DE102013111146A1

DE102013111146A1 - Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102013111146A1
Application number: DE102013111146.7A
Authority: DE
Inventors: Ralf Keller; Eduard Ewert
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2015-04-09
Also published as: US9911952B2; CN105612631A; CN105612631B; US20160233466A1; WO2015051861A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batteriezelle (12) zum Bereitstellen und zum Speichern von elektrischer Energie, einem starren Batterierahmen (14), in dem die wenigstens eine Batteriezelle (12) aufgenommen ist, und einem Absorptionselement (24), das an dem Batterierahmen (14) mittels Verbindungsabschnitten (28) festgelegt ist, wobei das Absorptionselement (24) von dem Batterierahmen (14) beabstandet ist, so dass zwischen dem Absorptionselement (24) und dem Batterierahmen (14) ein Hohlraum (26) gebildet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer Batteriezelle zum Bereitstellen und zum Speichern von elektrischer Energie, einem starren Batterierahmen, in dem die wenigstens eine Batteriezelle aufgenommen ist und einem Absorptionselement, das an dem Batterierahmen mittels Festlegungsabschnitten festgelegt ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer elektrischen Maschine zum Bereitstellen von Antriebsleistung und mit einem Batteriemodul zum Bereitstellen von elektrischer Energie für die elektrische Maschine.
Auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik ist es allgemein bekannt, elektrische Energiespeicher zu verwenden, um das Kraftfahrzeug mit elektrischer Energie beispielsweise zum Antreiben einer Antriebsmaschine zu versorgen. Üblicherweise sind derartige Energiespeicher in einem stabilen Batteriegehäuse zum Schutz vor Beschädigungen aufgenommen. Bei hohen Beschleunigungskräften oder Deformation der Karosserie des Kraftfahrzeugs beispielsweise im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs können Beschädigungen an dem elektrischen Energiespeicher auftreten. Da derartige Beschädigungen des elektrischen Energiespeichers insbesondere bei leistungsstarken Traktionsbatterien ein hohes Gefahrenpotential für die Insassen des Kraftfahrzeugs und andere Personen aufweisen, müssen die elektrischen Energiespeicher im Kraftfahrzeug besondere Schutzvorrichtungen vor Beschädigungen aufweisen.
Aus der DE 10 2009 053 138 A1 ist zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs eine Energieabsorbiervorrichtung bekannt, bei der dem elektrischen Energiespeicher Energieabsorptionselemente zugeordnet sind, die zur Aufnahme von Verformungsenergie im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs dienen und dadurch die Batterie vor Beschädigungen schützen. Nachteilig dabei ist es, dass die Energieabsorptionselemente aufwändig in der Herstellung sind und im Falle eines Aufpralls nicht die gesamte Verformungsenergie von den Absorptionselementen aufgenommen werden kann, so dass eine mechanische Kraft auf den Energiespeicher ausgeübt wird und zu Beschädigungen führen kann.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, bei dem ein elektrischer Energiespeicher mit technisch geringem Aufwand vor Beschädigungen geschützt ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Batteriemodul dadurch gelöst, dass das Absorptionselement von dem Batterierahmen beabstandet ist, so dass zwischen dem Absorptionselement und dem Batterierahmen ein Hohlraum gebildet ist.
Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Kraftfahrzeugantriebsstrang dadurch gelöst, dass das Batteriemodul ein Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Dadurch, dass das Absorptionselement von dem Batterierahmen beabstandet ist, kann zwischen dem Batterierahmen und dem Absorptionselement eine Deformationszone gebildet werden, so dass bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs zunächst das Absorptionselement Verformungsenergie aufnehmen kann, ohne dass mechanische Kraft auf den Batterierahmen und die darin aufgenommene Batteriezelle ausgeübt wird. Im Ergebnis kann dadurch die Batteriezelle effektiv und mit geringem technischen Aufwand vor Beschädigungen geschützt werden.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Absorptionselement als Platte ausgebildet, die an ihren Enden an dem Batterierahmen festgelegt ist.
Dadurch kann das Absorptionselement mit technisch geringem Aufwand hergestellt und montiert werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Batterierahmen eine Außenplatte aufweist, die dem Absorptionselement zugewandt ist.
Dadurch kann die Batteriezelle weiterhin vor Deformationen des Absorptionselementes geschützt werden.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn der Hohlraum zwischen der Außenplatte und dem Absorptionselement gebildet ist.
Dadurch kann ein definierter Hohlraum als Deformationszone zwischen dem Absorptionselement und dem Rahmen gebildet werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Batteriemodul ein Batteriegehäuse aufweist, in dem der Batterierahmen aufgenommen ist, wobei das Absorptionselement an dem Batteriegehäuse festgelegt ist.
Dadurch kann die Stabilität des Batteriegehäuses erhöht werden, da das Batteriegehäuse sich an dem Absorptionselement abstützt.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Absorptionselement an dem Batteriegehäuse mittels Schraubelementen festgelegt ist.
Dadurch kann das Absorptionselement mit geringem Montageaufwand in dem Batteriegehäuse festgelegt werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn an gegenüberliegenden Seiten des Batterierahmens jeweils ein Absorptionselement gebildet ist.
Dadurch kann die Batteriezelle an gegenüberliegenden Seiten vor Verformung geschützt werden, die beispielsweise bei Stauchung des Kraftfahrzeugs auftreten kann.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Absorptionselement in einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs vor bzw. hinter der wenigstens einen Batteriezelle ausgebildet ist.
Dadurch kann Aufprallenergie des Kraftfahrzeugs für unterschiedliche Aufprallsituationen von dem Absorptionselement aufgenommen werden.
Es ist weiterhin bevorzugt, wenn das Absorptionselement an gegenüberliegenden Seiten eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten aufweist, die an dem Batterierahmen festgelegt sind.
Dadurch kann eine stabile Verbindung zwischen dem Batterierahmen und dem Absorptionselement gebildet werden.
Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn das Absorptionselement einstückig mit den Verbindungsabschnitten ausgebildet ist.
Dadurch können das Absorptionselement und die Verbindungsabschnitte mit technisch geringem Aufwand gefertigt werden.
Es ist weiterhin besonders bevorzugt, wenn das Absorptionselement aus Edelstahl gebildet ist.
Dadurch kann ein besonders steifes Absorptionselement bereitgestellt werden, das große Verformungsenergien aufnehmen kann.
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Batteriemodul ein effektiver Schutz für die Batteriezelle bereitgestellt werden, da das Absorptionselement Verformungsenergie im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs aufnehmen kann und sich um den Abstand des Absorptionselements von dem Batterierahmen verformen kann, ohne dass es zu einer Beschädigung der Batteriezelle kommt.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Schnittansicht eines Batteriemoduls mit einem Absorptionselement;
2 eine perspektivische Teilansicht eines Batteriemoduls mit einem Absorptionselement und einem Batteriegehäuse; und
3 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und gegenüberliegenden Absorptionselementen.
In 1 ist eine schematische Schnittansicht eines Batteriemoduls gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet ist. Das Batteriemodul 10 weist eine Mehrzahl von Batteriezellen 12 auf, die in einem Batterierahmen 14 aufgenommen und in dem Batterierahmen 14 gelagert sind. Die Batteriezellen 12 dienen dazu, elektrische Energie zu speichern und gespeicherte elektrische Energie bereitzustellen und sind mittels Stromschienen 16 elektrisch miteinander verbunden. Der Batterierahmen 14 ist im Allgemeinen in einem Batteriegehäuse 18 aufgenommen bzw. gelagert, wobei das Batteriegehäuse 18 einen Gehäuserahmen 20 aufweist, der eine doppelwandige Struktur mit Querstreben 22 aufweist, um den Gehäuserahmen 20 entsprechend mechanisch zu verstärken.
An dem Batterierahmen 14 ist ein Absorptionselement 24 festgelegt, das als flache Platte ausgebildet ist und von dem Batterierahmen 14 beabstandet ist. Zwischen dem Absorptionselement 24 und dem Batterierahmen 14 ist ein Hohlraum 26 gebildet. Das Absorptionselement 24 weist an gegenüberliegenden Seiten jeweils Verbindungsabschnitte 28 auf, die an dem Batterierahmen 14 festgelegt sind, um das Absorptionselement 24 entsprechend von dem Batterierahmen 14 zu beabstanden. Die Verbindungsabschnitte 28 sind vorzugsweise einstückig mit dem Absorptionselement 24 ausgebildet und an dem Batterierahmen 14 festgelegt. In einer besonderen Ausführungsform können die Verbindungsabschnitte 28 auch separate Abstandshalter 28 sein, die das flache Absorptionselement 24 von dem Batterierahmen 14 beabstanden. Das Absorptionselement 24 ist mehr als 3,5 mm von dem Batterierahmen 14 beabstandet, so dass entsprechend der Hohlraum 26 mit einer Dicke von mehr als 3,5 mm gebildet wird.
Das Batteriegehäuse 18 ist im Allgemeinen mittels Schraubelementen 30 an dem Absorptionselement 24 festgeschraubt, so dass sich das Batteriegehäuse 18 an dem Absorptionselement 24 abstützen kann und dadurch entsprechend die Stabilität des Gehäuserahmens 20 erhöht werden kann.
Dadurch, dass das Absorptionselement 24 von dem Batterierahmen 14 beabstandet ist, kann ein Deformationsraum gebildet werden, so dass das Absorptionselement 24 im Falle eines Aufpralls des Kraftfahrzeugs verformt werden kann, ohne dass die Batteriezellen 12 mechanische Energie aufnehmen müssen und entsprechend nicht beschädigt werden.
Das Absorptionselement 24 ist vorzugsweise als Stirnplatte an dem Batterierahmen 14 angeordnet, wobei der Batterierahmen 14 an einer dem Absorptionselement 24 zugewandten Seite eine Außenplatte aufweist, um entsprechend die Stabilität des Batterierahmen 14 zu erhöhen. Entsprechend ist der Hohlraum 26 zwischen der Außenplatte 32 des Batterierahmens 14 und dem Absorptionselement 24 gebildet.
Das Absorptionselement 24 ist im eingebauten Zustand des Batteriemoduls 10 in einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs angeordnet, die in 1 durch einen Pfeil 34 angedeutet ist. Dadurch kann bei einem Aufprall des Kraftfahrzeugs die Aufprallenergie effektiv von dem Absorptionselement 24 aufgenommen werden.
In 2 ist eine schematische Teilansicht des Batteriemoduls 10 perspektivisch dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Der Batterierahmen 14 ist aus einzelnen Segmenten 36 gebildet, die sich in einer senkrechten Richtung des Batteriemoduls 10 erstrecken. An einer Stirnseite der Batterieanordnung 10 weist der Batterierahmen 14 die Außenplatte 32 auf, wobei das Absorberelement 24 beabstandet von der Außenplatte 32 an dem Batterierahmen 14 festgelegt ist. Das Absorberelement 24 ist als Metallplatte ausgebildet und vorzugsweise aus Edelstahl gefertigt, wobei die Metallplatte an gegenüberliegenden Längsseiten jeweils die Verbindungsabschnitte 28 aufweist, die an dem Batterierahmen 14 festgelegt sind, beispielsweise durch Schweißverbindungen. Die Verbindungsabschnitte 28 sind gebogene Abschnitte der Metallplatte, die das Absorberelement 24 bildet und einstückig mit der Metallplatte verbunden. Mittels der Verbindungsabschnitte 28 ist die Metallplatte, die das Absorberelement 24 bildet, in einem Abstand von dem Batterierahmen 14 bzw. der Außenplatte 32 angeordnet, so dass zwischen den beiden Platten der Hohlraum 26 als Deformationszone gebildet wird. Der Gehäuserahmen 20 ist mittels der Schraubelemente 30 an dem Absorberelement 24 festgelegt bzw. festgeschraubt, wobei die Schraubelemente 30 in Ausnehmungen 38 des Gehäuserahmens 20 versenkt sind.
Dadurch, dass der Gehäuserahmen 20 an dem Absorberelement 24 festgelegt ist und das Absorberelement 24 mittels der Verbindungsabschnitte 28 von dem Batterierahmen 14 beabstandet ist, kann der Gehäuserahmen 20 und das Absorberelement 24 Verformungsenergie aufnehmen, ohne dass der Batterierahmen 14 und die darin aufgenommene Batteriezelle 12 beschädigt werden. Die Aufnahme von Verformungsenergie kann durch Verformen des Absorberelements 24 in Richtung des Batterierahmens 14 erfolgen, wobei eine Verformung entsprechend des Abstandes zwischen dem Absorberelement 24 und dem Batterierahmen 14 von wenigstens 3,5 mm ohne Beschädigung der Batteriezelle 12 möglich ist.
In 3 ist eine schematische perspektivische Ansicht des Batteriemoduls 10 dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
Die Batterieanordnung 10 weist an zwei gegenüberliegenden Stirnseiten jeweils ein Absorberelement 24 auf, das in oben beschriebener Weise an dem Batterierahmen 14 festgelegt ist. Die Absorberelemente 24 sind jeweils an Stirnseiten des Batterierahmens 14 festgelegt und zwar in der Fahrtrichtung 34 des Kraftfahrzeugs vor und hinter dem Batterierahmen 14, um bei einem Aufprall entsprechend die Bewegungsenergie bzw. die Verformungsenergie des Kraftfahrzeugs aufzunehmen. Die Absorberelemente 24 sind jeweils mehr als 3,5 mm von dem Batterierahmen 14 bzw. der Außenplatte 32 angeordnet, so dass insgesamt eine Deformationszone von mehr als 7 mm durch die beiden gegenüberliegenden Absorberelemente 24 gebildet wird.
Durch das Absorberelement 24 und die durch den Hohlraum 26 gebildete Deformationszone können die Batteriezellen 12 effektiv beim Aufprall des Kraftfahrzeugs vor einer Beschädigung geschützt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102009053138 A1 [0004]

Claims

Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug, mit: – wenigstens einer Batteriezelle (12) zum Bereitstellen und zum Speichern von elektrischer Energie, – einem starren Batterierahmen (14), in dem die wenigstens eine Batteriezelle (12) aufgenommen ist, und – einem Absorptionselement (24), das an dem Batterierahmen (14) mittels Verbindungsabschnitten (28) festgelegt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – das Absorptionselement (24) von dem Batterierahmen (14) beabstandet ist, so dass zwischen dem Absorptionselement (24) und dem Batterierahmen (14) ein Hohlraum (26) gebildet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) als Platte ausgebildet ist, die an ihren Enden an dem Batterierahmen (14) festgelegt ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Batterierahmen (14) eine Außenplatte (32) aufweist, die dem Absorptionselement (24) zugewandt ist.
Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (26) zwischen der Außenplatte (32) und dem Absorptionselement (24) gebildet ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das das Batteriemodul (10) ein Batteriegehäuse (18) aufweist, in dem der Batterierahmen (14) aufgenommen ist, wobei das Absorptionselement an dem Batteriegehäuse (18) festgelegt ist.
Batteriemodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) an dem Batteriegehäuse (18) mittels Schraubelementen (30) festgelegt ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass an gegenüberliegenden Seiten des Batterierahmens (14) jeweils ein Absorptionselement (24) gebildet ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) in einer Fahrtrichtung (34) des Kraftfahrzeugs vor bzw. hinter der wenigstens einen Batteriezelle (12) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) an gegenüberliegenden Seiten eine Mehrzahl von Verbindungsabschnitten (28) aufweist, die an dem Batterierahmen festgelegt sind.
Batteriemodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) einstückig mit dem Verbindungsabschnitten (28) ausgebildet ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Absorptionselement (24) aus Edelstahl gebildet ist.