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Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Karosserie, einer elektrischen Traktionsmaschine und wenigstens einem als Traktionsbatterie ausgebildeten elektrischen Energiespeicher zur Zwischenspeicherung von elektrischer Energie zum Betrieb der Traktionsmaschine.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
EP 2 843 727 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Batterieeinrichtung, bei welcher ein wasserabsorbierendes Polymer in einem Innenraum eines Batteriegehäuses angeordnet ist. Sobald Wasser in das Batteriegehäuse eingebracht wird, reißt ein Dichtfilm aufgrund eines Gewichts des Wassers. Anschließend wird das Wasser von dem wasserabsorbierenden Polymer absorbiert. Ein großer Teil des Wassers liegt anschließend in Form eines gelartigen Elements vor.
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Weiterhin beschreibt die Druckschrift
WO 2015/113858 A2 ein Batteriemodul mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezellen, die im Wesentlichen plattenartig ausgebildet und von einer Schaumstoffstruktur umgeben sind, wobei die Schaumstoffstruktur zumindest zwei Schaumstoffschichten mit gleichen oder unterschiedlichen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist. Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Kraftfahrzeug vorzuschlagen, welches gegenüber bekannten Kraftfahrzeugen Vorteile aufweist, insbesondere eine besonders hohe Sicherheit im Falle einer Fehlfunktion des elektrischen Energiespeichers bietet, insbesondere für Insassen des Kraftfahrzeugs.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Karosserie und/oder ein Batteriegehäuse der Traktionsbatterie zumindest bereichsweise mit einer intumeszierenden Brandschutzbeschichtung versehen sind/ist.
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Das Kraftfahrzeug verfügt über die elektrische Traktionsmaschine, welche zur Bereitstellung eines auf das Antreiben des Kraftfahrzeugs gerichteten Drehmoment vorgesehen und ausgebildet ist. Das Kraftfahrzeug liegt insoweit in Form eines Elektrokraftfahrzeugs oder eines Hybridkraftfahrzeugs vor. Die Traktionsmaschine ist mit elektrischer Energie betreibbar, die in einem elektrischen Energiespeicher zwischengespeichert wird. Der elektrische Energiespeicher liegt in Form einer Traktionsbatterie vor, welche eine an die Nennspannung der Traktionsmaschine angepasste Batteriespannung aufweist. Die Batteriespannung der Traktionsbatterie beträgt vorzugsweise mindestens 100 V, mindestens 200 V, mindestens 300 V, mindestens 400 V, mindestens 600 V oder mindestens 800 V.
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Der Energiespeicher beziehungsweise die Traktionsbatterie verfügt vorzugsweise über eine Vielzahl von Batteriezellen, welche in dem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind. Bei einem Fehler beziehungsweise einem Defekt des Energiespeichers kann es zum Austreten von heißen Gasen und/oder einem Temperaturanstieg kommen. Sowohl die heißen Gase als auch der Temperaturanstieg können zu einem Brand des Kraftfahrzeugs führen. Um eine Ausbreitung des Brands oder sogar bereits ein Entstehen des Brands zu verhindern, besteht der Energiespeicher, insbesondere das Batteriegehäuse, vorzugsweise wenigstens bereichsweise aus brandhemmenden Materialien. Aufgrund des technologischen Fortschritts bei Energiespeicher steigt die Energiedichte und damit einhergehend die im Fehlerfall freiwerdende thermische Energie stetig an. Die alleinige Verwendung brandhemmender Materialien kann zum Teil nicht mehr ausreichend sein, um einen Brand zu isolieren, zu verzögern oder vollständig zu verhindern. Außerdem können bestehende brandhemmende Materialien teilweise nicht in einem Außenbereich des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.
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Aus diesem Grund ist es vorgesehen, die Karosserie und/oder das Batteriegehäuse zumindest bereichsweise mit der Brandschutzbeschichtung zu versehen. Die Brandschutzbeschichtung kann insoweit auf der Karosserie, dem Batteriegehäuse oder beiden vorliegen. Unter der intumeszierenden Brandschutzbeschichtung ist eine Beschichtung zu verstehen, welche im Brandfall beziehungsweise unter Wärmeeinwirkung aufschäumt und so ihre Schichtstärke deutlich vergrößert. Die Brandschutzbeschichtung wird also mit einer bestimmten Schichtstärke auf die Karosserie und/oder das Batteriegehäuse aufgebracht. Diese Schichtstärke wird beibehalten, solange die Temperatur der Brandschutzbeschichtung unterhalb eines bestimmten Grenzwerts liegt. Erreicht oder überschreitet die Temperatur den Grenzwert, so schäumt die Brandschutzbeschichtung auf, sodass sich die Schichtstärke ausgehend von der ersten Schichtstärke vergrößert, nämlich bis hin zu einer zweiten Schichtstärke, welche größer ist als die erste Schichtstärke. Beispielsweise ist die zweite Schichtstärke um einen Faktor von mindestens 5, mindestens 10, mindestens 25, mindestens 50, mindestens 75 oder mindestens 100 größer als die erste Schichtstärke.
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Der Grenzwert wird bevorzugt derart gewählt, dass er größer ist als eine bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb des Energiespeichers auftretende Temperatur, jedoch kleiner als eine im Fehlerfall zu erwartende Temperatur. Aufgrund des Aufschäumens der Brandschutzbeschichtung im Brandfall wird die Wärmeleitfähigkeit der Brandschutzbeschichtung deutlich verringert. Bei der ersten Schichtstärke weist die Brandschutzbeschichtung insoweit eine erste Wärmeleitfähigkeit und bei der zweiten Schichtstärke eine zweite Wärmeleitfähigkeit auf, wobei die zweite Wärmeleitfähigkeit geringer ist als die erste Wärmeleitfähigkeit. Mithilfe der Brandschutzbeschichtung wird also im Brandfall eine besonders hervorragende thermische Trennung des Energiespeichers von weiteren Bereichen des Kraftfahrzeugs erzielt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Karosserie ein Karosseriebauteil aufweist, das einen Batterieaufnahmeraum zur Aufnahme der Traktionsbatterie begrenzt und auf seiner dem Batterieaufnahmeraum zugewandten Seite mit der Brandschutzbeschichtung versehen ist. Der Batterieaufnahmeraum ist an beziehungsweise in der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Er wird wenigstens bereichsweise von dem Karosseriebauteil begrenzt. Beispielsweise liegt das Karosseriebauteil in Form eines flächigen Bauteils vor, welches zwischen einem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs und der Traktionsbatterie beziehungsweise dem Batterieaufnahmeraum angeordnet ist.
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Das Karosseriebauteil begrenzt den Batterieaufnahmeraum wenigstens bereichsweise. Es kann jedoch auch zur vollständigen Einfassung des Batterieaufnahmeraums vorgesehen und ausgebildet sein. In dem Batterieaufnahmeraum ist die Traktionsbatterie angeordnet. Um die vorstehend beschriebene Isolierungswirkung im Brandfall zu bewirken, ist das Karosseriebauteil auf seiner dem Batterieaufnahmeraum zugewandten Seite mit der Brandschutzbeschichtung versehen. Hierunter ist zu verstehen, dass wenigstens ein Bereich der dem Batterieaufnahmeraum zugewandten Seite die Brandschutzbeschichtung aufweist. Besonders bevorzugt ist die gesamte dem Batterieaufnahmeraum zugewandte Seite des Karosseriebauteils mit der Brandschutzbeschichtung versehen.
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Im Rahmen einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Karosseriebauteil die Brandschutzbeschichtung auf seiner dem Batterieaufnahmeraum abgewandten Seite aufweist. Die Brandschutzbeschichtung ist also zusätzlich oder alternativ zu der Anordnung auf der dem Batterieaufnahmeraum zugewandten Seite auf der ihm abgewandten Seite aufgebracht. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Brandschutzbeschichtung auf beiden Seiten vorliegt, weil hierdurch eine besonders gute Dämmwirkung im Brandfall erzielt wird. Beispielsweise ist die Brandschutzbeschichtung auf der dem Batterieaufnahmeraum zugewandten Seite des Karosseriebauteils derart ausgebildet, dass sie eine höhere Aktivierungstemperatur aufweist als die Brandschutzbeschichtung auf der dem Batterieaufnahmeraum abgewandten Seite. Unter der Aktivierungstemperatur ist diejenige Temperatur zu verstehen, bei oder ab welcher die Brandschutzbeschichtung aufschäumt.
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Eine besonders bevorzugte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Karosseriebauteil ein Bodenblech des Kraftfahrzeugs ist. Der Batterieaufnahmeraum ist im Falle des Bodenblechs auf der dem Fahrgastraum des Kraftfahrzeugs abgewandten Seite angeordnet, insoweit also zwischen einem Untergrund, auf welchem das Kraftfahrzeug angeordnet ist, und dem Bodenblech. Mit einer derartigen Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs wird eine besonders bauraumeffiziente Anordnung des Energiespeichers realisiert.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Batterieaufnahmeraum wetterfest ausgebildet ist. Beispielsweise ist hierzu eine Abdeckung vorgesehen, welche an dem Bodenblech des Kraftfahrzeugs befestigt ist und den Batterieaufnahmeraum gemeinsam mit dem Bodenblech einschließt. Die Abdeckung ist vorzugsweise beschädigungsfrei lösbar an dem Bodenblech befestigt, um ein einfaches Wechseln des Energiespeichers zu ermöglichen. Unter der wetterfesten Ausgestaltung des Batterieaufnahmeraums ist zu verstehen, dass der Batterieaufnahmeraum zumindest vor dem Eindringen von grobem Schmutz und/oder kritischen Mengen an Wasser geschützt ist. Die wetterfeste Ausbildung bedeutet insoweit nicht, dass der Batterieaufnahmeraum vollständig dicht, insbesondere vollständig wasserdicht ist. Die wetterfeste Ausgestaltung des Batterieaufnahmeraums hat den Vorteil, dass eine Beschädigung beziehungsweise eine Passivierung der Brandschutzbeschichtung durch Umgebungseinflüsse, beispielsweise durch Wasser, zuverlässig verhindert wird.
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Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Batteriegehäuse auf seiner Außenseite die Brandschutzbeschichtung aufweist. Die Brandschutzbeschichtung auf dem Batteriegehäuse kann zusätzlich oder alternativ zu der Brandschutzbeschichtung auf dem Karosseriebauteil vorliegen. Das Batteriegehäuse weist die Brandschutzbeschichtung vorzugsweise ausschließlich auf seiner Außenseite auf, um eine mechanische Beeinträchtigung der in dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezelle bei einem Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung zu vermeiden. Vorzugsweise besteht das Batteriegehäuse aus einem Material, welches eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, insbesondere eine bessere Wärmeleitfähigkeit als die Brandschutzbeschichtung in nicht aufgeschäumtem Zustand. Hierdurch wird sichergestellt, dass die im Brandfall in dem Batteriegehäuse anfallende Wärme der Brandschutzbeschichtung zugeführt wird, sodass diese aufschäumt und nachfolgend eine zuverlässige thermische Isolierung der Traktionsbatterie bewirkt.
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Eine besonders bevorzugte weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Brandschutzbeschichtung Ammoniumpolyphosphat, Polyurethan und/oder Natriumsilikat aufweist. Beispielsweise dient das Polyurethan als Trägermaterial, in welchem das Ammoniumpolyphosphat und/oder das Natriumsilikat vorliegen. Das Ammoniumpolyphosphat dient dem Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung bei Überschreiten des Grenzwerts durch die Temperatur. In diesem Fall wird das Ammoniumpolyphosphat zersetzt, sodass Phosphorsäure entsteht. Zusätzlich ist nun in der Brandschutzbeschichtung ein mit Phosphorsäure zu einem die Brandschutzbeschichtung aufschäumenden Gas reagierender Stoff vorgesehen, beispielsweise ein polyvalenter Alkohol. Dieser reagiert mit der Phosphorsäure zu Phosphatestern, aus welchen schlussendlich Kohlendioxid entsteht, welches zu dem Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung führt.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Ammoniumpolyphosphat kann das Natriumsilikat zum Erzielen des Aufschäumens der Brandschutzbeschichtung bei Erreichen oder Überschreiten des Temperaturgrenzwerts durch die Temperatur verwendet werden. Die genannten Stoffe ermöglichen ein zuverlässiges Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung im Brandfall und sind zudem weitgehend wetterbeständig, sodass sie ohne weiteres an dem Kraftfahrzeug eingesetzt werden können.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Polyurethan aufgeschäumt ist. Das Polyurethan kann bereits bei seinem Aufbringen in Form der Brandschutzbestimmung zumindest teilweise aufgeschäumt sein. Somit wird bereits bei nicht (weiter) aufgeschäumter Brandschutzbeschichtung eine gewisse thermische Isolationswirkung erzielt. Das Aufschäumen des Polyurethans stellt zudem sicher, dass das weitere Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung im Brandfall besonders zuverlässig erfolgt.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Brandschutzbeschichtung eine Mehrfachbeschichtung ist, die mehrere Brandschutzschichten aufweist. Die Brandschutzbeschichtung besteht also aus den mehreren Brandschutzschichten, welche nacheinander zum Erzeugen der Brandschutzbeschichtung aufgetragen werden. Beispielsweise besteht jede der Brandschutzschichten aus demselben Material. Die Brandschutzschichten können jedoch zumindest teilweise auch aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Beispielsweise weist eine erste der Brandschutzschichten Ammoniumpolyphosphat und eine zweite der Brandschutzschichten Natriumsilikat, nicht jedoch das jeweils andere Material auf. Durch die Verwendung der mehreren Brandschutzschichten ist ein besonders effektives Aufschäumen der Brandschutzbeschichtung im Brandfall sichergestellt, sodass eine gute thermische Isolationswirkung realisiert ist.
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Schließlich kann im Rahmen einer besonders bevorzugten weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen sein, dass die Brandschutzbeschichtung als Akustikdämmschicht ausgebildet ist. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Brandschutzbeschichtung auf eine Akustikdämmschicht aufgebracht ist. Zwischen der Brandschutzbeschichtung und der Karosserie beziehungsweise dem Batteriegehäuse liegt insoweit die Akustikdämmschicht vor. Die Akustikdämmschicht ist derart ausgebildet, dass die Ausbreitung von Schall beziehungsweise das Hindurchtreten von Schall durch die Akustikdämmschicht zumindest teilweise verhindert wird. Durch das Aufbringen der Brandschutzbeschichtung auf die Akustikdämmschicht muss letztere nicht separat an dem jeweiligen Bauteil vorliegen, sodass eine besonders kompakte und platzsparende Ausgestaltung erzielt ist. Besonders bevorzugt ist es jedoch vorgesehen, dass die Brandschutzbeschichtung als Akustikdämmschicht dient. In diesem Fall wird eine weitere Reduzierung des Platzbedarfs realisiert.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt die einzige
- Figur eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs.
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Die Figur zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 1, welches eine Karosserie 2 aufweist. Das Kraftfahrzeug 1 verfügt über eine hier nicht dargestellte elektrische Traktionsmaschine sowie über eine Traktionsbatterie 3, in welcher elektrische Energie zum Betrieb der Traktionsmaschine zwischenspeicherbar ist. Die Traktionsbatterie 3 setzt sich vorzugsweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen 4 zusammen, von welchen lediglich einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Die Batteriezellen 4 sind in einem Batteriegehäuse 5 angeordnet, welche sich wiederum in einem Batterieaufnahmeraum 6 des Kraftfahrzeugs 1 befindet.
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Der Batterieaufnahmeraum 6 wird wenigstens bereichsweise von der Karosserie 2, nämlich einem Karosseriebauteil 7 der Karosserie 2 begrenzt. Vorzugsweise ist das Karosseriebauteil 7 wie hier dargestellt zwischen einem Fahrgastraum 8 des Kraftfahrzeugs 1 und der Traktionsbatterie 3 angeordnet. Beispielsweise liegt das Karosseriebauteil 7 in Form eines Bodenblechs des Kraftfahrzeugs 1 vor. Der Batterieaufnahmeraum 6 kann mittels einer Abdeckung 9 wetterfest ausgestaltet sein. Die Abdeckung 9 ist vorzugsweise an der Karosserie 2 befestigt, insbesondere beschädigungsfrei lösbar befestigt, sodass ein einfacher Austausch der Traktionsbatterie 3 gewährleistet ist.
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Auf dem Karosseriebauteil 7 ist wenigstens bereichsweise oder vollflächig eine intumeszierende Brandschutzbeschichtung 10 aufgetragen. Die Brandschutzbeschichtung 10 ist derart ausgebildet, dass sie im Brandfall der Traktionsbatterie 3 beziehungsweise bei Überschreiten eines Grenzwerts durch die Temperatur in dem Batterieaufnahmeraum 6 aufschäumt, also ihre Materialstärke vergrößert. Hierdurch wird die Wärmeleitfähigkeit der Brandschutzbeschichtung 10 deutlich verringert, sodass insbesondere der Fahrgastraum 8 vor einem thermischen Einfluss der Traktionsbatterie 3 geschützt ist.
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Die Brandschutzbeschichtung 10 dient vorzugsweise zusätzlich als Akustikdämmschicht, sodass auf das separate Anbringen beziehungsweise Aufbringen einer solchen Akustikdämmschicht verzichtet werden kann. Selbstverständlich kann es jedoch alternativ vorgesehen sein, die Brandschutzbeschichtung 10 auf eine Akustikdämmschicht aufzubringen. Auch in diesem Fall wird eine kompakte Ausbildung erzielt.
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Die beschriebene Ausgestaltung des Kraftfahrzeugs 1 hat den Vorteil, dass die Karosserie 2 und vor allem ein Fahrgastraum 8 zuverlässig vor einem thermischen Einfluss der Traktionsbatterie 3 geschützt ist, insbesondere im Brandfall. Hierzu dient die intumeszierende Brandschutzbeschichtung 10, welche beispielsweise Ammoniumpolyphosphat, Polyurethan und/oder Natriumsilikat aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2843727 A1 [0002]
- WO 2015/113858 A2 [0003]
