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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Hochvoltspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Fahrzeug, bzw. Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 12.
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Wie allgemein bekannt, werden Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge mit Hochvoltspeicher ausgestattet. Der Hochvoltspeicher versorgt ein Hochvoltnetz mit einer Hochvoltspannung von z.B. 400 Volt oder höher. Der Hochvoltspeicher weist üblicherweise mehrere Batteriemodule auf, die meistens nebeneinander angeordnet sind. Ein Batteriemodul weist in der Regel mehrere Batteriezellen auf. Bei einem Crash können sehr hohe Kräfte auf den Hochvoltspeicher bzw. auf die Batteriemodule einwirken. Diese Kräfte können so hoch sein, dass die Batteriemodule des Hochvoltspeichers beschädigt werden, was z.B. zu Kurzschlüussen und einer Entgasung des in den Batteriezellen enthaltenen Elektrolyts führen kann. Wenn die Batteriemodule nebeneinander im Gehäuse des Hochvoltspeichers angeordnet sind, kann bei einem Crash des Fahrzeugs auch der Fall eintreten, dass sich einzelne Batteriemodule gegenseitig beschädigen.
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Bei dem aus der
DE 10 2009 055 852 A1 bekannten Hochvoltspeicher werden die Batteriemodule in einem Gehäuse, das beispielsweise aus Metall bestehen kann, verbaut. Das Gehäuse übernimmt im Crashfall des Fahrzeugs eine stoßabsorbierende Funktion, um die im Gehäuse angeordneten Batteriemodule zu schützen. Hierzu sind die einzelnen Batteriemodule durch Querstege aus Metall voneinander getrennt, um ein Ineinanderschieben der Batteriemodule beim Aufprall zu verhindern, was jedoch zu einem erhöhten Gewicht der Gesamtkonstruktion führt.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hochvoltspeicher mit mehreren Batteriemodulen zu schaffen, die bei einem Crash des Fahrzeugs in möglichst kostengünstiger Weise gut vor Beschädigungen geschützt sind..
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Die oben genannte Aufgabe wird durch den Hochvoltspeicher gemäß dem Anspruch 1 und das Elektrofahrzeug oder das Hybridfahrzeug gemäß dem Anspruch 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen, wobei auch Kombinationen der einzelnen Anspruchsmerkmale untereinander möglich sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß weist der Hochvoltspeicher wenigstens zwei Batteriemodule auf, wobei ein erster Pufferbereich zwischen den wenigstens zwei Batteriemodulen vorgesehen ist und in oder an dem ersten Pufferbereich wenigstens eine erste Puffereinrichtung angeordnet ist.
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Die Breite des ersten Pufferbereichs zwischen den Batteriemodulen kann beispielsweise in einem Bereich zwischen 5 mm bis 100 mm liegen und vorzugsweise z.B. 20 mm betragen. Die erste Puffereinrichtung kann ganz oder vollständig aus Metall, Kunststoff, Gummi, Schaumstoff oder aus einem anderen Material gebildet sein.
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Wenn bei einem Crashfall hohe Kräfte auf den Hochvoltspeicher wirken, bilden der erste Pufferbereich und die erste Puffereinrichtungeine Art „Knautschzone“ des Hochvoltspeichers bzw. der Batteriemodule, wodurch Energie des Aufpralls absorbiert wird. Daher können die Batteriemodule besser vor einer Beschädigung geschützt werden.
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Da wenigstens eine erste Puffereinrichtung in oder an dem ersten Pufferbereich, d.h. zwischen den Batteriemodulen, angeordnet ist, kann die Gefahr, dass sich die Batteriemodule des Hochvoltspeichers gegenseitig beschädigen, verringert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Hochvoltspeicher ein Gehäuse auf, wobei sich die wenigstens zwei Batteriemodule innerhalb des Gehäuses befinden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zweiter Pufferbereich zwischen dem Gehäuse und den wenigstens zwei Batteriemodulen vorgesehen, wobei im oder an dem zweiten Pufferbereich wenigstens eine zweite Puffereinrichtung angeordnet ist.
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Der zwischen dem Gehäuse und den Batteriemodulen vorgesehene zweite Pufferbereich und die zweite Puffereinrichtung dienen dazu, eine weitere Knautschzone, die ebenfalls Energie des Aufpralls absorbieren kann, zwischen dem Gehäuse und den Batteriemodulen zu bilden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung steht die wenigstens eine erste Puffereinrichtung in unmittelbarem Kontakt mit wenigstens einem der wenigstens zwei Batteriemodule.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung steht die wenigstens eine zweite Puffereinrichtung in unmittelbarem Kontakt mit dem Gehäuse und / oder mit wenigstens einem der wenigstens zwei Batteriemodule.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Puffereinrichtung rautenförmig, zylinderförmig, kreuzförmig oder sternförmig, insbesondere vier-zacken-sternförmig gebildet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die wenigstens eine zweite Puffereinrichtung keilförmig, zylinderförmig oder halbzylinderförmig gebildet.
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Vorzugsweise, wenn die wenigstens eine zweite Puffereinrichtung keilförmig ausgebildet ist, steht eine Seite der wenigstens einen keilförmigen zweiten Puffereinrichtung mit einer inneren Wand des Gehäuses in (unmittelbarem) Kontakt und zwei andere Seiten der wenigstens einen keilförmigen zweiten Puffereinrichtung stehen jeweils mit einem der wenigstens zwei Batteriemodule in (unmittelbarem) Kontakt.
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Die keilförmige zweite Puffereinrichtung verschiebt die Module im Crashfall nicht nur in die Crashrichtung sondern auch in eine Richtung, z.B. die quer oder senkrecht zur Crashrichtung ist, wodurch Energie des Aufpralls abgebaut wird. Die Crashrichtung ist eine Richtung, die die Energie des Aufpralls im Fahrzeug aufweist. Daher ermöglicht die Erfindung eine größere Knautschzone zwischen den Batteriemodulen. Da ein größerer Verformungsweg zur Verfügung steht, kann die Intrusion von am Crash beteiligten Elementen verhindert werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist die erste Puffereinrichtung und / oder die zweite Puffereinrichtung aus Metall, Kunststoff, Gummi oder Schaumstoff gebildet.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der erste Pufferbereich und / oder der zweite Pufferbereich eine Breite auf, die im Bereich zwischen 5 mm - 100 mm liegt.
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Die Breite des ersten Pufferbereichs oder des zweiten Pufferbereichs soll entsprechend der Größe des Hochvoltspeichers angepasst werden.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung weist der Hochvoltspeicher wenigstens vier Batteriemodule auf, die matrixartig, d.h. in „Zeilen“ und „Spalten“, angeordnet sein können, wobei wenigstens eine der wenigstens einen ersten Puffereinrichtung zwischen vier der wenigstens vier Batteriemodulen angeordnet ist.
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Vorzugsweise steht die wenigstens eine der wenigstens einen ersten Puffereinrichtung in (unmittelbarem) Kontakt mit vier der wenigstens vier Batteriemodule.
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Vorzugsweise, wenn die wenigstens eine der wenigstens einen ersten Puffereinrichtung rautenförmig oder vier-zacken-sternförmig gebildet ist, stehen vier Seiten der wenigstens einen der wenigstens einen ersten Puffereinrichtung jeweils in unmittelbarem Kontakt mit einem der wenigstens vier Batteriemodule.
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Die rautenförmige oder sternförmige zweite Puffereinrichtung (z.B. vier-zackensternförmige zweite Puffereinrichtung) verschiebt die Module im Crashfall nicht nur in die Crashrichtung sondern auch in eine Richtung senkrecht zur Crashrichtung, wodurch die Energie des Aufpralls abgebaut wird. Daher ermöglicht die Erfindung eine größere Knautschzone zwischen den Batteriemodulen. Da ein größerer Verformungsweg zur Verfügung steht, kann die Gefahr einer Intrusion von am Crash beteiligten Elementen verringert werden.
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Die vorliegende Erfindung schlägt ferner ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug mit wenigstens einem obengenannten Hochvoltspeicher vor.
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Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 einen Hochvoltspeicher mit zwei Batteriemodulen und Puffereinrichtungen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 einen Hochvoltspeicher mit sechs Batteriemodulen und Puffereinrichtungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 einen Hochvoltspeicher mit sechs Batteriemodulen und Puffereinrichtungen gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die nachfolgend erläuterten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
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1 zeigt eine Draufsicht einer Ausführungsförm des erfindungsgemäßen Hochvoltspeichers mit zwei Batteriemodulen. Der Hochvoltspeicher 10 weist ein Gehäuse 17 und mehrere, nämlich sechs, sich innerhalb des Gehäuses 17 befindende Batteriemodule 11 auf. Die zwei Batteriemodule 11 sind in einer Reihe bzw. Spalte nebeneinander angeordnet. Zwischen den zwei Batteriemodulen 11 ist ein erster Pufferbereich 13 vorgesehen, wobei in dem oder an dem ersten Pufferbereich 13 eine erste Puffereinrichtung 15 angeordnet ist. Die erste Puffereinrichtung 15 ist zylinderförmig gebildet. Wie in 1 gezeigt, weist die erste Puffereinrichtung 15 einen runden Querschnitt auf. Alternativ dazu könnte die erste Puffereinrichtung 15 auch z. B. rautenförmig, kreuzförmig, sternförmig, insbesondere vier-zacken-sternförmig, o.ä. ausgebildet sein. Vorzugsweise steht die Puffereinrichtung 15 in unmittelbarem Kontakt mit den beiden Batteriemodulen 11.
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Die Breite des ersten Pufferbereichs 13 zwischen den Batteriemodulen 11 hängt von der Größe des Hochvoltspeichers ab. Der erste Pufferbereich 13 kann beispielsweise im Bereich zwischen 5 mm und 100 mm liegen und z. B. 20 mm breit sein. Die erste Puffereinrichtung 15 kann aus verschiedenen Materialien z.B. Metall (Aluminium, Stahl usw.), Kunststoff, Gummi oder Schaumstoff gebildet werden.
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Wenn bei einem Crashfall hohe Kräfte auf den Hochvoltspeicher 10 wirken, bildet der erste Pufferbereich 13 eine Knautschzone zwischen den Batteriemodulen 11. Dadurch steht ein größerer Verformungsweg zwischen den Batteriemodulen 11 zur Verfügung. Außerdem kann die erste Puffereinrichtung 15 dazu dienen, im Crashfall sowohl Energie des Aufpralls abzusorbieren als auch die Bewegungsrichtung der Batteriemodule 11 in eine sich von der Crashrichtung unterscheidende Richtung (z. B. quer dazu) zu wandeln. Die erste Puffereinrichtung 15 verhindert deswegen ein Ineinanderschieben der Batteriemodule 11 nach dem Crash. Dadaurch werden die Batteriemodule besser vor Crash bedingten Beschädigungen geschützt.
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Außerdem ist ein zweiter Pufferbereich 14 zwischen dem Gehäuse 17 und den Batteriemodulen 11 vorgesehen. Der zweite Pufferbereich 14 erstreckt sich um die Gruppe von Batteriemodule 11 herum, wobei in und/oder an dem zweiten Pufferbereich 14 eine zweite Puffereinrichtung 16 angeordnet ist. Bei einem Crashfall dient der erste Pufferbereich 14 dazu, eine weitere Knautschzone zwischen dem Gehäuse und den Batteriemodulen 11 zu bilden.
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Wie in 1 gezeigt, kann die erste Puffereinrichtung 16 z. B. keilförmig, zylinderförmig oder halbzylinderförmig gebildet werden. Vorzugsweise, wenn die zweite Puffereinrichtung 16 keilförmig gebildet ist, steht eine Seite der keilförmigen zweiten Puffereinrichtung 16 mit einer inneren Wand des Gehäuses 17 in (unmittelbarem) Kontakt und zwei andere Seiten der keilförmigen zweiten Puffereinrichtung 16 stehen jeweils mit einem der Batteriemodule 11 in (unmittelbarem) Kontakt. Die erste Puffereinrichtung 15 und die zweite Puffereinrichtung 16 können durch z. B. Schweißen, Formschluss oder Kleben befestigt sein.
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Die keilförmige zweite Puffereinrichtung 16 kann dazu dienen, sowohl Energie des Aufpralls abzusorbieren als auch die Bewegungsrichtung der Batteriemodule 11 in eine sich von der Crashrichtung unterscheidende Richtung zu wandeln. Dadurch kann ein Ineinanderschieben der Batteriemodule 11 infolge des Crashs verhindert werden. Daher kann die Gefahr, dass sich die Batteriemodule des Hochvoltspeichers gegenseitig beschädigen, durch den ersten Pufferbereich 13 und die erste Puffereinrichtung 15 verringert werden.
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Die Breite des ersten Pufferbereichs 14 zwischen dem Gehäuse 17 und den Batteriemodulen 11 hängt von der Größe des Hochvoltspeichers 10 ab. Der erste Pufferbereich 14 kann beispielsweise im Bereich zwischen 5 mm und 100 mm liegen und z. B. 20 mm betragen. Die erste Puffereinrichtung 16 kann z. B. teilweise oder vollständig aus Metall (z. B. Aluminium, Stahl usw.), Kunststoff, Gummi oder Schaumstoff gebildet sein.
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2 zeigt eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Hochvoltspeichers mit sechs Batteriemodulen. Der in 2 gezeigte Hochvoltspeicher 20 ist eine Weiterbildung des in 1 gezeigten Hochvoltspeichers und weist sechs sich innerhalb des Gehäuses 17 befindende Batteriemodule 11 auf. Die sechs Batteriemodule 11 sind matrixartig (in „Zeilen“ und „Spalten“) angeordnet, wobei zwischen zwei nebeneinander befindlichen Batteriemodulen 11 ein erster Pufferbereich 13 vorgesehen ist, wobei in und/oder an dem ersten Pufferbereich 13 eine erste Puffereinrichtung 15 angeordnet ist. Die erste Puffereinrichtung 15 ist rautenförmig ausgebildet. Vorzugsweise ist eine erste Puffereinrichtung 15 zwischen den vier in zwei Zeilen und zwei Spalten angeordneten Batteriemodulen 11 vorgesehen.
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Vorzugsweise stehen die Puffereinrichtungen 15 jeweils in unmittelbarem Kontakt mit jeweils vier „neachbarten“ Batteriemodulen 11.
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Wie in 2 gezeigt, kann die erste Puffereinrichtung 15 rautenförmig gebildet sein. In dem Fall stehen die vier Seiten dieser ersten Puffereinrichtung 15 jeweils mit einem Batteriemodul 11 in unmittelbarem Kontakt.
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Außerdem ist ein zweiter Pufferbereich 14 zwischen dem Gehäuse 17 und den Batteriemodulen 11 vorgesehen. Der zweite Pufferbereich 14 umschließt die Batteriemodule 11, wobei im und/oder am zweiten Pufferbereich 14 eine zweite Puffereinrichtung 16 angeordnet ist. Beim Crash des Fahrzeugs dient der erste Pufferbereich 14 dazu, eine weitere Knautschzone zwischen dem Gehäuse und den Batteriemodulen 11 zu liefern.
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Wie in 2 gezeigt, ist die zweite Puffereinrichtung 16 keilförmig ausgebildet, wobei die Spitze der keilförmigen zweiten Puffereinrichtung 16 sich von dem zweiten Pufferbereich 14 in Richtung des ersten Pufferbereichs 13 erstreckt, d.h. zwischen zwei Batteriemodule 11 ragt. Außerdem steht eine Seite der keilförmigen zweiten Puffereinrichtung 16 mit einer inneren Wand des Gehäuses 17 und zwei anderen Seiten, welche die Spitze der keilförmigen zweiten Puffereinrichtung 16 bilden, jeweils mit einem der Batteriemodule 11 in (unmittelbarem) Kontakt. Die erste Puffereinrichtung 15 und die zweite Puffereinrichtung 16 können durch z.B. Schweißen, Formschluss oder Kleben im Hochvoltspeicher 20 befestigt werden.
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Die rautenförmige erste Puffereinrichtung 15 und die keilförmige zweite Puffereinrichtung 16 dienen im Crashfall dazu, die Bewegungsrichtung der Batteriemodule 11 in eine sich von der Crashrichtung unterscheidende Richtung zu wandeln, z.B. in eine Richtung senkrecht zur Crashrichtung. Die Energie des Crashs kann sowohl durch die Umwandlung der Bewegungsrichtung als auch durch eine Verformung der ersten Puffereinrichtung 15 und / oder der zweiten Puffereinrichtung abgebaut werden. Dadurch können die Batteriemodule besser vor Beschädigungen geschützt werden. Außerdem steht ein größerer Verformungsweg zwischen den Batteriemodulen 11 zur Verfügung. Ein Batteriemodul 11 kann sich in den ersten Pufferbereich 13 und / oder in den zweiten Pufferbereich 14 bewegen, ohne die nebenstehenden Batteriemodule 11 zu beschädigen. Daher kann die Gefahr, dass sich die Batteriemodule des Hochvoltspeichers gegenseitig beschädigen, durch den ersten Pufferbereich 13 und die erste Puffereinrichtung 15 verringert werden. Der erste Pufferbereich 13 und der zweite Pufferbereich 14 sowie die rautenförmige erste Puffereinrichtung 15 und die keilförmige zweite Puffereinrichtung 16 verringern somit die Gefahr eines Ineinanderschiebens der Batteriemodule 11 während eines Crashs.
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Die Breite des ersten Pufferbereichs 13 zwischen den Batteriemodulen 11 hängt von der Größe des Hochvoltspeichers ab. Der erste Pufferbereich 13 kann beispielsweise 5 mm bis 100 mm breit sein, vorzugsweise 20 mm. Je nach Umstand kann die erste Puffereinrichtung 15 aus verschiedenen Materialien z.B. Metall (Aluminium, Stahl usw.), Kunststoff, Gummi oder Schaumstoff gebildet sein.
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Wie in 3 gezeigt, kann die erste Puffereinrichtung 15 z. B. sternförmig, insbesondere vier-zacken-sternförmig, gebildet werden. Außerdem kann die erste Puffereinrichtung 15 auch zylinderförmig gebildet werden. Die erste Puffereinrichtung 16 kann auch zylinderförmig oder halbzylinderförmig gebildet werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009055852 A1 [0003]
