WO2023174829A1 - Anordnung eines elektrischen energiespeichers an einem rohbau für einen personenkraftwagen - Google Patents

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WO2023174829A1
WO2023174829A1 PCT/EP2023/056263 EP2023056263W WO2023174829A1 WO 2023174829 A1 WO2023174829 A1 WO 2023174829A1 EP 2023056263 W EP2023056263 W EP 2023056263W WO 2023174829 A1 WO2023174829 A1 WO 2023174829A1
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electrical energy
energy storage
housing
vehicle
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PCT/EP2023/056263
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Thorsten HÄFNER
Hans Kofler
Stefan Katz
Alexander Klein
Volker Sixt
Felix Radeck
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Mercedes-Benz Group AG
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Definitions

  • the invention relates to an arrangement of an electrical energy storage device on a bodyshell for a passenger car, according to the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a passenger car and an electrical energy storage device.
  • the US 2020/0324827 A1 discloses a floor structure for a vehicle, with a main floor which has an opening. Furthermore, from the
  • DE 10 2020 101 679 A1 discloses a battery housing for a traction battery of an electrically driven motor vehicle.
  • the generic EP 3 511 184 A1 discloses a motor vehicle with a body to which a battery housing of a high-voltage battery can be attached.
  • the battery housing is attached to the body in such a way that it acts as the main floor panel, with a removable battery cover being arranged on the underside of the battery housing, which acts as underrun protection.
  • the object of the present invention is to create an arrangement of an electrical energy storage on a bodyshell for a passenger car, a passenger car and an electrical energy storage, so that a particularly advantageous connection of the electrical energy storage to the bodyshell and a particularly high energy content of the electrical energy storage as well as Particularly good protection of the electrical energy storage can be achieved with relatively low operating costs at the same time.
  • an electrical energy storage device also referred to as a battery or designed as a battery
  • the shell has two side sills, between which a main floor extends.
  • the housing of the electrical energy storage device has a lower part which is formed separately from the housing cover and is arranged below the housing cover in the vertical direction of the vehicle, and a receiving space for storage cells for storing electrical energy, which is formed by the housing cover and the lower part.
  • the lower part is reversibly detachably attached to the housing or the housing cover, that is, the lower part can be removed and reattached non-destructively for maintenance purposes of the energy storage or in the event of damage, for example by placing it on the surface or replaced if damaged.
  • the entire main base in particular exclusively, is covered by a preferably integrally formed housing cover of a housing of the Electrical energy storage is formed separately from the shell. While the side skirts are parts of the bodyshell, the electrical energy storage and thus the housing and the housing cover are designed separately from the bodyshell, that is, not parts of the bodyshell.
  • the main floor which is completely formed by the housing cover, also known as the battery housing cover
  • the main floor is formed by the housing cover, which is also simply referred to as the cover, and is therefore part of the electrical energy storage device, which is manufactured separately and therefore independently of the shell becomes.
  • the shell is thus manufactured without a main floor, so that the shell itself is free of the main floor.
  • the shell is painted without the main floor and then handed over, for example, to vehicle assembly, where the electrical energy storage is attached to the shell. It is particularly conceivable that the electrical energy storage is separate and independent of the shell, in particular completely, manufactured and assembled and then attached to the shell.
  • the fully assembled or manufactured and in particular tested electrical energy storage device is mounted on the shell using screws and/or using at least one or more adhesive connections.
  • the adhesive connection seals the vehicle all around against the ingress of moisture.
  • the adhesive connection has completely or at least partially sealing and strength functions.
  • the arrangement according to the invention is characterized in that the housing cover has cooling channels through which a coolant can flow, at least a partial area of the electrical energy storage being coolable by means of the coolant, and in that free spaces are arranged between the storage cells and at least parts of a bottom of the lower part. Due to the design of the arrangement according to the invention, it is ensured that even when the motor vehicle is placed on the ground, which can lead to a deformation of the lower part in the direction of the receiving space accommodating the storage cells, the cooling of the electrical energy storage is not impaired, in particular damaged, since This is located on the side of the housing facing away from the road, adjacent to the interior of a passenger cell and thus in a space protected from vehicle crashes. The repair costs if the lower part needs to be replaced are also significantly lower if the damage does not affect the cooling of the electrical energy storage device.
  • the housing cover By means of the integrated cooling channels provided on or in the housing cover, through which a preferably liquid coolant can flow, so that at least a portion of the electrical energy storage, in particular the storage cells, can be cooled via the housing cover by means of the coolant flowing through the cooling channels, on the one hand a special advantageous cooling can be realized.
  • this can create an advantageously large installation space, particularly in the vertical direction of the vehicle (z-direction), so that a particularly high energy content of the energy storage can be represented.
  • the housing cover is heated to a certain extent by the coolant, so that due to the arrangement of the cooling system in the area close to the passenger compartment, a certain amount of heat transfer radiation occurs in the Passenger space is done, which can increase driving comfort.
  • the housing cover/main floor acts as a kind of underfloor heating within the passenger compartment.
  • the side sills limit a through opening in the transverse direction of the vehicle to the outside on both sides, in particular directly.
  • the through opening extends uninterrupted from side sill to side sill and thus over the entire gap arranged between the side sills in the transverse direction of the vehicle.
  • the side sills are connected to one another by at least one or more transverse elements, it being preferably provided that the respective transverse element is part of the bodyshell.
  • the respective cross element can be a seat cross member. Since the entire main floor is formed entirely by the housing cover, no floor element of the bodyshell is arranged in the vertical direction of the vehicle between the housing cover and the transverse elements, which are designed in particular as cross members.
  • the through opening ends, for example, in the longitudinal direction of the vehicle towards the rear at a rear floor, which is part of the bodyshell.
  • a seat system of the passenger car which is designed in particular as a rear seat and is arranged in a rear area of the interior, is arranged over the rear floor.
  • the opening is completely overlapped by the housing cover and is therefore closed.
  • the housing also known as a storage housing, is inserted as a whole into the shell, in particular into the through opening, with the housing cover forming the entire main base.
  • the electrical energy storage is also referred to as a traction storage or traction battery, since at least one electric machine for driving the passenger car, in particular purely electrically, can be supplied with electrical energy, which is to be stored or stored in the electrical energy storage, in particular electrochemically. As a result, the electric machine can be operated in motor mode and thus as an electric motor, by means of which the passenger car can be driven, in particular purely electrically.
  • the invention makes it possible to produce the shell and the electrical energy storage independently of one another and to certify them independently of one another, although the invention provides for a high integration concept within its framework the electrical energy storage is integrated into the shell.
  • tolerance requirements for the electrical energy storage in the bodyshell can be reduced.
  • This allows a particularly long electric range of the passenger car to be achieved.
  • tolerances and structural component reserves can also be reduced there compared to conventional solutions, so that a particularly large installation space can be created, for example, for accommodating storage cells for storing electrical energy, in particular electrochemically.
  • the invention is based in particular on conventional solutions in which traction batteries are screwed to a respective bodyshell of a passenger car.
  • appropriate tolerances must be maintained here, and this always results in areas that have no function with the exception of the tolerance allowance.
  • cell modules are conventionally inserted into the housing as individual modules and are only partially integrated into structural requirements. Due to a large number of individual systems as well as joining and tolerance distances, cell construction space is lost in conventional solutions, so that only a low energy content can be achieved.
  • the invention makes it possible for the housing and the storage cells, also simply referred to as cells, to fuse into a large cell module and subsequently form a shear-resistant overall structure, which, after the energy storage device, in particular the housing, has been joined to the bodyshell, makes the passenger car as shear-resistant Form the entire vehicle. Due to the high integration concept, the electrical energy storage and the shell can still be manufactured, assembled and, in particular, certified independently of each other. Compared to conventional solutions, the invention can reduce tolerances, individual parts and manufacturing costs.
  • the housing can be completely integrated into the shell, especially its structure, so that improved vibration behavior can be achieved compared to conventional solutions.
  • the electrical energy storage has the aforementioned storage cells for storing the electrical energy, in particular electrochemically. It has proven to be particularly advantageous if the Memory cells are held on the housing cover. In this way, a particularly space-saving arrangement of the memory cells can be realized, so that a particularly large energy content can be represented.
  • the energy storage can be serviced or repaired, in particular after the energy storage has been joined to the shell, since, for example, the housing can be opened while the housing cover and thus the storage cells held on the housing cover can remain connected to the shell, that is, mounted on the shell . It is therefore preferably provided that the housing cover is attached, in particular directly, to the shell.
  • the housing cover is attached to the shell by gluing and/or by at least one or more screw connections.
  • the lower part of the housing is designed separately from the housing cover.
  • the receiving space is formed by the housing cover and the lower part, in particular directly.
  • the storage cells are arranged in the receiving space.
  • the cover is attached to the shell independently of the lower part.
  • the lower part is preferably arranged completely in the vertical direction of the vehicle below the housing cover, so that the housing cover is also referred to as an upper part or upper housing part. Accordingly, the lower part is also referred to as the lower housing part.
  • the aforementioned opening of the housing takes place, for example, in such a way that the lower part is detached from the cover and thus from the shell and removed, while the cover and thus the storage cells remain held or attached to the shell. In this way, access to the storage cells can be created without having to separate the cover and the storage cells from the shell.
  • the memory cells are held on the cover independently of the lower part.
  • a protective structure is arranged in the receiving space, through which the storage cells are placed on both sides in the transverse direction of the vehicle are overlapped.
  • the protective structure can be formed separately from the housing and separately from the memory cells.
  • the protective structure is connected to the housing, in particular glued.
  • the protective structure can, for example, absorb accident-related loads acting in the transverse direction of the vehicle inwards and in the direction of the storage cells and, for example, by deforming the protective structure, whereby the Memory cells can be protected from excessive, accident-related loads in a space-saving manner.
  • degassing channels are arranged in the receiving space, which are also referred to as ventilation channels or venting channels and are, for example, components of the lower part.
  • gas resulting from the thermal event and flowing out of at least one of the storage cells can flow through the degassing channels.
  • the thermal event occurs, for example, in the event of or due to an electrical short circuit in the at least one storage cell, whereby the short circuit can result, for example, from an application of force to the energy storage unit, in particular due to an accident.
  • the above-mentioned gas which has a high temperature, is created from a particularly liquid electrolyte of the at least one storage cell.
  • the gas initially arises in the at least one storage cell and leads to such a pressure in a cell housing of the at least one storage cell that a degassing element of the cell housing, designed for example as a bursting membrane, fails, in particular in a targeted manner, whereupon the gas can flow out of the cell housing.
  • a degassing element of the cell housing designed for example as a bursting membrane
  • the gas can flow through the degassing channels, so that the gas is specifically removed from the receiving space and from the storage cells by means of the degassing channels.
  • Thermal propagation means that the thermal event starting from the at least one storage cell spreads to the other storage cells, which can, however, be prevented or at least delayed by the degassing channels.
  • the degassing channels are preferably components of a degassing device of the energy storage device, the degassing device of which also has, for example, a particle separator.
  • the gas flowing through the degassing channels can flow through the particle separator and can separate particles contained in the gas, in particular hot particles, from the gas.
  • the degassing device has at least one further degassing element, for example designed as a further bursting membrane, which can be flowed onto and/or around by the gas flowing through the degassing channels, in particular directly, and as a result, in particular in a targeted manner, fail, in particular break , can.
  • This for example, opens a degassing opening in the housing, in particular in the lower part, so that then the gas can be discharged, for example, from the housing to its surroundings.
  • particularly safe operation can be achieved in a particularly space-saving manner.
  • the degassing channels are arranged below the storage cells in the vertical direction of the vehicle.
  • the gas is therefore directed away from the cooling, that is, from the cooling channels integrated in the housing cover, so that the cooling itself can be maintained and the risk of overheating of the electrical energy storage is at least reduced.
  • the degassing channels are formed, in particular directly delimited, by a zigzag-shaped or wave-shaped component, in particular of the lower part. Due to the component, the memory cells are overlapped downwards, in particular completely, in the vertical direction of the passenger car, also known as a vehicle.
  • the component has at least a dual function. On the one hand, the component is used to form the degassing channels.
  • the component has a particularly high energy absorption capacity, so that the component can absorb loads acting on the energy storage device and thus in the direction of the storage cells, for example in the vertical direction of the vehicle, whereby These loads are kept away from the memory cells or whereby the component protects the memory cells from excessive load.
  • loads which act from bottom to top in the vertical direction of the vehicle and thereby in the direction of the storage cells, occur, for example, when the energy storage device sits on a curb or a floor when the passenger car is driving off the curb. Due to the dual function, the storage cells can be protected in a space- and weight-efficient manner, so that other, weight- and space-intensive protective measures can be avoided. This allows a particularly large energy content of the energy storage to be realized.
  • the housing cover has a frame with lateral energy absorption elements, each of which has a plurality of hollow chambers.
  • the storage cells are at least on both sides in the transverse direction of the vehicle towards the outside through the energy absorption elements partially overlapped.
  • the energy absorption elements can advantageously absorb accident-related loads acting in the transverse direction of the vehicle from the outside to the inside and thus in the direction of the storage cells, which means that the storage cells can be protected in a space- and weight-efficient manner.
  • the invention also includes a passenger car which has an arrangement according to the invention.
  • the advantages described above in connection with the arrangement according to the invention also apply to passenger cars in the same way.
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an arrangement of an electrical energy storage device on a bodyshell for a passenger car, in which the bodyshell has two side skirts, between which a main floor extends, the entire main floor being exclusively covered by a housing cover of a housing which is designed separately from the bodyshell. electrical energy storage is formed;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a sequence of a method for producing the arrangement according to the invention
  • 5 shows a detail of a schematic and sectioned perspective view of the arrangement
  • 6 shows a detail of a schematic cross-sectional view through a component of the energy storage device
  • FIG. 7 shows a schematic top view of storage cells of the energy storage device according to a first embodiment
  • FIG. 8 shows a schematic top view of storage cells of the energy storage according to a second embodiment
  • FIG. 9 shows a detail of a schematic perspective view of a protective structure of the energy storage device, also referred to as a replacement structure
  • FIG. 10 shows a detail of a schematic cross-sectional view through the energy storage in the event of a thermal event
  • FIG. 11 shows a schematic and perspective top view of a lower part of the energy storage during the thermal event.
  • Fig. 12 shows a detail of another schematic cross-sectional view through the energy storage.
  • the electrical energy storage 10 is also referred to as a battery or traction battery or is designed as a battery, in particular as a traction battery.
  • the electrical energy storage 10 is a high-voltage component with an electrical voltage of several 100 volts.
  • the bodyshell 12 has two side skirts 14 spaced apart from one another in the transverse direction of the vehicle, between which a main floor 16 extends.
  • the vehicle transverse direction is illustrated in FIG. 1 by a double arrow 18 and is also referred to as y or y-direction in the vehicle coordinate system.
  • the side skirts 14 in the transverse direction of the vehicle outwards on both sides and directly delimit a through opening 20 of the bodyshell 12, which extends backwards in the longitudinal direction of the vehicle up to a rear floor 22 of the bodyshell 12.
  • the longitudinal direction of the vehicle is through a double arrow 24 illustrates and is also referred to as the x direction in the vehicle coordinate system or x.
  • a seating system of the passenger car When the passenger car is fully manufactured, a seating system of the passenger car, designed for example as a bench, is arranged in the vertical direction of the vehicle above the rear floor 22, the seating system being arranged, for example, in a rear area of the interior of the passenger car and thus providing at least one or more seats for rear passengers of the passenger car.
  • the vehicle vertical direction is illustrated by a double arrow 26 and is also referred to as the z direction in the vehicle coordinate system or z.
  • the through opening 20 extends in the transverse direction of the vehicle over the entire space arranged between the side sills 14 in the transverse direction of the vehicle and thus over more than half the width of the interior.
  • the through opening 20, viewed in the longitudinal direction of the vehicle extends over more than the length of the interior, in particular continuously, that is, without interruption.
  • the side sills 14 can be connected to one another by, for example, cross elements of the bodyshell 12 designed as cross members 28, the cross members 28 being connected, in particular directly, to the side sills 14.
  • the cross members 28 are seat cross members, to which, for example, additional seating systems of the passenger car, in particular designed as individual seats, can be attached.
  • the further seating systems are arranged in a rear area of the interior.
  • the cross members 28 are therefore components of the shell 12.
  • the entire main base 16 is exclusively and completely covered by a housing cover 29 of a housing 30, also referred to as a storage housing or battery housing, which is separate from the housing Shell 12 trained, electrical energy storage 10 is formed. Since the electrical energy storage 10 is designed separately from the shell 12, the housing 30 and thus the housing cover 29, also simply referred to as a cover, are also designed separately from the shell 12. Thus, the entire main floor 16, which completely overlaps and thus closes the entire through opening 20, is not part of the shell 12, which is therefore is free of a main floor.
  • the entire main base 16 is completely formed by a cover part 32 of the housing cover 29, for example made of sheet metal, the cover part 32 preferably being formed in one piece, that is to say is formed from a single piece. Since the cover part 32 is preferably made of sheet metal, the cover part 32 is also referred to, for example, as a cover plate. Thus, for example, the cover plate completely forms the entire main base 16.
  • the cover plate (cover part 32) is therefore a base plate forming the entire main floor 16, which, however, is not part of the shell 12, but is part of the energy storage 10, which is designed separately from the shell 12.
  • a method for producing the arrangement is shown in a schematic representation in FIG.
  • the shell 12 and the energy storage 10 are, for example, manufactured separately and independently of one another and in particular completely in a first step S1.
  • the shell 12 and the energy storage 10 are connected to one another after their complete production, in particular in such a way that the energy storage 10 is joined to the shell 12.
  • the housing cover 29 is inserted into the through opening 20, and for example, the housing cover 29 is connected, in particular directly, to the shell 12, in particular to the side sills 14, and thus fastened to the shell 12, in particular to the side sills 14.
  • the energy storage device 10 in particular the housing cover 29, is glued and/or screwed to the shell 12, in particular to the side skirts 14.
  • the energy storage 10 is therefore, for example, an integrated structural battery, although the shell 12 and the energy storage 10 are individual trades that can be manufactured independently of one another and, in particular, certified.
  • the shell 12 and the energy storage 10 can be manufactured using existing production lines.
  • the advantage over conventional methods is that at least almost all air gaps that have to be maintained in conventional solutions due to component tolerances and assembly clearances can be reduced to a minimum or at least partially avoided.
  • This allows a particularly advantageous crash structure and a particularly large installation space to accommodate the energy storage 10 to be created.
  • a particularly high level of safety for the passenger car and a high level of safety can be achieved Energy content of the energy storage 10 are shown, so that a particularly high electric range of the passenger car is possible.
  • the energy storage 10 closes the shell 12 and forms the entire main base 16.
  • conventional solutions only require minimal joining tolerances.
  • An otherwise usual distance between a conventionally provided base plate of the shell 12 and the housing 30 can be omitted, although such a distance would have to be specially sealed and filled with noise insulation mats in order to achieve corrosion protection and to achieve advantageous noise behavior, which is no longer the case due to the arrangement according to the invention is required.
  • the housing cover 29 has cooling channels 34 through which a preferably liquid coolant can flow.
  • the housing cover 29 has, for example, the cover part 32 and a second cover part 36, the cover parts 32 and 36 being formed separately from one another and at least indirectly connected to one another.
  • the housing cover 29 includes a channel element 38, which is formed separately from the cover parts 32 and 36, for example. 4, the channel element 38 is, for example, at least indirectly, in particular directly, connected to the cover part 36, so that the respective cooling channel 34 is partially and directly delimited by the cover part 36 and by the channel element 38.
  • Intermediate spaces 40 can also be arranged between the cover part 32 and the channel element 38 and between the cover parts 32 and 36, wherein an element 42, such as an adhesive, can be arranged in the cavities 40.
  • the respective intermediate space 40 also referred to as a cavity or designed as a cavity, is completely filled with the element 42.
  • the housing cover 29 thus forms or includes a cooling plate 44, which includes at least the channel element 38 and the cover part 36 and can therefore be flowed through by the coolant.
  • the cooling plate 44 is an upper cooling plate, since storage cells 46 of the electrical energy storage 10 are overlapped upwards by the cooling plate 44 in the vertical direction of the vehicle.
  • the memory cells 46 can be advantageously cooled via the cooling plate 44 using the coolant.
  • the cooling plate 44 or the housing cover 29 is an end plate. It is there In particular, it is conceivable that the memory cells 46 are connected directly to the cooling plate 44 and thus directly to the housing cover 29 and are thus held on the housing cover 29. In particular, it is conceivable that the memory cells 46, also simply referred to as cells, are inserted directly into the housing cover 29, also referred to as the upper housing part or upper part.
  • the housing 30 has a lower part 48 which is formed separately from the housing cover 29 and is connected at least indirectly, in particular directly, to the housing cover 29, which is also referred to as a lower housing part.
  • the lower part 48 and the housing cover 29 each partially and preferably directly delimit a receiving space 50 of the housing 30, in the receiving space 50 of which the memory cells 46, which are formed separately from the housing 30, are arranged.
  • the memory cells 46 are held on the housing cover 29 independently of the lower part 48.
  • a protective structure 52 also referred to as a replacement structure, is arranged in the receiving space 50, through which the storage cells 46 are overlapped on both sides and preferably completely in the transverse direction of the vehicle.
  • the replacement structure is or functions as a crash element, which is also referred to as an accident element and protects the storage cells 46 from excessive loading, for example in the event of an accident-related force applied in the transverse direction of the vehicle from the outside to the inside and thus in the direction of the storage cells 46.
  • the lower housing part is reversibly detachably connected to the housing cover 29 and can therefore be detached and removed from the housing cover 29 without causing damage or destruction to the housing cover 29 or the lower part 48.
  • the lower part 48 also known as the lower housing part
  • the housing cover 29 and the storage cells 46 via it remain held on the shell 12.
  • the electrical energy storage device 10 can be serviced or repaired particularly advantageously, in particular without the housing cover 29 or the storage cells 46 having to be detached from the shell 12 for this purpose.
  • the housing cover 29 also has a frame 54 with side
  • Energy absorption elements 56 the respective energy absorption element 56 having a plurality of hollow chambers 58 that are separate from one another.
  • the energy absorption element 56 is designed as an extruded profile.
  • the energy absorption element 56 in particular the frame 54, is formed separately from the cover parts 32 and 36 and is connected at least indirectly, in particular directly, to the cover parts 32 and 36.
  • the lower part 48 can be connected, in particular directly, to the energy absorption element 56 or to the frame 54 and/or to the cover part 36.
  • a seal 60 is arranged between the lower part 48 and the cover part 36, by means of which the lower part 48 is sealed against the housing cover 29, whereby the receiving space 50 is sealed.
  • the seal 60 can be used to compensate for tolerances. It can be seen that the memory cells 46 are overlapped on both sides in the transverse direction of the vehicle towards the outside and at least partially overlapped by the energy absorption elements 56, whereby the memory cells 46 can be protected particularly advantageously.
  • connection element 62 is provided on the respective energy absorption element 56, by means of which the respective energy absorption element 56 and via this the housing cover 29 and thus the energy storage 10 as a whole can be fastened, in particular screwed, to the respective side sill 14.
  • the connecting element 62 comprises a sleeve, which is also referred to as a screw sleeve or is designed as a screw sleeve.
  • a screw can be inserted through the sleeve so that the housing cover 29 and thus the energy storage 10 can be screwed against the bodyshell 12, in particular against the respective side sill 14, using the screw.
  • the replacement structure forms a frame, also referred to as a module frame or cell module frame, in which the individual memory cells 46, also simply referred to as cells, are or will be inserted.
  • cell spaces arranged between the memory cells 46 are at least partially, in particular at least predominantly or completely, filled with an intermediate cell structure, in particular in such a way that the memory cells 46 are connected to one another and/or to the replacement structure by means of the intermediate cell structure.
  • the memory cells 46 with the replacement structure form a coherent structural body, which also includes, for example, the intermediate cell structure.
  • the structural body can, for example, in the event of an accident or in a ferry operation of the passenger car, provide corresponding counterforces that counteract any loads that occur in order to thereby for example, to avoid excessive, unwanted noise and to advantageously protect the memory cells 46.
  • degassing channels 64 are arranged in the receiving space 50, which are also referred to as ventilation channels or venting channels.
  • the degassing channels 64 are arranged below the storage cells 46 in the vertical direction of the vehicle.
  • free spaces 68 are arranged between the storage cells 46 and at least parts of a floor 66 of the lower part 48, which can be used for so-called touchdown management, tolerance compensation and a discharge of so-called venting gas.
  • touchdown management means that the storage cells 46 can be protected from excessive loading, for example, when the lower part 48, in particular the floor 66, touches down on a surface, for example when the passenger car is driving off the curb, whereby a load in the vertical direction of the vehicle from bottom to top and thereby acts on the energy storage 10 in the direction of the storage cells 46.
  • the respective degassing channels 64 can be at least partially formed by a component 70 arranged in the receiving space 50, wherein the component 70 can be a component of the lower part 48.
  • the base 66 is formed by a first component 72 of the lower part 48, the component 70 and the component 72 being formed separately from one another and thus being connected to one another indirectly, in particular directly.
  • the respective degassing channel 64 is partially and preferably directly limited by the component 72 and the component 70.
  • the component 70 has a wave-shaped cross section with at least substantially U-shaped partial areas, which can each be designed as a lifting profile.
  • the component 70 through which the storage cells 46 are overlapped downwards in the vertical direction of the vehicle, has a particularly high energy absorption capacity, whereby, for example, when the energy storage device 10 is placed, the storage cells 46 can be protected from excessive loads.
  • the respective degassing channel 64 can be flowed through by the gas mentioned above, which arises during a thermal event in the electrical energy storage device 10.
  • the gas can be removed from the storage cells 46 by means of the degassing channels 64, so that thermal propagation can be avoided. This removal of the gas is the previously mentioned removal of the gas.
  • the Memory cells 46 are supported downwards in the vertical direction of the vehicle on the component 70 and in particular on the sub-areas mentioned, in particular directly, in order to particularly advantageously create the free spaces 68 between the sub-areas and the memory cells 46.
  • the free spaces 68 are thus provided in order to be able to advantageously divert the gas flowing out of at least one of the storage cells 46 in the event of a thermal event.
  • the gas also referred to as venting gas
  • the gas can be directed to a particle separator and to at least one bursting element by means of the degassing channels 64, which can fail in a targeted manner and thus reveal an outlet opening of the housing 30, in particular of the lower part 48.
  • the component 70 acts, in particular due to its wave shape, as a load distributor, which can transmit and distribute a force acting at certain points and in particular in the vertical direction of the vehicle from bottom to top over a large area, in particular to the intermediate cell structure mentioned.
  • the seal 60 is arranged between respective sealing flanges of the lower part 48, in particular of the component 72, and the cover part 36 and is supported in particular directly on the sealing flanges.
  • Component tolerances can be compensated for both on the respective sealing flange itself and in a lower area by the respective free space 68.
  • areas that do not fulfill any tasks when the passenger car is fully manufactured can be avoided or advantageously kept to a minimum.
  • the component 70 ensures electrical insulation, in particular between the respective memory cell 46 and the lower part 48.
  • the respective memory cell 46 can be designed as a round cell, which has the shape of a particularly straight circular cylinder on the outer circumference. 8 shows that the respective memory cell 46 can be designed as a prismatic memory cell.
  • an arrow 74 illustrates a force which, for example, acts on one of the side sills 14 from the outside to the inside in the event of an accident in the transverse direction of the vehicle.
  • One side sill 14 forms a first deformation zone 76 in which the side sill 14 can deform, thereby absorbing energy.
  • a second deformation zone adjoining the first deformation zone 76 inwards in the transverse direction of the vehicle is designated 78, which is formed by the energy absorption element 56.
  • the energy absorption element 56 can also be deformed by the force caused by the accident and thereby absorb accident energy. whereby the memory cells 46 can be advantageously protected.
  • arrows illustrate a load or energy distribution that occurs as a result of the force illustrated by arrow 74.
  • a double arrow 80 illustrates that the energy storage device 10 supports the cross member 28, also known as the bodyshell cross member, in the event of an accident.
  • a height of the respective cross member 28 running in the vertical direction of the vehicle can be kept low, so that a particularly large height of the energy storage device 10 running in the vertical direction of the vehicle can be represented.
  • arrows illustrate a transmission of forces that occur, for example, during ferry operation and are operational loads or that occur in an accident and are therefore accident-related loads.
  • the forces are transmitted via the intermediate cell structure and are therefore at least partially kept away from the memory cells 46.
  • accident-related forces and/or torques can thus be absorbed via the replacement structure, the intermediate cell structure and the frame 54, whereby the memory cells 46 can be advantageously protected.
  • Fig. 9 shows the replacement structure in detail in a schematic perspective view.
  • the replacement structure (protective structure 52) includes, for example, grid pockets 82. Local filling or filling of the grid pockets, for example with adhesive and/or foam and/or an insert, is conceivable in order to be able to absorb and transmit particularly high local moments and/or forces.
  • the aforementioned thermal event 84 shown particularly schematically here, is illustrated graphically.
  • the aforementioned gas which carries hot particles with it, can arise, the flow of which is illustrated by an arrow 86 in FIG. 10.
  • the gas flows to and into the free spaces 68 or the degassing channels 64 and can subsequently be guided advantageously and as required.
  • the gas or its flow is illustrated by arrows 86.
  • the gas or its flow is guided backwards, for example in the longitudinal direction of the vehicle, by means of the degassing channels 64 and, for example, to bursting elements which can be arranged at points 88 of the lower part 48.
  • the gas is guided to the bursting elements via particle separators 90, which are shown particularly schematically in FIG.
  • the particle separators 90 separate any particles contained in the gas from the gas.
  • the bursting elements can fail, particularly in a targeted manner, and thereby a respective one Release the through opening of the lower part 48, whereupon the gas can flow out of the housing 30 to its surroundings 94.
  • any point load acting in the vertical direction of the vehicle which is shown by an arrow 98, is transmitted to the component 70 via the component 72 and at least substantially flat to the component 70 by means of the component 70 Intercellular structure can be passed on.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektrischen Energiespeichers (10) an einem Rohbau (12) für einen Personenkraftwagen, bei welcher der Rohbau (12) zwei Seitenschweller (14) aufweist, zwischen welchen sich ein Hauptboden (16) erstreckt, wobei der gesamte Hauptboden (16) durch einen Gehäusedeckel (29) eines Gehäuses (30) des separat von dem Rohbau (12) ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers (10) gebildet ist, wobei das Gehäuse (30) ein separat von dem Gehäusedeckel (29) ausgebildetes, in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Gehäusedeckels (29) angeordnetes Unterteil (48) und einen durch den Gehäusedeckel (29) und das Unterteil (48) gebildeten Aufnahmeraum (50) für Speicherzellen (46) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist. Die Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Gehäusedeckel (29) von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle (34) aufweist, wobei mittels des Kühlmittels zumindest ein Teilbereich des elektrischen Energiespeichers (10) kühlbar ist, und dass zwischen den Speicherzellen (46) und zumindest Teilen eines Bodens (66) des Unterteils (48) Freiräume (68) angeordnet sind.

Description

Anordnung eines elektrischen Energiespeichers an einem Rohbau für einen Personenkraftwagen
Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektrischen Energiespeichers an einem Rohbau für einen Personenkraftwagen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Personenkraftwagen und einen elektrischen Energiespeicher.
Die US 2020/0324827 A1 offenbart eine Bodenstruktur für ein Fahrzeug, mit einem Hauptboden, welcher eine Öffnung aufweist. Des Weiteren ist aus der
DE 10 2020 101 679 A1 ein Batteriegehäuse für eine Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs bekannt.
Aus der gattungsbildenden EP 3 511 184 A1 geht ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie hervor, an der ein Batteriegehäuse einer Hochvoltbatterie befestigbar ist. Dabei ist das Batteriegehäuse so an der Karosserie befestigt, dass es als Hauptbodenblech wirkt, wobei an der Unterseite des Batteriegehäuses ein abnehmbarer Batteriedeckel angeordnet ist, der als Unterfahrschutz wirkt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung eines elektrischen Energiespeichers an einem Rohbau für einen Personenkraftwagen, einen Personenkraftwagen sowie einen elektrischen Energiespeicher zu schaffen, so dass eine besonders vorteilhafte Anbindung des elektrischen Energiespeichers an den Rohbau und ein besonders hoher Energiegehalt des elektrischen Energiespeichers sowie ein besonders guter Schutz des elektrischen Energiespeichers bei gleichzeitig relativ geringen Betriebskosten realisiert werden können.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch einen Personenkraftwagen mit den Merkmalen des Anspruchs 12 sowie einen elektrischen Energiespeicher gemäß Oberbegriff des Anspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung eines auch als Batterie bezeichneten oder als Batterie ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers an einem insbesondere als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Rohbau für einen Personenkraftwagen weist der Rohbau zwei Seitenschweller auf, zwischen welchen sich ein Hauptboden erstreckt. Das Gehäuse des elektrischen Energiespeichers weist ein separat von dem Gehäusedeckel ausgebildetes, in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Gehäusedeckels angeordnetes Unterteil und einen durch den Gehäusedeckel und das Unterteil gebildeten Aufnahmeraum für Speicherzellen zum Speichern von elektrischer Energie auf. Dabei ist bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Anordnung vorgesehen, dass das Unterteil reversibel lösbar am Gehäuse beziehungsweise dem Gehäusedeckel befestigt ist, das heißt, das Unterteil kann zu Wartungszwecken des Energiespeichers oder bei Beschädigung durch beispielsweise Aufsetzen auf dem Untergrund zerstörungsfrei abgenommen und wieder angebracht werden oder aber bei Beschädigung ausgetauscht werden.
Um eine besonders vorteilhafte Anbindung des elektrischen Energiespeichers an den Rohbau sowie einen besonders hohen Energieinhalt des Energiespeichers realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass der gesamte Hauptboden, insbesondere ausschließlich, durch einen vorzugsweise einstückig ausgebildeten und somit aus einem einzigen Stück gebildeten Gehäusedeckel eines Gehäuses des separat von dem Rohbau ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers gebildet ist. Während somit die Seitenschweller Bestandteile des Rohbaus sind, sind der elektrische Energiespeicher und somit das Gehäuse und der Gehäusedeckel separat von dem Rohbau ausgebildet, das heißt keine Bestandteile des Rohbaus. Somit ist auch der vollständig durch den auch als Batteriegehäusedeckel bezeichneten Gehäusedeckel gebildete Hauptboden kein Bestandteil des Rohbaus, sondern der Hauptboden ist durch den einfach auch als Deckel bezeichneten Gehäusedeckel gebildet und somit Bestandteil des elektrischen Energiespeichers, der separat und somit unabhängig von dem Rohbau hergestellt ist beziehungsweise wird. Bei einem Verfahren zum Herstellen des Rohbaus wird der Rohbau somit ohne Hauptboden gefertigt, so dass der Rohbau an sich frei von dem Hauptboden ist. Beispielsweise wird der Rohbau ohne den Hauptboden lackiert und dann beispielsweise an eine Fahrzeugmontage übergeben, bei der der elektrische Energiespeicher an dem Rohbau befestigt wird. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass der elektrische Energiespeicher separat und unabhängig von dem Rohbau, insbesondere vollständig, hergestellt und montiert und anschließend an dem Rohbau befestigt wird. Beispielsweise wird der vollständig montierte beziehungsweise hergestellte und insbesondere geprüfte, elektrische Energiespeicher mittels Schrauben und/oder mittels wenigstens einer oder mehrerer Klebeverbindungen an dem Rohbau montiert. Die Klebeverbindung dichtet das Fahrzeug umlaufend gegen Eindringen von Feuchtigkeit ab. Die Klebeverbindung hat ganz oder aber zumindest teilweise Dichtheits- und Festigkeitsfunktionen. In der Folge schließt sozusagen der elektrische Energiespeicher den Rohbau ab und bildet vollständig den gesamten Hauptboden, durch welchen der Innenraum des Personenkraftwagens in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest überwiegend, das heißt zumindest zu mehr als zur Hälfte, begrenzt ist.
Die erfindungsgemäße Anordnung zeichnet sich dadurch aus, dass der Gehäusedeckel von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle aufweist, wobei mittels des Kühlmittels zumindest ein Teilbereich des elektrischen Energiespeichers kühlbar ist, und dass zwischen den Speicherzellen und zumindest Teilen eines Bodens des Unterteils Freiräume angeordnet sind. Aufgrund der erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Anordnung wird sichergestellt, dass auch bei einem Aufsetzen des Kraftfahrzeugs auf dem Untergrund, was zu einer Deformation des Unterteils in Richtung dem die Speicherzellen aufnehmenden Aufnahmeraum führen kann, die Kühlung des elektrischen Energiespeichers davon nicht beeinträchtigt, insbesondere beschädigt wird, da diese sich auf der der Fahrbahn abwandten Seite des Gehäuses, benachbart zum Innenraum einer Fahrgastzelle und somit in einem gegenüber Fahrzeugaufsetzern geschützten Raum befindet. Auch sind die Reparaturkosten im Falle eines erforderlichen Austausches des Unterteils deutlich geringer, wenn von der Beschädigung die Kühlung des elektrischen Energiespeichers nicht betroffen ist.
Mittels der am beziehungsweise im Gehäusedeckel vorgesehenen, integrierten Kühlkanäle, welche von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel durchströmbar sind, so dass über den Gehäusedeckel mittels des die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmittels zumindest ein Teilbereich des elektrischen Energiespeichers, insbesondere die Speicherzellen, gekühlt werden können, kann einerseits eine besonders vorteilhafte Kühlung realisiert werden kann. Andererseits kann hierdurch ein vorteilhaft großer Bauraum, insbesondere in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung), geschaffen werden, so dass ein besonders hoher Energiegehalt des Energiespeichers dargestellt werden kann. Darüber hinaus findet im Fährbetrieb eine gewisse Erwärmung des Gehäusedeckels durch das Kühlmittel statt, so dass aufgrund der Anordnung der Kühlung im Fahrgastzellen nahen Bereich eine gewisse WärmeübertragungAstrahlung in den Fahrgastraum erfolgt, was den Fahrkomfort erhöhen kann. Mit anderen Worten, der Gehäusedeckel/Hauptboden wirkt quasi als Fußbodenheizung innerhalb der Fahrgastzelle.
Durch die Seitenschweller ist beispielsweise eine Durchgangsöffnung in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig, insbesondere direkt, begrenzt. Dabei erstreckt sich beispielsweise die Durchgangsöffnung unterbrechungsfrei von Seitenschweller zu Seitenschweller und somit über den gesamten, in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Seitenschwellern angeordneten Zwischenraum. Es ist denkbar, dass die Seitenschweller durch wenigstens einen oder mehrere Querelemente miteinander verbunden sind, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass das jeweilige Querelement Bestandteil des Rohbaus ist. Insbesondere kann es sich bei dem jeweiligen Querelement um einen Sitzquerträger handeln. Da der gesamte Hauptboden vollständig durch den Gehäusedeckel gebildet ist, ist in Fahrzeughochrichtung zwischen dem Gehäusedeckel und den insbesondere als Querträger ausgebildeten Querelementen kein Bodenelement des Rohbaus angeordnet. Die Durchgangsöffnung endet beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten hin an einem hinteren Boden, der Bestandteil des Rohbaus ist. In vollständig hergestelltem Zustand des Personenkraftwagens ist über den hinteren Boden beispielsweise eine insbesondere als Rücksitzbank ausgebildete und in einem Fondbereich des Innenraums angeordnete Sitzanlage des Personenkraftwagens angeordnet. Dabei ist die Öffnung vollständig durch den Gehäusedeckel überlappt und somit verschlossen. Bei der Anordnung ist das auch als Speichergehäuse bezeichnete Gehäuse als Ganzes in den Rohbau, insbesondere in die Durchgangsöffnung, eingesetzt, wobei der Gehäusedeckel den gesamten Hauptboden bildet.
Der elektrische Energiespeicher wird auch als Traktionsspeicher oder Traktionsbatterie bezeichnet, da wenigstens eine elektrische Maschine zum, insbesondere rein, elektrischen Antreiben des Personenkraftwagens mit elektrischer Energie versorgbar ist, die in dem elektrischen Energiespeicher, insbesondere elektrochemisch, zu speichern oder gespeichert ist. Hierdurch kann die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben werden, mittels welchem der Personenkraftwagen, insbesondere rein, elektrisch angetrieben werden kann.
Die Erfindung ermöglicht es, den Rohbau und den elektrischen Energiespeicher unabhängig voneinander herzustellen und unabhängig voneinander zu zertifizieren, obwohl bei der Erfindung ein Hochintegrationskonzept vorgesehen ist, in dessen Rahmen der elektrische Energiespeicher in den Rohbau integriert ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können hierdurch Toleranzvorhalte für den elektrischen Energiespeicher im Rohbau reduziert werden. Dadurch steht ein besonders großer Bauraum zur Unterbringung des Energiespeichers zur Verfügung, so dass der Energiespeicher besonders groß und somit mit einem entsprechend hohen Energiegehalt ausgestaltet werden kann. Dadurch kann eine besonders große, elektrische Reichweite des Personenkraftwagens dargestellt werden. Durch eine vorteilhafte Anordnung innerhalb des Energiespeichers beziehungsweise innerhalb des Gehäuses können auch dort Toleranzen und Strukturkomponentenvorhalte im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen reduziert werden, so dass ein besonders großer Bauraum beispielsweise zur Unterbringung von Speicherzellen zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern der elektrischen Energie geschaffen werden kann.
Die Erfindung geht insbesondere von solchen herkömmlichen Lösungen aus, bei denen Traktionsbatterien an einen jeweiligen Rohbau eines Personenkraftwagens geschraubt werden. Hierbei müssen jedoch entsprechende Toleranzen vorgehalten werden, und es entstehen somit auch immer Bereiche, die mit Ausnahme des Toleranzvorhalts keine Funktion übernehmen. Außerdem werden herkömmlicherweise Zellmodule als einzelne Module in das Gehäuse eingesetzt und sind nur teilweise in Strukturanforderungen eingebunden. Durch eine Vielzahl von Einzelsystemen sowie Füge- und Toleranzabstände geht bei den herkömmlichen Lösungen Zellbauraum verloren, so dass ein nur geringer Energieinhalt realisiert werden kann. Demgegenüber ermöglicht es die Erfindung, dass das Gehäuse und die einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen zu einem großen Zellmodul verschmelzen können und in der Folge eine schubsteife Gesamtstruktur ausbilden, die nach einem Fügen des Energiespeichers, insbesondere des Gehäuses, an den Rohbau den Personenkraftwagen als schubsteifes Gesamtfahrzeug ausbilden. Der elektrische Energiespeicher und der Rohbau können aufgrund des Hochintegrationskonzepts dennoch unabhängig voneinander gefertigt, montiert und insbesondere zertifiziert werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen können durch die Erfindung Toleranzvorhalte, Einzelteile und der Fertigungsaufwand reduziert werden. Das Gehäuse kann komplett in den Rohbau, insbesondere dessen Struktur, eingebunden werden, so dass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen auch ein verbessertes Schwingungsverhalten dargestellt werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der elektrische Energiespeicher die zuvor genannten Speicherzellen zum, insbesondere elektrochemischen, Speichern der elektrischen Energie auf. Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die Speicherzellen an dem Gehäusedeckel gehalten sind. Hierdurch kann eine besonders bauraumgünstige Anordnung der Speicherzellen realisiert werden, so dass ein besonders großer Energiegehalt darstellbar ist. Außerdem kann beispielsweise der Energiespeicher insbesondere nach Fügen des Energiespeichers an den Rohbau gewartet oder repariert werden, da beispielsweise das Gehäuse geöffnet werden kann, während der Gehäusedeckel und somit die an dem Gehäusedeckel gehaltenen Speicherzellen mit dem Rohbau verbunden, das heißt an dem Rohbau montiert bleiben können. Somit ist es vorzugsweise vorgesehen, dass der Gehäusedeckel, insbesondere direkt, an dem Rohbau befestigt ist. Beispielsweise ist der Gehäusedeckel durch Kleben und/oder durch wenigstens eine oder mehrere Schraubverbindungen an dem Rohbau befestigt.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung ist das Unterteil des Gehäuses separat von dem Gehäusedeckel ausgebildet. Dabei ist der Aufnahmeraum durch den Gehäusedeckel und das Unterteil, insbesondere jeweils direkt, gebildet. In dem Aufnahmeraum sind die Speicherzellen angeordnet. Dabei ist insbesondere denkbar, dass der Deckel unabhängig von dem Unterteil an dem Rohbau befestigt ist. Das Unterteil ist vorzugsweise vollständig in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Gehäusedeckels angeordnet, so dass der Gehäusedeckel auch als Oberteil oder Gehäuseoberteil bezeichnet wird. Demzufolge wird das Unterteil auch als Gehäuseunterteil bezeichnet. Das zuvor genannte Öffnen des Gehäuses erfolgt beispielsweise derart, dass das Unterteil von dem Deckel und somit von dem Rohbau gelöst und entfernt wird, während der Deckel und somit die Speicherzellen an dem Rohbau gehalten oder befestigt bleiben. Auf diese Weise kann eine Zugänglichkeit zu den Speicherzellen geschaffen werden, ohne den Deckel und die Speicherzellen von dem Rohbau trennen zu müssen. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Speicherzellen unabhängig von dem Unterteil an dem Deckel gehalten sind.
Um eine besonders bauraumgünstige Anordnung und somit einen besonders großen Energiegehalt des Energiespeichers sowie einen besonders sicheren Betrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass in dem Aufnahmeraum eine Schutzstruktur angeordnet ist, durch welche die Speicherzellen in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig überlappt sind. Die Schutzstruktur kann separat von dem Gehäuse und separat von den Speicherzellen ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Schutzstruktur mit dem Gehäuse verbunden, insbesondere verklebt. Die Schutzstruktur kann beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung nach innen und dabei in Richtung der Speicherzellen wirkende, unfallbedingte Lasten aufnehmen und beispielsweise durch Verformen der Schutzstruktur absorbieren, wodurch die Speicherzellen auf bauraumgünstige Weise vor übermäßigen, unfallbedingten Lasten geschützt werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind in dem Aufnahmeraum Entgasungskanäle angeordnet, welche auch als Entlüftungskanäle oder Ventingkanäle bezeichnet werden und beispielsweise Bestandteile des Unterteils sind. Die Entgasungskanäle sind bei einem thermischen Ereignis des elektrischen Energiespeichers von aus dem thermischen Ereignis resultierendem und aus zumindest einer der Speicherzellen ausströmendem Gas durchströmbar. Zu dem thermischen Ereignis kommt es beispielsweise bei einem oder durch einen elektrischen Kurzschluss der zumindest einen Speicherzelle, wobei der Kurzschluss beispielsweise aus einer insbesondere unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Energiespeichers resultieren kann. Bei dem thermischen Ereignis entsteht beispielsweise aus einem insbesondere flüssigen Elektrolyten der zumindest einen Speicherzelle das genannte Gas, welches eine hohe Temperatur aufweist. Das Gas entsteht beispielsweise zunächst in der zumindest einen Speicherzelle und führt zu einem solchen Druck in einem Zellgehäuse der zumindest einen Speicherzelle, dass ein beispielsweise als Berstmembran ausgebildetes Entgasungselement des Zellgehäuses, insbesondere gezielt, versagt, woraufhin das Gas aus dem Zellgehäuse ausströmen kann. In der Folge kann das Gas durch die Entgasungskanäle hindurchströmen, so dass das Gas mittels der Entgasungskanäle gezielt aus dem Aufnahmeraum und von den Speicherzellen abgeführt wird. Dadurch kann eine übermäßige, thermische Propagation, das heißt ein unerwünschtes Fortpflanzen des thermischen Ereignisses vermieden werden. Unter der thermischen Propagation ist zu verstehen, dass das thermische Ereignis ausgehend von der zumindest einen Speicherzelle auf die anderen Speicherzellen übergreift, was durch die Entgasungskanäle jedoch verhindert oder zumindest zeitlich hinausgezögert werden kann.
Vorzugsweise sind die Entgasungskanäle Bestandteile einer Entgasungseinrichtung des Energiespeichers, dessen Entgasungseinrichtung beispielsweise auch einen Partikelabscheider aufweist. Der Partikelabscheider ist von dem die Entgasungskanäle durchströmenden Gas durchströmbar und kann im Gas enthaltene, insbesondere heiße, Partikel aus dem Gas abscheiden. Ferner ist es denkbar, dass die Entgasungseinrichtung wenigstens ein weiteres, beispielsweise als weitere Berstmembran ausgebildetes Entgasungselement aufweist, welches von dem die Entgasungskanäle durchströmenden Gas, insbesondere direkt, an- und/oder umströmbar ist und in der Folge, insbesondere gezielt, versagen, insbesondere brechen, kann. Hierdurch wird beispielsweise eine Entgasungsöffnung des Gehäuses, insbesondere des Unterteils, freigegeben, so dass dann das Gas beispielsweise aus dem Gehäuse an dessen Umgebung abgeführt werden kann. Hierdurch kann auf besonders bauraumgünstige Weise ein besonders sicherer Betrieb realisiert werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Entgasungskanäle in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Speicherzellen angeordnet sind. Das Gas wird also von der Kühlung, das heißt von den im Gehäusedeckel integrierten Kühlkanälen weggeleitet, so dass die Kühlung an sich aufrechterhalten werden kann und die Gefahr einer Überhitzung des elektrischen Energiespeichers zumindest reduziert ist.
Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Entgasungskanäle durch ein zickzackförmiges oder wellenförmiges Bauelement, insbesondere des Unterteils, gebildet, insbesondere direkt begrenzt. Durch das Bauelement sind die Speicherzellen in Fahrzeughochrichtung des auch als Fahrzeug bezeichneten Personenkraftwagens nach unten hin, insbesondere jeweils vollständig, überlappt. Dem Bauelement kommt dabei zumindest eine Doppelfunktion zu. Zum einen wird das Bauelement genutzt, um die Entgasungskanäle zu bilden. Zum anderen weist das Bauelement aufgrund seiner zickzackförmigen oder wellenförmigen Ausgestaltung ein besonders hohes Energieabsorptionsvermögen auf, so dass das Bauelement beispielsweise in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf den Energiespeicher und somit in Richtung der Speicherzellen wirkende Lasten aufnehmen und beispielsweise durch Verformung des Bauelements absorbieren kann, wodurch diese Lasten von den Speicherzellen ferngehalten werden beziehungsweise wodurch das Bauelement die Speicherzellen vor einer übermäßigen Belastung schützt. Zu solchen, in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben und dabei in Richtung der Speicherzellen wirkenden Lasten kommt es beispielsweise dann, wenn der Energiespeicher beispielsweise bei einer Bordsteinabfahrt des Personenkraftwagens auf einen Bordstein oder einen Boden aufsetzt. Durch die Doppelfunktion können die Speicherzellen bauraum- und gewichtsgünstig geschützt werden, so dass anderweitige, gewichts- und bauraumintensive Schutzmaßnahmen vermieden werden können. Dadurch kann ein besonders großer Energiegehalt des Energiespeichers realisiert werden.
Schließlich hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Gehäusedeckel einen Rahmen mit seitlichen Energieabsorptionselementen aufweist, welche jeweils mehrere Hohlkammern aufweisen. Beispielsweise sind die Speicherzellen in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin jeweils beidseitig durch die Energieabsorptionselemente zumindest teilweise überlappt. Die Energieabsorptionselemente können in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen und somit in Richtung der Speicherzellen wirkende, unfallbedingte Lasten vorteilhaft aufnehmen, wodurch ein bauraum- und gewichtsgünstiger Schutz der Speicherzellen dargestellt werden kann.
Zur Erfindung gehört auch ein Personenkraftwagen, welcher eine erfindungsgemäße Anordnung aufweist. Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschriebenen Vorteile ergeben sich in ebensolcher Weise auch für den Personenkraftwagen.
Schließlich wird die Aufgabe auch mit einem elektrischen Energiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 13 gelöst.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie anhand der Zeichnung. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Perspektivansicht einer Anordnung eines elektrischen Energiespeichers an einem Rohbau für einen Personenkraftwagen, bei welcher der Rohbau zwei Seitenschweller aufweist, zwischen welchen sich ein Hauptboden erstreckt, wobei der gesamte Hauptboden ausschließlich durch einen Gehäusedeckel eines Gehäuses des separat von dem Rohbau ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers gebildet ist;
Fig. 2 in schematischer Darstellung eine Abfolge eines Verfahrens zum Herstellen der erfindungsgemäßen Anordnung;
Fig. 3 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht durch die Anordnung;
Fig. 4 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht durch den Energiespeicher;
Fig. 5 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Perspektivansicht der Anordnung; Fig. 6 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht durch ein Bauelement des Energiespeichers;
Fig. 7 eine schematische Draufsicht auf Speicherzellen des Energiespeichers gemäß einer ersten Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Draufsicht auf Speicherzellen des Energiespeichers gemäß einer zweiten Ausführungsform;
Fig. 9 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht einer auch als Ersatzstruktur bezeichneten Schutzstruktur des Energiespeichers;
Fig. 10 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht durch den Energiespeicher in Falle eines thermischen Ereignisses;
Fig. 11 eine schematische und perspektivische Draufsicht auf ein Unterteil des Energiespeichers bei dem thermischen Ereignis; und
Fig. 12 ausschnittsweise eine weitere schematische Querschnittansicht durch den Energiespeicher.
In Fig. 1 ist in einer schematischen Perspektivansicht eine Anordnung eines elektrischen Energiespeichers 10 an einem als selbsttragende Karosserie ausgebildeten Rohbau 12 eines Personenkraftwagens gezeigt. Der elektrische Energiespeicher 10 wird auch als Batterie oder Traktionsbatterie bezeichnet beziehungsweise ist als Batterie, insbesondere als Traktionsbatterie, ausgebildet. Insbesondere ist der elektrische Energiespeicher 10 eine Hochvolt-Komponente mit einer elektrischen Spannung von mehreren 100 Volt.
Besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 2 ist erkennbar, dass der Rohbau 12 zwei in Fahrzeugquerrichtung voneinander beabstandete Seitenschweller 14 aufweist, zwischen welchen sich ein Hauptboden 16 erstreckt. Die Fahrzeugquerrichtung ist in Fig. 1 durch einen Doppelpfeil 18 veranschaulicht und wird auch mit y oder y-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem bezeichnet. Es ist erkennbar, dass die Seitenschweller 14 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig und direkt eine Durchgangsöffnung 20 des Rohbaus 12 begrenzen, welche sich in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten hin bis zu einem hinteren Boden 22 des Rohbaus 12 erstreckt. Die Fahrzeuglängsrichtung ist durch einen Doppelpfeil 24 veranschaulicht und wird auch als x-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem oder mit x bezeichnet.
In vollständig hergestelltem Zustand des Personenkraftwagens ist in Fahrzeughochrichtung oberhalb des hinteren Bodens 22 eine beispielsweise als Sitzbank ausgebildete Sitzanlage des Personenkraftwagens angeordnet, wobei die Sitzanlage beispielsweise in einem Fondbereich des Innenraums des Personenkraftwagens angeordnet ist und somit wenigstens einen oder mehrere Sitzplätze für Fondpassagiere des Personenkraftwagens bereitstellt. Die Fahrzeughochrichtung ist durch einen Doppelpfeil 26 veranschaulicht und wird auch als z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem oder mit z bezeichnet. Insbesondere erstreckt sich die Durchgangsöffnung 20 in Fahrzeugquerrichtung über den gesamten, in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Seitenschwellern 14 angeordneten Zwischenraum und somit über mehr als die Hälfte der Breite des Innenraums. Außerdem ist es denkbar, dass sich die Durchgangsöffnung 20 in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet über mehr als die Länge des Innenraums, insbesondere durchgängig, das heißt unterbrechungsfrei, erstreckt.
Aus Fig. 5 ist erkennbar, dass die Seitenschweller 14 durch beispielsweise als Querträger 28 ausgebildete Querelemente des Rohbaus 12 miteinander verbunden sein können, wobei die Querträger 28, insbesondere direkt, an die Seitenschweller 14 angebunden sind. Beispielsweise handelt es sich bei den Querträgern 28 um Sitzquerträger, an denen beispielsweise weitere, insbesondere als Einzelsitze ausgebildete, Sitzanlagen des Personenkraftwagens befestigt sein können. Insbesondere sind die weiteren Sitzanlagen in einem Fondbereich des Innenraums angeordnet. Die Querträger 28 sind somit Bestandteile des Rohbaus 12.
Um nun eine besonders vorteilhafte Anbindung des Energiespeichers 10 an dem Rohbau 12 sowie einen Energiespeicher 10 mit besonders großen Energieinhalt realisieren zu können, ist der gesamte Hauptboden 16 ausschließlich und vollständig durch einen Gehäusedeckel 29 eines auch als Speichergehäuse oder Batteriegehäuse bezeichneten Gehäuses 30 des separat von dem Rohbau 12 ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers 10 gebildet. Da der elektrische Energiespeicher 10 separat von dem Rohbau 12 ausgebildet ist, sind auch das Gehäuse 30 und somit der einfach auch als Deckel bezeichnete Gehäusedeckel 29 separat von dem Rohbau 12 ausgebildet. Somit ist der gesamte Hauptboden 16, welcher die gesamte Durchgangsöffnung 20 vollständig überlappt und somit verschließt, nicht etwa Bestandteil des Rohbaus 12, welcher somit frei von einem Hauptboden ist. Dies bedeutet auch, dass in Fahrzeughochrichtung zwischen dem jeweiligen Querträger 28 und dem Gehäusedeckel 29 kein Bodenelement des Rohbaus 12 angeordnet ist. Aus Fig. 4 ist beispielsweise erkennbar, dass der gesamte Hauptboden 16 durch ein beispielsweise aus Blech gebildetes Deckelteil 32 des Gehäusedeckels 29 vollständig gebildet ist, wobei vorzugsweise das Deckelteil 32 einstückig ausgebildet, das heißt aus einem einzigen Stück gebildet ist. Da das Deckelteil 32 vorzugsweise aus Blech gebildet ist, wird das Deckelteil 32 beispielsweise auch als Deckelblech bezeichnet. Somit bildet beispielsweise das Deckelblech den gesamten Hauptboden 16 vollständig. Das Deckelblech (Deckelteil 32) ist somit ein den gesamten Hauptboden 16 bildendes Bodenblech, welches jedoch nicht Bestandteil des Rohbaus 12, sondern Bestandteil des separat von dem Rohbau 12 ausgebildeten Energiespeichers 10 ist.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Darstellung ein Verfahren zum Herstellen der Anordnung gezeigt. Der Rohbau 12 und der Energiespeicher 10 werden beispielsweise bei einem ersten Schritt S1 separat und unabhängig voneinander und insbesondere jeweils vollständig hergestellt. Beispielsweise bei einem insbesondere auf den ersten Schritt S1 folgenden, zweiten Schritt S2 werden der Rohbau 12 und der Energiespeicher 10 nach ihrer insbesondere vollständigen Herstellung miteinander verbunden, insbesondere derart, dass der Energiespeicher 10 an dem Rohbau 12 gefügt wird. Hierbei wird beispielsweise der Gehäusedeckel 29 in die Durchgangsöffnung 20 eingesetzt, und beispielsweise wird der Gehäusedeckel 29, insbesondere direkt, mit dem Rohbau 12, insbesondere mit den Seitenschwellern 14, verbunden und somit an dem Rohbau 12, insbesondere an den Seitenschwellern 14, befestigt. Beispielsweise wird der Energiespeicher 10, insbesondere der Gehäusedeckel 29, mit dem Rohbau 12, insbesondere mit den Seitenschwellern 14, verklebt und/oder verschraubt. Der Energiespeicher 10 ist somit beispielsweise eine integrierte Struktur-Batterie, wobei jedoch der Rohbau 12 und der Energiespeicher 10 einzelne Gewerke sind, die unabhängig voneinander gefertigt und insbesondere auch zertifiziert werden können. Somit können beispielsweise der Rohbau 12 und der Energiespeicher 10 mittels bestehender Produktionslinien hergestellt werden. Der Vorteil gegenüber herkömmlichen Verfahren ist jedoch, dass zumindest nahezu alle Luftspalte, die bei herkömmlichen Lösungen aufgrund von Bauteiltoleranzen und Montagefreigängen vorgehalten werden müssen, auf ein Minimum reduziert oder zumindest teilweise vermieden werden können. Dadurch können eine besonders vorteilhafte Crashstruktur und ein besonders großer Bauraum zur Unterbringung des Energiespeichers 10 geschaffen werden. In der Folge können eine besonders hohe Sicherheit des Personenkraftwagens und ein hoher Energiegehalt des Energiespeichers 10 dargestellt werden, so dass eine besonders hohe elektrische Reichweite des Personenkraftwagens ermöglicht ist.
Da die Durchgangsöffnung 20 nicht durch den Rohbau 12, sondern durch den Gehäusedeckel 29 des als ein vormontierbares, einbaufertiges Modul oder Montagteil ausgebildeten Energiespeichers 10 verschlossen wird, schließt der Energiespeicher 10 den Rohbau 12 ab und bildet den gesamten Hauptboden 16. Hierfür sind im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen nur noch minimale Fügetoleranzen vorzuhalten. Ein sonst üblicher Abstand zwischen einem herkömmlicherweise vorgesehenen Bodenblech des Rohbaus 12 und dem Gehäuse 30 kann entfallen, wobei ein solcher Abstand zur Realisierung eines Korrosionsschutzes und zur Realisierung eines vorteilhaften Geräuschverhaltens extra abgedichtet sowie mit Geräuschdämmmatten gefüllt werden müsste, was nunmehr aufgrund der erfindungsgemäße Anordnung nicht mehr erforderlich ist.
Besonders gut aus Fig. 4 ist erkennbar, dass der Gehäusedeckel 29 Kühlkanäle 34 aufweist, die von einem vorzugsweise flüssigen Kühlmittel durchströmbar sind. Der Gehäusedeckel 29 weist beispielsweise das Deckelteil 32 und ein zweites Deckelteil 36 auf, wobei die Deckelteile 32 und 36 separat voneinander ausgebildet und zumindest mittelbar miteinander verbunden sind. Dabei umfasst der Gehäusedeckel 29 ein Kanalelement 38, welches beispielsweise separat von den Deckelteilen 32 und 36 ausgebildet ist. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Kanalelement 38 beispielsweise zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Deckelteil 36 verbunden, so dass der jeweilige Kühlkanal 34 durch das Deckelteil 36 und durch das Kanalelement 38 jeweils teilweise und direkt begrenzt wird. Zwischen dem Deckelteil 32 und dem Kanalelement 38 sowie zwischen den Deckelteilen 32 und 36 können auch als Hohlräume bezeichnete Zwischenräume 40 angeordnet sein, wobei in den Hohlräumen 40 ein Element 42 wie beispielsweise ein Kleber angeordnet sein kann. Insbesondere ist der jeweilige, auch als Hohlraum bezeichnete oder als Hohlraum ausgebildete Zwischenraum 40 vollständig mit dem Element 42 gefüllt. Der Gehäusedeckel 29 bildet oder umfasst somit eine Kühlplatte 44, die zumindest das Kanalelement 38 und das Deckelteil 36 umfasst und somit von dem Kühlmittel durchströmbar ist. Die Kühlplatte 44 ist eine obere Kühlplatte, da Speicherzellen 46 des elektrischen Energiespeichers 10 in Fahrzeughochrichtung nach oben hin durch die Kühlplatte 44 überlappt sind. Die Speicherzellen 46 können über die Kühlplatte 44 mittels des Kühlmittels vorteilhaft gekühlt werden. In Fahrzeughochrichtung nach oben hin betrachtet ist somit beispielsweise die Kühlplatte 44 beziehungsweise der Gehäusedeckel 29 eine Abschlussplatte. Dabei ist es insbesondere denkbar, dass die Speicherzellen 46 direkt an die Kühlplatte 44 und somit direkt an den Gehäusedeckel 29 angebunden und somit an dem Gehäusedeckel 29 gehalten sind. Insbesondere ist es denkbar, dass die einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen 46 direkt in den auch als Gehäuseoberteil oder Oberteil bezeichneten Gehäusedeckel 29 eingesetzt werden.
Das Gehäuse 30 weist ein separat von dem Gehäusedeckel 29 ausgebildetes und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit dem Gehäusedeckel 29 verbundenes Unterteil 48 auf, welches auch als Gehäuseunterteil bezeichnet wird. Das Unterteil 48 und der Gehäusedeckel 29 begrenzen jeweils teilweise und vorzugsweise jeweils direkt einen Aufnahmeraum 50 des Gehäuses 30, in dessen Aufnahmeraum 50 die separat von dem Gehäuse 30 ausgebildeten Speicherzellen 46 angeordnet sind. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass die Speicherzellen 46 unabhängig von dem Unterteil 48 an dem Gehäusedeckel 29 gehalten sind.
Besonders gut in Zusammenschau mit Fig. 5 ist erkennbar, dass in dem Aufnahmeraum 50 eine auch als Ersatzstruktur bezeichnete Schutzstruktur 52 angeordnet ist, durch welche die Speicherzellen 46 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig und vorzugsweise vollständig überlappt sind. Die Ersatzstruktur ist oder fungiert als ein Crashelement, welches auch als Unfallelement bezeichnet wird und die Speicherzellen 46 beispielsweise bei einer unfallbedingten, in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen und somit in Richtung der Speicherzellen 46 wirkenden Kraftbeaufschlagung vor einer übermäßigen Belastung schützt. Insbesondere ist es denkbar, dass das Gehäuseunterteil reversibel lösbar mit dem Gehäusedeckel 29 verbunden ist und somit von dem Gehäusedeckel 29 gelöst und entfernt werden kann, ohne dass es zu Beschädigungen oder Zerstörungen des Gehäusedeckels 29 oder des Unterteils 48 kommt. Somit kann beispielsweise das auch als Gehäuseunterteil bezeichnete Unterteil 48 von dem Gehäusedeckel 29 gelöst oder entfernt und somit abgenommen werden, während der Gehäusedeckel 29 und über diesen die Speicherzellen 46 an dem Rohbau 12 gehalten bleiben. Dadurch kann beispielsweise der elektrische Energiespeicher 10 besonders vorteilhaft gewartet oder repariert werden, insbesondere ohne dass hierfür der Gehäusedeckel 29 oder die Speicherzellen 46 von dem Rohbau 12 gelöst werden müssen.
Der Gehäusedeckel 29 weist auch einen Rahmen 54 mit seitlichen
Energieabsorptionselementen 56 auf, wobei das jeweilige Energieabsorptionselement 56 mehrere, vorliegend voneinander getrennte Hohlkammern 58 aufweist. Beispielsweise ist das Energieabsorptionselement 56 als ein Strangpressprofil ausgebildet. Aus Fig. 4 ist erkennbar, dass das Energieabsorptionselement 56, insbesondere der Rahmen 54, separat von den Deckelteilen 32 und 36 ausgebildet und zumindest mittelbar, insbesondere direkt, mit den Deckelteilen 32 und 36 verbunden ist. Das Unterteil 48 kann, insbesondere direkt, an das Energieabsorptionselement 56 beziehungsweise an den Rahmen 54 und/oder an das Deckelteil 36 angebunden sein. Bei dem in Fig. 4 gezeigten Ausführungsbeispiel ist zwischen dem Unterteil 48 und dem Deckelteil 36 eine Dichtung 60 angeordnet, mittels welcher das Unterteil 48 gegen den Gehäusedeckel 29 abgedichtet ist, wodurch der Aufnahmeraum 50 abgedichtet ist. Ferner kann die Dichtung 60 als Toleranzausgleich verwendet werden. Es ist erkennbar, dass die Speicherzellen 46 in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin beidseitig und jeweils zumindest teilweise durch die Energieabsorptionselemente 56 überlappt sind, wodurch die Speicherzellen 46 besonders vorteilhaft geschützt werden können.
An dem jeweiligen Energieabsorptionselement 56 ist wenigstens ein Anbindungselement 62 vorgesehen, mittels welchem das jeweilige Energieabsorptionselement 56 und über dieses der Gehäusedeckel 29 und somit der Energiespeicher 10 insgesamt an dem jeweiligen Seitenschweller 14 befestigt, insbesondere angeschraubt, werden kann. Vorliegend umfasst das Anbindungselement 62 eine beispielsweise auch als Schraubhülse bezeichnete oder als Schraubhülse ausgebildete Hülse. Beispielsweise kann eine Schraube durch die Hülse hindurch gesteckt werden, so dass mittels der Schraube der Gehäusedeckel 29 und somit der Energiespeicher 10 gegen den Rohbau 12, insbesondere gegen den jeweiligen Seitenschweller 14, geschraubt werden kann.
Beispielsweise bildet die Ersatzstruktur (Schutzstruktur 52) einen auch als Modulrahmen oder Zellmodulrahmen bezeichneten Rahmen, in welchen die einzelnen, einfach auch als Zellen bezeichneten Speicherzellen 46 eingesetzt sind beziehungsweise werden. Beispielsweise werden zwischen den Speicherzellen 46 angeordnete Zellzwischenräume mit einer Zwischenzellstruktur zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufgefüllt, insbesondere derart, dass die Speicherzellen 46 mittels der Zwischenzellstruktur miteinander und/oder mit der Ersatzstruktur verbunden werden. In der Folge bilden beispielsweise die Speicherzellen 46 mit der Ersatzstruktur einen zusammenhängenden Strukturkörper aus, welcher beispielsweise auch die Zwischenzellstruktur umfasst. Der Strukturkörper kann beispielsweise bei einem Unfall oder in einem Fährbetrieb des Personenkraftwagens entsprechende Gegenkräfte bereitstellen, die jeweils auftretenden Belastungen entgegenwirken, um dadurch beispielsweise übermäßige, unerwünschte Geräusche zu vermeiden sowie die Speicherzellen 46 vorteilhaft zu schützen.
Wie aus Fig. 3 und 4 erkennbar ist, sind in dem Aufnahmeraum 50 Entgasungskanäle 64 angeordnet, welche auch als Entlüftungskanäle oder Ventingkanäle bezeichnet werden. Die Entgasungskanäle 64 sind in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Speicherzellen 46 angeordnet. In Fahrzeughochrichtung ist zwischen den Speicherzellen 46 und zumindest Teilen eines Bodens 66 des Unterteils 48 Freiräume 68 angeordnet, welche für ein sogenanntes Aufsetzmanagement, einen Toleranzausgleich und eine Ableitung von sogenanntem Ventinggas genutzt werden können. Unter dem Aufsetzmanagement ist zu verstehen, dass die Speicherzellen 46 beispielsweise vor einer übermäßigen Belastung geschützt werden können, wenn das Unterteil 48, insbesondere der Boden 66, beispielsweise bei einer Bordsteinabfahrt des Personenkraftwagens auf einen Untergrund aufsetzt, wodurch eine Belastung in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben und dabei in Richtung der Speicherzellen 46 auf den Energiespeicher 10 wirkt.
In Zusammenschau mit Fig. 6 ist erkennbar, dass der jeweilige Entgasungskanäle 64 zumindest teilweise durch ein in dem Aufnahmeraum 50 angeordnetes Bauelement 70 gebildet sein kann, wobei das Bauelement 70 ein Bestandteil des Unterteils 48 sein kann. Bei dem in den Fig. gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Boden 66 durch ein erstes Bauteil 72 des Unterteils 48 gebildet, wobei das Bauelement 70 und das Bauteil 72 separat voneinander ausgebildet und somit mittelbar, insbesondere direkt, miteinander verbunden sind. Beispielsweise ist der jeweilige Entgasungskanal 64 jeweils teilweise und vorzugsweise jeweils direkt durch das Bauteil 72 und das Bauelement 70 begrenzt. Das Bauelement 70 hat einen wellenförmigen Querschnitt mit zumindest im Wesentlichen U- förmigen Teilbereichen, welche jeweils als ein Hubprofil ausgebildet sein können. Hierdurch weist das Bauelement 70, durch welches die Speicherzellen 46 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin überlappt sind, ein besonders großes Energieabsorptionsvermögen auf, wodurch beispielsweise dann, wenn der Energiespeicher 10 aufsetzt, die Speicherzellen 46 vor übermäßigen Belastungen geschützt werden können.
Der jeweilige Entgasungskanal 64 ist von dem zuvor genannten Gas durchströmbar, welches bei einem thermischen Ereignis des elektrischen Energiespeichers 10 entsteht. Mittels der Entgasungskanäle 64 kann das Gas von den Speicherzellen 46 abgeführt werden, so dass eine thermische Propagation vermieden werden kann. Dieses Abführen des Gases ist die zuvor genannte Ableitung des Gases. Es ist denkbar, dass die Speicherzellen 46 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin an dem Bauelement 70 und dabei insbesondere an dessen genannten Teilbereichen, insbesondere direkt, abgestützt sind, um dadurch besonders vorteilhaft die Freiräume 68 zwischen den Teilbereichen und den Speicherzellen 46 zu schaffen. Somit sind die Freiräume 68 vorgehalten, um im Falle eines thermischen Ereignisses das aus zumindest einer der Speicherzellen 46 ausströmende Gas vorteilhaft ableiten zu können. Das auch als Ventinggas bezeichnete Gas kann mittels der Entgasungskanäle 64 an einen Partikelabscheider und an wenigstens ein Berstelement geleitet werden, welche gezielt versagen und somit eine Austrittsöffnung des Gehäuses 30, insbesondere des Unterteils 48, freigeben kann. Das Bauelement 70 fungiert insbesondere aufgrund seiner Wellenform als Lastverteiler, der eine punktuell und insbesondere in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben wirkende Kraft großflächig insbesondere auf die genannte Zwischenzellstruktur übertragen und verteilen kann.
Es ist erkennbar, dass die Dichtung 60 zwischen jeweiligen Dichtungsflanschen des Unterteils 48, insbesondere des Bauteils 72, und des Deckelteils 36 angeordnet und dabei insbesondere direkt an den Dichtungsflanschen abgestützt ist. Bauteiltoleranzen können dabei sowohl am jeweiligen Dichtungsflansch selbst als auch in einem unteren Bereich durch den jeweiligen Freiraum 68 ausgeglichen werden. Dadurch können Bereiche, die im vollständig hergestellten Zustand des Personenkraftwagens keine Aufgaben erfüllen, vermieden oder vorteilhaft gering gehalten werden. Ferner ist es denkbar, dass das Bauelement 70 für eine elektrische Isolation sorgt, insbesondere zwischen der jeweiligen Speicherzelle 46 und dem Unterteil 48.
In Fig. 7 ist gezeigt, dass die jeweilige Speicherzelle 46 als eine Rundzelle ausgebildet sein kann, welche außenumfangsseitig die Form eines insbesondere geraden Kreiszylinders aufweist. In Fig. 8 ist gezeigt, dass die jeweilige Speicherzelle 46 als eine prismatische Speicherzelle ausgebildet sein kann.
In Fig. 5 ist durch einen Pfeil 74 eine Kraft veranschaulicht, die beispielsweise bei einem Unfall in Fahrzeugquerrichtung von außen nach innen auf einen der Seitenschweller 14 wirkt. Der eine Seitenschweller 14 bildet eine erste Deformationszone 76, in welcher sich der Seitenschweller 14 deformieren kann, wodurch Energie absorbiert wird. Eine sich in Fahrzeugquerrichtung nach innen an die erste Deformationszone 76 anschließende, zweite Deformationszone ist mit 78 bezeichnet, welche durch das Energieabsorptionselement 56 gebildet ist. Auch das Energieabsorptionselement 56 kann durch die unfallbedingte Kraft verformt werden und dadurch Unfallenergie absorbieren, wodurch die Speicherzellen 46 vorteilhaft geschützt werden können. In Fig. 5 ist durch Pfeile eine Last- beziehungsweise Energieverteilung veranschaulicht, zu der es infolge der durch den Pfeil 74 veranschaulichten Kraft kommt. Durch einen Doppelpfeil 80 ist veranschaulicht, dass der Energiespeicher 10 die auch als Rohbauquerträger bezeichneten Querträger 28 im Falle eines Unfalls unterstützt. Dadurch kann eine in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe des jeweiligen Querträgers 28 gering gehalten werden, so dass eine besonders große, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe des Energiespeichers 10 dargestellt werden kann. In Fig. 7 und 8 veranschaulichen Pfeile eine Übertragung von Kräften, die beispielsweise während eines Fährbetriebs auftreten und Betriebslasten sind oder die bei einem Unfall auftreten und somit unfallbedingte Lasten sind. Die Kräfte werden dabei über die Zwischenzellstruktur übertragen, und somit zumindest teilweise von den Speicherzellen 46 ferngehalten. Somit können insbesondere Unfall bedingte Kräfte und/oder Drehmomente über die Ersatzstruktur, die Zwischenzellstruktur und den Rahmen 54 aufgenommen werden, wodurch die Speicherzellen 46 vorteilhaft geschützt werden können.
Fig. 9 zeigt die Ersatzstruktur ausschnittsweise in einer schematischen Perspektivansicht. Die Ersatzstruktur (Schutzstruktur 52) umfasst beispielsweise Gittertaschen 82. Dabei ist eine lokale Aus- oder Auffüllung der Gittertaschen beispielsweise mit Kleber und/oder Schaum und/oder einem Einleger denkbar, um örtlich besonders hohe Momenten und/oder Kräfte aufnehmen und übertragen zu können.
In Fig. 10 und 11 ist das zuvor genannte, hier besonders schematisch dargestellte thermische Ereignis 84 bildlich veranschaulicht. Infolge des thermischen Ereignisses kann das zuvor genannte Gas, welches heiße Partikel mit sich führt, entstehen, dessen Strömung in Fig. 10 durch einen Pfeil 86 veranschaulicht ist. Es ist erkennbar, dass das Gas zu den und in die Freiräume 68 beziehungsweise die Entgasungskanäle 64 strömen und in der Folge vorteilhaft und bedarfsgerecht geführt werden kann. In Fig. 11 ist das Gas beziehungsweise dessen Strömung durch Pfeile 86 veranschaulicht. Das Gas beziehungsweise dessen Strömung wird mittels der Entgasungskanäle 64 beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten und dabei beispielsweise zu Berstelementen geführt, die an Stellen 88 des Unterteils 48 angeordnet sein können. Insbesondere wird das Gas über in Fig. 11 besonders schematisch dargestellte Partikelabscheider 90 zu den Berstelementen geführt. Die Partikelabscheider 90 scheiden im Gas etwaig enthaltene Partikel aus dem Gas ab. Wie in Fig. 11 durch Pfeile 92 veranschaulicht ist, können die Berstelemente, insbesondere gezielt, versagen und dadurch eine jeweilige Durchgangsöffnung des Unterteils 48 freigeben, woraufhin das Gas aus dem Gehäuse 30 an dessen Umgebung 94 ausströmen kann.
Schließlich ist in Fig. 12 durch Pfeile 96 veranschaulicht, dass eine etwaige, in Fahrzeughochrichtung wirkende und punktuelle Last, die durch einen Pfeil 98 gezeigt ist, über das Bauteil 72 an das Bauelement 70 übertragen und mittels des Bauelements 70 zumindest im Wesentlichen flächig an die Zwischenzellstruktur weitergeleitet werden kann. Dadurch kann eine übermäßige, punktuelle Belastung der Speicherzellen 46 und der Zwischenzellstruktur, welche auch als Zellzwischenstruktur bezeichnet wird, vermieden werden.

Claims

Patentansprüche Anordnung eines elektrischen Energiespeichers (10) an einem Rohbau (12) für einen Personenkraftwagen, bei welcher der Rohbau (12) zwei Seitenschweller (14) aufweist, zwischen welchen sich ein Hauptboden (16) erstreckt, wobei der gesamte Hauptboden (16) durch einen Gehäusedeckel (29) eines Gehäuses (30) des separat von dem Rohbau (12) ausgebildeten, elektrischen Energiespeichers (10) gebildet ist, wobei das Gehäuse (30) ein separat von dem Gehäusedeckel (29) ausgebildetes, in Fahrzeughochrichtung unterhalb des Gehäusedeckels (29) angeordnetes Unterteil (48) und einen durch den Gehäusedeckel (29) und das Unterteil (48) gebildeten Aufnahmeraum (50) für Speicherzellen (46) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Gehäusedeckel (29) von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle (34) aufweist, wobei mittels des Kühlmittels zumindest ein Teilbereich des elektrischen Energiespeichers (10) kühlbar ist, und
- dass zwischen den Speicherzellen (46) und zumindest Teilen eines Bodens (66) des Unterteils (48) Freiräume (68) angeordnet sind. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (50) Entgasungskanäle (64) vorgesehen sind, welche bei einem thermischen Ereignis des elektrischen Energiespeicher (10) von aus dem thermischen Ereignis resultierendem und aus zumindest einer der Speicherzellen (46) ausströmendem Gas durchströmbar sind. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungskanäle (64) in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Speicherzellen (46) angeordnet sind. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entgasungskanäle (64) zumindest teilweise durch ein zickzackförmiges oder wellenförmiges Bauelement (70) gebildet sind, durch welches die Speicherzellen (46) in Fahrzeughochrichtung nach unten überlappt sind. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (70) bei einer in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Unterteil (48) wirkenden Kraft als Lastverteiler wirkt. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement (70) - in Fahrzeughochrichtung gesehen - unterhalb der Speicherzellen (46) und oberhalb eines Bodens (66) des Unterteils (48) angeordnet ist. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Boden (66) durch ein erstes Bauteil (72) des Unterteils (48) gebildet ist und dass das erste Bauteil (72) und das Bauelement (70) separat voneinander ausgebildet und miteinander verbunden sind. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das während eines thermischen Ereignis aus mindestens einer der Speicherzellen (46) ausströmende Gas mittels der Entgasungskanäle (64) in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten zu an Stellen (88) des Unterteils (48) angeordneten Berstelementen leitbar ist. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (46) an dem Gehäusedeckel (29) gehalten sind. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmeraum (50) eine Schutzstruktur (52) angeordnet ist, durch welche die Speicherzellen (46) in Fahrzeugquerrichtung nach außen beidseitig überlappt sind. Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (29) einen Rahmen (54) mit seitlichen Energieabsorptionselementen (56) aufweist, welche jeweils mehrere Hohlkammern (58) aufweisen. Personenkraftwagen, mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Elektrischer Energiespeicher (10) zur Anbringung an einem Rohbau (12) eines Personenkraftwagens, mit einem das Gehäuse (30), welches einen Aufnahmeraum (50) für Speicherzellen (46) zum Speichern von elektrischer Energie aufweist, wobei der Aufnahmeraum (50) durch einen Gehäusedeckel (29) und ein separat von dem Gehäusedeckel (29) ausgebildetes Unterteil (48) gebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
- dass der Gehäusedeckel (29) von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle (34) aufweist, wobei mittels des Kühlmittels zumindest ein Teilbereich des elektrischen Energiespeichers (10) kühlbar ist, und
- dass zwischen den Speicherzellen (46) und zumindest Teilen eines Bodens (66) des Unterteils (48) Freiräume (68) angeordnet sind.
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