DE102015008930A1

DE102015008930A1 - Schutzvorrichtung für eine elektrische Batterie und Fahrzeug

Info

Publication number: DE102015008930A1
Application number: DE102015008930.7A
Authority: DE
Inventors: Norbert Wiesheu
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2015-07-10
Filing date: 2015-07-10
Publication date: 2017-01-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung (14) für eine elektrische Batterie (5), wobei die Batterie (5) ein Batteriegehäuse (6) und zumindest ein innerhalb des Batteriegehäuses (6) angeordnetes elektrisches Speicherelement (7) umfasst und wobei zumindest ein Kraftleitelement (12) zur Leitung von auf dieses wirkenden Kräften vorgesehen ist. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Kraftleitelement (12) von einer Außenseite einer Außenwandung (8, 9, 10) des Batteriegehäuses (6) zu einer Außenseite einer gegenüberliegenden Außenwandung (8, 9, 10) des Batteriegehäuses (6) geführt, beweglich innerhalb des Batteriegehäuses (6) gelagert und ragt über zumindest eine Außenwandung (8, 9, 10) hinaus. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug (1), umfassend zumindest eine elektrische Batterie (5) und zumindest eine solche Schutzvorrichtung (14) für die elektrische Batterie (5).

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für eine elektrische Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Fahrzeug, umfassend zumindest eine elektrische Batterie und zumindest eine solche Schutzvorrichtung für die elektrische Batterie.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein Schutzvorrichtungen für in Fahrzeugen angeordnete elektrische Batterien bekannt.
Eine solche Schutzvorrichtung mit einer Batterieanordnung für ein zweispuriges Fahrzeug zeigt die DE 10 2013 006 702 A1 . Die Batterieanordnung umfasst eine Traktionsbatterie mit einem Batteriegehäuse, in welchem Einzelzellen und zumindest ein in Fahrzeugquerrichtung verlaufender Crashquerträger angeordnet sind. Mittels des Crashquerträgers ist im Seitencrashfall eingeleitete Aufprallkraft unter Überbrückung der Einzelzellen zur crashabgewandten Fahrzeugseite übertragbar. Der Crashquerträger ist zweiteilig mit einem batterieintegrierten Mittelteil ausgebildet, das außenseitig des Batteriegehäuses unter Zwischenlage eines freien Montagespalts in der Fahrzeugquerrichtung nach außen mit zumindest einem Deformationselement verlängert ist. Das Deformationselement ist mittelbar oder unmittelbar an einem Karosserielängsträger oder einem Türschweller montiert.
Weiterhin sind aus der DE 10 2009 035 492 A1 eine Batterie mit einer Mehrzahl von Einzelzellen bekannt, wobei die Einzelzellen zu einem Zellenstapel gestapelt sind. Der Zellenstapel ist von einem Batteriegehäuse umgeben. In dem Zellenstapel ist parallel zu den Batterieeinzelzellen wenigstens ein plattenförmiges Element als Crashleitelement angeordnet, welches in wenigstens zwei gegenüberliegenden Richtungen in Richtung des Batteriegehäuses aus dem Zellenstapel hinausragt. Das Crashleitelement nimmt auf den Batteriestapel und sein Batteriegehäuse einwirkende Kräfte auf und leitet diese von einer Seite des Batteriegehäuses zur einer anderen Seite des Batteriegehäuses ab.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Schutzvorrichtung für eine elektrische Batterie und ein verbessertes Fahrzeug anzugeben.
Hinsichtlich der Schutzvorrichtung wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich des Fahrzeugs durch die im Anspruch 7 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer Schutzvorrichtung für eine elektrische Batterie, welche ein Batteriegehäuse und zumindest ein innerhalb des Batteriegehäuses angeordnetes elektrisches Speicherelement umfasst, ist zumindest ein Kraftleitelement zur Leitung von auf dieses wirkenden Kräften vorgesehen.
Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Kraftleitelement von einer Außenseite einer Außenwandung des Batteriegehäuses zu einer Außenseite einer gegenüberliegenden Außenwandung des Batteriegehäuses geführt, beweglich innerhalb des Batteriegehäuses gelagert und ragt über zumindest eine Außenwandung hinaus.
Mittels der Schutzvorrichtung ist es möglich, eine auf eine Umgebung der Batterie einwirkende Kraft durch diese hindurch zu leiten und somit eine Beschädigung der Batterie zu vermeiden oder zumindest zu verringern.
Insbesondere bei einer zwischen zwei Seitenschwellern eines Fahrzeugs angeordneten Batterie ist es mittels der Schutzvorrichtung möglich, bei einem Seitenaufprall auf das Fahrzeug erzeugte Aufprallenergie durch die Batterie hindurch von einem einer Aufprallseite zugewandten Seitenschweller zu einem gegenüberliegenden, der Aufprallseite abgewandten Seitenschweller, zu leiten. Dadurch wird eine Aufnahme eines Teils der Aufprallenergie auch mittels des der Aufprallseite abgewandten Seitenschwellers realisiert, so dass eine Deformierung des der Aufprallseite zugewandten Seitenschwellers verringert wird. Hierdurch kann ein für die Batterie vorgesehener Bauraum vergrößert werden, da für die Deformierung vorgesehene Bereiche, auch als Crashbereiche bezeichnet, verringert werden können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Draufsicht auf einen Fahrzeugunterboden eines Fahrzeugs während eines seitlichen Pfahlaufpralls,
2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer elektrischen Batterie mit einem teilweise montierten Batteriegehäuse,
3 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Detaildarstellung des Ausschnitts gemäß 2,
4 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts einer elektrischen Batterie mit einem montierten Batteriegehäuse,
5 schematisch eine perspektivische Ansicht einer Detaildarstellung des Ausschnitts gemäß 2 mit in Zwischenwandungen des Batteriegehäuses angeordneten Kraftleitelementen,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht des Ausschnitts gemäß 4 mit in Zwischenwandungen des Batteriegehäuses angeordneten und über Außenwandungen des Batteriegehäuses hinausragenden Kraftleitelementen, und
7 schematisch eine perspektivische Darstellung eines Ausschnitts eines Fahrzeugs im Bereich einer zwischen Seitenschwellern an einem Fahrzeugunterboden angeordneten elektrischen Batterie und eine Schutzvorrichtung für die elektrische Batterie.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine Draufsicht auf einen Fahrzeugunterboden 1.1 eines Fahrzeugs 1 während eines so genannten seitlichen Pfahlaufpralls dargestellt.
Das Fahrzeug 1 ist ein Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug mit einer als Traktionsbatterie und Hochvolt-Batterie ausgebildeten elektrischen Batterie 2 nach dem Stand der Technik, welche am Fahrzeugunterboden 1.1 zwischen zwei Seitenschwellern 1.2, 1.3 einer Fahrzeugkarosserie in einem Tragrahmen 3 angeordnet ist.
Um für ein derartig betriebenes Fahrzeug 1 eine große Reichweite mit elektrischem Antrieb zu erzielen, weist die Batterie 2 eine große elektrische Kapazität und daraus folgend große Abmessungen auf. Aus diesem Grund ist ein Abstand zwischen der Batterie 2 und den Seitenschwellern 1.2, 1.3 gering. Insbesondere bei einem Seitenaufprall kann es deshalb durch Intrusion von Objekten 4 in die Fahrzeugkarosserie zu Verformungen und Beschädigungen der Batterie 2 kommen.
Hierbei kommt es im dargestellten Ausführungsbeispiel zu einer starken Deformation des Seitenschwellers 1.3 und einer diesem zugewandten Seite des Tragrahmens 3 und der Batterie 2. Diese Deformation bewirkende Aufprallenergien werden nur in geringem Maße mittels der Batterie 2 und des Tragrahmens 3 auf den gegenüberliegenden Seitenschweller 1.2 übertragen, so dass es einseitig zu starken Deformationen und Beschädigungen der Batterie 2 kommt.
Die 2 bis 6 zeigen in verschiedenen perspektivischen Ansichten Ausschnitte einer elektrischen Batterie 5 mit einem Batteriegehäuse 6 in unterschiedlichen Montagezuständen. 7 zeigt in einer perspektivischen Darstellung einen Ausschnitt eines Fahrzeugs 1 im Bereich einer solchen zwischen Seitenschwellern 1.2, 1.3 am Fahrzeugunterboden 1.1 angeordneten elektrischen Batterie 5 und einer Schutzvorrichtung 14 für die Batterie 5.
Innerhalb des Batteriegehäuses 6 sind mehrere elektrische Speicherelemente 7, beispielsweise Einzelzellen oder aus solchen Einzelzellen gebildete Zellblöcke, angeordnet und elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltet. Das Batteriegehäuse 6 umfasst eine als Bodenelement ausgebildete Außenwandung 8, zwei als Seitenelemente ausgebildete Außenwandungen 9, 10 und mehrere senkrecht zu den Außenwandungen 9, 10 und zwischen diesen verlaufende Zwischenwandungen 11, wobei mittels der Zwischenwandungen 11 Gruppen von Speicherelementen 7 voneinander separiert werden. In einem nicht dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Batteriegehäuse 6 zusätzlich eine als Deckelelement ausgebildete Außenwandung Die Außenwandungen 8 bis 10 und Zwischenwandungen 11 sind dabei als Strangpressprofile, insbesondere Aluminium-Strangpressprofile, ausgebildet.
Um eine Deformation und Beschädigung der Batterie 5 zu vermeiden oder zumindest zu verringern, sind zur Bildung der Schutzvorrichtung 14 innerhalb der Zwischenwandungen 11 im dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils zwei Kanäle 11.1, 11.2 ausgebildet, wobei eine Längsausdehnung der Kanäle 11.1, 11.2 senkrecht zu einer Normalenrichtung der jeweiligen Zwischenwandung 11 verläuft. Diese Kanäle 11.1, 11.2 sind beispielsweise bei einer Herstellung von Strangpressprofilen einfach erzeugbar.
Innerhalb der Kanäle 11.1, 11.2 ist jeweils ein stangenförmiges Kraftleitelement 12 beweglich gelagert und durch innerhalb der Außenwandungen 9, 10 angeordnete Öffnungen 9.1, 9.2, 10.1, 10.2 von einer Außenseite der Außenwandung 9 zu einer Außenseite der gegenüberliegenden Außenwandung 10 geführt.
Dabei ragen die Kraftleitelemente 12 über die Außenwandungen 9, 10 hinaus und sind mit beabstandet und parallel zum jeweiligen Seitenschweller 1.2, 1.3 und zur jeweiligen Außenwandung 9, 10 zwischen dem Seitenschweller 1.2, 1.3 und der Außenwandung 9, 10 angeordneten flächigen äußeren Kraftleitelementen 13 mechanisch gekoppelt. Diese äußeren Kraftleitelemente 13 werden auch als Crashwangen bezeichnet.
In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen können die Kanäle 11.1, 11.2, die Kraftleitelemente 12, sowie die Öffnungen 9.1, 9.2, 10.1, 10.2 auch abweichende Formen und Querschnitte aufweisen.
Zum Schutz der mit ihrer Schutzvorrichtung 14 zwischen den Seitenschwellern 1.2, 1.3 am Fahrzeugunterboden 1.1 angeordneten Batterie 5 bei einem Seitenaufprall, wie er beispielsweise in 1 am Bespiel der Batterie 2 nach dem Stand der Technik dargestellt ist, verlaufen Längsachsen der Kraftleitelemente 12 und der mit diesen korrespondierenden Kanäle 11.1, 11.2 zumindest im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerachse.
Kommt es zu einem solchen Seitenaufprall, wird der der Aufprallseite zugewandte Seitenschweller 1.2, 1.3 verformt. Bei einer ausreichenden Verformung kommt dieser in Kontakt mit dem zugehörigen äußeren Kraftleitelement 13.
Bei weiterer Verformung des Seitenschwellers 1.2, 1.3 wird die auftretende Aufprallenergie mittels des zugehörigen flächigen äußeren Kraftleitelements 13 und der durch die Kanäle 11.1, 11.2 geführten stangenförmigen Kraftleitelemente 12 durch die Zwischenwandungen 11 und somit durch das Batteriegehäuse 6 hindurch zum gegenüberliegenden flächigen äußeren Kraftleitelement 13 geleitet. Dieses wird in Richtung des zugehörigen Seitenschwellers 1.3, 1.2 bewegt und verformt diesen nach einem Kontakt und weiterer Krafteinleitung. Somit werden beide flächigen äußeren Kraftleitelemente 13 und beide Seitenschweller 1.2, 1.3 verformt und absorbieren zumindest einen Teil der eingeleiteten Aufprallenergie.
Um eine möglichst hohe Energieaufnahme und -übertragung der flächigen äußeren Kraftleitelemente 13 zu realisieren, ist ein minimaler Abstand zwischen den flächigen äußeren Kraftleitelementen 13 und dem jeweils zugehörigen Seitenschweller 1.2, 1.3 von Vorteil. Um gleichzeitig eine einfache Montage der Batterie 5 und der Schutzvorrichtung 14 im oder am Fahrzeug 1 sicherzustellen, sind die stangenförmigen Kraftleitelemente 12 zwischen der jeweiligen Außenwandung 9, 10 und dem zugehörigen flächigen äußeren Kraftleitelement 13 längenverstellbar ausgebildet. Hierzu ist in nicht näher dargestellter Weise beispielsweise ein Längenadapter vorgesehen, welcher als Stellschraube oder einrastender Verstellexzenter ausgebildet ist.
Abweichend von der in 7 dargestellten Ausführung, in welcher nur zwei stangenförmige Kraftleitelemente 12 vorgesehen sind und durch eine Zwischenwandung 11 geführt sind, sehen andere nicht gezeigte Ausführungen vor, dass durch eine Mehrzahl oder durch alle Zwischenwandungen 11 zumindest ein Kraftleitelement 12 beweglich geführt wird.
Alternativ oder zusätzlich können die Kraftleitelemente 12 parallel zu einer Fahrzeughochachse von der als Bodenelement ausgebildeten Außenwandung 8 zu der als Deckelelement ausgebildeten Außenwandung oder zum Fahrzeugunterboden 1.1 beweglich geführt werden. Hierdurch ist eine Energieabsorption auch bei auf eine Fahrzeugunterseite wirkenden Kräften, beispielsweise bei einem Aufsetzen des Fahrzeugs 1 auf einem Untergrund, möglich.
Bezugszeichenliste

1: Fahrzeug
1.1: Fahrzeugunterboden
1.2: Seitenschweller
1.3: Seitenschweller
2: Batterie (Stand der Technik)
3: Tragrahmen
4: Objekt
5: Batterie
6: Batteriegehäuse
7: Speicherelement
8: Außenwandung
9: Außenwandung
9.1: Öffnung
9.2: Öffnung
10: Außenwandung
10.1: Öffnung
10.2: Öffnung
11: Zwischenwandung
11.1: Kanal
11.2: Kanal
12: Kraftleitelement
13: äußeres Kraftleitelement
14: Schutzvorrichtung

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 102013006702 A1 [0004]
DE 102009035492 A1 [0005]

Claims

Schutzvorrichtung (14) für eine elektrische Batterie (5), – wobei die Batterie (5) ein Batteriegehäuse (6) und zumindest ein innerhalb des Batteriegehäuses (6) angeordnetes elektrisches Speicherelement (7) umfasst und – wobei zumindest ein Kraftleitelement (12) zur Leitung von auf dieses wirkenden Kräften vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kraftleitelement (12) – von einer Außenseite einer Außenwandung (8, 9, 10) des Batteriegehäuses (6) zu einer Außenseite einer gegenüberliegenden Außenwandung (8, 9, 10) des Batteriegehäuses (6) geführt ist, – beweglich innerhalb des Batteriegehäuses (6) gelagert ist und – über zumindest eine Außenwandung (8, 9, 10) hinausragt.
Schutzvorrichtung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kraftleitelement (12) stangenförmig oder rohrförmig ist.
Schutzvorrichtung (14) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen den sich gegenüberliegenden Außenwandungen (8, 9, 10) zumindest eine senkrecht zur Längsausdehnung der Außenwandungen (8, 9, 10) verlaufende Zwischenwandung (11) angeordnet ist, – wobei das zumindest eine Kraftleitelement (12) durch einen innerhalb der Zwischenwandung (11) angeordneten Kanal (11.1, 11.2) geführt ist.
Schutzvorrichtung (14) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Längsausdehnung des Kanals (11.1, 11.2) senkrecht zu einer Normalenrichtung der Zwischenwandung (11) verläuft.
Schutzvorrichtung (14) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenwandung (11) aus einem Strangpressprofil gebildet ist.
Schutzvorrichtung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – beabstandet zu der zumindest einen Außenwandung (8, 9, 10), über welche das zumindest eine Kraftleitelement (12) hinausragt, ein flächiges äußeres Kraftleitelement (13) angeordnet ist, – wobei das flächige äußere Kraftleitelement (13) in mechanischem Wirkzusammenhang mit dem zumindest einen Kraftleitelement (12) steht und – im Wesentlichen parallel und beabstandet zu der Außenwandung (8, 9, 10) verläuft.
Fahrzeug (1), umfassend zumindest eine elektrische Batterie (5) und zumindest eine Schutzvorrichtung (14) für die elektrische Batterie (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzvorrichtung (14) und die elektrische Batterie (5) an einem Fahrzeugunterboden (1.1) zwischen Seitenschwellern (1.2, 1.3) einer Fahrzeugkarosserie angeordnet sind.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Außenwandung (8, 9, 10), über welche das zumindest eine Kraftleitelement (12) hinausragt, im Wesentlichen parallel und beabstandet zu einem Seitenschweller (1.2, 1.3) verläuft.
Fahrzeug (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass – zwischen zumindest einem der Seitenschweller (1.2, 1.3) und einer diesem zugewandten und parallel zu diesem verlaufenden Außenwandung (8, 9, 10) das flächige äußere Kraftleitelement (13) angeordnet ist, – wobei das flächige äußere Kraftleitelement (13) beabstandet zum Seitenschweller (1.2, 1.3) angeordnet ist und – im Wesentlichen parallel zum Seitenschweller (1.2, 1.3) verläuft.