DE102011001371A1

DE102011001371A1 - Kraftfahrzeug mit einer Batterie

Info

Publication number: DE102011001371A1
Application number: DE201110001371
Authority: DE
Inventors: Michael Preiss
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-03-17
Filing date: 2011-03-17
Publication date: 2012-09-20

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie (1), die ein Gehäuse (2) mit Batteriezellen (8–10) und einer Temperierung/Kühlung umfasst. Um das Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie weiter zu verbessern, sind Zuleitungen und/oder Ableitungen der Temperierung/Kühlung als fluidführende Prallrohre (38, 39) ausgeführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, die ein Gehäuse mit Batteriezellen und einer Temperierung/Kühlung umfasst. Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Batterie für ein derartiges Kraftfahrzeug.
Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 038 153 A1 ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher bekannt, der flächig so gestaltet ist, dass er Platz sparend am Karosserieboden befestigt werden kann beziehungsweise in die Bodenstruktur der Karosserie Platz sparend integriert werden kann. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 027 894 A1 ist eine crashenergieabsorbierende Anordnung in einem Kraftfahrzeug mit Fahrschemel und einer nahebei positionierten galvanischen Zelle bekannt, die in Crashrichtung vor dem Fahrschemel positioniert ist und wenigstens ein Deformationselement zur Aufnahme von Crashenergie zwischen galvanischer Zelle und Fahrschemel aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist es, das Crashverhalten eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie, die ein Gehäuse mit Batteriezellen und einer Temperierung/Kühlung umfasst, weiter zu verbessern.
Die Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug mit einer Batterie, die ein Gehäuse mit Batteriezellen und einer Temperierung/Kühlung umfasst, dadurch gelöst, dass Zuleitungen und/oder Ableitungen der Temperierung/Kühlung als fluidführende Prallrohre ausgeführt sind. Dadurch werden auf einfache Art und Weise zwei Funktionen miteinander kombiniert. Durch die Ausführung der Zuleitungen und/oder Ableitungen der Temperierung/Kühlung als fluidführende Prallrohre kann die Stabilität des Gehäuses der Batterie erhöht werden, ohne dass zusätzliche Bauteile benötigt werden. Die Prallrohre werden vorzugsweise in Richtung der Wirkungslinie einer Kraft orientiert, die bei einem Unfall im Bereich der Batterie auf das Kraftfahrzeug aufgebracht wird. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug mit einer Elektromaschine, die allein oder zusammen mit einer weiteren Antriebsmaschine, wie einer Brennkraftmaschine, zum Vortrieb des Kraftfahrzeugs verwendet werden kann. Als Batterie wird ein elektrischer Energiespeicher bezeichnet, wie er zum Beispiel in der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2005 038 153 A1 offenbart ist. Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Traktionsbatterie. Eine Traktionsbatterie, die auch als Antriebsbatterie bezeichnet wird, wird als Energielieferant in Fahrzeuge eingebaut, die, zumindest teilweise, elektrisch angetrieben werden. Um eine ausreichende Energiemenge bereitstellen zu können, ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgeführt, die eine Hochvoltspannung von zum Beispiel 400 Volt liefern kann.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre in einer Fahrzeugquerrichtung angeordnet sind. Dadurch können bei einem so genannten Pfahlcrash, wenn seitlich eine Kraft auf das Kraftfahrzeug ausgeübt wird, unerwünschte Deformationen der Batterie sicher verhindert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre aus einem relativ steifen metallischen Material gebildet sind. Bei dem Material handelt es sich vorzugsweise um Stahl und/oder Titan beziehungsweise eine Stahllegierung mit Titan oder eine Titanlegierung.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre mit plattenartigen oder rohrartigen Elementen zur Temperierung/Kühlung verbunden sind. Die Batteriezellen sind vorzugsweise zwischen zwei plattenartigen oder rohrartigen Elementen zur Temperierung/Kühlung angeordnet. Dabei liegen die vorzugsweise als Rundzellen ausgeführten Batteriezellen mit ihren Stirnflächen flächig an den plattenartigen oder rohrartigen Elementen zur Temperierung/Kühlung an. Die Batteriezellen sind vorzugsweise in Reihen zwischen zwei plattenartigen oder rohrartigen Elementen zur Temperierung/Kühlung angeordnet. Über die Prallrohre wird den plattenartigen oder rohrartigen Elementen ein Medium zur Temperierung/Kühlung zugeführt beziehungsweise abgeführt. Die fluidführenden Prallrohre können lösbar mit den plattenartigen oder rohrartigen Elementen verbunden sein, insbesondere formschlüssig, zum Beispiel durch Verschrauben. Die Verbindung zwischen den Prallrohren und den plattenartigen oder rohrartigen Elementen kann aber auch nicht lösbar ausgeführt sein, insbesondere stoffschlüssig, zum Beispiel durch Verschweißen, Verlöten oder Verkleben.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die plattenartigen oder rohrartigen Elemente zur Temperierung/Kühlung in einer Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als X-Richtung bezeichnet. Analog wird die Fahrzeugquerrichtung als Y-Richtung bezeichnet. Die plattenartigen oder rohrartigen Elemente sind also senkrecht zu den Prallrohren angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass sich die plattenartigen oder rohrartigen Elemente zur Temperierung/Kühlung zwischen zwei Prallrohren erstrecken. Die plattenartigen oder rohrartigen Elemente sind mit ihren freien Enden vorzugsweise jeweils an ein Prallrohr angeschlossen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die plattenartigen oder rohrartigen Elemente zur Temperierung/Kühlung jeweils zwischen zwei Reihen Batteriezellen angeordnet sind. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine ausreichende Kühlung der Batteriezellen sichergestellt. Den äußeren Reihen Batteriezellen ist vorzugsweise ein plattenartiges oder rohrartiges Element zur Temperierung/Kühlung zugeordnet, das an den nach außen gewandten Stirnflächen der Batteriezellen anliegt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen als Rundzellen mit jeweils einer Längsachse ausgeführt sind, die in einer Fahrzeugquerrichtung angeordnet ist. Als Rundzellen werden Batteriezellen bezeichnet, die einen runden Querschnitt aufweisen. Je nach Ausführung kann der runde Querschnitt eine von einem idealen Kreis abweichende Gestalt aufweisen. Die Rundzellen haben im Wesentlichen die Gestalt von geraden Kreiszylindern, deren Längsachsen sich in Fahrzeugquerrichtung erstrecken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in einem Beifahrer-Fußraum angeordnet beziehungsweise jeweils eine Batterie in einem Beifahrer-Fußraum und in einem Fahrer-Fußraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die Batterien können sich gegebenenfalls unter einen Beifahrersitz beziehungsweise Fahrersitz erstrecken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie einen Fußkörper umfasst, der in einem Fußraum des Kraftfahrzeugs angeordnet und von einem Grundkörper der Batterie abgewinkelt ist, der in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Durch die Anordnung des Fußkörpers der Batterie wird bisher ungenutzter Bauraum für die Batterie erschlossen. Durch die Anordnung des Fußkörpers im Fußraum des Kraftfahrzeugs werden darüber hinaus Anschlusswege zu Komponenten im Vorderwagen des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel zu einem Klimagerät oder einer elektrischen Antriebsmaschine, verkürzt. Dadurch kann der Wirkungsgrad der Temperierung/Kühlung verbessert werden. Des Weiteren werden Ohm'sche Leitungsverluste reduziert. Die Prallrohre können nur im Grundkörper angeordnet sein und diesen zum Beispiel an zwei Enden begrenzen. Die Prallrohre können aber auch sowohl im Grundkörper als auch im Fußkörper angeordnet sein. Besonders bevorzugt sind im Grundkörper zwei Prallrohre angeordnet. Es können aber auch mehr als zwei Prallrohre im Grundkörper angeordnet sein.
Der Fußkörper ist vorzugsweise in einem stumpfen Winkel von dem Grundkörper abgewinkelt. Der Fußkörper ist vorzugsweise in einem Winkel von etwa 135 Grad von dem Grundkörper abgewinkelt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fußkörper einen Aufnahmebereich für zusätzliche Komponenten und/oder Anschlussmöglichkeiten umfasst. Bei den zusätzlichen Komponenten handelt es sich zum Beispiel um elektrische Komponenten, wie Schütze, Sicherungen und Widerstände. Darüber hinaus kann zum Beispiel eine Platine eines Batterie-Management-Systems in dem Aufnahmebereich des Fußkörpers angeordnet werden. Die zusätzlichen Komponenten können auch Elemente zur Temperierung/Kühlung der Batteriezellen umfassen. Die Anschlussmöglichkeiten umfassen elektrische Anschlüsse und/oder Fluidanschlüsse der Temperierung/Kühlung.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fußkörper einen quaderförmigen Abschnitt mit Batteriezellen umfasst. Der quaderförmige Abschnitt ist vorzugsweise in einem vorderen Fußraum des Kraftfahrzeugs angeordnet. Durch den quaderförmigen Abschnitt des Fußkörpers wird der vordere Fußraum vom Motorraum getrennt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass der Fußkörper einen abgeschrägten Abschnitt zur Aufnahme von zusätzlichen Komponenten und/oder Anschlüssen umfasst. Der abgeschrägte Abschnitt hat im Wesentlichen die Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks, das mit einem Schenkel an dem quaderförmigen Abschnitt des Fußkörpers anliegt. Mit dem anderen Schenkel liegt das rechtwinklige Dreieck an dem Grundkörper an. Eine Hypotenuse des rechtwinkligen Dreiecks ist schräg nach außen gewandt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Kraftfahrzeugs ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in einem Beifahrer-Fußraum angeordnet ist beziehungsweise jeweils eine Batterie in einem Beifahrer-Fußraum und in einem Fahrer-Fußraum des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Die Batterien können sich gegebenenfalls unter einen Beifahrersitz beziehungsweise Fahrersitz erstrecken.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Batterie für ein vorab beschriebenes Kraftfahrzeug. Durch die erfindungsgemäße Gestaltung der Batterie wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung das Crashverhalten, insbesondere bei einem Seitenaufprall, bei einem Kraftfahrzeug verbessert, in welches die erfindungsgemäße Batterie eingebaut ist.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterie schräg von hinten;
2 eine perspektivische Darstellung der Batterie aus 1 schräg von vorne und
3 die Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, in das eine Batterie, wie sie in den 1 und 2 dargestellt ist, eingebaut ist.
In den 1 und 2 ist eine Batterie 1 mit einem Gehäuse 2 perspektivisch in verschiedenen Ansichten dargestellt. Die Batterie 1 umfasst einen Grundkörper 4, der im Wesentlichen die Gestalt eines Quaders aufweist. Ein Fußkörper 5 ist in einem stumpfen Winkel von etwa 135 Grad von dem Grundkörper 4 abgewinkelt.
Der Grundkörper 4 und der Fußkörper 5 umfassen jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen 8, 9, 10. Die Batteriezellen 8, 9, 10 sind als Rundzellen ausgeführt und haben im Wesentlichen die Gestalt von geraden Kreiszylindern, die in Reihen 11, 12, 14 angeordnet sind.
Der Grundkörper 4 umfasst insgesamt sechs Reihen 11, 12 mit jeweils etwa zwanzig Batteriezellen. Die Batteriezellen 8 des Grundkörpers 4 sind einlagig angeordnet.
Der Fußkörper 5 umfasst insgesamt drei Reihen Batteriezellen 9, 10, die mehrlagig angeordnet sind. Der Fußkörper 5 umfasst neben den drei Reihen 14 mit Batteriezellen 9, 10 zusätzlich einen Aufnahmebereich 18 für zusätzliche Komponenten 21, 22, 23, 24.
Bei der Komponente 21 handelt es sich um eine Platine eines Batterie-Management-Systems. Das Batterie-Management-System dient zur Überwachung und Regelung des Ladezustands und/oder der Temperatur der Batterie 1. Bei der Komponente 22 handelt es sich zum Beispiel um eine elektrische Sicherung. Bei der Komponente 23 handelt es sich zum Beispiel um elektrische Schütze. Bei der Komponente 24 handelt es sich zum Beispiel um einen elektrischen Widerstand.
Die in drei Reihen 14 angeordneten Batteriezellen 9, 10 des Fußkörpers 5 bilden einen quaderförmigen Abschnitt 26. Der Aufnahmebereich 18 für die zusätzlichen Komponenten 21 bis 24 stellt einen abgeschrägten Abschnitt 28 dar, der im Wesentlichen die Gestalt eines rechtwinkligen Dreiecks aufweist.
In 2 sieht man, dass der abgeschrägte Abschnitt 28 mit dem Aufnahmebereich 18 für die zusätzlichen Komponenten 21 bis 24 des Weiteren Anschlussmöglichkeiten mit Anschlüssen 31, 32, 33 aufweist. Bei den Anschlüssen 31 handelt es sich zum Beispiel um Kommunikationsanschlüsse. Bei dem Anschluss 32 handelt es sich zum Beispiel um einen Niedervoltanschluss. Bei dem Anschluss 33 handelt es sich zum Beispiel um einen Hochvoltanschluss.
Zur Kühlung der Batteriezellen 8 bis 10 sind sowohl im Grundkörper 4 als auch im Fußkörper 5 Temperier-/Kühleinrichtungen 35, 36 vorgesehen. Die Temperier-/Kühleinrichtungen 35, 36 sind vorzugsweise als Kühlplatten beziehungsweise Kühlrohre ausgeführt, die jeweils zwischen zwei Reihen 11, 12 mit Batteriezellen angeordnet sind. Die seitliche Begrenzung des Grundkörpers 4 und des Fußkörpers 5 kann ebenfalls von Temperier-/Kühleinrichtungen dargestellt werden.
Die Temperier-/Kühleinrichtungen 35, 36 erstrecken sich vorzugsweise sowohl durch den Grundkörper 4 als auch durch den Fußkörper 5. Über entsprechende Anschlüsse, die zum Beispiel ebenfalls in dem Aufnahmebereich 18 angeordnet sein können, werden die Temperier-/Kühleinrichtungen 35 mit einem geeigneten Temperier-/Kühlmedium versorgt.
In 3 ist ein Kraftfahrzeug 40 in der Seitenansicht dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug 40 handelt es sich um einen Sportwagen mit Hybridantrieb. Der Hybridantrieb umfasst eine Brennkraftmaschine und eine elektrische Maschine, die aus mindestens einer Batterie 1 mit elektrischer Energie versorgt wird.
Die Batterie 1 ist in der Nähe einer Vorderachse 41 in einem vorderen Fußraum 42 des Kraftfahrzeugs 40 eingebaut. Der Grundkörper 4 der Batterie 1 ist in einem Bodenbereich horizontal in einer Ebene angeordnet, die sich parallel zum Unterboden des Kraftfahrzeugs 40 erstreckt. Der Grundkörper 4 der Batterie 1 ist in einem Winkel von etwa 135 Grad zu dem Grundkörper 4 angeordnet und begrenzt den vorderen Fußraum 42.
Gemäß einem wesentlichen Aspekt der Erfindung sind in dem Grundkörper 4 der Batterie 1 zwei oder mehr Prallrohre 38, 39 angeordnet, zwischen denen sich die als plattenartige oder rohrartige Elemente ausgeführten Temperier-/Kühleinrichtungen 35 erstrecken.
Die Prallrohre 38, 39 begrenzen das Gehäuse 2 der Batterie 1 am, in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet, hinteren und vorderen Ende des Grundkörpers 4. Dabei sind die Prallrohre 38, 39 in Fahrzeugquerrichtung, und senkrecht zu den Temperier-/Kühleinrichtungen 35 angeordnet.
An mindestens einem der Prallrohre 38, 39 können (nicht dargestellt) Anschlüsse zum Zuführen beziehungsweise Abführen von Kühl-/Temperiermedium vorgesehen sein. Die Anschlüsse für das Temperier-/Kühlmedium können aber auch an den Kühl-/Temperiereinrichtungen 35, 36 vorgesehen sein.
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 102005038153 A1 [0002, 0004]
DE 102008027894 A1 [0002]

Claims

Kraftfahrzeug mit einer Batterie (1), die ein Gehäuse (2) mit Batteriezellen (8–10) und einer Temperierung/Kühlung umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass Zuleitungen und/oder Ableitungen der Temperierung/Kühlung als fluidführende Prallrohre (38, 39) ausgeführt sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre (38, 39) in einer Fahrzeugquerrichtung angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre (38, 39) aus einem relativ steifen metallischen Material gebildet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluidführenden Prallrohre (38, 39) mit plattenartigen oder rohrartigen Elementen (35, 36) zur Temperierung/Kühlung verbunden sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenartigen oder rohrartigen Elemente (35, 36) zur Temperierung/Kühlung in einer Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich die plattenartigen oder rohrartigen Elemente (35, 36) zur Temperierung/Kühlung zwischen zwei Prallrohren erstrecken.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die plattenartigen oder rohrartigen Elemente (35, 36) zur Temperierung/Kühlung jeweils zwischen zwei Reihen (11, 12, 14) Batteriezellen (8–10) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (8–10) als Rundzellen mit jeweils einer Längsachse ausgeführt sind, die in einer Fahrzeugquerrichtung angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) in einem Beifahrer-Fußraum angeordnet beziehungsweise jeweils eine Batterie (1) in einem Beifahrer-Fußraum und in einem Fahrer-Fußraum des Kraftfahrzeugs (40) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie einen Fußkörper (5) umfasst, der in einem Fußraum des Kraftfahrzeugs (40) angeordnet und von einem Grundkörper (4) der Batterie (1) abgewinkelt ist, der in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs (40) angeordnet ist.
Batterie für ein Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche.