DE102018130881B4 - Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug - Google Patents

Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug Download PDF

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Abstract

Traktionsbatterie (10) eines Kraftfahrzeugs,mit einem Batteriegehäuse (11), welches eine Bodenwand (12), eine Dachwand oder Deckelwand (13), Seitenwände und sich zwischen den Seitenwänden erstreckende Streben (14) aufweist, die Aufnahmeräume (15) für Batteriemodule (16) definieren,dadurch gekennzeichnet, dassin das Batteriegehäuse (11) benachbart zur Bodenwand (12) eine gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18), ein Sensor (19) und eine Verformungseinrichtung (20) integriert sind, wobei dann, wenn der Sensor (19) detektiert, dass eine auf die Bodenwand (12) einwirkende Kraft oder ein der Kraft entsprechender Parameter größer als ein Grenzwert ist, die gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18) in Richtung auf die Bodenwand (12) durch die Verformungseinrichtung (20) verformt wird.

Description

  • Die hier vorliegende Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug.
  • In Hybridfahrzeugen sowie in Elektrofahrzeugen sind Traktionsbatterien verbaut, die Antriebsleistung für eine elektrische Maschine des Kraftfahrzeugs bereitstellen, die als Antriebsaggregat dient und an einem Abtrieb Antriebsleistung bereitstellt. Derartige Traktionsbatterien verfügen über ein Batteriegehäuse mit einer Bodenwand, einer Dachwand oder Deckelwand und Seitenwänden, die einen Innenraum definieren. Innerhalb des Innenraums erstrecken sich Streben des Batteriegehäuses zwischen den Seitenwänden desselben, wobei die Streben Aufnahmeräume für Batteriemodule definieren. Ein Batteriemodul ist dabei aus mehreren Batteriezellen zusammengesetzt.
  • Eine Traktionsbatterie muss vor Beschädigungen geschützt werden. So ist aus der WO 2011/059374 A1 eine Anordnung zum Schützen einer Batterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, die in eine Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs integriert ist. Diese Sicherheitsanordnung umfasst dabei in die Karosseriestruktur integrierte Airbag-Module, die bei einem Seitencrash auslösen und sich in Richtung auf die zu schützende Batterie ausdehnen.
  • Aus der DE 10 2010 050 826 A1 ist eine weitere Anordnung mit einer Traktionsbatterie bekannt, die dem Schutz der Traktionsbatterie im Falle eines Seitencrashs dient. Elemente, die zum Schutz der Traktionsbatterie vor Beschädigung vorgesehen sind, sind die in die Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs, wie zum Beispiel in Schweller des Kraftfahrzeugs, integriert.
  • Aus der DE 10 2017 104 360 A1 ist eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Ein Bodenteil des Batteriegehäuses der Traktionsbatterie ist zur Außenseite weisend konvex gekrümmt.
  • Aus der DE 10 2013 218 811 A1 und der DE 10 2016 117 441 A1 ist weiterer Stand der Technik betreffend Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen bekannt. In der DE 10 2013 218 811 A1 ist eine Aufnahmevorrichtung für eine Traktionsbatterie um einen zentralen Anbindungspunkt des Kraftfahrzeugs drehbar gelagert. In der DE 10 2016 117 441 A1 umfasst die Traktionsbatterie Zellmodule, ein Gehäuse zum Umhüllen der Zellmodule und von den Zellmodulen örtlich getrennte Sensoren zum Messen einer mechanischen Belastung der Zellmodule.
  • Die WO 2009/065 501 A1 offenbart ein Kraftfahrzeug mit einem Airbag, welcher in einem im Crash-Fall in seiner Längsrichtung beanspruchten Trägerteil einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist.
  • DE 10 2017 220 724 Ä1 und DE 10 2018 113 855 A1 zeigen nachveröffentlichen Stand der Technik betreffend Batterien. Die DE 10 2018 113 855 A1 betrifft eine aufblasbare Schutzvorrichtung für eine Batterie eines Hybridfahrzeugs. Aus der DE 10 2017 220 724 A1 ist ein Energiespeicher mit einer Aufprallschutzeinrichtung zur Aufnahme kinetischer Energie bekannt, die ein aufblasbares Prallkissen aufweist.
  • Es besteht Bedarf daran, eine Traktionsbatterie effektiv vor einer Beschädigung zu schützen, und zwar bei Überfahren eines Hindernisses. Dies soll bei möglichst geringem Gewicht und möglichst geringem Bauraum erfolgen, um die Traktionsbatterie möglichst tief im Fahrzeug platzieren zu können. Ferner soll dies ohne die Notwendigkeit konstruktiver Änderungen an der Karosseriestruktur möglich sein.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, eine neuartige Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird durch eine Traktionsbatterie gemäß Anspruch 1 gelöst. Erfindungsgemäß sind in das Batteriegehäuse benachbart zur Bodenwand eine gewellte oder gefaltete Metallstruktur, ein Sensor und eine Verformungseinrichtung integriert, wobei dann, wenn der Sensor detektiert, dass eine auf die Bodenwand einwirkende Kraft oder ein der Kraft entsprechender Parameter größer als ein Grenzwert ist, die gewellte oder gefaltete Metallstruktur in Richtung auf die Bodenwand verformbar ist.
  • Mit der Erfindung wird erstmals vorgeschlagen, in das Batteriegehäuse der Traktionsbatterie Mittel zu integrieren, die dem Schutz der Traktionsbatterie vor einer Beschädigung beim Überfahren eines Hindernisses dienen. So sind in das Batteriegehäuse benachbart zur Bodenwand des Batteriegehäuses die Metallstruktur, der Sensor und die Verformungseinrichtung integriert. Dann, wenn der Sensor detektiert, dass eine auf die Bodenwand des Batteriegehäuses einwirkende Kraft oder eine der Kraft entsprechender Parameter, wie zum Beispiel ein Druck, größer als ein Grenzwert ist, ist die Metallstruktur durch die Verformungseinrichtung in Richtung auf die Bodenwand des Batteriegehäuses von den Batteriemodulen weg verformbar.
  • Hiermit ist bei geringem Gewicht und geringem Bauraumbedarf ein effektiver Schutz der Traktionsbatterie vor einer Beschädigung beim Überfahren eines Hindernisses möglich, ohne dass konstruktive Änderungen an der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs erforderlich sind.
  • Zum Schutz der Traktionsbatterie werden demnach keine in die Karosseriestruktur integrierten Schutzeinrichtungen genutzt, vielmehr sind die Mittel, die die erfindungsgemäße Traktionsbatterie beim Überfahren eines Hindernisses vor einer Beschädigung schützen, in die Traktionsbatterie, nämlich in das Batteriegehäuse, benachbart zur Bodenwand des Batteriegehäuses integriert.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Verformungseinrichtung einen Gasgenerator und eine Zündeinrichtung für den Gasgenerator, wobei dann, wenn der Sensor detektiert, dass die auf die Bodenwand einwirkende Kraft oder der der Kraft entsprechende Parameter größer als der Grenzwert ist, die Zündeinrichtung den Gasgenerator zündet und der Gasgenerator die gewellte oder gefaltete Metallstruktur in Richtung auf die Bodenwand verformt. Durch eine derartige Verformungseinrichtung kann die gewellte oder gefaltete Metallstruktur vorteilhaft in Richtung auf die Bodenwand, weg von den zu schützenden Batteriemodulen der Traktionsbatterie, verformt werden.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist der Sensor eine Messfolie ist, die auf eine Innenseite der Bodenwand das Batteriegehäuse aufgebracht ist. Eine derartige Messfolie erlaubt eine besonders bauraumsparende Integration des Sensors in das Batteriegehäuse und eine flächige Überwachung der auf die Bodenwand des Batteriegehäuses einwirkenden Kraft.
  • Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die gewellte oder gefaltete Metallstruktur mit Abschnitten an den sich zwischen den Seitenwänden erstreckenden Streben des Batteriegehäuses fixiert, wobei sich zwischen diesen Abschnitten gewellte oder gefaltete Abschnitte der Metallstruktur erstrecken, die von der Verformungseinrichtung faltbalgartig verformbar sind. Eine derartige Metallstruktur kann besonders vorteilhaft faltenbalgartig verformt werden, nämlich von den zu schützenden Batteriemodulen weg in Richtung auf die Bodenwand des Batteriegehäuses.
  • Das Kraftfahrzeug mit der Traktionsbatterie ist in Anspruch 7 definiert.
  • Vorzugsweise bildet die Bodenwand des Batteriegehäuses einen Unterboden des Kraftfahrzeugs. Hiermit kann das Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert werden.
  • Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden, ohne hierauf beschränkt zu sein, an Hand der Zeichnung näher erläutert. Dabei zeigt:
    • 1 einen schematisierten, ausschnittsweisen Querschnitt aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie in einem ersten Zustand derselben;
    • 2 das Detail II der 1;
    • 3 den Querschnitt der 1 in einem zweiten Zustand desselben;
    • 4 den Querschnitt der 1, 2 in einem dritten Zustand desselben;
    • 5 das Detail V der 4.
  • Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug.
  • 1 zeigt einen Ausschnitt aus einer Traktionsbatterie 10 eines Kraftfahrzeugs. Die Traktionsbatterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 11, wobei vom Batteriegehäuse 11 eine Bodenwand 12, eine Dachwand oder Deckelwand 13 sowie Streben 14 gezeigt sind. Die Streben 14 des Batteriegehäuses 11 erstrecken sich zwischen in 1 sich sichtbaren Seitenwänden des Batteriegehäuses, die sich ihrerseits zwischen der Bodenwand 12 und der Dachwand oder Deckelwand 13 erstrecken. Die Bodenwand 12, die Dachwand oder Deckelwand 13 sowie die nicht gezeigten Seitenwände des Batteriegehäuses 11 definieren einen Innenraum des Batteriegehäuses, in welchem sich die Streben 14 erstrecken.
  • Die Streben 14 definieren Aufnahmeräume 15 des Batteriegehäuses 11 für Batteriemodule 16. Gemäß 1 sind die Batteriemodule 16 gekühlt. Entlang einer Unterseite der Batteriemodule 16 erstrecken sich Kühlkanäle 17, die der Kühlung der Batteriemodule 16 dienen.
  • In das Batteriegehäuse 11 sind benachbart zur Bodenwand 12 eine gewellte oder gefaltete Metallstruktur 18, ein Sensor 19 sowie eine Verformungseinrichtung 20 für die Metallstruktur 18 integriert.
  • Dann, wenn der Sensor 19 detektiert, dass eine auf die Bodenwand 12 des Batteriegehäuses 11 einwirkende Kraft oder eine der Kraft entsprechender Parameter größer als ein Grenzwert ist, ist die gewellte oder gefaltete Metallstruktur 18 durch die Verformungseinrichtung 20 in Richtung auf die Bodenwand 12 verformbar, nämlich weg von den zu schützenden Batteriemodulen 16 der Traktionsbatterie 10.
  • 1 zeigt ein Hindernis 21, wie zum Beispiel einen Poller, der von einem Kraftfahrzeug überfahren wird. In 1 ist zwischen der Bodenwand 12 des Batteriegehäuses 11, welche einen Unterfahrschutz bildet und einen Unterboden des Kraftfahrzeugs definiert, ein Abstand ausgebildet, sodass demnach das Hindernis 21 keine Kraft bzw. keinen Druck auf die Bodenwand 12 des Batteriegehäuses 11 ausübt.
  • In 3 hingegen ist ein Zustand der Traktionsbatterie 10 gezeigt, in welchem das Hindernis 21 die Bodenwand 12 kontaktiert und so eine Kraft F auf die Bodenwand ausübt. Diese Kraft F oder eine der Kraft entsprechende Messgröße des Sensors 19 ist derart auswertbar, dass dann, wenn die detektierte Kraft bzw. der der Kraft entsprechende Parameter größer als der Grenzwert ist, die Verformungseinrichtung 20 auslöst und die gewellte oder gefaltete Metallstruktur 18 in Richtung auf die Bodenwand 12 weg von den zu schützenden Batteriemodulen 16 der Traktionsbatterie 10 verformt, wobei dies in 4, 5 gezeigt ist.
  • Bei der Verformungseinrichtung 20 handelt es sich insbesondere um einen Gasgenerator und eine Zündeinrichtung für den Gasgenerator, die in den Figuren im Detail nicht dargestellt sind.
  • Dann, wenn der Sensor 19 detektiert, dass die auf die Bodenwand 12 des Batteriegehäuses 11 einwirkende Kraft oder der der Kraft entsprechende Parameter größer als der Grenzwert ist, zündet die Zündeinrichtung den Gasgenerator und der Gasgenerator erzeugt Gas, welches die gewellte oder gefaltete Metallstruktur 18 in Richtung auf die Bodenwand 12 verformt. Derartige Details von Gasgeneratoren und Zündeinrichtungen sind zum Beispiel von Airbags bekannt.
  • Bei dem Sensor 19 handelt es sich insbesondere um eine Messfolie, wie eine Kraftmessfolie oder eine Druckmessfolie, die auf eine Innenseite der Bodenwand 12 aufgebracht ist.
  • 2 und 5 zeigen Details der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie 10 im Bereich der gewellten oder gefalteten Metallstruktur 18, nämlich 2 im durch die Verformungseinrichtung 20 unverformten Zustand und in 5 im durch die Verformungseinrichtung 20 verformten Zustand zum Schutz der Batteriemodule 16.
  • Die gewellte oder gefaltete Metallstruktur ist mit Abschnitten 18a an den Streben 14 des Batteriegehäuses 11 fixiert. Zwischen diesen Abschnitten 18a verlaufen gewellte oder gefaltete Abschnitte 18b der Metallstruktur 18, die von der Verformungseinrichtung 20 faltenbalgartig in Richtung auf die Bodenwand 12 von den zu schützenden Batteriemodulen 16 der Traktionsbatterie 10 weg verformbar sind.
  • Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie stellt selbst einen Schutz vor einer Beschädigung beim Überfahren eines Hindernisses bereit, ohne dass an der Karosseriestruktur des Kraftfahrzeugs Änderungen vorgenommen werden müssen. Die hierzu erforderlichen Komponenten, nämlich die gefaltete oder gewellte Metallstruktur 18, der Sensor 19 sowie die Verformungseinrichtung 20, sind platzsparend unter Gewährleistung eines geringen Gewichts in das Batteriegehäuse 11 der Traktionsbatterie 10 integriert.
  • Wird erkannt, dass eine auf die Bodenwand 12 des Batteriegehäuses 11 einwirkende Kraft oder ein der Kraft entsprechender Parameter größer als der Grenzwert ist, so wird die Metallstruktur 18 faltenbalgartig verformt, nämlich durch die Verformungseinrichtung 20 aufgeblasen.
  • Hierdurch wird dem zu überfahrenden Objekt ein höherer Widerstand entgegengesetzt, sodass die Gefahr, dass beim Überfahren des Hindernisses 21 Batteriemodule 16 beschädigt werden, reduziert werden kann.

Claims (8)

  1. Traktionsbatterie (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Batteriegehäuse (11), welches eine Bodenwand (12), eine Dachwand oder Deckelwand (13), Seitenwände und sich zwischen den Seitenwänden erstreckende Streben (14) aufweist, die Aufnahmeräume (15) für Batteriemodule (16) definieren, dadurch gekennzeichnet, dass in das Batteriegehäuse (11) benachbart zur Bodenwand (12) eine gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18), ein Sensor (19) und eine Verformungseinrichtung (20) integriert sind, wobei dann, wenn der Sensor (19) detektiert, dass eine auf die Bodenwand (12) einwirkende Kraft oder ein der Kraft entsprechender Parameter größer als ein Grenzwert ist, die gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18) in Richtung auf die Bodenwand (12) durch die Verformungseinrichtung (20) verformt wird.
  2. Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformungseinrichtung (20) einen Gasgenerator und eine Zündeinrichtung für den Gasgenerator umfasst, wobei dann, wenn der Sensor (19) detektiert, dass die auf die Bodenwand (12) einwirkende Kraft oder der der Kraft entsprechende Parameter größer als der Grenzwert ist, die Zündeinrichtung den Gasgenerator zündet und der Gasgenerator die gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18) in Richtung auf die Bodenwand (12) verformt.
  3. Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Sensor (19) eine Messfolie ist, die auf eine Innenseite der Bodenwand (12) aufgebracht ist.
  4. - Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Messfolie eine Kraftmessfolie oder eine Druckmessfolie ist.
  5. Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gewellte oder gefaltete Metallstruktur (18) mit Abschnitten (18a) an den sich zwischen den Seitenwänden erstreckenden Streben (14) des Batteriegehäuses (11) fixiert ist, wobei sich zwischen diesen Abschnitten (18a) gewellte oder gefaltete Abschnitte (18b) der Metallstruktur (18) erstrecken, die von der Verformungseinrichtung (20) faltbalgartig verformbar sind.
  6. Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (12) des Batteriegehäuses (11) einen Unterfahrschutz bildet.
  7. Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
  8. Kraftfahrzeug nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenwand (12) des Batteriegehäuses (11) der Traktionsbatterie (10) einen Unterboden des Kraftfahrzeugs bildet.
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