Batteriegehäuse

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.

Batteriegehäuse für Traktionsbatterien, welche die elektrische Antriebsleistung für zumindest teilweise elektrisch angetrieben Fahrzeuge liefern, sind aus dem Stand der Technik grundlegend bekannt. Um die Batterie innerhalb des Batteriegehäuses warten zu können, sind diese Batteriegehäuse im Allgemeinen aus wenigstens zwei Gehäuseteilen aufgebaut, welche im Anschluss miteinander verschraubt werden, wozu in einem der Gehäuseteile ein Durchgangsloch und im anderen Gehäuseteil ein Gewinde ausgebildet ist, um beispielsweise den Gehäusedeckel mit dem Gehäuseunterteil oder mittelbar mit dem Gehäuseunterteil verbundenen Bauteilen entsprechend zu verschrauben.

In einem solchen Gehäuse spielt dann immer auch die Sicherheit für die Batterie eine entscheidende Rolle. Kommt es beispielsweise zu einem sogenannten thermischen Event, bei dem eine oder mehrere der Batterieeinzelzellen in dem Batteriegehäuse überhitzen und in der Folge heiße Gase und/oder brennbare Partikel ausstoßen, muss dafür gesorgt werden, dass ein Überdruck in dem Batteriegehäuse beispielsweise über eine Berstscheibe, ein Überdruckventil oder dergleichen abgebaut werden kann. In diesem Zusammenhang kann rein beispielhaft auf die DE 10 2019 100 094 A1 hingewiesen werden, welche eine Membran für die Entgasung eines Batteriegehäuses zusammen mit einem Überdruckventil zeigt. Über das Überdruckventil werden auftretende heiße Gase dann gezielt abgeleitet, typischerweise in einen Bereich, in welchem sie nur wenig Schaden anrichten können. Dieser ganze Vorgang im Falle eines thermischen Ereignisses, welches auch als Thermal Runaway bezeichnet wird, wird typischerweise mit dem Begriff Venting für das Ablassen der Gase bezeichnet. Bei einem verschraubten Batteriegehäuse kann nun das Problem auftreten, dass Verschraubungen der Gehäuseteile sich im Falle eines solchen thermischen Ereignisses lösen und somit Gas unkontrolliert in die Umgebung abgegeben werden kann. Dies betrifft insbesondere Verschraubungen, über welche beispielsweise ein Batteriedeckel mit entsprechenden Elementen innerhalb des Batteriegehäuses verschraubt wird, um diesen über die Fläche hinweg zu stabilisieren. Kommt es hier zu einem extremen Überdruck, dann können die Verschraubungen zerstört werden, was typischerweise damit einhergeht, dass im Bereich der Durchgangslöcher trotz der typischerweise eingesetzten dichtenden Schrauben Undichtheiten entstehen. Treten hier Gase, insbesondere brennbare Gase, aus, dann kann das entsprechende Durchgangsloch schlimmstenfalls auch weiter aufreißen oder aufgrund der Hitzeeinwirkung weiter geöffnet werden, sodass hier noch mehr Gase unkontrolliert in die Umgebung gelangen. Dies gilt es zu vermeiden.

Zum weiteren Stand der Technik kann nun außerdem auf die DE 10 2007 060 081 B4 hingewiesen werden, welche eine zweiteilige thermoplastische Gewindebuchse zeigt, welche für beliebige Verschraubungen eingesetzt werden kann.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Batteriegehäuse gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, welches eine erhöhte Sicherheit gewährleistet und insbesondere die oben beschriebenen Nachteile hinsichtlich einer potenziellen Undichtheit im Bereich der Verschraubungen verhindert.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriegehäuse mit den Merkmalen im Anspruch 1 , und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 , gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.

Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse umfasst zwei Gehäuseteile, welche über mehrere Schrauben miteinander verbunden sind. Die Gehäuseteile können beispielsweise ein Gehäuseunterteil und ein mit diesem verschraubter Gehäusedeckel sein. Eines der Gehäuseteile, insbesondere das Gehäuseunterteil bei dem genannten Ausführungsbeispiel, weist nun Gewinde auf, um die durch die Durchgangslöcher des andren Gehäuseteils, hier also insbesondere des Gehäusedeckels, ragenden Schrauben aufzunehmen. Erfindungsgemäß ist es so, dass die Gewinde in Form von Gewindebuchsen ausgebildet sind. Diese Gewindebuchsen sind mit dem einen Gehäuseteil verschraubt oder formschlüssig verbunden und weisen ein Gewinde zur Aufnahme der Schraube auf. Dabei ist es so, dass die Gewindebuchsen zumindest teilweise aus einem Material ausgebildet sind, welches bei einem thermischen Ereignis in ihrer räumlichen Nähe aufschmilzt oder sich zersetzt. Das Material der Gewindebuchse kann also durchgehend oder zumindest teilweise so gestaltet werden, dass im Falle eines thermischen Ereignisses in räumlicher Nähe zu der Verschraubung eben diese Verschraubung versagt. Damit wird eine Sollbruchstelle geschaffen, sodass die Schraube aus ihrem Gewinde herausgerissen wird, nicht jedoch das Durchgangsloch und die Schraube beeinträchtigt werden. Hierdurch kann die Situation geschaffen werden, dass der Deckel zwar als Ganzes, insbesondere in einem mittleren Bereich sich von dem anderen Gehäuseteil löst, die Durchgangsöffnungen jedoch verschlossen bleiben, da die Schrauben hier nicht weiter bewegt werden. Dadurch kann das Batteriegehäuse als Ganzes dicht gehalten werden. Der sich gegebenenfalls aufwölbende Gehäusedeckel als das eine der Gehäuseteile, welcher nun seine zentrale Fixierung durch einige der Schrauben verliert, kann dabei sogar helfen, durch die dadurch verursachte Vergrößerung des Innenvolumens des Batteriegehäuses den Druckanstieg in dem Batteriegehäuse abzumildern, sodass entsprechende Sicherheitselemente wie beispielsweise Berstscheiben oder dergleichen zur gezielten Ableitung der Gase in einen Venting-Kanal ausreichend Zeit haben, anzusprechen.

Die Gewindebuchse selbst kann dabei vorzugsweise aus zwei Materialien ausgebildet sein, wobei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses die Gewindebuchse ein metallisches Material und ein thermoplastisches Material aufweist. Diese Kombination aus Metall und thermoplastischem Kunststoff, beispielsweise einem thermoplastischen Polymer, erlaubt eine einfache und effiziente Herstellung, indem beispielsweise ein Innenteil der Gewindebuchse aus Metall in eine Spritzgussmaschine eingelegt und mit dem weiteren Teil der Gewindebuchse entsprechend umspritzt wird. Kommt es nun zu dem thermischen Ereignis, wird sich das thermoplastische Material entsprechend zersetzen, aufschmelzen oder zumindest soweit erweichen, dass dieser Teil der Gewindebuchse den Kräften nicht mehr standhalten kann und die Verschraubung in der gewünschten Art und Weise als Sollbruchstelle versagt.

Gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses kann dabei das metallische Material das Gewinde für die Schraube umfassen, während das thermoplastische Material die Verbindung zu dem anderen Gehäuseteil umfasst. Dieser Aufbau ist besonders effizient. Die Schraube kann in den metallischen Teil der Gewindebuchse eingreifen, um so dafür zu sorgen, dass die Schraube sowie gegebenenfalls eine zwischen der Gewindebuchse und der Schraube bzw. dem Schraubenkopf und dem Gehäuseteil befindliche Dichtung in ihrer Position bleibt. Die relative Position der Schraube gegenüber dem metallischen Teil der Gewindebuchse wird sich also auch für den Fall des Ansprechens der Sollbruchstelle nicht verändern, sodass das Durchgangsloch in dem Gehäuseteil mit der Schraube zuverlässig verschlossen bleibt. Die Verbindung zu dem anderen Gehäuseteil über das thermoplastische Material wird ab einer bestimmten Temperatur und/oder einem bestimmten Druck versagen, da das thermoplastische Material nicht so hohe Kräfte aufnehmen kann wie das metallische Material und nicht so hohen Temperaturen standhält. Die Sollbruchstelle lässt sich somit unmittelbar in den Bereich der Anbindung an dem zweiten Gehäuseteil verlagern, sodass das Versagen genau im gewünschten Bereich auftritt.

Die Verbindung der Gewindebuchse mit dem zweiten Gehäuseteil kann dabei formschlüssig erfolgen, sodass die Gewindebuchse quasi in das Gehäuseteil eingearbeitet ist und über entsprechende formschlüssig zwischen beiden Elementen verlaufende Wulste aus dem thermoplastischen Material oder dergleichen in diesen gehalten wird. Dies reicht zur Übertragung der im normalen Betrieb auftretenden Kräfte aus und führt zu dem entsprechenden gewollten Versagen als Sollbruchstelle im Falle eines thermischen Ereignisses.

Alternativ dazu kann gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses die Verbindung auch als Gewinde ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass die Gewindebuchsen unabhängig von dem Unterteil bzw. zweiten Teil des Batteriegehäuses hergestellt werden können. Sie können dann in ein Gewinde dieses zweiten Gehäuseteils eingeschraubt werden, bevor das andere Gehäuseteil aufgelegt und über die Schrauben mit der Gewindebuchse und damit mittelbar mit dem anderen Gehäuseteil verschraubt wird.

Die Schraube selbst kann dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses als gegenüber dem Gehäuseteil mit dem Durchgangsloch dichtende Schraube ausgebildet sein, wie es oben bereits erwähnt worden ist. Ergänzend oder prinzipiell auch alternativ hierzu kann bei dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse ferner eine Dichtung zwischen der Schraube und der Gewindebuchse vorgesehen sein, welche aus einem thermisch beständigen Material besteht, also auch im Falle eines thermischen Ereignisses ihre Funktion aufrechterhalten kann und nicht aufschmilzt oder sich zersetzt.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses kann es dabei ferner vorsehen, dass ein Flansch der Gewindebuchse auf der dem Durchgangsloch zugewandten Seite ausgebildet ist. Falls die gemäß der eben beschriebenen Ausführungsform beschriebene Dichtung vorhanden ist, dann kann diese zwischen dem Gehäuseteil und eben diesen Flansch aufgenommen werden und dichtet den Aufbau zuverlässig ab. Ist ferner die Gewindebuchse so ausgestaltet, dass das metallische Material der Gewindebuchse das Gewinde für die Schraube umfasst, wird dieses Teil auch den Flansch entsprechend umfassen, sodass eine solche Dichtung auch für den Fall des Ansprechens der Sollbruchstelle zuverlässig zwischen dem Gehäuseteil und der Gewindebuchse gehalten wird und damit das Durchgangsloch auch im Falle eines Ansprechens der Sollbruchstelle zuverlässig abdichtet.

Das Gehäuseteil mit dem Durchgangsloch kann dabei vorzugsweise, aber nicht zwingend, ein Gehäusedeckel sein, das Gehäuseteil mit dem Gewinde kann als Gehäuseunterteil ausgebildet sein, welches dieses Gewinde beispielsweise umlaufend an einem Flansch aufweist oder auch bezogen auf die Fläche des Gewindeunterteils zentral auf entsprechenden Zugankern, welche durch Batteriemodule in dem Batteriegehäuse hindurchragen oder von solchen Batteriemodulen zumindest mittelbar gehalten sind. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.

Dabei zeigen:

Fig. 1 eine Verschraubung zwischen Gehäuseteilen eines Batteriegehäuses in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung; und

Fig. 2 die Verschraubung gemäß Fig. 1 nach dem Eintreten eines thermischen Ereignisses.

In der Darstellung der Figur 1 ist ein für die Erfindung relevanter Ausschnitt aus einem Batteriegehäuse 1 in einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung dargestellt. Das Batteriegehäuse 1 umfasst dabei ein erstes Gehäuseteil 2, welches als Gehäuseunterteil ausgebildet ist, sowie ein zweites Gehäuseteil 3, welches hier als Gehäusedeckel 3 realisiert ist. Der Gehäusedeckel 3 weist ein Durchgangsloch 4 für eine Schraube 5 zum Verschrauben des Gehäusedeckels 3 mit dem Gehäuseunterteil 2 auf. Die Schraube 5 ist dabei als sogenannte dichtende Schraube ausgebildet, welche über eine umlaufende Dichtung 6 eine Abdichtung des Durchgangslochs 4 zwischen dem Schraubenkopf und dem Gehäusedeckel 3 gewährleistet.

Das Gewinde zur Befestigung der Schraube 5 am Gehäuseunterteil 2 ist in Form einer Gewindebuchse 7 ausgebildet. Diese Gewindebuchse 7 besteht in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Innenteil 8 aus einem metallischen Material mit einer Durchgangsbohrung und einem hier mit 9 bezeichneten Gewinde, um die Schraube 5 bzw. das Gewinde der Schraube 5 aufzunehmen.

Die Gewindebuchse 7 umfasst außerdem einen mit 10 bezeichneten äußeren Abschnitt, welcher aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist, beispielsweise in dem das Innenteil 8 der Gewindebuchse 7 mit diesem thermoplastischen Kunststoff umspritzt wird. Die Anhaftung des thermoplastischen Kunststoffs auf dem Innenteil 8 kann dabei rein über die Adhäsion bzw. ein Ankleben erfolgen, es könnten jedoch, ohne dass dies hier dargestellt ist, auch formschlüssige Verbindungselemente mit vorgesehen sein. Den äußeren Umfang des äußeren Teils 10 aus dem thermoplastischen Kunststoff bildet dann wiederum ein Gewinde 11 aus, welches in Gewinde des zweiten Gehäuseteils 2 entsprechend eingeschraubt ist. Der Aufbau ist so, dass eine ausreichende Fixierung des Gehäusedeckels 3 gegenüber dem Gehäuseunterteil 2 bei guter Abdichtung erzielt wird.

Um auch die Abdichtung bezüglich des Durchgangslochs 4 noch weiter zu verbessern, kann außerdem eine Dichtung 12 vorgesehen sein, welche diesen Bereich abdichtet, vorzugsweise indem sie zwischen dem Gehäusedeckel 3 und einem Flansch 13 der Gewindebuchse 7 eingeklemmt wird, wobei dieser Flansch 13 vorzugsweise als Teil des Innenteils 8 der Gewindebuchse 7 und damit aus dem metallischen Material ausgebildet ist.

Kommt es nun in der Umgebung der beschriebenen Verschraubung innerhalb des Batteriegehäuses 1 zu einem thermischen Ereignis, dann wird einerseits der Druck in dem Batteriegehäuse 1 und andererseits die Temperatur ansteigen. Nach einer gewissen Zeit bzw. ab einem gewissen Grenzdruck wird dann typischerweise eine Berstscheibe oder dergleichen öffnen, um den Überdruck und die schädlichen und gegebenenfalls brennenden Gase in einen gezielt ausgewählten Bereich der Umgebung abzulassen. Um zu verhindern, dass es zu einem unerwünschten Austreten des Gases insbesondere durch Durchgangslöcher 4 in dem Batteriedeckel 3 kommt, ist nun der beschriebene Aufbau der Gewindebuchse 7 vorgesehen. Das thermoplastische Material 10 der Gewindebuchse 7 stellt quasi eine Sollbruchstelle für den Fall eines Überdrucks, insbesondere in Kombination mit einer erhöhten Temperatur aufgrund eines thermischen Ereignisses, dar. Das thermoplastische Material 10 schmilzt auf oder wird zersetzt bzw. erweicht. Das aufgeschmolzene oder auch das erweichte Material kann dann dem Druck zwischen dem Unterteil 2 und dem Batteriedeckel 3 nicht mehr standhalten, sodass der äußere Bereich der Gewindebuchse 7 versagt und diese sich von dem Gehäuseunterteil 2 löst. In der Darstellung der Figur 2 ist der in Figur 1 gezeigte Aufbau im Falle eines solchen Versagens des thermoplastischen Kunststoffmaterials 10 der Gewindebuchse 7 dargestellt. Dadurch kann sich der Batteriedeckel 3 etwas aufwölben und dadurch das Volumen im Inneren des Batteriegehäuses 1 vergrößern und den Druckanstieg abmildern. Vor allem aber wird durch das gezielte Versagen im Bereich der Gewindebuchse 7 für den Fall eines solchen thermischen Ereignisses und/oder Überdrucks dafür gesorgt, dass die Schraube 5 zuverlässig auf dem Deckel 3 positioniert bleibt und damit die Durchgangsöffnung 4 zuverlässig abgedichtet bleibt, sodass hier keine Gase austreten können. Die Dichtung 12 bleibt zwischen dem Flansch 13 des temperaturbeständigen Innenteils 8 der Gewindebuchse 7 und dem Gehäusedeckel 3 verklemmt, die Schraube 5 bleibt in ihrer Position und kann somit über die Dichtung 6 ergänzend zur Dichtung 12 das Durchgangsloch 4 zuverlässig abdichten. Der gesamte Gehäusedeckel 3 wird jedoch aufgrund des Versagens des thermoplastischen Materials 10 der Gewindebuchse 7 vom Gehäuseunterteil abgehoben. Werden diese Verschraubungen beispielsweise bei einem Blechdeckel eingesetzt, würde dieser sich aufwölben, um den oben bereits beschriebenen Effekt zu erreichen. In jedem Fall kann so durch diese Art der Verschraubung über die spezielle Gewindebuchse 7 erreicht werden, dass ein unerwünschter Austritt von Gasen sowie gegebenenfalls Flammen durch die Durchgangslöcher 4 der Verschraubung zuverlässig verhindert wird.

Die Bauteile der Figur 2 haben dabei dieselben Bezugszeichen wie die analogen Bauteile der Figur 1. Der gegenüber dem Gehäuseunterteil 2 angehobene Aufbau aus Deckel 3, Innenteil 8, der Gewindebuchse 7 und Schraube 5 ist durch den Pfeil entsprechend symbolisiert. Das thermoplastische Kunststoffmaterial 10der Gewindebuchse 7 ist zum Teil noch an dem Innenteil 8 der Gewindebuchse anhaftend und zum Teil noch im Bereich des Gewindes 11. Zur Verdeutlichung ist dieses thermoplastische Material dabei in seinen beiden Positionen mit dem Bezugszeichen 10 versehen.