DE102012024965A1

DE102012024965A1 - Verfahren und Prüfstand zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie

Info

Publication number: DE102012024965A1
Application number: DE201210024965
Authority: DE
Inventors: Christian Johann Bayerle; Matthias Jober; Jens Kienzle; Tobias Lücking; Harald Mandel; Kay Morschheuser
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-12-20
Filing date: 2012-12-20
Publication date: 2013-08-01

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Prüfstand sowie ein Verfahren zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie (12), insbesondere einer Hochvoltbatterie (12) für ein schweres Nutzfahrzeug, bei welchem die Batterie (12) in einer Haltevorrichtung (14) aufgenommen und mittels eines Prüfkörpers (26) mit einer Kraft in einem vorgegebenen Aufschlagwinkel beaufschlagt wird, wobei ein Anteil der Kraft durch zumindest ein Deformationselement (20) der Haltevorrichtung (14) aufgenommen wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie ein Prüfstand zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4.
Elektrische und Hybridantriebe gewinnen auch im Nutzfahrzeugbereich zunehmend an Bedeutung. Zur Stromversorgung der elektrischen Antriebsaggregate werden dabei leistungsstarke Batterien benötigt. Aufgrund der hohen Energiedichte und der teilweise chemisch sehr reaktiven Elektrolyte solcher Batterien muss sichergestellt werden, dass diese bei einem Unfall möglichst unbeschädigt bleiben.
Üblicherweise werden zur Bestimmung des Crashverhaltens von Hochvoltbatterien Crashversuche am vollständigen Fahrzeug durchgeführt. Da dies mit hohen Kosten verbunden ist, können im Rahmen eines Entwicklungsprojekts jeweils nur wenige solcher Versuche durchgeführt werden, so dass eine Optimierung der Batterie, unter anderem in Bezug auf Leichtbau und die Zellchemie, nur schwer möglich ist.
Neben Gesamtfahrzeugversuchen werden auch Komponententests für Batterien durchgeführt. Hierbei ist es üblich, separate Tests für die Beständigkeit gegenüber mechanischen Schocks und Deformation durchzuführen. Die Superposition der Testergebnisse gibt dann näherungsweise das Verhalten der Batterie im Crashfall an. Nicht in allen Fällen kann hierdurch jedoch die notwendige Genauigkeit erzielt werden.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Prüfstand nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 4 bereitzustellen, welche eine besonders schnelle und einfache Ermittlung der Crashsicherheit einer Batterie ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Prüfstand mit den Merkmalen des Patentanspruchs 4 gelöst.
Bei einem solchen Verfahren zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie für ein schweres Nutzfahrzeug, wird die Batterie in einer Haltevorrichtung aufgenommen und mittels eines Prüfkörpers mit einer Kraft in einem vorgegebenen Aufschlagwinkel beaufschlagt.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass ein Anteil der Kraft durch zumindest ein Deformationselement der Haltevorrichtung aufgenommen wird.
Das Deformationselement verformt sich dabei vorzugsweise vor der Batterie. Die Batterie unterliegt somit zunächst einem mechanischen Schock durch den Aufprall des Prüfkörpers und wird erst später im Versuchsverlauf verformt. Separate Tests bzgl. Schock und Deformation sind daher nicht notwendig, so dass das Verfahren äußerst einfach und ökonomisch ist. Die Eigenschaften des Deformationselements werden vorzugsweise so gewählt, dass sie das Federverhalten und die Translation des Gesamtfahrzeugs simulieren, so dass auch im Komponententest aussagekräftige Daten erhoben werden können.
Es ist dabei zweckmäßig, wenn die Haltevorrichtung mittels zumindest eines Führungselements in einer vorgegebenen Raumrichtung beweglich geführt wird. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Beschleunigung und Deformation der Batterie exakt in der gewünschten Richtung erfolgt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird die Batterie zusammen mit zumindest einem Trägerteil und/oder einem Halterahmen zum Einbau der Batterie in einen Kraftwagen in der Haltevorrichtung aufgenommen. Hierdurch wird auch das Einbauumfeld der Batterie im Kraftwagen in den Versuch mit aufgenommen, so dass besonders gut auf das Gesamtfahrzeug übertragbare Ergebnisse erzielt werden.
Die Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie für ein schweres Nutzfahrzeug, mit einer Haltevorrichtung zum Aufnehmen der Batterie und einem relativ zu der Haltevorrichtung beweglichen Prüfkörper zum Beaufschlagen der Batterie mit einer Kraft in einem vorgegebenen Aufschlagwinkel.
Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die Haltevorrichtung mittels wenigstens eines Deformationselements abgestützt ist.
Mittels eines solchen Prüfstands kann das bereits eingangs beschriebene Verfahren durchgeführt werden, so dass die oben erwähnten Vorteile auch hier zu Tragen kommen.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Prüfstands zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie.
Ein Prüfstand 10 zum Überprüfen der Crashsicherheit einer Batterie 12 für ein Hochvoltbordnetz eines Kraftwagens umfasst eine Haltevorrichtung 14, in welcher die Batterie 12 aufgenommen wird. Die Haltevorrichtung 14 selbst ist mit Führungselementen 16 beweglich an starren Seitenwänden 18 aufgenommen und mit Deformationselementen 20 an einer ebenfalls starren Rückwand 22 abgestützt.
Die Batterie 12 selbst ist zusammen mit einem Rahmen 24, mit welchem sie im Kraftwagen verbaut werden kann, an der Haltevorrichtung 14 gehalten, so dass die Bedingungen im Kraftwagen möglichst realistisch simuliert werden können. Zur Simulation einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung dient ein Prüfkörper 26, der an seiner Vorderseite 28 mit einer deformierbaren Wabenstruktur 30 versehen ist.
Zur Durchführung des Crashversuchs wird der Prüfkörper 26 in Richtung des Pfeils 32 auf die Batterie 12 bewegt.
Beim Aufprall des Prüfkörpers 26 auf die Batterie 12 verformen sich zunächst die Wabenstruktur 30 und die Deformationselemente 20, die Batterie 12 kann aufgrund der beweglichen Lagerung der Haltevorrichtung 14 zunächst ausweichen. In dieser Phase aufgenommene Daten entsprechen einem konventionellen mechanischen Schockversuch. Die Batterie 12 erfährt dabei eine hohe Beschleunigung in Richtung des Pfeils 32. Die Verformbarkeit der Deformationselemente 20 und der Wabenstruktur 30 wird dabei so eingestellt, dass sie die Federeigenschaften des Kraftwagens widerspiegeln, so dass die Batterie 12 die gleiche Beschleunigung erfährt, wie im realen Crashfall.
Ist die Deformation von Wabenstruktur 30 und den Deformationselementen 20 beendet, so verformt der Prüfkörper 26 die Batterie 12 und dringt in diese ein. In dieser Phase des Crashversuchs können also Daten über das Verformungsverhalten der Batterie 12 und die chemische Sicherheit des verwendeten Elektrolyt- und Elektrodenmaterials gewonnen werden.
Durch die Kombination von Schock- und Deformationstest in einem einzigen Komponententest wird ein besonders schneller Entwicklungszyklus ermöglicht. Da keine Gesamtfahrzeugversuche notwendig sind, kann der Test auch unmittelbar beim Komponentenhersteller durchgeführt werden, was die Entwicklungsarbeit weiter vereinfacht. Insgesamt wird so ein zuverlässiges und kostengünstiges Verfahren geschaffen, welches die Optimierung der mechanischen und chemischen Eigenschaften von Batterien deutlich vereinfacht.

Claims

Verfahren zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie (12), insbesondere einer Hochvoltbatterie (12) für ein schweres Nutzfahrzeug, bei welchem die Batterie (12) in einer Haltevorrichtung (14) aufgenommen und mittels eines Prüfkörpers (26) mit einer Kraft in einem vorgegebenen Aufschlagwinkel beaufschlagt wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Anteil der Kraft durch zumindest ein Deformationselement (20) der Haltevorrichtung (14) aufgenommen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (14) mittels zumindest eines Führungselements (16) in einer vorgegebenen Raumrichtung beweglich geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (12) zusammen mit zumindest einem Trägerteil und/oder einem Halterahmen (24) zum Einbau der Batterie (12) in einen Kraftwagen in der Haltevorrichtung (14) aufgenommen wird.
Prüfstand (10) zum Ermitteln der Crashsicherheit einer Batterie (12), insbesondere einer Hochvoltbatterie (12) für ein schweres Nutzfahrzeug, mit einer Haltevorrichtung (14) zum Aufnehmen der Batterie (12) und einem relativ zu der Haltevorrichtung (14) beweglichen Prüfkörper (26) zum Beaufschlagen der Batterie (12) mit einer Kraft in einem vorgegebenen Aufschlagwinkel, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (14) mittels wenigstens eines Deformationselements (20) abgestützt ist.
Prüfstand (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (14) mittels wenigstens eines Führungselements (16) in einer vorgegebenen Raumrichtung beweglich gelagert ist.