DE102019130006A1

DE102019130006A1 - Fahrzeug mit zumindest einem hochenergetischen elektrischen Stromspeicher

Info

Publication number: DE102019130006A1
Application number: DE102019130006.1A
Authority: DE
Inventors: Peter Tremel
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2019-11-07
Publication date: 2021-05-12

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit zumindest einem hochenergetischen elektrischen Stromspeicher (1, 7), insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, deren Montageraum (5) von einer tragenden Struktur (3) oder einer nichttragenden Struktur, insbesondere eine Fahrzeug-Inneneinrichtung, begrenzt ist. Erfindungsgemäß weist die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur an ihrer dem Stromspeicher (1, 7) zugewandten Seite eine Hitze- und/oder Brandschutzlage (9) auf. Alternativ und/oder zusätzlich kann der Stromspeicher (1, 7) außenseitig auf seinem Stromspeicher-Gehäuse eine Hitze- und/oder Brandschutzlage (11) aufweisen. Bei einem Brand des Stromspeichers (1, 7) ist mittels der Hitze- und/oder Brandschutzlage (9, 11) ein Überschlagen des Brandes auf die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur verzögerbar. Die Hitze- und/oder Brandschutzlage ist ein Brandschutzanstrich (9) mit der Produktbezeichnung Sika®Unitherm®Steel S oder ähnliches beziehungsweise eine Brandschutzplatte (11) mit der Produktbezeichnung PromatectⓇH oder ähnliches.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit zumindest einem hochenergetischen elektrischen Stromspeicher nach dem Oberbegriff des Anspruches 1.
Bei einem Brand eines im Fahrzeug verbauten hochenergetischen elektrischen Stromspeichers besteht das Erfordernis, ein Überschlagen des Brandes (flash-over/thermal runaway) auf tragende Strukturen (zum Beispiel Rahmenteile) und auf nichttragende Strukturen (zum Beispiel Inneneinrichtung des Fahrzeugs) lange genug zu verzögern, um gegebenenfalls den noch im Fahrzeug befindlichen Insassen genug Zeit zu geben, das havarierte Fahrzeug zu verlassen.
Im aktuellen Stand der Technik wird der oben geschilderte Verzögerungseffekt beispielhaft durch ein materialverstärktes Stromspeicher-Gehäuse und/oder durch eine Materialverstärkung angrenzender Strukturen bewirkt. Alternativ dazu ist bekannt, zusätzliche metallische Trennwände als Schutzbleche zwischen dem Stromspeicher und den angrenzenden Strukturen zu verwenden. Dies geht jedoch in der Regel mit einem Anstieg des Fahrzeuggewichts einher, der sich wiederum negativ auf die CO₂-Emissionen des Fahrzeugs auswirkt.
Aus der DE 10 2016 100 223 A1 ist eine elektrische Fahrzeug-Komponente mit hitzequellfähigem Brandschutzmaterial bekannt. Das Brandschutzmaterial ist innerhalb einer Batterie zwischen den einzelnen Batteriezellen oder zwischen dem Zellen-Verbund und dem umgebenden Batteriegehäuse. Aus der DE 10 2017 214 301 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit Brandschutzmaterial bekannt. In diesem Fall ist die Hochvoltbatterie komplett in einem Brandschutzkasten eingehaust. Aus der DE 10 2012 019 674 A1 ist ein Fahrzeug bekannt, bei dem eine Brandschutzvorrichtung als flexible Hülle realisiert ist, in der die Hochvoltbatterie positioniert ist. Aus der WO 2018/224 317 A1 ist allgemein eine Brandschutz-Zusammensetzung ohne Bezug auf Fahrzeuge bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Fahrzeug mit zumindest einem hochenergetischen elektrischen Stromspeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, bereitzustellen, mittels dem im Vergleich zum Stand der Technik auf gewichtsgünstige Weise eine Brandüberschlagsverzögerung bei einer Batterie-Havarie realisierbar ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass bei einer Batterie-Havarie heiße Abgase bzw. Reaktionsprodukte erzeugt werden, die eine Temperatur von größer als 800°C aufweisen können, wodurch die Gefahr besteht, dass eine an den Stromspeicher angrenzende tragende Struktur aufschmilzt oder eine angrenzende nichttragende Struktur sich entzündet.
Um ein solches Aufschmelzen/Entzünden der tragenden/nichttragenden Struktur zeitlich zu verzögern, ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 die tragende Struktur oder die nichttragende Struktur auf ihrer dem Stromspeicher zugewandten Seite mit einer Hitze- und/oder Brandschutzlage ausgebildet. Alternativ und/oder zusätzlich kann eine solche Hitze- und/oder Brandschutzlage auch außenseitig auf einem Stromspeicher-Gehäuse aufgebracht sein.
Die erfindungsgemäße Hitze- und/oder Brandschutzlage kann aus Materialien aus der Baustoffindustrie bei einfachen Geometrien realisiert sein. Alternativ dazu kann die erfindungsgemäße Hitze- und/oder Brandschutzlage als ein brandverzögernder Anstrich, das heißt als ein Brandschutzanstrich, realisiert sein. Speziell ein solcher brandverzögernder Anstrich kann nahezu auf jeder möglichen (geometrisch komplexen) tragenden Struktur oder nichttragenden Struktur aufgebracht werden, und zwar bei im Vergleich zum Stand der Technik deutlich reduziertem Gewicht.
In einer technischen Umsetzung ist die Hitze- und/oder Brandschutzlage ein Brandschutzanstrich mit der Produktbezeichnung Sika®Unitherm®Steel S oder ähnliches. Alternativ und/oder zusätzlich kann die Hitze- und/oder Brandschutzlage eine Brandschutzplatte mit der Produktbezeichnung Promatect®H oder ähnliches sein.
Erfindungsgemäß wird daher eine einfache Möglichkeit einer Brandverzögerung im Fahrzeug im Falle einer Batterie-Havarie bereitgestellt. Zudem führt die erfindungsgemäße Hitze- und/oder Brandschutzlage im Vergleich zum Stand der Technik zu einer wesentlich geringeren Gewichtszunahme des Gesamtfahrzeugs und damit zu einem geringeren Anstieg im Verbrauch beziehungsweise in der CO₂-Emission.
Im Vergleich zu gängigen Methoden der Materialverstärkung beziehungsweise der zusätzlichen Verwendung von Brandschutzblechen bestehen insbesondere im Falle eines erfindungsgemäßen Brandschutzanstriches keine Restriktionen bezüglich Package/Geometrie der zu schützenden tragenden Struktur oder nichttragenden Struktur des Fahrzeugs.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
Es zeigen:

1 in einer Seitenansicht ein Fahrzeug mit teilweisem Aufriss, der im Fahrzeug verbaute hochenergetische elektrische Stromspeicher zeigt; und
2 in einer vergrößerten Detailansicht den Fahrzeugboden sowie die Oberseite eines Stromspeichers, die jeweils mit einer Hitze- und/oder Brandschutzlage ausgebildet sind.

In der 1 ist eine Seitenansicht eines zweispurigen Fahrzeugs mit teilweisem Aufriss gezeigt. Demzufolge ist beispielhaft an der Fahrzeug-Unterseite eine Lithium-Ionen-Batterie 1 verbaut, die sich großflächig in einem unterhalb eines Bodenblechteils 3 bereitgestellten Batterie-Montageraums 5 erstreckt und über einen Montagefreigang f (2) vom Bodenblechteil 3 beabstandet ist. Im Kofferraum-Bereich des Fahrzeugs ist eine weitere heckseitige Lithium-Ionen-Batterie 7 bereitgestellt. Diese ist in der 1 ebenfalls unterhalb des Fahrzeugbodens 3 angeordnet. Alternativ kann die heckseitige Lithium-Ionen-Batterie 7 auch innerhalb des Kofferraums positioniert sein.
Bei einem Batterie-Brand ist sicherzustellen, dass ein Überschlagen des Batterie-Brandes auf tragende Strukturen, das heißt zum Beispiel das Bodenblechteil 3, und auf nichttragende Strukturen, zum Beispiel der Innenverkleidung im Kofferraum, verzögert wird, um gegebenenfalls den noch im Fahrzeug befindlichen Insassen genug Zeit zu geben, das havarierte Fahrzeug zu verlassen.
Vor diesem Hintergrund sind für die beiden Lithium-Ionen-Batterien 1, 7 die folgenden Sicherheitsvorkehrungen getroffen, die in der 2 beispielhaft für die großflächige Lithium-Ionen-Batterie 1 gezeigt sind: So ist in der 2 auf der Unterseite des Bodenblechteils 3 eine Hitze- und/oder Brandschutzlage 9 mit geringer Materialstärke m als ein gewichtsgünstiger brandverzögernder Anstrich (sogenannter Brandschutzanstrich) aufgetragen.
Alternativ und/oder zusätzlich kann gemäß der 2 als weiterer Hitze- und/oder Brandschutz eine nichtmetallische Brandschutzplatte 11 bereitgestellt sein, mittels der ausschließlich die Oberseite 13 der Lithium-Ionen-Batterie 1 beplankt ist. Die Brandschutzplatte 11 ist mechanisch, zum Beispiel durch Schraubverbindung 14, an der Batterie-Oberseite 13 festgelegt.
Dieselbe Brandüberschlagsverzögerung ist auch auf die heckseitige Lithium-Ionen-Batterie 7 anwendbar. Bei einem Verbau der heckseitigen Lithium-Ionen-Batterie 7 innerhalb des Kofferraums ist dessen Inneneinrichtung mit der erfindungsgemäßen Hitze-und/oder Brandschutzlage 9, 11 zu versehen, um im Brandfall ein Entzünden der Inneneinrichtung zu verzögern.
Bezugszeichenliste

1: hochenergetischer elektrischer Stromspeicher
3: Bodenblechteil
5: Montageraum
7: hochenergetischer elektrischer Stromspeicher
9: Anstrich
11: Brandschutzplatte
13: Batterie-Oberseite
14: Schraubverbindung
f: Montagefreigang
m: Materialstärke

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 102016100223 A1 [0004]
DE 102017214301 A1 [0004]
DE 102012019674 A1 [0004]
WO 2018/224317 A1 [0004]

Claims

Fahrzeug mit zumindest einem hochenergetischen elektrischen Stromspeicher (1, 7), insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, deren Montageraum (5) von einer tragenden Struktur (3) oder einer nichttragenden Struktur, insbesondere eine Fahrzeug-Inneneinrichtung, begrenzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur an ihrer dem Stromspeicher (1, 7) zugewandten Seite eine Hitze- und/oder Brandschutzlage (9) aufweist, und/oder dass der Stromspeicher (1, 7) außenseitig auf seinem Stromspeicher-Gehäuse eine Hitze- und/oder Brandschutzlage (11) aufweist, und dass bei einem Brand des Stromspeichers (1, 7) mittels der Hitze- und/oder Brandschutzlage (9, 11) ein Überschlagen des Brandes auf die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur verzögerbar ist, und dass insbesondere die Hitze- und/oder Brandschutzlage ein Brandschutzanstrich (9) mit der Produktbezeichnung Sika®Unitherm®Steel S oder ähnliches ist oder die Hitze- und/oder Brandschutzlage eine Brandschutzplatte (11) mit der Produktbezeichnung PromatectⓇH oder ähnliches ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitze- und/oder Brandschutzlage ein Anstrich (9) beziehungsweise ein dünner Materialfilm ist, der auf die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur beziehungsweise auf das Stromspeicher-Gehäuse aufgetragen ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Hitze- und/oder Brandschutzlage als eine Brandschutzplatte (11) realisiert ist, mit der die tragende Struktur (3) oder die nichttragende Struktur beziehungsweise das Stromspeicher-Gehäuse beplankt ist.
Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die auf dem Stromspeicher-Gehäuse aufgebrachte Hitze- und/oder Brandschutzlage (9, 11) ausschließlich auf der, der tragenden Struktur (3) oder der nichttragenden Struktur zugewandten Batterie-Seite (13) aufgebracht ist, während die verbleibenden Batterie-Seiten frei von der Hitze- und/oder Brandschutzlage (9, 11) sind.