BESCHREIBUNG:

Die Erfindung betrifft ein Crashsystem.

Um einer Auswirkung eines Aufpralls eines Fahrzeugs mit einem Objekt entgegenzuwirken, kann in dem Fahrzeug ein hierfür vorgesehenes Crashsystem angeordnet sein.

Ein Kontaktierungselement zum elektrischen Anschließen eines Kontaktanschlusses einer elektrischen Zelle ist aus der Druckschrift DE 10 2009 009 923 A1 bekannt.

Die Druckschrift DE 10 2010 033 806 A1 beschreibt einen Batteriepack.

Ein Batteriegehäuse ist aus der Druckschrift DE 10 2018 120 296 A1 bekannt.

Ein Hochvoltspeicher mit einem Pufferbereich und eine Puffereinrichtung sind aus der Druckschrift DE 10 2016 225 058 A1 bekannt.

Vor diesem Hintergrund war es eine Aufgabe, ein Batteriemodul in einem Fahrzeug gegenüber einem Crash ausreichend zu sichern.

Diese Aufgabe wird durch ein Crashsystem mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Ausführungsformen des Crashsystems gehen aus den abhängigen Patentansprüchen und der Beschreibung hervor. Das erfindungsgemäße Crashsystem bzw. ein Aufprallsystem ist für ein Batteriemodul eines Fahrzeugs, bspw. eines Kraftfahrzeugs, ausgebildet, wobei das Batteriemodul mindestens zwei Batteriezellen aufweist, wobei jede Batteriezelle ein Gehäuse mit zwei Stirnseiten und zwei Längsseiten aufweist. Das Crashsystem weist für die mindestens zwei Batteriezellen mindestens zwei Aktivelemente, also für jede Batteriezelle ein Aktivelement, und mindestens ein Wandelement auf, wobei das mindestens eine Wandelement zwei Enden aufweist, wobei ein erstes Ende mit einem ersten Aktivelement und ein zweites Ende mit einem zweiten Aktivelement verbunden ist. Außerdem ist jeweils ein Wandelement zwischen Längsseiten von zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen anzuordnen, anordenbar bzw. angeordnet. Weiterhin ist ein erstes Aktivelement auf einer Stirnseite einer ersten der beiden unmittelbar benachbarten Batteriezellen und ein zweites Aktivelement auf einer Stirnseite einer zweiten der beiden unmittelbar benachbarten Batteriezellen vorzusehen, vorsehbar, vorgesehen, anzuordnen, anordenbar bzw. angeordnet, wobei jedes Aktivelement mindestens einen Abschnitt aufweist, der zu jedem Wandelement, mit dem das Aktivelement verbunden ist, im Profil unter einem spitzen Winkel kleiner 90° orientiert ist.

Jedes Aktivelement ist mit mindestens zwei Wandelementen, die eine Batteriezelle zumindest teilweise, ggf. vollständig, umschließen, begrenzen und/oder zumindest teilweise, ggf. vollständig, umhüllen, verbunden, wobei der mindestens eine Abschnitt zwischen den mindestens zwei Wandelementen üblicherweise im Profil uneben, gewölbt, schräg, schief, mindestens einmal geknickt und/oder gebogen ist.

In Ausgestaltung ist zwischen jeweils einem Aktivelement und einer Stirnseite einer Batteriezelle mindestens ein Hohlraum vorgesehen, vorzusehen, anzuordnen, anordenbar bzw. angeordnet.

Mindestens zwei unmittelbar benachbarte Wandelemente sind dazu ausgebildet, Längsseiten, also mindestens zwei Längsseiten, von einer dazwischen anzuordnenden, anordenbaren bzw. angeordneten Batteriezelle in der Regel komplett zu umschließen. Dabei bildet ein Aktivelement mit sämtlichen unmittelbar benachbarten Wandelementen für diese dazwischen anzuordnende, angeordnete bzw. befindliche Batteriezelle eine Abdeckung, wobei sämtliche Wandelelemente eine Hülle für das Aktivelement bilden, die an einem Ende einerseits von dem Aktivelement abgedeckt und an einem gegenüberliegenden Ende geöffnet ist. Jeweils ein Wandelement bzw. eine Trennwand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen trennt die beiden Batteriezellen mechanisch und kann sie auch voneinander elektrisch isolieren. Außerdem sind sämtliche Batteriezellen von einer gemeinsamen Außenwand umhüllt und/oder umschlossen, wobei die Außenwand mehrere Wandelemente und/oder mindestens eine Druckplatte aufweisen kann.

Eine Ausgestaltung des Crashsystems und/oder jeweils einer Hülle zur Aufnahme einer Batteriezelle hängt auch von einer Form der Batteriezellen des Batteriemoduls ab. So weist in der Regel jede Batteriezelle eine Längsachse, bspw. Drehachse, auf, die parallel zu ihren Längsseiten orientiert ist, wobei üblicherweise die Längsachsen sämtlicher Batteriezellen zueinander parallel orientiert sind.

Dabei ist es möglich, dass jede Batteriezelle eine kreisförmige bzw. runde Grundfläche aufweist und zylinderförmig ausgebildet ist. In diesem Fall umschließen die zwei unmittelbar benachbarten Wandelemente eine zylinderförmige Innenwand, in der die Batteriezelle aufgenommen ist. Bei einer derartigen zylinderförmigen Batteriezelle ist das dafür vorgesehene Aktivelement entsprechend einem Ausschnitt einer Oberfläche einer Kugel gebogen, gekrümmt, gewölbt und/oder domförmig ausgebildet. Alternativ hierzu ist es möglich, dass das Aktivelement kegelförmig ausgebildet ist.

Es ist auch möglich, dass die Batteriezelle eine regelmäßig n-eckige, also bspw. dreieckige, viereckige, in der Regel rechteckige, insbesondere quadratische, oder mehreckige, bspw. auch sechseckige bzw. hexagonale Grundfläche aufweist, wobei die Batteriezelle gemäß einer Anzahl an Ecken drehsymmetrisch ist. Falls die Grundfläche n Ecken aufweist, wird die Batteriezelle nach einer Drehung um eine als Drehachse ausgebildete bzw. zu bezeichnende Längsachse von 3607n in sich selbst abgebildet. In diesem Fall umschließen mindestens drei Wandelemente eine Innenwand mit n-eckiger Grundfläche, in der die Batteriezelle aufgenommen ist. Bei einer derartigen n-eckigen, bspw. quaderförmigen, Batteriezelle ist das dafür vorgesehene Aktivelement entsprechend der n-eckigen Grundfläche wie ein Polyeder, bspw. pyramidenförmig, ausgebildet. Es ist hierbei im Fall einer viereckigen, bspw. quadratischen, Grundfläche denkbar, dass das Aktivelement zwei ebene Abschnitte bzw. Flächen aufweist, wobei jeder Abschnitt unter demselben spitzen Winkel zu einem Wandelement orientiert bzw. ausgerichtet ist, wobei die beiden Abschnitte zueinander unter einem üblicherweise stumpfen Winkel von etwa 180° abzüglich dem Doppelten des Werts des spitzen Winkels orientiert sind.

Im Fall der n-eckigen, bspw. viereckigen, aber auch im Fall einer kreisförmigen Grundfläche ist es denkbar, dass das Aktivelement nur einen ebenen Abschnitt bzw. eine Fläche aufweist, wobei der Abschnitt unter demselben spitzen Winkel zu einem ersten und einem gegenüberliegenden Wandelement orientiert bzw. ausgerichtet ist.

Unabhängig von einer jeweiligen geometrischen Ausgestaltung des Aktivelements für eine in ihrer Grundfläche runde oder eckige Batteriezelle, ist dieses Aktivelement, weg von der Stirnseite der Batteriezelle nach außen orientiert, entweder konvex oder, hin zu der Stirnseite der Batteriezelle nach innen orientiert, konkav geformt. In Ausgestaltung ist jeweils ein Aktivelement mindestens einmal gebogen, also einfach gebogen oder doppelt gebogen, wobei es mindestens einmal bzw. konkav oder konvex gebogen ist und eine Abdeckung für eine Stirnseite einer Batteriezelle bildet.

In weiterer Ausgestaltung des Crashsystems ist ein Abstand zwischen zwei gegenüberliegenden Wandelementen, zwischen denen eine Batteriezelle anzuordnen, anordenbar bzw. angeordnet ist, größer als eine Summe eines Abstands zwischen zwei gegenüberliegenden Längsseiten der Batteriezelle und somit einer Breite der Batteriezelle zuzüglich einer Breite mindestens eines Luftspalts zwischen einer Längsseite und einem Wandelement. Außerdem ist jedes Aktivelement plastisch verformbar bzw. zu verformen.

Das mindestens eine Wandelement ist, bspw. auch bei einer relativen Bewegung von zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen aufeinander zu, elastisch verformbar bzw. zu verformen. Jeweils ein verformbares Aktivelement ist dazu ausgebildet, die beiden Wandelemente, mit denen es verbunden ist, relativ zueinander abzustützen und auch im Fall eines Crashes zwischen den beiden Wandelementen, in dem sich die Batteriezelle befindet, einen minimalen Abstand aufrechtzuerhalten.

Es ist möglich, dass mehrere miteinander verbundene Aktivelemente und Wandelemente im Profil, also gemäß einem Schnitt durch das Batteriemodul und das Crashsystem, die miteinander verbunden und/oder kombiniert sind, mäanderförmig ausgebildet sind. Weiterhin ist es möglich, dass auf mindestens einem Wandelement Dämpfungsmaterial, üblicherweise ein dämpfendes Zusatzelement, angeordnet ist, das sich zwischen einer Längsseite einer Batteriezelle und einem Wandelement befindet.

Das Crashsystem ist bspw. für ein Batteriemodul ausgebildet, das in einem Schweller und/oder Unterboden des Fahrzeugs anzuordnen, anordenbar bzw. angeordnet ist.

Es ist möglich, dass jedes Aktivelement und/oder Wandelement bezüglich seiner Form und seiner materiellen Beschaffenheit anzupassen und/oder einstellbar ist. Jedes Aktivelement und/oder Wandelement als Crashelement sowie das Crashsystem sind im Fall eines Crashes, eines Aufpralls des Fahrzeugs auf einem anderen Objekt bzw. eines Unfalls mit diesem Objekt zur Aufnahme der dabei entstehenden mechanischen Energie ausgebildet. Jedes Wandelement und/oder jedes Aktivelement auf einer oberen oder entgegengesetzten unteren Stirnseite einer jeweiligen Batteriezelle kann auch als Abstandshalter zur Aufnahme der beim Crash entstehenden Energie zwischen benachbarten Batteriezellen ausgebildet sein bzw. bezeichnet werden. Ein jeweiliges als Wandelement ausgebildetes Crashelement zwischen zwei Batteriezellen und/oder ein jeweiliges als Aktivelement ausgebildetes einstellbares Crashelement auf oder unter einer Batteriezelle ist in einem Bau- raum mit einer Breite von bis zu 1 cm, insbesondere einer Breite bis zu 10 mm, bspw. zwischen 1 mm und 5 mm angeordnet. In einem Bauraum zwischen zwei Batteriezellen ist neben dem Wandelement mindestens ein Luftspalt angeordnet. In einem Bauraum oberhalb oder unterhalb einer Stirnseite einer Batteriezelle ist neben dem Aktivelement der Hohlraum angeordnet.

Jedes Crashelement, bspw. ein gebogenes Aktivelement oder Wandelement, besteht aus mindestens einem Material, bspw. aus Aluminium, Kunststoff und/oder einem dämpfenden Material bzw. Dämpfungsmaterial mit erhöhter Dämpfung und kann als Aluminiumprofil, Kunststoffprofil oder Mischprofil gebildet sein. Dabei können Crashelemente, bspw. Wandelemente, abwechselnd mit einem Dämpfungsmaterial und mit leitfähigem Material ausgestattet sein, wobei jedes (2n+1)-te Wandelement Dämpfungsmaterial und jedes 2n- te Wandelement elektrisch leitfähiges Material aufweist. In Ausgestaltung weist jedes (2n+1)-te Wandelement Material mit einer ersten elektrischen Leitfähigkeit und jedes 2n-te Wandelement Material mit einer zweiten elektrischen Leitfähigkeit auf, wobei die zweite elektrische Leitfähigkeit größer als die erste elektrische Leitfähigkeit ist. Dabei ist es möglich, dass das Dämpfungsmaterial und das leitfähige Material nur auf bzw. an einer Seite jeweils eines Wandelements angeordnet und nur jeweils einer von zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen, also jeweils einer Längsseite einer Batteriezelle, zugeordnet sind.

Jedes Crashelement kann bei einem Crash bzw. Aufprall des Fahrzeugs mechanische Energie abbauen, die ansonsten in anderen Komponenten des Fahrzeugs, bspw. im Schweller, im Kofferraum oder in einer hierfür vorgesehenen weiteren Crashstruktur bzw. einem entsprechenden weiteren Crashsystem des Fahrzeugs aufzunehmen ist. Dabei weist das Crashsystem aufgrund kleinbauender Crashelemente ein geringes Gewicht auf. Es ist auch möglich, den Schweller oder eine entsprechende Struktur im Aufbau des Fahrzeugs kleiner auszubilden.

In einer möglichen Ausgestaltung ist in jeweils ein Aktivelement, falls es bspw. kegelförmig ausgebildet ist oder zwei zueinander gewinkelte ebene Flächen aufweist, mindestens ein Winkel eingebracht. Außerdem ist entspre- chend zwischen einem Aktivelement und einem Wandelement, die miteinander verbunden sind, ebenfalls der stumpfe Winkel kleiner 90° eingebracht. Mindestens einer der genannten Winkel wird aufgrund einer Kraft, die bei dem Crash auf das Fahrzeug, das Batteriemodul und/oder das Crashsystem wirkt, verändert.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung schematisch und ausführlich beschrieben.

Figuren 1 a, 1 b, 1c zeigen in schematischer Darstellung eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Crashsystems.

Figuren 2a, 2b, 2c, 2d, 2e zeigen jeweils ein Beispiel für ein Aktivelement für jeweils eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Crashsystems.

Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleichen Bezugszeichen sind dieselben Komponenten zugeordnet.

Die anhand der Figuren 1 a, 1 b und 1c schematisch dargestellte erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Crashsystems 1 ist für ein Batteriemodul vorgesehen, das hier mehrere nebeneinander angeordnete Batteriezellen 4 aufweist. Dabei umfasst das Crashsystem 1 hier als Komponenten mehrere Aktivelemente 2a und Wandelemente 6. Ferner zeigen die Figuren 1 a, 1 b und 1c auch zwei Druckplatten 8 als Komponenten des Batteriemoduls und/oder des Crashsystems 1 , zwischen denen die Batteriezellen 4 angeordnet sind. Hierbei ist vorgesehen, dass jede Batteriezelle 4 bzw. ihr Gehäuse eine Längsachse aufweist, die zwischen mindestens zwei Längsseiten parallel zu diesen Längsseiten einer jeweiligen Batteriezelle 4 bzw. ihrem Gehäuse orientiert ist. Außerdem weist jede Batteriezelle 4 bzw. ihr Gehäuse zwei Stirnseiten auf, wobei hier jeweils eine Stirnseite zu den Längsseiten einer jeweiligen Batteriezelle 4 senkrecht orientiert ist.

Es ist vorgesehen, dass zwischen jeweils zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen 4 ein Wandelement 6 als Crashelement des Crashsystems 1 angeordnet ist. Außerdem ist jeweils nur auf einer Stirnseite jeweils einer Batteriezelle 4 ein Aktivelement 2a als weiteres Crashelement des Crashsystems 1 angeordnet, das zwei ebene und/oder flache Abschnitte aufweist.

Das Aktivelement 2a ist mit jeweils zwei benachbarten Wandelementen 6, zwischen denen jeweils eine Batteriezelle 4 angeordnet ist, verbunden. Dabei ist ein erster Abschnitt unter einem spitzen Winkel relativ zu einem ersten Wandelement 6 und ein zweiter Abschnitt unter demselben spitzen Winkel relativ zu einem zweiten Wandelement 6 orientiert. Außerdem weist jedes Aktivelement 2a ungefähr in seiner Mitte einen stumpfen Winkel auf, der hier einen Wert von 180° abzüglich einem Doppelten des Werts des voranstehend genannten spitzen Winkels entspricht, wobei die zwei Abschnitte des jeweiligen Aktivelements 2a hier unter dem stumpfen Winkel zueinander orientiert sind. Dabei ist jedes Aktivelement 2a entlang des Winkels konvex geknickt und somit gebogen.

Das hier vorgestellte Batteriemodul ist dazu ausgebildet, eine elektrische Maschine zum Antreiben eines Fahrzeugs, hier eines Kraftfahrzeugs, mit elektrischer Energie zu versorgen, die in dem Batteriemodul gespeichert ist bzw. wird. Für das hier vorgestellte Batteriemodul und das Crashsystem 1 ist vorgesehen, dass ein erstes Aktivelement 2a einerseits mit einer ersten Druckplatte 8 als zusätzliches Wandelement und andererseits mit einem ersten Wandelement 6 verbunden ist, wobei die Druckplatte 8 hier dicker bzw. breiter als das Wandelement ist. Dabei ist hier das erste obere Aktivelement 2a auf einer oberen Stirnseite einer ersten Batteriezelle 4 angeordnet, die weiterhin auch zwischen der ersten Druckplatte 8 und dem ersten Wandele- ment 6 angeordnet ist. Ein zweites unteres Aktivelement 2a ist mit dem ersten Wandelement 6 und einem zweiten Wandelement 6 verbunden und weiterhin an einer unteren Stirnseite einer zweiten Batteriezelle 4 angeordnet. Das Crashsystem 1 weist für bspw. k Batteriezellen 4 k Aktivelemente 2a und k-1 Wandelemente 6 auf. Dabei ist hier an jeweils einer oberen Stirnseite einer ungeradzahligen Batteriezelle 4, also an der ersten, dritten und (2n+1)-ten Batteriezelle ein oberes Aktivelement 2a und an der unteren Stirnseite jeder geradzahligen Batteriezelle, also jeder zweiten, vierten und 2n-ten Batteriezelle ein unteres Aktivelement 2a angeordnet. Ein letztes, hier unteres Aktivelement 2a ist hier einerseits mit einem letzten Wandelement 6 und einer zweiten Druckplatte 8 verbunden, zwischen denen auch eine letzte Batteriezelle 4 des Batteriemoduls angeordnet ist.

Im Detail zeigt Figur 1 a einen Ausgangszustand des Crashsystems 1 und des Batteriemoduls, wie sie ursprünglich hergestellt und zusammengebaut worden sind. Dabei ist aus Figur 1 a ersichtlich, dass sämtliche Aktivelemente 2a unter demselben stumpfen Winkel konvex nach außen gebogen sind. Figur 1 b zeigt eine Situation nach einem Aufprall, bei dem auf das Batteriemodul und das Crashsystem 1 eine Kraft gewirkt hat. Daraus ergibt sich, dass hier das erste obere Aktivelement 2a auf der Stirnseite der ersten Batteriezelle 4 verformt wird bzw. verformt worden ist, wobei sich ein Wert jedes stumpfen Winkels zwischen jeweils einem Abschnitt und einem Wandelement 6 entsprechend vergrößert, wobei weiterhin auch ein Abstand zwischen der ersten Druckplatte 8 und dem ersten Wandelement 6 verringert wird. Üblicherweise wird bei dem Aufprall entsprechend auch der Abstand zwischen zwei unmittelbar benachbarten Wandelementen 6 verringert.

In Figur 1c ist für die Ausführungsform des Crashsystems 1 vorgesehen, dass an lediglich einer Seite jeweils eines Wandelements 6 zwischen zwei Batteriezellen 4 ein dämpfendes Zusatzelement 10 aus Hybrid- und/oder Dämpfungsmaterial angeordnet ist, das zwischen zwei unmittelbar benachbarten Batteriezellen 4 dämpfend wirkt und bei dem Crash entstehende Energie zusätzlich abbaut. Das erste Beispiel des Aktivelements 2a ist auch in Figur 2a schematisch dargestellt. Hieraus geht hervor, dass jeder der beiden Abschnitte dieses hier konvexen Aktivelements 2a unter einem spitzen Winkel a [alpha] zu einem jeweiligen Wandelement 6, mit dem es verbunden ist, orientiert bzw. ausgerichtet wird. Im Fall eines Crashes ist vorgesehen, dass die beiden Winkel a vergrößert werden. Das zweite anhand von Figur 2b dargestellte Beispiel eines Aktivelements 2b ist im Unterschied zu dem ersten Beispiel des Aktivelements 2a konkav nach innen geknickt und/oder gebogen, wobei dieses Aktivelement 2b ebenfalls zwei ebene Abschnitte aufweist, wobei jeder Abschnitt unter einem spitzen Winkel ß [beta] zu einem Wandelement 6, mit dem es verbunden ist, orientiert ist. Ungefähr in der Mitte des Aktivelements 2a sind die beiden Abschnitte unter einem stumpfen Winkel von 180°-2*ß [180° minus 2mal ß] orientiert.

Das dritte Beispiel des Aktivelements 2c weist lediglich einen flachen und/oder ebenen Abschnitt auf, der hier mit zwei Wandelementen 6 verbunden ist, wobei das Aktivelement 2c zu einem zweiten Wandelement 6 unter einem spitzen Winkel y [gamma] und zu einem ersten Wandelement 6 unter einem spitzen Winkel von 90°-y orientiert ist.

Das anhand von Figur 2d schematisch dargestellte vierte Beispiel eines Aktivelements 2d ist hier konvex nach außen gebogen und weist lediglich einen konvex gebogenen Abschnitt auf, der jeweils unter einem spitzen Winkel relativ zu einem Wandelement 6 orientiert ist. Ein anhand von Figur 2e schematisch dargestelltes fünftes Beispiel eines Aktivelements 2e zwischen zwei Wandelementen 6 ist hier konkav nach innen gebogen und weist lediglich einen konkav gebogenen Abschnitt auf, der jeweils unter einem spitzen Winkel relativ zu einem Wandelement 6 orientiert ist.

Bei jedem hier exemplarisch vorgestellten Beispiel eines Aktivelements 2a, 2b, 2c, 2d, 2e als Crashelement einer jeweiligen Ausführungsform des Crashsystems 1 ist vorgesehen, dass sich dieses Aktivelement 2a, 2b, 2c, 2d, 2e nach dem Crash und/oder aufgrund einer darauf wirkenden mechanischen Kraft zusammendrücken lässt und/oder zusammengedrückt sowie entsprechend deformiert wird, wobei das Aktivelement 2a, 2b, 2c, 2d, 2e einen Weg zur Aufnahme von Energie freigibt, ohne eine jeweilige Batteriezelle 4 bzw. deren Gehäuse, auf deren Stirnseite es entweder oben oder unten angeordnet ist, zu verformen.

BEZUGSZEICHEN:

1 Crashsystem

2a, 2b, Aktivelement 2c, 2d,

2e

4 Batteriezelle

6 Wandelement

8 Druckplatte 10 Zusatzelement