DE102009018442A1

DE102009018442A1 - Vorrichtung zur Anordnung einer Traktionsbatterie

Info

Publication number: DE102009018442A1
Application number: DE102009018442A
Authority: DE
Inventors: Dennis Decker; Alois Stauber; Jürgen Gerbrand; Thomas Milde
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-04-22
Filing date: 2009-04-22
Publication date: 2010-10-28
Anticipated expiration: 2029-04-23
Also published as: DE102009018442B4

Abstract

Eine Vorrichtung zur Anordnung einer Traktionsbatterie innerhalb einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs weist ein Gehäuse auf, welches die Batteriezellen der Traktionsbatterie umgibt. An wenigstens einer der den Batteriezellen der Traktionsbatterie zugerichteten Wandungen des Gehäuses ist eine Beschichtung angebracht, welche bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur und/oder bei Kontakt mit einem bestimmten Gas einen sich in dem Gehäuse ausbreitenden Schaum bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Anordnung einer Traktionsbatterie in einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es bekannt, insbesondere bei Hybrid- oder Elektrofahrzeugen sogenannte Traktionsbatterien einzusetzen, die zur Versorgung von als Fahrmotoren eingesetzten Elektromotoren mit elektrischer Energie dienen. Neben üblichen Bleiakkumulatoren werden in jüngster Zeit auch zunehmend Nickel-Kadmium-, Nickel-Metallhydrid- sowie Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt, wobei mehrere Batteriezellen zu einem Verbund als sogenannte Batteriemodule zusammengefasst, in einem Gehäuse aufgenommen und an einem geeigneten Ort innerhalb der Karosserie des Kraftfahrzeugs platziert werden.
Problematisch beim Einsatz dieser meist recht großen Batteriemodule ist deren potenzielle Gefährdung für die Insassen des mit einer solchen Traktionsbatterie ausgestatteten Kraftfahrzeugs, insbesondere bei Unfällen, bei der auch die Batterie in Mitleidenschaft gezogen werden kann, oder bei sonstigen kritischen Zuständen, wie beispielsweise einer Überladung oder Überhitzung der Batterie. Insbesondere können die genannten Gefahrenzustände zu einem Austreten der in den Batteriezellen enthaltenen Gase und möglicherweise sogar zu einer Entzündung dieser Gase führen.
Gemäß aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannten Lösungen werden die Gehäuse solcher Traktionsbatterien daher meist sehr massiv ausgeführt, was zu einem hohen Gewicht der Gehäuse, verbunden mit hohen Aufwendungen und entsprechend hohen Kosten führt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Anordnung einer Traktionsbatterie innerhalb einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs zu schaffen, welche mit einfachen Mitteln auch in kritischen Situationen durch die Batterie hervorgerufene Gefahrenzustände verhindert.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst.
Durch die erfindungsgemäße Beschichtung an der inneren Wandung des Gehäuses, welche auf einen chemischen und/oder thermischen Kontakt reagiert und in einem solchen Fall einen Schaum innerhalb des Gehäuses bildet, wird die thermische Beständigkeit des Gehäuses der erfindungsgemäßen Vorrichtung erheblich erhöht, da die Wandungen durch den entstehenden Schaum thermisch geschützt werden. Des weiteren wird mittels der erfindungsgemäßen Lösung das Gehäuse gasdicht abgeschlossen, wodurch ein Austreten von Gas aus den Batteriezellen verhindert und die Zufuhr von Sauerstoff zu den Batteriezellen abgeschnitten wird, so dass eine mögliche Entstehung eines Brandes unterbunden wird. Dadurch ergibt sich in einem Gefahrenzustand eine erhebliche Verlängerung der verbleibenden Zeit, das mit der Traktionsbatterie ausgestattete Fahrzeug vor größeren Schäden zu bewahren oder sogar Menschen zu retten.
Die erfindungsgemäße Lösung lässt sich mit sehr geringem Aufwand, einer vernachlässigbaren Gewichtszunahme, einem sehr geringen Bauraumbedarf und äußerst niedrigen Kosten bei den verschiedensten Typen von Kraftfahrzeugen realisieren. Des weiteren lässt sich mittels der Vorrichtung in einem Wartungsfall die Traktionsbatterie vollständig ausbauen und instandsetzen.
Eine besonders gute Integration der Traktionsbatterie in die Karosserie des Kraftfahrzeugs ergibt sich, wenn das Gehäuse als ein Bestandteil einer Karosseriestruktur ausgebildet ist.
Alternativ kann jedoch auch vorgesehen sein, dass das Gehäuse als eine Umhüllung der Batteriezellen ausgebildet ist. In diesem Fall kann das Gehäuse samt der sich darin befindlichen Batteriezellen an einer geeigneten Stelle in dem Kraftfahrzeug angeordnet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen. Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig dargestellt.
Es zeigt:
1 eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in ihrem nicht ausgelösten Zustand;
2 die Vorrichtung aus 1 in ihrem ausgelösten Zustand; und
3 eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
1 zeigt ein Karosseriebauteil 1 einer Karosserie eines in seiner Gesamtheit nicht dargestelltem Kraftfahrzeugs. Bei dem Karosseriebauteil 1 handelt es sich im vorliegenden Fall um einen in der Mitte des Kraftfahrzeugs verlaufenden Tunnel, prinzipiell ist die nachfolgend beschriebene Erfindung jedoch auch bei anderen Karosseriebauteilen denkbar. Das Karosseriebauteil 1, welches Bestandteil einer Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs ist, bildet ein Gehäuse 1a, welches Bestandteil einer nachfolgend näher beschriebenen Vorrichtung 2 zur Unterbringung einer Traktionsbatterie 3 innerhalb der Karosserie des Kraftfahrzeugs ist. Eine derartige Traktionsbatterie 3 weist eine erheblich höhere Leistungsdichte, Kapazität und Spannung als eine handelsübliche Batterie auf und stellt daher eine erheblich größere Gefahr in einem kritischen Zustand, wie z. B. bei einem Verkehrsunfall, dar.
Die in dem Gehäuse 1a aufgenommene Traktionsbatterie 3 weist eine Vielzahl von zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengefasste Batteriezellen 4 auf, die von dem mehrere Wandungen 5 aufweisenden Gehäuse 1a umgeben sind. An wenigstens einer der den Batteriezellen 4 der Traktionsbatterie 3 zugerichteten Wandungen 5 des Gehäuses 1a ist eine Beschichtung 6 angebracht, welche bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur und/oder bei Kontakt mit einem bestimmten Gas einen sich in dem Gehäuse 1a ausbreitenden Schaum bildet. Der Zustand, in dem sich der Schaum innerhalb des Gehäuses 1a ausgebreitet hat, ist in 2 dargestellt. Auf diese Weise ergibt sich ein gasdichter Abschluss des Gehäuses 1a. Dadurch kann aus den Batteriezellen 4 kein Gas austreten, die Zufuhr von Sauer stoff zu den Batteriezellen 4 wird abgeschnitten und die mögliche Entstehung eines Brandes wird verhindert bzw. dessen Ausbreitung wird erheblich eingedämmt. Die Batteriezellen 4 sind bei der Ausführungsform von 1 von einer zusätzlichen, sich innerhalb des Gehäuses 1a befindlichen Umhüllung 7 umgeben.
Wenn die Beschichtung 6 wie oben dargelegt auf eine bestimmte Temperatur reagiert, so sollte dies so abgestimmt sein, dass während des normalen Betriebs der Traktionsbatterie 3 die Beschichtung 6 nicht aktiviert wird, während sie bei einer Überhitzung der Batteriezellen 4 oder gar der Entstehung einer Flamme den Schaum bildet. Üblicherweise liegt diese Temperatur in einem Bereich von 150 bis 200°C, wobei oberhalb dieses Temperaturbereichs ein in der Beschichtung 6 enthaltenes Bindemittel beginnt, an der Oberfläche weich zu werden. Ein in der Beschichtung 6 enthaltenes Treibmittel führt dann zur Entstehung von Gasen, die das Bindemittel zu einem vorzugsweise kohlenstoffhaltigen Schaum aufblähen. Mit zunehmender Temperatur ergibt sich dann eine Stabilisierung des Schaums, wobei sich die Aufschäumung, ausgehend von der Oberfläche der Beschichtung 6, tiefer in dieselbe fortsetzt, was zu einer thermisch stabilen Schaumschicht führt, welche die darunterliegenden Bauteile, insbesondere also das Gehäuse 1a, schützt.
Die Beschichtung 6 kann lösemittelhaltig oder auf Wasser verdünnbarem Bindemittel basierend sein und sie kann mit unterschiedlichen Vorrichtungen, wie zum Beispiel einem Pinsel oder einer Rolle, aufgetragen oder auch aufgespritzt werden. Auch eine Tauchlackierung ist prinzipiell vorstellbar.
In dem Fall, in dem sich der Schaum bei Kontakt mit einem bestimmten Gas ausbreitet, ist die Wirkungsweise ähnlich zu der oben beschriebenen, wobei die Beschichtung 6 vorzugsweise bei Kontakt mit einem von den Batteriezellen 4 freigesetzten Gas, wie zum Beispiel Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Propan, Ethan oder einem Gemisch davon, den Schaum bildet. Selbstverständlich sind auch Beschichtungen 6 denkbar, die sowohl bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur als auch bei Kontakt mit einem Gas reagieren.
Während in der Ausführungsform der 1 und 2 das Gehäuse 1a Bestandteil der Karosseriestruktur ist, ist bei der Ausführungsform gemäß 3 ein separates Gehäuse 8 für die Batteriezellen 4 vorgesehen, welches gleichzeitig die Funktion der Umhüllung 7 gemäß der 1 und 2 übernimmt. Dieses Gehäuse 8 mit der sich darin befindlichen Traktionsbatterie 3, welche die einzelnen Batteriezellen 4 aufweist, kann beispielsweise im Bereich eines Kofferraums, im Bereich eines Motorraums oder in einem anderen Bereich innerhalb der Karosserie des Kraftfahrzeugs angeordnet sein. Mit dem Bezugszeichen 1 ist in diesem Fall ein als Kofferraumboden ausgebildetes Karosserieteil bezeichnet, in dem das Gehäuse 8 mit der Traktionsbatterie 3 aufgenommen ist. Auch bei der Ausführungsform gemäß 3 befindet sich an wenigstens einer der Wandungen 5 des Gehäuses 8 die Beschichtung 6, welche dieselben Eigenschaften wie die Beschichtung 6 des oben beschriebenen Ausführungsbeispiels haben kann, um eine im Falle eines Unfalls oder einer sonstigen Störung von der Traktionsbatterie 3 ausgehende Gefahr einzudämmen bzw. nicht entstehen zu lassen.
Prinzipiell ist es möglich, die Beschichtung 6 an nur einer der Wandungen 5 des Gehäuses 1a bzw. 8 anzubringen, in den dargestellten Ausführungsformen ist die Beschichtung 6 jedoch an sämtlichen Wandungen 5 angebracht, was die Wirkungsweise der Beschichtung 6 erheblich erhöht.

Claims

Vorrichtung zur Anordnung einer Traktionsbatterie innerhalb einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse, welches die Batteriezellen der Traktionsbatterie umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einer der den Batteriezellen (4) der Traktionsbatterie (3) zugerichteten Wandungen (5) des Gehäuses (1a, 8) eine Beschichtung (6) angebracht ist, welche bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur und/oder bei Kontakt mit einem bestimmten Gas einen sich in dem Gehäuse (1a, 8) ausbreitenden Schaum bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (1a) als ein Bestandteil einer Karosseriestruktur ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (4) von einer zusätzlichen, sich innerhalb des Gehäuses (1a) befindlichen Umhüllung (7) umgeben sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (8) als eine Umhüllung (7) der Batteriezellen (4) ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung (6) bei Kontakt mit einem von den Batteriezellen (4) freigesetzten Gas den Schaum bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das von den Batteriezellen (3) freigesetzte Gas Wasserstoff, Kohlenmonoxid, Kohlendioxid, Methan, Propan, Ethan oder ein Gemisch davon ist.