WO2025237461A1 - Hochvoltspeicher für ein kraftfahrzeug - Google Patents

Hochvoltspeicher für ein kraftfahrzeug

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WO2025237461A1
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medium
battery cells
storage device
housing
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Alan Camberg
Martin Gamboni
Hadar Sleiman
Paul Winkler
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Bayerische Motoren Werke AG
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Bayerische Motoren Werke AG
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a high-voltage storage device for a motor vehicle, comprising a plurality of battery cells arranged in an interior enclosed by a housing, wherein the battery cells are fixed in the interior by means of a medium and the medium includes a separating device.
  • the invention further relates to a motor vehicle with at least one such high-voltage storage device.
  • High-voltage storage devices also known as traction batteries or accumulators, are used to provide electrical energy for powering electric motors in motor vehicles.
  • These high-voltage storage devices typically consist of an arrangement of battery cells connected in parallel and series via a contacting device, all housed within a casing.
  • the battery cells and the contacting device are typically encased or encapsulated in an adhesive structural foam to ensure mechanical stability and provide thermal and/or electrical insulation.
  • the high-voltage storage system or its housing can deform, and this deformation can extend inside the housing, affecting the battery cells and their contacting system. Such deformation can damage and/or detach the current-carrying contact system from the battery cells, potentially leading to undesirable and safety-critical short circuits and/or thermal events.
  • an object of the invention is to improve a high-voltage storage device for a motor vehicle.
  • a high-voltage storage device is to be improved in such a way as to enable increased safety in the event of accident-related deformation.
  • This problem is solved by a high-voltage storage device for a motor vehicle with the features of claim 1 and a motor vehicle with the features of claim 10.
  • the dependent claims relate to advantageous further developments of the invention.
  • a high-voltage storage device for a motor vehicle comprising a plurality of battery cells arranged in an interior enclosed by a housing, wherein the battery cells are fixed in the interior by means of a medium, wherein the medium has a separating device which is configured to at least partially separate the medium when a force is applied to the housing.
  • the separation device can create a predetermined breaking point in the medium, so that any deformation caused by a force is limited to a specific area of the medium or the high-voltage storage system. This can, for example, prevent deformation-induced short circuits and/or thermal events, thereby increasing safety in the event of accidental deformation of the high-voltage storage system.
  • a high-voltage storage system is, in particular, an energy storage device or traction battery for a motor vehicle, comprising multiple battery cells.
  • the housing of the high-voltage storage system defines an interior space in which the battery cells are contained or arranged. Cylindrical battery cells are primarily used, which can be provided in packed configurations.
  • a battery cell for example, has a circular cross-section and a longitudinal axis perpendicular to it.
  • the high-voltage storage system and/or the Battery cells are arranged, in particular, such that their longitudinal axes are parallel to a vehicle vertical.
  • the interior can have a substantially cuboid geometry, bounded by the walls of the housing.
  • the housing may, for example, have a trough-shaped housing cover and/or a trough-shaped housing tray, which together can enclose the interior.
  • the housing, the housing cover, and/or the housing tray may have side walls, with two of the side walls being arranged opposite each other in a transverse direction when installed in a motor vehicle.
  • cavities that form between the battery cells and/or within the housing are filled with a medium, particularly an adhesive or bonding agent.
  • This medium can be, for example, a two-component material and/or consist of silicone, silicone foam, epoxy, epoxy foam, and/or polyurethane foam. This medium fixes the battery cells to each other and to the housing, forming a bond that cannot be separated without damage. Therefore, if a load, such as a force or impact, acts on the housing, it can be transferred to the bond between the medium and the battery cells, potentially deforming, damaging, or destroying it.
  • the invention is based on the idea of absorbing deformation energy in a specific area of the interior or the medium and thus separating it at a predetermined point to prevent damage to the battery cells.
  • a separation device within the medium.
  • the separation device is designed to separate the medium when the housing deforms under load or force, thereby, for example, creating a crack or fracture in the medium.
  • Separation of the medium refers to... Disclosure is understood to mean, in particular, a failure of cohesion or internal adhesion and/or adhesion of the medium, especially with or to the separating device.
  • This failure can be initiated, for example, by the formation and/or propagation of at least one crack and can be accompanied by a loss of stability of the medium and/or a cohesive or adhesive fracture, especially after reaching a critical crack length and/or detachment of the separating device from the medium.
  • This allows force-induced deformation energy, especially in a predetermined area, to be absorbed in order to avoid or prevent greater damage to the overall high-voltage storage system.
  • the disconnecting device is configured to separate the medium from a cell contacting device of the battery cells.
  • the cell contacting device can be configured to enable parallel and/or series connection of the battery cells in a cell assembly.
  • the cell contacting device has at least one connection device configured to provide an electrical connection between the battery cells.
  • the cell contacting device can be designed as a stamped or laser-cut cell contact plate and arranged on the end face of the battery cells of the high-voltage storage system or their terminals to connect the positive and/or negative contacts of the battery cells.
  • the disconnecting device is arranged at a distance from the cell contacting device of the battery cells.
  • the disconnecting device can
  • the separating device must be designed to detach or separate the medium from it when subjected to deformation energy.
  • the separating device can be, for example, a sheet, plate, or film arranged vertically or longitudinally from the cell contacting device and embedded in or enclosed by the medium.
  • the separating device can thus form a plane that can serve as a predetermined breaking point or plane. This allows for a controlled, and in particular spatially limited and/or predefined, separation of the medium, thereby improving the protection of the cell contacting device and/or the battery cells.
  • the separating device is arranged between the battery cells and a housing cover.
  • the housing cover can, for example, have four side walls connected by a common cover plate and, together with a housing base designed as a tray, form the housing. Since, in a typical operational configuration of the high-voltage storage system, the cell contacting device is located in a vertically upper region of the high-voltage storage system, the arrangement of the separating device between the housing cover and the battery cells allows it to be positioned vertically above the area where the cell contacting device of the battery cells is located, thus enabling separation from the cell contacting device.
  • the separating device is arranged in a plane parallel to the cell contacting device of the battery cells.
  • the separating device can extend between the side walls of the housing or the housing cover and/or can have a larger or smaller surface area than the cell contacting device.
  • Such a parallel arrangement of the separating device allows failure to occur in one plane, i.e., at a uniform distance across the surface from the cell contacting device, thus preventing damage to the cell contacting device and/or the battery cells. To avoid unwanted cracking and/or fracture formation in battery cells in an out-of-plane direction.
  • the separating device is planar.
  • the separating device is essentially flat and/or planar and/or has a relatively small height compared to its length and width, particularly in the range between 0.1 mm and 1.5 mm.
  • Such a planar design allows the separating device to define a predetermined breaking plane in order to control crack and/or fracture formation as desired.
  • the separating device has a first adhesion coefficient on a first surface and a second adhesion coefficient on a second surface, the two adhesion coefficients being different.
  • the adhesion coefficient denotes the adhesive strength or mechanical bond between the medium and a surface of the separating device and can, for example, characterize resistance to tensile and/or shear stresses.
  • Such an adhesion coefficient can be based, for example, on a surface finish, such as roughness, or on a surface treatment with a primer or undercoat to improve the bond between the medium and the separating device. This can result in a greater tendency for failure or fracture at the interface between the surface with the lower adhesion coefficient and the other surface, thereby achieving a controlled positioning of the failure initiation point.
  • the adhesion coefficient of the surface of the separating device facing the cell contacting device is greater than the adhesion coefficient of the surface of the separating device facing away from the cell contacting device. This can cause failure of the medium at a surface spaced away from the cell contacting device, and the separating device can fail in the medium or at a distance from the cell contacting device. Cell contacting device to remain in order to provide improved protection for the cell contacting device and/or the battery cells.
  • the separating device has a structure on at least one of its surfaces that is designed to form a positive-locking connection with the medium. This provides a mechanical connection between the separating device and the medium, which is designed to fail, in particular, only when a predetermined deformation load is exceeded.
  • a structure can be provided, for example, by means of at least one undercut in the surface and/or other geometric modifications, and can affect or influence the respective adhesion coefficient of the surface.
  • a motor vehicle that incorporates at least one high-voltage storage device described herein.
  • a motor vehicle can utilize the effects and advantages described herein.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention comprising a high-voltage storage device according to the invention.
  • Figs. 2a, 2b show schematic representations of an embodiment of a high-voltage storage device according to the invention for a motor vehicle.
  • Fig. 1 shows a motor vehicle 50 according to the invention having a high-voltage storage device 10 according to an embodiment of the present disclosure.
  • the high-voltage storage unit 10 is located in a floor area of the motor vehicle 50 and is configured to supply energy for a drive system of the motor vehicle 50, which is not shown or described further here.
  • the high-voltage storage unit 10 has a housing 11 which encloses an interior space 12.
  • a plurality of battery cells are located in the interior space 12 formed by the housing 11.
  • the separation device 15 is designed to at least partially separate the medium 16 when a force is applied to the housing 11, or to cause a failure of the structure of the medium 16.
  • the separation device is planar, for example in the form of a layer, a film, or a layer, and has a first adhesion coefficient Hi on a first surface 17 and a second adhesion coefficient H2 on a second surface 18.
  • the adhesion coefficient H2 is located on the surface 18, which is the cell contacting device.
  • the coefficient of adhesion Hi of the surface 17, which is arranged facing the cell contacting device 14, is greater than the coefficient of adhesion Hi of the surface 17, which is arranged facing away from the cell contacting device 14.
  • FIGS. 2a and 2b show a partial sectional view of a further embodiment of a high-voltage storage device 10 according to the invention for a motor vehicle 50.
  • Fig. 2a shows a view of the high-voltage storage device 10 in a state prior to the application of a force or deformation.
  • the housing 11 of the high-voltage storage device 10 has a trough-shaped housing cover 22 and a similarly trough-shaped housing basin 23, which have side walls 21 and together define or delimit an interior space 12.
  • Battery cells 13, a cell contacting device 14 electrically connecting the battery cells 13, and a disconnecting device 15 are arranged in the interior space 12 and fixed by means of a medium 16.
  • the medium 16 fills the interior space 12 at least substantially completely.
  • the separating device 15 is arranged in a plane E parallel to the cell contacting device 14 of the battery cells 13 and is planar. As described with reference to Fig. 1, the separating device 15 has a first adhesion coefficient Hi on a first surface 17 and a second adhesion coefficient H2 on a second surface 18, wherein the adhesion coefficient H2 of the surface 18 facing the cell contacting device 14 is greater than the adhesion coefficient Hi of the surface 17 facing away from the cell contacting device 14. This results in a greater adhesion affinity on the surface 18 facing the cell contacting device 14 than on the opposite surface 17, thus increasing the probability of failure at an interface between the first surface 17 of the separating device 15 and the cell contacting device 14 than at the other surface 18.
  • Fig. 2b shows a view of the high-voltage storage device 10 in a state after a force F has been applied to the housing 11, or after a deformation has been caused by this force.
  • the housing 11 and/or the housing cover 22 are shown in a schematically illustrated state of deformation. It is shown that the force F causes movement of the side wall 21 and/or the housing cover 22. Because the adhesion between the medium 16 and the separating device 15 at the first surface 17 is lower than the cohesion in the medium 16 and/or the adhesion at the second surface 18 due to the lower coefficient of adhesion Hi, relative movement can occur there and/or a separation of the medium 16 can be initiated.
  • the medium 16 is separated in a vertical or longitudinal direction of the battery cells 13 at a distance from the cell contacting device 14.
  • the separation device 15 can thus act as a predetermined breaking point or provide one, thereby enabling a particularly targeted separation of the medium 16 in order to

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Hochvoltspeicher (10) für ein Kraftfahrzeug (50), aufweisend eine Mehrzahl an Batteriezellen (13), die in einem von einem Gehäuse (11) umschlossenen Innenraum (12) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (13) mittels eines Mediums (16) in dem Innenraum (12) fixiert sind, wobei das Medium (16) eine Trenneinrichtung (15) aufweist.

Description

Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft einen Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug, aufweisend eine Mehrzahl an Batteriezellen, die in einem von einem Gehäuse umschlossenen Innenraum angeordnet sind, wobei die Batteriezellen mittels eines Mediums in dem Innenraum fixiert sind und das Medium eine Trenneinrichtung aufweist. Zudem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Hochvoltspeicher.
Zur Bereitstellung elektrischer Energie beim Versorgen elektrischer Antriebe von Kraftfahrzeugen sind Hochvoltspeicher, auch als Antriebsbatterien oder -akkumula- toren bezeichnet, bekannt. Solche Hochvoltspeicher weisen in der Regel eine Anordnung von mithilfe einer Kontaktierungseinrichtung parallel und seriell verschalteten Batteriezellen auf, die in einem Gehäuse aufgenommen sind. Dabei sind die Batteriezellen zusammen mit der Kontaktierungseinrichtung typischerweise mit einem klebenden Strukturschaum umspritzt bzw. umgossen, um eine mechanische Stabilität zu gewährleisten und eine thermische und/ oder elektrische Isolation zu bieten.
In Unfallsituationen kann es zu einer Deformation des Hochvoltspeichers bzw. dessen Gehäuses kommen, welche sich im Inneren des Gehäuses und somit im Bereich der Batteriezellen und deren Kontaktierungseinrichtung fortsetzten kann. Durch eine solche Deformation kann es zu einer Beschädigung und/ oder Ablösung des stromführenden Kontaktierungssystems von den Batteriezellen kommen, welche unerwünschte und sicherheitskritische Kurzschlüsse und/ oder thermische Events zur Folge haben können.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug zu verbessern. Insbesondere soll ein Hochvoltspeicher dahingehend verbessert werden, um eine erhöhte Sicherheit bei einer unfallbedingten Deformation zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Anspruch 10. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Hochvoltspeicher für ein Kraftfahrzeug angegeben, aufweisend eine Mehrzahl an Batteriezellen, die in einem von einem Gehäuse umschlossenen Innenraum angeordnet sind, wobei die Batteriezellen mittels eines Mediums in dem Innenraum fixiert sind, wobei das Medium eine Trenneinrichtung aufweist, die eingerichtet ist, das Medium bei Einwirken einer Kraft auf das Gehäuse wenigstens teilweise zu trennen.
Hierdurch kann ein Verbund aus Medium und Batteriezellen, insbesondere gezielt bzw. lokal vorbestimmt, getrennt werden, um unerwünschte Beschädigungen der Batteriezellen und/ oder etwaiger weiteren im Innenraum des Gehäuses angeordneter Komponenten zu vermeiden oder sogar zu verhindern. Mittels der Trenneinrichtung kann eine Sollbruchstelle im Medium bereitgestellt werden, sodass eine auf einer Krafteinwirkung basierende Deformation insbesondere lediglich in einem dafür vorbestimmten Bereich des Mediums bzw. des Hochvoltspeichers zu tragen kommen kann. Hierdurch kann beispielsweise ein Entstehen von deformationsbedingten Kurzschlüssen und/ oder thermischen Events vermieden werden, wodurch eine Sicherheit bei einer unfallbedingten Deformation des Hochvoltspeichers erhöht werden kann.
Der Hochvoltspeicher ist insbesondere ein Energiespeicher bzw. ein Antriebsakkumulator für ein Kraftfahrzeug, welche mehrere Batteriezellen aufweist. Dabei definiert das Gehäuse des Hochvoltspeichers einen Innenraum, in welchem die Batteriezellen aufgenommen bzw. angeordnet sind. Hierbei kommen insbesondere zylindrische Batteriezellen zum Einsatz, welche in Packungsanordnungen bereitgestellt werden können. Eine Batteriezelle weist beispielsweise einen kreisförmigen Zellquerschnitt und eine senkrecht hierzu angeordnete Längsachse auf. In einer Einbausituation in einem Kraftfahrzeug ist der Hochvoltspeicher und/oder die Batteriezellen insbesondere derart angeordnet, dass die Längsachsen der Batteriezellen parallel zu einer Fahrzeugvertikalen angeordnet sind. Der Innenraum kann dabei eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie aufweisen, die durch Wände des Gehäuses begrenzt ist. Das Gehäuse weist hierzu beispielsweise einen wannenförmig ausgebildeten Gehäusedeckel und/ oder eine wannenförmig ausgebildete Gehäusewanne auf, die zusammen den Innenraum umschließen können. Hierbei können das Gehäuse, der Gehäusedeckel und/ oder die Gehäusewanne Seitenwände aufweisen, wobei (jeweils) zwei der Seitenwände in einem Einbauzustand in einem Kraftfahrzeug in einer Fahrzeugquerrichtung einander gegenüberliegend angeordnet sein können.
Um die Batteriezellen vor mechanischen Stößen und/ oder Vibrationen insbesondere unter normalen Einsatzbedingungen zu schützen, sind Hohlräume, die sich zwischen den Batteriezellen und/ oder innerhalb des Gehäuses ausbilden mit einem, insbesondere klebenden oder adhäsiven, Medium gefüllt. Dieses Medium kann beispielsweise ein Zweikomponentenmaterial sein und/ oder beispielsweise Silikon, Silikonschaum, Epoxid, Epoxidschaum und/ oder Polyurethanschaum aufweisen. Hierdurch sind die Batteriezellen mittels des Mediums insbesondere zueinander und gegenüber dem Gehäuse fixiert und bilden zusammen einen, insbesondere nicht zerstörungsfrei lösbaren, Verbund aus. Hierdurch kann, wenn eine Belastung, wie beispielsweise eine Kraft oder ein Stoß auf das Gehäuse einwirkt, dieser an den Verbund aus Medium und Batteriezellen übertragen werden, wodurch dieser verformt und/ oder beschädigt bzw. zerstört werden kann.
Die Erfindung beruht nun auf der Idee, eine Deformationsenergie in einen bestimmten Bereich des Innenraums bzw. des Mediums zu absorbieren und dieses somit an einer vorbestimmten Stelle zu trennen, um eine Beschädigung der Batteriezellen zu vermeiden. Hierfür wird vorgeschlagen, eine Trenneinrichtung in dem Medium vorzusehen. Die Trenneinrichtung ist dabei eingerichtet, das Medium zu trennen, wenn sich das Gehäuse bei einer Belastung bzw. Krafteinwirkung deformiert, um somit beispielsweise einen Riss bzw. Bruch in dem Medium zu erzeugen. Unter einem Trennen bzw. einer Trennung des Mediums wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung insbesondere ein Versagen einer Kohäsion bzw. einer inneren Haftung und/ oder einer Adhäsion des Mediums, insbesondere mit bzw. zu der Trenneinrichtung, verstanden. Dieses Versagen kann beispielsweise mit einer Bildung und/ oder Ausdehnung wenigstens eines Risses eingeleitet und kann mit dem Verlust einer Stabilität des Mediums und/ oder einem Kohäsions- bzw. Adhäsionsbruch, insbesondere nach Erreichen einer kritischen Risslänge und/ oder Ablösung der Trenneinrichtung von dem Medium, einhergehen. Hierdurch kann eine krafteinwirkungsbedingte Deformationsenergie, insbesondere in einem vorbestimmten Bereich, absorbiert werden, um einen größeren Schaden im Gesamtsystem des Hochvoltspeichers zu vermeiden oder zu verhindern.
Bei einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung eingerichtet, das Medium beab- standet zu einer Zellkontaktierungseinrichtung der Batteriezellen zu trennen. Die Zellkontaktierungseinrichtung kann eingerichtet sein, eine elektrische Parallel- und/ oder Serienverschaltung der Batteriezellen in einem Zellverbund zu ermöglichen. Hierzu weist die Zellkontaktierungseinrichtung wenigstens eine Verbindungseinrichtung auf, die eingerichtet ist, eine elektrische Verbindung der Batteriezellen untereinander bereitzustellen. Beispielsweise kann die Zellkontaktierungseinrichtung als gestanztes oder gelasertes Zellkontaktierblech ausgebildet sein und sti rnseitig an den Batteriezellen des Hochvoltspeichers bzw. deren Polen angeordnet sein, um positive und/ oder negative Kontakte der Batteriezellen zu verbinden.
Dadurch, dass das Medium beabstandet zu der im Betrieb stromführenden Zellkontaktierungseinrichtung getrennt werden kann bzw. beabstandet zu dieser ein Bruch bzw. ein Ablösen herbeigeführt wird, kann vermieden werden, dass sich die Zellkontaktierungseinrichtung bzw. deren Komponenten von Batteriezellen löst bzw. lösen, wodurch ein thermisches Ereignis und oder ein Kurzschluss von Batteriezellen hervorgerufen werden kann. Hierdurch kann eine Sicherheit das Hochvoltspeichers im Deformationsfall verbessert werden.
Bei einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung beabstandet zu der Zellkontaktierungseinrichtung der Batteriezellen angeordnet. Die Trenneinrichtung kann eingerichtet sein, das Medium bei Einwirken einer Deformationsenergie von der Trenneinrichtung abzulösen bzw. von dieser zu trennen. Dabei kann die Trenneinrichtung beispielsweise als ein Blech, eine Platte bzw. eine Folie ausgebildet sein, welche (s) in einer vertikalen bzw. einer Längsrichtung der Batteriezellen beab- standet zu der Zellkontaktierungseinrichtung angeordnet und in das Medium eingebettet bzw. von diesem umschlossen ist. Die Trenneinrichtung kann somit eine Ebene bilden, welche als Sollbruchstelle bzw. -eben dienen kann. Hierdurch kann eine gezielte, insbesondere räumlich begrenzte und/ oder vorgegebene Trennung des Mediums bewirkt werden, wodurch ein Schutz der Zellkontaktierungseinrichtung und/ oder der Batteriezellen verbessert werden kann.
Bei einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung zwischen den Batteriezellen und einem Gehäusedeckel des Gehäuses angeordnet. Der Gehäusedeckel kann hierbei beispielsweise vier Seitenwände aufweisen, welche durch eine gemeinsame Deckelplatte verbunden sind, und beispielsweise eingerichtet sein, zusammen mit einer als Wanne ausgebildetem Gehäuseboden das Gehäuse auszubilden. Da in einer typischen betriebsmäßigen Anordnung des Hochvoltspeichers die Zellkontaktierungseinrichtung in einem vertikal oberen Bereich des Hochvoltspeichers angeordnet ist, kann, durch die Anordnung der Trenneinrichtung zwischen dem Gehäusedeckel und den Batteriezellen, diese vertikal über einem Bereich angeordnet sein, in welchem die Zellkontaktierungseinrichtung der Batteriezellen angeordnet ist, um eine Trennung beabstandet zu Zeltkontaktierungseinrichtung hervorrufen zu können.
Bei einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung in einer Ebene parallel zu der Zellkontaktierungseinrichtung der Batteriezellen angeordnet. Hierbei kann sich die Trenneinrichtung zwischen den Seitenwänden des Gehäuses bzw. des Gehäusedeckels erstrecken und/ oder kann einen größeren oder kleineren Flächeninhalt aufweisen als die Zellkontaktierungseinrichtung. Durch eine solche parallele Anordnung der Trenneinrichtung kann ein Versagen in einer Ebene, also in einer über die Fläche gleichmäßigen Beabstandung zu der Zellkontaktierungseinrichtung erfolgen, um eine Beschädigung der Zellkontaktierungseinrichtung und/ oder der Batteriezellen durch unerwünschte Riss- und/ oder Bruchbildung in einer Richtung außerhalb der Ebene zu vermeiden.
Bei einer Ausführungsform ist die Trenneinrichtung planar ausgebildet. Dabei ist die Trenneinrichtung im Wesentlichen flach und/ oder eben ausgebildet und/ oder weist im Vergleich zu ihrer Längen- und Breitenausdehnung eine relativ geringe Höhe, insbesondere im Bereich zwischen 0,1 mm und 1 ,5 mm auf. Durch eine solcher planare Ausbildung kann mittels der Trenneinrichtung eine Sollbruchebene vorgegeben werden, um eine Riss- und/ oder Bruchbildung in der gewünschten Weise vorgeben zu können.
Bei einer Ausführungsform weist die Trenneinrichtung einer ersten Oberfläche einen ersten Haftungskoeffizienten und an einer zweiten Oberfläche einen zweiten Haftungskoeffizienten auf, wobei sich die beiden Haftungskoeffizienten unterscheiden. Dabei bezeichnet der Haftungskoeffizient insbesondere eine Haftfestigkeit bzw. mechanische Bindung zwischen dem Medium und einer Oberfläche der Trenneinrichtung und kann beispielsweise eine Beständigkeit gegen Zug- und/ oder Scherbelastungen charakterisieren. Ein solcher Haftungskoeffizient kann beispielsweise auf einer Oberflächenbeschaffenheit, wie beispielsweise einer Rauigkeit, einer Oberflächenbehandlung mit einem Primer bzw. einer Grundierung zur verbesserten Verbindung zwischen dem Medium und der Trenneinrichtung basieren. Hierdurch kann eine Versagens- bzw. Bruchneigung an der Grenzfläche zwischen derjenigen Oberfläche mit geringerem Haftungskoeffizienten größer sein als an der anderen Oberfläche, wodurch eine gezielte Positionierung einer Versagensinitiierung erzielt werden.
Bei einer Ausführungsform ist der Haftungskoeffizient der der Zellkontaktierungseinrichtung zugewandten Oberfläche der Trenneinrichtung größer als der Haftungskoeffizient der der Zellkontaktierungseinrichtung abgewandten Oberfläche der Trenneinrichtung. Hierdurch kann ein Versagen des Mediums an einer zur Zellkontaktierungseinrichtung beabstandeten Oberfläche hervorgerufen werden und die Trenneinrichtung kann in dem Medium bzw. beabstandet zu der Zellkontaktierungseinrichtung verbleiben, um eine verbesserte Schutzwirkung für die Zellkontaktierungseinrichtung und/ oder die Batteriezellen bereitstellen zu können.
Bei einer Ausführungsform weist die Trenneinrichtung an wenigstens einer ihrer Oberflächen eine Struktur auf, die eingerichtet ist, eine formschlüssige Verbindung mit dem Medium auszubilden. Hierdurch kann eine mechanische Verbindung zwischen der Trenneinrichtung und dem Medium bereitgestellt werden, die eingerichtet ist, insbesondere erst bei Überschreiten einer vorbestimmten Deformationsbelastung, zu versagen. Eine solche Struktur kann beispielsweise mittels wenigstens einem in der Oberfläche vorgesehenen Hinterschnitt und/ oder anderer geometrischer Veränderungen bereitgestellt werden und kann sich auf den jeweiligen Haftungskoeffizienten der Oberfläche auswirken bzw. diesen beeinflussen.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, aufweisend wenigstens einen hierin beschriebenen Hochvoltspeicher. Selbstverständlich können durch ein solches Kraftfahrzeug die hierin beschriebenen Effekte und Vorteile genutzt werden.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs aufweisend einen erfindungsgemäßen Hochvoltspeicher.
Fig. 2a, 2b zeigen schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hochvoltspeichers für ein Kraftfahrzeug.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 50 aufweisend einen Hochvoltspeicher 10 gemäß eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Offenbarung. Der Hochvoltspeicher 10 ist in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs 50 angeordnet und eingerichtet, Energie für einen hier nicht weiter dargestellten oder beschriebenen Antrieb des Kraftfahrzeugs 50 zu liefern. Der Hochvoltspeicher 10 weist ein Gehäuse 11 auf, welches einen Innenraum 12 umschließt. In dem durch das Gehäuse 11 ausgebildeten Innenraum 12 ist eine Mehrzahl an Batteriezellen
13 angeordnet, die mittels einer an deren Stirnseiten angeordneten Zellkontaktierungseinrichtung 14 elektrisch miteinander verschaltet bzw. verbunden sind.
In einer vertikalen Richtung über und beabstandet zu den Batteriezellen 13 und der Zellkontaktierungseinrichtung 14 ist eine Trenneinrichtung 15 angeordnet. Der Innenraum 12 ist mit einem Medium 16 gefüllt, umschließt die darin angeordneten Komponenten, nämlich die Batteriezellen 13, die Zellkontaktierungseinrichtung 14 und die Trenneinrichtung 15 bzw. füllt dazwischen ausgebildete Zwischenräume aus und verbindet die Komponenten zu einem Verbund bzw. fixiert diese. Das Medium 16 kann hierbei adhäsiv und/ oder kohäsiv ausgebildet sein, um eine mechanische Stabilität des Hochvoltspeichers 10 zu steigern.
Die Trenneinrichtung 15 ist eingerichtet, das Medium 16 bei Einwirken einer Kraft auf das Gehäuse 11 wenigstens teilweise zu trennen bzw. ein Versagen der Struktur des Mediums 16 zu bewirken. Hierzu ist die Trenneinrichtung planar, beispielsweise in Form einer Schicht, einem Film oder einer Lage ausgebildet, und weist an einer ersten Oberfläche 17 einen ersten Haftungskoeffizienten Hi und an einer zweiten Oberfläche 18 einen zweiten Haftungskoeffizienten H2 auf. Dabei ist der Haftungskoeffizient H2 an der Oberfläche 18, die der Zellkontaktierungseinrichtung
14 zugewandt angeordnet ist, größer als der Haftungskoeffizient Hi der Oberfläche 17, welcher der Zellkontaktierungseinrichtung 14 abgewandt angeordnet ist.
Hierdurch kann eine durch die Kraft verursachte Deformation des Gehäuses 11 in dem Innenraum 12 durch ein Trennen des Mediums 16 umgesetzt werden, um eine Beschädigung der Zellkontaktierungseinrichtung 14 und/ oder der Batteriezellen 13 des Hochvoltspeichers 10 zu vermeiden oder zu verhindern. In Fig. 2a und 2b ist jeweils eine Teilansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hochvoltspeichers 10 für ein Kraftfahrzeug 50 in einer Schnittdarstellung gezeigt.
Fig. 2a zeigt eine Ansicht des Hochvoltspeichers 10 in einem Zustand vor einer Krafteinwirkung bzw. Deformation. Ein Gehäuse 11 des Hochvoltspeichers 10 weist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen wannenförmig ausgebildeten Gehäusedeckel 22 und eine ebenfalls wannenförmig ausgebildete Gehäusewanne 23 auf, die Seitenwände 21 aufweisen und zusammen einen Innenraum 12 definieren bzw. begrenzen. In dem Innenraum 12 sind Batteriezellen 13, eine die Batteriezellen 13 elektrisch verbindende Zellkontaktierungseinrichtung 14 und eine Trenneinrichtung 15 angeordnet und mittels eines Mediums 16 fixiert. Dabei füllt das Medium 16 den Innenraum 12 wenigstens im Wesentlichen vollständig aus.
Die Trenneinrichtung 15 ist in einer Ebene E parallel zu der Zellkontaktierungseinrichtung 14 der Batteriezellen 13 angeordnet und planar ausgebildet. Wie zu Fig. 1 beschrieben, weist die Trenneinrichtung 15 an einer ersten Oberfläche 17 einen ersten Haftungskoeffizienten Hi und an einer zweiten Oberfläche 18 einen zweiten Haftungskoeffizienten H2 auf, wobei der Haftungskoeffizient H2 derjenigen Oberfläche 18, die der Zellkontaktierungseinrichtung 14 zugewandt angeordnet ist, größer ist als der Haftungskoeffizient Hi derjenigen Oberfläche 17, welcher der Zellkontaktierungseinrichtung 14 abgewandt angeordnet ist. Hierdurch ist eine Haftungsaffinität an der der Zellkontaktierungseinrichtung 14 zugewandten Oberfläche 18 größer als an der abgewandten Oberfläche 17, wodurch eine Versagenswahrscheinlichkeit an einer Grenzfläche zwischen der ersten Oberfläche 17 der Trenneinrichtung 15 größer ist als an der anderen Oberfläche 18.
Fig. 2b zeigt eine Ansicht des Hochvoltspeichers 10 in einem Zustand nach Einwirken einer Kraft F auf das Gehäuse 11 bzw. eine hierdurch hervorgerufene Deformation. Das Gehäuse 11 bzw. der Gehäusedeckel 22 ist in einem schematisch illustrierten Deformationszustand dargestellt. Hierbei ist gezeigt, dass durch die Kraft F eine Bewegung der Seitenwand 21 und/ oder des Gehäusedeckels 22 ausgelöst wird. Dadurch, dass eine Adhäsion zwischen Medium 16 und Trenneinrichtung 15 an der ersten Oberfläche 17 aufgrund des kleineren Haftungskoeffizienten Hi geringer ist als eine Kohäsion in Medium 16 und/ oder eine Adhäsion an der zweiten Oberfläche 18, kann dort eine Relativbewegung stattfinden und/ oder eine Tren- nung des Mediums 16 initiiert werden. Hierdurch wird ein Versagen 20 bzw. ein Bruch in dem Medium 16 hervorgerufen bzw. in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird das Medium 16 zusammen mit dem Gehäusedeckel 22 wenigstens teilweise von der Trenneinrichtung 15 abgelöst, wodurch das Medium 16 auch in einem von der Trenneinrichtung 15 (hier horizontal) beabstandeten Bereich getrennt wird.
Wie in Fig. 2b dargestellt, wird das Medium 16 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in einer vertikalen bzw. einer Längsrichtung der Batteriezellen 13 beab- standet zu der Zellkontaktierungseinrichtung 14 getrennt. Die Trenneinrichtung 15 kann somit als Sollbruchstelle wirken bzw. eine solche bereitstellen, wodurch eine insbesondere gezielte Trennung des Mediums 16 bewirkt werden kann, um einen
Schutz der Zellkontaktierungseinrichtung 14 und/ oder der Batteriezellen 13 zu verbessern und somit eine Sicherheit des Hochvoltspeichers 10, insbesondere bei einer unfallbedingten Deformation, zu verbessern.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Hochvoltspeicher
11 Gehäuse
12 Innenraum
13 Batteriezelle(n)
14 Zellkontaktierungseinrichtung
15 Trenneinrichtung
16 Medium
17 erste Oberfläche
18 zweite Oberfläche
20 Versagensbereich
21 Seitenwand
22 Gehäusedeckel
23 Gehäusewanne
50 Kraftfahrzeug
E Ebene
F Kraft
Hi, H2 Haftungskoeffizient

Claims

ANSPRÜCHE
1. Hochvoltspeicher (10) für ein Kraftfahrzeug (50), aufweisend eine Mehrzahl an Batteriezellen (13), die in einem von einem Gehäuse (11) umschlossenen Innenraum (12) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (13) mittels eines Mediums (16) in dem Innenraum (12) fixiert sind, wobei das Medium (16) eine Trenneinrichtung (15) aufweist, die eingerichtet ist, das Medium (16) bei Einwirken einer Kraft (F) auf das Gehäuse (11) wenigstens teilweise zu trennen.
2. Hochvoltspeicher (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Trenneinrichtung (15) eingerichtet ist, das Medium (16) beabstandet zu einer Zellkontaktierungseinrichtung (14) der Batteriezellen (13) zu trennen.
3. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) beabstandet zu der Zellkontaktierungseinrichtung (14) der Batteriezellen (13) in dem Medium (16) angeordnet ist.
4. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) zwischen den Batteriezellen (13) und einem Gehäusedeckel (22) des Gehäuses (11) angeordnet ist.
5. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) in einer Ebene parallel zu der Zellkontaktierungseinrichtung (14) der Batteriezellen angeordnet ist.
6. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) planar ausgebildet ist.
7. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) einer ersten Oberfläche (17) einen ersten Haftungskoeffizienten (Hi) und an einer zweiten Oberfläche (18) einen zweiten Haftungskoeffizienten (H2) aufweist, wobei sich die beiden Haftungskoeffizienten (Hi, H2) unterscheiden.
8. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Haftungskoeffizient (H2) der der Zellkontaktierungseinrichtung (14) zugewandten Oberfläche (18) der Trenneinrichtung (15) größer ist als der Haftungskoeffizient (Hi) der der Zellkontaktierungseinrichtung (14) abgewandten Oberfläche (17) der Trenneinrichtung (15).
9. Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Trenneinrichtung (15) an wenigstens einer ihrer Oberflächen (17, 18) eine Struktur aufweist, die eingerichtet ist, eine formschlüssige Verbindung mit dem Medium (16) auszubilden.
10. Kraftfahrzeug (50), aufweisend wenigstens einen Hochvoltspeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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