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Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, aufweisend eine Druckabbauvorrichtung zum Abbauen eines durch eine crashbedingte Verformung verursachten Überdrucks eines im Inneren einer Temperiereinheit der Batterie angeordneten Temperiermittels. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
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Batterieelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge (BEV - Battery Equipped Vehicle) oder zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge weisen in der Regel zumindest eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Batterie (Hochvolt - elektrische Spannung größer als 60 V), als elektrischen Energiespeicher zum Bereitstellen einer elektrischen Antriebsenergie für das Kraftfahrzeug auf. Eine solche Hochvolt-Batterie umfasst in der Regel eine Vielzahl an Batteriezellen, welche zumeist zu Zellenstapeln angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind. Durch die elektrische Verschaltung der genannten Batteriezellen kann durch die Batterie eine Spannung von mehreren Hundert Volt bereitgestellt werden. Im Betrieb einer solchen Batterie kommt es, beispielsweise bedingt durch physiko-chemische Prozesse im Inneren der einzelnen Batteriezellen, zu einem Temperaturanstieg der Batterie. Zum Begrenzen dieses Temperaturanstiegs oder zum Entgegenwirken gegen diesen Temperaturanstieg umfasst eine solche Batterie daher in der Regel eine Temperiereinheit. Eine solche Temperiereinheit umfasst in der Regel einen mit einem Temperiermittel gefüllten Temperierkörper, welcher sich beispielsweise in Form einer Temperierplatte an einer Seite, insbesondere an einer Unterseite der Batterie befinden kann. Als Temperiermittel wird in der Regel ein Temperierfluid, insbesondere eine Temperierflüssigkeit, wie z.B. ein Wasser-Glykol-Gemisch, in der Temperiereinheit bereitgestellt. Ein solches Temperiermittel stellt damit in der Regel eine inkompressible Flüssigkeit dar. Mit anderen Worten ist das Temperiermittel in der Regel nicht zusammendrückbar, so dass es eine äußere Krafteinwirkung nicht durch eine Volumenänderung dämpfen kann, sondern diese wie ein Festkörper an anliegende Komponenten der Batterie, beispielsweise die Batteriezellen, weitergibt. Das Temperiermittel kann zusätzlich oder alternativ im Zusammenhang mit einer Heizfunktionalität der Batterie vorgesehen sein, um die Batterie beispielsweise bei Frost betriebsbereit zu machen.
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Die
DE 10 2018 000 759 A1 beschreibt eine Temperiereinheit für eine eingangs beschriebene Batterie, wobei Kühlelemente, welche durch ein Kühlfluid durchströmbar sind, zwischen einzelnen Batteriezellen der Batterie angeordnet sind.
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Nachteilig bei den bekannten Anordnungen von Temperiereinheit und Batteriezellen ist es, dass im Falle einer äußeren Krafteinwirkung auf die Batterie und/oder die Temperiereinheit, beispielsweise in Folge eines Crashs oder Unfalls, das in der Temperiereinheit befindliche Temperiermittel aufgrund seiner Inkompressibilität die von außen einwirkende Kraft ungedämpft oder unmittelbar an die umgebenden Batteriezellen weitergibt. Eine solche äußere Krafteinwirkung kann beispielsweise bei einem Unfall eines mit einer solchen Batterie ausgestatteten Kraftfahrzeugs auftreten. Ein solches Unfallereignis oder ein solcher Crash führt daher in der Regel zu einer Beschädigung, insbesondere zu einer Zerstörung, von zumindest einigen der Batteriezellen der Batterie.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Batterie der eingangs beschriebenen Art mit einer erhöhten Crashsicherheit bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch die Erfindung ist eine Batterie der eingangs beschriebenen Art für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug bereitgestellt. Die Batterie umfasst eine Temperiereinheit, in deren Innerem ein Temperiermittel angeordnet ist. Die Temperiereinheit kann beispielsweise ein Rohrsystem und/oder Kanalsystem aufweisen, um das Temperiermittel durch die Batterie zu leiten. Das Temperiermittel kann beispielsweise in Form eines inkompressiblen Fluids, insbesondere einer Flüssigkeit, bereitgestellt sein. Darüber hinaus umfasst die Batterie eine Druckabbauvorrichtung zum Abbauen eines durch eine crashbedingte Verformung verursachten Überdrucks des genannten Temperiermittels. Ein Überdruck ist ein Druck, welcher einen vorbestimmten Betriebsdruck des genannten Temperiermittels überschreitet, insbesondere um mehr als das 1,5-fache oder das Doppelte überschreitet. Dieser Überdruck oder überhöhte Druck kann beispielsweise durch eine zwangsweise Volumenverkleinerung des Inneren der Temperiereinheit, wie sie beispielsweise in Folge einer unfallbedingten oder crashbedingten Stauchung entstehen kann, verursacht sein. So kann beispielsweise verformungsbedingt ein Rohr und/oder ein Kanal der Temperiereinheit gequetscht und damit dessen Innenduck vergrößert werden.
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Erfindungsgemäß ist das Innere der Temperiereinheit, also dasjenige Raumvolumen, innerhalb dessen das Temperiermittel angeordnet ist, an zumindest einer Seite durch ein Begrenzungselement gegen einen Druckausgleichshohlraum abgegrenzt. Das Begrenzungselement kann beispielsweise durch ein mit einer Außenwand der Temperiereinheit oder einer äußeren Hülle der Temperiereinheit verbundenes Blech oder eine Folie gebildet sein, das ein Loch der Außenwand oder Hülle verschließt.
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Das Begrenzungselement weist erfindungsgemäß eine Solldurchbruchseinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Innere der Temperiereinheit von dem Druckausgleichshohlraum zunächst zu trennen und aber durch den Überdruck des Temperiermittels geöffnet zu werden, sobald dieser einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet. Durch das Öffnen der Solldurchbruchseinrichtung ist der Druckausgleichshohlraum hydraulisch mit dem Inneren der Temperiereinheit verbunden und zumindest abschnittsweise von dem Temperiermittel durchströmt, wodurch das Abbauen des Überdrucks stattfindet. Mit anderen Worten gelangt das Temperiermittel nicht in den Druckausgleichshohlraum bei geschlossener Solldurchbruchseinrichtung. Der Druckausgleichshohlraum kann sich auch außerhalb der Batterie befinden und insbesondere ein die Batterie umgebender Hohlraum sein. In diesem Fall kommt es bei geöffneter Solldurchbruchseinrichtung zu einem Austritt des Temperiermittels nach außen oder in den außerhalb der Batterie angeordneten Hohlraum. Der besagte Schwellenwert kann beispielsweise mehr als das 1,5-fache oder mehr als das Doppelte des besagten Normbetriebsdruckes oder mehr als 2 bar oder mehr als 5 bar betragen.
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Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass im Crashfall ein durch eine Verformung der Temperiereinheit in deren Inneren entstandener Überdruck in dem Temperiermittel abgebaut werden kann. Der Überdruck geht somit nicht unmittelbar auf die Batteriezellen der Batterie über. Hierdurch wird vorteilhaft die Crashsicherheit der Batterie erhöht. Mit anderen Worten strömt das Temperiermittel bei geöffneter Solldurchbruchseinrichtung vorteilhaft in den Druckausgleichshohlraum ab, wodurch der Überdruck abgebaut wird.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine Ausführungsform sieht vor, dass die Solldurchbruchseinrichtung zumindest eine Durchlassöffnung aufweist, die dazu eingerichtet ist, dem Temperiermittel einen Strömungswiderstand entgegenzusetzen. Mit anderen Worten bildet die zumindest eine Durchlassöffnung eine Engstelle, durch die das Temperiermittel zwar austreten kann, an der dem Temperiermittel beim Austreten oder Ausströmen aber ein Strömungswiderstand entgegengesetzt wird. Die zumindest eine Durchlassöffnung umfasst bevorzugt eine Durchlassfläche von weniger als 50 mm2, insbesondere 10 bis 30 mm2. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Temperiermittel nur verzögert in den Druckausgleichshohlraum eintreten kann. Der an der zumindest einen Durchlassöffnung auftretende Strömungswiderstand setzt somit der crashbedingt auf das Innere der Temperiereinheit wirkenden äußeren Kraft eine Dämpfungswirkung entgegen. Die zumindest eine Durchlassöffnung kann beispielsweise durch eine Bohrung in einer Hülle der Temperiereinheit realisiert sein, welche im geschlossenen Zustand der Solldurchbruchseinrichtung durch ein Füllmaterial, beispielsweise ein Lot oder ein Lötmittel oder ein Polymer, verschlossen ist. Kommt es nun im Crashfall zu einem Auftreten eines eingangs beschriebenen Überdrucks, so gibt bevorzugt das Lot nach, wodurch die Bohrung in der Hülle der Temperiereinheit geöffnet wird.
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Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Druckabbauvorrichtung einen Drucksensor zum Erfassen des Überdrucks aufweist und die Solldurchbruchseinrichtung dazu eingerichtet ist, eine Öffnungsweite zumindest einer Durchlassöffnung der Solldurchbruchseinrichtung in Abhängigkeit von dem erfassten Überdruck dynamisch einzustellen. Mit anderen Worten weist die Durchlassöffnung keine fest definierte Durchlassfläche auf, sondern ist dynamisch anpassbar. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der an der Durchlassöffnung entstehende Strömungswiderstand dynamisch eingestellt und an den erfassten Überdruck angepasst werden kann.
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Die Solldurchbruchseinrichtung weist bevorzugt zumindest eine materielle Schwächezone auf. Eine solche materielle Schwächezone kann beispielsweise wie oben beschrieben durch eine vorgefertigte Bohrung, welche mit einem Lötmittel verfüllt ist, realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich weist die Solldurchbruchseinrichtung zumindest eine strukturelle Schwächezone auf. Eine strukturelle Schwächezone kann beispielsweise durch eine Materialverdünnung oder eine Einkerbung oder eine dünn ausgeführte Schweißnaht realisiert sein. Alternativ oder zusätzlich weist die Solldurchbruchseinrichtung zumindest ein Überdruckventil auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Solldurchbruchseinrichtung zumindest zwei Durchlassöffnungen (mit statisch und/oder dynamisch anpassbarer Durchlassfläche) aufweisen, die in einem vorbestimmten Mindestabstand voneinander beabstandet angeordnet sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Druckabbauvorrichtung ein Energieabsorberelement auf, welches dazu eingerichtet ist, bei der crashbedingten Verformung durch Auffalten Verformungsenergie aufzunehmen und sich hierbei in das Innere der Temperiereinheit hinein aufzufalten. Das Energieabsorberelement kann beispielsweise durch ein Blech realisiert sein. Ein solches Blech weist bevorzugt einen Bereich mit einem vorbestimmten Verformungswiderstand und zumindest einen Sollverformungsbereich mit einem von dem vorbestimmten Verformungswiderstand verschiedenen kleineren vorbestimmten Sollverformungswiderstand auf. Mit anderen Worten weist das Blech zumindest eine Sollknickstelle auf, welche bevorzugt bei einem crashbedingten Überschreiten des Sollverformungswiderstands geknickt wird. Mit anderen Worten ist das als Blech realisierte Energieabsorberelement mit zumindest einer Sollknickstelle versehen, welche als erstes nachgibt, sobald es zu einem crashbedingten Überschreiten eines vorbestimmten Sollverformungswiderstands der zumindest einen Sollknickstelle kommt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass durch die Verformung des Energieabsorberelements zusätzlich ein Abbau der crashbedingt auf die Batterie einwirkenden äußeren Kraft realisiert ist.
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Bevorzugt ist das Energieabsorberelement zumindest abschnittsweise durch Wandelemente der Temperiereinheit gebildet. Hierdurch ist eine besonders platzsparende Anordnung ermöglicht.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Batterie eine Crashempfangsseite aufweist. Mit anderen Worten weist die Batterie eine Seite auf, die im Crashfall bevorzugt der von außen einwirkenden Kraft zugewandt ist. Im bestimmungsgemäßen Einbauzustand der Batterie liegt die Crashempfangsseite bevorzugt in einem in Vorwärtsfahrrichtung des Kraftfahrzeugs vorne angeordneten Bereich der Batterie. Bevorzugt ist nun das Begrenzungselement mit der zumindest einen Solldurchbruchseinrichtung an einer der beschriebenen Crashempfangsseite gegenüberliegend angeordneten Batterierückseite angeordnet. Bevorzugt sind die Crashempfangsseite und die Batterierückseite mittels der Temperiereinheit hydraulisch gekoppelt. Aufgrund der Inkompressibilität des in der Temperiereinheit befindlichen Temperiermittels wird hierdurch vorteilhaft eine gleichmäßige Verteilung des Überdrucks, eine sogenannte hydrostatische Verteilung, beispielsweise über eine gesamte Grundfläche oder Standfläche der Batterie, erreicht. Die Crashempfangsseite kann allgemein eine in einer vorbestimmten Einbaulage der Batterie nach außen hin gerichtete Seite sein, während die Batterierückseite entsprechend zu einem Fahrzeugmittelpunkt oder eine Fahrzeugmittelachse ausgerichtet sein kann.
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Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Batterie eine Vielzahl von Batteriezellen umfasst, wobei eine vorbestimmte Anzahl jeweiliger Batteriezellen zu einem jeweiligen Zellenstapel angeordnet ist. Bevorzugt ist zwischen zwei jeweils benachbarten Batteriezellen eines jeweiligen Zellenstapels ein jeweiliger zumindest abschnittsweise von dem Temperiermittel durchströmbarer Druckausgleichshohlraum angeordnet. Eine jeweilige Batteriezelle kann dabei bevorzugt ein Relief oder eine Struktur aufweisen, wobei die Struktur bevorzugt in eine Außenwand der jeweiligen Batteriezelle integriert ist. Die Struktur kann beispielsweise durch in die Außenwand integrierte Rippen oder Sicken realisiert sein. Durch die Struktur ergibt sich eine strukturelle Stabilität oder Versteifung der jeweiligen Batteriezelle und somit des jeweiligen der jeweiligen Batteriezelle benachbarten Druckausgleichshohlraums.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist in dem Druckausgleichshohlraum ein Hohlkörper zum Aufnehmen des Temperiermittels angeordnet. Ein solcher Hohlkörper kann beispielsweise als ein faltbarer Folienbeutel realisiert sein. Der Hohlkörper kann vorgeformt sein, so dass er beispielsweise in einer Vorzugsrichtung auseinandergefaltet werden kann. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass der Hohlkörper bei nicht gefülltem Zustand wenig Bauraum in Anspruch nimmt. Zum anderen ergibt sich der Vorteil, dass das Temperiermittel kontrolliert durch den Hohlkörper, insbesondere durch den Folienbeutel, aufgenommen werden kann. Vorteilhaft tritt hierdurch das Temperiermittel nicht unkontrolliert in den Druckausgleichshohlraum aus.
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Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer eingangs beschriebenen Batterie.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische seitliche Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Batterie;
- 2 eine schematische Draufsicht-Darstellung einer Batterie;
- 3 eine schematische perspektivische Ansicht von zwei benachbarten Batteriezellen;
- 4 eine schematische seitliche Detailansicht einer Batteriezelle mit in die Außenwand der Batteriezelle integrierter Struktur;
- 5 eine schematische Detailansicht eines Druckausgleichshohlraums zwischen zwei Batteriezellen mit teilweise an die Batteriezellen angeformtem Hohlkörper.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt ein Kraftfahrzeug 10 mit einer Batterie 12 mit einer Druckabbauvorrichtung 13. In der in 1 gezeigten Ausführungsform kann die Batterie 12 unter einer Motorhaube des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sein. Eine in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 10 vorne befindliche Seite der Batterie 12 bildet hierbei eine Crashempfangsseite 14. Eine der Crashempfangsseite 14 gegenüberliegend angeordnete Batterierückseite oder Rückseite 16 der Batterie 12 ist ebenfalls in 1 dargestellt. Allgemein kann die Crashempfangsseite 14 die bereits beschriebene Ausrichtung aufweisen.
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In 2 ist nun eine schematische Draufsicht einer Batterie 12 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung dargestellt. In der 2 sind von der Batterie 12 beispielhaft drei Batteriezellen 18 dargestellt. Die Batteriezellen 18 können beispielsweise zu einem Zellenstapel 20 aneinander angeordnet sein. Der Zellenstapel 20 ist in der in 2 gezeigten Ausführungsform auf eine Temperiereinheit 22 der Batterie 12 aufgesetzt.
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Dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel kann nun beispielhaft die Situation zugrunde liegen, dass es zu einer crashbedingten Verformung 24 der Temperiereinheit 22 kommt, hier dargestellt durch einen seitlich eindringenden Pfeil und eine dem Pfeil gegenüberliegende Einbuchtung der Temperiereinheit 22. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug 10 durch ein anderes Kraftfahrzeug gerammt werden oder dieses rammen oder das Kraftfahrzeug 10 kann mit einem stationären Objekt kollidieren, beispielsweise mit einem Betonpfeiler. Infolge der crashbedingten Verformung 24 kommt es zu einer Erhöhung eines im Inneren der Temperiereinheit 22 herrschenden Drucks. Die Ausbreitung des erhöhten Drucks oder Überdrucks 26 ist in 2 durch Pfeile dargestellt. Aufgrund der Inkompressibilität des in der Temperiereinheit 22 angeordneten Temperiermittels 28 kommt es zu einer hydrostatischen und/oder hydrodynamischen Verteilung des Überdrucks 26 im Inneren der Temperiereinheit 22. Auf der der Crashempfangsseite 14 gegenüberliegend angeordneten Rückseite 16 der Batterie 12 kommt es in Folge des Überdrucks 26 zu einer Öffnung der Solldurchbruchseinrichtung 30. Durch die geöffnete Solldurchbruchseinrichtung 30 kann nun Temperiermittel 28 ausströmen, wodurch der Überdruck 26 reduziert wird und dabei eine Druckwelle oder ein Stoß an den Batteriezellen 18 vorbei innerhalb der Temperiereinheit 22 durch die Batterie 12 hindurch abgeleitet wird, was die Batteriezellen 18 schützt.
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Durch die in 2 gezeigte Durchlassöffnung 32 der Solldurchbruchseinrichtung 30 kann dem ausströmenden Temperiermittel 28 zudem ein Reibungswiderstand oder Strömungswiderstand entgegengesetzt werden. Hierdurch wird vorteilhaft ein schlagartiges Austreten des Temperiermittels 28 verhindert, und so der Verformung 24 effektiv eine dämpfende Kraft entgegengesetzt.
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3 zeigt unter Bezugnahme auf die in den 1 und 2 beschriebenen Komponenten beispielhaft zwei Batteriezellen 18. In der in 3 gezeigten Ausführungsform ist ein Druckausgleichshohlraum 34 zwischen den beiden Batteriezellen 18 angeordnet. Die in 3 gezeigten Batteriezellen 18 weisen hierbei eine in die jeweilige Batteriehülle oder Außenwand einer jeden der beiden Batteriezellen 18 integrierte Struktur in Form von in Längsrichtung der Batteriezellen 18 verlaufenden Rippen auf. Diese Rippen oder Sicken führen in vorteilhafter Weise zu einer Erhöhung der Stabilität oder Steifigkeit der jeweiligen Batteriezelle 18. Zudem ist durch die durch die Sicken gebildete Geometrie ein Volumen für den Druckausgleichshohlraum 34 bereitgestellt.
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4 zeigt in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eine Batteriezelle 18 mit in die Batteriezellenhülle oder Außenwand integrierter Struktur. Im Gegensatz zu der in 3 gezeigten Ausführungsform weist die Batteriezelle 18 der 4 keine regelmäßige Struktur auf, sondern eine unregelmäßige oder reliefierte oder bionische Struktur. Die unregelmäßige Struktur kann bereichsweise oder vollflächig in der Außenwand vorhanden sein. Auch hier kann in vorteilhafter Weise durch die Struktur zum einen eine Steifigkeit der Batteriezelle 18 erhöht werden und zum anderen ein Druckausgleichshohlraum 34 bereitgestellt werden.
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5 zeigt unter Bezugnahme auf die in den vorangehenden Figuren beschriebenen Komponenten eine Detaildarstellung eines Druckausgleichshohlraums 34. Der Druckausgleichshohlraum 34 ist in der 5 zwischen zwei Batteriezellen 18 angeordnet. Der Druckausgleichshohlraum 34 der 5 ist darüber hinaus durch einen Hohlkörper 36 ausgekleidet. Der Hohlkörper 36 ist in der in 5 gezeigten Ausführungsform durch einen Folienbeutel realisiert. Wie in 5 gezeigt, wird der Folienbeutel durch das eingetretene Temperiermittel 28 aufgeweitet und an die Struktur der Außenwände der Batteriezellen 18 angeformt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Temperiermittel 28 in dem Folienbeutel aufgefangen wird und nicht in direkten Kontakt mit den Batteriezellen 18 tritt.
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Durch die beschriebenen Ausführungsformen wird die im Crashfall nachteilig wirkende Imkompressibilität eines Temperiermittels 28 zumindest teilweise kompensiert. Die durch eine von außen einwirkende Kraft verursachten Kräfte im Crash werden durch die Erfindung zumindest teilweise abgebaut und die Crashsicherheit der Batterie 12 und der Zellen 18 erhöht. Denn die Flüssigkeit oder das Temperiermittel 28 kann wegfließen, wenn sich das Metall oder die Temperiereinheit 22 verformt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Kühlkanal oder Druckausgleichshohlraum 34 in einer Blechhülle angeordnet, welcher im Betrieb des Kraftfahrzeuges 10 nicht mit Kühlmedium oder Temperiermittel 28 gefüllt ist.
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Dieser Kanal oder Druckausgleichshohlraum 34 kann überall an der Zelle 18 angeordnet sein, vorzugsweise auf der großen Fläche oder Außenwand der Zelle 18. Dieser Kanal könnte einer bionischen oder unregelmäßigen Geometrie folgen, wie sie auf der Zelle 18 der 4 dargestellt ist. Der Kanal wird im Betrieb nicht mit Temperiermittel 28 gefüllt, außer es kommt zum Crashfall.
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Dieser Kanal öffnet sich nämlich, sobald von außen Kräfte durch bspw. Crashlasten auf die Batteriezelle 18 einwirken und der Innendruck des Kühlfluids oder Temperiermittels 28 einen gewissen Wert übersteigt, also ein Überdruck 26 vorliegt. Bspw. ist der Kanal verschlossen durch zumindest eine der folgenden Maßnahmen: eine Kerbe, eine Sollbruchstelle, eine vereinfachte oder dünn ausgeführte Schweißnaht etc.
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In Folge der Öffnung strömt das Kühlfluid oder Temperiermittel 28 in den Ausgleichskanal oder Druckausgleichshohlraum 34 ab und der Überdruck 26 wird abgebaut und somit auch Energie im Crashlastfall, da die Blechverformung in Kombination mit dem Druckabbau enormes Potential zum Abbau von Kräften hat.
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Hierdurch wird die Batteriezelle 18 vorteilhaft geschont und die Crashsicherheit der Batterie 12 erhöht.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung umfasst also eine in die Zellwände oder Außenwände der jeweiligen Batteriezellen 18 eingebrachte Struktur oder Sickenstruktur, wodurch einerseits Steifigkeitsvorteile gegen Ausbeulen und Eindringen von Pfählen entstehen und andererseits eine Wandstruktur zur Abformung von Kühlkanälen (oder ein Raumvolumen für einen Druckausgleichshohlraum 34) bereitgestellt ist.
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Durch z.B. Einlegen eines zusätzlichen flachen oder bereits vorgeformten Kühlkörpers (oder Hohlkörpers 36) zwischen mindestens zwei aneinandergereihte Zellen 18 kann bei Aufbringen eines bereits geringen Innendrucks durch das Kühlmedium oder Temperiermittel 28 der Hohlkörper 36 an die Sickenstruktur der Zellwände angeformt werden, wodurch der Kühlkanal (oder Hohlkörper 36) in die Folie oder den Folienbeutel eingebracht wird und somit erst gebildet wird. Durch das ideale Anformen an die Zellwand kann ein sehr guter Wärmeübergang zwischen Kühlmedium oder Temperiermittel 28 und Batteriezelle 18 erreicht werden. Durch Variation der lokalen Höhe der Sickenstruktur können einerseits Sperren durch „Kontakt“ dieser beiden Zellwände, sowie durch Variation der gegenüberliegenden Wandsegmente Pfade mit unterschiedlichen Druckverlusten, sowie Fließgeschwindigkeiten des Kühlmediums oder Temperiermittels 28 erreicht werden, um einen perfekt balancierten und wärme-, sowie steifigkeitstechnisch optimierten Kühlkanal oder Hohlkörper 36 zu errichten. Diese Sicken in den Zellwänden können bereits bei der Herstellung der Zellen 18 integriert werden, wodurch dies eine sehr kostengünstige und technisch einfach zu realisierende Kühlvariante für Batteriezellen 18 darstellt, wobei jedoch ein großer auslegungstechnischer Aufwand im Vorhinein in diese Struktur gelegt werden muss, um diesen perfekt auszulegen. Dieser Aufwand bei der Auslegung muss jedoch nur einmal gewissenhaft durchgeführt werden und wird durch die spätere Zeitreduktion beim Assemblieren, sowie Preisreduktion durch Minimierung der Komplexität sowie Anzahl der Komponenten minimiert.
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In der bevorzugten Ausführungsform ist also die Oberflächenstruktur des Zellgehäuses einer jeweiligen Batteriezelle 18 derart konzipiert, dass diese zumindest einen Teil eines Fließkanals oder Druckausgleichshohlraums 34 abbildet, welcher mit einem Hohlkörper 36 versehen sein kann.
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Der mediengefüllte Kühlkörper oder Hohlkörper 36 kann zwischen zumindest zwei Zellen 18 eingelegt und durch Zusammenfügen der Zellen 18 in Form gebracht werden. Dieser Kühlkörper oder Hohlkörper 36 kann teilweise vorgeformt sein (Preform) oder auch nicht vorgeformt sein. Der Kühlkörper oder Hohlkörper 36 kann beispielsweise durch eine Folie oder einen Folienbeutel realisiert sein und von unterschiedlichen Medien oder Temperiermitteln 28 durchströmbar sein (z.B. Fluide, Gase).
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Die Sickenstruktur erhöht einerseits die mechanische Steifigkeit und dient darüber hinaus zur Abbildung der Fließkanalstruktur oder des Druckausgleichshohlraums 34. Der ausgebildete Kühlkanal oder Druckausgleichshohlraum 34 in der Zellhülle kann beliebig an der Oberfläche ausgestaltet werden.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine eingangs beschriebene Batterie mit erhöhter Crashsicherheit bereitgestellt werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018000759 A1 [0003]
