Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriekasten für eine Traktionsbatterie, wie er zur Halterung von Traktionsbatterien in Fahrzeugen eingesetzt wird.

Batteriekästen, auch Batterieboxen genannt, für Traktionsbatterien weisen üblicherweise zwei miteinander verbundene Gehäuseteile auf, ein Unterteil in Form einer Wanne und ein Oberteil in Form eines Deckels. Beide Gehäuseteile werden zusammengefügt und schließen die Traktionsbatterie ein. Die

Traktionsbatterie selbst besteht üblicherweise aus einer Vielzahl von einzel nen Batteriezellen (Batteriemodulen), die nebeneinander und/oder überei nander angeordnet sind. Problematisch bei Traktionsbatterien ist insbesondere die Gefahr eines ther mischen Runaway, i. e. eine Thermalpropagation von Zelle zu Zelle, von defek ten Zellen und hierdurch eine extreme kurzfristige Erhitzung des Batteriekas- tens, was zu einem Durchschlagen von Flammen durch den Batteriekasten nach außen führen kann.

Üblicherweise werden daher insbesondere Hochvolt-Batterie-Boxen mit hoch temperaturbeständigen Materialien ausgekleidet. Derartige Materialien wei sen jedoch üblicherweise nur einen geringen oder gar keinen mechanischen Schutz auf. Weiterhin sind sie nur schwer in einer 3D-Form zu halten, so dass die Schutzwirkung im Laufe der Zeit unter der mechanischen Belastung des Batteriekastens im Fahrzeugbetrieb abnimmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Batteriekasten zur Verfügung zu stellen, der ein Durchschlagen von Flammen und Partikeln aus dem Batteriekasten nach außen verhindert oder zumindest stark verzögert, günstig herzustellen ist und auch langfristig die Sicherheit des Batteriekastens gewährleistet.

Diese Aufgabe wird durch den Batteriekasten nach Anspruch 1 gelöst. Vorteil hafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriekastens werden in den abhängigen Ansprüchen gegeben.

Der erfindungsgemäße Batteriekasten weist wie im Stand der Technik üblich eine Unterseite, meist als Wanne ausgebildet und im Folgenden auch gele gentlich so bezeichnet, und eine Oberseite, meist als Deckel ausgebildet und im Folgenden auch gelegentlich so bezeichnet, auf. In dem Batteriekasten ist eine Vielzahl von Batteriemodulen angeordnet.

Der erfindungsgemäße Batteriekasten ist nun so ausgestaltet, dass er eine hohe Temperaturbeständigkeit mit einem hohen mechanischen Schutz auf weist und zuverlässig das Durchschlagen von Flammen aus dem Batteriekas ten nach außen verzögert oder vollständig verhindert.

Hierzu wird in dem Batteriekasten zwischen den Batteriemodulen und der Oberseite, d. h. dem Deckel, ein mindestens zweilagiges flächiges Abschirm element angeordnet. Ein derartiges Abschirmelement kann zur Abschirmung auch zwischen zwei Batteriemodulen angeordnet werden. Die Batteriemodule können dabei in dem Batteriekasten horizontal nebeneinander, vertikal ne- beneinander oder anderweitig einander benachbart angeordnet sein. Erfin dungsgemäß weist das Abschirmelement eine erste äußere metallische Lage und eine zweite äußere metallische Lage, beispielsweise aus einem Metall blech, auf, wobei mindestens eine metallische, im Folgenden als zweite äuße re Lage bezeichnete Lage der äußeren Lagen aus einem Stahl mit einem Schmelzpunkt T _s > 1000°C besteht oder dieses aufweist, beispielsweise einem Stahlblech. Das Abschirmelement wird dabei so angeordnet, dass die zweite äußere Lage aus Stahl einem Batteriemodul benachbart angeordnet ist.

Durch die zweilagige Ausführung wird ausgehend von dem abgeschirmten Batteriemodul die Umgebung des Batteriemoduls auf der gegenüberliegenden Seite des Abschirmelementes wirksam vor hohen Temperatureinwirkungen abgeschirmt. Befindet sich das Abschirmelement zwischen zwei Batteriemo dulen, so wird ein Durchschlag der Wärmeentwicklung von einem Batterie modul zum benachbarten Batteriemodul stark verzögert oder verhindert. Dies behindert dadurch das Übergreifen einer Überhitzung eines Batteriemoduls (ein sog.„thermischer Runaway") auf das benachbarte Batteriemodul.

Ist das Abschirmelement zwischen den Batteriemodulen und der Oberseite des Batteriekastens (dem Deckel) angeordnet, so kann ein Übergreifen der Hitzeentwicklung auf den Batteriedeckel und von dort dann ggf. weiter in das Fahrzeug verhindert oder zumindest stark verzögert werden. Dadurch, dass die dem abgeschirmten Batteriemodul benachbarte zweite äußere Lage aus einem Stahl mit einem Schmelzpunkt T _s > 1000°C besteht oder dieses auf weist, ist das Abschirmelement selbst sehr temperaturbeständig.

Die erste Lage, die der zweiten äußeren Lage gegenüberliegt, kann aus Stahl, insbesondere aus Stahlblech, bestehen, beispielsweise wenn das Abschirm element zwischen zwei Batteriemodulen angeordnet ist, und so die benach barten Batteriemodule wechselseitig gegeneinander abschirmen. Es ist jedoch auch vorteilhafterweise möglich, wenn das Abschirmelement zwischen den Batteriemodulen und der Oberseite des Batteriekastens angeordnet ist, die erste äußere Lage, die der Oberseite des Batteriekastens benachbart und ih rerseits gegenüber den Batteriemodulen durch die zweite äußere Lage abge schirmt ist, aus einem Leichtbaumaterial wie beispielsweise Aluminium oder dergleichen herzustellen. Damit wird gleichzeitig eine Vielzahl von Vorteilen neben der Erhöhung der Temperaturfestigkeit eines Batteriekastens erzielt.

Zum einen wird durch das zweilagige Abschirmelement eine sehr hohe ther mische Abschirmung eines Batteriemoduls bzw. der Batteriemodule zu seiner Umgebung, z. B. einem weiteren Batteriemodul oder einer Oberseite eines Batteriekastens und damit zu einem Fahrzeug erzielt. Im regulären Betrieb dienen die sehr guten thermischen Isolationseigenschaften des Abschirmele mentes dazu, die Batteriemodule wirksam in ihrem Nenntemperaturbereich zu halten und zu betreiben.

Die Verwendung von metallischen Lagen für das Abschirmelement ermöglicht es, das Abschirmelement perfekt an die 3D-Form der Oberseite des Batterie kastens, d. h. des Deckels/der Haube, anzupassen. Da das Abschirmelement selbsttragend ist, ist auch eine einfache Montage in der Haube möglich. Bei Verwendung eines Alubleches für die erste äußere Lage wird das Gewicht des Abschirmelementes stark reduziert. Dennoch ergibt sich eine hohe thermische Isolation sowohl im regulären Betrieb, als auch eine Beständigkeit gegenüber einer Beflammung oder Erhitzung mit hohen Temperaturen. Da bei einem thermischen Runaway einer Batteriezelle sehr hohe Temperaturen bis zu 1000°C und darüber auftreten können, sorgt die auch bei Temperaturen da rüber thermisch beständige zweite äußere Lage dafür, dass der Gesamtbatte riekasten für einige Zeit, insbesondere vorteilhafterweise für mindestens 5 Minuten beständig ist. Ein Durchschlag des thermischen Runaway auf das Fahrzeug wird daher stark verzögert oder verhindert. Durch die Wahl von Me tallen als Material der metallischen Lagen erfolgt zusätzlich ein mechanischer Schutz der Batteriemodule.

Erfindungsgemäß kann für die zweite äußere Lage ein Edelstahl, beispielswei se ein 1.4301-Stahl verwendet werden. Es ist auch möglich, einen aluminium plattierten Stahl oder einen feueraluminierten Stahl für die zweite äußere Lage zu verwenden.

Insbesondere, aber nicht nur bei übereinander angeordnet (d. h. vertikal be nachbarten) Batteriemodulen sind die erste und/oder die zweite äußere me- tallische Lage, bevorzugt beide, aus Edelstahl. Diese beiden Edelstahllagen schützen das Abschirmelement, ein benachbartes Batteriemodul sowie sich selbst gegenseitig für den Fall, dass eines der benachbarten Batteriemodule defekt ist und sich außergewöhnlich erhitzt. Außerdem können die Edelstahl lagen unproblematisch das Gewicht eines oder mehrerer oben angeordneter Batteriemodule tragen.

Ist die erste äußere Lage ebenfalls aus Stahl, so können dieselben Materialien auch für die zweite äußere Lage eingesetzt werden. Ist die erste äußere Lage jedoch aus Aluminium, so können Aluminiumbleche unterschiedlicher Dicken eingesetzt werden. Üblicherweise ist dabei das Aluminiumblech der ersten äußeren Lage dicker als ein Stahlblech der zweiten äußeren Lage. Für die erste Lage werden vorteilhafterweise Dicken Dl als maximale Dicken der Lage oder als durchschnittliche Dicke der Lage eingesetzt von 0,1 mm < Dl < 2,0 mm, vorteilhafterweise 0,3 mm < Dl < 0,6 mm. Die zweite Lage, die aus einem Stahlblech besteht oder dieses aufweist, besitzt vorteilhafterweise eine Dicke als maximale Dicke der Lage oder als durchschnittliche Dicke der Lage D2 mit 0,1 mm < D2 < 1,0 mm, vorteilhafterweise 0,1 mm < D2 < 0,3 mm, insbeson dere eine Dicke von D2 = 0,15 mm.

Eine oder beide der ersten äußeren Lage und der zweiten äußeren Lage kön nen perforiert, insbesondere mikroperforiert, gelocht oder noppaliert sein. Hierdurch ist es möglich, beispielsweise den Schallschutz durch das Abschirm element weiter zu verbessern und weitere Gewichtsreduktion zu erreichen.

Es ist nicht unbedingt erforderlich, dass sich zwischen der ersten äußeren Lage und der zweiten äußeren Lage eine weitere Isolationsschicht befindet. Jedoch ist es vorteilhaft, wenn eine derartige Isolationsschicht zwischen den beiden äußeren Lagen eingebracht wird. Für diese Isolationsschicht ist es vorteilhaft, wenn sie aus einem Material besteht oder dieses enthält, das bis mindestens 600°C stabil ist. Dies wird beispielsweise durch Fasermaterialien wie Glasfaser, Steinwolle, Silikatfasern oder auch durch Glimmer erfüllt. Auch mit Aluminium bedampfte Glasfasern eignen sich als Material der Isolationsschicht. Weiterhin sind gegebenenfalls auch entsprechend ausgerüstete Pappen, die Füllstoffe, Bindemittel und weitere Bestandteile enthalten als Isolationsschicht geeignet. Hierbei können Pappen verwendet werden, wie sie üblicherweise in Hitze- Schilden von Verbrennungsmotoren eingesetzt werden.

Die Isolationslage braucht nicht selbsttragend zu sein, so dass insbesondere eine bindemittelfreie Isolationslage verwendet werden kann. Die mechani sche Stabilität der Isolationslage wird durch die Einbettung zwischen die bei den äußeren Lagen gewährleistet. Durch diesen nun mindestens dreischichti gen Aufbau des Abschirmelementes wird auch verhindert, dass die Isolations lage im Laufe des Betriebs des Fahrzeugs mechanisch zerstört wird und vom Abschirmelement abgetragen wird. Zwar können die einzelnen Fasern und dergleichen der Isolationslage sich im Laufe des Betriebs des Fahrzeugs vonei nander lösen oder brechen. Da sie jedoch zwischen den beiden äußeren me tallischen Lagen hinreichend eingeschlossen sind, bleiben sie an ihrer Position und tragen weiterhin zur Isolationswirkung des Abschirmelementes bei.

Eine oder beide der äußeren Lagen können weiterhin noppaliert und/oder gelocht sein oder jede anderweitig geprägte Strukturen, beispielsweise Sicken und dergleichen, aufweisen, auch unterschiedliche Strukturierungen in Kom bination. Durch eine derartige Strukturierung der Oberfläche wird die jeweili ge äußere Lage vom benachbarten Bauteil, beispielsweise dem Batteriekas tendeckel, beabstandet gehalten, so dass sich zwischen diesen ein weiterer thermisch isolierender Luftspalt bilden kann.

Eine oder beide äußere Lagen können auch unter Ausbildung von Durch gangsöffnungen gelocht bzw. perforiert sein, beispielsweise in Form eines Spießblechs. Dabei kann die Isolationsschicht auch diese Durchgangsöffnun gen durchgreifen und so an der jeweiligen Lage verankert sein. Eine derartige Lage kann auch zumindest bereichsweise in das Material der Isolationsschicht eingebettet sein, z. B. als ein in eine aus mit NBR gebundenem Glimmer be stehende Isolationsschicht eingebettetes Spießblech.

Dadurch, dass das Abschirmelement in 3D-Form passend zum Deckel oder passend zum Batteriemodul vorgeformt werden kann, ist es nicht unbedingt erforderlich, das Abschirmelement mit einem benachbarten Bauteil fest zu verbinden, beispielsweise zu verschrauben, vernieten, zu verklemmen und dergleichen. Oftmals genügt es, das Abschirmelement lose in den Batteriekas ten in seiner Position einzulegen, da es durch seine 3D-Form an der korrekten Position gehalten wird.

Der erfindungsgemäße Batteriekasten wird folglich wirksam bezüglich mecha nischer Belastungen und seiner thermischen Isolationseigenschaften durch

5 das erfindungsgemäße Abschirmelement, das an die Anforderungen eines

Batteriekastens einer Traktionsbatterie bzw. an die Anforderungen bei Traktionsbatterien angepasst ist, verbessert. Diese Verbesserung wird insbe sondere kostengünstig und mit minimalem zusätzlichem Gewicht realisiert.

10 Im Folgenden werden einige Beispiele erfindungsgemäßer Batteriekästen ge geben. Dabei werden für gleiche und ähnliche Bauelemente durchgängig glei che und ähnliche Bezugszeichen verwendet, so dass auf deren Wiederholung und Beschreibung ggf. verzichtet wird. In den nachfolgenden Beispielen wird eine Vielzahl von Verbesserungen der vorliegenden Erfindung und Weiterbil

15 dungen beschrieben, die jeweils auch für sich die vorliegende Erfindung wei terbilden können oder auch in Kombination mit anderen weiterbildenden Maßnahmen desselben Beispiels oder anderer Beispiele kombiniert werden können.

20 Es zeigen

Fig. 1 in den drei Teilbildern A, B und C die Anordnung und den Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriekastens;

25 Fig. 2 die Anordnung von Batteriezellen in einem Batteriekasten;

Fig. 3 einen Querschnitt durch ein Abschirmelement eines erfindungs gemäßen Batteriekastens;

BO Fig. 4-6 Querschnitte durch weitere Abschirmelemente erfindungsgemäßer

Batteriekästen;

Fig. 7 Beispiele verschiedener Materialien zur Verwendung als Lagen in

Abschirmelementen erfindungsgemäßer Batteriekästen;

35

Fig. 8 eine Anordnung von Batteriezellen in einem Batteriekasten über- einander;

Fig. 9 einen Querschnitt durch das in Fig. 8 verwendete Abschirmele ment; und

Fig. 10 einen Querschnitt durch ein weiteres Abschirmelement.

Fig. 1 zeigt ein Fahrzeug 1 mit einem Batteriekasten (Batteriebox) 2, der auf einem Unterboden 5 eines Fahrzeugs montiert ist.

Fig. 1A zeigt dabei das Fahrzeug 1, während Fig. 1B und IC eine perspektivi sche Ansicht in Durchsicht bzw. eine Draufsicht auf einen Querschnitt durch den Batteriekasten zeigen.

Gemäß der Teilfiguren 1A, 1B und IC besitzt der Batteriekasten 2 eine Unter seite in Form einer Wanne 3 und eine Oberseite in Form eines Batteriedeckels 4. Sowohl die Wanne 3 als auch der Deckel 4 weisen Flansche 3a, 4a bzw. 3a', 4a' auf, die jeweils paarweise aufeinanderliegen und an denen die Wanne 3 mit dem Deckel 4 verbunden ist. Auf der Innenseite des Deckels 4 ist ein Ab schirmelement 10 angeordnet, das den Deckel 4 oberseitig weitgehend aus kleidet und eine 3D-Form aufweist, die der 3D-Form des Deckels 4 entspricht.

Fig. 2 zeigt eine weitere erfindungsgemäße Anordnung, bei der Abschirmele mente 10a, 10b, 10c zwischen einzelnen Batteriezellen 6a, 6b, 6c und 6d einer Traktionsbatterie angeordnet sind.

In Fig. 1 ist also eine Abschirmung des Inneren eines Batteriekastens, in dem eine Traktionsbatterie (nicht dargestellt) angeordnet ist, nach oben in Rich tung des Innenraums des Fahrzeugs 1 dargestellt, während in Fig. 2 eine thermische Abschirmung zwischen einzelnen Batteriezellen einer Traktionsbatterie, die in einem entsprechenden Batteriekasten wie in Fig. 1 dargestellt angeordnet sind, gezeigt wird.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt im Ausschnitt durch ein Abschirmelement 10 eines erfindungsgemäßen Batteriekastens. Hier wie auch bei den nachfolgen den Figuren kann das Abschirmelement 10 sowohl zur Abschirmung zwischen einer Traktionsbatterie und einem Deckel 4 eines Batteriekastens 2 als auch zur Abschirmung zwischen zwei Batteriezellen innerhalb eines Batteriekastens 2 eingesetzt werden.

In Fig. 3 weist das Abschirmelement 10 eine erste Lage 11 aus einem 0,4 mm starken Aluminiumblech, eine zweite Lage 12 aus einem 0,2 mm starken Edel stahlblech und eine dritte Lage 13 als Isolationslage auf. Die dritte Lage 13 besteht aus Glimmer.

Die beiden Lagen 11 und 12 sind an ihren Rändern derart ausgestaltet, dass die Lage 11 einen Flansch 11a und die Lage 12 einen Bördel 12a aufweist, die flach aufeinander aufliegen, wobei der Bördel 12a den Flansch 11a umgreift und so das Abschirmelement 10 nach außen vollständig abschließt. Dadurch wird der Glimmer der Lage 13 vollständig zwischen den Lagen 11 und 12 ein geschlossen und kann auch bei Verlust seiner eigenen inneren mechanischen Stabilität das Abschirmelement 10 nicht verlassen.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Beispiel eines Abschirmelementes 10 zum Einsatz bei erfindungsgemäßen Batteriekästen.

Das Abschirmelement 10 ist ähnlich ausgestaltet wie dasjenige in Fig. 3. Nun mehr ist jedoch die erste Lage 11 aus einem 0,4 mm starken Aluminiumblech, die zweite Lage 12 aus einem 0,2 mm starken Edelstahl-Lochblech oder einem Edelstahlgewebe oder einem Edelstahlgitter dieser Dicke. Die zweite Lage 12 weist folglich Öffnungen 15a bis 15i, sowie weitere nicht dargestellte Öffnun gen auf, die regelmäßig beabstandet sind und es ermöglichen, dass Wärme wie auch Schall durch die Öffnungen 15a bis 15i in die dritte Lage 13 eintritt. Die dritte Lage 13 ist eine Glasmatte, beispielsweise aus ECR-Glas oder Silikatglasfasern mit einem Flächengewicht beispielsweise von 650 g/m ² und einer Dicke von 4 mm an der dicksten Stelle.

Die Lage 11 ist aus Aluminiumblech, während die Lage 12 aus einem Edelstahl besteht und als Beflammseite thermisch besonders widerstandsfähig ist.

Bei der Ausführungsform der Fig. 4 weist nun die zweite Lage 12 einen Flansch 12a und die erste Lage 11 einen Bördel 11a auf, der den Flansch 12a umgreift und so die erste Lage 11 mit der zweiten Lage 12 mechanisch verbindet;

Fig. 5 zeigt ein weiteres Abschirmelement eines erfindungsgemäßen Batterie kastens, das ähnlich ausgebildet ist wie dasjenige in Fig. 4. Abweichend zu Fig. 4 ist die erste Lage nun aus Aluminium oder feueraluminiertem Stahl (FAL) oder aluminiumplattiertem Stahl (ALP) oder Edelstahl. Die zweite Lage besteht aus einem Edelstahlblech mit einer Stärke von 0,2 mm.

Auf der der zweiten Lage 12 zugewandten Seite der Isolationslage 13 ist nun eine weitere Lage 14 angeordnet aus einem Streckmetall oder einer noppalierten Metalllage. Diese dient einer weiteren Verstärkung des Schutzes gegenüber thermischen Durchschlägen sowie als mechanische Verstärkung des Abschirmelementes.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Beispiel eines Abschirmelementes für einen erfin dungsgemäßen Batteriekasten entsprechend demjenigen in Fig. 3.

Während in Fig. 3 der Bördel 12a den Flansch 11a in Richtung der dem Batte riekastendeckel zugewandten Seite umgreift, ist in Fig. 6 die erste Lage 11 mit einem Bördel 11a und die zweite Lage 12 mit einem Flansch 12a versehen, wobei der Bördel 11a den Flansch 12a in Richtung der Innenseite des Batte riekastens umgreift.

Fig. 7 zeigt Beispiele verschiedener spezieller und geeigneter Materialien für die Lagen 11, 12, 13 und 14 in den vorhergehenden Beispielen der Figuren 1 bis 6. Fig. 7A zeigt ein Gewebe oder Gitter, beispielsweise aus Edelstahl, Fig. 7B zeigt ein Lochblech und Fig. 7C ein Streckmetall, die jeweils für diese La gen, insbesondere jedoch für die zweite Lage 12 und die zusätzliche Zwischen lage 14 eingesetzt werden können.

Fig. 8 zeigt einen Batteriekasten 2 im Querschnitt. In diesem sind vertikal übereinander angeordnet 2 Batteriemodule 16 angeordnet, zwischen denen ein Abschirmelement 10 angeordnet ist.

Fig. 9 zeigt den Aufbau dieses Abschirmelements 10 im Querschnitt. Es weist eine erste äußere metallische Lage 11 aus Edelstahl und eine zweite äußere metallische Lage 12 aus Aluminium auf. Die Lage 11 ist an ihrem Rand um die Außenkante der Lage 12 umgebördelt und so mit dieser verbunden. Zwischen den Lagen 11 und 12 ist eine Isolationsschicht 13 aus Glasfasern vorgesehen, wobei die Glasfasern mit Aluminium bedampft sind.

Fig. 10 zeigt in den Teilfiguren 10a und 10b eine alternative Ausbildung eines Abschirmelements, beispielsweise des Abschirmelements in Fig. 9. Die erste äußere Lage 11 ist wiederum aus Edelstahl und umgreift eine zweite äußere Lage 12 an deren Außenkante. Die Lage 12 ist ein Spießblech aus Edelstahl. Die Lage 12 ist zumindest bereichsweise eingebettet in eine Isolationsschicht

13 aus mit NBR (Acrylnitril-Buta-l,3-dien-Kautschuk) beschichteten Glimmer partikeln als Isolationsschicht.