DE102018202190A1 - Battery with battery modules - Google Patents
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Abstract
Es ist bereits eine Batterie bekannt, die aus mehreren Batteriemodulen besteht, zwischen denen Deformationselemente angeordnet sind. Im Falle eines Crashs können sich die Batteriemodule relativ zueinander verschieben und so Crashenergie aufnehmen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterie zu schaffen, die bei einer von außen einwirkenden Kraft durch Verformung Energie absorbieren kann.
Erfindungsgemäß umfasst eine Batterie (2) zumindest einen Modulträger (14) mit mehreren Batteriemodulen (8), die zylinderförmig sind. Dabei sind vorteilhafterweise in dem Modulträger (14) zwei oder mehr über einander angeordneten Lagen (10, 12) aus seitlich nebeneinander, zueinander parallele Batteriemodulen (8) untergebracht, die in seitliche Richtung zueinander leicht versetzt angeordnet sind. Im Falle eines Crashs kann ein Boden (16) und/oder ein Deckel (18) des Modulträgers (14) ausbauchen, sodass zusätzlicher Raum für die zylinderförmigen Batteriemodulen (8) entsteht, sodass diese in diese in seitlicher Richtung in den zusätzlichen Raum hinein zusammengeschoben werden können.
There is already known a battery which consists of several battery modules, between which deformation elements are arranged. In the event of a crash, the battery modules can shift relative to one another and thus absorb crash energy. The object of the invention is to provide a battery which can absorb energy by deformation when acting from outside.
According to the invention, a battery (2) comprises at least one module carrier (14) with a plurality of battery modules (8) which are cylindrical. In this case, two or more superimposed layers (10, 12) are advantageously accommodated in the module carrier (14) from side by side, mutually parallel battery modules (8) which are arranged slightly offset from one another in the lateral direction. In the event of a crash, a bottom (16) and / or a lid (18) of the module carrier (14) bulge, so that additional space for the cylindrical battery modules (8) is formed so that they pushed together in this laterally in the additional space can be.
Description
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit Batteriemodulen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a battery with battery modules according to the preamble of patent claim 1.
Es sind allgemein Batteriemodule bekannt, die mehrere einzelne Speicherzellen aufweisen, die miteinander kontaktiert sind, sodass das jeweilige Batteriemodul die gewünschte Spannungshöhe oder Speicherkapazität aufweist. Dabei können die Speicherzellen in einer einzigen Schicht nebeneinander angeordnet sein oder aber auch in mehreren Schichten übereinander.Battery modules are generally known, which have a plurality of individual memory cells which are contacted with each other, so that the respective battery module has the desired voltage level or storage capacity. In this case, the memory cells can be arranged in a single layer next to each other or else in several layers one above the other.
Weiterhin ist bekannt, dass die Speicherzellen Substanzen enthalten, die gesundheitsgefährdend oder brennbar sind, wenn sie bei einer Beschädigung der Speicherzelle austreten. Daher ist es wichtig, dass die Speicherzellen nicht beschädigt werden. Diese Thematik ist insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen von großer Bedeutung, da sichergestellt werden muss, dass auch bei einem Crash die Speicherzellen möglichst nicht beschädigt werden, oder zumindest keine gefährlichen Substanzen austreten können.Furthermore, it is known that the storage cells contain substances that are hazardous to health or combustible if they escape in the event of damage to the storage cell. Therefore, it is important that the memory cells are not damaged. This issue is particularly important in electrically powered vehicles of great importance, since it must be ensured that even in a crash, the memory cells are not damaged as possible, or at least no dangerous substances can escape.
Dazu weisen die heutigen Batterien eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs üblicherweise ein sehr robustes, dichtes Batteriegehäuse mit einer hohen Festigkeit auf, in dem mehrere Batteriemodule angeordnet sind. Eine solche Batterie kann aber keine Crashenergie absorbieren.For this purpose, today's batteries of an electrically driven motor vehicle usually have a very robust, dense battery housing with a high strength, in which a plurality of battery modules are arranged. However, such a battery can not absorb crash energy.
Aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Batterie zu schaffen, die bei einer von außen einwirkenden Kraft durch Verformung Energie absorbieren kann.The object of the invention is to provide a battery which can absorb energy by deformation when acting from outside.
Diese Aufgabe wird mit einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved with a battery having a plurality of battery modules having the features of patent claim 1.
Erfindungsgemäß umfasst die Batterie einen Modulträger mit mehreren Batteriemodulen, wobei die Batteriemodule zylinderförmig sind. In dem Modulträger sind zwei oder mehr übereinander angeordnete Lagen aus jeweils seitlich nebeneinander, zueinander parallel angeordneten Batteriemodulen untergebracht. Dabei sind die Batteriemodule zweier aneinander angrenzender Lagen parallel zueinander und jeweils seitlich um eine halbe Breite eines Batteriemoduls zueinander versetzt angeordnet, sodass die Höhe der beiden Lagen in Summe geringer ist, als die Höhe zweier übereinander und nicht versetzt zueinander angeordneter Batteriemodule.According to the invention, the battery comprises a module carrier with a plurality of battery modules, wherein the battery modules are cylindrical. In the module carrier two or more superposed layers of each side next to each other, mutually parallel battery modules are housed. In this case, the battery modules of two adjoining layers are arranged parallel to each other and each laterally offset by half a width of a battery module to each other, so that the height of the two layers in total is less than the height of two superimposed and not mutually offset battery modules.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist der Modulträger einen Boden und einen Deckel auf, zwischen denen die Lagen der Batteriemodule angeordnet sind. Bei einer hohen, auf die Batterie einwirkenden Kraft, deren Hauptrichtung in der Ebene des Deckels und/oder des Bodens liegt, und die seitlich auf die Batteriemodule gerichtet ist, kann vorteilhafterweise der Boden und/oder der Deckel ausbauchen. Dadurch können die Batteriemodule in Richtung der einwirkenden Kraft seitlich zusammengeschoben werden und dabei den durch das Ausbauchen des Bodens und/oder Deckels entstandenen Raum ausfüllen. Auf diese Weise ist eine Deformation der Batterie und dabei eine Absorption von Energie möglich, ohne dass die zylinderförmigen Batteriemodule beschädigt werden. Diese rollen und gleiten vielmehr aneinander ab und verlagern sich in den Raum, der durch das Ausbauchen des Bodens und/oder Deckels zusätzlich entstanden ist.According to an advantageous embodiment, the module carrier has a bottom and a lid, between which the layers of the battery modules are arranged. With a high force acting on the battery, whose main direction is in the plane of the lid and / or the bottom, and which is directed laterally on the battery modules, may advantageously bulge the bottom and / or the lid. As a result, the battery modules can be pushed laterally in the direction of the applied force and thereby fill the space created by the bulging of the bottom and / or lid. In this way, a deformation of the battery and thereby an absorption of energy is possible without the cylindrical battery modules are damaged. These roll and glide rather from one another and shift into the space that has arisen in addition by the bulging of the bottom and / or lid.
Idealerweise weist der Modulträger zusätzlich beidseitig jeweils eine Halteeinrichtung auf, an der die Batteriemodule mit ihren Stirnseiten befestigt sind. Die Befestigungen der Batteriemodule sind an den Halteeinrichtungen so dimensioniert, dass sie bei Belastungen, die einen definierten Grenzwert übersteigen, sich lösen oder abreißen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die Batteriemodule stets in ihrer Sollposition in dem Modulträger fixiert sind. Ausschließlich bei hohen, auf die Batterie einwirkenden Kräften, lösen sich diese Fixierungen und behindern das gewünschte Verlagern der Batteriemodule nicht.Ideally, the module carrier additionally has on both sides in each case a holding device to which the battery modules are fastened by their end faces. The fasteners of the battery modules are dimensioned on the holding devices so that they detach or break under loads that exceed a defined limit. In this way, it is ensured that the battery modules are always fixed in their desired position in the module carrier. Only at high, acting on the battery forces, these fixations solve and do not impede the desired relocation of the battery modules.
Idealerweise kommt eine solche Batterie bei einem Personenkraftfahrzeug zum Einsatz.Ideally, such a battery is used in a passenger vehicle.
Ein typisches Kraftfahrzeug weist einen Vorderwagen, eine in Fahrzeuglängsrichtung gesehen hinten daran angrenzende Fahrgastzelle sowie einen wiederum an die Fahrgastzelle hinten angrenzenden Hinterwagen auf. Bevorzugt ist die Batterie im Bereich des Bodens der Fahrgastzelle angeordnet.A typical motor vehicle has a front end, seen in the vehicle longitudinal direction behind it adjacent passenger compartment and in turn to the passenger compartment rear adjacent rear. Preferably, the battery is arranged in the region of the bottom of the passenger compartment.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist das Personenkraftfahrzeug im Bereich des Bodens der Fahrgastzelle zumindest zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende, zueinander parallel angeordnete Längsträger im Bodenbereich auf, wobei zwischen den beiden Längsträgern sich in Fahrzeugquerrichtung zumindest zwei Querträger erstrecken. Die Batterie ist idealerweise zwischen den beiden Längsträgern sowie zwischen zwei benachbarten Querträgern angeordnet. Dabei kann die Batterie direkt an die Längs- und/oder Querträger angrenzen. Die Längs- und Querträger schützen die Batterie. Zudem kann die Batterie an den Längs- und/oder Querträgern befestigt sein. Vorteilhafterweise bildet der Boden des Modulträgers der Batterie zugleich den Unterboden des Personenkraftfahrzeugs in diesem Bereich. Idealerweise bilden die beiden Seitenschweller des Personenkraftfahrzeugs die beiden Längsträger. Die Batterie weist also kein zusätzliches, steifes Gehäuse auf, das alle übrigen Bauteile der Batterie schützend umgibt.According to an advantageous embodiment, the passenger vehicle in the region of the bottom of the passenger compartment at least two extending in the vehicle longitudinal direction, mutually parallel longitudinal member in the bottom region, extending between the two side members in the vehicle transverse direction at least two cross members. The battery is ideally between the two side rails and between two arranged adjacent cross beams. The battery can be directly adjacent to the longitudinal and / or cross member. The longitudinal and transverse beams protect the battery. In addition, the battery can be attached to the longitudinal and / or cross members. Advantageously, the bottom of the module carrier of the battery also forms the underbody of the passenger vehicle in this area. Ideally, the two side skirts of the passenger vehicle form the two side members. Thus, the battery has no additional, rigid housing, which surrounds all other components of the battery protective.
Eine bei einem Seitencrash seitlich eindringende Barriere stellt die größtmögliche Belastung der Batterie dar. Eine solche Barriere kann beispielsweise ein Pfosten, ein Poller oder aber auch ein anderes Kraftfahrzeug sein. Gerade bei einer solchen Belastung ist es von großem Vorteil, wenn die Batterie durch eine gezielte Verformung Energie absorbieren kann. Dazu erstrecken sich vorteilhafterweise die Achsen der zylinderförmigen Batteriemodule der Batterie in Fahrzeuglängsrichtung. Im Falle eines Seitencrashs baucht der Boden des Modulträgers, der die untere Begrenzung der Batteriemodule in Fahrzeughöhenrichtung bildet, nach unten aus, sodass seine Erstreckung in Fahrzeugquerrichtung abnimmt. Dadurch können die Batteriemodule in Fahrzeugquerrichtung etwas zusammengeschoben werden, indem sie in den zusätzlich entstandenen Raum durch das Ausbauchen des Bodens hinein verlagert werden. Alternativ oder zusätzlich kann der Deckel des Modulträgers, der in Fahrzeughöhenrichtung die obere Begrenzung der Batteriemodule bildet, nach oben ausbauchen.A laterally penetrating in a side impact barrier represents the greatest possible load on the battery. Such a barrier may be, for example, a post, a bollard or even another motor vehicle. Especially with such a load, it is of great advantage if the battery can absorb energy through a targeted deformation. These advantageously extend the axes of the cylindrical battery modules of the battery in the vehicle longitudinal direction. In the event of a side crash, the bottom of the module carrier, which forms the lower boundary of the battery modules in the vehicle height direction, bulges downward, so that its extension decreases in the vehicle transverse direction. As a result, the battery modules can be slightly pushed together in the vehicle transverse direction by being displaced into the additional space created by the bulging of the floor. Alternatively or additionally, the cover of the module carrier, which forms the upper limit of the battery modules in the vehicle height direction, bulge upwards.
Dabei ist es wichtig, dass vorteilhafterweise in Fahrzeughöhenrichtung gesehen an den Deckel des Modulträgers der Batterie nach oben und/oder an den Boden des Modulträgers der Batterie nach unten keine anderen Bauteile unmittelbar angrenzen, die im Falle eines Seitencrashs ein Auswölben des Deckels und/oder des Bodens behindern könnten.It is important that seen advantageously in the vehicle height direction to the cover of the module carrier of the battery upwards and / or to the bottom of the module carrier of the battery down no other components directly adjacent, in the case of a side crash buckling of the lid and / or Soil could hinder.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.Further advantageous embodiments are the subject of dependent claims.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Anordnung mehrerer Batterien mit jeweils einem Modulträger mit mehreren Batteriemodulen im Unterboden eines Kraftfahrzeugs, -
2 eine vergrößerte Seitenansicht einer in1 gezeigten Batterie mit einem Modulträger mit mehreren Batteriemodulen, -
3 einen Querschnitt durch die in1 und2 gezeigte Batterie zu Beginn einer einwirkenden hohen mechanischen Beanspruchung, -
4 den in3 gezeigten Querschnitt nach dem Einwirken der hohen mechanischen Beanspruchung und -
5 eine Detailansicht der Karosseriestruktur von1 ohne die Batterien mit einer zusätzlichen Abgleitstruktur.
-
1 a perspective view of an arrangement of several batteries, each with a module carrier with multiple battery modules in the underbody of a motor vehicle, -
2 an enlarged side view of an in1 shown battery with a module carrier with multiple battery modules, -
3 a cross section through the in1 and2 shown battery at the beginning of an acting high mechanical stress, -
4 the in3 shown cross-section after the action of high mechanical stress and -
5 a detailed view of the body structure of1 without the batteries with an additional sliding structure.
In
Zwischen den beiden Längsträgern
Alle Batteriemodule
Jedes Personenkraftfahrzeug muss bei einem Seitencrash einen möglichst guten Schutz für die Passagiere in der Fahrgastzelle gewährleisten. Dennoch kann nicht verhindert werden, dass bei einem Seitencrash auch die Batterien
Idealerweise sind auch die Batterien
Wie bereits zuvor beschrieben, sind die Batteriemodule
Generell ist dabei auch zu beachten, dass es verschiedene Arten eines Seitencrashs gibt. Bei einem Seitencrash mit einer breiten Barriere
In der
Die Hohlräume
Insgesamt ermöglicht ein solcher Aufbau, dass bei einem Seitencrash möglichst wenige Kräfte auf die Batterien
Diese Anordnung bildet einen sehr guten Schutz der Batteriemodule
Bezugszeichenliste:LIST OF REFERENCE NUMBERS
- 22
- Batteriebattery
- 44
- Längsträgerlongitudinal beams
- 66
- Querträgercrossbeam
- 88th
- Batteriemodulbattery module
- 1010
- obere Lageupper layer
- 1212
- untere Lagelower position
- 1414
- Modulträgermodule carrier
- 1616
- Deckelcover
- 1818
- Bodenground
- 2020
- SeitenwandSide wall
- 2222
- Halteeinrichtungholder
- 2424
- Barrierebarrier
- 2626
- AbgleitstrukturAbgleitstruktur
- 2828
- Hohlraumcavity
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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