DE102020118892A1

DE102020118892A1 - Batterieanordnung mit Flutungsvorrichtung für Hochvolt-Batterie sowie Kraftfahrzeug und Betriebsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE102020118892A1
Application number: DE102020118892.7A
Authority: DE
Inventors: Michael Grabowski; Dirk Bäder
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2020-07-16
Filing date: 2020-07-16
Publication date: 2022-01-20

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung (11) für ein Kraftfahrzeug (10) mit einer Hochvolt-Batterie (16) und einer Flutungsvorrichtung (16) für die Hochvolt-Batterie (12). Die Hochvolt-Batterie (12) weist mehrere in einem Batteriegehäuse (14) der Hochvolt-Batterie angeordnete Batteriezellen (13) auf und ist von einer Gehäusestruktur (18) der Flutungsvorrichtung vollständig umschlossen, sodass ein durchströmbarer Zwischenraum (20) verbleibt. Es ist ferner vorgesehenen, dass ein erster Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) und ein zweiter Stutzen (24a, 24b) der Flutungsvorrichtung (16) an der Gehäusestruktur (18) angeordnet sind, wobei der erste Stutzen (22a, 22b) zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Zwischenraum (20) und der zweite Stutzen (24a, 24b) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum (20) ausgebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie und eine Flutungsvorrichtung für die Hochvolt-Batterie. Ferner umfasst die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieanordnung sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Batterieanordnung.
Eine Hochvolt-Batterie im Sinne der Erfindung umfasst zumindest eine und insbesondere mehrere elektrisch leitend miteinander verschalteter Batteriezellen, die innerhalb eines Batteriegehäuses der Hochvolt-Batterie angeordnet sind. Eine solche Batteriezelle stellt bevorzugt eine Spannung im Bereich von 3,5 und 4,0 Volt bereit. Dabei kann eine solche Batteriezelle beispielsweise als eine prismatische Zelle, eine Pouchzelle, oder eine Rundzelle ausgebildet sein. Die Hochvolt-Batterie kann dazu eingerichtet sein, eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere im Bereich von mehreren 100 Volt, bereitzustellen. Dabei kann eine solche Hochvolt-Batterie in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, wo sie einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor, mit elektrischer Energie versorgt.
Bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs kann zumindest eine Batteriezelle einer solchen Hochvolt-Batterie beschädigt werden und unter Umständen zu brennen beginnen.
Aus der DE 10 2014 011 609 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvolt-Batterie und einer Fluidverbindung bekannt. Die Fluidverbindung ist dazu eingerichtet, in einem Löschbetrieb eine Löschflüssigkeit von einer Funktionsöffnung zu der Hochvolt-Batterie zu leiten.
Ferner beschreibt die CN110404207A eine Feuerlöschvorrichtung für ein Gehäuse einer Leistungsbatterie eines Kraftfahrzeugs, wobei ein Flüssigkeitseinlass über eine Rohrleitung und eine Düse mit dem Gehäuse der Leistungsbatterie verbunden ist.
Um eine solche Hochvolt-Batterie im Falle eines Brandes sicher und effizient zu löschen, das heißt kontrolliert thermisch abklingen zu lassen, kann es auch vorgesehen sein, das Kraftfahrzeug vollständig zu fluten. Dabei kann beispielsweise ein Kran das Kraftfahrzeug innerhalb eines Container positionieren und ein Löschfahrzeug den Container mit einer Kühlflüssigkeit, insbesondere mit Wasser, füllen. Dadurch kann das Kraftfahrzeug jedoch beschädigt oder gegebenenfalls sogar zerstört werden.
Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zum Löschen einer Hochvolt-Batterie der eingangs beschriebenen Art mittels einer entsprechenden Flutungsvorrichtung anzugeben, wobei ein Löschschaden an einem die Hochvolt-Batterie aufweisenden Kraftfahrzeug verhindert oder geringgehalten werden kann. Ferner ist es die Aufgabe der Erfindung ein Betriebsverfahren hierzu bereitzustellen.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
Durch das verbesserte Konzept ist eine Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Batterieanordnung umfasst eine Hochvolt-Batterie und eine Flutungsvorrichtung für die Hochvolt-Batterie. Die Hochvolt-Batterie weist ein Batteriegehäuse und mehrere Batteriezellen in dem Batteriegehäuse auf. Die Flutungsvorrichtung umfasst eine Gehäusestruktur, welche die Hochvolt-Batterie vollständig umschließt, sodass ein durchströmbarer Zwischenraum verbleibt. Ferner umfasst die Flutungsvorrichtung einen ersten Stutzen und einen zweiten Stutzen, die an der Gehäusestruktur angeordnet sind. Der erste Stutzen ist dazu ausgebildet, eine Flüssigkeit in den Zwischenraum einzuleiten. Der zweite Stutzen ist dazu ausgebildet, die Flüssigkeit aus dem Zwischenraum auszuleiten.
Mit anderen Worten weist die Batterieanordnung die Hochvolt-Batterie und die Flutungsvorrichtung auf. Die Hochvolt-Batterie weist mehrere elektrisch leitend miteinander verbundene Batteriezellen auf, die von dem Batteriegehäuse der Hochvolt-Batterie ummantelt sind. Vorzugsweise handelt es sich bei der Hochvolt-Batterie um eine Hochvolt-Batterie der eingangs beschriebenen Art. Die Flutungsvorrichtung umfasst die Gehäusestruktur. Als Gehäusestruktur im Sinne der Erfindung kann ein Behältnis verstanden werden, das einen Innenraum von einer die Gehäusestruktur umgebenden Umgebung abgrenzt. Im Zusammenhang mit der Batterieanordnung umschließt die Gehäusestruktur die darin angeordnete Hochvolt-Batterie vollständig. Bei einer Anordnung der Hochvolt-Batterie innerhalb des von der Gehäusestruktur vorgegebenen Innenraums umhüllt, d.h. ummantelt die Gehäusestruktur das Batteriegehäuse der Hochvolt-Batterie. Dabei verbleibt der durchströmbare Zwischenraum. Dieser Zwischenraum kann zwischen einer den Innenraum begrenzenden Innenwand der Gehäusestruktur und einer Außenseite der Hochvolt-Batterie, insbesondere jene des Batteriegehäuses, ausgebildet sein. Somit gibt der Zwischenraum eine Lücke, das heißt ein Hohlvolumen zwischen der Gehäusestruktur der Hochvolt-Batterie an. Der Zwischenraum ist dazu ausgebildet, von einem Fluid durchströmt zu werden. Bei dem Fluid kann es sich um eine Flüssigkeit handeln, die als ein Kühlmittel dazu ausgebildet ist, die Hochvolt-Batterie zu temperieren, insbesondere zu kühlen. Dadurch kann ein Brand zumindest einer der Batteriezellen gelöscht und ein Übergreifen des Brandes auf davon abweichende der Batteriezellen bzw. eine Umgebung der Hochvolt-Batterie vorteilhafterweise verhindert werden. Beispielsweise handelt es sich bei der Flüssigkeit insbesondere um kostengünstig verfügbares Wasser, alternativ um eine sonstige Löschflüssigkeit. Dabei ist die Gehäusestruktur zumindest teilweise fluiddicht, um einen Verlust der Flüssigkeit zu verhindern oder zu verringern. Unter einer zumindest teilweisen Dichtheit gegen einen Austritt des Fluids, das heißt der zumindest teilweise fluiddichten Ausgestaltung der Gehäusestruktur, wird dabei verstanden, dass der Verlust der Flüssigkeit in Abhängigkeit von einem durch eine vollständige Dichtung bedingten Mehraufwand in Kauf genommen wird. Insbesondere kann dabei beispielsweise auf ein zusätzliches Abdichten einer Fügestellen zweier die Gehäusestruktur bildender Bauteile oder der Gehäusestruktur und zumindest einen der beiden Stutzen verzichtet werden. Ferner kann beispielsweise ein möglicher Schaden bedingt durch einen Aufprall die Dichtheit beeinträchtigen, wobei die Gehäusestruktur weiterhin - wenn auch unter Berücksichtigung des Verlusts an Flüssigkeit - durchströmbar bleibt.
Um ein Durchströmen des Zwischenraums durch die Flüssigkeit zu realisieren, sind an der Gehäusestruktur der erste Stutzen der Flutungsvorrichtung und der zweite Stutzen der Flutungsvorrichtung angeordnet. Jeder Stutzen, das heißt der erste Stutzen sowie der zweite Stutzen, kann jeweils ein Rohrstück aufweisen, das jeweils an einem Hohlkörper, das heißt der als Behältnis ausgebildeten Gehäusestruktur, angesetzt ist. Somit bildet jeder Stutzen eine jeweilige Öffnung an der Gehäusestruktur. Dabei kann der erste Stutzen als ein Einlass dazu ausgebildet sein, die Flüssigkeit von der Umgebung der Gehäusestruktur in den Zwischenraum einzuleiten, das heißt ein gezieltes Einströmen der Flüssigkeit in den Zwischenraum einzustellen. Der zweite Stutzen kann als ein Auslass dazu ausgebildet sein, die Flüssigkeit aus dem Zwischenraum in die Umgebung der Gehäusestruktur auszuleiten, das heißt ein gezieltes Ausströmen der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum zu realisieren. Insbesondere können mehrere erste Stutzen und/oder mehrere zweite Stutzen an der Gehäusestruktur angeordnet sein. Somit ist eine derartige Gehäusestruktur dazu ausgebildet, über den ersten Stutzen die Flüssigkeit in den Zwischenraum einzuleiten und nach einem zumindest teilweisen Durchströmen des Zwischenraumes die Flüssigkeit über den zweiten Stutzen aus dem Zwischenraum und somit aus der Gehäusestruktur abzuführen. Die den Zwischenraum durchströmende Flüssigkeit kann dabei entlang der Innenwand der Gehäusestruktur sowie der Außenseite der Hochvolt-Batterie, insbesondere jener des Batteriegehäuses, strömen. Ein Einleiten der Flüssigkeit in das Batteriegehäuse, sodass die zumindest eine Batteriezelle von der Flüssigkeit umspülbar ist, ist explizit nicht vorgesehen.
Durch die Batterieanordnung gemäß dem verbesserten Konzept ergibt sich insbesondere der Vorteil, dass ein separates Löschbehältnis, beispielsweise ein separater Wassercontainer, für das Kraftfahrzeug zum thermischen Abklingen der Hochvolt-Batterie entfallen kann. Ferner kann auf ein vollständiges Fluten des die Hochvolt-Batterie umfassenden Kraftfahrzeugs sowie die hierzu erforderlichen Arbeitsschritte und Vorrichtungen, beispielsweise einen Kran, verzichtet werden. Dabei kann vorteilhafterweise ein löschbedingter Schaden verringert und auf eine entsprechende Schutzmaßnahme, beispielsweise einen erhöhten Korrosionsschutz in dem Kraftfahrzeug, verzichtet werden. Insbesondere kann durch die Batterieanordnung eine Zeit zum Löschen der Hochvolt-Batterie verkürzt und dadurch die Hochvolt-Batterie besonders sicher betrieben werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der erste Stutzen zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum und der zweite Stutzen zum Einleiten der Flüssigkeit in den Zwischenraum ausgebildet ist. Somit ist der erste Stutzen dazu ausgebildet, die Flüssigkeit in den Zwischenraum einzuleiten und auszuleiten. Der zweite Stutzen ist dabei analog zum ersten Stutzen ausgebildet. Somit ist jeder Stutzen multifunktional sowohl als Einlass als auch als Auslass ausgebildet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Funktion jedes Stutzens insbesondere in Abhängigkeit von einer jeweiligen Zugänglichkeit ausgewählt werden kann. Beispielsweise können nach einem Unfall des Kraftfahrzeugs der erste Stutzen beschädigt und der zweite Stutzen unbeschädigt sein. Dabei kann der erste Stutzen in seiner Funktion derart eingeschränkt sein, dass das Ausleiten der Flüssigkeit möglich und das Einleiten der Flüssigkeit erschwert ist, da ein Anschluss an eine die Flüssigkeit bereitstellende Flüssigkeitsquelle beschädigt sein kann. In diesem Fall kann der unbeschädigter zweite Stutzen als Einlass und der beschädigte erste Stutzen als Auslass dienen. Alternativ oder zusätzlich kann jeder der Stutzen auch zeitlich hintereinander als Einlass und als Auslass dienen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der erste Stutzen und der zweite Stutzen jeweils eine Kuppeleinheit zum reversiblen Verbinden mit einer die Flüssigkeit führenden Leitung aufweisen. Die jeweilige Kuppeleinheit ist dazu ausgebildet, den zugehörigen der beiden Stutzen mit der flüssigkeitsführenden Leitung zu verbinden. Die jeweilige Kuppeleinheit kann dabei den jeweiligen Stutzen mit der Leitung beispielsweise mittels eines Bajonettverschluss-Prinzip zusammenkuppeln. Die jeweilige Kuppeleinheit kann insbesondere als eine Knaggenkupplung (zum Beispiel eine Storz-Kupplung) ausgebildet sein. Eine mittels der jeweiligen Kuppeleinheit hergestellte Verbindung ist reversibel lösbar, sodass die Verbindung zerstörungsfrei hergestellt und bei Bedarf wieder gelöst werden kann. Bei der flüssigkeitsführenden Leitung kann es sich beispielsweise um einen Feuerwehrschlauch handeln, mittels welcher die Flüssigkeit über eine Wegstrecke gefördert werden kann. Die Wegstrecke kann dabei vorgegeben sein von einem Abstand zwischen der Flutungsvorrichtung und einer Flüssigkeitsentnahmestelle (zum Beispiel einem Hydranten, einem mobilen oder stationären Flüssigkeitstank). Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels der jeweiligen Kuppeleinheit besonders einfache eine robuste Verbindung zwischen der Flutungsvorrichtung und der flüssigkeitsführenden Leitung bereitgestellt werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass an der Gehäusestruktur ein Überdruckventil der Flutungsvorrichtung angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein aus der Hochvolt-Batterie ausströmendes Gas aus dem Zwischenraum auszuleiten. Das Gas kann insbesondere dann aus der Hochvolt-Batterie ausströmen, wenn es zu einem Schadensfall (zum Beispiel interner Kurzschluss) in zumindest einer der Batteriezellen, insbesondere deren galvanischer Zelle, kommt. Aufgrund einer daraus folgenden chemischen Reaktion kann sich das Gas, dessen Zusammensetzung von einer jeweiligen Zellchemie abhängig ist, in einem Inneren der zumindest einen Batteriezelle bilden. Hierdurch kann die zumindest eine der Batteriezellen einen gegenüber einem vorbestimmten Betriebsdruck erhöhten Batteriezellendruck aufbauen und bei einem sogenannten thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) aus der zumindest einen Batteriezelle austreten. Um vorteilhafterweise eine Ansammlung des Gases innerhalb des Zwischenraumes zu begrenzen oder zu verhindern und dabei eine Explosionsgefahr zu verringern, ist das Überdruckventil vorgesehen. Unter dem Überdruckventil im Sinne der Erfindung wird ein feder-, gewichts- oder mediumbasiertes Sicherheitsventil verstanden, dass den Zwischenraum vor einem unzulässigen Druckanstieg schützt, das heißt den Zwischenraum von dem Gas entlasten. Alternativ oder zusätzlich ist der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen dazu ausgebildet, das Gas aus dem Zwischenraum auszuleiten. Dabei kann das Gas für sich oder gemeinsam mit der Flüssigkeit ausströmen. Alternativ oder zusätzlich kann an dem Überdruckventil ein Schlauch angeschlossen sein, um bei einer möglichen Toxizität des Gases ein gezieltes Abführen zu ermöglichen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Gehäusestruktur einen abgedichteten Durchbruch aufweist, durch welchen hindurch eine Verbindungsleitung der Flutungsvorrichtung angeordnet ist. Somit dringt durch den abgedichteten Durchbruch hindurch die Verbindungsleitung in die Gehäusestruktur ein. Dabei handelt es sich bei der Verbindungsleitung insbesondere um eine Leitung, die sich von der im Zusammenhang mit der jeweiligen Kuppeleinheit beschriebenen flüssigkeitsführenden Leitung unterscheidet. Der Durchbruch kann als eine Öffnung verstanden werden, durch welche der Innenraum der Gehäusestruktur von der Umgebung aus zugänglich ist. Der Durchbruch kann eine Dichtung aufweisen, sodass ein Austritt, das heißt ein ungewollter Übergang der Flüssigkeit von dem Zwischenraum in die Umgebung verhindert werden kann. Die Dichtung kann beispielsweise als eine statische oder eine dynamische Dichtung ausgebildet sein. Die Verbindungsleitung ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Strom und/oder ein Kühlmittel zu der Hochvolt-Batterie zu führen und umgekehrt. Somit kann mittels der Verbindungsleitung die Hochvolt-Batterie mit elektrischem Strom geladen und entladen, beispielsweise beim Antreiben eines elektrischen Verbrauchers (zum Beispiel ein Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs). Alternativ oder zusätzlich kann die Hochvolt-Batterie in einem bestimmungsgemäßen Betrieb über die Verbindungsleitung temperiert, das heißt gekühlt oder gewärmt werden. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der bestimmungsgemäße Betrieb der Hochvolt-Batterie und das Löschen der Hochvolt-Batterie im Brandfall voneinander unabhängig sind.
Gemäß dem verbesserten Konzept ist auch ein Kraftfahrzeug mit einer Batterieanordnung bereitgestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterieanordnung um eine Ausführungsform der Batterieanordnung gemäß dem verbesserten Konzept. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als ein Kraftwagen, insbesondere als ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als ein Personenbus oder ein Motorrad ausgestaltet. Die Batterieanordnung umfasst eine Hochvolt-Batterie für das Kraftfahrzeug sowie eine Flutungsvorrichtung für die Hochvolt-Batterie. Die Hochvolt-Batterie kann dazu ausgebildet sein, einen Elektroantrieb oder einen Hybridantrieb des Kraftfahrzeugs elektrisch zu versorgen, sodass das Kraftfahrzeug zumindest teilweise elektrisch antreibbar ist. Die Flutungsvorrichtung weist eine Gehäusestruktur auf, welche die Hochvolt-Batterie, insbesondere deren Batteriegehäuse, vollständig umschließt, sodass ein durchströmbarer Zwischenraum verbleibt. Ferner ist an der Gehäusestruktur ein erster Stutzen zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Zwischenraum und ein zweiter Stutzen zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum angeordnet.
Die Gehäusestruktur der Flutungsvorrichtung ist wenigstens teilweise durch eine Karosserie und/oder durch ein Anbauteil des Kraftfahrzeugs gebildet. Somit ist die Gehäusestruktur zumindest abschnittsweise ein Teil der Karosserie und alternativ oder zusätzlich des Anbauteils. Insbesondere kann die Gehäusestruktur vollständig oder zumindest im Wesentlichen in die Karosserie und/oder das Anbauteil integriert sein. Als Karosserie im Sinne der Erfindung wird ein Aufbau des Kraftfahrzeugs auf einem tragenden Fahrgestell (Chassis oder Rahmen) oder der Aufbau und das Fahrgestell des Kraftfahrzeugs verstanden. Dabei kann die Karosserie beispielsweise einen Schweller umfassen, der zwischen einem vorderen und einem hinteren Radkasten in Fahrzeughochrichtung unterhalb eines Türeinstiegs angeordnet ist. Ferner kann die Karosserie eine tragende Fahrzeugsäule (zum Beispiel A-Säule, B-Säule, C-Säule, D-Säule) umfassen, die einen Dachbereich mit einem Unterbau der Karosserie verbindet. Das Anbauteil des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise als eine Tür, ein Unterfahrschutz, ein Kotflügel, eine Klappe oder ein Scharnier ausgebildet sein, das fest in die Karosserie integriert sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei dem Anbauteil auch um einen Spoiler, einen Front- oder Heckflügel handeln. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Flutungsvorrichtung in eine bestehende Struktur, das heißt die Karosserie und alternativ oder zusätzlich das Anbauteil, des Kraftfahrzeugs integriert werden kann und kein zusätzlicher Bauraum zum Anordnen der Flutungsvorrichtung innerhalb des Kraftfahrzeugs erforderlich ist. Vorteilhafterweise umfasst der Zwischenraum der Gehäusestruktur jenen Hohlraum zwischen der Hochvolt-Batterie und der Karosserie bzw. dem Anbauteil, welcher dazu ausgebildet ist, bei einem Aufprall eine Verformung der Karosserie bzw. des Anbauteils aufzunehmen (eine sogenannte Knautschzone). Somit ist diesem Hohlraum eine zusätzliche Funktion, das heißt eine Aufnahme einer in die Gehäusestruktur eingeleiteten Flüssigkeit im Brandfall, zuordenbar.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Karosserie und/oder das Anbauteil eine erste Komponente und eine zweite Komponente aufweist. Als Komponente in diesem Zusammenhang kann beispielsweise der Schweller, ein Motorraum, ein frontseitiger oder heckseitiger Kofferraum, ein Unterboden oder ein Heckabschluss verstanden werden. Dabei ist der erste Stutzen der Flutungsvorrichtung an der ersten Komponente und der zweite Stutzen der Flutungsvorrichtung an der ersten Komponente oder der zweiten Komponenten angeordnet. Somit kann beispielsweise der erste Stutzen in einem Bereich des Motorraums und der zweite Stutzen ebenfalls in dem Bereich des Motorraums oder in einem davon abweichenden Bereich positioniert sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die beiden Stutzen für eine besonders einfache Zugänglichkeit flexibel innerhalb des Kraftfahrzeugs anordenbar sind.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen der Flutungsvorrichtung jeweils über ein Führungselement der Gehäusestruktur von der Gehäusestruktur durch die Karosserie und/oder durch das Anbauteil zu einer Außenseite des Kraftfahrzeugs reicht. Die Außenseite ist eine flächige Außenhülle des Kraftfahrzeugs, mittels welcher das Kraftfahrzeug nach außen an einer Umgebung angrenzt. Somit ist über das jeweilige Führungselement zumindest einer der beiden Stutzen der Flutungsvorrichtung mit der Außenhülle des Kraftfahrzeugs verbunden. Bei dem jeweiligen Führungselement können sich beispielsweise um einen fluiddichten Rohr- oder Leitungsabschnitt handeln, das dazu eingerichtet ist, die Flüssigkeit von der Außenhülle zu dem jeweiligen der Stutzen in die Gehäusestruktur zu leiten und umgekehrt. Das jeweilige Führungselement kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder einem Metall gebildet sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die beiden Stutzen mittels des jeweiligen Führungselements von der Umgebung des Kraftfahrzeugs aus zugänglich sind. Dadurch kann auf ein aufwändiges Einfädeln oder Durchführen einer Zuleitung durch die Karosserie und/oder das Anbauteil hindurch zu dem jeweiligen der Stutzen entfallen.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Kraftfahrzeug eine Verkleidung mit einem ersten Verkleidungselement und einem zweiten Verkleidungselement aufweist. Als Verkleidung im Sinne der Erfindung wird ein flächiges Bauteil (Schalung) des Kraftfahrzeugs verstanden, welches eine Oberfläche des Kraftfahrzeugs bildet. Dabei umfasst die Verkleidung insbesondere zwei Verkleidungselemente, das heißt das erste Verkleidungselement und das zweite Verkleidungselement, wobei das zweite Verkleidungselement das erste Verkleidungselement sein oder von dem ersten Verkleidungselement abweichen kann. Das zweite Verkleidungselement weist eine Aussparung für eine abnehmbare Abdeckung auf. Bei der Abdeckung kann es sich beispielsweise um eine verlagerbare Klappe oder einen entfernbaren Deckel handeln. Bei der Aussparung handelt es sich um eine Öffnung oder eine Einbuchtung des zweiten Verkleidungselements. Dabei kann mittels der Abdeckung die Aussparung des zweiten Verkleidungselements derart ausgefüllt sein, dass eine optische Identifizierung der Aussparung erschwert oder verhindert ist. Der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen der Flutungsvorrichtung ist jeweils von dem ersten Verkleidungselement der Verkleidung oder der Abdeckung verdeckt. Als eine Verdeckung im Sinne der Erfindung wird verstanden, dass bei einem bestimmungsgemäßen Abstellen des Kraftfahrzeugs auf einer Fahrbahnoberfläche von einer beobachtenden Position der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen verdeckt, das heißt unsichtbar ist. Dabei ist die beobachtende Position im Vergleich zur Fahrbahnoberfläche in Fahrzeughochrichtung zumindest um 0,5 m erhöht. Somit ist der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen für eine auf der Fahrbahnoberfläche stehende Person unsichtbar, das heißt optisch nicht erfassbar. Ferner befindet sich der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen für einen Sensor, der ausgehend von der beobachtenden Position auf das abgestellte Kraftfahrzeug gerichtet ist, außerhalb eines direkten, das heißt unmittelbaren Erfassungsbereichs. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der erste Stutzen und/oder der zweite Stutzen derart in ein Design des Kraftfahrzeugs integriert ist, dass eine optische Wahrnehmung erschwert und eine Beeinflussung einer Form des Kraftfahrzeugs durch zumindest einen der beiden Stutzen begrenzt ist.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieanordnung beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Gemäß dem verbesserten Konzept ist auch ein Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt. Das Verfahren zum Betreiben kann auch als ein sogenanntes Betriebsverfahren bezeichnet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei der Batterieanordnung um eine Ausführungsform der Batterieanordnung gemäß dem verbesserten Konzept sowie bei dem Kraftfahrzeug um eine Ausführungsform des Kraftfahrzeugs gemäß dem verbesserten Konzept. Die Batterieanordnung umfasst eine Hochvolt-Batterie und eine Flutungsvorrichtung für die Hochvolt-Batterie. Die Hochvolt-Batterie umfasst ein Batteriegehäuse und mehrere in dem Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen. Die Flutungsvorrichtung weist eine zumindest teilweise fluiddichte Gehäusestruktur auf, welche die Hochvolt-Batterie vollständig umschließt, sodass ein durchströmbarer Zwischenraum verbleibt. Ferner sind an der Gehäusestruktur ein erster Stutzen und ein zweiter Stutzen angeordnet.
In einer ersten Betriebsphase des Verfahrens wird durch den ersten Stutzen eine Flüssigkeit in den Zwischenraum eingeleitet, um die Hochvolt-Batterie zu umspülen. Ferner wird in der ersten Betriebsphase die Flüssigkeit durch den zweiten Stutzen aus dem Zwischenraum ausgeleitet. Somit ist die erste Betriebsphase dadurch charakterisiert, dass mittels des ersten Stutzens, welcher der Gehäusestruktur als Einlass dient, von einer Umgebung der Flutungsvorrichtung, insbesondere einer Umgebung des Kraftfahrzeugs, die Flüssigkeit in den Zwischenraum eingeleitet wird. Anschließend durchströmt die Flüssigkeit den Zwischenraum derart, dass die Hochvolt-Batterie zumindest größtenteils umspült ist. Hierbei ist es von Vorteil, wenn eine von der Flüssigkeit umspülte Oberfläche der Hochvolt-Batterie maximal ist. Beim Umspülen der Hochvolt-Batterie kann die Flüssigkeit eine Wärme der Hochvolt-Batterie aufnehmen und aufgrund einer Strömung der Flüssigkeit abführen. Die von der Wärme der Hochvolt-Batterie erwärmte Flüssigkeit wird anschließend durch den zweiten Stutzen aus dem Zwischenraum ausgeleitet. Dadurch tritt die Flüssigkeit kontrolliert zunächst über den Einlass (erster Stutzen) in den Zwischenraum der Gehäusestruktur, wobei sie innerhalb der Gehäusestruktur in dem Zwischenraum entlang der Hochvolt-Batterie zu dem Auslass (zweiter Stutzen) strömt und aus dem Zwischenraum austritt. Somit kann die Hochvolt-Batterie in einem Schadensfall im Zusammenhang mit einem Erhitzen oder einem Brennen zumindest einer Batteriezelle der Hochvolt-Batterie besonders sicher und zuverlässig gelöscht werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass in einer zeitlich nach der ersten Betriebsphase folgenden zweiten Betriebsphase der Zwischenraum zunächst mit der Flüssigkeit durch den ersten Stutzen gefüllt wird, wobei die Flüssigkeit in dem Zwischenraum temporär strömungsfrei ruht und erst nach einer vorgegebenen Verweildauer durch zumindest einen der zwei Stutzen ausströmt. Somit wird nach einem kontrollierten Einleiten der Flüssigkeit durch den ersten Stutzen und einem gezielten Ausleiten der Flüssigkeit durch den zweiten Stutzen während der ersten Betriebsphase in der darauffolgenden zweiten Betriebsphase zuerst die Flüssigkeit durch den ersten Stutzen eingeleitet, die in dem Zwischenraum verweilt, bis die vorgegebene Verweildauer überschritten ist. Dann strömt die die Flüssigkeit durch zumindest einen der zwei Stutzen, das heißt den ersten Stutzen und/oder den zweiten Stutzen, aus. Somit befindet sich die die Flüssigkeit zunächst in einem in den Zwischenraum einströmenden Zustand, dann in einem innerhalb des Zwischenraums strömungsfreien Zustand und abschließend in einem aus dem Zwischenraum ausströmenden Zustand. Die Verweildauer kann beispielsweise von einer Zellchemie oder einer Temperatur der Hochvolt-Batterie größer 80°C abhängig sein. Bei der Flüssigkeit der zweiten Betriebsphase kann es sich insbesondere um die Flüssigkeit der ersten Betriebsphase oder eine davon abweichende Flüssigkeit handeln. Die zweite Betriebsphase des Verfahrens kann beispielsweise dann eintreten, wenn die zumindest eine Batteriezelle der Hochvolt-Batterie bereits am Abklingen ist. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Volumen der Flüssigkeit der zweiten Betriebsphase vergleichsweise zu einem Volumen der Flüssigkeit der ersten Betriebsphase verringert werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die den Zwischenraum in der ersten Betriebsphase durchströmende Flüssigkeit in einem offenen oder einem geschlossenen Flutungskreislauf geführt wird. Als Flutungskreislauf im Sinne der Erfindung wird die im Kreislauf zirkulierende Flüssigkeit verstanden, die an einer Wärmequelle, das heißt entlang der zumindest einen brennenden der Batteriezellen der Hochvolt-Batterie, entlanggeführt wird. Dabei erwärmt sich die Flüssigkeit. In dem geschlossenen Flutungskreislauf wird die Flüssigkeit derart im Kreislauf geführt, dass dieselbe Flüssigkeit immer wieder den Zwischenraum durchströmt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn der Kreislauf nach außen gegen einen Austritt der Flüssigkeit abgedichtet ist. In dem offenen Flutungskreislauf wird die Flüssigkeit zumindest teilweise offen zur Atmosphäre geführt. Dies kann beispielsweise aus einer abschnittsweisen Undichtigkeit des Zwischenraums oder einer fehlenden fluidischen Verbindung zwischen Einlass und Auslass resultieren. Dadurch kann ein Verlust an Flüssigkeit entstehen, welcher beispielsweise mittels einer Zugabe einer neuen Flüssigkeit (Frischwasser) ausgeglichen werden kann. Außerhalb des Zwischenraums wird die Flüssigkeit mittels einer Kühleinheit gekühlt, mittels einer Pumpeinheit gefördert und/oder mittels einer Aufbereitungseinheit gereinigt. Somit kann der offene oder geschlossene Flutungskreislauf zusätzlich die Kühleinheit, die Pumpeinheit und alternativ oder zusätzlich die Aufbereitungseinheit aufweisen. Die Kühleinheit kann beispielsweise als eine Kältemaschine oder ein Wärmetauscher dazu ausgebildet sein, die beim Entlangströmen an der Hochvolt-Batterie erwärmte Flüssigkeit abzukühlen. Dadurch kann vorteilhafterweise besonders einfach Wärme von der Flüssigkeit an eine Umgebung abgegeben werden. Die Pumpeinheit kann beispielsweise elektrisch oder mechanisch angetrieben und als eine Kreisel- oder eine Axialpumpe ausgebildet sein. Die Pumpeinheit ist dazu ausgebildet, eine Strömung in der Flüssigkeit zu erzeugen oder zu beeinflussen. Hierbei kann von der Pumpeinheit beispielsweise eine Strömungsgeschwindigkeit oder ein Flüssigkeitsdruck vorgegeben werden. Dabei kann die Pumpeinheit besonders vorteilhaft in Abhängigkeit von einer zu erzielenden Löschleistung betrieben werden. Insbesondere kann die Pumpeinheit stromab zu der Kühleinheit und/oder der Aufbereitungseinheit in dem Flutungskreislauf angeordnet sein. Die Aufbereitungseinheit ist vorteilhafterweise dazu ausgebildet, die Flüssigkeit nach einem Durchströmen des Zwischenraums derart zu verändern, dass ein beim Durchströmen aufgenommener Stoff aus der Flüssigkeit entfernt, ein verbrauchter Stoff ergänzt und/oder ein veränderter Parameter der Flüssigkeit (zum Beispiel pH-Wert, gelöste Ionen oder eine Leitfähigkeit der Flüssigkeit) eingestellt werden kann. Dabei sind einzelne Komponenten des Flutungskreislaufs, das heißt die Kühleinheit, der Pumpeinheit und/oder die Aufbereitungseinheit, mit den beiden an der Gehäusestruktur angeordneten Stutzen fluidisch leitend verbunden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass mittels einer Sensoreinrichtung ein erster Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Einleiten in den Zwischenraum, ein zweiter Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Ausleiten aus dem Zwischenraum und/oder ein Gasparameter eines aus der Hochvolt-Batterie austretenden Gases erfasst wird. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass mittels zumindest eines der beiden Flüssigkeitsparameters und/oder des Gasparameters besonders einfach ermittelt werden kann, wann die Hochvolt-Batterie abgeklungen ist, wodurch eine Abklingzeit besonders genau bestimmt werden kann. Ferner kann mittels der beiden Flüssigkeitsparameter insbesondere ein Flüssigkeitsverlust beim Durchströmen des Zwischenraums ermittelt werden. Die Sensoreinrichtung kann dabei ein Teil der Flutungsvorrichtung oder davon abweichend beispielsweise in das Kraftfahrzeug, in eine Flüssigkeitsentnahmestelle (Hydrant, Flüssigkeitstank) oder in eine die Flüssigkeit führenden Leitung integriert sein. Die Sensoreinrichtung kann zum Ermitteln des ersten Flüssigkeitsparameters das und/oder des zweiten Flüssigkeitsparameters beispielsweise als ein Temperatursensor (Thermoelement), ein pH-Meter, ein Fließgeschwindigkeitssensor (Anemometer), ein Durchflussmesssensor oder ein Druckmesssensor ausgebildet sein. Hierbei können mittels der beiden Flüssigkeitsparameter insbesondere Strömungsverhältnisse innerhalb der Gehäusestruktur, das heißt beim Durchströmen des Zwischenraums mit der Flüssigkeit, beschrieben werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Gasparameter ermittelt werden. Hierbei kann mittels chemischer und/oder physikalischer Methoden eine qualitative und/oder quantitative Zusammensetzung des aus der Hochvolt-Batterie austretenden Gases bestimmt werden. Bei dem aus der Hochvolt-Batterie austretenden Gas kann es sich bevorzugt um das im Zusammenhang mit dem an der Gehäusestruktur angeordneten Überdruckventil beschriebene Gas handeln.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterieanordnung und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept in einer Seitenansicht;
2 eine schematische Schnittdarstellung der beispielhaften Ausführungsform des Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept in einer Perspektivansicht; und
3 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Batterieanordnung nach dem verbesserten Konzept in einer Perspektivansicht.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
Die 1 zeigt beispielhaft ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 10 mit einer Batterieanordnung 11. Die Batterieanordnung 11 weist eine Hochvolt-Batterie 12 auf, die dazu ausgebildet sein kann, einen Elektroantrieb oder einen Hybridantrieb des Kraftfahrzeugs 10 elektrisch zu versorgen. Die Hochvolt-Batterie 12 umfasst mehrere Batteriezellen 13, die von einem Batteriegehäuse 14 wasserdicht ummantelt sind. Der Übersicht halber ist in der 1 lediglich eine der mehreren Batteriezellen 13 dargestellt. Um die Hochvolt-Batterie 12 bei einem Brennen zumindest einer der Batteriezellen 13 besonders effizient zu löschen oder zumindest das Brennen zu verzögern, ist in der Batterieanordnung 11 eine Flutungsvorrichtung 16 mit einer Gehäusestruktur 18 vorgesehen, welche die Hochvolt-Batterie 12 vollständig umschließt. Zwischen der Gehäusestruktur 18 und dem Batteriegehäuse 14 der Hochvolt-Batterie 12 verbleibt ein von einer Flüssigkeit, insbesondere von Wasser, durchströmbarer Zwischenraum 20 (Luftspalt).
Die Gehäusestruktur 18 umfasst ferner vier daran angeordnete Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b, das heißt zwei jeweils als Einlass dienende erste Stutzen 22a, 22b und zwei jeweils als Auslass dienende zweite Stutzen 24a, 24b. Dabei kann jeder erste Stutzen 22a, 22b (Wassereinfüllstutzen) dazu ausgebildet sein, die Flüssigkeit in den Zwischenraum 20 einzuleiten, und jeder zweite Stutzen 24a, 24b (Wasserauslassstutzen) dazu ausgebildet sein, die Flüssigkeit aus dem Zwischenraum 20 auszuleiten und umgekehrt. Insbesondere können die ersten Stutzen 22a, 22b und die zweiten Stutzen 24a, 24b in vergleichbarer Bauweise ausgeführt sein. Optional können die ersten Stutzen 22a, 22b und die zweiten Stutzen 24a, 24b räumlich, beispielsweise in x-Richtung, möglichst weit voneinander entfernt sein. Ein jeweiliges Einströmen und ein jeweiliges Ausströmen der Flüssigkeit sind mittels entsprechender Pfeile angedeutet. Die in den Zwischenraum 20 eingeleitete Flüssigkeit umspült dabei die Hochvolt-Batterie 12.
Die Batterieanordnung 11 mit der Flutungsvorrichtung 16 und der Hochvolt-Batterie 12 kann in dem Kraftfahrzeug 10 unterhalb einer Fahrzeugtür 26 angeordnet sein, wobei die Gehäusestruktur 18 wenigstens teilweise durch eine Karosserie 28a sowie durch ein Anbauteil 28b des Kraftfahrzeugs 10 gebildet sein kann. Die Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b, befinden sich vorzugsweise seitlich in einem Bereich des Kraftfahrzeugs 10 unterhalb der Fahrzeugtür 26, insbesondere auf beiden Seiten des Kraftfahrzeugs 10, um eine Zugänglichkeit, beispielsweise bei einem Überschlag des Kraftfahrzeugs 10, zu erhöhen. Optional können die Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b auch in einem Motorraum, einem Frontkofferraum, einem Unterboden, einem Heckabschluss oder einem Kofferraum angeordnet sein. Dabei kann es zweckmäßig sein, zusätzlich ein jeweiliges Führungselement 34 an drei der Stutzen 22b, 24a, 24b vorzusehen, das als jeweiliger Schlauchabschnitt ausgebildet ein kann.
Die 2 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit der 1 gezeigten und beschriebenen Komponenten ausschnittweise das Kraftfahrzeug 10 mit der Batterieanordnung 11 in einer perspektivischen Schnittdarstellung II-II. Hierbei umfasst die Karosserie 28a beispielhaft eine als ein Schweller ausgebildete erste Komponente 30a und das Anbauteil 28b eine als eine Unterbodenverkleidung ausgebildete zweite Komponente 30b. Alternativ kann das Anbauteil 28b beispielsweise auch als ein Unterfahrschutz, ein Schrottblech oder eine Dichtung ausgebildet sein. Um die Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b, wie beispielhaft anhand der Stutzen 22a, 24a gezeigt ist, jeweils mit einer Außenseite 32 des Kraftfahrzeugs 10 zu verbinden, ist das jeweilige Führungselement 34 (Wasserkanal) vorgesehen. Das jeweilige Führungselement 34 reicht dabei von der Gehäusestruktur 18 durch die Karosserie 28a bzw. das Anbauteil 28b hindurch.
Um eine Sichtbarkeit der Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b von außen für einen Betrachter zu verringern, können sie, wie beispielhaft an dem Stutzen 22a gezeigt, von einer abnehmbaren Abdeckung 36 verdeckt sein, die in einer Aussparung einer Verkleidung (zum Beispiel eine Schwellerabdeckung) des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet ist. Hierdurch kann eine rasche Zugänglichkeit zu den Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b, analog zu einer Abschleppöse, realisiert sein. Dabei kann die Abdeckung zusätzlich eine optische Markierung (Auffälligkeit) für ein schnelles Auffinden aufweisen. Alternativ kann auch die Verkleidung des Kraftfahrzeugs 10 die Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b verdecken.
Die 3 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den 1 und 2 gezeigten und beschriebenen Komponenten die Batterieanordnung 11 in einer Perspektivdarstellung. Die Gehäusestruktur 18 umfasst ferner ein an der Gehäusestruktur 18 angeordnetes Überdruckventil 38 sowie einen abgedichteten Durchbruch 40. Das Überdruckventil 38 ist dazu ausgebildet, ein aus der Hochvolt-Batterie 12 ausströmendes Gas aus dem Zwischenraum 20 auszuleiten. Dabei kann an dem Überdruckventil 38 zusätzlich ein Schlauch 42 angeschlossen sein, um das ausströmende Gas gezielt abzuführen. Durch den abgedichteten Durchbruch 40 hindurch kann eine Verbindungsleitung 44 angeordnet sein, die dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom (zu einem Kabelanschluss) sowie ein Kühlmittel (zu einem Batteriekühlungsrohr) zu der Hochvolt-Batterie 12 zu führen und umgekehrt.
Um die Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b, wie beispielhaft anhand der Stutzen 22b, 24b gezeigt, mit einer die Flüssigkeit führenden Leitung 46a, 46b reversibel lösbar zu verbinden, weisen die Stutzen 22b, 24b jeweils eine Kuppeleinheit 48 auf. Mittels der Kuppeleinheit 48 kann beispielsweise ein Feuerwehrschlauch an die Flutungsvorrichtung 16 angeschlossen werden, so dass die Hochvolt-Batterie 12 direkt mit der Flüssigkeit (Löschwasser) umspült werden kann. Die Aus- und Einlassstutzen können mittels der Kuppeleinheit 48 manuell ent-/verriegelbar ausgebildet sein, sodass das Kraftfahrzeug 10 weiterhin auf konventionellem Weg zu einem das Kraftfahrzeug 10 vollständig aufnehmenden Container gebracht werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass über die ausleitenden Stutzen 24a, 24b (Auslassstutzen) die Flüssigkeit unmittelbar ausströmt. Optional kann, an den Stutzen 24a, 24b, wie bei Stutzen 24b dargestellt, die als Schlauch ausgebildete Leitung 46b angeschlossen werden kann, sodass ein gezieltes Ausleiten der Flüssigkeit beispielsweise in eine Kanalisation, einen Straßengraben oder einen Auffangbehälter erfolgen kann, da die Flüssigkeit aufweisen kann.
Ferner kann, wie beispielhaft an der Leitung 46b dargestellt, eine Sensoreinrichtung 50 vorliegen, mittels welcher ein zweiter Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Ausleiten aus dem Zwischenraum 20 und ein Gasparameter des aus der Hochvolt-Batterie 12 austretenden Gases erfasst werden kann. Analog kann an der Leitung 46a ein erster Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Ausleiten aus dem Zwischenraum 20 erfasst werden.
Um die Flüssigkeit durch die Gehäusestruktur 18 der Flutungsvorrichtung 16 zu leiten, kann ein offener oder geschlossener Flutungskreislauf vorliegen. Dieser kann außerhalb des Zwischenraums 20 ferner eine Kühleinheit zum Kühlen der Flüssigkeit, eine Pumpeinheit zum Fördern der Flüssigkeit sowie eine Aufbereitungseinheit zum Reinigen der Flüssigkeit aufweisen. Mittels des geschlossenen Flutungskreislaufs kann die Flüssigkeit somit zwischen den (Wasserauslass-)Stutzen 24a, 24b und den (Wassereinlass-)Stutzen 22a, 22b zirkulieren.
Bei einem Verfahren zum Betreiben der Flutungsvorrichtung 16 kann in einer ersten Betriebsphase die Flüssigkeit durch den ersten Stutzen 22a, 22b in den Zwischenraum 20 eingeleitet werden, wobei die Flüssigkeit die Hochvolt-Batterie 12 umspült, und durch die zweiten Stutzen 24a, 24b ausgeleitet werden. In einer zeitlich nach der ersten Betriebsphase folgenden zweiten Betriebsphase kann zunächst durch die ersten Stutzen 22a, 22b die Flüssigkeit in den Zwischenraum 20 eingefüllt werden, dort strömungsfrei temporär ruhen und erst nach einer vorgegebenen Verweildauer durch zumindest einen der Stutzen 22a, 22b, 24a, 24b ausströmen.
Bei einem Unfall eines mittels der Hochvolt-Batterie 12 betriebenen Kraftfahrzeugs 10 (Batterie Electric Vehicle oder BEV), insbesondere bei einem Schaden und/oder einem Brand zumindest einer der Batteriezellen 13 der Hochvolt-Batterie 12, kann es erforderlich sein, das komplette Kraftfahrzeug 10 mit der Flüssigkeit, insbesondere mit Wasser, vollständig zu fluten, um den Brand zu löschen. Hierdurch kann beispielsweise eine Bergung von einer in dem Kraftfahrzeug 10 eingeklemmten Person erschwert werden. Ferner ist es notwendig, den hierzu notwendigen Container zur Aufnahme des Kraftfahrzeugs 10, einen Kran zum Positionieren des Kraftfahrzeugs 10 innerhalb des Containers sowie ein Löschfahrzeug zum Fluten des Containers bereitzustellen. Bei einer Flutung des Kraftfahrzeugs 10 ist es erforderlich, dass das Kraftfahrzeug 10 für einen Zeitraum von zumindest mehreren Tagen innerhalb des gefluteten Containers verbleibt, da eine Abklingzeit der Hochvolt-Batterie 12 nicht oder nur unzureichend erfasst werden kann und somit entsprechend geschultes Personal (zum Beispiel Feuerwehr) zur Beobachtung abzustellen ist. Hierdurch entstehen erhöhte Kosten für die Bergung und einen aus der Flutung resultierenden Totalschaden des Kraftfahrzeugs 10. Ferner kann die Flutung möglicherweise erst verzögert stattfinden, da ein Zugang für das Löschfahrzeug beispielsweise aufgrund beschränkter Fahrbahnverhältnisse eingeschränkt sein kann.
Die Flutungsvorrichtung 16 gemäß dem verbesserten Konzept ist daher vollständig innerhalb des Kraftfahrzeugs 10 derart angeordnet, dass der Container (externes Flüssigkeitsbehältnis) entfallen kann. Dabei ist es erforderlich, dass das Batteriegehäuse 14 flüssigkeitsdicht, insbesondere wasserdicht ausgelegt ist. Hierbei handelt es sich um eine erste Absicherungsebene für einen potenziellen Wassereintritt. Ferner ist die zumindest teilweise und insbesondere vollständig wasserdichte Gehäusestruktur 18 vorgesehen, die das Batteriegehäuse 14 vollständig umschließt. Dabei kann die Gehäusestruktur 18 auf einen Druck ausgelegt sein, welcher einem von dem Feuerwehrschlauch vorgegebenen Wasserdruck entspricht. Eine Dichtheit der Gehäusestruktur 18 kann beispielsweise mittels einer Dichtung, einer Verschraubung, einer Verklebung oder Ähnlichem eingestellt sein.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass zum Stoppen des Brands der Hochvolt-Batterie 12 des Kraftfahrzeugs 10 auf das vollständige Fluten des Kraftfahrzeugs 10 in dem Container verzichtet werden kann und die Bergung über eine vergleichsweise längere Zeitdauer möglich ist. Ferner kann eine Abklingzeit der Hochvolt-Batterie 12 verringert und der Totalschaden des Kraftfahrzeugs 10 verhindert werden. Ferner ist die entsprechend ausgestaltete Hochvolt-Batterie 12 auch während eines Fahrzeugbetriebs vollständig trockengelegt, sodass eine Wasserschutz- bzw. eine Korrosionsschutzmaßnahme entfallen und dadurch eine Kostenreduktion stattfinden kann.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie ein Holvolt-Sicherheitskonzept bereitgestellt werden kann, mittels welchem die Flutung der HV-Batterie 12 realisiert werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014011609 A1 [0004]
CN 110404207 A [0005]

Claims

Batterieanordnung (11) für ein Kraftfahrzeug (10) aufweisend eine Hochvolt-Batterie (12), wobei die Hochvolt-Batterie (12) ein Batteriegehäuse (14) und mehrere Batteriezellen (13) in dem Batteriegehäuse (14) aufweist, sowie eine Flutungsvorrichtung (16) für die Hochvolt-Batterie (12), wobei die Flutungsvorrichtung (16) eine Gehäusestruktur (18) umfasst, welche die Hochvolt-Batterie (12) vollständig umschließt, sodass ein durchströmbarer Zwischenraum (20) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) und ein zweiter Stutzen (24a, 24b) der Flutungsvorrichtung (16) an der Gehäusestruktur (18) angeordnet sind, wobei der erste Stutzen (22a, 22b) zum Einleiten einer Flüssigkeit in den Zwischenraum (20) und der zweite Stutzen (24a, 24b) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum (20) ausgebildet ist.
Batterieanordnung (11) nach Anspruch 1, wobei der erste Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) zum Ausleiten der Flüssigkeit aus dem Zwischenraum (20) und der zweite Stutzen (24a, 24b) der Flutungsvorrichtung (16) zum Einleiten der Flüssigkeit in den Zwischenraum (20) ausgebildet ist.
Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Stutzen (22a, 22b) und der zweite Stutzen (24a, 24b) der Flutungsvorrichtung (16) jeweils eine Kuppeleinheit (48) zum reversiblen Verbinden mit einer die Flüssigkeit führenden Leitung (46a, 46b) aufweisen.
Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an der Gehäusestruktur (18) der Flutungsvorrichtung (16) ein Überdruckventil (38) der Flutungsvorrichtung (16) angeordnet ist, welches dazu ausgebildet ist, ein aus der Hochvolt-Batterie (12) ausströmendes Gas aus dem Zwischenraum (20) auszuleiten.
Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusestruktur (18) der Flutungsvorrichtung (16) einen abgedichteten Durchbruch (40) aufweist, durch welchen hindurch eine Verbindungsleitung (44) der Flutungsvorrichtung (16) angeordnet ist, die dazu ausgebildet ist, einen elektrischen Strom und/oder ein Kühlmittel zu der Hochvolt-Batterie (12) zu führen und umgekehrt.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Batterieanordnung (11) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gehäusestruktur (18) der Flutungsvorrichtung (16) wenigstens teilweise durch eine Karosserie (28a) und/oder durch ein Anbauteil (28b) des Kraftfahrzeugs (10) gebildet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, wobei - die Karosserie (28a) und/oder das Anbauteil (28b) eine erste Komponente (30a) und eine zweite Komponente (30b) aufweisen, wobei - der erste Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) an der ersten (30a) Komponente und - der zweite Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) an der ersten Komponente (30a) oder der zweiten Komponenten (30b) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, wobei der erste Stutzen (22a, 22b) und/oder der zweite Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) jeweils über ein Führungselement (34) der Gehäusestruktur (18) von der Gehäusestruktur (18) durch die Karosserie (28a) und/oder durch das Anbauteil (28b) zu einer Außenseite (32) des Kraftfahrzeugs reicht.
Kraftfahrzeug (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei - das Kraftfahrzeug (10) eine Verkleidung mit einem ersten Verkleidungselement und einem zweiten Verkleidungselement aufweist, wobei das zweite Verkleidungselement eine Aussparung für eine abnehmbare Abdeckung (36) aufweist, - der erste Stutzen (22a, 22b) und/oder der zweite Stutzen (22a, 22b) der Flutungsvorrichtung (16) jeweils von einem ersten Verkleidungselement der Verkleidung des Kraftfahrzeugs (10) oder jeweils der Abdeckung (36) verdeckt ist, die in der Aussparung des zweiten Verkleidungselements der Verkleidung angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Batterieanordnung (11) für ein Kraftfahrzeug (10), wobei die Batterieanordnung (11) eine Hochvolt-Batterie (12) und eine Flutungsvorrichtung (16) für die Hochvolt-Batterie (12) umfasst, wobei die Hochvolt-Batterie (12) ein Batteriegehäuse (14) und mehrere Batteriezellen (13) in dem Batteriegehäuse (14) aufweist, wobei die Flutungsvorrichtung (16) eine zumindest teilweise fluiddichte Gehäusestruktur (18) aufweist, welche die Hochvolt-Batterie (12) vollständig umschließt, wobei ein durchströmbarer Zwischenraum (20) zwischen der Hochvolt-Batterie (12) und der Gehäusestruktur (18) verbleibt, dadurch gekennzeichnet, dass an der Gehäusestruktur ein erster Stutzen (22a, 22b) und ein zweiter Stutzen (22a, 22b) angeordnet sind, wobei in einer ersten Betriebsphase des Verfahrens durch den ersten Stutzen (22a, 22b) eine Flüssigkeit in den Zwischenraum (20) eingeleitet wird, um die Hochvolt-Batterie zu umspülen, und durch den zweiten Stutzen (24a, 24b) die Flüssigkeit aus dem Zwischenraum (20) ausgeleitet wird.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei in einem zeitlich nach der ersten Betriebsphase folgenden zweiten Betriebsphase der Zwischenraum (20) zunächst mit einer weiteren Flüssigkeit durch den ersten Stutzen (22a, 22b) gefüllt wird, wobei die weitere Flüssigkeit in dem Zwischenraum (20) temporär strömungsfrei ruht und erst nach einer vorgegebenen Verweildauer durch zumindest einen der zwei Stutzen (22a, 22b, 24a, 24b) ausströmt.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, wobei die den Zwischenraum (20) in der ersten Betriebsphase durchströmende Flüssigkeit in einem offenen oder geschlossenen Flutungskreislauf geführt wird, wobei die Flüssigkeit außerhalb des Zwischenraums (20) mittels einer Kühleinheit gekühlt, mittels einer Pumpeinheit gefördert und/oder mittels einer Aufbereitungseinheit gereinigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 10 bis 12, wobei mittels einer Sensoreinrichtung (50) - ein erster Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Einleiten in den Zwischenraum (20); - ein zweiter Flüssigkeitsparameter der Flüssigkeit beim Ausleiten aus dem Zwischenraum (20) und/oder - ein Gasparameter eines aus der Hochvolt-Batterie (12) austretenden Gases erfasst wird.