DE4235394C1

DE4235394C1 - Traktionsbatterie für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, die aus einer Vielzahl elektrisch zusammengeschalteter Einzelzellen besteht

Info

Publication number: DE4235394C1
Application number: DE4235394A
Authority: DE
Inventors: Martin Dipl Ing Deibler
Original assignee: Daimler Benz AG; Mercedes Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1992-10-21
Filing date: 1992-10-21
Publication date: 1993-10-14
Anticipated expiration: 2012-10-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, die aus einer Vielzahl elektrisch zusammengeschalteter Einzelzellen besteht, gemäß dem Oberbe griff des 1. Patentanspruches.

Aus Gründen des Umweltschutzes, vor allem um eine bessere Rein haltung der Luft zu gewährleisten, stellt sich heute immer mehr das Problem, die Schadstoffemission von Kraftfahrzeugen im Stra ßenverkehr zu verringern. Neben technischen Verbesserungen an den mit Verbrennungsmotoren ausgerüsteten Kraftfahrzeugen rückt auch immer mehr das Elektroauto in den Blickpunkt des Interes ses, um verkehrsbedingte Umweltprobleme zu lösen. Für das Elek troauto spricht, daß die Schadstoffemissionen fernab von ver kehrlichen Ballungsräumen entstehen. Wegen einer vorläufig be grenzten Reichweite des Elektroautos ist dabei vor allem an einen Einsatz im Verkehrsballungszentren gedacht, wo die Bela stung der Luft mit Kohlenmonoxid, Stickstoffoxiden, Kohlenwas serstoffen und Ruß in Verbindung mit klimatischen und photo technischen Prozessen besonders leicht zu Smogbildung und Ozon bildung führt.

Bei derart elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen ist nun ein Sachverhalt besonders zu beachten; bei der normalerweise Klein- und extremen Leichtbauweise des Fahrzeuges ist das Verhältnis des Batterie-Gewichtes zu dem Fahrzeug-Leergewicht - ohne Bat terie - unter Sicherheits- und Unfall-Gesichtspunkten sehr kri tisch anzusehen. Bei einem Umfallgeschehen kann die sehr schwe re und kompakte Traktionsbatterie ein kontrolliertes Knautschen der dem Fahrgastraum vorgelagerten, nachgiebigen Knautschzone der Fahrzeugkarosserie beeinträchtigen und/oder die Traktions batterie kann sogar in unkontrollierter Weise in das Innere der Sicherheitszone des Fahrgastraumes eindringen. Gleichzeitig können die Gehäuse der Einzelzellen beschädigt werden und der gefährliche Inhalt der Einzelzellen kann auslaufen. Dies gilt vor allem für Natrium-Schwefel- oder Natrium-Nickelchlorid-Bat terien, die für einen Einsatz in Elektroautos als Hochleistungs batterien vorgesehen sind.

So besteht ein Batteriesystem aus Natrium-/Nickelchlorid aus ungefähr 300 einzelnen Zellen, die in ihrer Form quadratisch bzw. rechteckig aufgebaut sind und im Verbund in dem Batterie gehäuse orthogonal nebeneinander angeordnet sind. Bei einem Unfallgeschehen kommt es durch die auftretenden Kräfte und Be lastungen zu einer Blockbildung des Batteriegehäuses mit den vorher angegebenen Folgen.

Aus dem Stande der Technik sind Batterien mit einer derartigen orthogonal gerasteten Anordnung der Einzelzellen bekannt z. B. aus der DE-PS 39 07 697, der GB-PS 1 386 525 und aus der Ver öffentlichung "Highperformance batteries for off-peak energy storage and electric-vehicle propulsion" (Progress Report for the period Jan.-June 1974) Seite 108.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Traktionsbatte rie für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, bestehend aus einer Vielzahl von elektrisch zusammengeschalteten Einzelzellen zu schaffen, bei der die vorher geschilderten Nachteile bei einem Unfallgeschehen nicht mehr auftreten.

Die gestellte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Trakti onsbatterie mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Patent anspruches gelöst.

Erfindungsgemäß sind die Einzelgehäuse der Einzelzellen so sta bil ausgebildet, daß sie die bei einem Unfallgeschehen auftre tenden Kräfte und Belastungen berstfrei überstehen. Die Einzel zellen selbst sind in dem Batteriegehäuse nach einem vorgege benen hexagonalen Raster ohne eine gegenseitige formschlüssige Fixierung angeordnet. Das Batteriegehäuse, in dem die Einzel zellen angeordnet sind, ist mit Sollbruchstellen versehen oder in seinen Wandungen insgesamt so schwach ausgebildet, daß es unter den bei einem Unfallgeschehen auftretenden Kräften und Belastungen zerbricht und damit die Einzelzellen aus dem Bat teriegehäuse freigegeben werden. Die quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges bemessene Breite des Batteriegehäuses ist 10 bis 20% geringer als der Abstand, der für die Unterbringung des Batteriegehäuses zwischen den beiden Längsträgern des Kraft fahrzeuges zur Verfügung steht.

In der Praxis hat sich bei Crash-Versuchen herausgestellt, daß der mit dem Erfindungsgegenstand angestrebte Erfolg sehr gut erreicht werden kann, wenn sowohl die Wandungen des Batterie gehäuses als auch die Einzelgehäuse der Einzelzellen aus Alu minium bestehen.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand einer Zeich nung noch näher erläutert.

Die Figur zeigt das fertigungsgemäß im Bugraum des Kraftfahr zeugs angeordnete Batteriegehäuse mit den Einzelzellen in der Draufsicht.

In dieser Figur sind mit 1 und 1′ die-beiden Längsträger und mit 2 der Querträger im Bugraum des Elektroautos bezeichnet. Mit 3 ist das Batteriegehäuse mit abgenommenem Deckel in Drauf sicht dargestellt. In dem Batteriegehäuse sind die kreiszylin drisch ausgebildeten Einzelzellen 4 hexagonal angeordnet. Das Batteriegehäuse besitzt an seinen seitlichen Wänden 5, 5′ ein gearbeitete Sollbruchstellen 6. Zwischen den Seitenwänden des Batteriegehäuses und den beiden Längsträgern befinden sich freie Zwischenräume 7 und 7′.

Im Fall eines Unfallgeschehens, z. B. bei einem Frontal-Crash, schiebt sich der Querträger 2 gegen die gegenüberliegende Wand 8 des Batteriegehäuses und das Batteriegehäuse 3 wird in dem Sinne verformt, daß die Wände 5, 5′ des Batteriegehäuses in Richtung gegen die beiden Längsträger herausgedrückt werden. Gleichzeitig bersten die Seitenwände des Batteriegehäuses an den eingearbeiteten Sollbruchstellen. Die in dem Batteriege häuse nicht fixierten Einzelzellen werden dann nicht mehr in nerhalb des Batterieverbundes gehalten. Die Einzelzellen sind frei gegeneinander verschiebbar und können durch an den Soll bruchstellen entstandene Lücken in den Seitenwänden 5, 5′ des Batteriegehäuses aus dem Batterieverbund austreten und in die (zuvor) freien Zwischenräume 7 und 7′ gelangen. Die Einzelge häuse der Einzelzellen 4 sind so stabil ausgebildet, daß eine gewisse Verformung der Einzelzellen durch die beim Unfall-Crash auftretenden Druckkräfte auftreten kann. Eine Beschädigung der Einzelgehäuse der Einzelzellen und damit verbunden ein Auslau fen der Batterieflüssigkeit tritt normalerweise nicht ein.

Die Vorteile des Erfindungsgegenstandes bestehen insbesondere darin, daß bei elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen bei einem Unfallgeschehen die von der Batterie ausgehenden Gefahren für die Wageninsassen weitgehend verringert werden. Dies ergibt sich einmal dadurch, daß die Einzelzellen eine große Auslauf- und Berstsicherheit besitzen. Infolge der hexagonalen Anordnung der Einzelzellen in dem Batteriegehäuse, wodurch eine große Verformbarkeit bei einem Unfallgeschehen eintritt, kommt es zu einem crashbedingten Auflösen des ursprünglichen Batteriekör pers der damit nicht in die Insassenzelle des Kraftfahrzeuges eindringen kann. Außerdem tritt nur eine geringe, massebedingte Sekundärwirkung der Traktionsbatterie im Crash-Falle ein, da sich immer nur die Einzelmasse einer Einzelzelle entfalten kann.

Claims

1. Traktionsbatterie für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge, die aus einer Vielzahl elektrisch zusammengeschalteter Einzel zellen besteht, wobei die Einzelzellen kreiszylindrisch ausge bildet sind und jeweils für sich ein gasdichtes Einzelgehäuse besitzen und diese Einzelzellen gemeinsam bei parallel zuein ander stehenden, etwa vertikal ausgerichteten Mittellinien nach einem regelmäßigen Raster in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß folgende gemeinsamen Merkmale vorhanden sind:

- die Einzelgehäuse der Einzelzellen sind so stabil ausgebil det, daß sie die bei einem Unfall auftretenden Kräfte und Belastungen berstfrei überstehen,
- die Einzelzellen sind nach einem hexagonalen Raster ohne eine gegenseitige formschlüssige Fixierung in dem Batteriegehäuse angeordnet,
- das die Einzelzellen aufnehmende Batteriegehäuse ist mit Soll bruchstellen versehen oder das Batteriegehäuse ist in seinen Wandungen insgesamt so schwach ausgebildet, daß es unter den bei einem Unfall auftretenden Kräften und Belastungen zer bricht und damit die Einzelzellen aus dem Batteriegehäuse freigibt und
- die quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeuges bemessene Breite des Batteriegehäuses ist etwa 10 bis 20% geringer als der für die Unterbringung des Batteriegehäuses zur Verfügung stehende Abstand zwischen den beiden Längsträgern des Kraft fahrzeuges beträgt.

2. Traktionsbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Einzelgehäuse der Einzelzellen aus Aluminium besteht.

3. Traktionsbatterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandungen des Batteriegehäuses aus Aluminium bestehen.