WO2011038855A1 - Konstruktionsteil für ein fahrzeug mit elektroenergiezellen - Google Patents

Konstruktionsteil für ein fahrzeug mit elektroenergiezellen Download PDF

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WO2011038855A1 PCT/EP2010/005805 EP2010005805W WO2011038855A1 WO 2011038855 A1 WO2011038855 A1 WO 2011038855A1 EP 2010005805 W EP2010005805 W EP 2010005805W WO 2011038855 A1 WO2011038855 A1 WO 2011038855A1
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electric
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Tim Schaefer
Andreas Gutsch
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Li-Tec Battery Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to a construction part having electric power cells, an electric power cell, and a vehicle.
  • WO 2009/021576 A1 it is known to form an actively contributing to the energy supply component of an energy supply system of a vehicle as a support part of the body and / or incorporate as an energy absorption element in a force on the vehicle in the body accordingly.
  • Fuel components or other components of a fuel cell system or batteries, capacitors or the like are considered as components contributing to the energy supply.
  • the component is integrated, for example, as a cross member or 9.schweiler functional in the body of the vehicle.
  • a structural part for a vehicle has a composite structure, in particular with a hollow cell structure, such as in the manner of a honeycomb structure or foam structure, wherein the composite structure forms at least one cavity and wherein in the cavity or in the cavities in each case one or a plurality is absorbed by electric energy cells.
  • a plurality of electric power cells are accommodated, wherein the electric power cells are electrically connected to each other so as to form a closed unit in electric, electronic and control technical terms.
  • a plurality of electric power cells are accommodated in the structural part for a vehicle, wherein a control device is provided which is designed and adapted, when a predetermined condition, the electric power cells of the structural part individually, in groups or in total from a power supply system of the vehicle electrically separate.
  • a plurality of flat, structurally self-contained electric energy cells are received in the structural part for a vehicle, wherein the electric energy cells have at least two laterally, substantially perpendicular to the thickness direction of the structural part projecting current conductor.
  • an electric power cell is also provided which is designed and arranged for installation in a structural part of the embodiment described above.
  • an electric power module composed of a plurality of such electric power cells, wherein the electric power cells are installed in a structural member for a vehicle and electrically connected to each other so as to form a sealed unit in electric, electronic and control technical terms ,
  • a vehicle is provided with at least one structural part of the above-described embodiment or at least one electric power module of the embodiment described above.
  • an electric power cell in particular an electric secondary cell, which has an active part which is designed and arranged for the delivery of electrical energy and which has a flat shape, a preferably tight enclosure enclosing the active part and at least two current conductors, which form electrical poles of the electric power cell, wherein this electric power cell is curved in at least one spatial direction.
  • an electric power cell in particular an electric secondary cell, which has an active part designed and arranged to emit electrical energy and which has a flat shape has, the active part tightly enclosing, preferably thin enclosure and at least two current conductors, which form electrical poles of the electric power cell has, this electric power cell is pliable.
  • a structural part in the sense of the invention can be understood as any load-bearing or covering structural unit of a body of the vehicle. It may therefore be, for example, a frame member or a body part, as well as a supporting body part of a self-supporting body.
  • the construction part has a flat, in particular cup-shaped structure and in particular forms a fender, a floor, a boot lid or engine compartment flap, a door or a roof of the vehicle.
  • the structural part is a frame, sill or the like, provided it can accommodate a plurality of electric power cells.
  • an electric power cell can be understood to mean any device which is also designed and set up to emit electrical energy.
  • it can thus be a galvanic cell, such as a primary or secondary type of electrochemical storage cell (battery or accumulator cell), a fuel cell or a capacitor cell.
  • the electric energy cells are flat and structurally self-contained and have at least two laterally projecting from opposite sides substantially perpendicular to the thickness direction of the structural part on current conductors.
  • a structurally self-contained electric energy cell is understood to mean a closed structural unit, such as a galvanic cell, which also has an active part within which charging, discharging and, if necessary, conversion processes of electrical energy take place.
  • the active part may be stacks or foil layers of electrochemically active materials, conductive materials and separating Have materials.
  • the cell itself has all the features to be able to work as an electric energy storage, and the active part of the cell is enveloped by a housing or enclosure preferably gas and liquid-tight, wherein the enclosure preferably has a film, optionally with a stabilizing frame, or other wall structure.
  • so-called current conductors protrude from the interior of the active part, where they are in conductive connection with electrode areas, by the envelope to the outside of the cell and allow a connection of the active parts of the cells with each other or with a consumer.
  • a flat body is understood to be a body which has a substantially smaller extent in one spatial direction (generally defined as the thickness direction) than in the other two spatial directions.
  • this definition includes in particular, but not only, also shell-shaped, saddle-shaped or otherwise curved bodies.
  • the electrical energy cells are adapted in their thickness to the thickness of the structural part, so that the thickness properties of the structural part can be optimally utilized. They can also be curved in themselves and thus follow the geometry of the structural part.
  • the electric power cells may have a stretchable, multilayer film as the outer envelope for receiving resulting gases. Since the electrical energy cells are at least partially supported by the structural part, they can also be partially flexible or bendable so that they can adapt even better to the geometry of the structural part.
  • the electric energy cells are electrically connected to each other so that they form a closed unit in electrical, electronic and regulatory terms.
  • They can form an (electrical energy) module which is designed and adapted to supply a clearly assigned load, preferably an electric motor, in particular a wheel hub motor of a wheel (with regard to the consumer's demand characteristics).
  • a module can also be electrically disconnectable in case of damage from an energy supply system of the vehicle, so that the energy supply can be ensured without interference from the defective module.
  • an electric vehicle is provided with an electric traction drive and a plurality of battery cells as an electric energy storage for the electric traction drive.
  • the electric traction drive can be a single electric motor whose output torque is distributed to the drive wheels.
  • the travel drive can also have a plurality of electric motors, which are each assigned to a drive wheel, in particular in the form of hub motors.
  • the electric traction drive can be exclusive traction drive or interact with an internal combustion engine.
  • the battery cells are preferably secondary cells (ie actually battery cells, which are also referred to as batteries in vehicle technology), in particular lithium-ion cells, lithium polymer cells or the like.
  • the vehicle has construction parts in lightweight construction.
  • Structural parts in the sense of the invention are to be understood as structural support parts, non-load-bearing trim parts and self-supporting body parts. Construction parts may be in particular doors, engine and trunk lid, floor pan, roof, fenders, partitions, frame parts, sills, etc.
  • the lightweight construction In particular, it is realized by a honeycomb structure or similar hollow cell structure which gives stability to a volume defined by an outer skin.
  • the battery cells are at least partially, preferably completely, accommodated in cavities within the lightweight structure. As a cavity, for example, a honeycomb cell or the like or, if the hollow cells are finer than the size of the battery cells, serve a specially provided and formed recess in the hollow cell structure.
  • the battery cells are generally constructed from a number of foil layers, such that foil layers with electrically or electrochemically active electrode materials, separator materials and conductor materials are arranged in a suitable sequence.
  • the film package is enclosed by a housing gas- and liquid-tight.
  • the housing is usually formed by a preferably multi-layered, welded film.
  • At least two current conductors are connected to the conductor materials of each one type of electrode in connection and protrude through the enclosure from the inside of the cell to the outside, where they are available for a contact.
  • the battery cells are designed as prismatic cells, such as frame flat cells, pouch cells or Coffeebag cells, or as plate cells with a comparatively large expansion.
  • the current conductors and the Contacting devices within the structural part are arranged laterally on or from the battery cells.
  • these connecting parts do not contribute to an additional thickness order, and the thickness of the structural part can be optimally utilized for receiving electrically or electrochemically active parts of the battery cells.
  • the cells are clamped in clamping or clamping devices, wherein the clamping can also be the contact simultaneously, ie also serves the electrical contact for the current conductor.
  • the contacting can also serve the stiffening of the construction element as well as the battery cells themselves.
  • the cells are adapted to the space available within the respective structural part.
  • the cells have a convex or concave curved shape.
  • the battery cells are interconnected in a structural part so that they form an electrically, electronically and control technically meaningful unit.
  • a unit has predetermined electrical properties such as voltage and charge acceptance capacity.
  • the construction part with its battery cells therefore forms a meaningful and exchangeable module.
  • a damaged module can be replaced after an accident, without affecting other modules from an electrical point of view.
  • the battery cells of a structural part connected together to form a unit are assigned to a specific consumer. For example, a right front fender, a passenger door and a front trunk or engine compartment cover form three battery modules that are associated with a hub motor of the right front wheel.
  • a left front fender, a driver's door, and a bottom pan constitute three battery modules associated with a left front wheel hub motor.
  • a right rear fender, a right passenger door and a rear boot or engine compartment cover three battery modules, which are assigned to a hub motor of the right rear wheel.
  • a left rear fender, a left passenger door, and a vehicle roof constitute three battery modules associated with a left rear wheel hub motor.
  • walls between suitcases or engine compartments, frame parts, bumpers and the like form battery modules which are associated with other consumers such as lighting, heating / cooling, control, steering servo, navigation, audio / video, etc. This also makes it possible to increase the reliability in the event of failure or partial failure of such a module and the like.
  • a central or local control unit is provided, set up and programmed to switch off or bypass a module in the presence of predetermined conditions.
  • a given condition may e.g. external damage and / or electrical malfunction.
  • a damaged module can be removed from the electrical system without affecting the other modules. If necessary, the other modules can take over the tasks of the failed module.
  • sensors such as temperature sensors, voltmeters, strain gauges, etc. are provided.
  • a central control unit is provided, set up and programmed in order to carry out a charge equalization between battery modules as required and on the basis of predefined or predefinable criteria. For example, in the dark, especially at night, during longer trips with light, especially remote and / or fog light, the battery modules associated with the lighting charge from other battery modules are supplied when the charge state of the battery module associated with the illumination falls below a predetermined threshold. Likewise, when driving in cold weather, for example, the heating be supplied from other battery modules associated battery modules charge when the state of charge of the battery module associated with the heating falls below a predetermined threshold. Similar criteria can be set for other battery modules.
  • the voltage of a module can be limited or limited.
  • the voltage of a module is between 48 V and 150 V, in the case of a light electric vehicle between 7.2 V and 36 V.
  • the voltage of a module is a sum of the voltages of the individual cells, which in lithium systems e.g. 2.7V or 3.6V up to 5V.
  • the voltage of a module is designed to meet the needs of the relevant consumers, in particular a wheel hub motor.
  • the battery cells are designed as binary cells.
  • Binary cells are battery cells which have at least two electrode stacks in a common housing.
  • the two electrode stacks are preferably designed differently, in particular with different electrical properties.
  • desired electrical properties can be realized in a particularly compact manner. In particular, it is possible to achieve higher cell voltages than with single cells. For binary cells, cell voltages up to about 12 V can be achieved.
  • the battery cells are designed so that they conform to the shape of the structural part.
  • the battery cells are pliable and the housing is located on a large area of the construction part.
  • the structural part supports the battery cell and is at least partially cell support.
  • the housing of the battery cells is formed from a stretchable film.
  • the flexibility of the film can be given in sections.
  • the flexibility of the film may also be accompanied by a particularly thin film. Since the cells are supported by the structural member, the film may be thinner than conventional coffebag cells or the like.
  • the composite material will also prevent in the event of a crash that sparking, material or hot gas from a destroyed battery uncontrolled free, since it is collected as in a kind of airbag or the like.
  • the cell components preferably laminated to the structural elements utilize the structural element as a heat sink.
  • the body panels may be made in a conventional manner instead of a lightweight structure.
  • a body part may have an outer panel, an inner panel, and a number of stiffeners, such as ribs or stringers.
  • battery cells may be housed and mounted in the spaces between the stiffeners.
  • the battery cells are clamped in the structural parts in brackets. This clamping is assumed to be releasable, so that the cells are removable again.
  • the cells are permanently embedded, in particular laminated, in the construction parts.
  • the contact can be laminated with it. With such a design is u.a. the level of integration increases, which can also simplify maintenance. It is understood that all mentioned developments and modifications of the above embodiment can be combined with each other, as far as they are not technically exclusive.
  • the present invention is applicable to all types of vehicles, particularly, but not limited to, motor vehicles, motorcycles, watercraft, aircraft or the like.
  • the batteries could also be plugged in as modules, distributed over receiving devices that are under a cover, for example, for a good rear center of gravity or evenly distributed associated with the wheels.
  • the batteries according to the load requirements of the vehicle design are basically freely deployable, but always one or two reserve packs for defects or as a reserve are available.
  • a body may have a plurality of batteries and / or externally accessible, concealable compartments. These receiving devices and / or compartments are preferably equipped with batteries depending on the desired position of the center of gravity of the vehicle.
  • Solar foils or solar modules on, on or in the vehicle can independently provide power that is used to ventilate the battery modules, even when the vehicle is free in the sun, or for preheating in cold weather.
  • a cooling medium or driving air can also be optionally used.
  • one or more modules are installed in a high performance version, for example to operate the range extender or to boost boost effects (brief high accelerations); Optionally, this can also be done recuperation.
  • Low-voltage on-board electrical systems can be operated and fed via the high-voltage battery assembly. That some of the modules or subassemblies operate at a lower voltage level than the main battery assembly. For this purpose, a few cells can be connected in series and form a partial battery in order to provide an on-board voltage of, for example but not necessarily, about 14 V. It is also possible to operate a plurality of such series circuits in parallel with an unchanged value of about 14 V. Such a sub-battery could for example be divided into two groups purely electrically: 2 to 4 cells, possibly also bipolar cells, for on-board voltage, many, for example 10 to 35, cells or bipolar cells for "high voltage" to supply the drive motors.
  • a 14 V or 14 V high voltage level or a high voltage level of, for example, 300 V can be imaged, which makes it possible to design an on-board alternator very efficiently, which in turn contributes to the overall efficiency of the vehicle.
  • the on-board power light machine could supply it with on-board voltage.
  • the onboard alternator can be made smaller or completely eliminated. It is also possible to feed in further voltage levels or to combine power and energy modules, for example to compensate for load cases of the vehicle.
  • a battery module in the dislocated shaft can be ventilated with air. In the event that water penetrates into the shaft open at the top, the construction is designed so that it runs off the protected battery contacts.
  • a partial battery can be accommodated by an externally accessible, coverable compartment.
  • a wall of this sub-battery could simultaneously form the lid to this compartment.
  • the cell or module battery is aerodynamically optimized and arranged in order to possibly also provide a low flow resistance.
  • the shape of the lid can be adapted to the adjacent body part or outer skin part to avoid air swirling.
  • the lid could also have cooling fins.
  • This form of battery pack ensures quick manual or mechanic / robotic changing if the power management and BMS have enabled this via the release mode, so that there is no problem with high voltage or electric arc.
  • BMS can block the removal device, for example, for safety reasons, when the battery is too hot.
  • the modules / cells can also be designed so that they do not have a high voltage in the removed state.
  • a cell or a module can be electronically secured and monitored, for example via an RFID, which stores module events and transmits them in advance to the Battery Management System (BMS).
  • BMS Battery Management System
  • the BMS can determine this in the security check.
  • the BMS can therefore test new or replacement modules for suitability before use and release them for operation in the vehicle, or use energy management to visualize, for example, a state-of-health monitor and the operator. It can also be a compensation or An Eisensladung done so that the most homogeneous batteries are summarized in the vehicle battery assembly.
  • This communication of the battery module to be replaced can be used by means of RFID or the like. with the BMS so that only properly identified battery module modules are approved or rejected by the system.
  • the insert is optionally locked electrically or mechanically or the like.
  • the ventilation can also be done in the sandwich floor (double vehicle floor) through openings in which the fan is installed and air from below or laterally, preferably from the front blowing. Only in emergency situations to energy of the battery is used, for example in case of danger.
  • the battery may be caught in a heat-resistant coating, foam or air battery bag that absorbs or dissipates heat. This way, the module can be safely retrieved, no contamination can occur.
  • the battery can be stacked in a rack assembly or standing / lying, so that you can get close to the modules when opening the flap / hood or a shoe cabinet-like arrangement or a rotating shelf (mechanically locked, electromechanical or otherwise).

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Abstract

Ein Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, wie beispielsweise ein Kotflügel, ein Boden, eine Kofferraumklappe, eine Motorraumklappe, eine Tür oder ein Dach des Fahrzeugs, weist eine Verbundstruktur, insbesondere mit einer Hohlzellenstruktur wie etwa in der Art einer Wabenstruktur oder Schaumstruktur, auf, wobei die Verbundstruktur wenigstens eine Kavität ausbildet und wobei in der Kavität bzw. in den Kavitäten jeweils eine oder eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen ist. Hierdurch ist es möglich, Batterien oder dergleichen in platzsparender Weise und über die Struktur gleichmäßig verteilt in einem Fahrzeug unterzubringen.

Description

Konstruktionsteil für ein Fahrzeug mit Elektroenergiezellen
B e s c h r e i b u n g Die vorliegende Erfindung betrifft ein Konstruktionsteil mit Elektroenergiezellen, eine Elektroenergiezelle und ein Fahrzeug.
Fahrzeuge mit elektrischen Fahrantrieben oder wenigstens elektrischen Zusatz- Fahrantrieben finden in Erwartung knapper werdender fossiler Kraftstoffe und in Anbetracht zunehmender Umwelt- und Klimabelastungen wachsende Aufmerksamkeit. Als ein wesentliches Kriterium für die Akzeptanz elektrischer Fahrzeuge wird eine angemessene und unauffällige Unterbringung der teilweise volumenintensiven Speicherbatterien oder -akkumulatoren gesehen (im Rahmen dieser Anmeldung werden, wie in der Fahrzeugtechnik üblich, wiederaufladbare elektrische Akkumulatoren auch als Batterien bezeichnet).
Stand der Technik
Aus der WO 2009/021576 A1 ist es bekannt, eine aktiv zur Energieversorgung beitragende Komponente eines Energieversorgungssystems eines Fahrzeugs als Trägerteil der Karosserie auszubilden und/oder als Energieabsorptionselement bei einer Krafteinwirkung auf das Fahrzeug in die Karosserie entsprechend einzubinden. Als zur Energieversorgung beitragende Komponenten werden dabei z.B. Brennstoffzellen oder sonstige Komponenten eines Brenn- Stoffzellensystems oder Batterien, Kondensatoren oder dergleichen betrachtet. Die Komponente ist dabei z.B. als Querträger oder Seitenschweiler funktional in die Karosserie des Fahrzeugs eingebunden.
Beschreibung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nutzung von Elektroenergiespeichern in Fahrzeugen zu verbessern.
Die Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Gemäß der Erfindung weist ein Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eine Verbundstruktur, insbesondere mit einer Hohlzellenstruktur wie etwa in der Art einer Wabenstruktur oder Schaumstruktur, auf, wobei die Verbundstruktur wenigstens eine Kavität ausbildet und wobei in der Kavität bzw. in den Kavitäten jeweils eine oder eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen ist.
Gemäß der Erfindung ist in dem Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen, wobei die Elektroenergiezellen miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden. Gemäß der Erfindung ist in dem Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, welches ausgelegt und angepasst ist, bei Eintreten einer vorbestimmten Bedingung die Elektroenergiezellen des Konstruktionsteils einzeln, gruppenweise oder insgesamt von einem Energieversorgungssystem des Fahr- zeugs elektrisch abzutrennen. Gemäß der Erfindung ist in dem Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eine Mehrzahl von flachen, baulich in sich abgeschlossenen Elektroenergiezellen aufgenommen, wobei die Elektroenergiezellen wenigstens zwei seitlich, im Wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung des Konstruktionsteils abragende Stromableiter aufweisen.
Gemäß der Erfindung ist auch eine Elektroenergiezelle vorgesehen, die zum Einbau in einem Konstruktionsteil der oben beschriebenen Ausgestaltung ausgelegt und eingerichtet ist.
Gemäß der Erfindung ist weiter ein Elektroenergiemodul vorgesehen, das aus einer Mehrzahl von derartigen Elektroenergiezellen aufgebaut ist, wobei die Elektroenergiezellen in einem Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eingebaut sind und miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden.
Gemäß der Erfindung ist auch ein Fahrzeug mit wenigstens einem Konstruktionsteil der oben beschriebenen Ausgestaltung bzw. wenigstens einem Elektroenergiemodul der oben beschriebenen Ausgestaltung vorgesehen.
Gemäß der Erfindung ist ferner eine Elektroenergiezelle, insbesondere elektrische Sekundärzelle, vorgesehen, die einen aktiven Teil, der zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist und der eine flache Gestalt aufweist, eine den aktiven Teil dicht umschließende, vorzugsweise dünne Umhüllung sowie wenigstens zwei Stromableiter, welche elektrische Pole der Elektroenergiezelle bilden, aufweist, wobei diese Elektroenergiezelle in wenigstens einer Raumrichtung gekrümmt ist. Gemäß der Erfindung ist außerdem eine Elektroenergiezelle, insbesondere elektrische Sekundärzelle, vorgesehen, die einen aktiven Teil, der zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist und der eine flache Gestalt aufweist, eine den aktiven Teil dicht umschließende, vorzugsweise dünne Umhüllung sowie wenigstens zwei Stromableiter, welche elektrische Pole der Elektroenergiezelle bilden, aufweist, wobei diese Elektroenergiezelle biegeweich ist.
Dabei kann unter einem Konstruktionsteil im Sinne der Erfindung jede tragende oder verkleidende Baueinheit einer Karosserie des Fahrzeugs verstanden werden. Es kann sich also zum Beispiel um ein Rahmenbauteil oder ein Karosserieteil, auch etwa ein tragendes Karosserieteil einer selbsttragenden Karosserie handeln. Besonders bevorzugt weist das Konstruktionsteil eine flache, insbesondere schalenförmige Struktur auf und bildet insbesondere einen Kotflügel, einen Boden, eine Kofferraumklappe oder Motorraumklappe, eine Tür oder ein Dach des Fahrzeugs aus. Es ist jedoch auch denkbar, dass das Konstruktionsteil ein Rahmen, Schweller oder dergleichen ist, vorausgesetzt, es kann eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufnehmen.
Unter einer Elektroenergiezelle kann im Sinne der Erfindung jede Vorrichtung verstanden werden, welche auch zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist. Es kann sich also insbesondere um eine galvanische Zelle wie etwa eine elektrochemische Speicherzelle vom primären oder sekundären Typ (Batterie- oder Akkumulatorzelle), eine Brennstoffzelle oder eine Kondensatorzelle handeln.
Besonders bevorzugt sind die Elektroenergiezellen flach und baulich in sich abgeschlossen und weisen wenigstens zwei seitlich von gegenüberliegenden Seiten im Wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung des Konstruktionsteils abragende Stromableiter auf. Unter einer baulich in sich abgeschlossen Elektroenergiezelle wird im Sinne der Erfindung eine in geschlossene Baueinheit wie etwa eine galvanische Zelle verstanden, die auch einen aktiven Teil aufweist, innerhalb dessen Lade-, Entlade- und ggf. Umwandlungsvorgänge elektrischer Energie stattfinden. Der aktive Teil kann Stapel oder Folienschichten aus elektrochemisch aktiven Materialien, leitenden Materialien und trennenden Materialien aufweisen. In sich wird im Sinne der Erfindung dahin verstanden, dass die Zelle für sich genommen alle Merkmale aufweist, um als Elektroenergiespeicher arbeiten zu können, und der aktive Teil der Zelle von einer Einhausung bzw. Umhüllung vorzugsweise gas- und flüssigkeitsdicht umhüllt ist, wobei die Umhüllung vorzugsweise eine Folie, gegebenenfalls mit einem stabilisierenden Rahmen, oder eine sonstige Wandstruktur aufweist. Dabei ragen so genannte Stromableiter aus dem Inneren des aktiven Teils, wo sie mit Elektrodenbereichen in leitender Verbindung stehen, durch die Umhüllung nach außerhalb der Zelle und ermöglichen eine Verbindung der aktiven Teile der Zellen miteinander oder mit einem Verbraucher. Als flach wird im Sinne der Erfindung ein Körper verstanden, der in einer Raumrichtung (im Allgemeinen als Dickenrichtung definiert) eine wesentlich geringere Ausdehnung als in den zwei anderen Raumrichtungen aufweist. In diese Definition fallen neben platten- förmigen insbesondere, aber nicht nur, auch schalenförmige, sattelförmige oder sonstwie gekrümmte Körper.
Besonders bevorzugt sind die Elektroenergiezellen in ihrer Dicke der Dicke des Konstruktionsteils angepasst, sodass die Dickeneigenschaften des Konstruktionsteils optimal ausgenutzt werden können. Sie können auch in sich gekrümmt sein und so der Geometrie des Konstruktionsteils folgen.
Die Elektroenergiezellen können zur Aufnahme von entstehenden Gasen eine dehnbare, mehrschichtige Folie als äußere Umhüllung aufweisen. Da die Elektroenergiezellen durch das Konstruktionsteil wenigstens teilweise gestützt werden, können sie auch teilflexibel bzw. biegeweich sein, um sich der Geometrie des Konstruktionsteils noch besser anpassen zu können.
Nach der Erfindung ist es insbesondere, aber nicht nur, möglich, Batterien oder dergleichen in platzsparender Weise und über die Struktur gleichmäßig verteilt in einem Fahrzeug unterzubringen. Besonders bevorzugt bzw. nach einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung sind die Elektroenergiezellen miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden. Sie können ein (Elektroenergie-)Modul bilden, welches zur Versorgung eines eindeutig zugeordneten Verbrauchers, vorzugsweise Elektromotors, insbesondere Radnabenmotors eines Rades, (im Hinblick auf die Bedarfscharakteristika des Verbrauchers) ausgelegt und angepasst ist. Ein solches Modul kann auch im Schadensfall von einem Energieversorgungssystem des Fahrzeugs elektrisch abtrennbar sein, sodass die Energie- Versorgung ohne Störung durch das schadhafte Modul sichergestellt werden kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Elektrofahrzeug vorgesehen mit einem elektrischen Fahrantrieb und einer Mehrzahl von Batterie- zellen als Elektroenergiespeicher für den elektrischen Fahrantrieb. Der elektrische Fahrantrieb kann ein einzelner Elektromotor sein, dessen Abtriebsmoment auf die Antriebsräder verteilt wird. Der Fahrantrieb kann auch mehrere Elektromotoren aufweisen, die jeweils einem Antriebsrad zugeordnet sind, insbesondere in Form von Nabenmotoren. Der elektrische Fahrantrieb kann ausschließlicher Fahrantrieb sein oder mit einem Verbrennungsmotor zusammenwirken.
Die Batteriezellen sind vorzugsweise Sekundärzellen (also eigentlich Akkumulatorzellen, die aber in der Fahrzeugtechnik ebenfalls als Batterien bezeichnet werden), insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, Lithium-Polymer-Zellen oder dergleichen.
Das Fahrzeug weist Konstruktionsteile in Leichtbauweise auf. Als Konstruktionsteile im Sinne der Erfindung werden Tragstrukturteile, nichttragende Ver- kleidungsteile und selbsttragende Karosserieteile verstanden. Konstruktionsteile können insbesondere Türen, Motor- und Kofferraumdeckel, Bodenwanne, Dach, Kotflügel, Zwischenwände, Rahmenteile, Schweller, etc. sein. Die Leichtbau- weise ist insbesondere durch eine Wabenstruktur oder ähnliche Hohlzellenstruktur verwirklicht, welche einem durch eine Außenhaut definierten Volumen Stabilität verleiht. Die Batteriezellen sind wenigstens zum Teil, vorzugsweise vollständig, in Kavitäten innerhalb der Leichtbaustruktur aufgenommen. Als Kavität kann z.B. eine Wabenzelle oder dergleichen oder, wenn die Hohlzellen feiner als die Größe der Batteriezellen sind, eine speziell vorgesehene und ausgebildete Ausnehmung in der Hohlzellenstruktur dienen. Auf diese Weise werden be- trächtliche Teile des Volumens der Konstruktionsteile zur Aufnahme der Batterien genutzt. Diese Volumina werden im Fahrzeug, etwa im Motor-, Kofferoder Passagierraum, für andere Zwecke frei. Insbesondere der für die Batterien innerhalb des Fahrzeugs oder gar auf dem Dach oder in einem Anhänger vorzusehende Raum minimiert werden oder gar vollständig wegfallen. Der in den Konstruktionsteilen ohnehin vorhandene, vormals leere Raum wird einem sinnvollen Zweck zugeführt. Das Gewicht der Batterien wird auf vorteilhafte Weise auf die Fahrzeugstruktur verteilt.
Die Batteriezellen sind im Allgemeinen aus einer Anzahl von Folienschichten aufgebaut, und zwar so, dass Folienschichten mit elektrisch bzw. elektrochemisch aktiven Elektrodenmaterialien, Separatormaterialien und Leitermaterialien in geeigneter Abfolge angeordnet sind. Das Folienpaket ist durch eine Einhausung gas- und flüssigkeitsdicht umschlossen. Die Einhausung ist üblicherweise durch eine vorzugsweise mehrlagige, verschweißte Folie aus- gebildet. Wenigstens zwei Stromableiter stehen mit den Leitermaterialien jeweils einer Elektrodenart in Verbindung und ragen durch die Einhausung hindurch aus dem Inneren der Zelle nach außen, wo sie für eine Kontaktierung zur Verfügung stehen. Die Batteriezellen sind als prismatische Zellen, wie etwa Rahmenflachzellen, Pouchzellen oder Coffeebag-Zellen, oder als Tellerzellen mit vergleichsweise großflächiger Ausdehnung ausgebildet. Die Stromableiter und die Kontaktierungseinrichtungen innerhalb des Konstruktionsteils sind seitlich an bzw. von den Batteriezellen angeordnet. So tragen diese Verbindungsteile nicht zu einem zusätzlichen Dickenauftrag bei, und die Dicke des Konstruktionsteils kann optimal für die Aufnahme von elektrisch bzw. elektrochemisch aktiven Teilen der Batteriezellen ausgenutzt werden. Die Zellen sind in Klemm- oder Spanneinrichtungen eingespannt, wobei die Verspannung gleichzeitig auch die Kontaktierung sein kann, d.h. auch der elektrischen Kontaktierung für die Stromableiter dient. Die Kontaktierung kann auch der Aussteifung des Konstruktionselements wie auch der Batteriezellen selbst dienen.
In Größe und Form, insbesondere Flächenausdehnung und Dicke bzw. Querschnitt, sind die Zellen an den innerhalb des jeweiligen Konstruktionsteils verfügbaren Raum angepasst. Insbesondere weisen die Zellen eine konvex oder konkav gebogene Form auf.
Die Batteriezellen sind in einem Konstruktionsteil so miteinander verschaltet, dass sie eine elektrisch, elektronisch und regelungstechnisch sinnvolle Einheit bilden. Insbesondere weist eine solche Einheit vorbestimmte elektrische Eigenschaften wie Spannung und Ladungsaufnahmekapazität auf. Das Konstruktions- teil mit seinen Batteriezellen bildet daher ein in sich sinnvolles und austauschbares Modul. So kann etwa nach einem Unfall ein beschädigtes Modul ausgetauscht werden, ohne dass andere Module aus elektrischer Sicht davon betroffen sind. In einer Weiterbildung der vorstehenden Ausführungsform sind die zu einer Einheit zusammengeschalteten Batteriezellen eines Konstruktionsteils einem bestimmten Verbraucher zugeordnet. Beispielsweise bilden ein rechter vorderer Kotflügel, eine Beifahrertür und ein vorderer Kofferraum- oder Motorraumdeckel drei Batteriemodule, die einem Nabenmotor des rechten Vorderrades zuge- ordnet sind. Gleichermaßen bilden ein linker vorderer Kotflügel, eine Fahrertür und eine Bodenwanne drei Batteriemodule, die einem Nabenmotor des linken Vorderrades zugeordnet sind. Ebenso bilden ein rechter hinterer Kotflügel, eine rechte Fahrgasttür und ein hinterer Kofferraum- oder Motorraumdeckel drei Batteriemodule, die einem Nabenmotor des rechten Hinterrades zugeordnet sind. Ferner bilden ein linker hinterer Kotflügel, eine linke Fahrgasttür und ein Fahrzeugdach drei Batteriemodule, die einem Nabenmotor des linken Hinter- rades zugeordnet sind. Schließlich bilden Wände zwischen Koffer- bzw. Motorräumen, Rahmenteile, Stoßfänger und dergleichen Batteriemodule, die anderen Verbrauchern wie Beleuchtung, Heizung/Kühlung, Steuerung, Lenkservo, Navigation, Audio/Video, etc. zugeordnet sind. Dadurch ist es auch möglich, die Betriebssicherheit bei Ausfall oder Teilausfall eines solchen Moduls und der- gleichen zu erhöhen.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine zentrale oder lokale Steuereinheit vorgesehen, eingerichtet und programmiert, um ein Modul bei Vorliegen vorgegebener Bedingungen abzuschalten bzw. zu überbrücken. Eine vorgegebene Bedingung kann z.B. eine äußere Beschädigung und/oder eine elektrische Fehlfunktion sein. So kann z.B. nach einem Unfall ein beschädigtes Modul aus dem elektrischen Verbund herausgenommen werden, ohne dadurch die anderen Module zu beeinträchtigen. Die anderen Module können ggf. die Aufgaben des ausgefallenen Moduls übernehmen. Um entscheiden zu können, ob die vorgegebenen Bedingungen vorliegen, sind vorzugsweise entsprechende Sensoren wie etwa Temperaturfühler, Spannungsmesser, Dehnungsmesser, etc. vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine zentrale Steuereinheit vorgesehen, eingerichtet und programmiert, um einen Ladungsausgleich zwischen Batteriemodulen bei Bedarf und anhand vorgegebener bzw. vorgebbarer Kriterien vorzunehmen. So kann z.B. bei Dunkelheit, insbesondere nachts, bei längeren Fahrten mit Licht, insbesondere Fern- und/oder Nebellicht, den der Beleuchtung zugeordneten Batteriemodulen Ladung von anderen Batteriemodulen zugeführt werden, wenn der Ladungszustand des der Beleuchtung zugeordneten Batteriemoduls eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Ebenso kann z.B. bei Fahrten in kalter Witterung den der Heizung zugeordneten Batteriemodulen Ladung von anderen Batteriemodulen zugeführt werden, wenn der Ladungszustand des der Heizung zugeordneten Batteriemoduls eine vorgegebene Schwelle unterschreitet. Ähnliche Kriterien sind für andere Batteriemodule aufstellbar.
Die Spannung eines Moduls ist begrenzbar bzw. begrenzt. Vorzugsweise liegt die Spannung eines Moduls zwischen 48 V und 150 V, bei einem Leicht- elektrofahrzeug zwischen 7,2 V und 36 V. Die Spannung eines Moduls ist dabei eine Summe der Spannungen der Einzelzellen, die bei Lithiumsystemen z.B. 2,7 V oder 3,6 V bis hin zu 5 V betragen kann. Besonders bevorzugt ist die Spannung eines Moduls am Bedarf der maßgeblichen Verbraucher, insbesondere eines Radnabenmotors, ausgelegt.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen als Binärzellen ausgebildet. Als Binärzellen werden Batteriezellen bezeichnet, welche wenigstens zwei Elektrodenstapel in einer gemeinsamen Einhausung aufweisen. Die zwei Elektrodenstapel sind vorzugsweise unterschiedlich, insbesondere mit unterschiedlichen elektrischen Eigenschaften, ausgebildet. Durch Binärzellen lassen sich gewünschte elektrische Eigenschaften in besonders kompakter Weise verwirklichen. Insbesondere ist es möglich, höhere Zellenspannungen als mit Einzelzellen zu erreichen. Bei Binärzellen sind Zellenspannungen bis etwa 12 V erreichbar.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen so ausgeführt, dass sie sich an die Form des Konstruktionsteils anschmiegen. Insbesondere sind die Batteriezellen biegeweich ausgebildet und liegt die Einhausung großflächig an dem Konstruktionsteil an. Dadurch stützt das Konstruktionsteil die Batteriezelle und ist wenigstens teilweise Zellenauflage. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Einhausung der Batteriezellen aus einer dehnfähigen Folie ausgebildet. So können Volumenänderungen der Zelle, hervorgerufen durch Gasfreisetzungen in deren Innerem, aufgefangen werden. Ist zusätzlich im Konstruktionsteil Raum zur Ausdehnung vorgesehen, können Beschädigungen vermieden werden. Die Betriebssicherheit kann dadurch weiter erhöht werden. Die Flexibilität der Folie kann dabei abschnittweise gegeben sein. Die Flexibilität der Folie kann auch mit einer besonders dünnen Folie einhergehen. Da die Zellen durch das Konstruktionsteil gestützt werden, kann die Folie dünner sein als bei herkömmlichen Coffebag-Zellen oder dergleichen. Es wird ein Entgasungsraum gebildet, der aber nicht zur Kaskadenbeeinflussung der anderen Zellen führen kann, was insbesondere auch bei Einsatz von Binärzellen zutrifft. Das Verbundmaterial wird auch im Crashfall verhindern, dass Funkenbildung, Material oder heißes Gas aus einer zerstörten Batterie unkontrolliert frei wird, da es wie in einer Art Airbag oder dergleichen aufgefangen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform nutzen die vorzugsweise in die Konstruktionselemente einlaminierten Zellenkomponenten das Konstruktionselement als Wärmesenke.
Obschon die vorliegende Erfindung vorstehend unter Bezugnahme auf konkrete bevorzugte Ausführungsbeispiele und Weiterbildungen in ihren wesentlichen Merkmalen beschrieben wurde, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt ist, sondern in dem durch die Patentansprüche vorgegebenen Umfang und Bereich abgewandelt und erweitert werden kann, beispielsweise, aber nicht ausschließlich, wie es nachstehend angedeutet ist.
Die Karosserieteile können anstelle einer Leichtbaustruktur auch in herkömmlicher Weise hergestellt sein. Z.B. kann ein Karosserieteil ein Außenblech, eine Innenverkleidung und eine Anzahl von Aussteifungen, etwa in Form von Rippen oder Stringern aufweisen. In einem solchen Fall können Batteriezellen in den Zwischenräumen zwischen den Aussteifungen untergebracht und angebracht sein. Es können auch Batteriezellen verwendet werden, deren Stromableiter bzw. Pole an einer oder beiden der Flachseiten der Zelle angeordnet sind. In einem solchen Fall können die Stromableiter durch Flachkabel oder Bandkontaktierung kontaktiert sein. So kann der Dickenaufbau durch die Kontaktierung begrenzt werden.
Nach der vorstehenden Beschreibung sind die Batteriezellen in den Konstruktionsteilen in Halterungen eingespannt. Diese Einspannung wird als lösbar angenommen, sodass die Zellen wieder entnehmbar sind. In einer Alternative sind die Zellen in den Konstruktionsteilen unlösbar eingebettet, insbesondere einlaminiert. Die Kontaktierung kann dabei mit einlaminiert sein. Mit einem solchen Design ist u.a. der Integrationsgrad erhöht, was auch die Wartung vereinfachen kann. Es versteht sich, dass alle genannten Weiterbildungen und Abwandlungen der vorstehenden Ausführungsform miteinander kombiniert werden können, soweit sie sich nicht technisch ausschließen.
Die vorliegende Erfindung ist auf alle Arten von Fahrzeugen anwendbar, so insbesondere, aber nicht nur, auf Kraftfahrzeuge, Krafträder, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge oder dergleichen.
Die vorstehenden Überlegungen sind darüber hinaus nicht nur auf elektrisch angetriebene Fahrzeuge beschränkt, sondern auch überall dort anwendbar, wo Elektroenergiespeicher mit einigem Raumbedarf anfallen und Konstruktionselemente zur Verfügung stehen, die wie oben beschrieben gestaltet werden können. Beispiele hierfür sind Elektroerzeugungs-, Verteil- und Versorgungsanlagen, bei denen z.B. Speicher- und Pufferbatterien in geeignet gestalteten Wänden, Böden, Decken, Podesten und dergleichen untergebracht werden können. Neben Batterien bzw. Akkumulatoren sind auch Kondensatoren, Supercaps, Brennstoffzellen und dergleichen als Elektroenergiezellen denkbar.
Die Batterien könnten auch als Module eingesteckt werden, verteilt über Aufnahmevorrichtungen, die unter einem Deckel sind, bspw. für einen guten Heckschwerpunkt oder gleichmäßig verteilt zugeordnet zu den Rädern. Hier wäre es denkbar, dass die Batterien nach den Lasterfordernissen der Fahrzeugkonstruktion grundsätzlich frei dislozierbar sind, wobei aber immer ein oder zwei Reservepacks für Defektfälle oder als Reserve vorhanden sind. In Annäherung an das Ziel der freien Dislozierbarkeit kann eine Karosserie über eine Vielzahl von Aufnahmeeinrichtungen für Batterien und/oder von außen zugänglichen, abdeckbaren Fächern verfügen. Diese Aufnahmeeinrichtungen und/oder Fächer werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der gewünschten Lage des Schwerpunkts des Fahrzeugs mit Batterien bestückt.
Solarfolien oder Solarmodule auf, am oder im Fahrzeug können unabhängig Strom liefern, der zum Belüften der Batteriemodule genutzt wird, auch wenn das Fahrzeug in der Sonne frei steht, oder zum Vorheizen bei kalter Witterung. Bei Fahrtbelastung kann ein Kühlmedium oder Fahrtluft zusätzlich optional genutzt werden.
Bei einigen Fahrzeugmodellen wäre ein Einschub rechts und links in Kombination mit oder hinter den Rückleuchten denkbar, denn hier wäre unter Umständen Bauraum entlang des Kotflügels oder schräg bzw. nach unten in den Kofferraum bis in den Bereich der bisherigen Auspufftöpfe bzw. Abgasanlage vorhanden. Dies wäre bei Elektrofahrzeugen mit einem zusätzlichen Verbrennungsmotor zur Reichweitenerhöhung (z.B. für das so genannte E-Cell- Plus-Konzept mit Range-Extender von Mercedes) ebenso vorne im Bereich der Scheinwerfer möglich, wobei hier das Modul vorrangig nach oben oder gerade eingelegt wird. Gleichfalls können Batteriezellen in die C-Säule eingebaut oder eingesteckt werden.
Ebenso ist es möglich, dass ein oder mehrere Modul in einer Hoch- leistungsversion eingebaut werden, um beispielsweise den Range Extender zu betreiben oder Boost-Effekte (kurzzeitige hohe Beschleunigungen) zu verstärken; optional kann dadurch auch das Rekuperieren erfolgen.
Niedrigvolt-Bordnetzanwendungen können über die Hochvoltbatteriebaugruppe betrieben und gespeist werden. D.h. ein Teil der Module oder Unterbaugruppen wird auf einer niedrigeren Spannungsebene betrieben als die Haupt-Batteriebaugruppe. Hierzu können wenige Zellen in Reihe geschaltet werden und eine Teilbatterie bilden, um eine Bordspannung von beispielsweise, aber nicht zwingend, etwa 14 V zur Verfügung zu stellen. Es können auch mehrere solcher Reihenschaltungen parallel geschaltet mit unverändert etwa 14 V betrieben werden. Eine solche Teilbatterie könnte beispielsweise rein elektrisch in zwei Gruppen unterteilt werden: 2 bis 4 Zellen, ggf. auch Bipolarzellen, für Bordspannung, viele, beispielsweise 10 bis 35, Zellen oder Bipolarzellen für "Hochspannung" zur Versorgung der Antriebsmotoren.
Somit kann aus 2 oder 4, alternativ 10-35 Modulen eine Bordnetzebene mit 14 V oder eine Hochspannungsebene mit beispielsweise 300 V abgebildet werden, die es erlaubt, eine etwaige Bordstromlichtmaschine sehr effizient auszulegen, was wiederum zur Gesamteffizienz des Fahrzeugs beiträgt. Die Bordstromlicht- maschine könnte mangels Verbrennungsmotor, ähnlich einem Fahrraddynamo, die Versorgung mit Bordspannung leisten. Mit der Unterteilung einer Teilbatterie gemäß vorstehender Erläuterung kann die Bordstromlichtmaschine kleiner dimensioniert werden oder ganz entfallen. Es ist auch möglich, weitere Spannungsebenen einzuziehen oder Leistungsund Energiemodule zu kombinieren, etwa um Lastfälle des Fahrzeugs auszugleichen. Über Solarbetriebene Lüfter kann ein Batteriemodul im dislozierten Schacht mit Luft gelüftet. Für den Fall, dass in den oben offenen Schacht Wasser eindringt, ist die Konstruktion so gestaltet, dass es an den geschützten Batteriekontakten abläuft.
In einer weiteren Abwandlung kann vorgesehen sein, Teilbatterien von außen, ggf. mechanisch unterstützt, wechseln zu können. Dazu kann eine Teilbatterie von einem von außen zugänglichen, abdeckbaren Fach aufgenommen sein. Eine Wandung dieser Teilbatterie könnte gleichzeitig den Deckel zu diesem Fach bilden. Eine solche Lösung kann auch dadurch gekennzeichnet sein, dass Zelle oder Modulbatterie aerodynamisch optimiert gestaltet und angeordnet sind, um ggf. auch einen geringen Strömungswiderstand zu bieten. Hierzu kann die Gestalt des Deckels an das angrenzende Karosserieteil bzw. Außenhautteil zur Vermeidung von Luftwirbeln angepasst sein. Der Deckel könnte auch Kühlrippen aufweisen.
Diese Form der Akkus sichert ein schnelles Wechseln bzw. Herausziehen per Hand oder mittels Mechanik / Roboter, wenn das Energiemanagement und das BMS dies über den Freigabemodus frei geschaltet haben, damit kein Problem durch Hochspannung oder Lichtbogen auftreten kann. Insofern kann BMS die Entnahmevorrichtung blockieren, beispielsweise aus Sicherheitsgründen dann, wenn Batterie zu heiß ist. Die Module / Zellen können ferner so ausgeführt sein, dass sie im entnommenen Zustand nicht über eine hohe Spannung verfügen.
Eine Zelle oder ein Modul kann elektronisch gesichert und überwacht sein, etwa über ein RFID, welches Modulereignisse speichert und vorab an das Batterie- managementsystem (BMS) übermittelt. So kann nach einem Öffnen oder Manipulieren des Moduls das BMS dies im Sicherheitscheck feststellen. Wie bei Druckerpatronen kann konstruktiv gewährleistet sein, dass nur geeignete Batterien richtig herum eingesetzt werden können. Das BMS kann daher in einem Ersatztest-Modus Neu- oder Tauschmodule auf Eignung vor Einsatz prüfen und zum Betrieb im Fahrzeug freigeben oder über das Energie- management beispielsweise einen State-of-health Monitor und dem Betreiber visualisieren. Es kann auch eine Ausgleichs- oder Angleichsladung erfolgen, damit möglichst homogene Batterien in der Fahrzeugbatteriebaugruppe zusammengefasst sind. Diese Kommunikation des zu tauschenden Batteriemoduls vor einsetzen kann mittels RFID o.ä. mit dem BMS erfolgen, sodass nur einwandfrei identifizierte Batteriebaugruppenmodule vom System zugelassen werden oder abgelehnt werden. Um Manipulation zu vermeiden, wird die Einlage optional elektrisch oder mechanisch oder dergleichen gesperrt.
Die Belüftung kann auch im Sandwichboden (doppelter Fahrzeugboden) durch Öffnungen erfolgen, in die der Lüfter eingebaut ist und Luft von unten oder seitlich, vorzugsweise von vorn, einbläst. Nur in Notfallsituationen wird dazu Energie des Akkus verwendet, beispielsweise im Gefahrenfall.
Findet ein Unfall statt, kann die Batterie in einen hitzebeständigen Überzug, Einschäumung oder Air-Batteriebag gefangen werden, in dem Gase aufgenommen werden bzw. der Hitze nicht weitergibt. So lässt sich das Modul gefahrlos bergen, es kann keine Kontamination auftreten.
In einem Fahrzeug kann der Akku in einer Regalanordnung gestapelt oder stehend / liegend angeordnet sein, sodass man beim Öffnen der Klappe / Haube oder einer schuhschrankähnlichen Anordnung bzw. eines rotierenden Regals (mechanisch arretiert, elektromechanisch oder auf sonstige Weise) gut an die Module herankommt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, wobei das Konstruktionsteil eine Verbundstruktur, insbesondere mit einer Hohlzellenstruktur wie etwa in der Art einer Wabenstruktur oder Schaumstruktur, aufweist, wobei die Verbundstruktur wenigstens eine Kavität ausbildet und wobei in der Kavität bzw. in den Kavitäten jeweils eine oder eine Mehrzahl von
Elektroenergiezellen aufgenommen ist.
Konstruktionsteil nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden.
Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, wobei in dem Konstruktionsteil eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen ist, wobei die
Elektroenergiezellen miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden.
Konstruktionsteil nach Anspruch 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die zu einer Einheit verbundenen Elektroenergiezellen ein Modul bilden, welches zur Versorgung eines eindeutig zugeordneten Verbrauchers ausgelegt und angepasst ist.
5. Konstruktionsteil nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Steuergerät vorgesehen ist, welches ausgelegt und angepasst ist, bei Eintreten einer vorbestimmten Bedingung das Modul von einem Energieversorgungssystem des Fahrzeugs elektrisch abzutrennen.
Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, wobei in dem Konstruktionsteil eine Mehrzahl von Elektroenergiezellen aufgenommen ist, wobei ein Steuergerät vorgesehen ist, welches ausgelegt und angepasst ist, bei Eintreten einer vorbestimmten Bedingung die Elektroenergiezellen des Konstruktionsteils einzeln, gruppenweise oder insgesamt von einem Energieversorgungssystem des Fahrzeugs elektrisch abzutrennen.
Konstruktionsteil nach Anspruch 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Steuergerät ausgelegt und angepasst ist, Betriebszustände der Elektroenergiezellen und/oder Strukturzustände des Konstruktionsteils zu erfassen, wobei die vorbestimmte Bedingung ein vorbestimmter Betriebszustand einer Elektroenergiezelle oder einer Gruppe von Elektroenergiezellen oder ein vorbestimmter Strukturzustand des Konstruktionsteils ist.
Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen flach und baulich in sich abgeschlossen sind sowie wenigstens zwei seitlich, im Wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung des Konstruktionsteils abragende Stromableiter aufweisen.
Konstruktionsteil für ein Fahrzeug, wobei in dem Konstruktionsteil eine Mehrzahl von flachen, baulich in sich abgeschlossenen Elektroenergiezellen aufgenommen ist, wobei die Elektroenergiezellen wenigstens zwei seitlich, im Wesentlichen senkrecht zur Dickenrichtung des
Konstruktionsteils abragende Stromableiter aufweisen.
10. Konstruktionsteil nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen in Klemmvorrichtungen eingespannt sind. 1 1. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Konstruktionsteil eine flache oder schalenförmige Struktur aufweist und insbesondere einen Kotflügel, ein Bodenblech oder eine Bodenwanne, eine Kofferraum- oder Motorraumklappe, eine Tür oder ein Dach des Fahrzeugs ausbildet.
12. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen in die Struktur des Konstruktionsteils einlaminiert sind.
13. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen einen prismatischen, tellerförmigen oder flachen Rahmenaufbau aufweisen.
14. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen in ihrer Dicke der Dicke des Konstruktionsteils angepasst sind.
15. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Elektroenergiezellen in dem Konstruktionsteil aufgenommen ist. Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen eine dehnbare, mehrschichtige Folie als äußere Umhüllung aufweisen.
Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen teilflexibel bzw. biegeweich ausgebildet sind.
Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezellen räumlich gekrümmt sind.
Elektroenergiezelle, die zum Einbau in einem Konstruktionsteil nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgelegt und eingerichtet ist.
Elektroenergiemodul, das aus einer Mehrzahl von Elektroenergiezellen nach Anspruch 19 aufgebaut ist, wobei die Elektroenergiezellen in einem Konstruktionsteil für ein Fahrzeug eingebaut sind und miteinander derart elektrisch verbunden sind, dass sie in elektrischer, elektronischer und regelungstechnischer Hinsicht eine abgeschlossene Einheit bilden.
Elektroenergiemodul nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elektroenergiemodul als Traktionsbatterie oder als Teil einer Traktionsbatterie zur Versorgung wenigstens eines dem Antrieb des Fahrzeugs dienenden Elektromotors ausgelegt und eingerichtet ist.
Elektroenergiemodul nach Anspruch 20 oder 21 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Elektroenergiemodul einem Verbraucher zugeordnet ist und im Hinblick auf die Bedarfscharakteristika des Verbrauchers ausgelegt ist. Fahrzeug mit wenigstens einem Konstruktionsteil nach einem der Ansprüche 1 bis 18 und/oder wenigstens einem Elektroenergiemodul nach einem der Ansprüche 20 bis 22.
Elektroenergiezelle, insbesondere elektrische Sekundärzelle, mit einem aktiven Teil, der zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist und der eine flache Gestalt aufweist, einer den aktiven Teil dicht umschließenden Umhüllung sowie wenigstens zwei Stromableitern, welche elektrische Pole der Elektroenergiezelle bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezelle in wenigstens einer Raumrichtung gekrümmt ist.
25. Elektroenergiezelle, insbesondere elektrische Sekundärzelle, mit einem aktiven Teil, der zur Abgabe elektrischer Energie ausgelegt und eingerichtet ist und der eine flache Gestalt aufweist, einer den aktiven Teil dicht umschließenden Umhüllung sowie wenigstens zwei Stromableitern, welche elektrische Pole der Elektroenergiezelle bilden,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektroenergiezelle biegeweich ist.
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