DE102018113191A1 - Vehicle with a battery for supplying the vehicle with electrical energy - Google Patents

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Abstract

Fahrzeug mit einer Batterie zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in einem die Batterie umgebenden, aus Panzerstahl gefertigten Kompartiment angeordnet ist.Vehicle with a battery for supplying the vehicle with electrical energy, characterized in that the battery is arranged in a compartment surrounding the battery, made of armored steel compartment.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Batterie zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Insbesondere betrifft die Erfindung ein Militärfahrzeug mit einer Batterie, speziell einer Lithium-Batterie, die zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie verwendet wird.The invention relates to a vehicle with a battery for supplying the vehicle with electrical energy. In particular, the invention relates to a military vehicle with a battery, especially a lithium battery, which is used to supply the vehicle with electrical energy.

Fahrzeugbatterien werden insbesondere als Akkumulatoren zur Versorgung der elektrischen Einrichtung eines Fahrzeugs, wie auch für den Fahrantrieb genutzt. Insbesondere werden hierfür Lithium-Ionen Batterien verwendet, die auch zunehmend in Militärfahrzeugen eingesetzt werden. Insbesondere sollen diese Batterien bei Militärfahrzeugen ausreichend elektrische Energie für einen Fahrzeugstart bei kalten klimatischen Bedingungen und beim rein elektrischen Betrieb des Fahrzeugs, also beispielsweise bei einem Panzer ohne Haupttriebwerk, bereitstellen.Vehicle batteries are used in particular as accumulators for supplying the electrical equipment of a vehicle, as well as for the traction drive. In particular, this lithium-ion batteries are used, which are also increasingly used in military vehicles. In particular, these batteries in military vehicles to provide sufficient electrical energy for a vehicle start in cold climates and the purely electrical operation of the vehicle, so for example in a tank without main engine.

Der Schaden, der durch defekte Batterien, speziell Lithium-Ionen-Batterien entstehen kann, ist enorm, sodass für die Verwendung derartiger Batterien in Fahrzeug ein effektives und robustes Sicherheitskonzept, speziell unter Ausbildung einer Brandunterdrückungsanlage benötigt wird.The damage that can be caused by defective batteries, especially lithium-ion batteries, is enormous, so that for the use of such batteries in the vehicle an effective and robust safety concept, especially with the formation of a fire suppression system is needed.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Fahrzeug, insbesondere ein Militärfahrzeug, zu schaffen, das unter Berücksichtigung der vorgenannten Sicherheitsbedenken im Rahmen der Fahrzeugsicherheit und des Personenschutzes sicher mit Batterien, insbesondere mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben werden kann.The object of the invention is therefore to provide a vehicle, in particular a military vehicle, which can be safely operated with batteries, in particular with lithium-ion batteries, taking into account the aforementioned safety concerns in the context of vehicle safety and personal protection.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch das Fahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Die Unteransprüche geben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung wieder.This object is achieved by the vehicle with the features of claim 1. The subclaims reflect advantageous embodiments of the invention.

Grundgedanke der Erfindung ist es, die sich aus den Materialeigenschaften von Panzerstahl ergebenden Vorteile hinsichtlich der Kühlung der Batterie, insbesondere in warmen Klimaten, und dem Schutz vor äußerer mechanischer Einwirkung, beispielsweise bei Unfällen, zu nutzen. Im Vergleich zu üblichen, für Batteriebehälter genutzten Werkstoffen weist Panzerstahl eine wesentlich höhere Festigkeit, wobei das die Batterie aufnehmende Kompartiment, also der aus Panzerstahl gefertigte Batteriebehälter die Batterie zugleich vor thermischen Einflüssen aus dem Motorraum oder der Umgebung schützt.The basic idea of the invention is to utilize the advantages resulting from the material properties of armor steel with regard to the cooling of the battery, in particular in warm climates, and the protection against external mechanical impact, for example in the case of accidents. In comparison to conventional materials used for battery containers, armor steel has a much higher strength, with the battery receiving compartment, ie the battery case made of armor steel, protecting the battery from thermal influences from the engine compartment or the environment at the same time.

Insbesondere bei Militärfahrzeugen führt die Verwendung von Panzerstahl bei der Fertigung des erfindungsgemäß ausgestalteten Kompartiments zu einem Schutz der Batterie vor äußeren Schäden und damit zu einem hohen Schutzlevel des Fahrzeugs insgesamt. Durch das erfindungsgemäß ausgebildete Kompartiment leistet die Erfindung dabei insbesondere einen wesentlichen Beitrag zum Schutzlevel des Fahrzeugs, ohne dass sich die Masse des Fahrzeugs signifikant erhöht.Especially in military vehicles, the use of armor steel in the manufacture of the inventively designed compartment leads to a protection of the battery from external damage and thus to a high level of protection of the vehicle as a whole. By means of the compartment designed according to the invention, the invention in particular makes a significant contribution to the protection level of the vehicle without the mass of the vehicle being significantly increased.

Gleichzeitig wird bevorzugt eine Brandunterdrückungsanlage vorgeschlagen, wobei auch diese im Brandfall von den Materialeigenschaften des Panzerstahls profitiert. Insbesondere weist ein mit einer Brandunterdrückungsanlage ausgestattetes oder ein als solche ausgebildetes Kompartiment eine starke Wärmedämmung auf, um zu verhindern, dass die entstehende Hitze im kritischen Fehlerfall nach außerhalb des Kompartiments dringt. Die Temperatur im Inneren des Kompartiments, unabhängig davon, ob eine Brandunterdrückungsanlage vorgesehen ist oder nicht, beträgt im Schadensfall voraussichtlich etwa 1.000 °C, wobei die das Kompartiment umgebende Temperatur nur 90 °C aufweisen dürfte. Umgekehrt hat dieses - wie bereits genannt - den positiven Effekt, dass das System vor von außen eindringender Wärme (insbesondere im Wüstenklima) geschützt ist und sich daher nur sehr langsam erwärmt.At the same time a fire suppression system is preferably proposed, which also benefits in case of fire from the material properties of the armored steel. In particular, a compartment equipped with a fire suppression system or a compartment designed as such has a high degree of thermal insulation in order to prevent the resulting heat from escaping outside the compartment in the event of a critical fault. The temperature inside the compartment, whether or not a fire suppression system is intended, is expected to be about 1,000 ° C in the event of damage, with the temperature surrounding the compartment likely to be only 90 ° C. Conversely, this has - as already mentioned - the positive effect that the system is protected from outside invading heat (especially in the desert climate) and therefore warms only very slowly.

Andere Materialien, wie beispielsweise Aluminium, würden diesen hohen Temperaturen nicht standhalten können. Die erfindungsgemäße Verwendung von Panzerstahl hat zugleich den Vorteil, dass durch den Panzerstahl auch ein ballistischer Schutz bewirkt wird, der sowohl die Batterie wie auch bevorzugt die Brandunterdrückungsanlage vor Projektilen schützt.Other materials, such as aluminum, would not be able to withstand these high temperatures. The use of armor steel according to the invention also has the advantage that the armor steel also causes a ballistic protection, which protects both the battery and preferably the fire suppression system from projectiles.

Erfindungsgemäß ist also ein Fahrzeug mit einer Batterie zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie vorgesehen, bei dem die Batterie in einem die Batterie umgebenden, aus Panzerstahl gefertigten Kompartiment angeordnet ist. Dieses Kompartiment ist insbesondere als geschlossener Behälter ausgebildet, wobei die Wandungen des Behälters wenigstens größtenteils aus Panzerstahl gebildet sind. Im Kontext der vorliegenden Anmeldung wird das Kompartiment auch als Batteriebehälter bezeichnet und beschreibt im Wesentlichen ein die Batterie vollständig umgebendes Gehäuse.According to the invention, therefore, a vehicle is provided with a battery for supplying the vehicle with electrical energy, in which the battery is arranged in a compartment surrounding the battery and made of armored steel. This compartment is designed in particular as a closed container, wherein the walls of the container are at least largely formed of armored steel. In the context of the present application, the compartment is also referred to as a battery container and essentially describes a housing completely surrounding the battery.

Wenngleich der Behälter die Batterie vollständig umgibt, können die Wandungen Öffnungen zur Durchführung elektrischer Leitungen aufweisen, die besonders bevorzugt gegen das Eintreten von Wasser gedichtet sind. Zusätzlich befindet sich dort bevorzugt eine Wassersensorik, die bei Eintritt von Wasser in das Kompartiment zu einer Warnung und einer Notabschaltung des Systems führt. Darüber hinaus können die Wandungen des Kompartiments auch Abschnitte aufweisen, in die Elemente, beispielsweise Fenster, eingesetzt sind, die aus einem anderen Material als Panzerstahl bestehen.Although the container completely surrounds the battery, the walls may have openings for passing electrical leads, which are particularly preferably sealed against the ingress of water. In addition, there is preferably a water sensor, which leads to the entry of water in the compartment to a warning and an emergency shutdown of the system. In addition, the walls of the compartment may also have sections in which elements, such as windows, are inserted, which consist of a material other than armored steel.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der verwendete Panzerstahl RHA- oder HHA-Panzerstahl, also ein „rolled homogeneous armour“- oder „high-hardness armor“-Panzerstahl ist.It is preferably provided that the armor steel used is RHA or HHA armored steel, that is to say a "rolled harmonious armor" or "high-hardness armor" steel armor.

Das die Batterie umgebende Kompartiment kann bevorzugt auch aus einer Mehrzahl von perforierten Panzerstahlplatten gebildet sein, die jeweils parallel zueinander mit einem zueinander versetzt angeordneten Lochmuster angeordnet sind. Diese Ausgestaltung führt nicht nur zu einem erhöhten ballistischen Schutz, sondern auch zu einer effektiven Kühlung der Batterie innerhalb des Kompartiments.The compartment surrounding the battery can preferably also be formed from a plurality of perforated armor steel plates, which are each arranged parallel to one another with a mutually offset hole pattern. This design not only leads to increased ballistic protection, but also to effective cooling of the battery within the compartment.

Die Batterie ist insbesondere als Lithium-Batterie ausgestaltet, die allerdings auch aus einer Mixtur verschiedener Batteriesysteme (wie Blei und Lithium) bestehend kann, die insbesondere durch eine Schaltung voneinander getrennt werden können, wobei insbesondere in dem Fall der Lithium-Batterie eine im Kompartiment angeordnete Brandunterdrückungsanlage vorgesehen ist. Alternativ kann das Kompartiment, also der Batteriebehälter selbst als Brandunterdrückungsanlage ausgebildet sein.The battery is designed in particular as a lithium battery, which, however, can also consist of a mixture of different battery systems (such as lead and lithium), which can be separated from one another, in particular in the case of the lithium battery one arranged in the compartment Fire suppression system is provided. Alternatively, the compartment, so the battery container itself be designed as a fire suppression system.

Im zuletzt genannte Fall weist das Kompartiment insbesondere eine bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Kompartiment berstenden Wandabschnitt auf. Besonders bevorzugt besteht dieser Wandungsabschnitt aus Glas, das höchst bevorzugt auf der Innenseite des Kompartiments von einem Textilgewebe überspannt ist. Das Textilgewebe ist speziell aus Aramidfasern gefertigt.In the latter case, the compartment has, in particular, a wall section bursting when a predetermined pressure is reached in the compartment. Particularly preferably, this wall section consists of glass, which is most preferably spanned on the inside of the compartment by a textile fabric. The textile fabric is specially made of aramid fibers.

Die Brandunterdrückungsanlage unterdrückt im Schadensfall eine Explosion und den Brand der Batterie. Um dieses zu erreichen, wird Sauerstoff aus dem Kompartiment entfernt und das bei Beschädigung der Batterie freigesetzte entzündliche Gasgemisch durch die Sollbruchscheibe an die Umgebung abgegeben. Das Textilgewebe sorgt einerseits dafür, dass keine Teilchen aus dem Kompartiment austreten oder in dieses eintreten können und erschwert den Gasaustausch der Umgebung mit dem Innenraum des Kompartiments.The fire suppression system suppresses in case of damage an explosion and the fire of the battery. In order to achieve this, oxygen is removed from the compartment and the flammable gas mixture released when the battery is damaged is released through the frangible disk to the environment. On the one hand, the textile fabric ensures that no particles can escape from the compartment or enter into it, making it more difficult for the environment to exchange gas with the interior of the compartment.

Die Funktionsweise einer bevorzugt vorgesehenen Brandunterdrückungsanlage besteht darin, dass diese das im kritischen Fehlerfall ausströmende Gas der bevorzugt als Lithium-Batterien ausgebildeten Batterie durch ein Kevlargewebe nach außerhalb des die Batterie umfassenden Kompartiments drückt. Dieses wird durch eine Aerosolkapsel unterstützt, die der Luft innerhalb des Kompartiments zusätzlich Sauerstoff entzieht. Gleichzeitig absorbiert das Kompartiment die Hitze, sodass zu keinem Zeitpunkt Lithiumgas, Sauerstoff und Hitze zusammentreffen können. Hierfür kann innerhalb des Kompartiments auch ein Lüfter vorgesehen sein, der die Innenluft durch den geborstenen Wandabschnitt und gegebenenfalls das Textilgewebe nach Außen drückt bzw. saugt. Insgesamt kann dadurch der Ausbruch eines Feuers wirksam verhindert werden.The operation of a fire extinguishing system which is preferably provided is that it presses out the gas, which in the event of a critical fault occurs, of the battery, which is preferably in the form of lithium batteries, through a Kevlar cloth to the outside of the compartment comprising the battery. This is supported by an aerosol capsule, which extracts additional oxygen from the air inside the compartment. At the same time, the compartment absorbs the heat so lithium gas, oxygen and heat can never come together. For this purpose, a fan may be provided within the compartment, which pushes or sucks the inside air through the ruptured wall section and optionally the textile fabric to the outside. Overall, the outbreak of a fire can be effectively prevented.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Kompartiment, also der Batteriebehälter in einem Luftkanal angeordnet, der bevorzugt an seinem einen Ende eine den Luftkanal verschließende oder öffnende Klappe aufweist. Im Anwendungsfall wird der Luftkanal höchst bevorzugt an seinen beiden Enden den Luftkanal verschließbare Klappen aufweisen. Die Klappen werden durch eine Steuerung bevorzugt bei Temperaturen von mehr als 50 °C innerhalb des Kompartiments zur Wärmeabfuhr geöffnet und gegebenenfalls bei Tauchfahrten des Fahrzeugs, beispielsweise bei Bergepanzern, geschlossen.According to a further preferred embodiment, the compartment, that is to say the battery container, is arranged in an air duct which preferably has at its one end a flap which closes or opens the air duct. In the application, the air duct is most preferably at its two ends the air duct have closable flaps. The flaps are opened by a controller preferably at temperatures of more than 50 ° C within the compartment for heat dissipation and optionally closed during dive trips of the vehicle, for example in armored recovery vehicles.

Vorteilhaft weist der Luftkanal im Bereich seines einen Endes einen Lüfter auf, mit dem Luft aus dem Kanal abgesogen und frische Luft angesogen werden kann. Hierfür ist der Luftkanal insbesondere in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet, wobei der Luftkanal mit seinen beiden Öffnungen speziell auf einer der beiden Fahrzeugseiten mündet.Advantageously, the air duct in the region of its one end has a fan with which air can be sucked out of the duct and fresh air can be sucked in. For this purpose, the air duct is aligned in particular in the longitudinal direction of the vehicle, wherein the air duct opens with its two openings specifically on one of the two sides of the vehicle.

Weiter ist das Kompartiment im Fahrzeug bevorzugt vibrationsgedämpft gelagert.Furthermore, the compartment in the vehicle is preferably mounted vibration-damped.

Schließlich ist das Fahrzeug bevorzugt als Militärfahrzeug, insbesondere als gepanzertes Fahrzeug, speziell als Panzer, ausgebildet.Finally, the vehicle is preferably designed as a military vehicle, in particular as an armored vehicle, especially as a tank.

Claims (19)

Fahrzeug mit einer Batterie zur Versorgung des Fahrzeugs mit elektrischer Energie, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie in einem die Batterie umgebenden, aus Panzerstahl gefertigten Kompartiment angeordnet ist.Vehicle with a battery for supplying the vehicle with electrical energy, characterized in that the battery is arranged in a compartment surrounding the battery, made of armored steel compartment. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Panzerstahl RHA- oder HHA-Panzerstahl ist.Vehicle after Claim 1 , characterized in that the armor steel is RHA or HHA tank steel. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompartiment aus einer Mehrzahl von perforierten Panzerstahlplatten gebildet ist, die jeweils parallel zueinander mit einem zueinander versetzt angeordneten Lochmuster angeordnet sind.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the compartment is formed of a plurality of perforated armor steel plates, which are each arranged parallel to each other with a mutually offset hole pattern arranged. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Lithium-Batterie ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the battery is a lithium battery. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine im Kompartiment angeordnete Brandunterdrückungsanlage.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized by a fire suppression system arranged in the compartment. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompartiment das Gehäuse einer die Batterie aufnehmenden Brandunterdrückungsanlage ist. Vehicle after one of the Claims 1 to 4 , characterized in that the compartment is the housing of a battery receiving fire suppression system. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompartiment eine bei Erreichen eines vorbestimmten Drucks im Kompartiment berstenden Wandabschnitt aufweist.Vehicle after one of the Claims 5 and 6 , characterized in that the compartment has a bursting when reaching a predetermined pressure in the compartment wall portion. Fahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandungsabschnitt aus Glas besteht.Vehicle after Claim 7 , characterized in that the wall section consists of glass. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandabschnitt auf der Innenseite des Kompartiments von einem Textilgewebe überspannt ist.Vehicle after one of the Claims 7 and 8th , characterized in that the wall portion is spanned on the inside of the compartment of a textile fabric. Fahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Textilgewebe aus Aramidfasern besteht.Vehicle after Claim 9 , characterized in that the textile fabric consists of aramid fibers. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompartiment in einem Luftkanal angeordnet ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the compartment is arranged in an air duct. Fahrzeug nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal wenigstens an seinem einen Ende eine den Luftkanal verschließende oder öffnende Klappe aufweist.Vehicle after Claim 11 , characterized in that the air duct has at least at one end of the air duct closing or opening flap. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal im Bereich seines einen Endes einen Lüfter aufweist.Vehicle after one of the Claims 11 and 12 , characterized in that the air duct has a fan in the region of its one end. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal in Längsrichtung des Fahrzeugs ausgerichtet ist.Vehicle after one of the Claims 11 to 13 , characterized in that the air duct is aligned in the longitudinal direction of the vehicle. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkanal auf einer der beiden Fahrzeugseiten mündet.Vehicle after one of the Claims 11 to 14 , characterized in that the air channel opens on one of the two sides of the vehicle. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kompartiment im Fahrzeug vibrationsgedämpft gelagert ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the compartment is mounted vibration damped in the vehicle. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Militärfahrzeug ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is a military vehicle. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein gepanzertes Fahrzeug ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is an armored vehicle. Fahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Panzer ist.Vehicle according to one of the preceding claims, characterized in that the vehicle is a tank.
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