstreben umgeben dabei die im Inneren angeordneten Batteriemodule. - Die Druckschrift
DE 10 2010 046 529 A1 offenbart ein Rahmensystem für ein Batteriemodul. Das Rahmensystem umfasst dabei zwei gegenüberliegende Druckplatten, sowie zwei gegenüberliegende Seitenteile. Die Druckplatten und die Seitenteile werden ineinandergesteckt und bilden dadurch einen kastenförmigen Rahmen zur Aufnahme von Batteriezellen. - Die Druckschrift
DE 10 2013 102 793 A1 offenbart ein Batteriepack, welches mittels eines Rahmens an einem Fahrzeug befestigbar ist. Dieser Rahmen weist dabei einen ringförmigen Tragerahmen auf, welcher mehrere unterschiedlich ausgestaltete Seitenelementbereiche umfasst. Ferner weist der Tragrahmen einen Frontelementbereich und einen Rückelementbereich auf, wobei der Frontelementbereich auch Eckbereiche aufweist. - Die Druckschrift
DE 10 2013 223 636 A1 offenbart einen dreidimensionalen Käfig für eine Fahrzeugbatterie. Der Käfig umfasst dabei eine obere Baugruppe und eine untere Baugruppe, wobei die Akkupacks zwischen der oberen Baugruppe und der unteren Baugruppe eingeschlossen sind. Die obere Baugruppe weist mehrere U-förmige Rahmen auf, welche mittels zylindrischer Röhren miteinander verbunden sind. Ebenso weist die untere Baugruppe Rahmenelemente auf, welche mittels röhrenförmiger Segmente miteinander verbunden sind. - Offenbarung der Erfindung
- Vorteile der Erfindung
- Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Baukastensystem ein einteilig ausgebildetes Gehäuse sowie eine Mehrzahl von steckbaren, bauvariantenspezifischen Verbindungselementen umfasst, wobei die Verbindungselemente miteinander zu einem in das Gehäuse einsetzbaren Stegeinsatz verbindbar sind.
- Dadurch ist vorteilhafterweise eine flexible Anpassung an bauvariantenspezifische Anforderungen umsetzbar, beispielsweise Anforderungen an ein maximal zulässiges Gesamtgewicht, eine erforderliche Stabilität, eine Crash-Sicherheit, eine Vibrationsempfindlichkeit oder an eine Resistenz gegen Umwelteinflüsse eines verwendeten Materials.
- Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Zumindest ein Verbindungselement und/oder das Gehäuse weist eine Aussparung auf, mittels welcher der Stegeinsatz in dem Gehäuse kraft-, stoff- und/oder formschlüssig fixierbar ist.
- Dadurch wird eine besondere Steifigkeit erreicht, weiter können Anforderungen an eine elektromagnetische Verträglichkeit erfüllt und eine besondere Widerstandsfähigkeit gegen Vibrationen erreicht werden.
- In einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst das Gehäuse einen Bund, welcher nach einem Einsetzen des Stegeinsatzes von der Aussparung zumindest teilweise umschlossen wird, wodurch der Stegeinsatz gegen ein Verdrehen und/oder Verschieben fixiert ist. Weiter kann vorgesehen sein, den Stegeinsatz mit dem Bund zu Verschrauben.
- Die Verbindungselemente sind miteinander lösbar und/oder unlösbar verbunden.
- Dadurch ist vorteilhafterweise eine flexible Anpassung an bauvariantenspezifische Anforderungen umsetzbar, beispielsweise Anforderungen an eine erforderliche Stabilität und/oder einen Manipulationsschutz. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Verbindung eine Steckverbindung.
- Die Verbindungselemente sind als Längssteg, als Quersteg und/oder als Randsteg ausgeführt. Die Längsstege, Querstege und/oder Randstege weisen üblicherweise ein unterschiedliches Profil und/oder eine unterschiedliche Materialdicke auf.
- Durch Verwendung eines zusätzlichen Randstegs ist der mindestens eine elektrochemische Energiespeicher bei einer Entnahme des Stegeinsatzes und/oder der Kühlplatte gegen ein Herausfallen geschützt.
- Die steckbaren Verbindungselemente sind aus Aluminium, Blech, faserverstärkter Kunststoff, Wellpappe und/oder Schaumstoff ausgebildet.
- Dadurch können besondere Anforderungen an eine elektromagnetische Verträglichkeit, eine Leitfähigkeit, einen Temperatureinfluss, eine Wärmeleitfähigkeit und/oder ein Gewicht an die Verbindungselemente und/oder das Gehäuse erfüllt werden.
- Vorteilhafterweise ist zumindest ein Längssteg mit einem Quersteg verbindbar, wobei ein Profil der Verbindung einen im Wesentlichen rechten Winkel zwischen den Längsachsen des Längsstegs und Querstegs aufweist.
- Dadurch kann eine Mehrzahl von elektrischen Energiespeichern automatisiert in ein Gefache des Stegeinsatzes eingesetzt werden.
- In einer weiteren Ausführungsform sind der Längssteg und der Quersteg derart verbunden, dass ein rautenförmiges Gefache entsteht. Dadurch werden vorteilhafterweise Anforderungen an eine erforderliche Stabilität erreicht.
- Das Gehäuse umfasst mindestens eine Kühlplatte zur Temperierung des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers. Dadurch wird Abwärme, die beispielsweise während eines Betriebs des elektrochemischen Energiespeichers entsteht, zuverlässig abgeführt.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit mindestens einem elektrochemischen Energiespeichers mit dem erfindungsgemäßen Baukastensystems umfasst folgende Schritte:
- - Biegen und/oder Tiefziehen eines Werkstückes zu einem Gehäuse mit vorgebbarer, bauvariantenspezifischer Geometrie;
- - Auswählen einer Mehrzahl von Verbindungselementen des Baukastensystems;
- - Bereitstellen eines Stegeinsatzes durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden zumindest eines Teils der ausgewählten Verbindungselemente;
- - Einsetzen einer Kühlplatte in das Gehäuse;
- - Einsetzen des Stegeinsatzes in das Gehäuse.
- Dadurch wird eine automatisierte Herstellung von bauvariantenspezifischen Batteriemodulen erreicht. Weiter werden durch die Verwendung des Baukastensystems die Materialkosten gegenüber herkömmlichen Verfahren gesenkt.
- In Abhängigkeit einer Fertigungsart des Stegeinsatzes sind zur Reduzierung einer Verschwenkung von Verbindungselementen des Stegeinsatzes Fixierungen vorgesehen, beispielsweise in Form von Laschen an den Enden der Längsstege und/oder Querstege oder durch Einbringen von starren Winkeln zwischen den Verbindungselementen.
- In einer alternativen Ausführungsform wird der erfindungsgemäße Stegeinsatzes zumindest teilweise durch Strangpressen hergestellt.
- Weiter kann eine Ummantelung der Verbindungselemente und/oder des Batteriemoduls vorgesehen sein, wodurch besondere Anforderungen an eine Dichtheit des Batteriemoduls erfüllt werden.
- Das Verfahren umfasst ferner einen weiteren Schritt:
- Einsetzen des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers in ein Gefache des Stegeinsatzes. - Dadurch wird eine Stabilisierung, Fixierung und/oder Positionierung des elektrochemischen Energiespeichers in dem Batteriemodul ohne Verschrauben erreicht.
- Das Verfahren umfasst ferner folgende weitere Schritte:
- - Verschließen des Gehäuses mit einem Deckel;
- - Elektrisches Kontaktieren des elektrochemischen Energiespeichers mit in dem Deckel angeordneten elektrischen Anschlüssen.
- Dadurch wird eine im Vergleich zu herkömmlichen Gehäusen verbesserte Dichtheit des Batteriemoduls erreicht. Durch die in dem Deckel angeordneten elektrischen Anschlüssen wird ein hoher Automatisierungsgrad bei der Herstellung des Batteriemoduls erreicht.
- Vorteilhafterweise umfasst eine Batterie ein Gehäuse mit mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher, das gemäß dem erfindungsgemäßen Baukastensystem hergestellt ist.
- Dadurch kann die Batterie mit einem gegenüber herkömmlichen Verfahren vergleichsweise geringen Montageaufwand hergestellt werden.
- Vorteilhafterweise wird die Batterie in einem Fahrzeug und/oder stationären Batteriesystem mit einem Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft- und/oder Feststoffelektrolyt-Energiespeicher verwendet.
- Dadurch werden Anforderungen an einen maximal verfügbaren Bauraum mit geringem Aufwand umgesetzt. So kann beispielsweise eine äußere Form der Batterie an den verfügbaren Bauraum angepasst werden.
- Figurenliste
- Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- Es zeigen:
-
1 eine beispielhafte Darstellung eines Herstellungsschritts zur Herstellung eines Batteriemoduls mittels des erfindungsgemäßen Baukastensystems; und -
2 eine erste Ausführungsform eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Baukastensystems; und -
3 eine zweite Ausführungsform eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Baukastensystems. - Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele.
- Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
-
1 zeigt eine beispielhafte Darstellung eines Herstellungsschritts zur Herstellung eines Batteriemoduls mittels des erfindungsgemäßen Baukastensystems. - Das erfindungsgemäße Baukastensystem
100 umfasst ein einteilig ausgebildetes Gehäuse101 . Ein mittels von Verbindungselementen des Baukastensystems zusammengesteckter Stegeinsatz108 mit einem rechtwinkligen Profil umfasst einen Längssteg102 sowie eine Mehrzahl von Querstegen103a ,103b ,103c . Weiter umfasst das Gehäuse101 eine Kühlplatte104 zur Temperierung eines elektrochemischen Energiespeichers des Batteriemoduls sowie des Gehäuses101 . - In dem gezeigten Verfahrensschritt wird der Stegeinsatz
108 in das Gehäuse101 eingesetzt. -
2 zeigt eine erste Ausführungsform eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Baukastensystems. Das erfindungsgemäße Baukastensystem200 umfasst ein einteilig ausgebildetes Gehäuse201 , wobei das Gehäuse201 auf jeder Längsseite des Gehäuses201 einen Bund205 ,206 aufweist. In der gezeigten Ausführungsform weisen die Bünde205 ,206 einen rechteckigen Profilquerschnitt auf. Weiter umfasst das Gehäuse201 eine Kühlplatte204 zur Temperierung eines elektrochemischen Energiespeichers des Batteriemoduls sowie des Gehäuses201 . - Ein mittels von Verbindungselementen des Baukastensystems hergestellter Stegeinsatz
208 umfasst einen Längssteg202 sowie eine Mehrzahl von Querstegen203a ,203b ,203c . Die Querstege203a ,203b ,203c weisen Aussparungen209a ,209b ,209c auf, die im Wesentlichen einer negativen Form der Bünde205 ,206 entsprechen. - Dadurch kann ein Verbinden des elektrochemischen Energiespeichers mit dem Gehäuse
201 und/oder dem Stegeinsatz208 entfallen. In einer weiteren Ausführungsform können die Querstege203a ,203b ,203c mit dem Bund205 verschraubt werden, wodurch Anforderungen gegen ein Verbiegen des Stegeinsatzes208 , an eine Vibrationsfestigkeit des Batteriemoduls und/oder eine Crashsicherheit des Batteriemoduls erfüllt werden. -
3 zeigt eine zweite Ausführungsform eines Gehäuses des erfindungsgemäßen Baukastensystems. Das erfindungsgemäße Baukastensystem300 umfasst ein einteilig ausgebildetes Gehäuse301 , wobei das Gehäuse301 auf jeder Längsseite des Gehäuses301 einen Bund305 ,306 aufweist. Zumindest ein Bund305 ,306 umfasst zumindest eine Aussparung307 ,309 zur mechanischen Fixierung eines in das Gehäuse301 einzusetzenden Stegeinsatzes. Weiter umfasst das Gehäuse301 eine Kühlplatte304 zur Temperierung eines elektrochemischen Energiespeichers des Batteriemoduls sowie des Gehäuses301 . - In der Ausführungsform der Aussparung
309 sind keine Aussparungen an dem Stegeinsatz notwendig, eine Fixierung wird durch eine seitliche Begrenzung durch den Bund305 erreicht. - In der Ausführungsform der Aussparung
307 sind zumindest teilweise Aussparungen an Querstegen des Stegeinsatzes notwendig. Durch die Ausführungsform der Aussparung307 wird sowohl eine Fixierung in Längsrichtung und Querrichtung durch eine seitliche Begrenzung durch den Bund305 erreicht. - 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
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- DE 102013218038 A1 [0003]
- DE 102010046529 A1 [0004]
- DE 102013102793 A1 [0005]
- DE 102013223636 A1 [0006]
Claims (12)
- Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend ein einteilig ausgebildetes Gehäuse (101, 201, 301) sowie eine Mehrzahl von steckbaren, bauvariantenspezifischen Verbindungselementen (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c), wobei die Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) miteinander zu einem in das Gehäuse (101, 201, 301) einsetzbaren Stegeinsatz (108, 208) verbindbar sind.
- Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach
Anspruch 1 , wobei zumindest ein Verbindungselement (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) und/oder das Gehäuse (101, 201, 301) mindestens eine Aussparung (209a, 209b, 209c, 306, 307) aufweist, mittels welcher der Stegeinsatz (108, 208) kraft-, stoff- und/oder formschlüssig fixierbar ist. - Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der
Ansprüche 1 oder2 , wobei die Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) miteinander lösbar und/oder unlösbar verbindbar sind. - Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) als Längssteg (102), als Quersteg (103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) und/oder als Randsteg ausgeführt sind.
- Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die steckbaren Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) aus Aluminium, Blech, Kunststoff, faserverstärkten Kunststoff, Wellpappe und/oder Schaumstoff ausgebildet sind.
- Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) derart miteinander verbindbar sind, dass der Stegeinsatz (108, 208) ein rechteckiges und/oder rautenförmiges Profil aufweist.
- Baukastensystem (100, 200) zur Aufnahme mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (101, 201, 301) mindestens eine Kühlplatte (104, 204, 304) zur Temperierung des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers umfasst.
- Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit mindestens einem elektrochemischen Energiespeicher mit einem Baukastensystem (100, 200) nach einem der
Ansprüche 1 bis7 umfassend folgende Schritte: - Biegen und/oder Tiefziehen eines Werkstückes zu einem Gehäuse (101, 201, 301) mit vorgebbarer, bauvariantenspezifischer Geometrie; - Auswählen einer Mehrzahl von Verbindungselementen (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c) des Baukastensystems; - Bereitstellen eines Stegeinsatzes (108, 208) durch kraft-, stoff- und/oder formschlüssiges Verbinden zumindest eines Teils der ausgewählten Verbindungselemente (102, 103a, 103b, 103c, 203a, 203b, 203c); - Einsetzen einer Kühlplatte (104, 204, 304) in das Gehäuse; - Einsetzen des Stegeinsatzes (108, 208) in das Gehäuse. - Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach
Anspruch 8 , umfassend einen weiteren Schritt: - Einsetzen des mindestens einen elektrochemischen Energiespeichers in ein Gefache des Stegeinsatzes (108, 208). - Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit mindestens eines elektrochemischen Energiespeichers nach
Anspruch 9 , umfassend weitere Schritte: - Verschließen des Gehäuses (101, 201, 301) mit einem Deckel; - Elektrisches Kontaktieren des elektrochemischen Energiespeichers mit in dem Deckel (101, 201, 301) angeordneten elektrischen Anschlüssen. - Batterie aufweisend mindestens einen elektrochemischen Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher in einem Gehäuse (101, 201, 301) angeordnet ist, das mit einem Baukastensystem (100, 200) nach wenigstens einem der
Ansprüche 1 bis7 hergestellt ist. - Verwendung einer Batterie nach
Anspruch 11 in einem Fahrzeug und/oder stationären Batteriesystem mit einem Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel-, Lithium-Luft- und/oder Feststoffelektrolyt-Energiespeicher.
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