DE102009006991A1

DE102009006991A1 - Elektrischer Energiespeicher für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102009006991A1
Application number: DE102009006991A
Authority: DE
Inventors: Dennis Decker; Alois Stauber; Andreas Winkler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-01-31
Filing date: 2009-01-31
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2029-02-01
Also published as: DE102009006991B4

Abstract

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für Kraftfahrzeuge, umfassend mehrere aneinandergereihte Module mit jeweils einem Einzelgehäuse und mehrere Seitenwände zur Bildung wenigstens eines Teilgehäuses für den Energiespeicher. Erfindungsgemäß umfasst wenigstens eine Seitenwand im Bereich zweier aneinander grenzenden Module wenigstens einen Wandungsabschnitt, der derart ausgebildet ist, dass bei einer vorbestimmten Krafteintragung auf die Seitenwand der Wandungsabschnitt eine definierte Verformung der Seitenwand bewirkt.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für Kraftfahrzeuge gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem Stand der Technik ist es seit langem bekannt, bei einem Fahrzeugaufprall die kinetische Energie über sogenannte Knautschzonen aufnehmen und zu verteilen.
Ferner ist es für elektrische Energiespeicher bekannt, insbesondere für Traktionsbatterien eines Hybrid- oder Elektrofahrzeuges massive Gehäuse vorzusehen, um im Falle eines Crashs eine Verformung des Energiespeichers oder dessen Speicherkomponenten sowie ein unkontrolliertes Eindringen in den Fahrgastraum zu verhindern, da ansonsten die Insassen aufgrund von Kurzschlüssen und unkontrollierten elektrochemischen Reaktion einer erhöhten Verletzungsgefahr ausgesetzt sind.
Da für solche zukünftigen Energiespeichersysteme das benötigte Bauraumvolumen zunimmt, wird aus Gewichtsgründen vermehrt auf separate Batteriegehäuse verzichtet und diese Energiespeicher in die Fahrzeugstruktur integriert, jedoch werden solche Strukturteile lokal sehr steif ausgelegt, um eine Verformung des Energiespeichers bzw. dessen Komponenten weitestgehend zu vermeiden, wodurch sich jedoch in nachteiliger Weise das Fahrzeuggewicht erhöht und dies deshalb zu hohen Herstellkosten führt.
So ist aus der DE 42 35 394 C1 eine Traktionsbatterie für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge bekannt, bei der eine Vielzahl von kreiszylindrisch ausgebildeten Einzelzellen hexagonal in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, wobei dieses Gehäuse an seinen Seitenwänden eingearbeitete Sollbruchstellen aufweist. Im Fall eines Crashs bersten die Seitenwände an den Sollbruchstellen und geben die nicht miteinander verbundenen Einzelzellen frei, die dann in vorgesehene Zwischenräume gelangen können.
Der Nachteil dieser bekannten gehäusten Traktionsbatterie liegt einmal in deren hohen Herstellkosten, da hierfür bis zu 300 Einzelzellen erforderlich sind und zum anderen darin, dass diese bekannte gehäuste Traktionsbatterie nur außerhalb der Fahrgastzelle einsetzbar ist, da ansonsten im Falle eines Berstens des Gehäuses die Einzelzellen unkontrolliert in den Fahrgastraum gelangen könnten.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gehäuse für einen elektrischen Energiespeicher bereitzustellen, das bei einem Fahrzeugzusammenstoß eine Beschädigung des Energiespeichers verhindert, aber gleichzeitig die oben genannten Nachteile vermeidet, ohne das Gewicht der Fahrzeugkarosserie wesentlich zu erhöhen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch einen elektrischen Energiespeicher für Kraftfahrzeuge gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung wenigstens einer Seitenwand mit wenigstens einem zwischen zwei aneinandergrenzenden Modulen liegenden Wandungsabschnitt, der bei einer vorbestimmten Krafteintragung zu einer definierten Verformung der Seitenwand führt, erfolgt ein gezielter Energieabbau im Falle eines Crashs, wobei gleichzeitig eine kontrollierte Relativbewegung der Module des Energiespeichers möglich ist. Dadurch sind auch die Kräfte, die beim Crash auf ein einzelnes Modul wirken wegen dessen kleineren Massenträgheit geringer im Vergleich zur Massenträgheit des gesamten Energiespeichers. Dies erlaubt eine Reduzierung der Steifigkeit der Seitenwände gegenüber einem massiven Batteriegehäuse aus dem Stand der Technik und führt daher auch zu einem geringeren Fahrzeuggewicht. Insbesondere lässt sich mit dieser erfindungsgemäßen Ausbildung der Seitenwände ein elektrischer Energiespeicher, vorzugsweise eine Traktionsbatterie, auch im Fahrgastraum unterbringen, vorzugsweise in den Fahrzeugtunnel eines Kraftfahrzeugs integrieren.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung wird der Wandungsabschnitt mit geringerer Festigkeit, vorzugsweise materialreduziert gegenüber dem umliegenden Bereich der Seitenwand ausgebildet. Dies kann besonders einfach mit einer Entlastungskerbe realisiert werden.
Idealerweise verläuft die wenigstens eine Seitenwand in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, wodurch insbesondere bei Seiten-Crashs ein Krafteintrag auf die Seitenwand erfolgt und damit ein Energieabbau durch die gezielte Verformung und kontrollierte Verlagerung der einzelnen Module erfolgt.
Insbesondere ist es gemäß einer Weiterbildung der Erfindung von Vorteil, zur Bildung von Deformationsräumen zwischen den Modulen dieselben in einem vorbestimmten Abstand anzuordnen, so dass bei einem Frontal-Crash die Seitenwände durch Wölbung oder Faltung als Knautschzonen funktionieren und sich dabei die Abstände zwischen den Modulen entsprechend verringern, dadurch die Krafteinwirkung auf die einzelnen Module reduziert wird und gleichzeitig ein Energieabbau erfolgt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich, wenn die wenigstens eine Seitenwand als Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, vorzugsweise wenn diese Seitenwände als Teil eines Fahrzeugtunnels den Energiespeicher wenigstens teilweise einschließen. Damit wird insbesondere dann, wenn der Energiespeicher eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug darstellt unter dem Aspekt der Gewichtsoptimierung bzw. der Leichtbauweise des Kraftfahrzeugs eine gute Lösung erzielt und dabei ein größtmöglicher Schutz der Insassen sichergestellt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Figuren ausführlich beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung in Draufsicht eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuse vor einem Aufprall,
2 eine schematische Darstellung des elektrischen Energiespeichers nach 1 nach einem Aufprall,
3 eine schematische Darstellung in Draufsicht eines elektrischen Energiespeichers mit einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Gehäuse vor einem Aufprall, und
4 eine schematische Darstellung des elektrischen Energiespeichers nach 3 nach einem Aufprall.
1 zeigt einen elektrischen Energiespeicher bestehend aus drei aneinander gereihten Modulen 1, Zellen 1 oder Zellmodulen 1, wobei jedes Modul 1 ein separates Gehäuse 2 aufweist. Die ser elektrische Energiespeicher kann bspw. eine Traktionsbatterie für ein Hybrid-Kraftfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug darstellen.
Diese aneinandergereihten Module 1 werden von Seitenwänden 3 und 4 eingefasst, wobei die Seitenwände 3 als Längswände in Fahrtrichtung 9 und die Seitenwände 4 als Querwände hierzu quer zur Fahrtrichtung 9 verlaufen. Zur Vervollständigung des Gehäuses sind die Module 1 auf einer nicht dargestellten Bodenplatte angeordnet und werden von einer ebenfalls nicht dargestellten Deckplatte abgedeckt.
Die Seitenwände 3 weisen im Bereich von jeweils aneinander grenzenden Modulen 1 Wandungsabschnitte 5 auf, die derart ausgebildet sind, dass bei einem Krafteintrag auf die Seitenwände 3, bspw. aufgrund eines Crashs, diese Wandungsabschnitte 5 eine vordefinierte Verformung der Seitenwände 3 bewirken, wie dies bspw. in 2 dargestellt ist.
In dieser 2 wird mit dem Pfeil 6 ein gezielter Krafteintrag auf eine der beiden Seitenwände 3 angezeigt, der zu den dargestellten Verformungen der Seitenwände 3 und 4, insbesondere der Seitenwände 3 führt. Hier ist deutlich zu erkennen, dass lediglich an den Wandungsabschnitten 5 eine Verformung auftritt und dadurch eine Relativbewegung zwischen den Modulen 1 ermöglicht wird, mit der Folge, dass diese unbeschädigt bleiben. Somit sind die Kräfte, die bei einem Crash auf ein solches Modul wegen der geringeren Massenträgheit eines einzelnen Moduls 1 einwirken geringer im Vergleich zu den Kräften, die im Falle eines kompakten, einteiligen Energiespeichers auftreten würden.
Diese Wandungsabschnitte weisen eine geringere Festigkeit als die benachbarten Bereiche der Seitenwände 3 auf, können insbesondere durch eine Materialreduzierung realisiert werden. Entlastungskerben stellen bspw. eine solche Materialreduzierungen dar, die einfach herstellbar sind. Sind die Module 1 quaderförmig ausgebildet, verlaufen solche Entlastungskerben parallel zu den aneinander liegenden senkrechten Kanten der Module 1, also ebenfalls in senkrechter Richtung.
3 zeigt eine Anordnung, bei der zum Unterschied nach 1 die einzelnen Module 1 mit einem bestimmten Abstand aneinandergereiht sind, so dass die dazwischenliegenden Räume sogenannte Deformationsräume 7 bilden. Im Falle eines Krafteintrages gemäß des Pfeils 8 auf eine Querwand 4, also entgegen der Fahrtrichtung 9, dienen die Seitenwände 3 als Knautschzone für den Energieabbau, indem diese sich wellenförmig verformen und hierzu die Deformationsräume 7 den dazu erforderliche Raum zur Verfügung stellen, wie dies die 4 den Zustand nach einem Frontalaufprall zeigt. Durch die von den Seitenwänden 3 übernommene Funktion des Energieabbaus wird die Kraftwirkung auf die einzelnen Module 1 reduziert.
Die Seitenwände 3, sowohl nach 1 als auch nach 3 können Strukturelemente einer Fahrzeugkarosseriestruktur, beispielsweise eines Fahrzeugtunnels darstellen. So können die Seitenwände des Fahrzeugtunnels mit entsprechenden Wandungsabschnitten ausgebildet werden, wobei beide Seitenwände auch als einteiliges U-förmiges Tunnelteil herstellbar sind. Damit wird von einem Fahrzeugtunnel zusätzlich die Funktion eines oberen Gehäuseteils für diesen Energiespeicher übernommen, einen unteren Gehäuseteil übernimmt eine Bodenplatte, die als Teil einer Karosseriebodenstruktur ausgebildet sein kann.
Die Module 1 werden über flexible Leitung sowie dehn- und stauchbare Verbindungselemente miteinander verbunden, um die entsprechenden Relativverschiebungen der Module 1 im Crashfall zu ermöglichen. Dies betrifft sowohl elektrische Leitungen als auch Kühlleitungen und mechanische Verbindungselemente.

1: Batteriemodul
2: Gehäuse des Batteriemoduls 1
3: Seitenwände in Fahrtrichtung
4: Seitenwände quer zur Fahrtrichtung
5: Wandungsabschnitte
6: Richtung Krafteintrag auf Seitenwand 3
7: Deformationsraum zwischen den Modulen 1
8: Richtung Krafteintrag auf Seitenwand 4
9: Fahrtrichtung

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

- DE 4235394 C1 [0005]

Claims

Elektrischer Energiespeicher für Kraftfahrzeuge, umfassend – mehrere aneinandergereihte Module (1) mit jeweils einem Einzelgehäuse (2), und – mehrere Seitenwände (3) zur Bildung wenigstens eines Teilgehäuses für den Energiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Seitenwand (3) im Bereich zweier aneinander grenzenden Module (1) wenigstens einen Wandungsabschnitt (5) umfasst, der derart ausgebildet ist, dass bei einer vorbestimmten Krafteintragung auf die Seitenwand der Wandungsabschnitt (5) eine definierte Verformung der Seitenwand (3) bewirkt.
Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (5) mit geringerer Festigkeit als der umliegende Bereich der Seitenwand (3) ausgebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (5) gegenüber dem umliegenden Bereich der Seitenwand (3) materialreduziert ausgebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt (5) mit einer Entlastungskerbe ausgebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bildung von Deformationsräumen (7) die Module (1) des Energiespeichers in einem vorbestimmten Abstand angeordnet sind.
Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Seitenwand (3) in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs verläuft.
Elektrischer Energiespeicher nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Seitenwand (3) als Strukturteil einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
Elektrischer Energiespeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (3) als Teil eines Fahrzeugtunnels den Energiespeicher wenigstens teilweise einschließen.