DE102022112742A1 - Drive battery with high-strength concrete as a filler and motor vehicle with such a drive battery - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Batteriegehäuse (3), das eine Vielzahl von Batteriezellen (4) einhaust, wobei die Batteriezellen (4) zumindest teilweise in hochfesten Beton (7) eingebettet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausbilden solch einer Antriebsbatterie (2) sowie ein Kraftfahrzeug (1) mit solch einer Antriebsbatterie (2).The invention relates to a drive battery (2) for a motor vehicle (1), having a battery housing (3) which houses a plurality of battery cells (4), the battery cells (4) being at least partially embedded in high-strength concrete (7). The invention further relates to a method for forming such a drive battery (2) and to a motor vehicle (1) with such a drive battery (2).

Description

Die Erfindung betrifft eine Antriebsbatterie, deren Batteriezellen in einem aushärtenden Füllstoff eingebettet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Antriebsbatterie.The invention relates to a drive battery whose battery cells are embedded in a hardening filler. In addition, the invention relates to a motor vehicle with such a drive battery.

Aus dem Stand der Technik sind Antriebsbatterien bekannt, die elektrische Energie für den Antrieb und weitere Fahrzeugverbraucher eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs bereitstellen. Dabei ist bekannt, Batteriezellen in Schaum einzubetten, der Hohlräume füllt und selbst aushärtet. Jedoch sind die Prozesszeiten von Schaum relativ lange.Drive batteries are known from the prior art, which provide electrical energy for the drive and other vehicle consumers of an electrified motor vehicle. It is known to embed battery cells in foam, which fills cavities and hardens itself. However, the process times for foam are relatively long.

Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die vorstehend genannten Nachteile zumindest teilweise zu beseitigen. Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsbatterie gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 3 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 5 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.It is therefore an object of the present invention to at least partially eliminate the disadvantages mentioned above. This object is achieved by a drive battery according to claim 1, a method according to claim 3 and a motor vehicle according to claim 5. Advantageous developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, mit einem Batteriegehäuse, das eine Vielzahl von Batteriezellen einhaust, wobei die Batteriezellen zumindest teilweise in hochfesten Beton eingebettet sind. Dieses Ausführungsbeispiel bietet den Vorteil, dass die Einbettung in hochfesten Beton einen guten Brandschutz im Falle des thermischen Durchgehens einer Batteriezelle bietet. Außerdem ist er elektrisch isolierend, korrosionsbeständig, alterungsbeständig und vor allem hat er in der Serienfertigung den Vorteil, dass er schnell aushärtet. Ein weiterer Vorteil besteht in der einfacheren Recyclingfähigkeit und in CO2 Einsparungen durch die Recyclingfähigkeit und die Herstellung.According to an exemplary embodiment of the invention, a drive battery for a motor vehicle is provided, with a battery housing that houses a plurality of battery cells, the battery cells being at least partially embedded in high-strength concrete. This exemplary embodiment offers the advantage that the embedding in high-strength concrete offers good fire protection in the event of thermal runaway of a battery cell. It is also electrically insulating, corrosion-resistant, resistant to aging and, above all, it has the advantage in series production that it hardens quickly. Another advantage is the easier recyclability and CO 2 savings through recyclability and manufacturing.

Hochfester Beton weist eine Zylinderdruckfestigkeit von größer 50 N/mm2 bis einschließlich 100 N/mm2 (nach DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 ) auf. Der erste im Eurocode 2 ( DIN EN 1992-1-1 / DIN 1045-3 ) genormte hochfeste Beton ist ein C55/67, der eine charakteristische Zylinderdruckfestigkeit von mindestens 55 N/mm2 erreichen muss. Ein hochfester Beton mit 100 N/mm2 ist als C 100/115 klassifiziert.High-strength concrete has a cylinder compressive strength of greater than 50 N/mm 2 up to and including 100 N/mm 2 (according to DIN EN 206-1 / DIN 1045-2 ) on. The first in Eurocode 2 ( DIN EN 1992-1-1 / DIN 1045-3 ) standardized high-strength concrete is a C55/67, which must achieve a characteristic cylinder compressive strength of at least 55 N/mm 2 . A high-strength concrete with 100 N/mm 2 is classified as C 100/115.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung sind dem hochfesten Beton Aluminiumspäne, Glasfasern, Glaskügelchen, Karbonfasern, Karbonröhrchen und/oder Kunststofffasern beigemischt. Dadurch, dass diese beigemischten Stoffe/Elemente ein geringeres Gewicht pro Volumeneinheit als der hochfeste Beton aufweisen, ist das Gesamtgewicht aus hochfestem Beton plus Beimischung geringer, als wenn nur hochfester Beton verwendet werden würde.According to a further exemplary embodiment of the invention, aluminum chips, glass fibers, glass beads, carbon fibers, carbon tubes and/or plastic fibers are mixed into the high-strength concrete. Because these admixed substances/elements have a lower weight per unit volume than the high-strength concrete, the total weight of high-strength concrete plus admixture is lower than if only high-strength concrete were used.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich bei dem hochfesten Beton um ultrahochfesten Beton (englisch: Ultra High Performance Concrete, gebräuchliche Abkürzung: UHPC / deutsch: ultrahochfester Beton, gebräuchliche Abkürzung: UHFB). Ultrahochfester Beton ist per se bekannt und weist eine Zylinderdruckfestigkeit von über 150 N/mm2 auf.According to a further exemplary embodiment of the invention, the high-strength concrete is ultra-high-strength concrete (English: Ultra High Performance Concrete, common abbreviation: UHPC / German: ultra-high-strength concrete, common abbreviation: UHFB). Ultra-high-strength concrete is known per se and has a cylinder compressive strength of over 150 N/mm 2 .

Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Verfahren bereit zum Ausbilden einer Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mit den Schritten: Bereitstellen zumindest eines Batteriegehäuses; Einsetzen von Batteriezellen in das Batteriegehäuse, und zumindest teilweises Füllen von Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen und dem Batteriegehäuse mit hochfestem Beton. Mit diesem Verfahren erreicht man dieselben Vorteile, wie vorstehend im Zusammenhang mit der Antriebsbatterie erwähnt.In addition, the invention provides a method for forming a drive battery for a motor vehicle, comprising the steps: providing at least one battery housing; Inserting battery cells into the battery housing, and at least partially filling gaps between the battery cells and the battery housing with high-strength concrete. This process achieves the same advantages as mentioned above in connection with the drive battery.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist das Verfahren den Schritt des Beimischens von Aluminiumspänen, Glasfasern, Glaskügelchen, Karbonfasern, Karbonröhrchen und/oder Kunststofffasern in den hochfesten Beton auf.According to a further exemplary embodiment, the method has the step of mixing aluminum chips, glass fibers, glass beads, carbon fibers, carbon tubes and/or plastic fibers into the high-strength concrete.

Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug mit solch einer Antriebsbatterie bereit.In addition, the present invention provides a motor vehicle with such a drive battery.

Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. In diesen Zeichnungen ist Folgendes dargestellt:

  • 1 zeigt schematisch ein Kraftfahrzeug mit einer Antriebsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, und
  • 2 zeigt schematisch die Antriebsbatterie.
A preferred embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. These drawings show the following:
  • 1 shows schematically a motor vehicle with a drive battery according to an exemplary embodiment of the invention, and
  • 2 shows the drive battery schematically.

1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Antriebsbatterie 2 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich um ein elektrifiziertes Kraftfahrzeug, d.h. ein Kraftfahrzeug, welches zumindest temporär ausschließlich elektrisch (mittels eines oder mehrerer Elektromotoren) angetrieben wird. Insbesondere handelt es sich um einen Personenkraftwagen. Die Antriebsbatterie 2 ist beispielsweise unterhalb eines Fahrzeuginsassenraums angeordnet. 1 shows a motor vehicle 1 with a drive battery 2 according to an exemplary embodiment of the invention. The motor vehicle 1 is an electrified motor vehicle, ie a motor vehicle which is at least temporarily driven exclusively electrically (by means of one or more electric motors). In particular, it is a passenger car. The drive battery 2 is arranged, for example, below a vehicle passenger compartment.

2 zeigt die Antriebsbatterie 2 etwas genauer. Diese weist ein Batteriegehäuse 3 auf, welches eine Vielzahl von Batteriezellen 4 einhaust. Dabei ist das Batteriegehäuse 3 zumindest flüssigkeitsdicht, insbesondere fluiddicht abgeschlossen. Die Batteriezellen 4 sind elektrochemische Speicherzellen, die auf elektrochemischer Basis elektrische Energie speichern und für den elektrischen Antrieb sowie weiteren Fahrzeugverbrauchern zur Verfügung stellen. Außerdem sind die Batteriezellen 4 wiederaufladbar und insbesondere zylinderförmig (sog. Rundzellen). 2 shows the drive battery 2 in more detail. This has a battery housing 3, which houses a large number of battery cells 4. The battery housing 3 is at least liquid-tight, in particular fluid-tight. The battery cells 4 are electrochemical storage cells that store electrical energy on an electrochemical basis and make it available for the electric drive and other vehicle consumers. In addition, the battery cells 4 are rechargeable and in particular cylindrical (so-called round cells).

Zum Abgreifen der elektrischen Energie ist in bekannter Weise ein Zellkontaktiersystem 5 vorgesehen, welches die Batteriezellen 4 seriell und/oder parallel verbindet und mit einem Hochvoltbordnetz verbindet. Zur Temperierung der Batteriezellen 4, d.h. zum Kühlen und/oder Beheizen, ist eine Temperiervorrichtung 6, beispielsweise in Form von wellenförmigen Bändern, die in ihrem Inneren von Kühlmittel durchströmbar sind, zwischen Batteriezellen-Reihen vorgesehen.To tap the electrical energy, a cell contacting system 5 is provided in a known manner, which connects the battery cells 4 in series and/or parallel and connects them to a high-voltage vehicle electrical system. To control the temperature of the battery cells 4, i.e. for cooling and/or heating, a temperature control device 6, for example in the form of wave-shaped bands through which coolant can flow through their interior, is provided between rows of battery cells.

Erfindungsgemäß wird in einen die Batteriezellen 4 umgebenden Hohlraum oder in Hohlräume, d.h. ein Hohlraum zwischen den Batteriezellen 4 und dem Batteriegehäuse 3, ein hochfester Beton 7 eingefüllt. Dieser ist während des Einfüllens flüssig und füllt somit auch freie Zwischenräume zwischen benachbarten Batteriezellen 4. Nach einer Aushärtezeit von beispielsweise 30 Minuten verfestigt sich dieser hochfeste Beton 7. Durch weitere Untersuchungen und die Beimischung von Additiven könnte die Aushärtezeit vermutlich weiter reduziert werden.According to the invention, a high-strength concrete 7 is filled into a cavity surrounding the battery cells 4 or into cavities, i.e. a cavity between the battery cells 4 and the battery housing 3. This is liquid during filling and therefore also fills free spaces between adjacent battery cells 4. After a curing time of, for example, 30 minutes, this high-strength concrete 7 solidifies. Further investigations and the addition of additives could probably further reduce the curing time.

Um das Gewicht des hochfesten Betons 7 zu verringern kann diesem beispielsweise Aluminium in Form von Aluminiumspänen, Glas in Form von Glashohlkugeln oder Glasfasern, Karbon in Form von Karbonfasern oder Karbonröhrchen und/oder Kunststoff in Form von Kunststofffasern beigemischt werden. Außerdem ist die Beimischung von biologisch abbaubaren Stoffen denkbar.In order to reduce the weight of the high-strength concrete 7, for example, aluminum in the form of aluminum chips, glass in the form of hollow glass spheres or glass fibers, carbon in the form of carbon fibers or carbon tubes and/or plastic in the form of plastic fibers can be added to it. The addition of biodegradable materials is also conceivable.

Der hochfeste Beton 7 dient dabei vorwiegend als Füllstoff, wobei die statischen Aufgaben durch das Batteriegehäuse 3 und eventuelle Aluminiumstreben oder dergleichen übernommen werden.The high-strength concrete 7 serves primarily as a filler, with the static tasks being taken over by the battery housing 3 and any aluminum struts or the like.

Insbesondere wird die Gesamtheit der Batteriezellen 4 vollständig von dem hochfesten Beton 7 umgeben und in diesen eingebettet.In particular, the entirety of the battery cells 4 is completely surrounded by the high-strength concrete 7 and embedded in it.

Während die Erfindung detailliert in den Zeichnungen und der vorangehenden Beschreibung veranschaulicht und beschrieben wurde, ist diese Veranschaulichung und Beschreibung als beispielhaft und nicht als beschränkend zu verstehen und es ist nicht beabsichtigt die Erfindung auf das offenbarte Ausführungsbeispiel zu beschränken. Die bloße Tatsache, dass bestimmte Merkmale in verschiedenen abhängigen Ansprüchen genannt sind, soll nicht andeuten, dass eine Kombination dieser Merkmale nicht auch vorteilhaft genutzt werden könnte.While the invention has been illustrated and described in detail in the drawings and the foregoing description, this illustration and description is to be considered as illustrative and not restrictive and is not intended to limit the invention to the disclosed embodiment. The mere fact that certain features are recited in different dependent claims is not intended to imply that a combination of those features could not also be used to advantage.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Claims (7)

Antriebsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit einem Batteriegehäuse (3), das eine Vielzahl von Batteriezellen (4) einhaust, wobei die Batteriezellen (4) zumindest teilweise in hochfesten Beton (7) eingebettet sind.Drive battery (2) for a motor vehicle (1), with a battery housing (3) which houses a plurality of battery cells (4), the battery cells (4) being at least partially embedded in high-strength concrete (7). Antriebsbatterie (2) gemäß Anspruch 1, wobei dem hochfesten Beton (7) Aluminiumspäne, Glasfasern, Glaskügelchen, Karbonfasern, Karbonröhrchen und/oder Kunststofffasern beigemischt sind.Drive battery (2) according to Claim 1 , whereby aluminum chips, glass fibers, glass beads, carbon fibers, carbon tubes and / or plastic fibers are mixed into the high-strength concrete (7). Antriebsbatterie (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei es sich bei dem hochfesten Beton (7) um ultrahochfesten Beton handelt.Drive battery (2) according to Claim 1 or 2 , whereby the high-strength concrete (7) is ultra-high-strength concrete. Verfahren zum Ausbilden einer Antriebsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (1), mit den Schritten: Bereitstellen zumindest eines Batteriegehäuses (3); Einsetzen von Batteriezellen (4) in das Batteriegehäuse (3), und zumindest teilweises Füllen von Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen (4) und dem Batteriegehäuse (3) mit hochfestem Beton (7).Method for forming a drive battery (2) for a motor vehicle (1), with the steps: Providing at least one battery housing (3); Inserting battery cells (4) into the battery housing (3), and at least partially filling the spaces between the battery cells (4) and the battery housing (3) with high-strength concrete (7). Verfahren gemäß Anspruch 4, ferner mit dem Schritt Beimischen von Aluminiumspänen, Glasfasern, Glaskügelchen, Karbonfasern, Karbonröhrchen und/oder Kunststofffasern in den hochfesten Beton (7).Procedure according to Claim 4 , further with the step of mixing aluminum chips, glass fibers, glass beads, carbon fibers, carbon tubes and / or plastic fibers into the high-strength concrete (7). Verfahren gemäß Anspruch 4 oder 5, wobei es sich bei dem hochfesten Beton (7) um ultrahochfesten Beton handelt.Procedure according to Claim 4 or 5 , whereby the high-strength concrete (7) is ultra-high-strength concrete. Kraftfahrzeug (1) mit einer Antriebsbatterie (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3.Motor vehicle (1) with a drive battery (2) according to one of Claims 1 until 3 .
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