DE102008059973A1

DE102008059973A1 - Batterieeinheit für ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb

Info

Publication number: DE102008059973A1
Application number: DE102008059973A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-12-02
Filing date: 2008-12-02
Publication date: 2010-06-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit für ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb, welche eine Vielzahl miteinander elektrisch verbundener einzelnen Batteriezellen enthält. Erfindungsgemäß werden die Batteriezellen in einem Zwei-Hüllen-Aufbau angeordnet, der aus einer Außenhülle und einer Innenhülle besteht. Vorzugsweise sind die Batteriezellen in einer aus mehreren Rahmen gebildeten Innenhülle angeordnet, welche von einer Außenhülle aus einem deformierbarem Material umschlossen wird, wobei sich die Außenhülle auf der Innenhülle abstützt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinheit für ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb, welche eine Vielzahl miteinander elektrisch verbundener einzelnen Batteriezellen enthält.
Derartige Batterieeinheiten sind als Antriebsquelle von Kraftfahrzeugen mit Elektroantrieb, wie Hybridkraftfahrzeugen und Elektromobile, geeignet. Für die Batteriezellen werden vorzugsweise Nickel-Wasserstoff-Batterien oder Lithiumbatterien verwendet. Dabei werden mehrere einzelne Batteriezellen miteinander zu einem Batteriemodul verbunden.
Bevorzugtes Anwendungsgebiet sind in einem großvolumigen Batteriegehäuse angeordnete Batterieeinheiten.
In Elektro- oder Hybridfahrzeugen mit einer Mehrzahl separater Batteriezellen ist die Positionierung dieser Batteriezellen problematisch, insbesondere um Sicherheitsanforderungen bei Fahrzeugkollisionen zu erfüllen, da die Batteriezellen ein relativ großes Volumen einnehmen, das im Falle einer Kollision schwer deformierbar ist. Die einzelnen Batteriezellen bilden hier eine steife Batterieeinheit, die nicht zur Absorption von Energie genutzt werden kann. Die Batterien müssen deshalb so sicher wie möglich positioniert werden, was die Konfiguration von Fahrzeugbauteilen stark einschränkt.
Nach DE 10 2005 054 435 A1 ist eine Batterieeinheit bekannt, bei der zur Vermeidung von Schäden in einem Kollisionsfall eine Verlagerung und ein Fangen der Batteriezellen in Längs- und Querrichtung des Fahrzeugs dadurch erleichtert werden soll, dass sich die Batteriezellen an einem inneren Ende der in Reihen angeordneten Batteriezellen stapeln und sammeln können, ohne dass sich eine Last aufbaut, und aufeinander abgleiten können.
Hierzu werden die Batteriezellen in mindestens einer Reihe angeordnet, wobei die Batteriezellen parallele, einander gegenüberliegende Hauptbegrenzungswände aufweisen und die Hauptbegrenzungswände benachbarter Batteriezellen im Wesentlichen flach aufeinander lagern, wobei eine Batteriezelle, die an einem Ende jeder Reihe angeordnet ist, auf einer fixierten Ablenkrampe aufliegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte Batterieeinheit für ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb, welche eine Vielzahl miteinander elektrisch verbundener einzelnen Batteriezellen enthält, anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung gelöst, welche die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Batteriezellen sind in einem Zwei-Hüllen-Aufbau angeordnet, der aus einer Außenhülle und einer Innenhülle besteht. Die Außenhülle hat dabei die Aufgabe, den Innenbereich nach außen abzuschirmen und die innere Hülle zu fixieren. Die Außenhülle besteht aus einem sehr zähen, deformierbaren Material, vorzugsweise aus tiefgezogenen Blechschalen. Die Zellen können im Falle einer äußeren Crasheinwirkung über die verformbare Außenhülle im Inneren verschoben werden. Durch unterschiedliche Verschiebung der inneren Teile, kann sich die Batterieeinheit an Fahrzeugstrukturen großflächig abstützen und das Batteriegehäuse muss nicht über hoch belastete Einzelpunkte gestützt werden.
Die Innenhülle besteht aus einzelnen Rahmen, welche die Batteriezellen und Zusatzbauteile enthalten. Solche Zusatzbauteile können elektrische Verbindungen, Bauteile zur Kühlung, mechanische Fixierungen und dergleichen sein. Die flexiblen Verbindungen zwischen den Rahmen ermöglichen die Verschaltung der Zellen.
Die Rahmen enthalten Mittel, mit denen ihre gegenseitige Verschiebung begrenzt wird. Beispielsweise sind an den Rahmen korrespondierende Ausnehmungen und Vorsprünge angebracht, mit denen die gegenseitigen Verschiebungen formschlüssig begrenzt werden.
Die erfindungsgemäße Batterieeinheit zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu gehören insbesondere:

1. Die Batterieeinheit verfügt über ein crashsicheres Gehäuse mit einer äußeren und einer inneren Batteriehülle, das eine Verformung zulässt, ohne die Batteriezellen zu beschädigen.
2. Die Batterieeinheit dient als deformierbares Crash-Element zur Unterstützung der Fahrzeugstruktur. Die Batterieeinheit verfügt über einen modularen Aufbau durch Einbau der Zellen in stabile Rahmen, die gegeneinander eine Relativbewegung zulassen, wobei der maximale Verschiebeweg durch mechanische Anschläge begrenzt wird.
3. Eine zähe und deformierbare Außenhülle verhindert nach einem Crash den Austritt von Gasen auch bei undichten Zellen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Zwei-Hüllen-Aufbaus,
2 eine perspektivische Darstellung einer Anordnung mit verschobenen Rahmenelementen nach einer Krafteinwirkung,
3 die Draufsicht auf Rahmenelemente mit mechanischer Wegbegrenzung und
4 eine perspektivische Darstellung eines Zellenpaketes.
In 1 ist schematisch die Gesamtanordnung im Ausgangszustand dargestellt. Die Außenhülle 1 besteht im dargestellten Beispiel aus Gehäuseschalen aus Blech, die beispielsweise durch Tiefziehen hergestellt wurden. Die Außenhülle 1 umschließt die Rahmen 2, in denen sich Batteriezellen 8 befinden. Die Rahmen 2 bilden eine Innenhülle. Sie sind so in der Außenhülle angeordnet, dass sie sich im Crashfall gegeneinander bewegen können. Die Bewegung der Rahmen 2 gegeneinander kann entweder durch Führungen, die an der Außenhülle 2 angebracht sind, oder durch bewegliche Verbindungselemente der Rahmen 2 untereinander ermöglicht werden. Dabei muss gewährleistet werden, dass die Relativbewegung der Rahmen gegeneinander nicht zum Bruch oder zu Abscherungen der Anschlüsse führt, mit denen die Batteriezellen 8 elektrisch mit den Verbrauchern verbunden sind sowie der Anschlussleitungen für Kühlmittel, mit denen die Batteriezellen 8 gekühlt werden.
2 zeigt den Zustand nach einem Crash. Dabei wurde die Außenhülle 1 deformiert. Die Rahmen 2 der Innenhülle sind gegeneinander verschoben.
In 3 sind Möglichkeiten zur Längsführung der Rahmen 2 dargestellt. Als Führungselemente können Ausnehmungen 3 und korrespondierende Vorsprünge 4 dienen. Damit kann gleichzeitig eine Wegbegrenzung für die Verschiebung der Rahmen 2 vorgenommen werden, was zur Vermeidung von Beschädigungen der flexiblen Anschlussleitungen 6 für Elektroenergie und/oder Kühlmittel erforderlich ist. Die Führung kann auch durch Koppelgestänge 5 erfolgen. Es ist auch möglich, diese beiden Ausführungsformen zu kombinieren.
4 erläutert die Anordnung der Batteriezellen 8 in einem Rahmen 2. Der Rahmen 2 umschließt das Zellpaket 7, welches eine Reihe von als Flachzellen ausgebildeten Batteriezellen 8 enthält. Von den Batteriezellen 8 führen flexible Anschlussleitungen 6 nach außen.

1: Außenhülle
2: Rahmen
3: Ausnehmung
4: Vorsprung
5: Koppelgetriebe
6: flexible Anschlussleitung
7: Zellpaket
8: Batteriezelle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102005054435 A1 [0005]

Claims

Batterieeinheit für ein Fahrzeug mit elektromotorischem Antrieb, welche eine Vielzahl miteinander elektrisch verbundener einzelnen Batteriezellen (8) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (8) in einem Zwei-Hüllen-Aufbau angeordnet sind, der aus einer Außenhülle (1) und einer Innenhülle besteht.
Batterieeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (8) in einer aus mehreren Rahmen (2) gebildeten Innenhülle angeordnet sind, welche von der aus einem deformierbarem Material bestehenden Außenhülle (1) umschlossen wird, wobei sich die Außenhülle (1) auf der Innenhülle abstützt.
Batterieeinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle (1) aus tiefgezogenen Blechschalen besteht.
Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenhülle aus einzelnen Rahmen (2) gebildet wird, welche die Batteriezellen (8) und Zusatzbauteile enthalten.
Batterieeinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (8) mittels elektrisch leitender, flexiblen Anschlussleitungen (6) verknüpft sind.
Batterieeinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils die in einem Rahmen (2) angeordneten Batteriezellen (8) mit den in einem benachbarten Rahmen (2) angeordneten Batteriezellen (8) mittels flexibler Anschlussleitungen (6) verknüpft sind, welche eine Verschiebung der Rahmen (2) gegeneinander gestatten.
Batterieeinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (2) Mittel enthalten, mit denen ihre gegenseitige Verschiebung begrenzt wird.
Batterieeinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rahmen (2) korrespondierende Ausnehmungen (3) und Vorsprünge (4) aufweisen, mit denen die gegenseitigen Verschiebungen formschlüssig begrenzt werden.