WO2012149948A1 - Fahrzeug mit einer batterie - Google Patents

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WO2012149948A1
WO2012149948A1 PCT/EP2011/006215 EP2011006215W WO2012149948A1 WO 2012149948 A1 WO2012149948 A1 WO 2012149948A1 EP 2011006215 W EP2011006215 W EP 2011006215W WO 2012149948 A1 WO2012149948 A1 WO 2012149948A1
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battery housing
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Jan Helber
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Daimler Ag
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Definitions

  • the invention relates to a vehicle with a battery and a vehicle support structure, according to the defined in claim 1 in more detail.
  • batteries used as traction batteries in vehicles are implemented in memory technologies that enable high storage density, such as in lithium-ion technology. Basically there is such
  • Housing is formed with a predetermined breaking point. If there is an overpressure inside the battery single cell, for example due to a short circuit, so is the Open overpressure protection and release the overpressure. In this case, a comparatively large amount of gases can arise, so that a battery housing surrounding battery housing according to the general state of the art
  • vents typically via vents, which are either open or also designed to be closed by a bursting element or the like.
  • Vent holes of the battery which typically in the range of a
  • Line elements must be tightly connected to the vent opening and laid in the vehicle so that penetration of the outflowing in the event of overpressure gases into the interior of the vehicle safely and reliably avoided.
  • the effort in terms of line elements, the wiring as well as the construction and sealing of interfaces is thus comparatively large.
  • Components in this case fuel cells, in the center tunnel of the vehicle, ie in the region of the support structure of the vehicle to arrange.
  • the center tunnel has corresponding stiffeners which are arranged between the electrochemical units and ensure that forces are not transmitted through the electrochemical components in the event of a crash. This increases safety and reduces the risk of damage to the electrochemical assemblies.
  • Fuel cells or batteries in existing cavities of the support structure of a vehicle are provided.
  • the object of the present invention is now to provide a vehicle with a battery, in which the required space can be minimized.
  • the at least one vent opening of the battery are in communication with the interior of at least one of the carriers designed as hollow profiles, and via these directly or via further carrier designed as hollow profiles with the surroundings of the vehicle.
  • the typically anyway designed as hollow beams carrier, which are often formed as tubes with a round or rectangular cross-section, are used according to the invention as line elements for discharging the leaking in the event of damage from the vent of the battery gases.
  • the hollow profiles of the carrier have a correspondingly large cross section, so that the comparatively large
  • the carrier designed as hollow profiles are typically at their ends with the outer region of the
  • Vehicle body in conjunction and have no connection to the interior of the vehicle. They are therefore ideally suited to dissipate the gases to the environment, without endangering the occupants of a vehicle.
  • the structure is therefore in terms of space, the required components and especially with regard to the installation and sealing effort compared to the structures of the prior art predestined.
  • the battery is arranged in the region of the support structure.
  • Such an arrangement of the battery in the region of the support structure is ideal for the vehicle constructed according to the invention, as this can minimize or omit any conduit elements between the vent opening and the entry into the hollow sections of the support structure.
  • the battery has a battery housing with at least one ventilation opening, wherein the at least one ventilation opening interacts directly with at least one opening in at least one of the carriers.
  • a solid connection for example, a cohesive or positive connection, be present or it can be created via a sealing element a sealing connection.
  • a single sealing element between the battery case and the carrier is necessary or can be completely eliminated in cohesive connection.
  • the battery has a battery case, wherein the battery case or a part of the battery case, in particular a bottom trough of the battery case is formed as a component of the support structure.
  • the battery housing or a part of the battery housing can therefore assume both a function as a battery housing, as well as a supporting function as a component in the support structure of the vehicle.
  • the use of the battery housing or a part of the battery housing as a component of the support structure allows a stable and rigid support structure on the one hand and on the other hand allows the electrochemical structure of the battery, which is typically in the form of one or more stacks of prismatic battery cells, in a conventional manner and Way - comparatively soft - execute. This can be effort in the production of the battery and construction weight in the battery can be saved, while at the same time at least a portion of the already required battery housing can be formed as a highly stable component of the support structure.
  • the battery housing at least one stiffening element, in particular in the form of
  • Cooling devices for the battery has.
  • Such a stiffening element in the battery case can serve to
  • Battery housing as a component of the support structure sufficiently stable and stiff form, without having to run the entire battery case unnecessarily difficult.
  • the typical structure of batteries such as are used as traction batteries in at least partially electrically powered vehicles, it provides that single battery cells are used, which require active cooling.
  • These single battery cells for example in lithium-ion technology, are often stacked as prismatic single battery cells to one or more cell stacks and combined into the battery. For a safe and even cooling of the
  • At least one cooling device which is often formed as a plate or in the form of tubes and is disposed on one or more of the sides of the cell stack, for tempering and cooling of the battery individual cells is present.
  • This cooling device which is designed in particular as a metallic plate, which is actively flowed through by a cooling medium, for example the coolant of an air conditioning system, is typically very stiff and, in addition to the functionality of the cooling, can ideally also assume the functionality of a stiffening element in the battery housing.
  • the structure can provide such a very rigid battery case, which is ideal as a component of Carrying structure of the vehicle is suitable, and which by the training of the
  • Stiffening elements as a cooling device can save additional space and weight of a separate cooling device or separate stiffening elements.
  • the battery is provided as a traction battery for storing electrical drive power in the at least partially electrically driven vehicle.
  • the battery is particularly suitable as a traction battery, for example, for an electric vehicle or in particular for a hybrid vehicle, since it can be integrated largely space neutral in the previous structure of the support structure of the vehicle and therefore very space-saving in existing drive concepts with internal combustion engine can be integrated. A hybridization of the vehicle is thus easily and efficiently possible.
  • Fig. 1 is a schematic view of a support structure of a vehicle
  • Fig. 2 is a sectional view of a built-in battery
  • Fig. 3 shows a possible embodiment of an end face of a carrier of
  • FIG. 4 shows a schematic view of a support structure of a vehicle analogous to that in FIG. 1 with integrated battery
  • Fig. 5 shows the integration of a battery in the support structure of the vehicle in one
  • a vehicle 1 and the support structure 2 of such a vehicle 1 is greatly simplified and indicated in principle. It consists essentially of side rails 3 and cross-4.
  • wheels 5 of the vehicle 1 can be seen.
  • the direction of travel of the partially illustrated vehicle 1 is designated F, so that the vehicle 1 travels in the direction of the arrow F when driving forwards.
  • the side members 3 and the cross member 4 are numbered in the direction of travel starting from the front of the vehicle 1.
  • stem of the vehicle 1 therefore, there are the side members 3.1, in the middle of the vehicle 1, the side members 3.2 and in the corner region of the vehicle, the side members 3.3.
  • the cross member 4 are also numbered so that the following on the stem cross member 4 with 4.1, the middle cross member with 4.2 and the rearmost in the direction of travel cross member is denoted by 4.3.
  • the cross member 4.3 is shown in section.
  • the structure of the support structure 2 is to be understood purely in principle, of course, more or less of the side members 3 and the cross member 4 may be installed in such a support structure.
  • a battery 6 is arranged in the region of a rear end of the vehicle.
  • Battery housing 7, which consists in the embodiment shown here of a bottom part 8 and a cover part 9.
  • a plurality of battery individual cells 10 are arranged in a conventional manner.
  • the individual battery cells 10 are each designed as prismatic individual battery cells 10 and stacked up to form a cell stack 11.
  • Alternative embodiments, for example, with cylindrical individual battery cells would of course also conceivable.
  • the accumulation of the individual battery cells 10, in the exemplary embodiment of the cell stack 9 shown here, is accommodated in the battery housing 7 via receptacle elements 12 indicated in principle and can have suitable electronic components such as a battery management system, which is not shown here.
  • an active cooling of the battery individual cells 10 should be possible. This is in the one shown here
  • Embodiment of a cooling device 13 indicated, which is arranged in the form of a cooling plate on one side of the cell stack 11.
  • the cooling device 13 can be actively cooled in a manner known per se, for example, by a cooling circuit specially constructed for the battery 6 and / or an air conditioning system of the vehicle 1. Also, this structure of the cooling does not play a significant role for the invention and is known from the general state of the art, so it will not be discussed further here.
  • the active cooling is indicated only by two cooling lines 14 for the supply and removal of a cooling medium.
  • Each of the battery individual cells 10 now has a closure element 15, which is designed as an overpressure protection and can be realized, for example, as a bursting element.
  • closure element 15 in the form of a spring-loaded (non-return) valve or the like. If there is an overpressure in one or more of the individual battery cells 10, for example due to a short circuit or due to an unplanned overcharge, this will happen
  • the gases which are indicated by the arrows denoted by 16, escape from the single battery cell 10 and provide for a corresponding overpressure in the battery housing 7.
  • the battery housing 7 has a vent opening 17, which may be either open or also not here illustrated closure element in the manner of the closure element 15 of the battery individual cells 10 can be closed. Now it comes to one
  • the bottom part 8 of the battery case 7 is connected to the cross member 4 or pressed against this, that a sealing connection between the interior of the battery case 7 is formed with the vent opening 17 and the interior 19 of the cross member 4.3.
  • the gases 16 thus flow out of the battery housing 7 in the interior 19 of the cross member formed as a hollow profile 4.3 and can typically from this at its open end faces, as shown in the
  • the open end faces of the cross member 4.3 are typically associated only with the environment of the vehicle 1 and not with the interior of the same, a safe and reliable discharge of any resulting gases 16 from the battery 6 is ensured to the environment without the occupants of the vehicle 1 come into contact with the gases 16 and thereby possibly endangered.
  • the battery 6 forms, in a manner described in more detail below, a load-bearing component incorporated in the support structure 2, which in the embodiment illustrated here is designed as part of the cross member 4.2. This can be seen here together with a side member 3.2 in a sectional view.
  • the battery 6 or the battery housing 7 in turn has a
  • the structure shown in Figure 4 has in addition to the possibility of the discharge of any gases through the cross member 4.2 and the
  • the battery housing 7 of the battery 6 is designed, for example, with a bottom part 8 designed as a bottom trough 22 such that the battery housing 7 has receptacles 23 which, for example, weld to the bottom trough 22 of the battery 6 could be. These receptacles 23 are connected by screws 24 releasably connected to the two sections of the cross member 4.2.
  • the floor pan 22 may be designed in particular as a cavity construction in order to pass on the forces of the one part of the cross member 4.2 in its other part as well as possible as light as possible.
  • the floor pan 22 may also include stiffening elements that support this. In the representation of FIG.
  • two of the cooling devices 13 in the form of cooling plates between the cell stacks 11 can be seen in cross-section. Since these are typically formed of a metallic material and have a correspondingly high rigidity, These can ideally form the stiffening elements. You can forward forces from one side of the floor pan 22 on the other side, without the need for additional components would be necessary.
  • vent opening 17 can be seen, which is formed for example as a permanent opening in the bottom tray 22 of the battery 6. It is in communication with the interior 25 of one part of the cross member 4.2.
  • the cross member 4.2 can be mounted via a not shown here sealing element in the region of its end face or in the area of the receptacles 23 to the bottom pan 22 of the battery 6, that the gases safely and reliably from the
  • Vent 17 in the interior 25 of the cross member 4.2 flow without getting to the environment. As already described in the representation of FIG. 4, they then reach the surroundings of the vehicle 1 via the longitudinal member 3.2, without jeopardizing the occupants of the vehicle in the interior thereof.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug (1) mit einer Batterie (6) und einer Fahrzeug-Tragstruktur (2), welche mehrere als Hohlprofile ausgebildete Träger (3, 4) aufweist, wobei die Batterie (6) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) aufweist. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) der Batterie (6) mit dem Innenraum (19, 25) wenigstens eines der als Hohlprofile ausgebildeten Träger (3, 4), und über diesen direkt oder über weitere als Hohlprofile ausgebildete Träger (3, 4) mit der Umgebung des Fahrzeugs (1) in Verbindung steht.

Description

Fahrzeug mit einer Batterie
Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einer Batterie und einer Fahrzeug-Tragstruktur, nach der im Anspruch 1 näher definierten Art.
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Fahrzeuge bekannt, welche zumindest teilweise elektrisch angetrieben werden. Diese Fahrzeuge benötigen Batterien, welche auch als Traktionsbatterien bezeichnet werden, die elektrische Leistung für den Vortrieb des Fahrzeugs speichern. Diese Batterien müssen im Fahrzeug sicher, stabil und möglichst platzsparend untergebracht werden, um beispielsweise den Laderaum in dem Fahrzeug nicht oder nur unwesentlich zu schmälern.
Aus der DE 10 2007 063 193 A1 ist eine Batterie mit einer Überdrucksicherung bekannt. Typischerweise werden Batterien, wie sie als Traktionsbatterien in Fahrzeugen eingesetzt werden, in Speichertechnologien realisiert, welche eine hohe Speicherdichte ermöglichen, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie. Grundsätzlich besteht bei derartigen
Technologien die Gefahr, dass es bei einem Kurzschluss oder einer Überladung der Batterie zu einem Überdruck in der Gesamtbatterie oder in einzelnen der
Batterieeinzelzellen, aus denen die Gesamtbatterie typischerweise aufgebaut ist, kommt. Um einen solchen Überdruck im Notfall abbauen zu können, bevor die Batterie und die Umgebung der Batterie Schaden nimmt, ist es typischerweise vorgesehen, dass im Schadensfall öffnende Verschlusselemente im Bereich der Batterieeinzelzellen und/oder im Bereich eines diese umgebenden Batteriegehäuses der Gesamtbatterie angeordnet sind. Die erwähnte deutsche Offenlegungsschrift beschreibt beispielhaft eine solche Überdrucksicherung im Bereich eines Gehäuses einer Batterieeinzelzelle. Diese besteht aus einem Berstelement, welches beispielsweise als Membran oder als Teil des
Gehäuses mit einer Sollbruchstelle ausgebildet ist. Kommt es zu einem Überdruck im Inneren der Batterieeinzelzelle, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses, so wird die Überdrucksicherung öffnen und den Überdruck abgeben. Dabei kann eine vergleichsweise große Menge an Gasen entstehen, sodass ein die Batterieeinzelzellen umgebendes Batteriegehäuse gemäß dem allgemeinen Stand der Technik
typischerweise über Entlüftungsöffnungen, welche entweder offen oder ebenfalls über ein Berstelement oder dergleichen verschlossen ausgebildet sind, verfügt. Beim Einsatz einer derartigen Batterie in einem Fahrzeug ist es nun wichtig, dass die vergleichsweise große Gasmenge, welche bei einer Überlastung der Batterie entstehen kann, zuverlässig aus dem Fahrzeug abgeführt wird, ohne dass diese in den Innenraum des Fahrzeugs gelangt, in welchem typischerweise die Insassen sitzen und durch die Gase gegebenenfalls geschädigt werden könnten.
Bei den allgemein üblichen Aufbauten ist es daher vorgesehen, dass
Entlüftungsöffnungen der Batterie, welche typischerweise im Bereich eines die
Gesamtbatterie umgebenden Batteriegehäuses angeordnet sind, über entsprechende Leitungselemente mit der Umgebung des Fahrzeugs verbunden sind. Diese
Leitungselemente müssen dicht mit der Entlüftungsöffnung verbunden werden und so in dem Fahrzeug verlegt werden, dass ein Eindringen der im Falle eines Überdrucks abströmenden Gase in den Innenraum des Fahrzeugs sicher und zuverlässig vermieden wird. Der Aufwand hinsichtlich der Leitungselemente, der Leitungsführung sowie der Konstruktion und Abdichtung von Schnittstellen ist damit vergleichsweise groß.
Aus dem weiteren allgemeinen Stand der Technik ist es außerdem bekannt, Batterien im Bereich einer Tragstruktur eines Fahrzeugs anzuordnen.
In der US 2010/0213741 A1 ist beispielsweise beschrieben, elektrochemische
Komponenten, in diesem Fall Brennstoffzellen, im Mitteltunnel des Fahrzeugs, also im Bereich der Tragstruktur des Fahrzeugs, anzuordnen. Um die elektrochemischen
Einheiten im Crashfall nicht unnötig zu belasten, weist der Mitteltunnel entsprechende Aussteifungen auf, welche zwischen den elektrochemischen Einheiten angeordnet sind und dafür sorgen, dass Kräfte im Falle eines Crashs nicht über die elektrochemischen Bauelemente geleitet werden. Dadurch wird die Sicherheit erhöht und die Gefahr einer eventuellen Beschädigung der elektrochemischen Baueinheiten wird verringert.
Aus der FR 2 942 764 A1 ist es ferner bekannt, Energiespeichereinrichtungen, beispielsweise auch Batterien, in Bereichen der Tragstruktur eines Fahrzeugs anzuordnen, in denen Freiräume verbleiben. Damit lassen sich platzsparend die entsprechenden Einrichtungen zur Energiespeicherung in die Tragstruktur des Fahrzeugs integrieren und nehmen keinen anderweitig benötigten Bauraum weg.
Die beiden beschriebenen Schriften schildern also jeweils die Integration von
Brennstoffzellen oder von Batterien in bestehende Hohlräume der Tragstruktur eines Fahrzeugs.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, ein Fahrzeug mit einer Batterie anzugeben, bei welchem der benötigte Bauraum minimiert werden kann.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von
Patentanspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Lösung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es also vorgesehen, dass die wenigstens eine Entlüftungsöffnung der Batterie mit dem Innenraum wenigstens eines der als Hohlprofile ausgebildeten Trägers, und über diesen direkt oder über weitere als Hohlprofile ausgebildete Träger mit der Umgebung des Fahrzeugs in Verbindung stehen. Die typischerweise ohnehin als Hohlprofile ausgebildeten Träger, welche oft als Rohre mit rundem oder rechteckigem Querschnitt ausgebildet werden, werden erfindungsgemäß als Leitungselemente zum Abführen der im Schadensfall aus der Entlüftungsöffnung der Batterie austretenden Gase genutzt. Typischerweise weisen die Hohlprofile der Träger einen entsprechend großen Querschnitt auf, sodass die vergleichsweise großen
Gasmengen, welche sich im Schadensfall im Bereich der Batterie bilden, durch die Träger problemlos abgeführt werden können. Die als Hohlprofile ausgebildeten Träger stehen an ihren Stirnseiten typischerweise mit dem Außenbereich der
Fahrzeugkarosserie in Verbindung und weisen keine Verbindung zum Innenraum des Fahrzeugs auf. Sie sind daher ideal geeignet, die Gase an die Umgebung abzuführen, ohne die Insassen eines Fahrzeugs zu gefährden. Auf zusätzliche Leitungselemente, wie sie beim Stand der Technik notwendig sind, kann hier verzichtet werden. Es muss lediglich eine Öffnung an geeigneter Stelle im Bereich des Trägers oder gegebenenfalls am Übergang von einem der Träger in einen anderen der Träger vorgesehen werden. Der Aufbau ist daher hinsichtlich des Bauraums, der benötigten Bauteile und insbesondere hinsichtlich des Montage- und Abdichtungsaufwands gegenüber den Aufbauten aus dem Stand der Technik prädestiniert.
In einer günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es ferner vorgesehen, dass die Batterie im Bereich der Tragstruktur angeordnet ist. Eine solche Anordnung der Batterie im Bereich der Tragstruktur ist für das erfindungsgemäß aufgebaute Fahrzeug ideal, da hierdurch eventuelle Leitungselemente zwischen der Entlüftungsöffnung und dem Eintritt in die Hohlprofile der Tragstruktur minimiert oder weggelassen werden können.
In einer weiteren sehr günstigen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es dementsprechend vorgesehen, dass die Batterie ein Batteriegehäuse mit wenigstens einer Entlüftungsöffnung aufweist, wobei die wenigstens eine Entlüftungsöffnung direkt mit wenigstens einer Öffnung in wenigstens einem der Träger zusammenwirkt.
In diesem besonders bevorzugten Aufbau des erfindungsgemäßen Fahrzeugs kann also auf sämtliche Leitungselemente verzichtet werden, indem die Entlüftungsöffnung eines Batteriegehäuses der Batterie unmittelbar mit dem Träger zusammenwirkt. Hier kann eine feste Verbindung, beispielsweise eine stoffschlüssige oder formschlüssige Verbindung, vorliegen oder es kann über ein Dichtelement eine abdichtende Verbindung geschaffen werden. Bei dem Aufbau ist dann lediglich ein einziges Dichtelement zwischen dem Batteriegehäuse und dem Träger notwendig oder kann bei stoffschlüssiger Verbindung ganz wegfallen.
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es außerdem vorgesehen, dass die Batterie ein Batteriegehäuse aufweist, wobei das Batteriegehäuse oder ein Teil des Batteriegehäuses, insbesondere eine Bodenwanne des Batteriegehäuses, als Bauteil der Tragstruktur ausgebildet ist.
In dieser besonders bevorzugten Weiterbildung kann das Batteriegehäuse oder ein Teil des Batteriegehäuses also sowohl eine Funktion als Batteriegehäuse übernehmen, als auch eine tragende Funktion als Bauteil in der Tragstruktur des Fahrzeugs. Durch diese Doppelfunktionalität des Batteriegehäuses als Batteriegehäuse einerseits und als Bauteil der Tragstruktur des Fahrzeugs andererseits lässt sich weiterer Bauraum einsparen, da auf Teile der herkömmlichen Tragstruktur, welche durch das Batteriegehäuse oder einen Teil des Batteriegehäuses ersetzt werden, verzichtet werden kann.
Die Verwendung des Batteriegehäuses oder eines Teil des Batteriegehäuses als Bauteil der Tragstruktur ermöglicht eine stabile und steife Tragstruktur einerseits und erlaubt es andererseits, den elektrochemischen Aufbau der Batterie, welcher typischerweise in Form von einem oder mehreren Stapeln von prismatischen Batterieeinzelzellen ausgebildet ist, in herkömmlicher Art und Weise - vergleichsweise weich - auszuführen. Damit lässt sich Aufwand bei der Herstellung der Batterie und Baugewicht bei der Batterie einsparen, während gleichzeitig zumindest ein Teil des ohnehin benötigten Batteriegehäuses als hochstabiles Bauteil der Tragstruktur ausgebildet werden kann.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung hiervon ist es ferner vorgesehen, dass das Batteriegehäuse wenigstens ein Versteifungselement, insbesondere in Form von
Kühlvorrichtungen für die Batterie, aufweist.
Ein solches Versteifungselement in dem Batteriegehäuse kann dazu dienen, das
Batteriegehäuse als Bauteil der Tragstruktur ausreichend stabil und steif auszubilden, ohne dabei das gesamte Batteriegehäuse unnötig schwer ausführen zu müssen.
Der typische Aufbau von Batterien, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterien in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden, sieht es vor, dass Batterieeinzelzellen verwendet werden, welche einer aktiven Kühlung bedürfen. Diese Batterieeinzelzellen, beispielsweise in Lithium-Ionen-Technologie, werden häufig als prismatische Batterieeinzelzellen zu einem oder mehreren Zellenstapeln aufgestapelt und zu der Batterie vereint. Um eine sichere und gleichmäßige Kühlung der
Batterieeinzelzellen sicherstellen zu können, ist es häufig vorgesehen, dass wenigstens eine Kühlvorrichtung, welche oft als Platte oder in Form von Rohren ausgebildet ist und auf einer oder mehreren der Seiten des Zellenstapels angeordnet ist, zur Temperierung und Kühlung der Batterieeinzelzellen vorhanden ist. Diese Kühlvorrichtung, welche insbesondere als metallische Platte, welche aktiv von einem Kühlmedium, beispielsweise dem Kühlmittel einer Klimaanlage, durchströmt wird, ausgebildet ist, ist typischerweise sehr steif und kann neben der Funktionalität der Kühlung ideal auch die Funktionalität eines Versteifungselements in dem Batteriegehäuse übernehmen. Der Aufbau kann so ein sehr steifes Batteriegehäuse bereitstellen, welches sich ideal als Bauteil der Tragstruktur des Fahrzeugs eignet, und welches durch die Ausbildung der
Versteifungselemente als Kühlvorrichtung zusätzlich Bauraum und Gewicht einer separaten Kühlvorrichtung oder separater Versteifungselemente einsparen kann.
In einer sehr vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ist es ferner vorgesehen, dass die Batterie als Traktionsbatterie zur Speicherung von elektrischer Antriebsleistung in dem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug vorgesehen ist. Die Batterie eignet sich insbesondere als Traktionsbatterie beispielsweise für ein Elektrofahrzeug oder insbesondere für ein Hybridfahrzeug, da sie weitgehend bauraumneutral in den bisherigen Aufbau der Tragstruktur des Fahrzeugs integriert werden kann und daher sehr platzsparend auch in bestehende Antriebskonzepte mit Verbrennungsmotor integrierbar ist. Eine Hybridisierung des Fahrzeugs wird damit einfach und effizient möglich.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs ergeben sich aus den restlichen abhängigen Unteransprüchen und werden anhand des
Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer Tragstruktur eines Fahrzeugs;
Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer eingebauten Batterie;
Fig. 3 eine mögliche Ausführungsform eines stirnseitigen Endes eines Trägers der
Tragstruktur in einem ersten Zustand (a) und einem zweiten Zustand (b);
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Tragstruktur eines Fahrzeugs analog der in Fig. 1 mit integrierter Batterie; und
Fig. 5 die Integration einer Batterie in die Tragstruktur des Fahrzeugs in einem
vergrößert dargestellten Schnitt aus Fig. 4.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Fahrzeug 1 beziehungsweise die Tragstruktur 2 eines solchen Fahrzeugs 1 stark vereinfacht und prinzipmäßig angedeutet. Sie besteht im Wesentlichen aus Längsträgern 3 sowie Querträgen 4. Außerdem sind in der Darstellung der Figur 1 Räder 5 des Fahrzeugs 1 zu erkennen. Die Fahrtrichtung des teilweise dargestellten Fahrzeugs 1 ist mit F bezeichnet, sodass das Fahrzeug 1 bei Vorwärtsfahrt in die Richtung des Pfeils F fährt. Zur besseren Orientierung sollen dabei die Längsträger 3 und die Querträger 4 in Fahrtrichtung ausgehend von der Front des Fahrzeugs 1 durchnummeriert werden. Im sogenannten Vorbau des Fahrzeugs 1 finden sich demnach die Längsträger 3.1 , in der Mitte des Fahrzeugs 1 die Längsträger 3.2 und im Eckbereich des Fahrzeugs die Längsträger 3.3. Die Querträger 4 sind ebenso nummeriert, sodass der auf den Vorbau folgende Querträger 4 mit 4.1 , der mittlere Querträger mit 4.2 und der in Fahrtrichtung am weitesten hinten angeordnete Querträger mit 4.3 bezeichnet wird. In Figur 1 ist der Querträger 4.3 dabei im Schnitt dargestellt. Der Aufbau der Tragstruktur 2 ist dabei rein prinzipmäßig zu verstehen, selbstverständlich können mehr oder auch weniger der Längsträger 3 und der Querträger 4 in einer derartigen Tragstruktur verbaut sein.
In dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel eines Fahrzeugs 1 ist eine Batterie 6 im Bereich eines Hinterbaus des Fahrzeugs angeordnet. Die Batterie 6, welche in der Schnittdarstellung der Figur 2 nochmals im Detail zu erkennen ist, weist ein
Batteriegehäuse 7 auf, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Bodenteil 8 und einem Deckelteil 9 besteht. In dem Batteriegehäuse 7 sind in an sich bekannter Art und Weise mehrere Batterieeinzelzellen 10 angeordnet. In dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Batterieeinzelzellen 10 jeweils als prismatische Batterieeinzelzellen 10 ausgebildet und zu einem Zellenstapel 11 aufgestapelt. Alternative Ausführungsformen beispielsweise mit zylindrischen Batterieeinzelzellen wären selbstverständlich ebenso denkbar. Die Ansammlung der Batterieeinzelzellen 10, in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel der Zellenstapel 9, ist über prinzipmäßig angedeutete Aufnahmeelemente 12 in dem Batteriegehäuse 7 aufgenommen und kann über geeignete Elektronikbauteile wie beispielsweise ein Batteriemanagementsystem verfügen, welches hier nicht dargestellt ist. Außerdem soll eine aktive Kühlung der Batterieeinzelzellen 10 möglich sein. Dies ist in dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel über eine Kühlvorrichtung 13 angedeutet, welche in Form einer Kühlplatte auf einer Seite des Zellstapels 11 angeordnet ist. Die Kühlvorrichtung 13 kann in an sich bekannter Art und Weise beispielsweise von einem eigens für die Batterie 6 aufgebauten Kühlkreislauf und/oder einer Klimaanlage des Fahrzeugs 1 aktiv gekühlt werden. Auch dieser Aufbau der Kühlung spielt für die Erfindung keine wesentliche Rolle und ist aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, sodass hierauf nicht näher eingegangen wird. Die aktive Kühlung ist lediglich durch zwei Kühlleitungen 14 zur Zufuhr und Abfuhr eines Kühlmediums angedeutet. Jede der Batterieeinzelzellen 10 weist nun ein Verschlusselement 15 auf, welches als Überdrucksicherung ausgebildet ist und beispielsweise als Berstelement realisiert sein kann. Ebenso wäre es denkbar, das Verschlusselement 15 in Form eines federbelasteten (Rückschlag)-Ventils oder dergleichen auszubilden. Kommt es nun in einer oder mehreren der Batterieeinzelzellen 10 zu einem Überdruck, beispielsweise aufgrund eines Kurzschlusses oder aufgrund einer ungeplanten Überladung, so wird das
Verschlusselement 15 ab einem bestimmten Druck öffnen, sodass die Gase aus der betroffenen Batterieeinzelzelle 10 entweichen können. Dies ist hier am Beispiel einer der Batterieeinzelzellen 10 dargestellt. Die Gase, welche durch die mit 16 bezeichneten Pfeile angedeutet sind, entweichen aus der Batterieeinzelzelle 10 und sorgen für einen entsprechenden Überdruck in dem Batteriegehäuse 7. Das Batteriegehäuse 7 weist eine Entlüftungsöffnung 17 auf, welche entweder offen ausgebildet sein kann oder ebenfalls über ein hier nicht dargestelltes Verschlusselement in der Art des Verschlusselements 15 der Batterieeinzelzellen 10 verschlossen werden kann. Kommt es nun zu einem
Überdruck in dem Batteriegehäuse 7, so entweicht das Gas 16 durch die
Entlüftungsöffnung 17, und gelangt über eine Bohrung 18 in den Bereich des Querträgers 4.3. Das Bodenteil 8 des Batteriegehäuses 7 ist dabei so mit dem Querträger 4 verbunden beziehungsweise gegen diesen gepresst, dass eine dichtende Verbindung zwischen dem Inneren des Batteriegehäuses 7 bei geöffneter Entlüftungsöffnung 17 und dem Inneren 19 des Querträgers 4.3 entsteht. Die Gase 16 strömen damit aus dem Batteriegehäuse 7 in das Innere 19 des als Hohlprofil ausgebildeten Querträgers 4.3 und können aus diesem typischerweise an seinen offenen Stirnseiten, wie es in der
Darstellung der Figur 1 zu erkennen ist, entsprechend abströmen.
Da die offenen Stirnseiten des Querträgers 4.3 typischerweise nur mit der Umgebung des Fahrzeugs 1 und nicht mit dem Innenraum desselben in Verbindung stehen, ist eine sichere und zuverlässige Ableitung von eventuellen entstehenden Gasen 16 aus der Batterie 6 an die Umgebung gewährleistet, ohne dass Insassen des Fahrzeugs 1 mit den Gasen 16 in Kontakt kommen und hierdurch gegebenenfalls gefährdet wären.
In der Darstellung der Figur 3 ist eine Möglichkeit zu erkennen, die Stirnseiten des Querträgers 4 über eine Klappe 20 als Rückschlagelement entsprechend zu
verschließen. Im regulären Betrieb stellt dies sicher, dass - beispielsweise bei dauerhaft offener Entlüftungsöffnung 17 - keine Verschmutzungen über den Innenraum 19 des Querträgers 4.3 in das Batteriegehäuse 7 eindringen. Kommt es zu einem Abströmen von Gasen 16, so wird die Klappe, wie in der Darstellung der Figur 3b zu erkennen ist, in diesem Fall gegen die Schwerkraft der Klappe geöffnet. Hier könnte ebenso ergänzend oder alternativ zur Schwerkraft eine Feder vorgesehen sein. Selbstverständlich ist es auch denkbar, aktiv angesteuerte Klappen 20 oder Membranen als Berstelement einzusetzen.
In der Darstellung der Figur 4 ist eine alternative Ausführungsform analog zur Darstellung in Figur 1 zu erkennen.
Die Batterie 6 bildet hierbei in später noch näher beschriebener Art und Weise ein in die Tragstruktur 2 eingebundenes tragendes Bauteil, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als Teil des Querträgers 4.2 ausgebildet ist. Dieser ist hier zusammen mit einem Längsträger 3.2 in einer Schnittdarstellung zu erkennen. Die Batterie 6 beziehungsweise das Batteriegehäuse 7 weist wiederum eine
Entlüftungsöffnung 17 auf, welche in der Darstellung der Figur 5 lediglich angedeutet ist. Eventuell im Bereich der Batterie 6 unter Überdruck anfallende Gase 16 werden dann durch einen Teil des Querträgers 4.2 geleitet und gelangen über eine in einem der Längsträger 3.2 angeordnete Öffnung 21 in das Innere dieses Längsträgers 3.2 und entsprechend der hier dargestellten Pfeile über die Stirnseite dieses Längsträgers 3.2 in die Umgebung des Fahrzeugs 1. Der in Figur 4 dargestellte Aufbau hat neben der Möglichkeit der Ableitung eventueller Gase durch den Querträger 4.2 und den
Längsträger 3.2 zusätzlich den entscheidenden Vorteil, dass die Batterie 6
beziehungsweise ein Teil des Batteriegehäuses 7 ein Bauteil der Tragstruktur 2 ist. Wie es in der Darstellung der Figur 5 besser zu erkennen ist, ist das Batteriegehäuse 7 der Batterie 6 beispielsweise mit einem als Bodenwanne 22 konzipierten Bodenteil 8 so ausgebildet, dass das Batteriegehäuse 7 Aufnahmen 23 aufweist, welche beispielsweise mit der Bodenwanne 22 der Batterie 6 verschweißt sein können. Diese Aufnahmen 23 sind über Schrauben 24 lösbar mit den beiden Abschnitten des Querträgers 4.2 verbunden. Die Bodenwanne 22 kann dabei insbesondere als Hohlraumkonstruktion ausgebildet sein, um bei möglichst leichtem Gewicht möglichst gut die Kräfte von dem einen Teil des Querträgers 4.2 in dessen anderen Teil weiterzuleiten. Die Bodenwanne 22 kann außerdem Versteifungselemente aufweisen, welche dies unterstützen. In der Darstellung der Figur 5 sind im Querschnitt zwei der Kühlvorrichtungen 13 in Form von Kühlplatten zwischen den Zellstapeln 11 zu erkennen. Da diese typischerweise aus einem metallischen Material ausgebildet sind und eine entsprechend hohe Steifigkeit aufweisen, können diese in idealer Weise die Versteifungselemente bilden. Sie können Kräfte von der einen Seite der Bodenwanne 22 auf deren andere Seite weiterleiten, ohne dass hierfür zusätzliche Bauelemente notwendig wären.
In der Darstellung der Figur 5 ist die Entlüftungsöffnung 17 zu erkennen, welche beispielsweise als dauerhafte Öffnung in der Bodenwanne 22 der Batterie 6 ausgebildet ist. Sie steht mit dem Inneren 25 des einen Teils des Querträgers 4.2 in Verbindung. Der Querträger 4.2 kann dafür über ein hier nicht dargestelltes Dichtungselement im Bereich seiner Stirnseite oder im Bereich der Aufnahmen 23 so an die Bodenwanne 22 der Batterie 6 angebracht sein, dass die Gase sicher und zuverlässig aus der
Entlüftungsöffnung 17 in das Innere 25 des Querträgers 4.2 strömen, ohne an die Umgebung zu gelangen. Wie bei der Darstellung der Figur 4 bereits beschrieben, gelangen sie dann über den Längsträger 3.2 in die Umgebung des Fahrzeugs 1 , ohne die Insassen des Fahrzeugs im Innenraum desselben zu gefährden.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug (1 ) mit einer Batterie (6) und einer Fahrzeug-Tragstruktur (2), welche mehrere als Hohlprofile ausgebildete Träger (3, 4) aufweist, wobei die Batterie (6) wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) der Batterie (6) mit dem Innenraum (19, 25) wenigstens eines der als Hohlprofile ausgebildeten Träger (3, 4), und über diesen direkt oder über weitere als Hohlprofile ausgebildete Träger (3, 4) mit der Umgebung des Fahrzeugs (1 ) in Verbindung steht.
2. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterie (6) im Bereich der Tragstruktur (2) angeordnet ist.
3. Fahrzeug (1) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterie (6) ein Batteriegehäuse (7) mit der wenigstens einen
Entlüftungsöffnung (17) aufweist, wobei die wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) direkt mit wenigstens einer Öffnung (18) in wenigstens einem der Träger (4.3, 4.2) zusammenwirkt.
4. Fahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
die wenigstens eine Entlüftungsöffnung (17) ein Verschlusselement in Form einer Ventileinrichtung, eines Rückschlagelements, eines Berstelements oder dergleichen aufweist.
5. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterie (6) aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (10) aufgebaut ist, welche jeweils ein Verschlusselement (15) in Form eines Überdruckventils oder eines Berstelements aufweisen.
6. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Verbindung des wenigstens einen als Hohlprofil ausgebildeten Trägers (3, 4) mit der Umgebung des Fahrzeugs (1 ) Verschlusselement, insbesondere ein
Rückschlagelement (20), gegen eindringende Medien aufweist.
7. Fahrzeug (1 ) nach Anspruch 4, 5 oder 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das wenigstens eine Verschlusselement (15) druckabhängig öffnet.
8. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterie (6) ein Batteriegehäuse (7) aufweist, wobei das Batteriegehäuse (7) oder ein Teil des Batteriegehäuses (8, 22), insbesondere eine Bodenwanne (22) des Batteriegehäuses (7), als Bauteil der Tragstruktur (2) ausgebildet ist.
9. Fahrzeug (1) nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Batteriegehäuse (7) wenigstens ein Versteifungselement, insbesondere in Form von Kühlvorrichtungen (13) für die Batterie (6), aufweist.
10. Fahrzeug (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batterie (6) als Traktionsbatterie zur Speicherung von elektrischer
Antriebsleistung in dem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug vorgesehen ist.
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