DE102023105680B3

DE102023105680B3 - Batteriepaket für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102023105680B3
Application number: DE102023105680.8A
Authority: DE
Inventors: Emanuel Preis; Florian Soldner; Julia Sajko
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2023-03-08
Filing date: 2023-03-08
Publication date: 2024-01-25
Anticipated expiration: 2043-03-09
Also published as: US20240304924A1; CN118630403A

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriepaket (1) für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einer Vielzahl an Batteriezellen (2, 4, 5), welche in einen Schaumkörper mit Bereichen unterschiedlicher Steifigkeit eingebettet sind, wobei der Schaumkörper einen Grundkörper aus einem Strukturschaum (6) erster Steifigkeit und einen Deformationsschaum mit einer im Vergleich zur ersten Steifigkeit niedrigeren zweiten Steifigkeit aufweist, der Deformationsschaum an einer Seite (3) des Batteriepakets (1), an welcher äußerste Batteriezellen (2, 4, 5) zueinander nach außen oder nach innen versetzt angeordnet sind, jeweilige nach außen versetzte Batteriezellen (4) auf einer kürzesten Geraden von einer Mittelachse (11) der jeweiligen Batteriezellen (4) zu der Seite (3) des Batteriepakets (1) hin nach außen überdeckt, und der Deformationsschaum überdeckungsfrei zu jeweiligen kürzesten Geraden von einer Mittelachse (11) der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen (5) zu der Seite (3) des Batteriepakets (1) hin angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriepaket für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug.
Die EP 2 418 709 B1 offenbart einen Batteriepack, umfassend eine Vielzahl von Batterieelementen, die in wenigstens einer Packungsschicht nebeneinandergepackt sind, wobei zumindest bereichsweise innerhalb einer Packungsschicht zwischen wenigstens zwei benachbarten Batterieelementen wenigstens ein Deformationselement angeordnet ist. Unter einer äußeren Krafteinwirkung sind die Batterieelemente unter Deformation von Deformationselementen verschieblich. Die Batterieelemente sind aus einer Vielzahl von Batteriezellen ausgebildet und das wenigstens eine Deformationselement ist als geschäumter Körper ausgebildet. Ein Zwischenraum zwischen den einzelnen Batteriezellen eines Batterieelements kann mit einem Hilfsmaterial gefüllt sein, bei welchem es sich um einen Strukturschaum handeln kann.
Aus der DE 10 2012 008 633 B4 ist weiterhin ein Batteriemodul für einen elektrisch angetriebenen Kraftwagen mit einer Mehrzahl von Batteriezellen und wenigstens einem Deformationselement bekannt. Die Batteriezellen und das Deformationselement sind gemeinsam innerhalb eines Gehäuses des Batteriemoduls angeordnet. Das Deformationselement ist als Strangpressprofil ausgebildet und dazu eingerichtet, durch eine plastische Verformung seiner Gestalt eine von außen auf das Batteriemodul einwirkende mechanische Energie zu absorbieren. Die Batteriezellen sind zumindest bereichsweise in einem Strukturschaum eingebettet und durch den Strukturschaum voneinander beabstandet, wobei die Steifigkeit des Strukturschaums wenigstens doppelt so groß wie die des Deformationselements ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche einen besonders guten Schutz von in einem Strukturschaum eingebetteten Batteriezellen vor einer Beschädigung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
Die Erfindung betrifft einen Batteriepaket für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Die Traktionsbatterie ist dazu eingerichtet, elektrische Energie für einen elektrischen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Das Kraftfahrzeug kann somit über den elektrischen Antriebsstrang mittels der von der Traktionsbatterie bereitgestellten elektrischen Energie angetrieben werden. Das Batteriepaket umfasst eine Vielzahl an Batteriezellen, welche in einen Schaumkörper mit Bereichen unterschiedlicher Steifigkeit eingebettet sind. Das Batteriepaket kann zum Herstellen der Traktionsbatterie in ein Batteriegehäuse aufgenommen werden. Bei der Traktionsbatterie handelt es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher für das Kraftfahrzeug. Das Einbetten der Batteriezellen in den Schaumkörper ermöglicht, dass auf das Batteriepaket einwirkende Kräfte von dem Schaumkörper in Verformungsenergie umgewandelt werden können, wodurch zumindest ein Teil der auf das Batteriepaket einwirkenden Kräfte absorbiert werden kann. Durch das Vorsehen der Bereiche unterschiedlicher Steifigkeit des Schaumkörpers können auf das Batteriepaket einwirkende Kräfte gezielt auf ausgewählte Batteriezellen des Batteriepakets verteilt werden, wodurch insbesondere auf einzelne Batteriezellen einwirkende Kräfte vergleichmäßigt werden können. Hierdurch kann vermieden werden, dass einzelne Batteriezellen des Batteriepakets besonders stark durch die auf das Batteriepaket einwirkende Kraft beansprucht werden, wodurch wiederum eine Beschädigung der dementsprechend beanspruchten Batteriezelle auftreten könnte. Diese starke Beanspruchung der wenigstens einen Batteriezelle könnte wiederum zu einem thermischen Durchgehen dieser Batteriezelle führen. Die Vergleichmäßigung von auf das Batteriepaket einwirkenden Kräften mittels der unterschiedlichen Steifigkeiten des Schaums ermöglicht somit, dass die Batteriezellen des Batteriepakets besonders gut vor einem thermischen Durchgehen geschützt werden können.
Bei dem Batteriepaket ist es vorgesehen, dass der Schaumkörper einen Grundkörper aus einem Strukturschaum erster Steifigkeit und einen Deformationsschaum mit einer im Vergleich zur ersten Steifigkeit niedrigeren zweiten Steifigkeit aufweist. Hierbei kann der Schaumkörper den Deformationsschaum insbesondere in mehreren zueinander beabstandeten Bereichen aufweisen. Insbesondere sind die jeweiligen aus dem Deformationsschaum gebildeten Deformationsbereiche in den Strukturschaum des Schaumkörpers eingebettet. Die Deformationsbereiche können somit zumindest zu einigen ihrer jeweiligen Seiten hin von dem Strukturschaum umgeben sein. Bei dem Batteriepaket ist es weiterhin vorgesehen, dass der Deformationsschaum an einer Seite des Batteriepakets, an welcher äußerste Batteriezellen zueinander nach außen oder nach innen versetzt angeordnet sind, jeweilige nach außen versetzte Batteriezellen auf einer kürzesten Geraden von einer Mittelachse der jeweiligen Batteriezelle zu der Seite des Batteriepakets hin nach außen überdeckt. Insbesondere ist für jede nach außen versetzte Batteriezelle ein Deformationsbereich vorgesehen, welcher die nach außen versetzte Batteriezelle auf der kürzesten Geraden von deren Mittelachse zu der Seite des Batteriepakets hin nach außen überdeckt. Die jeweiligen nach außen versetzten Batteriezellen können somit durch die jeweiligen Deformationsbereiche, in welchen der Schaumkörper aus dem Deformationsschaum gebildet ist, vor Beschädigungen geschützt werden. Die kürzeste Gerade von der Mittelachse der jeweiligen Batteriezelle zu der Seite des Batteriepakets hin entspricht dem Abstand der Mittelachse der jeweiligen Batteriezelle zu dieser Seite des Batteriepakets. Der Abstand, auch die Entfernung oder die Distanz zweier Punkte, ist die Länge der kürzesten Verbindung dieser Punkte. Der Abstand ist insbesondere die Länge der geradlinigen Strecke zwischen diesen beiden Punkten.
Der Deformationsschaum ist weiterhin überdeckungsfrei zu der jeweiligen kürzesten Geraden von einer Mittelachse der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen zu der Seite des Batteriepakets hin angeordnet. Das bedeutet, dass die Mittelachsen der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen zu der Seite des Batteriepakets nach außen hin nicht von jeweiligen Deformationsbereichen überdeckt sind. Insbesondere sind die Mittelachsen der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen zu der Seite des Batteriepakets nach außen hin lediglich von dem Strukturschaum des Schaumkörpers überdeckt. Wirkt somit an der Seite des Batteriepakets eine Kraft auf das Batteriepaket ein, dann wird die Kraft von dem die Mittelachsen der nach innen versetzten Batteriezellen überdeckenden Strukturschaum weniger stark absorbiert, als von dem die Mittelachsen der nach außen versetzten Batteriezellen überdeckenden Deformationsschaum, wodurch die auf das Batteriepaket einwirkende Kraft besonders gleichmäßig auf die an dieser Seite des Batteriepakets angeordneten Batteriezellen verteilt wird, unabhängig davon, ob die Batteriezellen nach innen oder nach außen versetzt angeordnet sind. Hierdurch kann eine übermäßige Belastung der nach außen an der Seite versetzt angeordneten Batteriezellen vermieden werden und infolgedessen eine Beschädigungsgefahr für diese nach außen versetzten Batteriezellen bei einer Krafteinwirkung an der Seite des Batteriepakets besonders geringgehalten werden.
In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Deformationsschaum über seine parallel zu einem Verlauf der jeweiligen Mittelachsen der Batteriezellen verlaufende Höhe unterschiedliche Steifigkeiten aufweist, welche in Abhängigkeit von einem Aufbau der nach außen versetzten Batteriezellen gewählt sind. Mit anderen Worten weisen die jeweiligen Deformationsbereiche des Schaumkörpers in unterschiedlichen Höhen unterschiedliche Steifigkeiten auf. Die Steifigkeit des Deformationsbereichs des Schaumkörpers in den jeweiligen unterschiedlichen Höhen wird in Abhängigkeit von einer Ausgestaltung der jeweiligen mittels des Deformationsbereichs zu schützenden Batteriezelle gewählt. Durch eine Auswahl der jeweiligen Steifigkeit für die unterschiedlichen Höhen des Deformationsbereichs kann somit der Deformationsbereich besonders gut an einen jeweiligen Schutzbedarf der Batteriezelle über deren Höhe umgesetzt werden. Insbesondere aufgrund einer Anordnung jeweiliger Komponenten der Batteriezelle in unterschiedlichen Bereichen über deren Höhe kann ein unterschiedlicher Schutzbedarf der Batteriezelle über deren Höhe vor Beschädigungen resultieren. Insbesondere auf einer Höhe von besonders empfindlichen Komponenten der Batteriezelle kann der Deformationsbereich mit einer besonders geringen Steifigkeit, insbesondere mit einer geringeren Steifigkeit als in einer dazu unterschiedlichen Höhe, gewählt werden. Hierdurch kann bewirkt werden, dass bei einer Krafteinwirkung auf das Batteriepaket besonders wenig der einwirkenden Kraft auf die besonders empfindliche Komponente der Batteriezelle einwirkt und zumindest ein Teil der Kraft stattdessen auf eine stabilere Komponente der Batteriezelle umgeleitet wird. Es kann somit ein besonders guter Schutz von empfindlichen Komponenten der Batteriezellen erreicht werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Strukturschaum über seine parallel zu einem Verlauf der jeweiligen Mittelachsen der Batteriezellen verlaufenden Höhe unterschiedliche Steifigkeiten aufweist, welche in Abhängigkeit von einem Aufbau der Batteriezelle gewählt sind. Insbesondere kann der Strukturschaum in jeweiligen Stabilisierungsbereichen, in welchen der Strukturschaum die Mittelachsen der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen zu der Seite des Batteriepakets nach außen hin überdeckt, mit unterschiedlichen Steifigkeiten an unterschiedlichen Höhenpositionen ausgebildet sein. Insbesondere können die Steifigkeiten des Strukturschaums in den jeweiligen Stabilisierungsbereichen an den jeweiligen unterschiedlichen Höhen in Abhängigkeit von dem Schutzbedarf der jeweiligen an der Seite des Batteriepakets nach innen versetzten Batteriezellen gewählt sein. Durch das Wählen der jeweiligen Steifigkeiten des Strukturschaums in den Stabilisierungsbereichen für die unterschiedlichen Höhen kann die auf das Batteriepaket an der Seite einwirkende Kraft zumindest teilweise auf stabilere Komponenten der Batteriezellen durch Einstellen der jeweiligen Steifigkeit umgelenkt werden, um die empfindlicheren Komponenten der Batteriezellen zu schützen. Durch das Anpassen der Steifigkeit der Stabilisierungsbereiche beziehungsweise der Deformationsbereiche über deren jeweilige Höhe in Abhängigkeit von dem Aufbau der jeweiligen zu schützenden Batteriezellen kann eine Gefahr eines thermischen Durchgehens der jeweiligen zu schützenden Batteriezelle besonders geringgehalten werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriezellen als Rundzellen ausgebildet sind und in dem Batteriepaket mit ihren jeweiligen Querschnitten eine einzige hexagonale Kreispackung bilden. Mit anderen Worten bilden sämtliche Batteriezellen des Batteriepakets gemeinsam mit ihren jeweiligen Querschnitten die hexagonale Kreispackung. Aufgrund der Ausgestaltung der jeweiligen Batteriezellen als Rundzellen weisen die Batteriezellen einen zumindest im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt auf. Die hexagonale Kreispackung der jeweiligen Batteriezellen ermöglicht eine besonders dichte Packung der jeweiligen Batteriezellen. Das Batteriepaket kann somit besonders kompakt und mit einer besonders großen Leistungsdichte bereitgestellt werden. Insbesondere bei der Anordnung der Rundzellen in der hexagonalen Kreispackung sind zumindest an einer Seite der Kreispackung jeweilige äußerste Batteriezellen zueinander nach außen und nach innen versetzt angeordnet. Beispielsweise ist an dieser Seite des Batteriepaktes jede zweite äußerste Batteriezelle nach außen versetzt angeordnet und jede zweite äußerste Batteriezelle nach innen versetzt angeordnet, wodurch die Batteriezellen entlang der Seite abwechselnd nach außen und nach innen versetzt angeordnet sind. Das Weglassen des Deformationsschaums in dem Schaumkörper könnte dazu führen, dass bei einer Krafteinwirkung auf das Batteriepaket an dieser Seite nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen zumindest teilweise die auf das Batteriepaket einwirkende Kraft absorbieren, wodurch wiederum eine Gefahr einer Beschädigung dieser Batteriezellen besonders groß ist. Die beschriebene Ausgestaltung des Batteriepakets mit dem Deformationsschaum ermöglicht einen besonders guten Schutz dieser nach außen versetzten Batteriezellen vor einer durch Krafteinwirkung verursachten Beschädigung.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass sämtliche Batteriezellen vollständig von dem Strukturschaum umgeben sind. Das bedeutet, dass die Batteriezellen des Batteriepakets von dem Strukturschaum mit der ersten Steifigkeit umfangsseitig umgeben sind. Eine jeweilige Oberseite und Unterseite der Batteriezellen kann von dem Strukturschaum nach außen überdeckt sein, sodass die Batteriezellen vollständig von dem Strukturschaum umhüllt sind. Alternativ können die Oberseite und/oder die Unterseite der jeweiligen Batteriezellen nicht von dem Strukturschaum überdeckt sein, wodurch die Batteriezellen besonders gut zugänglich sind. In dem Randbereich des Schaumkörpers kann der Deformationsschaum mit der im Vergleich zur ersten Steifigkeit niedrigeren zweiten Steifigkeit angeordnet sein. Hierbei kann zumindest ein Deformationsbereich in den Strukturschaum eingebettet sein. Dieser Deformationsbereich kann umfangsseitig vollständig von dem Strukturschaum umschlossen sein. Alternativ kann der Deformationsbereich zumindest an der ersten Seite und somit nach außen hin nicht von dem Strukturschaum überdeckt sein. Das vollständige Umgeben sämtlicher Batteriezellen mittels des Strukturschaums ermöglicht eine besonders gute Stabilisierung der Batteriezellen des Batteriepakets durch den Strukturschaum. Darüber hinaus können die Batteriezellen von dem Strukturschaum miteinander zu einem Batterieblock verbunden werden. Eine Gefahr eines Lösens einzelner Batteriezellen aus dem Batteriepaket kann hierdurch besonders geringgehalten werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Deformationsschaum ein Polyurethanschaum ist. Polyurethanschäume bieten je nach Produktionsverfahren ein sehr breites Einsatzfeld. Um diesen vielseitigen Schaum zu erhalten, werden Polyol und Isocyanat mit Kohlensäure aufgeschäumt, wobei der Schaum mit unterschiedlicher Konsistenz hergestellt werden kann. Durch das Herstellen des Deformationsschaums aus dem Polyurethanschaum kann somit die Steifigkeit des Deformationsschaums besonders einfach und präzise eingestellt werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Seite des Batteriepakets sämtliche Batteriezellen mit einem Schaumeinleger nach außen überdeckt sind, wobei der Schaumeinleger für die jeweiligen nach außen versetzten Batteriezellen den Deformationsschaum und für die nach innen versetzten Batteriezellen jeweilige Stabilisierungsbereiche zwischen benachbartem Deformationsschaum aufweist, wobei die Stabilisierungsbereiche eine im Vergleich zur zweiten Steifigkeit des Deformationsschaums höhere Steifigkeit aufweisen. Mit anderen Worten können die Batteriezellen des Batteriepakets von dem Strukturschaum umgeben, insbesondere umgossen, sein und der Schaumeinleger an die Seite des Batteriepakets angelegt werden. Der Schaumeinleger und der die Batteriezellen umgebende Strukturschaum bilden gemeinsam den Schaumkörper. Es ist somit vorgesehen, dass an den Batterieblock, welcher aus den von dem Strukturschaum umgossenen Batteriezellen gebildet ist, seitlich der Schaumeinleger angelegt ist. Die jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen sind auf einer kürzesten Gerade von einer Mittelachse der jeweiligen Batteriezellen zu der Seite des Batteriepakets hin von einem jeweiligen Stabilisierungsbereich nach außen überdeckt. Dadurch, dass die jeweiligen Stabilisierungsbereiche eine höhere Steifigkeit aufweisen als die aus dem Deformationsschaum gebildeten Deformationsbereiche, wird mittels des Schaumeinlegers die an der Seite auf das Batteriepaket einwirkende Kraft vergleichmäßigt auf die nach außen versetzten Batteriezellen und auf die nach innen versetzten Batteriezellen verteilt. Hierdurch kann eine Gefahr einer Überbelastung einzelner Batteriezellen und infolgedessen eine Beschädigung dieser einzelnen Batteriezellen besonders geringgehalten werden. Das Anlegen des Schaumeinlegers an den Batterieblock ermöglicht ein besonders einfaches Anordnen des Deformationsschaums an der Seite des Batteriepakets. Alternativ zu dem seitlichen Anlegen des Schaumeinlegers an den Batterieblock können die jeweiligen aus dem Deformationsschaum gebildeten Deformationsbereiche seitlich neben den Batteriezellen positioniert und gemeinsam mit den Batteriezellen von dem Strukturschaum umgossen werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stabilisierungsbereiche aus dem Strukturschaum gebildet sind. Dies ermöglicht, dass der Schaumkörper aus besonders wenigen unterschiedlichen Materialien besteht und infolgedessen besonders einfach recycelt werden kann.
Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Batteriepaket wie es bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriepaket für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs beschrieben worden ist. Die Traktionsbatterie kann insbesondere ein Batteriegehäuse aufweisen, in welchem das wenigstens eine Batteriepaket angeordnet ist. Durch die Verwendung des wenigstens einen Batteriepakets in der Traktionsbatterie kann eine Beschädigungsgefahr für einzelne Batteriezellen der Traktionsbatterie bei einer seitlichen Krafteinwirkung auf die Traktionsbatterie besonders geringgehalten werden.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass eine Gehäuseanbindung des Batteriepakets nach innen von dem Deformationsschaum überdeckt ist. Das bedeutet, dass die Gehäuseanbindung bei einer Krafteinwirkung auf die Gehäuseanbindung besonders einfach aufgrund der geringeren Steifigkeit des Deformationsschaums im Vergleich zum Strukturschaum auf den Deformationsschaum zu beziehungsweise in den Deformationsschaum hinein bewegt werden kann, wodurch über die Gehäuseanbindung in das Batteriepaket eingebrachte Kraft besonders gut durch Verformung des Deformationsschaums absorbiert werden kann. Infolgedessen können die Batteriezellen des Batteriepakets mittels des Deformationsschaums bei der Krafteinwirkung auf die Gehäuseanbindung besonders gut vor einer Beschädigung durch eine Krafteinbringung über die Gehäuseanbindung geschützt werden.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Draufsicht eines Batteriepakets mit mehreren Batteriezellen, welche in einen Schaumkörper eingebettet sind;
2 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie A:A aus 1;
3 eine schematische Schnittansicht entlang der Linie B:B aus 1; und
4 eine schematische Skizze eines Ausschnitts des Batteriepakets.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist in einer schematischen Draufsicht ein Batteriepaket 1 für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ausschnittsweise dargestellt. Das Batteriepaket 1 umfasst eine Vielzahl an Batteriezellen 2, welche vorliegend als Rundzellen ausgebildet sind und in einem Schaumkörper eingebettet sind, welcher unterschiedliche Steifigkeiten aufweist. Die unterschiedlichen Steifigkeiten des Schaumkörpers können durch jeweils zugeordnete unterschiedliche Härten umgesetzt werden. In dem Batteriepaket 1 sind die Rundzellen mit deren jeweiligen Querschnitten eine hexagonale Kreispackung bildend angeordnet. Aufgrund der hexagonalen Kreispackung der Batteriezellen 2 mit ihren jeweiligen Querschnitten sind jeweilige äußerste Batteriezellen 2 an einer vorgegebenen Seite 3 des Batteriepakets 1 nach innen beziehungsweise nach außen versetzt angeordnet. Das bedeutet, dass die jeweiligen der in 1 gezeigten Seite 3 des Batteriepakets 1 zugewandten äußersten Batteriezellen 2 abwechselnd nach innen und nach außen versetzt angeordnet sind. Den jeweiligen nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 2 ist im Folgenden das Bezugszeichen 4 zugeordnet. Den jeweiligen nach innen versetzt angeordneten äußersten Batteriezellen 2 ist im Folgenden das Bezugszeichen 5 zugeordnet.
Wie in 1 besonders gut erkannt werden kann, weisen die nach innen versetzten Batteriezellen 5 einen größeren Abstand zu der Seite 3 des Batteriepakets 1 auf als die nach außen versetzten Batteriezellen 4. Bei einer an der Seite 3 auf das Batteriepaket 1 einwirkenden Kraft würde bei einer homogenen Steifigkeit des Schaumkörpers die Kraft als erstes zu einer Verformung der nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 4 führen und je nach Eindringtiefe später zu einer Verformung der nach innen versetzt angeordneten Batteriezellen 5 führen. Das Batteriepaket 1 ist so ausgestaltet, dass die auf die Seite 3 des Batteriepakets 1 einwirkende Kraft gleichmäßiger auf die nach außen versetzten Batteriezellen 4 und die nach innen versetzten Batteriezellen 5 verteilt wird, um einer übermäßigen Belastung der nach außen versetzten Batteriezellen 4 und infolgedessen einer Beschädigung der nach außen versetzten Batteriezellen 4 entgegenzuwirken.
Vorliegend sind die Batteriezellen 2 in dem Batteriepaket 1 von einem Strukturschaum 6 umgeben. Der Strukturschaum 6 verbindet die Batteriezellen 2 des Batteriepakets 1 zu einem Batterieblock 7. An dem Batterieblock 7 ist seitlich ein Schaumeinleger 8 angelegt. Der Schaumeinleger 8 überdeckt sämtliche Batteriezellen 2 des Batteriepakets 1 zu der Seite 3 nach außen hin. Der Schaumeinleger 8 weist vorliegend abwechselnd mehrere Stabilisierungsbereiche 9 und Deformationsbereiche 10 auf. Die Deformationsbereiche 10 sind aus einem Deformationsschaum gebildet. Bei diesem Deformationsschaum handelt es sich vorliegend um einen Polyurethanschaum. Vorliegend sind die Stabilisierungsbereiche 9 aus dem Strukturschaum 6 gebildet. Vorliegend ist für jede der nach außen versetzten Batteriezellen 4 ein Deformationsbereich 10 und für jede der nach innen versetzten Batteriezellen 5 ein jeweiliger Stabilisierungsbereich 9 vorgesehen. Hierbei sind die jeweiligen Stabilisierungsbereiche 9 und Deformationsbereiche 10 derart angeordnet, dass jeweilige Mittelachsen 11 der nach außen versetzten Batteriezellen 4 auf einer kürzesten Geraden zu der Seite 3 von den jeweiligen Deformationsbereichen 10 nach außen überdeckt sind und jeweilige Mittelachsen 11 der nach innen versetzten Batteriezellen 5 auf der kürzesten Gerade zu der Seite 3 hin von den jeweiligen Stabilisierungsbereichen 9 nach außen überdeckt sind. Vorliegend ist es insbesondere vorgesehen, dass lediglich die nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 4 zu der Seite 3 hin nach außen von den jeweiligen Deformationsbereichen 10 überdeckt sind und die jeweiligen nach innen versetzt angeordneten Batteriezellen 5 zumindest im Wesentlichen zu der Seite 3 des Batteriepakets 1 nach außen hin von den Stabilisierungsbereichen 9 überdeckt sind. Der Deformationsschaum ist somit überdeckungsfrei zu jeweiligen kürzesten Geraden von den Mittelachsen 11 der jeweiligen nach innen versetzt angeordneten Batteriezellen 5 zu der Seite 3 des Batteriepakets 1 hin angeordnet. Vorliegend sind zusätzlich die Stabilisierungsbereiche 9 überdeckungsfrei zu den jeweiligen kürzesten Geraden von der jeweiligen Mittelachse 11 der jeweiligen nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 4 zu der Seite 3 des Batteriepakets 1 hin angeordnet.
Der Strukturschaum 6 weist eine erste Steifigkeit auf und der Deformationsschaum weist eine im Vergleich zur ersten Steifigkeit niedrigere zweite Steifigkeit auf. Die Stabilisierungsbereiche 9 weisen eine im Vergleich zur zweiten Steifigkeit des Deformationsschaums höhere Steifigkeit auf. Insbesondere weisen die Stabilisierungsbereiche 9 die erste Steifigkeit auf, sofern die Stabilisierungsbereiche 9 aus dem Strukturschaum 6 gebildet sind.
In 2 ist ein Schnitt durch das Batteriepaket 1 entlang der Schnittlinie A:A gezeigt. Hierbei ist eine der nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 4 sowie der zugeordnete Deformationsbereich 10 geschnitten dargestellt. Der Deformationsschaum weist in dem in 2 gezeigten Deformationsbereich 10 über die parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Mittelachse 11 verlaufende Höhe 12 Bereiche unterschiedlicher Steifigkeiten auf. Hierbei sind die unterschiedlichen Steifigkeiten durch eine jeweilige Breite des Deformationsbereichs 10 in 2 visualisiert. Je schmaler der Deformationsbereich 10 in der jeweiligen Höhe ist, desto höher ist die Steifigkeit des Deformationsbereichs 10 in dieser Höhe. Der in 2 gezeigte Deformationsbereich 10 weist somit in der Mitte die geringste Steifigkeit und ganz oben sowie ganz unten die jeweils höchsten Steifigkeiten auf. Der Deformationsbereich 10 kann somit auf mittlerer Höhe am meisten komprimiert werden, wodurch in dieser Höhe am wenigstens von einer an der Seite 3 in das Batteriepaket 1 eingebrachten Kraft über den Deformationsbereich 10 an die nach außen versetzt angeordneten Batteriezelle 4 übertragen wird. Infolgedessen ist ein auf dieser Höhe angeordneter Bereich der nach außen versetzt angeordneten Batteriezelle 4 besonders gut vor der Krafteinwirkung und infolgedessen vor einer Beschädigung geschützt. Dieser Bereich eignet sich somit besonders gut zur Anordnung von empfindlichen Komponenten dieser Batteriezelle 4.
In 3 ist das Batteriepaket 1 entlang der Schnittlinie B:B geschnitten dargestellt. Hierbei ist eine der nach hinten versetzt angeordneten Batteriezellen 5 sowie der zugeordnete Stabilisierungsbereich 9 geschnitten gezeigt. Wie in 3 erkannt werden kann, kann der Stabilisierungsbereich 9 in unterschiedlichen Höhen unterschiedliche Steifigkeiten aufweisen, wobei die Steifigkeiten an den jeweiligen unterschiedlichen Höhen in Abhängigkeit von einem Aufbau der zugeordneten, nach hinten versetzt angeordneten Batteriezelle 5 gewählt sind. Analog zu der in 2 gezeigten Darstellung sind die unterschiedlichen Steifigkeiten des Stabilisierungsbereichs 9 in 3 durch die jeweilige dargestellte Breite des Stabilisierungsbereichs 9 auf der jeweiligen Höhe 12 visualisiert. Je breiter der Stabilisierungsbereich 9 auf der jeweiligen Höhe angeordnet ist, desto geringer ist die Steifigkeit des Stabilisierungsbereichs 9 in dieser Höhe. Es ist somit vorliegend auch für den Stabilisierungsbereich 9 vorgesehen, dass dieser auf mittlerer Höhe die geringste Steifigkeit aufweist und ganz unten beziehungsweise ganz oben die größte Steifigkeit aufweist. Hierdurch kann ein mittlerer Bereich der nach hinten versetzt angeordneten, dem Stabilisierungsbereich 9 zugeordneten Batteriezelle 5 besonders gut vor der Krafteinwirkung und infolgedessen vor einer Beschädigung geschützt werden. Dieser Bereich eignet sich somit besonders gut zur Anordnung von empfindlichen Komponenten dieser Batteriezelle 5.
Es kann vorgesehen sein, dass sämtliche Bereiche des Stabilisierungsbereichs 9 über dessen Höhe mit einer größeren Steifigkeit ausgebildet sind als sämtliche Bereiche des Deformationsbereichs 10. Alternativ kann lediglich für jeweilige gleiche Höhen vorgesehen sein, dass der Deformationsbereich 10 eine im Vergleich zu dem jeweiligen Stabilisierungsbereich 9 geringere Steifigkeit aufweist. Es kann somit vorgesehen sein, dass der Deformationsbereich 10 in einem Bereich entlang der Höhe 12 eine größere Steifigkeit aufweist, als der Stabilisierungsbereich 9 in einer anderen Höhe.
In 4 ist ausschnittsweise eine Skizze einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit dem Batteriepaket 1 gezeigt. Hierbei kann zusätzlich eine Gehäuseanbindung 13 des Batteriepakets 1 an ein Batteriegehäuse 14 der Traktionsbatterie erkannt werden. Bei der in 4 gezeigten Anordnung ist die Gehäuseanbindung 13 an der Seite 3 nach innen von einem Deformationsbereich 10 überdeckt. Erfolgt somit die in 4 gezeigte Krafteinwirkung 15 auf das Batteriepaket 1, dann kann mittels des Deformationsbereichs 10 ein Beschädigen der nach außen versetzt angeordneten äußersten Batteriezelle 4 durch die Gehäuseanbindung 13 durch Intrusion und aufgrund einer Blockbildung besonders gut vermieden beziehungsweise zumindest begrenzt werden. Der heterogene Schaumeinleger 8 führt zu einer gezielt heterogenen Intrusionsfront und einer Entlastung der nach außen versetzt angeordneten äußersten Batteriezellen 4. Es kann darüber hinaus eine reduzierte Blockbildung an einer Zellaußenseite der äußersten, nach außen versetzt angeordneten Batteriezellen 4 sowie ein freier Wulstbereich 16 im Bereich der Gehäuseanbindung 13 erzielt werden. Der freie Wulstbereich 16 ermöglicht, dass eine Blockbildung an dieser oberen Kante des Batteriepakets 1 besonders gut unterbunden werden kann, indem der Wulst 17 unter Komprimierung des Deformationsbereichs 10 auf die nach außen versetzt angeordnete äußerste Batteriezelle 4 zubewegt werden kann. Die Deformation des Deformationsbereichs 10 unterbindet eine unmittelbare Kraftübertragung von dem Wulst 17 auf die nach außen versetzt angeordnete Batteriezelle 4.
Wie in 4 erkannt werden kann, können für ein Befestigen und Anordnen sowie Fixieren der jeweiligen Deformationsbereiche 10 in dem Schaumeinleger 8 die jeweiligen Deformationsbereiche 10 von dem Strukturschaum 6 umgossen beziehungsweise in eine in dem Strukturschaum 6 freigehaltene Tasche eingegossen beziehungsweise eingeschäumt werden. Eine homogene Steifigkeit des Schaumeinlegers 8 könnte zu einer homogenen Intrusionsfront und infolgedessen zu einer Intrusion von wenigstens einer nach außen versetzten Batteriezelle 4 führen.
Ein Zellcluster aus der Vielzahl an Batteriezellen 2 wird Gesamthaft in den Strukturschaum 6 eingebettet, welcher eine besonders hohe Steifigkeit und Dichte aufweist, wodurch der Batterieblock hergestellt wird. Im äußeren Bereich des Batteriepakets 1, vorliegend an der Seite 3, wird der Schaumeinleger 8 angeordnet. Der Schaumeinleger 8 ist aus funktionaler Sicht hinsichtlich eines Seitencrashs, insbesondere vor allem hinsichtlich eines Pfahlcrashs, optimiert ausgeführt, wodurch die bei einem Unfall auftretenden Lasten abhängig vom Zellmuster beziehungsweise von einer Zellanordnung der Batteriezellen 2 gezielt verteilt werden können und damit Intrusionen in jeweilige Batteriezellen 2 reduziert werden können. Hierdurch kann sich neben Kostenpotenzialen und Gewichtspotenzialen in der Entwicklung vor allem eine erhöhte Fahrzeugsicherheit im realen Unfallgeschehen mit erhöhter Robustheit gegen thermische Ereignisse ergeben. Bei stehenden Rundzellen kann genutzt werden, dass es in dem Batteriepaket 1 hinsichtlich äußerster Batteriezellen 2 innenstehende und außenstehende Batteriezellen 2 gibt. Der heterogene Schaumeinleger 8 entlastet mit gezielt hart und weich abgestimmten Bereichen, vorliegend den Stabilisierungsbereichen 9 und den Deformationsbereichen 10, die im Seitencrash auftretenden Lasten auf die Batteriezellen 2, insbesondere auf die nach hinten versetzt angeordneten Batteriezellen 5 sowie auf die primär getroffenen nach vorne versetzt angeordneten Batteriezellen 4.
Insgesamt zeigt die Erfindung wie ein an Zellmuster und Zellposition jeweiliger Batteriezellen 2 angepasster heterogener Deformationsschaum, vorliegend der den Deformationsschaum aufweisende Schaumeinleger 8, zur Reduktion der Zellintrusion genutzt werden kann.
Bezugszeichenliste

1: Batteriepaket
2: Batteriezelle
3: Seite
4: nach vorne versetzte Batteriezelle
5: nach hinten versetzte Batteriezelle
6: Strukturschaum
7: Batterieblock
8: Schaumeinleger
9: Stabilisierungsbereich
10: Deformationsbereich
11: Mittelachse
12: Höhe
13: Gehäuseanbindung
14: Batteriegehäuse
15: Krafteinwirkung
16: Wulstbereich
17: Wulst

Claims

Batteriepaket (1) für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einer Vielzahl an Batteriezellen (2, 4, 5), welche in einen Schaumkörper mit Bereichen unterschiedlicher Steifigkeit eingebettet sind, wobei - der Schaumkörper einen Grundkörper aus einem Strukturschaum (6) erster Steifigkeit und einen Deformationsschaum mit einer im Vergleich zur ersten Steifigkeit niedrigeren zweiten Steifigkeit aufweist, - der Deformationsschaum an einer Seite (3) des Batteriepakets (1), an welcher äußerste Batteriezellen (2, 4, 5) zueinander nach außen oder nach innen versetzt angeordnet sind, jeweilige nach außen versetzte Batteriezellen (4) auf einer kürzesten Geraden von einer Mittelachse (11) der jeweiligen Batteriezellen (4) zu der Seite (3) des Batteriepakets (1) hin nach außen überdeckt, und - der Deformationsschaum überdeckungsfrei zu jeweiligen kürzesten Geraden von einer Mittelachse (11) der jeweiligen nach innen versetzten Batteriezellen (5) zu der Seite (3) des Batteriepakets (1) hin angeordnet ist.
Batteriepaket (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsschaum über seine parallel zu einem Verlauf der jeweiligen Mittelachsen (11) der Batteriezellen (2, 4, 5) verlaufende Höhe (12) unterschiedliche Steifigkeiten aufweist, welche in Abhängigkeit von einem Aufbau der nach außen versetzten Batteriezellen (4) gewählt sind.
Batteriepaket (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Strukturschaum (6) über seine parallel zu einem Verlauf der jeweiligen Mittelachsen (11) der Batteriezellen (2, 4, 5) verlaufende Höhe (12) unterschiedliche Steifigkeiten aufweist, welche in Abhängigkeit von einem Aufbau der Batteriezellen (2, 4, 5) gewählt sind.
Batteriepaket (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2, 4, 5) als Rundzellen ausgebildet sind und in dem Batteriepaket (1) mit ihren jeweiligen Querschnitten eine einzige hexagonale Kreispackung bilden.
Batteriepaket (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche Batteriezellen (2, 4, 5) vollständig von dem Strukturschaum (6) umgeben sind.
Batteriepaket (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deformationsschaum ein Polyurethanschaum ist.
Batteriepaket (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Seite (3) des Batteriepakets (1) sämtliche Batteriezellen (2, 4, 5) mit einem Schaumeinleger (8) nach außen überdeckt sind, wobei der Schaumeinleger (8) für die jeweiligen nach außen versetzten Batteriezellen (4) den Deformationsschaum und für die nach innen versetzten Batteriezellen (5) jeweilige Stabilisierungsbereiche (9) zwischen benachbartem Deformationsschaum aufweist, wobei die Stabilisierungsbereiche (9) eine im Vergleich zur zweiten Steifigkeit des Deformationsschaums höhere Steifigkeit aufweisen.
Batteriepaket (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Stabilisierungsbereiche (9) aus dem Strukturschaum (6) gebildet sind.
Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem Batteriepaket (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Traktionsbatterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäuseanbindung (13) des Batteriepakets (1) nach innen von dem Deformationsschaum überdeckt ist.