JP2012517082A - バッテリ収容装置 - Google Patents

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Abstract

本発明によるバッテリ収容装置は、バッテリ収容空間と、バッテリ収容空間の少なくとも一部分を取り囲む壁と、を備える。さらに、バッテリ収容装置は、壁に配された開閉可能な第1の開口を有する。さらに、バッテリ収容装置は、少なくとも1つのバッテリを保持するように設けられたバッテリ保持機構を備える。本発明によるバッテリ収容装置は、バッテリ収容装置のバッテリ保持機構が、所定の条件で少なくとも1つのバッテリが解放されるように構成されることを特徴とする。

Description

本発明は、少なくとも1つのバッテリ用のバッテリ収容装置に関する。本発明を、繰り返し充電可能なリチウムイオンバッテリおよび自動車に関して説明する。本発明はまた、バッテリの構造、バッテリの化学的性質、または負荷（verbraucher）の種類とは無関係に使用することができることに留意されたい。
従来技術から、自動車内で剛性の筐体を備えるバッテリが知られている。また、バッテリの電気化学的構成部品に密着した、または寄り掛かった薄壁の筐体も知られている。激しい衝突の際、例えば自動車の事故の際、バッテリ筐体が破損し、バッテリの化学物質が環境に漏出するおそれがある。また、バッテリが占めている空間に異物が侵入すると、バッテリ筐体が破損するおそれがある。
したがって、本発明の課題は、激しい衝突の際または異物の侵入の際にバッテリ筐体を破損しにくくすることである。
この課題は、本発明によれば、独立請求項の対象によって達成される。本発明の好ましい変形形態は、従属請求項の対象である。
本発明によるバッテリ収容装置は、バッテリ収容空間と、バッテリ収容空間の少なくとも一部分を取り囲む壁と、を備える。さらに、バッテリ収容装置は、壁に配された開閉可能な第1の開口を有する。さらに、バッテリ収容装置は、少なくとも1つのバッテリを保持するように設けられたバッテリ保持機構を備える。本発明によるバッテリ収容装置は、バッテリ収容装置のバッテリ保持機構が、所定の条件で少なくとも1つのバッテリが解放されるように構成されることを特徴とする。
本発明の意味において、バッテリ収容装置とは、少なくとも一時的に少なくとも1つのバッテリを収容する装置を意味する。負荷を駆動するために複数のバッテリが必要とされ、特に自動車駆動装置に動力供給するためにそれらのバッテリが電気的に接続される限り、バッテリ収容装置は、好ましくは同時に複数のバッテリを収容する。好ましくは、主バッテリと予備バッテリが同時にバッテリ収容装置に収容される。
本発明の意味において、バッテリ収容空間とは、バッテリ収容装置に収容すべきバッテリが配置される空間を意味する。バッテリ収容空間の大きさおよび形態は、収容すべきバッテリにも左右される。好ましくは、バッテリ収容空間は、収容すべきバッテリの体積よりもほんのわずかに大きい。バッテリ収容装置が複数のバッテリを収容する限り、バッテリ収容空間の構造は、収容されるバッテリ相互の空間的な配置にも応じて定められる。バッテリ収容空間は、好ましくは長く延びており、実質的に角柱形または円柱形の形態を有する。好ましくは、バッテリ収容空間は、その水平寸法に対して偏平に構成され、実質的に角柱形または円柱形の形態を有する。
本発明の意味において、バッテリ収容装置の壁とは、バッテリ収容空間を取り囲んで画定する特に薄壁の外被を意味する。好ましくは、壁は、バッテリ収容空間の一部分のみを取り囲む。好ましくは、壁は、一部分に穴を開けられているか、または窓を設けられている。それにより、バッテリ収容空間に冷媒を流すことができる。好ましくは、壁は、少なくとも1つの接続領域を有する。接続領域はまた、自動車と接続するようにも適合されている。
本発明の意味において、開閉可能な第1の開口とは、必要に応じてバッテリ収容空間内にバッテリを出し入れすることができるようにする機構を意味する。好ましくは、開閉可能な第1の開口は、壁の一部である。好ましくは、開口は、蓋、ロック、またはロック機構を備える蓋によって閉じられ、それにより、例えば意図に反してバッテリがバッテリ収容空間から出ることはない。したがって、開口は、バッテリ収容空間に入れるべき最大の物体の断面積と少なくとも同じ大きさである。開閉可能な第1の開口は、バッテリ収容空間の好ましくは外から手が届く領域内に設けられ、物体、特にバッテリを簡単に出し入れできるようにする。
本発明の意味において、バッテリ保持機構とは、少なくとも1つのバッテリを少なくとも一時的に保持する機構を意味する。バッテリ保持機構は、好ましくは同時に複数のバッテリを保持し、かつ/または予期せずこれらのバッテリがずれるのを防止する。好ましくは、バッテリ保持機構は、バッテリの移動を案内するための案内手段を備える。好ましくは、バッテリ保持機構は壁を補完して、バッテリ収容空間を完全に取り囲む。
本発明の意味において、バッテリの保持とは、少なくとも一時的に、予期せずバッテリがずれるのを防止することを意味する。そのために、好ましくは摩擦によって、または係合によってバッテリをそれぞれ所期の場所に固定する係止または掛止手段を使用することができる。バッテリ保持機構のこの保持手段は、所定の条件でバッテリを解放するように働く。解放により、バッテリとバッテリ保持機構の摩擦接続および/または係合接続が外れる。所定の条件とは、バッテリ筐体が破損されるおそれがある状況が存在することを意味する。これらの所定の条件には、最低限の加速度もしくは力、またはバッテリが占めている空間への異物の侵入も含まれる。
本発明の意味での係止または掛止手段には、爪、鋸歯、楔状の歯、カム、ボルト、ピン、またはクランプストリップも含まれる。これらは、好ましくはバッテリ保持機構に配される。また、摩擦力または最大静止摩擦力を調整するために、例えば特定の表面粗さなど、不定形の形態を使用することもできる。好ましくは、少なくとも1つのバッテリが、係止または掛止手段と機械的に相互作用する機構を備える。好ましくは、少なくとも1つのバッテリが、例えば接着接続によってバッテリ保持機構と一体に接続される。
少なくとも1つのバッテリが解放されることによって、衝突により引き起こされるバッテリの加速度および/またはバッテリに対する加速度の作用時間も低減される。バッテリ筐体に対する機械的負荷も同様に減少される。バッテリの解放後、バッテリは、侵入してきた物体を避けることができる。したがって、バッテリ筐体が破損されにくくなり、本発明の根底となる課題が解決される。
以下、本発明の好ましい変形形態を説明する。
有利には、バッテリ保持機構は、バッテリ収容空間内に少なくとも一部分が配置される。好ましくは、バッテリ保持機構は、壁によって少なくとも一部分が取り囲まれる。
有利には、バッテリ収容装置に退避領域が配される。好ましくは、バッテリ保持機構は、退避領域内に少なくとも一部分がはみ出す。バッテリ保持機構によってバッテリが解放された後、バッテリを退避領域内に少なくとも一部ずらすことができる。ずれは、例えば加速度によって、または異物によって打ち開かれた道筋によって生じる。打ち開かれた道筋は、事故によって引き起こされた自動車の車体の変形によるものであることもある。好ましくは、退避領域は、バッテリ収容空間と空間的につながっている。好ましくは、退避領域は、バッテリ収容空間内に配置される。ここで、退避領域は、好ましくは、予想される加速度の方向または打ち開かれた道筋の方向に配置される。退避領域も複数のバッテリを収容することが好ましい。
有利には、壁は通過口を有する。その際、通過口は、それを通してバッテリをずらすことができるように寸法設定される。バッテリがずれる時点で通過口があれば十分である。例えば、通過口は、少なくとも1つのバッテリがずれたときに初めて形成される。例えば、壁に、閉じた線の形状の薄肉部、ミシン目、または複数のスリットが設けられる。所定の力が加わると、この薄肉部、ミシン目、またはスリットが破断する。壁の一部が壁の残りの部分から切り離され、したがって通過口を形成する。また、通過口を初めから壁に形成しておくこともできる。好ましくは、例えば直方体の壁の1つの境界面が欠けている。
有利には、バッテリ収容空間は変形体を収容する。変形体は、少なくとも1つのバッテリの空間的近傍に、またはこのバッテリに接触して配置することができる。また、変形体は、弾性変形または塑性変形によってエネルギーを吸収する働きもする。作用するエネルギーは、変形エネルギーとして変形体に作用することができる。したがって、変形体は、事故の際に発生したエネルギーの少なくとも一部を吸収して、そのエネルギーが少なくとも1つのバッテリに及ばないようにする。変形体は、好ましくは交換可能である。少なくとも1つのバッテリに対する変形体の配置は、予想される加速度または変形に応じて変わる。
有利には、バッテリ収容装置は、同時に複数のバッテリを収容する。これらのバッテリは、例えば直列接続および/または並列接続として互いに電気的に接続することができる。複数のバッテリを密に詰め、バッテリ収容空間の内部に少なくとも一部分を配置することが好ましい。その際、実際の配置は、バッテリ収容装置の空間的な条件に従う。バッテリ収容空間の主延在方向は、バッテリ収容空間の最大寸法に沿って、例えばバッテリ収容空間の最長の縁部の方向に延びてよい。主延在方向は、バッテリ収容空間の対称軸または長手軸に沿って延びてもよい。例えば、複数のバッテリが、バッテリ収容装置の主延在方向に沿って密に並べて配置され、列を成す。好ましくは、バッテリの列の先頭または最後尾に変形体が設けられる。
有利には、バッテリ保持機構は、収容されたバッテリと熱エネルギーの交換を行えるように配置される。好ましくは、バッテリ保持機構は、熱交換面を拡大するための機構を備える。好ましくは、バッテリ収容装置は、少なくとも1つの冷媒チャネルを備え、好ましくは冷媒が冷媒チャネルを通って流れる。好ましくは、冷媒の流速が大きい領域内に、バッテリ保持機構の少なくとも1つのヒートシンクが配置される。
有利には、自動車に、本発明によるバッテリ収容装置が搭載される。好ましくは、バッテリ収容装置は、自動車のアンダーボディまたはフレームと接続される。この接続は、好ましくは、例えば接着や溶接によって一体に構成される。また、例えばネジやリベットなどの接続要素によって接続を行うこともできる。好ましくは、バッテリ収容装置は、自動車の十分に剛性な構成部材と接続される。また、バッテリ収容装置を自動車のアンダーボディまたはフレームと一部片で構成することもできる。自動車内でのバッテリ収容装置の実際の配置は、空間的な条件に従い、自動車の寸法およびバッテリ収容装置の寸法によって決まる。好ましくは、バッテリ収容装置は、自動車の走行安定性も考慮されるように自動車内部に配置される。すなわち、バッテリ収容装置は、好ましくは自動車に対してできるだけ低く配置される。例えば、バッテリ収容装置は、今日一般的な自動車のカルダントンネルの領域で乗員の間に、または乗員の下に配置される。
有利には、自動車のアンダーボディもしくはフレームおよび/またはバッテリ収容装置は、強化ポリマーから製造される。好ましくは、ポリマーは繊維で強化され、特に好ましくはポリマー強化用の紡織繊維が使用される。好ましくは、バッテリ収容装置は、自動車のアンダーボディまたはフレームと一部片で構成される。
有利には、バッテリ収容装置は、バッテリ収容装置の重心が自動車の重心からわずかしか離れないように自動車内部に配置される。これは特に、自動車の進行方向に対する水平側方距離に関して当てはまる。好ましくは、バッテリ収容装置の重心の自動車の重心からの水平側方距離は、自動車の長さの10分の1未満、特に好ましくは自動車の長さの100分の1未満である。
有利には、事故の際にわずかしか変形されない自動車の領域内に退避領域が設けられる。バッテリ収容装置がその水平方向広がりに比べて低く構成される限り、例えば後部座席の乗員の下、または後輪の間に退避領域を設けることもできる。退避領域の実際の配置は、自動車の構造、および自動車の車体、アンダーボディ、またはフレームの変形特性によって決まる。
有利には、バッテリの温度調節のために自動車の空気調和機構が使用される。そのために、空気調和機構がバッテリ保持機構と作用可能に接続される。好ましくは、バッテリ保持機構が熱接触プレートを備え、この熱接触プレートが、少なくとも一部分で、好ましくは広い面積で、バッテリと熱伝導するように接触する。この熱接触プレートは、例えばヒートシンクを備え、冷媒がヒートシンクを流れる。例えば、熱接触プレートは少なくとも1つの導管を有し、空気調和機構の冷媒がその導管を少なくとも一時的に流れる。好ましくは、空気調和機構とバッテリ保持機構の熱接触プレートとの接続は、可撓性の導管、例えばホースを介して行われる。バッテリと空気調和機構の冷媒との温度差に応じて、バッテリに熱エネルギーを供給する、またはこのバッテリから熱エネルギーを取り出すことができる。
有利には、バッテリ収容装置は、まず、少なくとも1つのバッテリがバッテリ保持機構によって固定して保持されるように実施される。また、少なくとも1つのバッテリに最低限の力が加わった場合に、バッテリ保持機構がバッテリを解放する。すると、バッテリはもはや固定して保持されず、バッテリに作用する力に従うことができる。好ましくは、少なくとも1つのバッテリの移動が案内される。好ましくは、例えば摩擦によりバッテリの移動が制動される。このとき、バッテリは所定の道筋を進む。退避後、バッテリは、再びバッテリ収容空間に対して静止状態になる。この時点で、バッテリは、バッテリ保持機構内部でずれていることがあり、またバッテリ保持機構から部分的にまたは完全に出ていることもある。また、バッテリは、退避空間内に少なくとも一部ずれ込んでいることもある。
有利には、バッテリ収容装置またはそこに収容されたバッテリは、自動車のフレームまたはアンダーボディによっても保護される。事故の際、作用するエネルギーの一部が、まず自動車のフレームまたはアンダーボディによって吸収される。残りのエネルギーのみが、バッテリ収容装置またはそこに収容されたバッテリに対して有害に作用することがある。
本発明のさらなる利点、特徴、および利用可能性は、図面に関して以下に述べる説明から明らかになる。
自動車フレームおよび本発明によるバッテリ収容装置を備える自動車の概略上面図である。 バッテリ収容装置を備える自動車の側面図である。 バッテリ収容装置および自動車のアンダーボディを備える自動車の正面図である。 本発明によるバッテリ収容装置の断面図である。 本発明によるバッテリ収容装置の斜視図である。 好ましい実施形態における本発明によるバッテリ収容装置の一部分の斜視図である。 事故後の、本発明によるバッテリ収容装置を備える自動車の概略上面図である。
図1は、本発明によるバッテリ収容装置1を搭載した自動車のフレーム21を上から見た概略上面図である。この自動車は、2つの電動機22を有する電気駆動装置を備える。バッテリ収容装置1は、自動車のフレーム21の内部またはアンダーボディの内部に配置される。バッテリ収容空間2の内部に、いくつかのバッテリ3と、変形体9が配置される。バッテリ収容装置1の主延在方向は、自動車の進行方向または長手軸と実質的に平行な向きである。バッテリ収容装置1には退避領域7が配される。この退避領域7は、進行方向で、バッテリ収容装置1の後方に配置される。バッテリ収容装置1は、フレーム21の内部に、バッテリ収容装置の重心の自動車の重心からの水平距離ができるだけ小さくなるように配置される。さらに、バッテリ収容装置1は、自動車の内部にできるだけ低く配置される。これは、自動車の走行安定性に寄与する。
図2は、本発明によるバッテリ収容装置1を備える自動車の側面図である。壁4が、車両前部の領域に、開閉可能な第1の開口5を有する。開閉可能な開口5を開いた後、バッテリ3を出し入れすることもできる。退避領域7は、進行方向で、バッテリ収容装置1の後方に配置される。バッテリ収容装置1は、アンダーボディの内部にできるだけ低く配置される。
図3は、自動車のアンダーボディ21と接続された本発明によるバッテリ収容装置1を備える自動車を示す。バッテリ収容装置1の壁4も自動車のアンダーボディ21も、繊維強化ポリマーを含む。バッテリ収容空間2の内部に少なくとも1つのバッテリ3が配置される。バッテリ保持機構は図示されていない。図中に垂直補助線が示されており、この補助線は、バッテリ収容装置1の重心10および自動車の重心23を通って延びている。
図4は、本発明によるバッテリ収容装置1を通る断面図である。バッテリ収容空間2の内部に、少なくとも1つのバッテリ3と、バッテリ保持機構6とが配置される。このバッテリ保持機構6はクランプストリップを有し、クランプストリップは、バッテリ3を保持し、またバッテリ3の移動を案内する働きをする。クランプストリップは、バッテリ保持機構6とねじ留めされる。また少なくとも1つのバッテリ3が、垂直力によってバッテリ保持機構6の底面プレート上に押し付けられる。例えば相応の加速度により摩擦力を超えたときに初めてバッテリ3がずれることがある。
図5は、バッテリ保持機構6がバッテリ収容空間2から一部はみ出していることを示す。バッテリ収容空間2は、大部分が壁4で取り囲まれている。壁4は、開閉可能な第1の開口5を有する。退避領域7は図示されていないが、バッテリ保持機構6は退避領域7内に一部はみ出している。相応にずれたとき、バッテリ3は、少なくとも一部分が通過口8を通って退避領域(図示せず)に入る。
図6は、本発明によるバッテリ収容装置1の通過口8のさらなる実施形態を示す。通過口は、バッテリがずれることによって初めて生じる。それに関して、壁4は、一周する線または一周する帯の形態の目標破断位置を有する。所定の条件で、特に目標破断位置に作用して通過口8を開くのに十分な力が加わると、この目標破断位置が破断される。
図7は、事故後の、本発明によるバッテリ収容装置1を備える自動車を示す。事故により、自動車の車両前部が変形している。ここではフレーム21も変形している。さらに、バッテリ収容装置1の壁4および変形体9も事故により変形していることが図示されている。バッテリ3の1つが退避領域7内に一部ずれ込んでいる。それ以外のバッテリも、事故によりずれている。このずれにより、事故による力およびエネルギーがバッテリ3に及ぼす悪影響が低減される。バッテリ3の筐体を損壊させず、バッテリ3の化学物質の漏出を防ぎ、本発明の根底となる課題を解決する。
1 バッテリ収容装置
2 バッテリ収容空間
3 バッテリ
4 壁
5 開口
6 バッテリ保持機構
7 退避領域
8 通過口
9 変形体
10 重心
21 フレーム、アンダーボディ
22 電動機
23 重心

Claims (14)

  1. バッテリ収容空間(2)と、
    前記バッテリ収容空間(2)の少なくとも一部分を取り囲む壁(4)と、
    前記壁(4)に配された開閉可能な第1の開口(5)と、
    少なくとも1つのバッテリ(3)を保持するように設けられたバッテリ保持機構(6)と、
    を備えるバッテリ収容装置(1)において、
    前記バッテリ保持機構(6)が、所定の条件で前記少なくとも1つのバッテリ(3)が解放されるように構成されることを特徴とするバッテリ収容装置(1)。
  2. 前記バッテリ保持機構(6)が、少なくとも部分的に、特に完全に、前記バッテリ収容空間(2)内に配置されることを特徴とする請求項1に記載のバッテリ収容装置(1)。
  3. 前記バッテリ収容装置(1)に退避領域(7)が配され、前記退避領域(7)が、少なくとも1つのバッテリ(3)の少なくとも一部分を受け入れるように設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載のバッテリ収容装置(1)。
  4. 前記壁(4)がさらに通過口(8)を有し、前記通過口(8)が、所定の条件で少なくとも1つのバッテリが前記バッテリ収容空間から少なくとも部分的に出ることができるように設けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)。
  5. 前記バッテリ収容空間(2)が、変形体(9)も収容するように設けられていることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)。
  6. 前記バッテリ収容装置(1)が、実質的に主延在方向に沿って延びること、および前記バッテリ収容装置(1)が、同時に複数のバッテリ(3)を収容し、前記バッテリ(3)が、特に前記バッテリ収容装置(1)の前記主延在方向に沿って配置されることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)。
  7. 前記バッテリ保持機構(6)が、前記少なくとも1つのバッテリ(3)と熱エネルギーの交換を行うように設けられていることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)。
  8. 前記バッテリ収容装置(1)が自動車のアンダーボディに配されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の前記バッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  9. 前記バッテリ収容装置(1)の前記壁(4)および/または前記自動車の前記アンダーボディが、強化ポリマーを含むことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  10. 前記バッテリ収容装置(1)の重心(10)が、自動車の重心(23)から所定の距離にあることを特徴とする請求項1から9のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  11. 前記バッテリ収容装置(1)の前記主延在方向が、自動車の進行方向に実質的に平行な向きであることを特徴とする請求項1から10のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  12. 前記退避領域(7)が、保護された領域内、好ましくは自動車の後部領域内、特に好ましくは自動車のトランクの領域内に設けられることを特徴とする請求項1から11のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  13. 前記自動車が空気調和機構を備え、前記空気調和機構が、熱エネルギーの交換を行うために前記バッテリ保持機構(6)と作用可能に接続されることを特徴とする請求項1から12のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を備える自動車。
  14. 前記バッテリ保持機構(6)が、所定の条件で少なくとも1つのバッテリを解放し、
    次いで、前記少なくとも1つのバッテリ(3)が、前記バッテリ(3)に作用する力に対応して特に退避空間の方向に移動すること、および
    前記少なくとも1つのバッテリ(3)と前記バッテリ収容空間(2)の相対速度が、前記バッテリ(3)が所定の道筋を進んだ後に再び減少すること、
    を特徴とする請求項1から13のいずれか一項に記載のバッテリ収容装置(1)を駆動するための方法。
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