AT526515A4 - Vehicle with movable vehicle battery - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug, insbesondere Nutzfahrzeug, umfassend: eine Fahrzeugkarosserie; einen im Wesentlichen horizontal im Fahrzeug angeordneten Leiterrahmen mit Querträgern; eine zwischen Fahrzeugkarosserie und Leiterrahmen an einem Batteriequerträger angeordnete Fahrzeugbatterie, wobei die Fahrzeugbatterie senkrecht zur Fahrtrichtung und relativ zum Leiterrahmen verschiebbar angeordnet ist.The present invention relates to a vehicle, in particular a commercial vehicle, comprising: a vehicle body; a ladder frame arranged substantially horizontally in the vehicle with cross members; a vehicle battery arranged between the vehicle body and the ladder frame on a battery cross member, wherein the vehicle battery is arranged perpendicular to the direction of travel and displaceable relative to the ladder frame.
Description
Fahrzeug mit verschiebbar angeordneter Fahrzeugbatterie Vehicle with movable vehicle battery
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug umfassend einen Fahrzeugkarosserie, einen Leiterrahmen mit Querträgern, eine zwischen Fahrzeugkarosserie und Leiterrahmen an einem Batteriequerträger angeordnete Fahrzeugbatterie, die senkrecht The present invention relates to a vehicle comprising a vehicle body, a ladder frame with cross members, a vehicle battery arranged between the vehicle body and the ladder frame on a battery cross member, which is vertically
zur Fahrtrichtung und relativ zum Leiterrahmen verschiebbar angeordnet ist. is arranged so as to be displaceable in the direction of travel and relative to the ladder frame.
Die vorliegende Erfindung beruht auf bestehenden Techniken, Batterien in Fahrzeugen anzuordnen. Insbesondere seit Batterien vermehrt als Energiespeicher für den Antrieb von Fahrzeugen genutzt werden, sind die an die Batterien in Fahrzeugen gestellten Anforderungen stark gestiegen. Eine wesentliche Herausforderung bei der Integration von Batterien in Fahrzeugen ist das große Batterievolumen, das notwendig ist, um gestellten Anforderungen beispielsweise an die Reichweite zu genügen. Ein hierfür wichtiger Parameter von Batterien in Fahrzeugen ist deren volumetrische Energiedichte. Diese ist insbesondere abhängig von der Zellchemie sowie dem Aufbau von Zelle über Modul bis zum Pack und damit für einen gewählten Batterietyp festgelegt. Neben der zu erfüllenden Reichweitenanforderung sind bei der Entwicklung von Fahrzeugen, verschiedene Anforderungen zur Crashsicherheit zu erfüllen, The present invention is based on existing techniques for arranging batteries in vehicles. In particular, since batteries are increasingly used as energy storage devices for driving vehicles, the demands placed on batteries in vehicles have increased significantly. A major challenge in integrating batteries in vehicles is the large battery volume that is necessary to meet requirements, for example in terms of range. An important parameter of batteries in vehicles is their volumetric energy density. This depends in particular on the cell chemistry and the structure from cell to module to pack and is therefore determined for a selected battery type. In addition to the range requirement to be met, various crash safety requirements must be met when developing vehicles.
die auch bei der Anordnung der Fahrzeugbatterien zu berücksichtigen sind. which must also be taken into account when arranging the vehicle batteries.
Insbesondere unterschiedliche Seitencrash-Arten sind hier eine große Herausforderung und erlauben häufig keine Anordnung von großen Fahrzeugbatterien, die nahe an die seitliche Fahrzeugbegrenzung reichen. In particular, different types of side crashes pose a major challenge here and often do not allow the arrangement of large vehicle batteries that extend close to the side of the vehicle.
In Nutzfahrzeugen mit Leiterrahmen werden aufgrund der Bauweise, der Masse, der Abmessungen und nötigen Energiemenge in den Batterien meist dezentrale parallele Batteriesysteme genutzt. Auf Basis aktueller Leiterrahmenkonzepte werden Batterien meist zumindest teilweise seitlich (Richtung Fahrzeugaußen) der Längsträger des Leiterrahmens angeordnet. Um einen sicheren Betrieb wenigstens einer geschützten Fahrzeugbatterie sicherzustellen, wird häufig eine seitlich außen angeordnete Crashbarriere in Kombination mit einem Freiraum genutzt, der als Deformationsraum zwischen der Crashbarriere und der geschützten Batterie fungiert, um im Fall eines Crashs ein gewisses Maß an Deformationen ohne Beeinträchtigung der geschützten Fahrzeugbatterie zu ermöglichen. In commercial vehicles with ladder frames, decentralized parallel battery systems are usually used due to the design, mass, dimensions and amount of energy required in the batteries. Based on current ladder frame concepts, batteries are usually arranged at least partially to the side (towards the outside of the vehicle) of the ladder frame's longitudinal members. In order to ensure safe operation of at least one protected vehicle battery, a crash barrier arranged on the outside of the side is often used in combination with a free space that acts as a deformation space between the crash barrier and the protected battery in order to allow a certain degree of deformation in the event of a crash without affecting the protected vehicle battery.
gebung abzuschirmen. environment.
Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen zur Anordnung von Fahrzeugbatterien in Fahrzeugen ist es, dass der Bauraum der Fahrzeugbatterie sowohl durch die Defor-The disadvantage of the known solutions for arranging vehicle batteries in vehicles is that the installation space of the vehicle battery is limited both by the deformation
mationszone als auch durch die Isolierung eingeschränkt wird. mation zone as well as by the insulation.
Eine einfache Erweiterung der Fahrzeugbatterie in die Deformationszone hinein reduziert die Crashsicherheit des Fahrzeugs und ist daher keine geeignete Lösung zur Weiterentwicklung. A simple extension of the vehicle battery into the deformation zone reduces the crash safety of the vehicle and is therefore not a suitable solution for further development.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. It is an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above in a cost-effective and simple manner.
Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise ein Fahrzeug bereitzustellen, dessen Batterie effizient temperiert werden kann und den Bauraum der Fahrzeugbatterie effizienter nutzt. In particular, it is an object of the present invention to provide a vehicle in a cost-effective and simple manner whose battery can be efficiently tempered and which uses the installation space of the vehicle battery more efficiently.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst, durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1. The above object is achieved by a vehicle having the features of claim 1.
Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit Aspekten der Aufhängung, der Fahrzeugbatterie und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann. Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that are described in connection with the vehicle according to the invention naturally also apply in connection with aspects of the suspension, the vehicle battery and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reference is or can always be made to each other.
Erfindungsgemäß soll ein Fahrzeug ermöglicht werden, bei dem die Batterie breiter According to the invention, a vehicle is to be made possible in which the battery is wider
auszugestalten, was in größerer Reichweite resultiert. which results in greater reach.
Durch die verschiebbare Anordnung der Fahrzeugbatterie relativ zum Leiterrahmen wird ermöglicht, dass Freiräume, die beidseitig der Batterie zur Isolation der Batterie The movable arrangement of the vehicle battery relative to the ladder frame allows the spaces on both sides of the battery to be used to insulate the battery
notwendig sind, ebenfalls als Deformationszone zu nutzen. necessary to also be used as a deformation zone.
Crashsicherheit wird in PKW mit Blechschalenbauweise meist durch Deformation der Schalen erreicht. Die Leiterrahmenbauweise im Fahrzeug ermöglicht, dass Crashsicherheit auf andere Weise gewährleistet werden kann. Die durch die Erfindung mögliche Verschiebung der Fahrzeugbatterie, die üblicherweise ein hohes Gewicht aufweist, trägt dazu bei, die beim Crash auftretenden großen Mengen an kinetischer Energie aufzunehmen und in Richtung des stabilen Leiterrahmens abzuleiten. Eine im Fahrzeug üblicherweise vorhandene Deformationszone kann hierdurch verkleinert Crash safety in cars with sheet metal shell construction is usually achieved by deforming the shells. The ladder frame construction in the vehicle enables crash safety to be ensured in a different way. The displacement of the vehicle battery, which is usually very heavy, made possible by the invention helps to absorb the large amounts of kinetic energy that occur during a crash and to divert it towards the stable ladder frame. A deformation zone that is usually present in the vehicle can thus be reduced.
oder ersetzt werden. or replaced.
Ein Fahrzeug ist eine Maschine, die dazu eingerichtet ist, Personen, Güter oder andere Einrichtungen zu transportieren. Zu den Fahrzeugen gehören Wagen, Fahrräder, Kraftfahrzeuge (beispielsweise Motorräder, Autos, Lastwagen, Busse und Scooter für Menschen mit Behinderung), Schienenfahrzeuge (beispielsweise Züge und Straßenbahnen), Wasserfahrzeuge (beispielsweise Schiffe, Boote und Unterwasserfahrzeuge), Amphibienfahrzeuge (beispielsweise Schraubenfahrzeuge und Hovercraft), Flugzeuge (beispielsweise Flugzeuge und Hubschrauber) und Raumfahrzeu-A vehicle is a machine designed to transport people, goods or other equipment. Vehicles include carriages, bicycles, motor vehicles (such as motorcycles, cars, trucks, buses and scooters for people with disabilities), rail vehicles (such as trains and trams), watercraft (such as ships, boats and underwater vehicles), amphibious vehicles (such as screw vehicles and hovercraft), aircraft (such as airplanes and helicopters) and spacecraft.
ge. ge.
Ein Nutzfahrzeug ist ein ist ein Kraftfahrzeug, das nach seiner Bauart und Einrichtung zum Transport von Personen oder Gütern bestimmt ist, oder zum Ziehen von Anhängern, aber kein Personenkraftwagen oder Kraftrad ist, sondern beispielsweise A commercial vehicle is a motor vehicle which, according to its design and equipment, is intended for the transport of persons or goods, or for towing trailers, but is not a passenger car or motorcycle, but for example
ein Omnibus, ein Lastkraftwagen, eine Zugmaschine oder ein Kranwagen. Ins-a bus, a truck, a tractor or a crane truck.
Lastkraftwagen sein. trucks.
Die Fahrzeugkarosserie bezeichnet den kompletten Aufbau des Fahrzeugs auf einem tragenden Fahrgestell. Die Fahrzeugkarosserie kann auch eine selbsttragende Karosserie sein, die im Unterschied zu einer einfachen Fahrzeugkarosserie nicht nur den Aufbau selbst, sondern zugleich auch das Grundgerüst des Fahrzeugs umfasst. The vehicle body refers to the complete structure of the vehicle on a supporting chassis. The vehicle body can also be a self-supporting body, which, in contrast to a simple vehicle body, includes not only the structure itself, but also the basic framework of the vehicle.
Als Leiterrahmen bezeichnet man eine Bauart von Fahrzeugrahmen im Automobilbau, der unter anderem die Achsen, Motor, das Getriebe und den Aufbau aufnimmt. Zwischen zwei starken Längsträgern sind mehrere Querträger eingefügt, die ihm die Form einer Leiter geben. Zur Verbesserung der Verwindungssteifheit können Leiterrahmen aus geschlossenen Profilen hergestellt werden und in diesem Fall auch als Kastenrahmen bezeichnet werden. Häufig werden Leiterrahmen von Nutzfahrzeugen aber aus Längsträgern und Querträgern mit C-Profilen hergestellt. Die Anwendung bei Fahrzeugen, insbesondere LKW, mit Leiterrahmen ist besonders vorteilhaft, da sich die massiven metallenen Längsträger des Leiterrahmens mit üblicherweise einigen Millimetern Wandstärke besonders gut eignen, um im Fall eines Crashs auftretende mechanische Energien aufzunehmen und gegebenenfalls abzuleiten. Des Weiteren haben sich Leiterrahmen bei Nutzfahrzeugen etabliert um als Basis für unterschiedlichste Aufbauten zu genügen, vom Planenaufbau über Kühlkoffer bis zu Tankwagen. A ladder frame is a type of vehicle frame in automobile construction that accommodates the axles, engine, transmission and body, among other things. Several cross members are inserted between two strong longitudinal members, giving it the shape of a ladder. To improve torsional rigidity, ladder frames can be made from closed profiles and in this case are also referred to as box frames. However, ladder frames for commercial vehicles are often made from longitudinal members and cross members with C-profiles. The use in vehicles, especially trucks, with ladder frames is particularly advantageous because the solid metal longitudinal members of the ladder frame, with a wall thickness of usually a few millimeters, are particularly well suited to absorbing and, if necessary, dissipating mechanical energy that occurs in the event of a crash. Ladder frames have also become established in commercial vehicles as a basis for a wide variety of structures, from tarpaulin bodies to refrigerated boxes and tank trucks.
Eine Fahrzeugbatterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis zur Versorgung eines Fahrzeugs mit elektrischer Energie. Die Batterie ist grundsätzlich wiederaufladbar und kann dazu eingerichtet sein, den Antrieb des Fahrzeugs mit elektrischer Energie zu versorgen. Die Fahrzeugbatterie ist vorzugsweise eine Hochvoltbatterie. Die Fahrzeugbatterie kann als Zelle, Modul und/oder Pack ausgestaltet sein und/oder Zellen, Module, und/oder Packs umfassen. A vehicle battery is an electrochemical-based storage device for electrical energy for supplying a vehicle with electrical energy. The battery is generally rechargeable and can be designed to supply the vehicle's drive with electrical energy. The vehicle battery is preferably a high-voltage battery. The vehicle battery can be designed as a cell, module and/or pack and/or comprise cells, modules and/or packs.
Die Anordnung der Fahrzeugbatterie zwischen Fahrzeugkarosserie und Leiterrahmen bedeutet, dass wenigstens ein Teil der Fahrzeugbatterie zwischen einem Abschnitt der Fahrzeugkarosserie und einem Abschnitt des Leiterrahmen angeordnet ist, also dass eine Verbindungslinie zwischen einem beliebigen Abschnitt der Fahrzeugkarosserie und einem beliebigen Abschnitt des Leiterrahmens die Fahrzeugbatterie schneidet. The arrangement of the vehicle battery between the vehicle body and the ladder frame means that at least a part of the vehicle battery is arranged between a section of the vehicle body and a section of the ladder frame, i.e. that a connecting line between any section of the vehicle body and any section of the ladder frame intersects the vehicle battery.
Eine Verschiebbarkeit der Fahrzeugbatterie senkrecht zur Fahrtrichtung bedeutet, dass die Fahrzeugbatterie in eine Richtung verschiebbar ist, die zumindest anteilig senkrecht zur Fahrtrichtung liegt. Wird die Richtung der Verschiebbarkeit durch einen Vektor ausgedrückt, hat dieser zumindest einen Anteil, der in der durch den Leiterrahmen aufgespannten Ebene senkrecht zur Fahrtrichtung zeigt. A displaceability of the vehicle battery perpendicular to the direction of travel means that the vehicle battery can be displaced in a direction that is at least partially perpendicular to the direction of travel. If the direction of displaceability is expressed by a vector, this has at least a portion that points perpendicular to the direction of travel in the plane spanned by the ladder frame.
Es kann Vorteile mit sich bringen, wenn die Fahrzeugbatterie in Längsrichtung der Querträger verschiebbar angeordnet ist. It can be advantageous if the vehicle battery is arranged so that it can be moved in the longitudinal direction of the cross members.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Fahrzeugbatterie nicht nur anteilig in Richtung der Querträger verschiebbar angeordnet, sondern im Wesentlichen ausschließlich in Richtung der Querträger. Eine derartige Anordnung ermöglicht eine einfachere Anbindung der Fahrzeugbatterie am Leiterrahmen. According to this embodiment, the vehicle battery is not only arranged to be partially displaceable in the direction of the cross members, but essentially exclusively in the direction of the cross members. Such an arrangement enables the vehicle battery to be connected to the ladder frame more easily.
Vorteile bringt es weiter mit sich, wenn die Fahrzeugbatterie mit einer gedämpften Verschiebeeinrichtung am Leiterrahmen angeordnet ist. There are further advantages if the vehicle battery is arranged on the ladder frame with a dampened sliding device.
Als gedämpfte Verschiebeeinrichtung kommen zur Dämpfung von translatorischen Bewegungen vorzugsweise besonders günstige Crashrohre, die durch Deformation gedämpft sind, aber insbesondere auch hydraulische Stoßdämpfer, Reibungsdämpfer, Hebelstoßdämpfer, Einrohrdämpfer und/oder Zweirohrdämpfer infrage. Particularly suitable dampened displacement devices for damping translational movements are particularly inexpensive crash tubes that are dampened by deformation, but in particular hydraulic shock absorbers, friction dampers, lever shock absorbers, monotube dampers and/or twin-tube dampers.
Eine derartige Dämpfungseinrichtung ermöglicht durch schnelleres abklingen lassen einer im Crashfall auftretenden Schwingung, den Schaden an Batterie und/oder Such a damping device allows the vibration occurring in the event of a crash to decay more quickly, thus preventing damage to the battery and/or
Fahrzeug weiter zu reduzieren. vehicle to be further reduced.
Weitere Vorteile werden erzeugt, wenn die Fahrzeugbatterie an wenigstens zwei Seiten von einer zumindest teilweise stoßdämpfenden Isolierung umgeben ist. Further advantages are achieved if the vehicle battery is surrounded on at least two sides by at least partially shock-absorbing insulation.
nehmen. take.
Vorzugsweise kann in dieser Ausführungsform vorgesehen sein, dass die stoßdämpfende Isolierung einen geschlossenporigen Schaum umfasst. Preferably, in this embodiment, the shock-absorbing insulation can comprise a closed-cell foam.
Als geschlossenporiger Schaum wird ein Schaumstoff bezeichnet, dessen Zellwände geschlossen sind und daher kein oder nur wenig Wasser aufnehmen kann. Schallwellen können in diese Art Schäume nicht eindringen und werden daher nicht absorbiert. Geschlossenporige Schäume können Materialien aufweisen oder aus Materialien bestehen wie beispielsweise Moosgummi, Neopolen, Polyethylen (PESchaumstoff) oder Zellgummi. Closed-cell foam is a foam whose cell walls are closed and can therefore absorb little or no water. Sound waves cannot penetrate this type of foam and are therefore not absorbed. Closed-cell foams can contain or consist of materials such as foam rubber, neopolen, polyethylene (PE foam) or cellular rubber.
Die Verwendung von geschlossenporigem Schaum bietet den Vorteil, dass bei feuchten oder nassen Umgebungsbedingungen, insbesondere durch Regen, Sprühwasser und/oder Kondenswasser, keine Wasseraufnahme in die stoßdämpfende Isolierung erfolgt. Hierdurch wird verhindert, dass das Gewicht des Fahrzeugs steigt, dass die Isolierwirkung der Isolierung sinkt und dass die Alterung der Isolierung durch Gefrieren von Feuchtigkeit beschleunigt wird. The use of closed-cell foam offers the advantage that in damp or wet ambient conditions, particularly due to rain, spray and/or condensation, no water is absorbed into the shock-absorbing insulation. This prevents the weight of the vehicle from increasing, the insulating effect of the insulation from decreasing and the ageing of the insulation from freezing up.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass der geschlossenporige Schaum Armaflex In particular, it can be provided that the closed-cell foam Armaflex
umfasst. includes.
Armaflex ist ein flexibles, geschlossenporiges Dämmmaterial mit hohem Wasserdampf-Diffusionswiderstand und niedriger Wärmeleitfähigkeit, bestehend aus Schaumstoff auf Basis synthetischen Kautschuks. Armaflex is a flexible, closed-cell insulation material with high water vapor diffusion resistance and low thermal conductivity, consisting of foam based on synthetic rubber.
Weitere Vorteile werden erreicht, wenn die Fahrzeugbatterie beabstandet von dem Leiterrahmen angeordnet ist. Further advantages are achieved when the vehicle battery is arranged at a distance from the ladder frame.
Eine Anordnung der Fahrzeugbatterie beabstandet von den Leiterrahmen ermöglicht, im Fall eines Crashs, eine Verschiebung der Fahrzeugbatterie zu dem Leiterrahmen hin. Der Abstand zwischen Fahrzeugbatterie und Leiterrahmen kann ganz oder teilweise durch eine Isolierung, insbesondere eine stoßdämpfende Isolierung gefüllt sein. Arranging the vehicle battery at a distance from the ladder frame allows the vehicle battery to be moved towards the ladder frame in the event of a crash. The gap between the vehicle battery and the ladder frame can be filled entirely or partially by insulation, in particular shock-absorbing insulation.
Fahrzeugkarosserie angeordnet ist. vehicle body is arranged.
In dieser Ausführungsform werden in ähnlicher Weise wie bei der zuvor beschriebenen besonderen Ausführungsform der Erfindung Vorteile dadurch erreicht, dass ein Abstand zwischen der Fahrzeugbatterie und der Fahrzeugkarosserie für Isolierung und/oder Dämpfung genutzt werden kann und eine Verschiebung der Fahrzeugbatterie im Fall eines Crashs ermöglicht. Insbesondere werden Vorteile dabei erzielt, wenn diese und die zuvor beschriebene Ausführungsform der Erfindung miteinander kombiniert werden, also die Fahrzeugbatterie sowohl von dem Leiterrahmen als auch von der Fahrzeugkarosserie beabstandet angeordnet ist. In this embodiment, similar to the special embodiment of the invention described above, advantages are achieved in that a distance between the vehicle battery and the vehicle body can be used for insulation and/or damping and enables the vehicle battery to be moved in the event of a crash. In particular, advantages are achieved when this and the previously described embodiment of the invention are combined with one another, i.e. the vehicle battery is arranged at a distance from both the ladder frame and the vehicle body.
Weitere Vorteile werden erzielt, wenn die Batteriequerträger senkrecht zur Fahrtrichtung richtungsabhängig unterschiedlich leicht deformierbar sind. Further advantages are achieved if the battery cross members can be deformed to varying degrees perpendicular to the direction of travel, depending on the direction.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Batteriequerträger über die Längsträger hinausragen und die Fahrzeugbatterie an den über die Längsträger hinausragenden Batteriequerträgern befestigt ist und diese somit als flexible Anbindung fungieren. Als Batteriequerträger werden insbesondere auch solche quer zur Fahrtrichtung angeordnete Trageelemente verstanden, die nicht zwischen den Längsträgern, sondern außerhalb der Längsträger angeordnet sind und Tragestrukturen zum Tragen der Fahrzeugbatterien sind. Eine richtungsabhängige unterschiedlich leichte Deformierbarkeit der Batteriequerträger lässt sich beispielsweise über den Querschnitt oder die Wandstärke der Batteriequerträger steuern. Die Deformierbarkeit ist die Steifigkeit auf Druck längs des Batteriequerträger. Die Biegesteifigkeit der Batteriequerträger kann und soll bei der Batteriequerträgeranbindung am Längsträger aufgrund von Festigkeitsbetrachtungen nicht weniger steif sein. Vorzugsweise wird somit eine leichte Deformierbarkeit der Batteriequerträger in Längsrichtung dieser erreicht, wobei Batteriequerträger quer zur Längsrichtung weiterhin nur schwer deformierbar sind. Die Fahrzeugbatterie ist derart am Längsträger angeordnet, dass beide Deformationsräume, sowohl zwischen Fahrzeugbatterie und Längsträger als auch zwischen Fahrzeugbatterie und Fahrzeugkarosserie und/oder einer Crashbarriere, zur Aufnahme von kinetischer Energie genutzt werden können. Dies kann zum einen dadurch erfolgen, dass der Batteriequerträger auf beiden Seiten der Anbindung der Fahrzeugbatterie zum Batteriequerträger deformierbar ausgeführt ist. Eine andere Möglichkeit ist, dass die Fahrzeugbatterie verschiebbar auf den Batteriequerträger This is particularly advantageous if the battery cross members protrude beyond the longitudinal members and the vehicle battery is attached to the battery cross members that protrude beyond the longitudinal members, thus acting as a flexible connection. Battery cross members are also understood to mean, in particular, support elements arranged transversely to the direction of travel that are not arranged between the longitudinal members but outside the longitudinal members and are support structures for supporting the vehicle batteries. A direction-dependent varying degree of deformability of the battery cross members can be controlled, for example, via the cross section or the wall thickness of the battery cross members. The deformability is the stiffness under pressure along the battery cross member. The flexural stiffness of the battery cross members cannot and should not be less stiff when the battery cross member is connected to the longitudinal member due to strength considerations. Preferably, a slight deformability of the battery cross members in the longitudinal direction of these is thus achieved, whereby battery cross members are still difficult to deform transversely to the longitudinal direction. The vehicle battery is arranged on the longitudinal member in such a way that both deformation spaces, both between the vehicle battery and the longitudinal member and between the vehicle battery and the vehicle body and/or a crash barrier, can be used to absorb kinetic energy. This can be achieved by making the battery cross member deformable on both sides of the connection between the vehicle battery and the battery cross member. Another possibility is that the vehicle battery can be moved onto the battery cross member.
einander kombiniert sind. are combined with each other.
Der Batteriequerträger außerhalb des Leiterrahmens dient sowohl als Halterung für die Batterie, als auch als Deformationselement welches kinetische Energie eines Crashs in eine Deformation des Batteriequerträger umwanden kann. Darüber hinaus können über die Batteriequerträger Lastpfade aufgebaut werden, welche nicht über die Fahrzeugbatterie gehen. Unterschiedlich leicht deformierbare Batteriequerträger können alternative Lastpfade festlegen und schaffen so eine größere Flexibilität bei der Anordnung von Fahrzeugbatterien und der Crashsicherheitsstruktur. The battery cross member outside the ladder frame serves both as a holder for the battery and as a deformation element that can convert the kinetic energy of a crash into a deformation of the battery cross member. In addition, load paths can be set up via the battery cross members that do not go over the vehicle battery. Battery cross members that can be deformed to varying degrees can define alternative load paths and thus create greater flexibility in the arrangement of vehicle batteries and the crash safety structure.
Weitere Vorteile werden erreicht, wenn die Fahrzeugbatterie zwischen dem Leiter-Further advantages are achieved when the vehicle battery is connected between the conductor
rahmen und einer Crashbarriere angeordnet ist. frame and a crash barrier.
Die Crashbarriere ist ein stabiles Bauteil, welches dazu geeignet ist, wenigstens Teile der im Crashfall auftretenden Energie aufzunehmen und vorzugsweise Teil der The crash barrier is a stable component which is suitable for absorbing at least part of the energy occurring in the event of a crash and preferably forms part of the
Fahrzeugkarosserie. Vehicle body.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen schematisch: Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description, in which embodiments of the invention are described in detail with reference to the drawings. They show schematically:
Fig. 1 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zwischen Karosserie und Leiterrahmen angeordneten Fahrzeugbatterien gemäß dem Stand der Technik; Fig. 1 is a plan view of a vehicle with vehicle batteries arranged between the body and the ladder frame according to the prior art;
Fig. 2 eine Draufsicht auf ein Fahrzeug mit zwischen Karosserie und Leiterrahmen angeordneten Fahrzeugbatterien gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung; Fig. 2 is a plan view of a vehicle with vehicle batteries arranged between the body and the ladder frame according to a particular embodiment of the invention;
Fig. 3 eine Detailansicht entlang einer Schnittebene A-A von Fig. 1 durch die Anordnung einer Fahrzeugbatterie 14 am Leiterrahmen 16 gemäß dem Stand der Technik; Fig. 3 is a detailed view along a sectional plane A-A of Fig. 1 through the arrangement of a vehicle battery 14 on the ladder frame 16 according to the prior art;
besonderen Ausführungsform der Erfindung; particular embodiment of the invention;
Fig. 5 eine Detailansicht einer Aufhängung einer Fahrzeugbatterie mit einem Lastpfad oberhalb und unterhalb eines Batterierahmens gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 5 is a detailed view of a suspension of a vehicle battery with a load path above and below a battery frame according to a particular embodiment of the invention; and
Fig. 6 eine Detailansicht einer Aufhängung einer Fahrzeugbatterie mit einem Lastpfad zwischen zwei doppelstöckigen Batterien gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Fig. 6 is a detailed view of a suspension of a vehicle battery with a load path between two double-decker batteries according to a particular embodiment of the invention.
Figur 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf ein Fahrzeug 10, konkret einen Lastkraftwagen mit zwischen einem Karosserieteil 12a, 12b und Leiterrahmen 16 angeordneten Fahrzeugbatterien 14 gemäß dem Stand der Technik. Der Leiterrahmen 16 erstreckt sich im Wesentlichen über die Länge des Fahrzeugs 10 von einer Fahrgastzelle 21 bis zum Heck 23 des Fahrzeugs 10 und umfasst zwei Längsträger 18 und mehrere Querträger 20. Der Lastkraftwaren weist zudem drei sich über den Leiterrahmen 16 erstreckende Achsen 22a-c mit Rädern 24 auf. Die Fahrzeugbatterien 14 sind zwischen der vorderen Achse 22a und der mittleren Achse 22b seitlich am Leiterrahmen 16 angeordnet. Figure 1 shows a schematic top view of a vehicle 10, specifically a truck with vehicle batteries 14 arranged between a body part 12a, 12b and ladder frame 16 according to the prior art. The ladder frame 16 extends essentially over the length of the vehicle 10 from a passenger cell 21 to the rear 23 of the vehicle 10 and comprises two longitudinal members 18 and several cross members 20. The truck also has three axles 22a-c with wheels 24 extending over the ladder frame 16. The vehicle batteries 14 are arranged between the front axle 22a and the middle axle 22b on the side of the ladder frame 16.
Zwischen jeweils einem Karosserieteil 12a, 12b und der Fahrzeugbatterie 14 ist eine Crashzone 26, die über zwei Anbindungen 28 seitlich begrenzt ist, angeordnet. Die Crashzone 26 ist ein leerer Raum, der dazu eingerichtet ist, dass sich Fahrzeugteile, die die Energie eines Crashs aufnehmen, in diesen Raum verformen können. In diesem Ausführungsbeispiel fungieren die über die Längsträger 18 hinausragenden Batteriequerträger 28 als Anbindungen. A crash zone 26, which is laterally delimited by two connections 28, is arranged between each body part 12a, 12b and the vehicle battery 14. The crash zone 26 is an empty space that is designed so that vehicle parts that absorb the energy of a crash can deform into this space. In this exemplary embodiment, the battery cross members 28 that protrude beyond the longitudinal members 18 function as connections.
Durch den Pfeil 30 wird die Richtung eines Crashs auf das Karosserieteil 12a dargestellt, welches dadurch verformt ist. Das Karosserieteil 12a ist so weit verformt, dass es auf die Fahrzeugbatterie 14 trifft, diese aber noch nicht beschädigt. Die Fahrzeugbatterie 14 ist am Leiterrahmen 16 und oder ein wenigstens einer der Anbindungen 28 fixiert. The arrow 30 shows the direction of a crash on the body part 12a, which is deformed as a result. The body part 12a is deformed to such an extent that it hits the vehicle battery 14, but does not yet damage it. The vehicle battery 14 is fixed to the ladder frame 16 and/or at least one of the connections 28.
ren Ausführungsform der Erfindung. embodiment of the invention.
Die Fahrzeugbatterien 14 sind von einer Isolierung 32 umgeben. Die Anbindungen 28, die die Karosserieteile 12a, 12b und die Fahrzeugbatterie 14 an den Leiterrahmen 16 anbinden, sind als gedämpfte Verschiebeeinrichtungen 34 ausgestaltet. Die Fahrzeugbatterie 14 ist an wenigstens einer der Verschiebeeinrichtungen 34 fixiert und dadurch senkrecht zur Fahrtrichtung 38 und relativ zum Leiterrahmen 16 verschiebbar angeordnet. Die Verschieberichtung der Fahrzeugbatterie 14 ist durch den Doppelpfeil 36 angegeben. The vehicle batteries 14 are surrounded by insulation 32. The connections 28, which connect the body parts 12a, 12b and the vehicle battery 14 to the ladder frame 16, are designed as damped displacement devices 34. The vehicle battery 14 is fixed to at least one of the displacement devices 34 and is thus arranged so as to be displaceable perpendicular to the direction of travel 38 and relative to the ladder frame 16. The displacement direction of the vehicle battery 14 is indicated by the double arrow 36.
Die gedämpften Verschiebeeinrichtungen 34 können beispielsweise als Einrohrdämpfer mit Arbeitskammer und Gegendruckraum oder als Zweirohrdämpfer mit einem weiteren koaxial angeordneten Behälterrohr oder auch als Crashrohr ausgestaltet sein. Alternativ ist auch möglich, dass die Verschiebeeinrichtungen 34 als Batteriequerträger 28 ausgestaltet sind, die senkrecht zur Fahrtrichtung leichter deformierbar sind als in Fahrtrichtung. Hierdurch wird erleichtert, dass die Batterie senkrecht zur Fahrtrichtung verschiebbar ist. The damped displacement devices 34 can be designed, for example, as a single-tube damper with a working chamber and counter-pressure chamber or as a two-tube damper with another coaxially arranged container tube or even as a crash tube. Alternatively, it is also possible for the displacement devices 34 to be designed as battery cross members 28, which are more easily deformable perpendicular to the direction of travel than in the direction of travel. This makes it easier for the battery to be displaced perpendicular to the direction of travel.
Im Fall eines dargestellten seitlichen Crashs wird die Isolierung 32 um die Fahrzeugbatterie 14 herum als Crashzone 26 genutzt. Bei einem solchen Crash wird die Crashzone 26 auf der rechen Seite des Fahrzeugs 10 und mit ihr die Isolierung 32 deformiert. Ferner wird die Fahrzeugbatterie 14 über die als Verschiebeeinrichtung 34 ausgestaltete Anbindung 28 in Richtung des Leiterrahmens 16 verschoben. Die Isolierung 32 wird ferner, durch die Verschiebung der Fahrzeugbatterie 14, leiterrahmenseitig ganz oder teilweise eingedrückt. Ein Schaden an der Batterie wird durch die Verschiebung verhindert oder reduziert. In the case of a side crash as shown, the insulation 32 around the vehicle battery 14 is used as a crash zone 26. In such a crash, the crash zone 26 on the right side of the vehicle 10 and with it the insulation 32 are deformed. Furthermore, the vehicle battery 14 is displaced in the direction of the ladder frame 16 via the connection 28 designed as a displacement device 34. The insulation 32 is also completely or partially pressed in on the ladder frame side by the displacement of the vehicle battery 14. Damage to the battery is prevented or reduced by the displacement.
Figur 3 zeigt einen Schnitt entlang einer Ebene A-A durch die Anordnung einer Fahrzeugbatterie 14 am Leiterrahmen 16 gemäß dem Stand der Technik. Die Fahrzeugbatterie 14 besteht aus zwei Packs 40a, 40b. Jedes der Packs 40a, 40b umfasst 2x3 Module 42, welche jeweils in einem inneren Gehäuse 44 angeordnet sind. Die Module 42 sind wiederum aus einzelnen Zellen (nicht im Detail dargestellt) aufgebaut. Jedes der innere Gehäuse 44 entspricht der Grenze eines der Packs 40a, 40b. Die beiden Packs 40a, 40b sind gemeinsam von einem äußeren Gehäuse 46 umgeben, Figure 3 shows a section along a plane A-A through the arrangement of a vehicle battery 14 on the ladder frame 16 according to the prior art. The vehicle battery 14 consists of two packs 40a, 40b. Each of the packs 40a, 40b comprises 2x3 modules 42, each of which is arranged in an inner housing 44. The modules 42 are in turn made up of individual cells (not shown in detail). Each of the inner housings 44 corresponds to the boundary of one of the packs 40a, 40b. The two packs 40a, 40b are jointly surrounded by an outer housing 46.
Die Details der Elektronik, insbesondere die zu den Fahrzeugbatterien 14 zugehörigen Schützboxen mit Sicherungen sind jeweils nicht im Detail dargestellt. The details of the electronics, in particular the contactor boxes with fuses associated with the vehicle batteries 14, are not shown in detail.
Figur 4 zeigt eine Detailansicht einer konkrete Ausgestaltung einer verschiebbar an einem Leiterrahmen 16 angeordneten Fahrzeugbatterie 14 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Im Unterschied zu Figur 3 ist die Isolierung 32 durch flexible Anbindungen 52 unterbrochen, die das äußere Gehäuse 46 der Fahrzeugbatterie 14 mit dem Leiterrahmen 16 einerseits und mit einer Crashbarriere 50 andererseits verbindet. Die flexiblen Anbindungen 52 ermöglichen eine Aufnahme von kinetischer Energie im Fall eines Crashs. Weitere Energie kann aufgrund der flexiblen Anbindungen 52 auf die Isolierung 32 übertragen werden. Im Crashfall kann die gesamte Aufhängung der Fahrzeugbatterie 14 durch Deformation der flexiblen Anbindungen 52 und die Kompression der Isolierung 32 zum Leiterrahmen 16 hin verschoben werden. In dieser Ausführungsform fungieren die Querelemente des äußeren Ge-Figure 4 shows a detailed view of a specific design of a vehicle battery 14 arranged displaceably on a ladder frame 16 according to a special embodiment of the invention. In contrast to Figure 3, the insulation 32 is interrupted by flexible connections 52, which connect the outer housing 46 of the vehicle battery 14 to the ladder frame 16 on the one hand and to a crash barrier 50 on the other. The flexible connections 52 enable kinetic energy to be absorbed in the event of a crash. Additional energy can be transferred to the insulation 32 due to the flexible connections 52. In the event of a crash, the entire suspension of the vehicle battery 14 can be displaced towards the ladder frame 16 by deformation of the flexible connections 52 and compression of the insulation 32. In this embodiment, the transverse elements of the outer housing 46 act as a barrier.
häuses 46 als Batteriequerträger 28. housing 46 as battery cross member 28.
Figur 5 zeigt eine Detailansicht einer Aufhängung einer verschiebbar an einem Leiterrahmen 16 angeordneten Fahrzeugbatterie 14 mit Lastanbindungen 58 oberhalb und unterhalb des äußeren Gehäuses 46 gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung. Die Aufhängung gemäß Fig. 5 entspricht im wesentlichen Elementen der in Figur 4 dargestellten Aufhängung. Figure 5 shows a detailed view of a suspension of a vehicle battery 14 arranged displaceably on a ladder frame 16 with load connections 58 above and below the outer housing 46 according to a special embodiment of the invention. The suspension according to Fig. 5 essentially corresponds to elements of the suspension shown in Figure 4.
Im Unterschied zur flexiblen Anbindung 52 von Figur 4 ist die flexible Anbindung 52 der Ausführungsform von Figur 5 zwischen zwei Seiten der Fahrzeugbatterie 14 durchgängig zwischen Crashbarriere 50 und Leiterrahmen 16 ausgestaltet. Die flexible Anbindung 52 führt somit von der Crashbarriere 50 bis zum Leiterrahmen 16 und bildet so einen Lastpfad zwischen Crashbarriere 50 zum Leiterrahmen 16. Die durchgängige Ausgestaltung ist mehrteilig ausgeführt, was die Montage und Herstellung grundsätzlich vereinfacht. Eine einteilige Ausgestaltung ist aber ebenfalls denkbar. Die flexible Anbindung 52 fungiert ebenfalls als Batteriequerträger 28. In contrast to the flexible connection 52 of Figure 4, the flexible connection 52 of the embodiment of Figure 5 is designed between two sides of the vehicle battery 14, continuously between the crash barrier 50 and the ladder frame 16. The flexible connection 52 thus leads from the crash barrier 50 to the ladder frame 16 and thus forms a load path between the crash barrier 50 and the ladder frame 16. The continuous design is made up of several parts, which fundamentally simplifies assembly and production. However, a one-piece design is also conceivable. The flexible connection 52 also functions as a battery cross member 28.
Die im Fall eines Crashs aufzunehmende Energie kann über die gesamte Länge der flexiblen Anbindung 52 aufgenommen und in Richtung des Leiterrahmens 16 übertragen werden. Ein mittig auf der Crashbarriere 50 auftretender Crash würde ebenso wie bei der in Figur 4 dargestellten Ausführungsform für eine Verschiebung der Fahrzeugbatterie 14 in Richtung des Leiterrahmens 16 und eine Kompression der Isolierung 32 sorgen. The energy to be absorbed in the event of a crash can be absorbed over the entire length of the flexible connection 52 and transferred in the direction of the ladder frame 16. A crash occurring in the middle of the crash barrier 50 would, as in the embodiment shown in Figure 4, cause the vehicle battery 14 to be displaced in the direction of the ladder frame 16 and the insulation 32 to be compressed.
Die flexiblen Anbindungen können ein Aluminium-Extrusionsprofil, ein StahlSchalenbauprofil, oder ein CKR-Rohr umfassen. Die voranstehenden Erläuterungen zu den Ausführungsformen beschreiben die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. The flexible connections can comprise an aluminum extrusion profile, a steel shell construction profile, or a CKR pipe. The above explanations of the embodiments describe the present invention exclusively in the context of examples.
Bezugszeichenliste List of reference symbols
10 Fahrzeug 10 Vehicle
12a, 12b Karosserieteil 12a, 12b Body part
14 Fahrzeugbatterie 16 Leiterrahmen 14 Vehicle battery 16 Ladder frame
18 Längsträger 18 longitudinal members
20 Querträger 20 cross beams
21 Fahrgastzelle 21 Passenger compartment
22a vordere Achse 22a front axle
22b mittlere Achse 22b middle axis
23 Heck 23 Rear
24 Räder 24 wheels
25 Bodenquerträger 26 Crashzone 25 Floor cross member 26 Crash zone
28 Batteriequerträger 30 Pfeil 28 Battery cross member 30 Arrow
32 Isolierung 32 Insulation
34 Verschiebeeinrichtung 36 Doppelpfeil 34 Shifting device 36 Double arrow
38 Fahrtrichtung 38 Direction of travel
40a, 40b Pack 40a, 40b Pack
42 Modul 42 Module
44 inneres Gehäuse 46 äußeres Gehäuse 48 starre Anbindungen 50 Crashbarriere 44 inner casing 46 outer casing 48 rigid connections 50 crash barrier
52 flexible Anbindung 54 erste gestrichelte Linie 56 zweite gestrichelte Linie 58 Lastanbindung 52 flexible connection 54 first dashed line 56 second dashed line 58 load connection
a Abstand a distance
A-A Schnittebene A-A cutting plane
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