DE102021204370B4 - Accumulator arrangement for a motor vehicle and motor vehicle with an accumulator arrangement - Google Patents
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Abstract
Akkumulatoranordnung (10) mit einem Akkumulator (12) zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie,wobei der Akkumulator (12) ein gasdichtes Akkumulatorgehäuse (16) aufweist,wobei der Akkumulator (12) eine Notentgasungseinrichtung (18) zum Ablassen von Gas aus dem Inneren des gasdichten Akkumulatorgehäuses (16) aufweist, wobei die Akkumulatoranordnung (10) ein Schutzelement (14) zum Schutz des Akkumulators (12) vor einer mechanischen Beschädigung bei der Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Gegenstand aufweist und dazu ausgebildet ist, dass im Falle einer Notentgasung des Akkumulators (12) das im Inneren des gasdichten Bereichs des Akkumulatorgehäuses (16) anfallende Gas über die Notentgasungseinrichtung (18) in einen durch das Schutzelement (14) gebildeten Hohlraum (20) abgegeben wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (12) eine Mehrzahl in dem Akkumulatorgehäuse (16) angeordnete Akkumulatorzellen (24) aufweist, die dazu ausgebildet sind, in den Zellen (24) anfallendes Gas in einer von dem Hohlraum (20) wegweisenden Richtung abzugeben.Accumulator arrangement (10) with an accumulator (12) for supplying an electric drive of a motor vehicle with electrical energy, the accumulator (12) having a gas-tight accumulator housing (16), the accumulator (12) having an emergency degassing device (18) for releasing gas from the interior of the gas-tight battery housing (16), the battery arrangement (10) having a protective element (14) to protect the battery (12) from mechanical damage in the event of a collision of the motor vehicle with an object and is designed to do so in the event an emergency degassing of the accumulator (12), the gas occurring inside the gas-tight area of the accumulator housing (16) is released via the emergency degassing device (18) into a cavity (20) formed by the protective element (14), characterized in that the accumulator (12 ) has a plurality of accumulator cells (24) arranged in the accumulator housing (16), which are designed to release gas accumulating in the cells (24) in a direction pointing away from the cavity (20).
Description
Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoranordnung mit einem Akkumulator zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Akkumulatoranordnung.The invention relates to a battery arrangement with an accumulator for supplying an electric drive of a motor vehicle with electrical energy according to the preamble of claim 1 and a motor vehicle with such a battery arrangement.
In Kraftfahrzeugen mit elektrischen Antrieben dienen Akkumulatoren zur Versorgung des elektrischen Antriebs mit Energie. Hierbei besteht das Risiko, dass bei Defekten in den Akkumulatoren brennbare Gase entstehen. Die Akkumulatoren besitzen daher gasdichte Akkumulatorgehäuse. Das Gas fällt zunächst in diesen Akkumulatorgehäusen an.In motor vehicles with electric drives, accumulators are used to supply the electric drive with energy. There is a risk that flammable gases will be produced in the event of defects in the accumulators. The accumulators therefore have gas-tight accumulator housings. The gas is initially produced in these accumulator housings.
Bei schwerwiegenden Defekten, die zu einer entsprechend großen Menge an freigesetztem Gas führen, kann der Druck und/oder die Temperatur in dem Akkumulatorgehäuse einen kritischen Wert erreichen. In diesem Fall ist es sinnvoll, das innerhalb des Akkumulatorgehäuses anfallende Gas im Wege einer Notentgasung aus dem Akkumulatorgehäuse abzulassen. Zu diesem Zweck weisen moderne Akkumulatoren Notentgasungseinrichtungen zum Ablassen von Gas aus dem Inneren des gasdichten Akkumulatorgehäuses auf.In the case of serious defects that lead to a correspondingly large amount of released gas, the pressure and/or the temperature in the accumulator housing can reach a critical value. In this case, it makes sense to release the gas accumulating within the accumulator housing from the accumulator housing by means of an emergency degassing. For this purpose, modern accumulators have emergency degassing devices for releasing gas from the interior of the gas-tight accumulator housing.
Die in dem Akkumulatorgehäuse anfallenden Gase bzw. Gasgemische sind regelmäßig brennbar. Eine Entzündung der Gase kann beispielsweise durch Funken, insbesondere durch elektrische Funken, erfolgen. Dies stellt insbesondere dann ein Risiko dar, wenn das Akkumulatorgehäuse im Falle eines Unfalls verformt wird. Insbesondere dann kann es im Inneren des Akkumulators zu Kurzschlüssen und einer verstärkten Gasentwicklung kommen. Durch die Kurzschlüsse können zudem Funken, die die Gase entzünden können, entstehen. Daher versucht man Akkumulatoren in Kraftfahrzeugen derart im Kraftfahrzeug zu integrieren, dass sie im Fall von Kollisionen des Kraftfahrzeugs mit Gegenständen, wie beispielsweise anderen Kraftfahrzeugen, aber auch anderen Hindernissen, möglichst gut geschützt sind.The gases or gas mixtures produced in the accumulator housing are generally combustible. The gases can be ignited, for example, by sparks, in particular by electrical sparks. This represents a risk in particular if the battery housing is deformed in the event of an accident. In particular, short circuits and increased gas development can occur inside the accumulator. The short circuits can also create sparks that can ignite the gases. Therefore, attempts are made to integrate accumulators in motor vehicles in the motor vehicle in such a way that they are protected as well as possible in the event of collisions between the motor vehicle and objects, such as other motor vehicles, but also other obstacles.
Wird der Akkumulator an einer entsprechenden Position, beispielsweise unterhalb der Rücksitzbank eines Kraftfahrzeugs, verbaut, so besteht oftmals das Problem, die über die Notentgasungseinrichtung im Falle einer Notentgasung austretenden Gase so zu handhaben, dass es nicht zu einer Gefährdung der Personen in dem Kraftfahrzeug kommt.If the accumulator is installed in a corresponding position, for example below the back seat of a motor vehicle, there is often the problem of handling the gases escaping via the emergency degassing device in the event of an emergency degassing in such a way that the people in the motor vehicle are not endangered.
Es besteht insbesondere die Gefahr, dass sich derartige Gase entzünden, und sich dadurch eine Art „Brennstrahl“ bildet. Ist dieser beispielsweise in eine Richtung gerichtet, in der sich Körperteile von Personen, beispielsweise Passagieren auf der Rücksitzbank, befinden, kann es aufgrund so entstehender gebündelter Flammen zu schweren Verletzungen von Personen kommen. Im ungünstigsten Fall kann eine derart gebündelte Gasflamme auch in der Lage sein, sich durch Innenraumverkleidungen und/oder Karosseriebestandteile, die den Akkumulator von den Personen trennen, „hindurch zu brennen“. Besonders kritisch wird ein derartiges Szenario, wenn es sich um ein Hybridfahrzeug handelt und eine Notentgasung zu einer entsprechenden Gasflamme führt, die in Richtung des Tanks für den fossilen Kraftstoff gerichtet ist.There is a particular risk that such gases will ignite, thereby forming a kind of “burning jet”. If, for example, it is directed in a direction in which there are body parts of people, for example passengers in the back seat, serious injuries to people can occur due to the resulting concentrated flames. In the worst case scenario, a gas flame concentrated in this way can also be able to “burn through” interior paneling and/or body components that separate the accumulator from people. Such a scenario becomes particularly critical if it is a hybrid vehicle and emergency degassing leads to a corresponding gas flame that is directed in the direction of the fossil fuel tank.
Die Gefahr der Bildung derartiger Flammen besteht insbesondere dann, wenn die Gase das gasdichte Akkumulatorgehäuse verlassen. Dies liegt insbesondere daran, dass häufig mit dem Gas auch weitere heiße Bestandteile beschädigter Akkumulatorzellen austreten. Vermischen sich die im Akkumulator gebildeten Gase mit der Umgebungsluft, erhöht dies zusätzlich die Gefahr, dass es zu Entzündungen der Gase kommt - insbesondere wenn diese heißen Bestandteile hinzukommen, aber auch wenn andere Zündquellen, wie elektrische Einrichtungenvorhanden sind.There is a particular risk of such flames forming when the gases leave the gas-tight accumulator housing. This is particularly due to the fact that other hot components of damaged battery cells often escape with the gas. If the gases formed in the accumulator mix with the ambient air, this increases the risk that the gases will ignite - especially if these hot components are added, but also if other ignition sources, such as electrical devices, are present.
In der Vergangenheit sind daher Akkumulatoren für Kraftfahrzeuge entwickelt worden, bei denen konstruktive Maßnahmen die Entzündung derartiger Gasgemische verhindern sollen.In the past, accumulators for motor vehicles have been developed in which design measures are intended to prevent such gas mixtures from igniting.
So ist beispielsweise in der
In der
Die
Die
Die
Diese Systeme sind zwar in der Lage, die Temperatur des Gases noch innerhalb des gasdichten Gehäuses des Akkumulators zu senken, sodass das im gasdichten Gehäuse anfallende Gas eine niedrige Temperatur aufweist, bzw. es können andere heiße Bestandteile, die als Zündquellen dienen können, zurückgehalten werden. Jedoch kann es auch bei derartigen Systemen dazukommen, dass der Druck im Akkumulatorgehäuse soweit ansteigt, dass eine Notentgasung, bei der das Gas aus dem gasdichten Gehäuse abgelassen wird, notwendig wird. In diesem Fall hätte das Gas zwar eine niedrigere Temperatur bzw. es wären weniger Zündquellen aufgrund der zurückgehaltenen weiteren Bestandteile schadhafter Akkumulatorzellen enthalten, das aus dem gasdichten Akkumulatorgehäuse austretende Gas könnte dann jedoch immer noch zündfähige Gemische mit der Umgebungsluft bilden. Diese könnten an anderen Zündquellen, die insbesondere nach einem Unfall im Kraftfahrzeug bzw. in dessen unmittelbarer Umgebung vorhanden sein können, durchaus noch entzündet werden.These systems are able to reduce the temperature of the gas within the gas-tight housing of the accumulator, so that the gas produced in the gas-tight housing has a low temperature, or other hot components that can serve as ignition sources can be retained . However, with such systems it can also happen that the pressure in the accumulator housing increases to such an extent that emergency degassing, in which the gas is released from the gas-tight housing, becomes necessary. In this case, the gas would have a lower temperature or contain fewer ignition sources due to the retained additional components of defective accumulator cells, but the gas emerging from the gas-tight accumulator housing could still form ignitable mixtures with the ambient air. These could certainly still be ignited by other ignition sources, which may be present in the motor vehicle or in its immediate surroundings, especially after an accident.
Weiterhin haben die vorstehend beschriebenen Systeme den Nachteil, dass Kühlsysteme bzw. Auffangbereiche innerhalb des gasdichten Akkumulatorgehäuses angeordnet sein müssen. Hierdurch vergrößert sich das Volumen des gasdichten Akkumulatorgehäuses. Ein Akkumulatorgehäuse mit einem größeren Volumen lässt sich jedoch im Falle eines Unfalls des Kraftfahrzeugs schlechter vor mechanischen Beschädigungen schützen als ein Akkumulatorgehäuse mit entsprechend kleineren Abmessungen.Furthermore, the systems described above have the disadvantage that cooling systems or collecting areas must be arranged within the gas-tight battery housing. This increases the volume of the gas-tight battery housing. However, a battery housing with a larger volume is less likely to be protected from mechanical damage in the event of an accident to the motor vehicle than a battery housing with correspondingly smaller dimensions.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Akkumulatoranordnung mit einem Akkumulator zur Versorgung eines elektrischen Antriebs eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Akkumulatoranordnung aufzuzeigen, die eine sichere Notentgasung und gleichzeitig einen guten Schutz des gasdichten Akkumulatorgehäuses vor möglichen mechanischen Beschädigungen ermöglichen.The invention is based on the object of showing a battery arrangement with an accumulator for supplying an electric drive of a motor vehicle with electrical energy and a motor vehicle with such a battery arrangement, which enable safe emergency degassing and at the same time good protection of the gas-tight battery housing from possible mechanical damage.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Akkumulatoranordnung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.The task is solved by a battery arrangement and a motor vehicle with the features of the independent claims. The dependent claims relate to advantageous embodiments.
Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Akkumulatoranordnung ein Schutzelement zum Schutz des Akkumulators von einer mechanischen Beschädigung bei der Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Gegenstand aufweist und dazu ausgebildet ist, dass im Fall einer Notentgasung des Akkumulators das im Inneren des gasdichten Bereich des Akkumulatorgehäuses anfallende Gas über die Notentgasungseinrichtung in einen durch das Schutzelement gebildeten Hohlraum abgegeben wird.The object is achieved in that the accumulator arrangement has a protective element to protect the accumulator from mechanical damage in the event of a collision of the motor vehicle with an object and is designed so that in the event of an emergency degassing of the accumulator, the gas occurring inside the gas-tight area of the accumulator housing is released via the emergency degassing device into a cavity formed by the protective element.
Schutzelemente, die zum Schutz des Akkumulators vor einer mechanischen Beschädigung, insbesondere bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, dienen, können so ausgestaltet werden, dass sie einen Hohlraum ausbilden. Der Hohlraum kann hierbei lediglich durch das Schutzelement selbst begrenzt sein. Alternativ und/oder ist es jedoch vorteilhaft, wenn das Schutzelement lediglich einen Teil der Begrenzung des Hohlraums bildet. Dort, wo der Hohlraum nicht durch das Schutzelement begrenzt wird, kann er dann durch andere Elemente des Kraftfahrzeugs begrenzt sein. Hierbei können insbesondere Elemente des Akkumulators selbst einen Teil der Begrenzung des Hohlraums bilden. Auf diese Weise lassen sich günstige Wege für das austretende Gas aus dem Inneren des Akkumulatorgehäuses in den Hohlraum realisieren.Protective elements that serve to protect the battery from mechanical damage, especially in the event of an accident of the motor vehicle, can be designed in such a way that they form a cavity. The cavity can only be limited by the protective element itself. Alternatively and/or, however, it is advantageous if the protective element only forms part of the boundary of the cavity. Where the cavity is not limited by the protective element, it can then be limited by other elements of the motor vehicle. In particular, elements of the accumulator itself can form part of the boundary of the cavity. In this way, favorable paths can be implemented for the escaping gas from the interior of the accumulator housing into the cavity.
Ein so von einem Schutzelement gebildeter Hohlraum stellt einen Bereich des Kraftfahrzeugs dar, indem sich das heiße Gas zunächst sammeln und abkühlen kann. Der Hohlraum braucht nicht verschlossen zu sein. Im Grunde ist es vorteilhaft, wenn der Hohlraum eine Öffnung zur Umgebung aufweist, durch die das Gas den Hohlraum verlassen kann. Die Öffnung kann auch zu anderen Zwecken, beispielsweise als Wasserablauföffnung, nutzbar sein. Auf diese Weise wirkt der Hohlraum insbesondere als „Abkühlzone“. Durch das begrenzte Volumen des Hohlraums kann sich in diesem nur eine bestimmte Menge eines zündfähigen Gemisches bilden. Wird der Hohlraum im Zuge einer Notentgasung durch das in dem Akkumulator freigesetzte Gas durchströmt, so findet im Grunde eine Durchspülung des Hohlraums unter Verdrängung der Luft statt, sodass zündfähige Gemische im Hohlraum lediglich für einen kurzen Zeitraum und in begrenzter Menge vorliegen. Danach können die Gase innerhalb des Hohlraums zunächst abkühlen, bevor sie diesen wieder verlassen und sich mit der Umgebungsluft vermischen. Auch mit dem austretenden Gas mitgeschleifte Bestandteile, bei denen es sich möglicherweise um glühende Bestandteile des Akkumulators handeln kann, können so im Hohlraum abkühlen. Da Schutzelemente zum Schutz des Akkumulators vor mechanischen Beschädigungen üblicherweise in Richtungen weisen, aus denen mechanische Einwirkungen auf den Akkumulator bei einem Unfall zu erwarten sind, ist ein derartiger Hohlraum, der durch ein Schutzelement gebildet wird, üblicherweise in einem Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet, in dem Deformationen bei Unfällen stattfinden dürfen, also beispielsweise in unmittelbarer Nähe der äußeren Begrenzungsflächen des Kraftfahrzeugs. Insbesondere wird eine äußere Begrenzungsfläche des Kraftfahrzeugs durch das Schutzelement gebildet. Ein möglicher Abbrand des austretenden Gases innerhalb des Hohlraums findet somit typischerweise in einem Bereich statt, in dem für die Insassen des Fahrzeugs und/oder sensiblen Strukturen, von denen im Brandfall weitere Gefahren ausgehen, nicht unmittelbar gefährdet werden.A cavity formed in this way by a protective element represents an area of the motor vehicle in which the hot gas can initially collect and cool down. The cavity does not need to be closed. Basically, it is advantageous if the cavity has an opening to the environment through which the gas can leave the cavity. The opening can also be used for other purposes, for example as a water drainage opening. In this way, the cavity acts particularly as a “cooling zone”. Due to the limited volume of the cavity, only a certain amount of an ignitable mixture can form in it. If the gas released in the accumulator flows through the cavity during an emergency degassing, the cavity is essentially flushed through while the air is displaced, so that ignitable mixtures are only present in the cavity for a short period of time and in a limited amount. The gases can then cool down within the cavity before leaving it again and mixing with the surrounding air. Components that are dragged along with the escaping gas, which may be glowing components of the accumulator, can also cool in the cavity. Since protective elements to protect the accumulator from mechanical damage usually point in directions from which mechanical influences on the accumulator are to be expected in an accident, such a cavity, which is formed by a protective element, is usually arranged in an area of the motor vehicle in which deformations may take place in the event of an accident, for example in the immediate vicinity of the outer boundary surfaces of the motor vehicle. In particular, an outer boundary surface of the motor vehicle is formed by the protective element. A possible burning of the escaping gas within the cavity therefore typically takes place in an area in which there is no immediate danger to the occupants of the vehicle and/or sensitive structures that pose further dangers in the event of a fire.
In einem Kraftfahrzeug ist das Schutzelement insbesondere auf einer von dem Fahrgastraum und/oder einem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite des Akkumulators angeordnet. Auf diese Weise werden die in dem Akkumulator freigesetzten brennbaren Gase kontrolliert in einem räumlich von Personen und/oder Kraftstoff getrennten Bereich abgegeben. Der Akkumulator mit seinem gasdichten Gehäuse stellt dabei eine zusätzliche Barriere zwischen der Zone, in der ein Abbrand der freigesetzten Gase möglich ist, und den zu schützenden Fahrgästen bzw. dem zu schützenden Kraftstofftank dar. Insbesondere wenn der Akkumulator eine flächige Bauweise aufweist, lässt sich so in vorteilhafter Weise der Schutz der Insassen bzw. des Kraftstoffs gewährleisten.In a motor vehicle, the protective element is arranged in particular on a side of the battery facing away from the passenger compartment and/or a fuel tank of the motor vehicle. In this way, the combustible gases released in the accumulator are released in a controlled manner in an area that is spatially separated from people and/or fuel. The accumulator with its gas-tight housing represents an additional barrier between the zone in which the released gases can burn off and the passengers to be protected or the fuel tank to be protected. Particularly if the accumulator has a flat design, this can be done advantageously ensure the protection of the occupants or the fuel.
Bei dem Schutzelement kann es sich insbesondere um ein Blech handeln. Unter einem Blech ist dabei jegliche flächige Struktur aus einem metallischen Werkstoff zu verstehen, bei dem es sich insbesondere um einen Stahl und/oder eine Aluminiumlegierung handeln kann. Derartige Bleche haben neben ihrer mechanischen Stabilität und ihren guten plastischen Verformungseigenschaften den Vorteil, dass sie eine gute Wärmeleitfähigkeit und Wärmekapazität aufweisen. Hierdurch sind Schutzelemente aus metallischen Werkstoffen besonders gut dafür geeignet, dass in den Hohlraum geleitete Gas abzukühlen.The protective element can in particular be a sheet metal. A sheet is understood to mean any flat structure made of a metallic material, which can in particular be steel and/or an aluminum alloy. In addition to their mechanical stability and their good plastic deformation properties, such sheets have the advantage that they have good thermal conductivity and heat capacity. As a result, protective elements made of metallic materials are particularly well suited to cooling gas led into the cavity.
In diesem Zusammenhang kann das Schutzelement insbesondere wannenförmig gestaltet sein. Durch eine Wannenform kann ein derartiges Schutzelement gemeinsam mit einem im wesentlichen flächigen Bereich einen Hohlraum ausbilden. Dies macht es möglich, das Schutzelement direkt an einer flächigen Seite eines Akkumulators zu montieren.In this context, the protective element can be designed in particular as a trough. Using a trough shape, such a protective element can form a cavity together with a substantially flat area. This makes it possible to mount the protective element directly on a flat side of a battery.
Innerhalb des Hohlraums kann wenigstens ein metallisches Crashelement zur Aufnahme von Verformungsenergie bei einer Verformung des Schutzelements aufgrund einer Kollision des Kraftfahrzeugs mit einem Gegenstand angeordnet sein. Das Crashelement kann insbesondere aus einem metallischen Werkstoff, beispielsweise einem Stahl oder einer Aluminiumlegierung sein. Weiterhin ist es möglich, dass innerhalb des Hohlraums eine Mehrzahl solcher Crashelemente angeordnet ist.At least one metallic crash element can be arranged within the cavity to absorb deformation energy in the event of a deformation of the protective element due to a collision of the motor vehicle with an object. The crash element can in particular be made of a metallic material, for example steel or an aluminum alloy. Furthermore, it is possible for a plurality of such crash elements to be arranged within the cavity.
Derartige Crashelemente dienen dazu, die Energiemenge, die bei einem Crash von dem sich verformenden Schutzelement abgebaut werden kann, zu vergrößern. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung haben Crashelemente den Vorteil, dass sie Strömungshindernisse für das den Hohlraum im Falle einer Notentgasung durchströmende Gas bilden. Durch die so entstehenden Strömungsverhältnisse kann das Gas verglichen mit einer direkten Durchströmung des Hohlraums in kürzerer Zeit mehr Wärme abgeben. Von besonderem Vorteil sind in diesem Zusammenhang metallische Crashelemente deswegen, da sie aufgrund ihrer Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit selbst Wärmeenergie in einem gewissen Maß aufnehmen und so zur Kühlung des Gases noch weiter aktiv beitragen können.Such crash elements serve to increase the amount of energy that can be dissipated by the deforming protective element in the event of a crash. In connection with the present invention, crash elements have the advantage that they form flow obstacles for the gas flowing through the cavity in the event of an emergency degassing. The resulting flow conditions allow the gas to release more heat in a shorter time compared to a direct flow through the cavity. Metallic crash elements are particularly advantageous in this context because, due to their heat capacity and thermal conductivity, they themselves absorb thermal energy to a certain extent and can thus actively contribute to cooling the gas.
In diesem Zusammenhang weist der Hohlraum insbesondere eine Öffnung auf, durch die das Gas den Hohlraum wieder verlassen kann. Es versteht sich, dass der Hohlraum auch eine Mehrzahl Öffnungen aufweisen kann. Bei der Öffnung kann es sich beispielsweise um eine Öffnung in dem Schutzelement handeln. Die Öffnung ist dabei bevorzugt an einem von der Notentgasungseinrichtung entfernt liegenden Ort des Hohlraums angeordnet. Hierdurch wird sichergestellt, dass das Gas beim Durchströmen des Hohlraums einen möglichst weiten Weg zurücklegen muss. Vorzugsweise ist auf dem Strömungsweg von der Notentgasungseinrichtung zur Öffnung wenigstens ein vorstehend beschriebenes Crashelement angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die Crashelemente auch tatsächlich durch das Gas angeströmt werden. Bei den Crashelementen kann es sich beispielsweise um gewinkelte Blechteile, insbesondere Trapezbleche, handeln. Derartig gestaltete Crashelemente stellen eine Mehrzahl vom Gas anströmbarer flächiger Bereiche bereit, die gut geeignet sind, Wärmeenergie aus dem Gas aufzunehmen und darüber hinaus eine Barriere für mit dem Gasstrom mitgeschleppte heiße Bestandteile des Akkumulators darstellen.In this context, the cavity in particular has an opening through which the gas can leave the cavity again. It goes without saying that the cavity can also have a plurality of openings. The opening can be, for example, an opening in the protective element. The opening is preferably arranged at a location in the cavity that is remote from the emergency degassing device. This ensures that the gas has to travel as far as possible as it flows through the cavity. Preferably, at least one crash element described above is arranged on the flow path from the emergency degassing device to the opening. In this way it is ensured that the gas actually flows into the crash elements. The crash elements can be, for example, angled sheet metal parts, in particular trapezoidal sheets. Crash elements designed in this way provide a plurality of flat areas to which the gas can flow, which are well suited to absorb thermal energy from the gas and also represent a barrier for hot components of the accumulator that are carried along with the gas flow.
Der Akkumulator weist eine Mehrzahl in dem Akkumulatorgehäuse angeordnete Akkumulatorzellen auf. Die Akkumulatorzellen weisen jeweils Zellentgasungseinrichtungen auf, durch die in den einzelnen Akkumulatorzellen anfallendes Gas in das Innere des gasdichten Akkumulatorgehäuses abgegeben wird. In diesem Zusammenhang sind die Akkumulatorzellen so angeordnet, dass die Entgasung der Akkumulatorzellen in das gasdichte Gehäuse hinein in einer von dem Hohlraum wegweisenden Richtung erfolgt. Das heiße Gas muss in dem gasdichten Gehäuse auf diese Weise zunächst in einem Bogen geleitet werden, bevor das gasdichte Gehäuse in Richtung des Hohlraums durch die Notentgasungseinrichtung verlassen kann. Dies hat den Vorteil, dass das Gas, welches im heißen Zustand aus den Akkumulatorzellen austritt und dabei möglicherweise heißes Material aus dem Inneren der Akkumulatorzellen befördert, bereits bevor es in den Hohlraum eintritt ein vergleichsweise langen Weg zurückgelegt hat, wodurch sich die Temperatur des Gases bereits senken konnte. Zudem können mitgeschleifte heiße Bestandteile der Akkumulatorzellen auf dem Weg des Gases zu Notentgasungseinrichtung bereits abkühlen und/oder sogar aus dem Gasstrom abgeschieden werden, wenn sie sich innerhalb des gasdichten Akkumulatorgehäuses verfangen und dadurch nicht mehr mitgeschleift werden.The accumulator has a plurality of accumulator cells arranged in the accumulator housing. The accumulator cells each have cell degassing devices through which gas occurring in the individual accumulator cells is released into the interior of the gas-tight accumulator housing. In this context, the accumulator cells are arranged in such a way that the degassing of the accumulator cells into the gas-tight Housing takes place in a direction pointing away from the cavity. In this way, the hot gas must first be conducted in an arc in the gas-tight housing before the gas-tight housing can leave in the direction of the cavity through the emergency degassing device. This has the advantage that the gas, which emerges from the accumulator cells when hot and thereby possibly transports hot material from the interior of the accumulator cells, has already traveled a comparatively long distance before it enters the cavity, which means that the temperature of the gas has already increased could lower. In addition, hot components of the accumulator cells that are dragged along can already cool down on the gas's path to the emergency degassing device and/or can even be separated from the gas stream if they get caught within the gas-tight accumulator housing and are therefore no longer dragged along.
Der Akkumulator kann ein Verstärkungselement zur mechanischen Verstärkung des Akkumulators aufweisen. Das Verstärkungselement kann insbesondere mit dem gasdichten Akkumulatorgehäuse verbunden sein. Hierdurch kann das Verstärkungselement dazu beitragen, Deformationen des gasdichten Akkumulatorgehäuses, insbesondere bei schweren Unfällen, zu verhindern.The accumulator can have a reinforcing element for mechanically reinforcing the accumulator. The reinforcing element can in particular be connected to the gas-tight battery housing. As a result, the reinforcing element can help prevent deformation of the gas-tight battery housing, particularly in the event of serious accidents.
Bei dem Verstärkungselement kann es sich um ein flächiges Verstärkungselement handeln. Ein flächiges Verstärkungselement bietet insbesondere den Vorteil, dass es - insbesondere wenn das Verstärkungselement parallel zu den Haupterstreckungsrichtungen des Akkumulators angeordnet ist - eine gute Verstärkung in seiner Ebene anbieten kann. Insbesondere dann, wenn das Verstärkungselement bzw. der Akkumulator mit seinen Haupterstreckungsrichtungen horizontal im Kraftfahrzeug angeordnet ist, kann das Verstärkungselement den Akkumulator wirkungsvoll bei Unfällen, bei denen das Kraftfahrzeug von der Seite getroffen wird, schützen. Unter den Haupterstreckungsrichtungen sind in diesem Zusammenhang insbesondere die Richtungen zu verstehen, in denen der Akkumulator seine größte Ausdehnung aufweist.The reinforcing element can be a flat reinforcing element. A flat reinforcing element offers the particular advantage that it can offer good reinforcement in its plane - particularly if the reinforcing element is arranged parallel to the main extension directions of the accumulator. In particular, if the reinforcing element or the accumulator is arranged horizontally in the motor vehicle with its main extension directions, the reinforcing element can effectively protect the accumulator in accidents in which the motor vehicle is hit from the side. In this context, the main extension directions are to be understood in particular as meaning the directions in which the accumulator has its greatest extent.
Bei dem Verstärkungselement kann es sich um ein Blech, insbesondere aus Stahl und/oder einer Aluminiumlegierung, handeln.The reinforcing element can be a sheet metal, in particular made of steel and/or an aluminum alloy.
Vorzugsweise ist das Verstärkungselement zwischen dem gasdichten Akkumulatorgehäuse und dem Hohlraum angeordnet. In dieser Anordnung kann das Verstärkungselement zur Begrenzung des Hohlraums dienen. Insbesondere dann, wenn es sich bei dem Verstärkungselement um ein Verstärkungselement aus einem metallischen Werkstoff handelt, ist dies vorteilhaft, da dann das Verstärkungselement aufgrund seiner Wärmekapazität und Wärmeleitfähigkeit geeignet ist, den in den Hohlraum einströmenden heißen Gasen Wärmeenergie zu entziehen.The reinforcing element is preferably arranged between the gas-tight battery housing and the cavity. In this arrangement, the reinforcing element can serve to limit the cavity. This is particularly advantageous if the reinforcing element is a reinforcing element made of a metallic material, since the reinforcing element is then suitable for extracting thermal energy from the hot gases flowing into the cavity due to its heat capacity and thermal conductivity.
Die Notentgasungseinrichtung kann durch das Verstärkungselement hindurchgeführt sein und das Innere des gasdichten Akkumulatorgehäuses mit dem Hohlraum verbinden. Bei einer derartigen Konfiguration bietet die Notentgasungseinrichtung insbesondere eine Durchführung nach Art eines kurzen Leitungsabschnitts, der die Strecke vom Inneren des gasdichten Akkumulatorgehäuses bis zum Inneren des Hohlraums überbrückt. Zu diesem Zweck kann die Notentgasungseinrichtung insbesondere gasdicht mit dem gasdichten Akkumulatorgehäuse verbunden sein. Bei der Verbindung zwischen der Notentgasungseinrichtung und dem Akkumulatorgehäuse kann es sich beispielsweise um eine stoffschlüssige Verbindung, insbesondere eine Lötverbindung, handeln.The emergency degassing device can be passed through the reinforcing element and connect the interior of the gas-tight accumulator housing to the cavity. In such a configuration, the emergency degassing device offers in particular a feedthrough in the manner of a short line section that bridges the distance from the inside of the gas-tight accumulator housing to the inside of the cavity. For this purpose, the emergency degassing device can in particular be connected in a gas-tight manner to the gas-tight accumulator housing. The connection between the emergency degassing device and the accumulator housing can be, for example, a cohesive connection, in particular a soldered connection.
Die Notentgasungseinrichtung kann weiterhin mit dem Verstärkungselement verbunden sein. Bei der Verbindung mit dem Verstärkungselement kann es sich um eine formschlüssige Verbindung, insbesondere um eine Clips- und/oder Schnappverbindung handeln. Dies ermöglicht eine einfache Montage der Notentgasungseinrichtung. Insbesondere kann die Notentgasungseinrichtung mehrteilig gestaltet sein. Hierbei können unterschiedliche Teile der Notentgasungseinrichtung jeweils mit dem gasdichten Gehäuse des Akkumulators oder dem Verstärkungselement verbunden sein. Insbesondere ist es denkbar, dass ein Trägerelement für eine Membran, die im Falle einer Notentgasungseinrichtung den Gasweg für das aus dem Gehäuse über die Notentgasungseinrichtung austretende Gas freigibt, Bestandteil der Notentgasungseinrichtung sein. In diesem Zusammenhang besteht ein weiterer Vorteil darin, dass die Membran durch das Schutzelement vor mechanischen Beeinträchtigungen geschützt sein kann, die beim Betrieb des Kraftfahrzeugs auftreten, wie beispielsweise einem Schmutzbewurf. Das Trägerelement kann insbesondere mit einem mit dem gasdichten Gehäuse verbundenen Element der Notentgasungseinrichtung verbunden sein. Zwischen diesen beiden Elementen kann eine Dichtung vorgesehen sein. Ein weiteres, mit dem Trägerelement verbundenes Halteelement der Notentgasungseinrichtung kann das Trägerelement in seiner bestimmungsgemäßen Position sichern. Eine derartige Notentgasungseinrichtung lässt sich besonders einfach montieren.The emergency degassing device can also be connected to the reinforcing element. The connection to the reinforcing element can be a positive connection, in particular a clip and/or snap connection. This enables easy installation of the emergency degassing device. In particular, the emergency degassing device can be designed in several parts. Different parts of the emergency degassing device can each be connected to the gas-tight housing of the accumulator or the reinforcing element. In particular, it is conceivable that a support element for a membrane, which in the case of an emergency degassing device opens the gas path for the gas emerging from the housing via the emergency degassing device, can be part of the emergency degassing device. In this context, a further advantage is that the membrane can be protected by the protective element from mechanical impairments that occur during operation of the motor vehicle, such as dirt. The carrier element can in particular be connected to an element of the emergency degassing device which is connected to the gas-tight housing. A seal can be provided between these two elements. A further holding element of the emergency degassing device connected to the carrier element can secure the carrier element in its intended position. Such an emergency degassing device can be installed particularly easily.
Bei einem Kraftfahrzeug mit einer Akkumulatoranordnung entsprechend der vorstehenden Beschreibung kann es sich bei dem Schutzelement insbesondere um ein im Bereich des Unterbodens das Kraftfahrzeug angeordnetes Schutzelement handeln. Insbesondere kann es sich um ein Auffahrschutzelement zum Schutz des Akkumulators beim Auffahren auf ein Hindernis handeln. Derartige Auffahrschutzelemente werden auch als „Pollerschutz“ bezeichnet. In diesem Zusammenhang kann der Akkumulator bevorzugt im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs, insbesondere unterhalb der Rücksitzbank, angeordnet sein. Die Haupterstreckungsrichtungen des gasdichten Akkumulatorgehäuses sind dabei vorzugsweise parallel zu den horizontalen Achsen des Kraftfahrzeugs orientiert. Eine derartige Anordnung des Akkumulators ist im Hinblick auf den zur Verfügung stehenden Einbauraum und die resultierende Schwerpunktlage des Kraftfahrzeugs günstig. Das hohe Risiko, dass der Akkumulator beim Überfahren eines Hindernisses bzw. beim Auffahren auf ein Hindernis beschädigt wird, was in der Praxis zu hohen Reparaturkosten führen kann, kann durch ein als Auffahrschutzelement ausgebildetes Schutzelement wirkungsvoll verhindert werden. Gleichzeitig kann das Auffahrschutzelement im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung einen geeigneten Hohlraum, in die das Gas über die Notentgasungseinrichtung abgegeben werden kann, bereitstellen.In the case of a motor vehicle with a battery arrangement according to the above description, the protective element can in particular be a protective element arranged in the area of the underbody of the motor vehicle act. In particular, it can be a collision protection element to protect the battery when it hits an obstacle. Such collision protection elements are also referred to as “bollard protection”. In this context, the battery can preferably be arranged in the area of the underbody of the motor vehicle, in particular below the rear seat. The main extension directions of the gas-tight battery housing are preferably oriented parallel to the horizontal axes of the motor vehicle. Such an arrangement of the battery is favorable in terms of the available installation space and the resulting center of gravity of the motor vehicle. The high risk that the battery will be damaged when driving over an obstacle or hitting an obstacle, which in practice can lead to high repair costs, can be effectively prevented by a protective element designed as a collision protection element. At the same time, the collision protection element in connection with the present invention can provide a suitable cavity into which the gas can be released via the emergency degassing device.
Folglich ist es insbesondere vorteilhaft, wenn der Hohlraum unterhalb des Akkumulators angeordnet ist. Insbesondere im Zusammenhang mit einer in diesem Fall nach oben gerichteten Notentgasung der einzelnen Akkumulatorzellen in das Innere des gasdichten Akkumulatorgehäuses ergeben sich so die gewünschten langen Gaswege, die ein gutes Abkühlen des Gases im Falle einer Notentgasung gewährleisten und so die Brandgefahr minimieren. Gleichzeitig ist ein guter Schutz des Akkumulators vor mechanischen Beschädigungen gewährleistet.Consequently, it is particularly advantageous if the cavity is arranged below the accumulator. Particularly in connection with an upward emergency degassing of the individual accumulator cells into the interior of the gas-tight accumulator housing, this results in the desired long gas paths, which ensure good cooling of the gas in the event of an emergency degassing and thus minimize the risk of fire. At the same time, good protection of the battery against mechanical damage is guaranteed.
Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
-
1 eine Schnittdarstellung durch eine beispielhafte Akkumulatoranordnung, -
2 eine Detaildarstellung der Schnittdarstellung in1 im Bereich der Notentgasungseinrichtung, -
3 eine Darstellung eines beispielhaften Schutzelements mit zusätzlichen Crashelement.
-
1 a sectional view through an exemplary accumulator arrangement, -
2 a detailed representation of the sectional view in1 in the area of the emergency degassing device, -
3 a representation of an exemplary protective element with an additional crash element.
Die beispielhaft dargestellte Akkumulatoranordnung 10 weist einen Akkumulator 12 und ein Schutzelement 14 auf. Der Akkumulator 12 weist ein gasdichtes Akkumulatorgehäuse 16 auf. Die beispielhaft dargestellte Akkumulatoranordnung 10 ist dazu ausgebildet, dass im Falle einer Notentgasung des Akkumulators 12 das im Inneren des gasdichten Bereichs des Akkumulatorgehäuses 16 anfallende Gas über die Notentgasungseinrichtung 18 in einen durch das Schutzelement 14 gebildeten Hohlraum 20 abgegeben wird.The
Das Verstärkungselement 14 kann - wie in
Das Schutzelement 14 kann wie im gezeigten Beispiel ein wannenförmig gestaltetes Blech sein. Dies ist insbesondere in der perspektivischen Ansicht des Schutzelements 14 in der
Wie im gezeigten Beispiel kann innerhalb des Hohlraums 20 ein metallisches Crashelement 22 angeordnet sein. Bei dem Crashelement 22 kann es sich wie im gezeigten Beispiel um ein Blech handeln. Das Crashelement 22 kann wie im gezeigten Beispiel flächig gestaltete Bereiche aufweisen. Insbesondere kann es sich wie im gezeigten Beispiel um ein Blech handeln, welches zueinander abgewinkelte Bereiche aufweist, Im gezeigten Beispiel ist das Crashelement 22 beispielhaft ein Trapezblech.As in the example shown, a
Dass im Inneren des Akkumulatorgehäuses 16 anfallende Gas kann insbesondere aus einer im Inneren des gasdichten Gehäuses 16 angeordneten Akkumulatorzelle 24 stammen. Der Akkumulator 12 kann insbesondere eine Mehrzahl im Inneren das gasdichten Gehäuses 16 angeordnete Akkumulatorzellen 24 aufweisen. In den Figuren ist aufgrund der gewählten Perspektive und Schnittebene lediglich eine davon sichtbar. Die einzelnen Akkumulatorzellen 24 können insbesondere so ausgebildet sein, dass im Inneren der Akkumulatorzelle 24 anfallendes Gas zunächst nach oben, d. h. von dem in von dem Schutzelement 14 wegweisender Richtung abgegeben wird. Im Falle einer Notentgasung über die Notentgasungseinrichtung 18 strömt das Gas im gezeigten Beispiel zunächst auf der von dem Schutzelement 14 wegweisenden Seite der Akkumulatorzellen 24 innerhalb des Akkumulatorgehäuses 16 in einen seitlichen Bereich 26 des Akkumulatorgehäuses 16 und von diesem durch die Notentgasungseinrichtung 18 in den Hohlraum 20.The gas occurring inside the
Der Akkumulator 12 kann ein Verstärkungselement 28 aufweisen. Dieses kann wie im gezeigten Beispiel als Metallplatte ausgebildet sein. In diesem Fall ist es insbesondere vorteilhaft wenn das Verstärkungselement 28 zwischen dem gasdichten Akkumulatorgehäuse 16 und dem Hohlraum 20 angeordnet ist. Wie im gezeigten Beispiel kann das Verstärkungselement 28 den Hohlraum 20 zum Akkumulatorgehäuse 16 hin begrenzen.The
Der Akkumulator 12 kann eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Akkumulatorgehäuses 16 aufweisen. Diese kann, wie im gezeigten Beispiel, ein Kühlelement 30 aufweisen. Das Kühlelement 30 kann wie dargestellt flächig gestaltet sein. Vorzugsweise ist das Kühlelement 30 entsprechend der beispielhaften Darstellung in den
Wie insbesondere in
Eine Dichtung 40 kann zwischen dem Trägerelement 36 und dem mit dem gasdichten Gehäuse 16 verbundenen Element 34 der Notentgasungseinrichtung 18 angeordnet sein und für eine Abdichtung zwischen dem Element 34 und dem Trägerelement 36 sorgen. Wie im gezeigten Beispiel kann das Trägerelement 36 mittels eines Halteelements 42 in seiner bestimmungsgemäßen Position fixiert sein. Wie dargestellt kann das Halteelement 42 an dem Verstärkungselement 28 fixiert sein. Die Fixierung kann wie beispielhaft gezeigt durch eine Schnappverbindung erfolgen.A
Die beispielhaft dargestellte Akkumulatoranordnung 10 wird in einem Kraftfahrzeug insbesondere so angeordnet, dass der Hohlraum 20 unterhalb des Akkumulators 12 angeordnet ist.The
So kann es sich bei dem Schutzelement 14 wie bei dem beispielhaft dargestellten Schutzelement 14 um ein im Bereich des Unterbodens das Kraftfahrzeugs angeordnetes Auffahrschutzelement zum Schutz des Akkumulators 12 beim Auffahren auf ein Hindernis handeln.Thus, the
In vorteilhafter Weise kann eine Akkumulatoranordnung 10 wie die beispielhaft dargestellte so in einem Kraftfahrzeug mit einer Akkumulatoranordnung 10 angeordnet sein, dass der Hohlraum 20 auf einer von der Fahrgastzelle und/oder einem Kraftstofftank des Fahrzeugs abgewandten Seite des Akkumulators 12 angeordnet ist. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass die brennbaren Gase, die in Richtung des Hohlraums 20 geleitet werden, von der Fahrgastzelle und/oder dem Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs weg geleitet werden um abzukühlen.Advantageously, an
Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential for the implementation of the invention in its various embodiments, both individually and in any combination. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the responsible person skilled in the art.
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- AkkumulatoranordnungAccumulator arrangement
- 1212
- Akkumulatoraccumulator
- 1414
- SchutzelementProtective element
- 1616
- AkkumulatorgehäuseAccumulator housing
- 1818
- NotentgasungseinrichtungEmergency degassing device
- 2020
- Hohlraumcavity
- 2121
- Öffnungopening
- 2222
- CrashelementCrash element
- 2424
- AkkumulatorzelleAccumulator cell
- 2626
- Bereich des AkkumulatorgehäusesArea of the battery housing
- 2828
- VerstärkungselementReinforcement element
- 3030
- KühlelementCooling element
- 3232
- KühlmittelanschlussCoolant connection
- 3434
- Elementelement
- 3636
- TrägerelementSupport element
- 3838
- Membranmembrane
- 4040
- Dichtungpoetry
- 4242
- HalteelementHolding element
Claims (9)
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DE102021204370A1 DE102021204370A1 (en) | 2022-11-03 |
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ID=83601147
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