WO2023174729A1 - Crashstruktur für einen elektrischen energiespeicher eines kraftfahrzeugs - Google Patents

Crashstruktur für einen elektrischen energiespeicher eines kraftfahrzeugs Download PDF

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WO2023174729A1
WO2023174729A1 PCT/EP2023/055605 EP2023055605W WO2023174729A1 WO 2023174729 A1 WO2023174729 A1 WO 2023174729A1 EP 2023055605 W EP2023055605 W EP 2023055605W WO 2023174729 A1 WO2023174729 A1 WO 2023174729A1
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WO
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gas
crash structure
battery module
gas guide
structural sections
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PCT/EP2023/055605
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English (en)
French (fr)
Inventor
Steffen Hirschmann
Jens Dietrich
Original Assignee
Man Truck & Bus Se
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a crash structure for an electrical energy storage for a motor vehicle, an electrical energy storage with the crash structure, and a motor vehicle with the electrical energy storage.
  • Hybrid, plug-in hybrid, fuel cell and electric vehicles have traction energy storage, which is used to absorb or provide recuperation and drive energy.
  • Traction energy storage can be based on accumulators, e.g. B. Li-ion batteries.
  • accumulators e.g. B. Li-ion batteries.
  • traction energy storage devices have a modular structure, with individual battery cells arranged in stacks and electrically combined to form individual battery modules, which in turn are connected in series and/or parallel within a housing.
  • the aforementioned components are usually enclosed in a closed housing.
  • a closed housing In addition to protection from environmental influences, there is also a need for storage that is as robust as possible and which protects the battery cells contained in the battery modules from damage, e.g. B. protect in a crash load case. This is particularly relevant when using lithium-ion battery cells, as these usually contain flammable electrolytes that could be released in a vehicle crash and ignited by sparks or arcs.
  • thermal runaway in which a rapid increase in cell temperature can lead to a fire or an explosion of the battery cells due to excess pressure.
  • Possible damage that can lead to thermal runaway is not just crash load cases, but e.g. B. also short circuits or excessive electrical currents when charging or discharging the traction energy storage.
  • a crash structure for stiffening a housing for an electrical energy storage device of a, preferably electrically driven, motor vehicle, in particular a commercial vehicle, is provided.
  • the crash structure comprises a plurality of structural sections, preferably arranged one above the other in a common plane and/or spaced apart from one another.
  • the crash structure further comprises a gas guidance system, which is formed, in particular completely, within the crash structure.
  • the gas guide system in particular has a plurality of gas guide channels that are fluidly connected to one another, with one of the plurality of gas guide channels, preferably running essentially parallel to one another, being formed in each of the several structural sections, preferably precisely.
  • the gas guidance system can expediently comprise at least one gas passage for introducing gas into the gas guidance system and at least one gas outlet for exhausting gas from the gas guidance system.
  • the crash structure can be designed to absorb load forces in the event of a crash load and/or to pass the load forces through the housing of the electrical energy storage device.
  • the crash structure can, preferably only, be positionable and preferably attachable, particularly preferably releasably attachable, on two opposing inner housing surfaces of the housing.
  • the crash structure can e.g. B. be designed as an intermediate wall within the housing.
  • the crash structure can prevent or at least reduce possible deformations of the housing.
  • load forces i.e. impact forces
  • the present disclosure thus provides a crash structure that advantageously fulfills a dual function.
  • the crash structure serves to stiffen the housing in order to prevent or at least reduce possible deformations of the housing in the event of a crash load, so that the most robust storage of the battery modules within the housing can be ensured.
  • the crash structure serves to specifically pass through a fluid within the electrical energy storage.
  • the fluid can in particular be a gas that is released from a damaged battery cell in the event of a thermal runaway before a fire or explosion can occur. This is also known as the degassing process or degassing.
  • the gas can thus be used by means of the gas guide system, for example. B. guided to one or more positions and released in a safe manner.
  • the several gas guide channels that are fluidly connected to one another offer, among other things: the possibility of being able to absorb and/or release gas in a targeted manner at different positions.
  • the gas guidance system of the crash structure allows additional components within the electrical energy storage system to be avoided or at least reduced for targeted gas guidance. This frees up space within the housing, e.g. B. for a cell contacting system located on top of the battery cells, and additional costs or additional weight are prevented by additional gas guide channels.
  • the present disclosure leads to an optimization of the battery module assembly, taking into account the forces or accelerations that occur during ferry operation and possible crash load cases, and a simultaneous integration of a gas guide in order to respond to the failure of a battery cell, i.e. H. After a thermal runaway, gases can be removed in a targeted manner.
  • the plurality of structural sections can each be designed as a hollow profile part and/or have a hollow profile.
  • One of the several gas guide channels can be formed by a cavity enclosed by the hollow profile.
  • One of the several gas guide channels can be formed in the hollow profile part and/or hollow profile.
  • the plurality of structural sections can each have at least one contact surface for contacting at least one battery module and/or a fastening device for fastening at least one battery module.
  • the plurality of structural sections can each have two contact surfaces on opposite sides of the plurality of structural sections.
  • the crash structure can have a side surface that includes each contact surface of the plurality of structural sections.
  • the crash structure can have two opposite sides have ten surfaces, which each include the two contact surfaces of the plurality of structural sections.
  • the plurality of structural sections can be designed in such a way that a battery module can rest and/or be attached to one side of one of the plurality of structural sections, preferably along one of the plurality of gas guide channels.
  • the crash structure thus advantageously offers the possibility of arranging a group of several battery modules arranged one above the other on one side surface or two groups of several battery modules arranged one above the other on two opposite side surfaces of the crash structure and preferably attaching them to this . This allows the storage of the battery modules within the housing to be further improved.
  • the plurality of structural sections of the crash structure can be designed as struts, preferably hollow profile struts, and/or plates, preferably hollow profile plates, which preferably run essentially parallel to one another and/or one above the other in a common plane.
  • the structural sections can also be referred to as crash struts and/or bulkheads. Longitudinal directions of the plurality of structural sections can preferably run parallel to one another and/or one above the other in a common plane.
  • the plurality of structural sections can each be strut-shaped, bar-shaped and/or plate-shaped, at least in sections.
  • the possible shapes of the crash structure are particularly advantageous in order to absorb load forces in the event of a crash and to pass them through the housing of the electrical energy storage device, while at the same time taking up as little space as possible within the housing.
  • Each of the plurality of structural sections can, preferably only, be positioned and preferably fastened, particularly preferably screwed and/or clamped, on two opposite housing inner surfaces of the housing of the electrical energy storage device.
  • Each of the plurality of structural sections can have two end regions (seen in the longitudinal direction of the respective one of the plurality of structural sections), which can each be fastened to an inner surface of the housing of the electrical energy storage device.
  • the crash structure can thus advantageously be specifically attached to two sides of the electrical energy storage in order to prevent or at least reduce possible deformations of the housing.
  • two adjacent structural sections (of the plurality of structural sections) can be connected to one another, preferably only, via a connecting section (intermediate section).
  • the connecting section can be formed at central regions of the two adjacent structural sections.
  • the connecting section can be formed in particular on side surfaces of the two adjacent structural sections, which are aligned perpendicular to the contact surfaces of the two adjacent structural sections.
  • Two adjacent structural sections can be connected to one another in the height direction of the structural sections via the connecting section.
  • a longitudinal direction of the connecting section can preferably run perpendicular to the longitudinal direction of one of the structural sections.
  • An intermediate channel which fluidly connects the plurality of gas guide channels, in particular the two channels in each case, in the two adjacent structural sections, can be formed at least in sections in the connecting section.
  • a base body of the crash structure consisting of the plurality of structural sections and at least one connecting section, which connects two adjacent structural sections, can be formed in one piece, preferably in one piece.
  • the base body can be designed to be mirror-symmetrical, in particular mirror-symmetrical to a plane which is spanned in the transverse and vertical directions of one of the plurality of structural sections.
  • the base body can preferably be designed as a hollow profile.
  • the hollow profile can form the gas guide system at least in sections.
  • the multiple gas guide channels can run essentially parallel to one another and/or one above the other in a common plane.
  • the plurality of gas guide channels can preferably be designed essentially the same.
  • a longitudinal direction of the plurality of gas guide channels can run parallel to the longitudinal direction of one of the structural sections.
  • Two adjacent gas guide channels can be fluidly connected via an intermediate channel, which is preferably formed in central regions of the two adjacent gas guide channels.
  • a longitudinal direction of the intermediate channel can preferably run perpendicular to the longitudinal direction of the plurality of gas guide channels.
  • the gas guidance system can exclusively comprise the plurality of gas guidance channels and the at least intermediate channel.
  • the gas guidance system can be designed in one plane.
  • the gas guidance system may comprise gas passages which are formed in at least one side surface and/or two opposite sides of the plurality of structural sections along one of the plurality of gas guidance channels.
  • the at least one side surface can preferably be designed as a contact surface for contacting at least one battery module.
  • Each contact surface can have gas passages which are formed in a row along one of the plurality of gas guide channels.
  • the gas passages can expediently be designed to introduce gas from battery modules into the gas supply system.
  • the gas passages can be formed in one side surface and/or in the two opposite side surfaces of the crash structure along, preferably each, of the plurality of gas guide channels.
  • the gas passages can be formed in several rows in one side surface and/or in the two opposite side surfaces of the crash structure. Each of the multiple rows can be formed along one of the multiple gas guide channels.
  • the multiple rows can have an equal number of gas passages. The gas passages of each of the multiple rows may be equally spaced.
  • the gas passages can each have a pressure safety device, preferably a rupture disk.
  • the crash structure is therefore advantageously designed in such a way that a battery module resting on one of the contact surfaces of the crash structure can introduce gas into the gas guidance system during discharge processes through one or more gas passages which are formed along one of the plurality of gas guidance channels.
  • the arrangement of the gas passages in a contact surface can be particularly advantageously designed in such a way that one battery cell is assigned to one of the gas passages.
  • the gas from a damaged battery cell can be specifically introduced into the gas supply system.
  • At least one sealing layer can be placed on the side surface and/or the two opposite side surfaces for sealing contact with at least one Battery module can be arranged.
  • the at least one sealing layer can be arranged on the contact surface of at least one of the plurality of structural sections.
  • the gas passages can be formed through the at least one sealing layer.
  • the sealing layer may comprise a temperature-resistant material.
  • the gas guidance system can comprise at least one gas outlet.
  • a pressure relief valve can be arranged on the at least one gas outlet.
  • the at least one gas outlet can be formed on at least one of the two end regions of one of the plurality of structural sections.
  • the at least one gas outlet can be formed laterally and/or in the longitudinal direction of one of the plurality of structural sections on at least one of the two end regions.
  • the at least one gas outlet can z. B. only be formed on one of the several structural sections.
  • gas can be specifically removed during degassing processes, with the gas z. B. can be released into free spaces within the housing of the electrical energy storage device by means of the laterally formed gas outlet.
  • gas outlet designed in the longitudinal direction gas can e.g. B. be released through at least one opening within the housing to the environment outside the electrical energy storage.
  • the gas guide system can be filled at least in sections with a (temperature-resistant) filler or can comprise a filler at least in sections.
  • the filler can be gas-permeable and/or designed to absorb heat.
  • the gas guide system can therefore also advantageously serve as a heat sink.
  • At least one of the plurality of gas guide channels can be divided into two sub-channels by a partition wall (e.g. a partition plate) running in the longitudinal direction of the at least one of the plurality of gas guide channels.
  • the two sub-channels can each be assigned to one of the two opposing contact surfaces of a structural section.
  • a gas can advantageously be specifically removed from these two battery modules separately from one another by means of one of the two sub-channels.
  • This can z.
  • gas that enters the gas guide system from a damaged battery cell through a gas passage can be prevented from passing through an opposite gas passage
  • the battery cell arranged there is “infected”, that is, this battery cell also causes thermal runaway due to damage.
  • an electrical energy storage device for a preferably electrically driven motor vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the electrical energy storage includes a housing and a crash structure as disclosed herein, the crash structure being secured within the housing.
  • the electrical energy storage further comprises at least one battery module group, which comprises a plurality of battery modules and is arranged on the crash structure, preferably tightly fitting and/or adjacent.
  • the at least one battery module group expediently comprises a plurality of battery modules, preferably arranged one above the other in a common plane.
  • the electrical energy storage expediently has a plurality of essentially identical layers, each layer comprising a structural section of the crash structure and at least one battery module adjacent to the structural section.
  • the multiple battery modules can each rest on a contact surface of one of the multiple structural sections of the crash structure.
  • the multiple battery modules can each be attached to one of the multiple structural sections of the crash structure by means of a fastening device.
  • the multiple battery modules can each be arranged along one of the multiple gas guide channels and/or assigned to one of the multiple gas guide channels.
  • the multiple battery modules can be arranged in such a way that gas from one of the multiple battery modules can each be introduced, preferably exclusively, into one of the multiple gas guide channels.
  • the plurality of battery modules can each comprise a plurality of battery cells, preferably arranged in a stack next to one another in a stacking direction.
  • One or more gas openings can be formed on each of the battery cells.
  • the gas openings can each have a pressure safety device, preferably a rupture disk.
  • the pressure safety can be caused by an increase in the pressure of a gas within the corresponding battery cell, e.g. B. in the event of a thermal runaway, destroyed (e.g. bursting).
  • a gas opening with pressure protection can also be referred to as a vent.
  • the gas openings can be arranged on a side of the at least one battery module group facing the crash structure.
  • the battery cells (of the plurality of battery modules of the at least one battery module group) can be aligned in the same way and/or the gas openings can be formed on a side of the battery cells facing the crash structure.
  • the gas openings and the gas passages of the crash structure which are preferably formed in each side surface of the plurality of structural sections facing the at least one battery module group along one of the plurality of gas guide channels, can be fluidly connected to one another.
  • the gas openings and the gas passages, which are preferably formed along each of the plurality of gas guide channels in a side surface of the crash structure facing the at least one battery module group, can be fluidly connected to one another.
  • the gas openings and the gas passages can in particular be arranged in pairs, essentially aligned with one another.
  • the gas openings of the battery cells of a battery module (the plurality of battery modules of the at least one battery module group) and the gas passages, which are formed along one of the plurality of gas guide channels, can be arranged essentially congruently with one another.
  • One of the gas openings and one of the gas passages can face each other, preferably directly.
  • the electrical energy storage device thus advantageously enables gas to be introduced in a targeted manner from a damaged battery cell into the gas guide system of the crash structure.
  • the gas can be introduced into one of the several gas guide channels via one of the gas passages and z. B. be continued and collected in a gas guide channel above or below, in order to then be specifically let out through the at least one gas outlet.
  • the gas can be introduced essentially directly from the battery cell into the gas supply system. No additional components for gas ducts are necessary, so that the space in the housing can be used as efficiently as possible. Stacking directions of the multiple battery modules can be aligned essentially parallel to one another.
  • the multiple gas guide channels can run essentially parallel to the stacking directions of the multiple battery modules.
  • At least one sealing layer can be arranged between the crash structure and the at least one battery module group.
  • the sealing layer can serve for the tight contact of the at least one battery module group on the crash structure and/or for the tight introduction of gas from the at least one battery module group into the gas guide system of the crash structure.
  • a battery module group can rest on a side surface of the crash structure or two battery module groups can rest on two opposite side surfaces of the crash structure.
  • the side surface can expediently include the respective contact surface of the plurality of structural sections of the crash structure.
  • the crash structure can thus be arranged in a space-saving manner between two battery module groups in order to fulfill its dual function for several battery module groups in a particularly effective and space-saving manner.
  • the electrical energy storage may further comprise a second crash structure as disclosed herein.
  • the second crash structure can be positioned and preferably secured within the housing.
  • the at least one battery module group can be arranged on the second crash structure, preferably tightly fitting and/or adjacent.
  • the at least one battery module group can have further gas openings which are arranged on a side of the battery module group facing the second crash structure.
  • the further gas openings can be formed on a side of the battery cells facing the second crash structure.
  • the battery cells may have gas openings on two opposite sides.
  • the electrical energy storage can have a plurality of essentially identical layers, with one of the layers comprising a plurality of battery modules from a plurality of battery module groups and a plurality of structural sections from a plurality of crash structures.
  • the multiple structural sections and multiple battery modules can be arranged alternately (ie alternately) next to one another.
  • the housing can have at least one passage which is designed to be aligned with the at least one gas outlet of the crash structure and/or which is fluidly connected to the at least one gas outlet.
  • a gas from the gas supply system can advantageously be released outside the electrical energy storage in order to prevent possible damage to the battery modules or other components within the housing by the gas.
  • a motor vehicle in particular a commercial vehicle, which comprises a crash structure as disclosed herein and/or an electrical energy storage device as disclosed herein.
  • the motor vehicle is preferably an electrically driven motor vehicle.
  • Figure 1 shows a perspective view of a crash structure according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 2 shows a view of the exemplary crash structure in the longitudinal direction of the crash structure
  • Figure 3 shows a view of the gas guide system of the exemplary crash structure in the transverse direction of the crash structure
  • Figure 4 shows a perspective view of a structural section of a crash structure attached to a housing according to a further exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 5 shows a cross-sectional view of a section of an electrical energy storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • Figure 6 is a sectional view of the exemplary arrangement along line AA in Figure 5;
  • Figure 7 is an enlarged view of an area from Figure 6;
  • Figure 8 shows a schematic top view of an electrical energy storage device according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • All embodiments shown include one or more crash structures 100 or structural sections 10 of one or more crash structures 100, which are oriented the same way in all figures with respect to the displayed x, y and z directions for simplified comparison.
  • Figures 1 and 2 show schematically a crash structure 100 for stiffening a housing 50 for an electrical energy storage 500 of a, preferably electrically driven, motor vehicle.
  • Figure 3 shows a gas guide system 200, which is formed within the crash structure 100.
  • the crash structure 100 comprises a plurality of structural sections 10, preferably arranged one above the other in a common plane and/or spaced apart from one another.
  • the crash structure further comprises the gas guide system 200, which is formed within the crash structure 100 and has a plurality of gas guide channels 20 which are fluidically connected to one another, in which several structural sections 10 each have one of the several gas guide channels 20 formed.
  • the plurality of structural sections 10 can each be designed as a hollow profile part and/or have a hollow profile. As can be seen in Figure 1 and in particular in Figure 2, which shows the crash structure 100 in its longitudinal direction, one of the several gas guide channels 20 can be formed by a cavity enclosed by the hollow profile of the respective structural section. Each gas guide channel 20 can thus run in particular in the longitudinal direction of the respective structural section 10.
  • the structural sections 10 can be designed as struts and/or plates, preferably essentially parallel to one another and/or one above the other in a common plane. In particular, they can be hollow profile struts and/or hollow profile plates, with each of the hollow profiles forming one of the gas guide channels 20.
  • the plurality of structural sections 10 can also each have at least one contact surface for contacting at least one battery module 30 and/or a fastening device for fastening at least one battery module 30. Battery module 30 is shown as an example in FIG. 1, which rests on the lowest structural section 10.
  • Two adjacent structural sections 10 can be connected to one another via a connecting section 12, which is preferably formed at central regions of the two adjacent structural sections 10.
  • the multiple gas guide channels 20 can run essentially parallel to one another and/or one above the other in a common plane.
  • Two adjacent gas guide channels 20 can be connected via an intermediate channel 28, which z. B. is formed in central regions of the two adjacent gas guide channels 20, be fluidically connected.
  • the respective intermediate channel 28 can z. B. run perpendicular to the two adjacent gas guide channels 20.
  • an intermediate channel 28 can be seen on the uppermost structural section 10, with the dashed lines shown on the intermediate channel 28 indicating that the crash structure 100 can have further structural sections 10 with further gas guide channels 20. If no further structural sections 10 connect to the uppermost structural section 10, the intermediate channel 28 shown can be closed.
  • the respective intermediate channel 28 between two adjacent gas guide channels 20 can be formed at least in sections in the connecting section 12 between two adjacent structural sections 10.
  • the gas guidance system 200 may further comprise gas passages 26 which are formed in at least one side surface 10A of the plurality of structural sections 10 along one of the plurality of gas guidance channels 20.
  • the at least one side surface 10A can in particular be designed as a contact surface for contacting at least one battery module.
  • the gas passages 26 can be formed in several rows.
  • a row of gas passages 26 can be formed in the at least one contact surface of the structural sections 10, the row being formed along one of the plurality of gas guide channels 20. 4 shows only one of the structural sections 10 of the crash structure 100 for a simplified view.
  • At least one sealing layer 14 can be arranged on at least one side surface 10A of the structural section 10, in particular on the at least one contact surface of the structural section 10, for the tight contact of at least one battery module 30.
  • the gas passages 26 can be formed through the at least one sealing layer 14.
  • the gas guidance system 200 may further include gas outlets 24, which z. B. are formed laterally at an end region of one of the structural sections 10. By means of such laterally arranged gas outlets 24, a gas can be released from the gas guide system 200 into an interior region of the electrical energy storage 500.
  • a pressure relief valve can each be arranged at the gas outlets 24.
  • Figures 5 to 7 show schematically a section of an electrical energy storage 500 for a, preferably electrically driven, motor vehicle, in particular a commercial vehicle.
  • the electrical energy storage 500 comprises a housing 50, at least one crash structure 100, which is positioned and preferably fastened within the housing 50, and at least one battery module group 300.
  • the at least one battery module group 300 comprises a plurality of battery modules 30 and is preferably tightly fitted to the crash structure 100 , arranged.
  • the section of the electrical energy storage 500 in Figures 5 to 7 shows the structural sections 10, 10 'of two crash structures 100, 100' and several battery modules 30 arranged thereon. Furthermore, an area of the housing 50 is shown on which the structural sections 10, 10 'are arranged.
  • the entire electrical energy storage 500 comprises a, preferably closed, housing 50, in which at least the crash structures 100, 100 'and at least two battery module groups 300 can be arranged.
  • the arrangement of the two structural sections 10, 10', preferably designed as a hollow profile, and the two battery modules 30 shows a possible first layer of the electrical energy storage 500, with further, preferably identically designed, layers being formed above and/or below this first level.
  • the two structural sections 10, 10 'with further structural sections 10, 10' can each form a crash structure 100, 100', as z. B. is shown in Figure 1.
  • the two Battery modules 30 each form a battery module group 300 with further, preferably identically constructed, battery modules 30.
  • the battery modules 30 of each battery module group 300 are arranged one above the other, so that each battery module 30 of the respective battery module group 300 is arranged in the same way on the crash structures 100, 100 ', as shown in Figures 5 to 7.
  • a gas can be discharged from the gas guide system 200 outside the housing 50 and thus outside the electrical energy storage 500.
  • a pressure relief valve can each be arranged at the gas outlets 22.
  • At least one of the plurality of gas guide channels 20, 20' of the gas guide systems 200, 200' can be divided into two sub-channels 20A, 20B by a partition 16 running in the longitudinal direction of the at least one gas guide channel 20, 20'.
  • the plurality of battery modules 30 can each comprise a plurality of battery cells 32, preferably arranged next to one another in a stacking direction.
  • the stacking directions of the multiple battery modules 30 can be aligned essentially parallel to one another.
  • the multiple gas guide channels 20, 20′ can run essentially parallel to the stacking directions of the multiple battery modules 30.
  • the multiple battery modules 30 can, for example, B. each include a module frame 38 or a module housing.
  • the plurality of battery modules 30 can each rest on a contact surface of the structural sections 10, 10 'of the crash structures 100. Furthermore, the plurality of battery modules 30 can be attached to the respective structural sections 10, 10 'by means of a fastening device 34.
  • the respective fastening device 34 can z. B. be designed as a clip or tab on the respective battery module 30, which is attached to the structural section 10, 10 ', z. B. screwed.
  • two battery modules 30 can rest on opposite contact surfaces of the structural section 10, ie two batteries riemodulopathy 300 can rest on two opposite side surfaces of the crash structure 100.
  • a battery module group 300 can rest on a side surface of the crash structure 100'.
  • a battery module 30 and thus a battery module group 300 can be arranged not only on one crash structure 100, but on two crash structures and 100, 100 ', preferably tightly fitting.
  • a battery module 30 can be arranged between the structural section 10 of the crash structure 100 and the structural section 10 'of the crash structure 100' and lie tightly against both structural sections 10, 10' and preferably also be fastened on both sides by means of fastening devices 34.
  • One or more gas openings 36 can be formed on each of the battery cells 32.
  • the gas openings 36 can each have a pressure safety device, preferably a rupture disk.
  • the gas openings 36 can be arranged on a side of the multiple battery modules 30 facing the crash structure 100.
  • the gas openings 36 and the gas passages 26, 26' of the crash structures 100, 100' can be fluidly connected to one another.
  • the gas openings 36 and the gas passages 26, 26' can be arranged in pairs, essentially aligned with one another.
  • At least one sealing layer 14 can be provided between the crash structures 100, 100' and the respective battery modules 30 for the tight contact of the at least one battery module group 300 on the crash structure 100 and/or for the tight introduction of gas from the at least one battery module group 300 into the respective gas guide system 200, 200 'the crash structure 100, 100' may be arranged.
  • the at least one sealing layer 14 can z. B. each be arranged on a contact surface of the structural section 10, 10 ', as shown in Figure 4.
  • the temperature and the gas pressure within this battery cell 32 quickly rise sharply until the pressure protection of the gas opening 36 formed on the battery cell 32 is too high Gas pressure is destroyed.
  • the gas can now pass through the gas opening 36 and the z. B. aligned gas passage 26, 26 'can be introduced into the gas guide channel 20, 20'.
  • the gas is guided via the gas guide channel 20, 20' to the outlets 24, 24', where the gas is ultimately released into the environment outside the electrical energy storage 500 via passages in the housing 50.
  • Figure 8 shows a schematic top view of an exemplary electrical energy storage 500.
  • the electrical energy storage 500 can z. B. several crash structures 100, in each of which a gas guide system 200 is formed, and several battery module groups 300, the individual crash structures 100 and battery module groups 300 being arranged alternately next to one another, in particular adjacently.
  • the electrical energy storage device 500 can in particular have a plurality of essentially identical layers, with one of the layers being formed by a plurality of battery modules 30 of the plurality of battery module groups 300 and structural sections 10 of the plurality of crash structures 100, which are arranged alternately next to one another. Between the several layers, the connecting section 12 is formed on the crash structures 100 and each in order to connect the adjacent structural sections 10 of the respective crash structure 100 to one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Crashstruktur (100) zur Versteifung eines Gehäuses (50) für einen elektrischen Energiespeicher (500) eines, vorzugsweise elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugs. Die Crashstruktur (100) umfasst mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete und/oder voneinander beabstandete, Strukturabschnitte (10). Die Crashstruktur (100) umfasst ferner ein Gasführungssystem (200), das innerhalb der Crashstruktur (100) ausgebildet ist und mehrere, miteinander fluidisch verbundene Gasführungskanäle (20) aufweist, wobei in den mehreren Strukturabschnitten (10) jeweils einer der mehreren Gasführungskanäle (20) ausgebildet ist.

Description

Crashstruktur für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Crashstruktur für einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, einen elektrischen Energiespeicher mit der Crashstruktur, sowie ein Kraftfahrzeug mit dem elektrischen Energiespeicher.
Hybrid-, Plug-In-Hybrid-, Brennstoffzellen- und Elektrofahrzeuge verfügen über Traktionsenergiespeicher, welche zur Aufnahme bzw. Bereitstellung von Rekuperations- und Antriebsenergie dienen. Traktionsenergiespeicher können auf Basis von Akkumulatoren, z. B. Li-Ionen-Batterien, gebildet sein. Typischerweise sind derartige Traktionsenergiespeicher modular aufgebaut, wobei einzelne Batteriezellen stapelartig angeordnet und elektrisch zu einzelnen Batteriemodulen zusammengefasst sind, die wiederum innerhalb eines Gehäuses in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
Um die Batteriezellen bzw. die Batteriemodule gegenüber äußeren Einflüssen, insbesondere Feuchtigkeit, zu schützen, werden die vorgenannten Komponenten zumeist mit einem geschlossenen Gehäuse umhaust. Neben dem Schutz vor Umwelteinflüssen besteht dabei jedoch auch ein Bedarf an einer möglichst robusten Lagerung, welche die in den Batteriemodulen enthaltenen Batteriezellen möglichst sicher vor Beschädigungen, z. B. in einem Crashlastfall, schützen. Dies ist bei der Verwendung von Lithium-Ionen- Batteriezellen besonders relevant, da diese zumeist entflammbaren Elektrolyten enthalten, die bei einem Fahrzeugcrash freigesetzt und durch Funken oder Lichtbögen entzündet werden könnten.
Ferner können Beschädigungen der Batteriezellen zu einem thermischen Durchgehen (engl. „thermal runaway“) führen, bei dem es durch einen schnellen Anstieg der Zellentemperatur zu einem Brand oder einer Explosion der Batteriezellen durch Überdruck kommen kann. Mögliche Beschädigungen, die zu einem thermischen Durchgehen führen können, sind nicht nur Crashlastfälle, sondern z. B. auch Kurzschlüsse oder zu hohe elektrische Ströme beim Laden oder Entladen des Traktionsenergiespeichers.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine derartige Lösung bereitzustellen, mit der die Nachteile der bisherigen Lösungen zumindest teilweise vermieden werden. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst geschützte Lagerung für Batteriemodule eines elektrischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche insbesondere in Crashlastfällen ein möglichst hohes Maß an Sicherheit bietet. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung angegeben.
Gemäß einem ersten allgemeinen Aspekt der Erfindung wird eine Crashstruktur zur Versteifung eines Gehäuses für einen elektrischen Energiespeicher eines, vorzugsweise elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugs, insbesondere Nutzfahrzeugs, bereitgestellt.
Die Crashstruktur umfasst mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete und/oder voneinander beabstandete, Strukturabschnitte. Die Crashstruktur umfasst ferner ein Gasführungssystem, das, insbesondere vollständig, innerhalb der Crashstruktur ausgebildet ist. Das Gasführungssystem weist insbesondere mehrere, miteinander fluidisch verbundene Gasführungskanäle auf, wobei in den mehreren Strukturabschnitten jeweils, vorzugsweise genau, einer der mehreren, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufenden, Gasführungskanäle ausgebildet ist. Das Gasführungssystem kann zweckmäßig zumindest einen Gasdurchlass zum Einleiten von Gas in das Gasführungssystem und zumindest einen Gasauslass zum Auslassen von Gas aus dem Gasführungssystem umfassen.
Die Crashstruktur kann zur Aufnahme von Lastkräften im Crashlastfall und/oder zur Durchleitung der Lastkräfte durch das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers ausgebildet sein.
Die Crashstruktur kann, vorzugsweise lediglich, an zwei, gegenüberliegenden Gehäuseinnenflächen des Gehäuses positionierbar und vorzugsweise befestigbar, besonders bevorzugt lösbar befestigbar, sein. Die Crashstruktur kann z. B. als Zwischenwand innerhalb des Gehäuses ausgebildet sein. Durch die Crashstruktur können mögliche Verformungen des Gehäuses verhindert oder zumindest reduziert werden. Dabei können Lastkräfte (d. h. Aufprallkräfte) im Crashlastfall von einer Seite des Gehäuses zur anderen Seite des Gehäuses durch den elektrischen Energiespeicher geleitet werden.
Durch die vorliegende Offenbarung wird somit eine Crashstruktur bereitgestellt, die auf vorteilhafte Weise eine Doppelfunktion erfüllt.
Zum einen dient die Crashstruktur zur Versteifung des Gehäuses, um mögliche Verformungen des Gehäuses im Crashlastfall zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, sodass eine möglichst robuste Lagerung der Batteriemodule innerhalb des Gehäuses sichergestellt werden kann. Zum anderen dient die Crashstruktur dazu, ein Fluid innerhalb des elektrischen Energiespeichers gezielt durchzuführen. Bei dem Fluid kann es sich insbesondere um ein Gas handeln, das bei einem thermischen Durchgehen aus einer beschädigten Batteriezelle ausgelassen wird, bevor es zu einem Brand oder eine Explosion kommen kann. Dies wird auch als Entgasungsvorgang bzw. Entgasen bezeichnet.
Das Gas kann so mittels des Gasführungssystems z. B. an eine oder mehrere Positionen geführt und auf sichere Weise ausgelassen werden. Die mehreren, miteinander fluidisch verbundenen Gasführungskanäle bieten dabei u. a. die Möglichkeit, Gas gezielt an verschiedenen Positionen aufnehmen und/oder auslassen zu können. Durch das Gasführungssystem der Crashstruktur können zusätzliche Bauteile innerhalb des elektrischen Energiespeichers zur gezielten Gasführung vermieden oder zumindest reduziert werden. Dadurch wird Platz innerhalb des Gehäuses, z. B. für ein oben auf den Batteriezellen liegendes Zellkontaktiersystem, gewonnen und Mehrkosten bzw. Mehrgewicht durch zusätzliche Gasführungskanäle verhindert.
Mit anderen Worten, die vorliegende Offenbarung führt zu einer Optimierung der Batteriemodulmontage unter Berücksichtigung der auftretenden Kräfte bzw. Beschleunigungen während des Fährbetriebs und möglichen Crashlastfällen, und einer gleichzeitigen Integration einer Gasführung, um nach dem Versagen einer Batteriezelle, d. h. nach einem thermischen Durchgehen (engl. „thermal runaway“), Gase gezielt abführen zu können.
Gemäß einer Ausführungsform können die mehreren Strukturabschnitte jeweils als ein Hohlprofilteil ausgeführt sein und/oder ein Hohlprofil aufweisen. Jeweils einer der mehreren Gasführungskanäle kann durch einen vom Hohlprofil umschlossenen Hohlraum ausgebildet sein. Jeweils einer der mehreren Gasführungskanäle kann im Hohlprofilteil und/oder Hohlprofil ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsvariante können die mehreren Strukturabschnitte jeweils zumindest eine Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls und/oder eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung zumindest eines Batteriemoduls aufweisen. Vorzugsweise können die mehreren Strukturabschnitte jeweils zwei Anlageflächen auf gegenüberliegenden Seiten der mehreren Strukturabschnitte aufweisen.
Die Crashstruktur kann eine Seitenfläche aufweisen, die jede Anlagefläche der mehreren Strukturabschnitte umfasst. Alternativ kann die Crashstruktur zwei gegenüberliegende Sei- tenflächen aufweisen, die die jeweils zwei Anlageflächen der mehreren Strukturabschnitte umfassen.
Die mehreren Strukturabschnitte können derart ausgebildet sein, dass jeweils ein Batteriemodul an einer Seite eines der mehreren Strukturabschnitte, vorzugsweise entlang einer der mehreren Gasführungskanäle, anliegen kann und/oder befestigt werden kann.
Anhand der mehreren Strukturabschnitte bietet die Crashstruktur somit auf vorteilhafte Weise die Möglichkeit, eine Gruppe aus mehreren, übereinander angeordneten Batteriemodulen an einer Seitenfläche bzw. zwei Gruppen aus jeweils mehreren, übereinander angeordneten Batteriemodulen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur anliegend anzuordnen und vorzugsweise an dieser zu befestigen. Dadurch kann die Lagerung der Batteriemodule innerhalb des Gehäuses weiter verbessert werden.
Die mehreren Strukturabschnitte der Crashstruktur können als, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufende, Streben, vorzugsweise Hohlprofil-Streben, und/oder Platten, vorzugsweise Hohlprofil-Platten, ausgebildet sein. Die Strukturabschnitte können jeweils auch als Crashstrebe und/oder Bulkhead bezeichnet sein. Längsrichtungen der mehreren Strukturabschnitte können vorzugsweise parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufen. Die mehreren Strukturabschnitte können jeweils zumindest abschnittsweise strebenförmig, balkenförmig und/oder plattenförmig ausgebildet sein. Die möglichen Formen der Crashstruktur sind besonders vorteilhaft, um Lastkräfte im Crashlastfall aufzunehmen und durch das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers durchzuleiten, und dabei gleichzeitig möglichst wenig Raum innerhalb des Gehäuses einzunehmen.
Jeder der mehreren Strukturabschnitte kann, vorzugsweise lediglich, an zwei gegenüberliegenden Gehäuseinnenflächen des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers positionierbar und vorzugsweise befestigbar, besonders bevorzugt verschraubbar und/oder verklemmbar, sein. Jeder der mehreren Strukturabschnitte kann (in Längsrichtung des jeweiligen einen der mehreren Strukturabschnitte gesehen) zwei Endbereiche aufweisen, die jeweils an einer Gehäuseinnenfläche des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers befestigbar sein können. Die Crashstruktur kann somit vorteilhafterweise gezielt an zwei Seiten des elektrischen Energiespeichers befestigt werden, um so mögliche Verformungen des Gehäuses zu verhindern oder zumindest zu reduzieren. Gemäß einer Ausführungsform können jeweils zwei benachbarte Strukturabschnitte (der mehreren Strukturabschnitte), vorzugsweise lediglich, über einen Verbindungsabschnitt (Zwischenabschnitt) miteinander verbunden sein. Der Verbindungsabschnitt kann an Mittelbereichen der zwei benachbarten Strukturabschnitte ausgebildet sein. Der Verbindungsabschnitt kann insbesondere an Seitenflächen der zwei benachbarten Strukturabschnitte, die senkrecht zu den Anlageflächen der zwei benachbarten Strukturabschnitte ausgerichtet sind, ausgebildet sein. Zwei benachbarte Strukturabschnitte können in Höhenrichtung der Strukturabschnitte über den Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sein. Eine Längsrichtung des Verbindungsabschnitts kann vorzugsweise senkrecht zu der Längsrichtung eines der Strukturabschnitte verlaufen.
Ein Zwischenkanal, der die mehreren Gasführungskanäle, insbesondere die jeweils zwei Kanäle, in den jeweils zwei benachbarten Strukturabschnitten fluidisch verbindet, kann in dem Verbindungsabschnitt zumindest abschnittsweise ausgebildet sein.
Ein Grundkörper der Crashstruktur, bestehend aus den mehreren Strukturabschnitten und zumindest einem Verbindungsabschnitt, der jeweils zwei benachbarte Strukturabschnitte verbindet, kann einstückig vorzugsweise integral einstückig, ausgebildet sein.
Der Grundkörper kann spiegelsymmetrisch ausgebildet sein, insbesondere spiegelsymmetrisch zu einer Ebene, die in Quer- und Hochrichtung eines der mehreren Strukturabschnitte aufgespannt ist.
Der Grundkörper kann vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildet sein. Das Hohlprofil kann zumindest abschnittsweise das Gasführungssystem bilden.
Gemäß einer Ausführungsform können die mehreren Gasführungskanäle im Wesentlichen parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufen. Die mehreren Gasführungskanäle können vorzugsweise im Wesentlichen gleich ausgebildet sein. Eine Längsrichtung der mehreren Gasführungskanäle kann parallel zur Längsrichtung eines der Strukturabschnitte verlaufen.
Jeweils zwei benachbarte Gasführungskanäle können über einen Zwischenkanal, der vorzugsweise an Mittelbereichen der zwei benachbarten Gasführungskanäle ausgebildet ist, fluidisch verbunden sein. Eine Längsrichtung des Zwischenkanal kann vorzugsweise senkrecht zur Längsrichtung der mehreren Gasführungskanäle verlaufen. Das Gasführungssystem kann ausschließlich die mehreren Gasführungskanäle und den zumindest Zwischenkanal umfassen. Das Gasführungssystem kann in einer Ebene ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Gasführungssystem Gasdurchlässe umfassen, die in jeweils zumindest einer Seitenfläche und/oder zwei gegenüberliegenden Seiten der mehreren Strukturabschnitte entlang einem der der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sind. Die zumindest eine Seitenfläche kann vorzugsweise als Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls ausgebildet sein. Jede Anlagefläche kann Gasdurchlässe aufweisen, die in einer Reihe entlang einem der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sind. Die Gasdurchlässe können zweckmäßig zum Einleiten von Gas aus Batteriemodulen in das Gasführungssystem ausgebildet sein.
Die Gasdurchlässe können in der einen Seitenfläche und/oder in den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur entlang, vorzugsweise jedem, der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sein. Die Gasdurchlässe können in mehreren Reihen in der einen Seitenfläche und/oder in den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur ausgebildet sein. Jede der mehreren Reihen kann entlang einer der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sein. Die mehreren Reihen können eine gleiche Anzahl an Gasdurchlässen aufweisen. Die Gasdurchlässe jeder der mehreren Reihen können gleich beabstandet angeordnet sein.
Die Gasdurchlässe können jeweils eine Drucksicherung, vorzugsweise eine Berstscheibe, aufweisen.
Die Crashstruktur ist es somit auf vorteilhafte Weise derart ausgebildet, dass ein an einer der Anlageflächen der Crashstruktur anliegendes Batteriemodul bei Entlassungsvorgängen Gas durch eines oder mehrere Gasdurchlässe, die entlang eines der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sind, in das Gasführungssystem einleiten kann. Für ein Batteriemodul, das aus mehreren Batteriezellen besteht, kann die Anordnung der Gasdurchlässe in einer Anlagefläche besonders vorteilhaft derart ausgebildet sein, dass jeweils eine Batteriezelle einem der Gasdurchlässe zugeordnet ist. So kann bei einem Entgasungsvorgang das Gas einer beschädigten Batteriezelle gezielt in das Gasführungssystem eingeleitet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann an der Seitenfläche und/oder den zwei gegenüberliegenden Seitenflächen zumindest eine Dichtungsschicht zur dichten Anlage zumindest eines Batteriemoduls angeordnet sein. Vorzugsweise kann die zumindest eine Dichtungsschicht an der Anlagefläche von zumindest einer der mehreren Strukturabschnitte angeordnet sein. Die Gasdurchlässe können durch die zumindest eine Dichtungsschicht hindurch ausgebildet sein. Die Dichtungsschicht kann ein temperaturbeständiges Material umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Gasführungssystem zumindest einen Gasauslass umfassen. Vorzugsweise kann an dem zumindest einen Gasauslass ein Überdruckventil angeordnet sein.
Der zumindest eine Gasauslass kann an zumindest einem der beiden Endbereiche eines der mehreren Strukturabschnitte ausgebildet sein. Der zumindest eine Gasauslass kann seitlich und/oder in Längsrichtung des einen der mehreren Strukturabschnitte an zumindest einem der beiden Endbereiche ausgebildet sein. Der zumindest eine Gasauslass kann z. B. lediglich an einem der mehreren Strukturabschnitte ausgebildet sein. Auf vorteilhafte Weise kann so Gas bei Entgasungsvorgängen gezielt abgeführt werden, wobei das Gas z. B. mittels des seitlich ausgebildeten Gasauslasses in Freiräume innerhalb des Gehäuses des elektrischen Energiespeichers freigesetzt werden kann. Mittels des in Längsrichtung ausgebildeten Gasauslasses kann Gas z. B. durch zumindest eine Öffnung innerhalb des Gehäuses an die Umwelt außerhalb des elektrischen Energiespeichers freigesetzt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Gasführungssystem zumindest abschnittsweise mit einem (temperaturbeständigen) Füllstoff gefüllt sein oder zumindest abschnittsweise einen Füllstoff umfassen. Der Füllstoff kann gasdurchlässig und/oder dazu ausgebildet sein, Wärme zu absorbieren. Auf vorteilhafte Weise kann das Gasführungssystem somit zusätzlich als Wärmesenke dienen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsvariante kann zumindest einer der mehreren Gasführungskanäle durch eine in Längsrichtung des zumindest einen der mehreren Gasführungskanäle verlaufende Trennwand (z. B. ein Trennblech) in zwei Teilkanäle unterteilt sein. Die zwei Teilkanäle können jeweils einem der zwei gegenüberliegenden Anlageflächen eines Strukturabschnittes zugeordnet sein. Somit kann insbesondere im Fall, dass zwei Batteriemodule an zwei gegenüberliegenden Anlageflächen eines Strukturabschnittes anliegen, ein Gas aus diesen beiden Batteriemodulen auf vorteilhafte Weise separat voneinander jeweils mittels eines der beiden Teilkanäle gezielt abgeführt werden. Dadurch kann z. B. verhindert werden, dass Gas, das aus einer beschädigten Batteriezelle durch einen Gasdurchlass in das Gasführungssystem eintritt, durch einen gegenüberliegenden Gasdurchlass die dort angeordnete Batteriezelle „ansteckt“, d. h. diese Batteriezelle durch Beschädigung ebenfalls zu einem thermischen Durchgehen anregt.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein elektrischer Energiespeicher für ein, vorzugsweise elektrisch antreibbares, Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt. Der elektrische Energiespeicher umfasst ein Gehäuse und eine Crashstruktur wie hierin offenbart, wobei die Crashstruktur innerhalb des Gehäuses befestigt ist. Der elektrische Energiespeicher umfasst ferner zumindest eine Batteriemodulgruppe, die mehrere Batteriemodule umfasst und an der Crashstruktur, vorzugsweise dicht anliegend und/oder angrenzend, angeordnet ist.
Die zumindest eine Batteriemodulgruppe umfasst zweckmäßig mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete, Batteriemodule.
Der elektrische Energiespeicher weist zweckmäßig mehrere im Wesentlichen gleich ausgebildete Lagen auf, wobei jede Lage einen Strukturabschnitt der Crashstruktur und zumindest ein an dem Strukturabschnitt anliegendes Batteriemodul umfasst.
Gemäß einer Ausführungsvariante können die mehreren Batteriemodule jeweils an einer Anlagefläche von einem der mehreren Strukturabschnitte der Crashstruktur anliegen. Die mehreren Batteriemodule können jeweils mittels einer Befestigungsvorrichtung an dem einen der mehreren Strukturabschnitte der Crashstruktur befestigt sein.
Die mehreren Batteriemodule können jeweils entlang eines der mehreren Gasführungskanäle angeordnet sein und/oder einem der mehreren Gasführungskanäle zugeordnet sein. Die mehreren Batteriemodule können derart angeordnet sein, dass Gas aus einem der mehreren Batteriemodule jeweils, vorzugsweise ausschließlich, in einen der mehreren Gasführungskanäle einleitbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform können die mehreren Batteriemodule jeweils eine Mehrzahl von, vorzugsweise in eine Stapelrichtung stapelartig nebeneinander angeordneten, Batteriezellen umfassen. An jeder der Batteriezellen können eine oder mehrere Gasöffnungen ausgebildet sein.
Die Gasöffnungen können jeweils eine Drucksicherung, vorzugsweise eine Berstscheibe, aufweisen. Die Drucksicherung kann durch einen Druckanstieg eines Gases innerhalb der entsprechenden Batteriezelle, z. B. bei einem thermischen Durchgehen, zerstört werden (z. B. zerbersten). Eine Gasöffnung mit Drucksicherung kann auch als Vent bezeichnet sein.
Die Gasöffnungen können an einer der Crashstruktur zugewandten Seite der zumindest einen Batteriemodulgruppe angeordnet sein. Die Batteriezellen (der mehreren Batteriemodule der zumindest ein Batteriemodulgruppe) können gleich ausgerichtet sein und/oder die Gasöffnungen können an einer der Crashstruktur zugewandten Seite der Batteriezellen ausgebildet sein.
Die Gasöffnungen und die Gasdurchlässe der Crash Struktur, die vorzugsweise in jeweils einer der zumindest einen Batteriemodulgruppe zugewandten Seitenfläche der mehreren Strukturabschnitte entlang jeweils einem der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sind, können miteinander fluidisch verbunden sein. Die Gasöffnungen und die Gasdurchlässe, die vorzugsweise entlang jedem der mehreren Gasführungskanäle in einer der zumindest einen Batteriemodulgruppe zugewandten Seitenfläche der Crashstruktur ausgebildet sind, können miteinander fluidisch verbunden sein.
Die Gasöffnungen und die Gasdurchlässe können insbesondere paarweise im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sein.
Die Gasöffnungen der Batteriezellen eines Batteriemoduls (der mehreren Batteriemodule der zumindest einen Batteriemodulgruppe) und die Gasdurchlässe, die entlang eines der mehreren Gasführungskanäle ausgebildet sind, können im Wesentlichen deckungsgleich (kongruent) zueinander angeordnet sein. Jeweils eine der Gasöffnungen und eine der Gasdurchlässe können sich, vorzugsweise direkt, gegenüberstehen.
Somit ermöglicht der elektrische Energiespeicher auf vorteilhafte Weise ein gezieltes Einleiten von Gas aus einer beschädigten Batteriezelle in das Gasführungssystem der Crashstruktur. Das Gas kann über eine der Gasdurchlässe in einen der mehreren Gasführungskanäle eingeleitet und z. B. in einen darüberliegenden oder darunterliegenden Gasführungskanal weitergeführt und gesammelt werden, um anschließend durch den zumindest einen Gasauslass gezielt ausgelassen zu werden.
Ferner vorteilhaft kann das Gas im Wesentlichen unmittelbar von der Batteriezelle in das Gasführungssystem eingeleitet werden. Keine zusätzlichen Bauteile für Gasführungen sind notwendig, sodass der Raum im Gehäuse auf möglichst effiziente Weise genutzt werden kann. Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule können im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein.
Die mehreren Gasführungskanäle können im Wesentlichen parallel zu den Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule verlaufen.
Gemäß einer Ausführungsform kann zwischen der Crashstruktur und der zumindest einen Batteriemodulgruppe zumindest eine Dichtungsschicht angeordnet sein. Die Dichtungsschicht kann zur dichten Anlage der zumindest einen Batteriemodulgruppe an der Crashstruktur und/oder zur dichten Einleitung von Gas aus der zumindest einen Batteriemodulgruppe in das Gasführungssystem der Crashstruktur dienen.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine Batteriemodulgruppe an einer Seitenfläche der Crashstruktur anliegen oder zwei Batteriemodulgruppen an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur anliegen. Zweckmäßig kann die Seitenfläche die jeweilige Anlagefläche der mehreren Strukturabschnitte der Crashstruktur umfassen. Somit kann die Crashstruktur platzsparend zwischen zwei Batteriemodulgruppen angeordnet sein, um so auf besonders effektive und platzsparende Weise seine Doppelfunktion für mehrere Batteriemodulgruppen zu erfüllen.
Gemäß einer Ausführungsvariante kann der elektrische Energiespeicher ferner eine zweite Crashstruktur wie hierin offenbart umfassen. Die zweite Crashstruktur kann innerhalb des Gehäuses positioniert und vorzugsweise befestigt sein. Die zumindest eine Batteriemodulgruppe kann an der zweiten Crashstruktur, vorzugsweise dicht anliegend und/oder angrenzend, angeordnet sein.
Die zumindest eine Batteriemodulgruppe kann weitere Gasöffnungen aufweisen, die an einer der zweiten Crashstruktur zugewandten Seite der Batteriemodulgruppe angeordnet sind. Die weiteren Gasöffnungen können an einer der zweiten Crashstruktur zugewandten Seite der Batteriezellen ausgebildet sein. Mit anderen Worten, die Batteriezellen können Gasöffnungen an zwei gegenüberliegenden Seiten aufweisen.
Durch die Anordnung einer Batteriemodulgruppe zwischen zwei Crashstrukturen kann somit die möglichst robuste Lagerung der mehreren Batteriemodule sowie das gezielte Abführen von Gas bei möglichen Entgasungsvorgängen noch weiter verbessert werden. Dementsprechend kann der elektrische Energiespeicher mehrere im Wesentlichen gleich ausgebildete Lagen aufweisen, wobei jeweils eine der Lagen mehrere Batteriemodule von mehrere Batteriemodulgruppen und mehrere Strukturabschnitte von mehreren Crashstrukturen umfasst. Die mehreren Strukturabschnitte und mehreren Batteriemodule können dabei abwechselnd (d. h. alternierend) nebeneinander angeordnet sein.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Gehäuse zumindest einen Durchgang aufweisen, der fluchtend zu dem zumindest einen Gasauslass der Crashstruktur ausgebildet ist und/oder der mit dem zumindest einen Gasauslass fluidisch verbunden ist. Dadurch kann ein Gas aus dem Gasführungssystem auf vorteilhafte Weise außerhalb des elektrischen Energiespeichers ausgelassen werden, um mögliche Beschädigungen der Batteriemodule oder anderen Komponenten innerhalb des Gehäuses durch das Gas zu verhindern.
Gemäß einem weiteren allgemeinen Aspekt der Erfindung wird ein Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, bereitgestellt, das eine Crashstruktur wie hierin offenbart und/oder einen elektrischen Energiespeicher wie hierin offenbart umfasst. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug.
Die zuvor beschriebenen Ausführungsformen, Varianten und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Crashstruktur gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 2 eine Ansicht der beispielhaften Crashstruktur in Längsrichtung der Crashstruktur;
Figur 3 eine Ansicht des Gasführungssystems der beispielhaften Crashstruktur in Querrichtung der Crashstruktur;
Figur 4 eine perspektivische Ansicht eines an einem Gehäuse befestigten Strukturabschnitts einer Crashstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 5 eine Querschnittansicht eines Ausschnitts eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung;
Figur 6 eine Schnittansicht der beispielhaften Anordnung entlang der Linie A-A in Figur 5; Figur 7 eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs aus Figur 6; und
Figur 8 eine schematische Draufsicht eines elektrischen Energiespeichers gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Alle gezeigten Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere Crashstrukturen 100 bzw. Strukturabschnitte 10 von einer oder mehreren Crashstrukturen 100, die zum vereinfachten Vergleich in allen Figuren bezüglich der angezeigten x-, y- und z-Richtung gleich ausgerichtet sind.
Die Figuren 1 und 2 zeigen schematisch eine Crashstruktur 100 zur Versteifung eines Gehäuses 50 für einen elektrischen Energiespeicher 500 eines, vorzugsweise elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugs. Die Figur 3 zeigt ein Gasführungssystem 200, das innerhalb der Crashstruktur 100 ausgebildet ist.
Die Crashstruktur 100 umfasst mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete und/oder voneinander beabstandete, Strukturabschnitte 10. Die Crashstruktur umfasst ferner das Gasführungssystem 200, das innerhalb der Crashstruktur 100 ausgebildet ist und mehrere, miteinander fluidisch verbundene Gasführungskanäle 20 aufweist, wobei in den mehreren Strukturabschnitten 10 jeweils einer der mehreren Gasführungskanäle 20 ausgebildet ist.
Die mehreren Strukturabschnitte 10 können jeweils als ein Hohlprofilteil ausgeführt sein und/oder ein Hohlprofil aufweisen. Wie in Figur 1 und insbesondere in Figur 2, welche die Crashstruktur 100 in deren Längsrichtung zeigt, zu sehen ist, kann jeweils eine der mehreren Gasführungskanäle 20 durch einen vom Hohlprofil des jeweiligen Strukturabschnitts umschlossenen Hohlraum ausgebildet sein. Jeder Gasführungskanal 20 kann somit insbesondere in Längsrichtung des jeweiligen Strukturabschnitts 10 verlaufen.
Die Strukturabschnitte 10 können als, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufende, Streben und/oder Platten ausgebildet sein. Insbesondere kann es sich um Hohlprofil-Streben und/oder Hohlprofil- Platten, handeln, wobei jeder der Hohlprofile einen der Gasführungskanäle 20 ausbildet. Die mehreren Strukturabschnitte 10 können ferner jeweils zumindest eine Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls 30 und/oder eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung zumindest eines Batteriemoduls 30 aufweisen. Beispielhaft ist Batteriemodul 30 in Figur 1 gezeigt, dass an dem untersten Strukturabschnitt 10 anliegt.
Jeweils zwei benachbarte Strukturabschnitte 10 können über einen Verbindungsabschnitt 12, der vorzugsweise an Mittelbereichen der zwei benachbarten Strukturabschnitte 10 ausgebildet ist, miteinander verbunden sein.
Wie insbesondere in Figur 3 zu sehen ist, können die mehreren Gasführungskanäle 20 im Wesentlichen parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufen. Jeweils zwei benachbarte Gasführungskanäle 20 können über einen Zwischenkanal 28, der z. B. an Mittelbereichen der zwei benachbarten Gasführungskanäle 20 ausgebildet ist, fluidisch verbunden sein. Der jeweilige Zwischenkanal 28 kann z. B. senkrecht zu den zwei benachbarten Gasführungskanäle 20 verlaufen.
In Figur 1 ist ein Zwischenkanal 28 am obersten Strukturabschnitt 10 zu erkennen, wobei die an dem Zwischenkanal 28 dargestellten gestrichelten Linien anzeigen, dass die Crashstruktur 100 weitere Strukturabschnitte 10 mit weiteren Gasführungskanälen 20 aufweisen kann. Sofern keine weiteren Strukturabschnitte 10 an den obersten Strukturabschnitt 10 anschließen, kann der gezeigte Zwischenkanal 28 geschlossen sein.
Der jeweilige Zwischenkanal 28 zwischen zwei benachbarten Gasführungskanälen 20 kann zumindest abschnittsweise im Verbindungsabschnitt 12 zwischen zwei benachbarte Strukturabschnitte 10 ausgebildet sein.
Das Gasführungssystem 200 kann ferner Gasdurchlässe 26 umfassen, die in jeweils zumindest einer Seitenfläche 10A der mehreren Strukturabschnitte 10 entlang einem der der mehreren Gasführungskanäle 20 ausgebildet sind. Die zumindest eine Seitenfläche 10A kann insbesondere als Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls ausgebildet sein.
Die Gasdurchlässe 26 können in mehreren Reihen ausgebildet sein. Insbesondere kann jeweils eine Reihe an Gasdurchlässen 26 in der jeweils zumindest einen Anlagefläche der Strukturabschnitte 10 ausgebildet sein, wobei die Reihe entlang einer der mehreren Gasführungskanäle 20 ausgebildet sind. Figur 4 zeigt zur vereinfachten Ansicht lediglich einen der Strukturabschnitte 10 der Crashstruktur 100.
An zumindest einer Seitenfläche 10A das Strukturabschnitts 10, insbesondere an der zumindest einen Anlagefläche des Strukturabschnitts 10, kann zumindest eine Dichtungsschicht 14 zur dichten Anlage zumindest eines Batteriemoduls 30 angeordnet sein. Die Gasdurchlässe 26 können durch die zumindest eine Dichtungsschicht 14 hindurch ausgebildet sein.
Das Gasführungssystem 200 kann ferner Gasauslässe 24 umfassen, die z. B. seitlich an einem Endbereich eines der Strukturabschnitte 10 ausgebildet sind. Mittels solcher seitlich angeordneter Gasauslässe 24 kann ein Gas aus dem Gasführungssystem 200 in einen Innenbereich des elektrischen Energiespeichers 500 ausgelassen werden. An den Gasauslässen 24 kann jeweils ein Überdruckventil angeordnet sein.
Figuren 5 bis 7 zeigen schematisch einen Ausschnitt eines elektrischen Energiespeichers 500 für ein, vorzugsweise elektrisch antreibbares, Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug.
Der elektrische Energiespeicher 500 umfasst ein Gehäuse 50, zumindest eine Crashstruktur 100, die innerhalb des Gehäuses 50 positioniert und vorzugsweise befestigt ist, und zumindest eine Batteriemodulgruppe 300. Die zumindest eine Batteriemodulgruppe 300 umfasst mehrere Batteriemodule 30 und ist an der Crashstruktur 100, vorzugsweise dicht anliegend, angeordnet.
Zur vereinfachten Ansicht zeigt der Ausschnitt des elektrischen Energiespeichers 500 in den Figuren 5 bis 7 die Strukturabschnitte 10, 10' von zwei Crashstrukturen 100, 100' und mehrere, daran angeordnete Batteriemodule 30. Ferner ist ein Bereich des Gehäuses 50 gezeigt, an dem die Strukturabschnitte 10, 10' angeordnet sind.
Der gesamte elektrische Energiespeicher 500 umfasst ein, vorzugsweise geschlossenes, Gehäuse 50, in dem zumindest die Crashstrukturen 100, 100' und zumindest zwei Batteriemodulgruppen 300 angeordnet sein können. Die Anordnung der beiden, vorzugsweise als Hohlprofil ausgebildete, Strukturabschnitte 10, 10' und der beiden Batteriemodule 30 zeigt eine mögliche erste Lage des elektrischen Energiespeicher 500, wobei weitere, vorzugsweise gleich ausgebildete, Lagen oberhalb und/oder unterhalb dieser ersten Ebene ausgebildet sind. Dazu können die beiden Strukturabschnitte 10, 10' mit weiteren Strukturabschnitten 10, 10' jeweils eine Crashstruktur 100, 100' bilden, wie sie z. B. in Figur 1 gezeigt ist. Die beiden Batteriemodule 30 bilden mit weiteren, vorzugsweise gleich aufgebauten, Batteriemodulen 30 jeweils eine Batteriemodulgruppe 300. Dabei sind die Batteriemodule 30 jeder Batteriemodulgruppe 300 übereinander angeordnet, sodass jedes Batteriemodul 30 der jeweiligen Batteriemodulgruppe 300 auf die gleiche Weise an den Crashstrukturen 100, 100' angeordnet ist, wie in den Figuren 5 bis 7 gezeigt ist.
Zusätzlich oder alternativ zu den in Figur 4 gezeigten seitlich ausgebildeten Gasauslässen 24 kann die Crashstruktur 100 Gasauslässe 22 umfassen, die an zumindest einem Endbereich des Strukturabschnitts 10 ausgebildet sind und in Längsrichtung des Strukturabschnitts 10 durch das Gehäuse hindurchführen. Mittels dieser Gasauslässe 22 kann ein Gas aus dem Gasführungssystem 200 außerhalb des Gehäuses 50 und damit außerhalb des elektrischen Energiespeichers 500 ausgelassen werden. An den Gasauslässen 22 kann jeweils ein Überdruckventil angeordnet sein.
Ferner kann zumindest einer der mehreren Gasführungskanäle 20, 20' der Gasführungssysteme 200, 200' durch eine in Längsrichtung des zumindest einen Gasführungskanals 20, 20' verlaufende Trennwand 16 in zwei Teilkanäle 20A, 20B unterteilt sein.
Die mehreren Batteriemodule 30 können jeweils eine Mehrzahl von, vorzugsweise in eine Stapelrichtung stapelartig nebeneinander angeordneten, Batteriezellen 32 umfassen. Die Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule 30 können im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind. Ferner können die mehreren Gasführungskanäle 20, 20' im Wesentlichen parallel zu den Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule 30 verlaufen. Ferner können die mehreren Batteriemodule 30 z. B. jeweils einen Modulrahmen 38 oder ein Modulgehäuse umfassen.
Die mehreren Batteriemodule 30 können jeweils an einer Anlagefläche der Strukturabschnitten 10, 10' der Crashstrukturen 100 anliegen. Ferner können die mehreren Batteriemodule 30 mittels einer Befestigungsvorrichtung 34 an dem jeweiligen Strukturabschnitten 10, 10' befestigt sein. Die jeweilige Befestigungsvorrichtung 34 kann z. B. als Klammer oder Lasche am jeweiligen Batteriemodul 30 ausgebildet sein, die am Strukturabschnitt 10, 10' befestigt, z. B. verschraubt, wird.
Wie der Strukturabschnitt 10 der Crashstruktur 100 zeigt, können zwei Batteriemodule 30 an gegenüberliegenden Anlageflächen des Strukturabschnitts 10 anliegen, d. h. zwei Batte- riemodulgruppen 300 können an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur 100 anliegen.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass, wie der Strukturabschnitt 10' der Crashstruktur 100' zeigt, nur ein Batteriemodul 30 an einer Anlagefläche des Strukturabschnitts 10' anliegt, d. h. eine Batteriemodulgruppe 300 kann an einer Seitenfläche der Crashstruktur 100' anliegen.
Des Weiteren ist es möglich, dass ein Batteriemodul 30 und damit eine Batteriemodulgruppe 300 nicht nur an einer Crashstruktur 100, sondern an zwei Crashstruktur und 100, 100', vorzugsweise dicht anliegend, angeordnet sein können. Beispielsweise kann ein Batteriemodul 30 zwischen dem Strukturabschnitt 10 der Crashstruktur 100 und dem Strukturabschnitt 10' der Crashstruktur 100' angeordnet sein und an beiden Strukturabschnitten 10, 10' dicht anliegen und vorzugsweise auch beidseitig mittels Befestigungsvorrichtungen 34 befestigt sein.
An jeder der Batteriezellen 32 können eine oder mehrere Gasöffnungen 36 ausgebildet sein. Die Gasöffnungen 36 können jeweils eine Drucksicherung, vorzugsweise eine Berstscheibe, aufweisen. Die Gasöffnungen 36 können an einer der Crashstruktur 100 zugewandten Seite der mehreren Batteriemodule 30 angeordnet sein.
Die Gasöffnungen 36 und die Gasdurchlässe 26, 26' der Crashstrukturen 100, 100' können miteinander fluidisch verbunden sein. Insbesondere können die Gasöffnungen 36 und die Gasdurchlässe 26, 26' paarweise im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sein.
Zwischen den Crashstrukturen 100, 100' und den jeweiligen Batteriemodulen 30 kann zumindest eine Dichtungsschicht 14 zur dichten Anlage der zumindest eine Batteriemodulgruppe 300 an der Crashstruktur 100 und/oder zur dichten Einleitung von Gas aus der zumindest eine Batteriemodulgruppe 300 in das jeweilige Gasführungssystem 200, 200' der Crashstruktur 100, 100' angeordnet sein. Die zumindest eine Dichtungsschicht 14 kann z. B. jeweils an einer Anlagefläche des Strukturabschnitts 10, 10' angeordnet sein, wie in Figur 4 gezeigt ist.
Kommt es im elektrischen Energiespeicher 500 nun zu einer Beschädigung und einem anschließenden thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 32, so steigt die Temperatur und der Gasdruck innerhalb dieser Batteriezelle 32 schnell stark an, bis die Drucksicherung der an der Batteriezelle 32 ausgebildeten Gasöffnung 36 durch einen zu hohen Gasdruck zerstört wird. Das Gas kann nunmehr durch die Gasöffnung 36 und den z. B. fluchtend dazu angeordneten Gasdurchlass 26, 26' in den Gasführungskanal 20, 20' eingeleitet werden. Über den Gasführungskanal 20, 20' wird das Gas zu den Auslässen 24, 24' geführt, wo das Gas letztlich über Durchgänge im Gehäuse 50 an die Umwelt außerhalb des elektrischen Energiespeichers 500 freigesetzt wird.
Figur 8 zeigt eine schematische Draufsicht eines beispielhaften elektrischen Energiespeichers 500.
Der elektrische Energiespeicher 500 kann z. B. mehrere Crashstrukturen 100, in denen jeweils ein Gasführungssystem 200 ausgebildet ist, und mehrere Batteriemodulgruppen 300 umfassen, wobei die einzelnen Crashstrukturen 100 und Batteriemodulgruppen 300 abwechselnd nebeneinander, insbesondere anliegend, angeordnet sind.
In Höhenrichtung kann der elektrische Energiespeicher 500 insbesondere mehrere im Wesentlichen gleich ausgebildete Lagen aufweisen, wobei jeweils eine der Lagen durch mehrere jeweils abwechselnd nebeneinander angeordnete Batteriemodule 30 der mehreren Batteriemodulgruppen 300 und Strukturabschnitte 10 der mehreren Crashstrukturen 100 gebildet ist. Zwischen den mehreren Lagen ist an den Crashstrukturen 100 und jeweils der Verbindungsabschnitt 12 ausgebildet, um jeweils die benachbarten Strukturabschnitte 10 der jeweiligen Crashstruktur 100 miteinander zu verbinden.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen. Insbesondere sind die einzelnen Merkmale des unabhängigen Anspruchs 1 jeweils unabhängig voneinander offenbart. Zusätzlich sind auch die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von sämtlichen Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 offenbart. Bezugszeichenliste
10, 10' Strukturabschnitt
10A Seitenfläche
12 Verbindungsabschnitt
14 Dichtungsschicht
16, 16' Trennwand
20, 20' Gasführungskanal
20A, 20B, 20A', 20B' Teilkanal
22, 24, 24' Gasauslass
26, 26' Gasdurchlass
28 Zwischenkanal
30 Batteriemodul
32 Batteriezelle
34 Befestigungsvorrichtung
36 Gasöffnung
38 Modulrahmen
50 Gehäuse
100 Crash Struktur
200 Gasführungssystem
300 Batteriemodulgruppe
500 Elektrischer Energiespeicher

Claims

Patentansprüche
1. Crashstruktur (100) zur Versteifung eines Gehäuses (50) für einen elektrischen Energiespeicher (500) eines, vorzugsweise elektrisch antreibbaren, Kraftfahrzeugs, umfassend: mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete und/oder voneinander beabstandete, Strukturabschnitte (10), und ein Gasführungssystem (200), das innerhalb der Crashstruktur (100) ausgebildet ist und mehrere, miteinander fluidisch verbundene Gasführungskanäle (20) aufweist, wobei in den mehreren Strukturabschnitten (10) jeweils einer der mehreren Gasführungskanäle (20) ausgebildet ist.
2. Crashstruktur (100) nach Anspruch 1 , wobei die mehreren Strukturabschnitte (10) jeweils als ein Hohlprofilteil ausgeführt sind und/oder ein Hohlprofil aufweisen, vorzugsweise wobei einer der mehreren Gasführungskanäle (20) durch einen vom Hohlprofil umschlossenen Hohlraum ausgebildet ist.
3. Crashstruktur (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Strukturabschnitte (10) jeweils zumindest eine Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls und/oder eine Befestigungsvorrichtung zur Befestigung zumindest eines Batteriemoduls aufweisen, und/oder die mehreren Strukturabschnitte (10) der Crashstruktur (100) als, vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander und/oder in einer gemeinsamen Ebene übereinander verlaufende, Streben, vorzugsweise Hohlprofil-Streben, und/oder Platten, vorzugsweise Hohlprofil-Platten, ausgebildet sind, und/oder jeweils zwei benachbarte Strukturabschnitte (10) der Crashstruktur (100) über einen Verbindungsabschnitt (12), der vorzugsweise an Mittelbereichen der zwei benachbarten Strukturabschnitte (10) ausgebildet ist, miteinander verbunden sind, vorzugsweise wobei ein Zwischenkanal (28), der die mehreren Gasführungskanäle (20) in den jeweils zwei benachbarten Strukturabschnitten (10) fluidisch verbindet, in dem Verbindungsabschnitt (12) zumindest abschnittsweise ausgebildet ist.
4. Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasführungssystem (200) Gasdurchlässe (26) umfasst, die in jeweils zumindest einer Seitenfläche (10A) der mehreren Strukturabschnitte (10) entlang einem der der mehreren Gasführungskanäle (20) ausgebildet sind, vorzugsweise wobei die zumindest eine Seitenfläche (10A) als Anlagefläche zur Anlage zumindest eines Batteriemoduls ausgebildet ist.
5. Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Gasführungskanäle (20) im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen und/oder jeweils zwei benachbarte Gasführungskanäle (20) über einen Zwischenkanal (28), der vorzugsweise an Mittelbereichen der zwei benachbarten Gasführungskanäle (20) ausgebildet ist, fluidisch verbunden sind.
6. Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasführungssystem (200) zumindest einen Gasauslass (22, 24) umfasst, vorzugsweise wobei an dem zumindest einen Gasauslass ein Überdruckventil angeordnet ist.
7. Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gasführungssystem (200) zumindest abschnittsweise mit einem Füllstoff gefüllt ist oder zumindest abschnittsweise einen Füllstoff umfasst, der gasdurchlässig ist und/oder dazu ausgebildet ist, Wärme zu absorbieren.
8. Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest einer der mehreren Gasführungskanäle (20) durch eine in Längsrichtung des einen der mehreren Gasführungskanäle (20) verlaufende Trennwand (16) in zwei Teilkanäle (20A, 20B) unterteilt ist.
9. Elektrischer Energiespeicher (500) für ein, vorzugsweise elektrisch antreibbares, Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend: ein Gehäuse (50); eine Crashstruktur (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Crashstruktur (100) innerhalb des Gehäuses (50) positioniert und vorzugsweise befestigt ist; und zumindest eine Batteriemodulgruppe (300), die mehrere, vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene übereinander angeordnete, Batteriemodule (30) umfasst und an der Crashstruktur (100), vorzugsweise dicht anliegend und/oder angrenzend, angeordnet ist.
10. Elektrischer Energiespeicher (500) nach Anspruch 9, wobei die mehreren Batteriemodule (30) jeweils eine Mehrzahl von, vorzugsweise in eine Stapelrichtung stapelartig nebeneinander angeordneten, Batteriezellen (32) umfassen, und wobei an jeder der Batteriezellen (32) eine oder mehrere Gasöffnungen (36) ausgebildet sind.
11. Elektrischer Energiespeicher (500) nach Anspruch 10, wobei die Gasöffnungen (36) jeweils eine Drucksicherung, vorzugsweise eine Berstscheibe, aufweisen, und/oder die Gasöffnungen (36) an einer der Crashstruktur (100) zugewandten Seite der zumindest einen Batteriemodulgruppe (300) angeordnet sind, und/oder die Gasöffnungen (36) und Gasdurchlässe (26) der Crashstruktur (100), die vorzugsweise in jeweils einer der zumindest einen Batteriemodulgruppe (300) zugewandten Seitenfläche (10A) der mehreren Strukturabschnitte (10) entlang jeweils einem der mehreren Gasführungskanäle (20) ausgebildet sind, miteinander fluidisch verbunden sind und/oder die Gasöffnungen (36) und die Gasdurchlässe (26) paarweise im Wesentlichen fluchtend zueinander angeordnet sind, und/oder
Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule (30) im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sind, und/oder die mehreren Gasführungskanäle (20) im Wesentlichen parallel zu den Stapelrichtungen der mehreren Batteriemodule (30) verlaufen.
12. Elektrischer Energiespeicher (500) nach einem der Ansprüche 9 bis 11 , wobei zwischen der Crashstruktur (100) und der zumindest einen Batteriemodulgruppe (300) zumindest eine Dichtungsschicht (14) zur dichten Anlage der zumindest einen Batteriemodulgruppe (300) an der Crashstruktur (100) und/oder zur dichten Einleitung von Gas aus der zumindest einen Batteriemodulgruppe (300) in das Gasführungssystem (200) der Crashstruktur (100) angeordnet ist.
13. Elektrischer Energiespeicher (500) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei a) die mehreren Batteriemodule (30) jeweils an einer Anlagefläche der mehreren Strukturabschnitte (10) der Crashstruktur (100) anliegen und/oder mittels einer Befestigungsvorrichtung an einem der mehreren Strukturabschnitte (10) der Crashstruktur (100) befestigt sind, und/oder b) eine Batteriemodulgruppe (300) an einer Seitenfläche der Crashstruktur (100) anliegt oder zwei Batteriemodulgruppen (300) an zwei gegenüberliegenden Seitenflächen der Crashstruktur (100) anliegen.
14. Elektrischer Energiespeicher (500) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, ferner umfassend eine zweite Crashstruktur (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die zweite Crashstruktur (100) innerhalb des Gehäuses (50) positioniert und vorzugsweise befestigt ist und die Batteriemodulgruppe (300) an der zweiten Crashstruktur (100), vorzugsweise dicht anliegend, angeordnet ist. Kraftfahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend eine Crashstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8 und/oder einen elektrischen Energiespeicher (500) nach einem der Ansprüche 9 bis 14.
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