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Die
Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruches 1.
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Bei
einem starken Auffahrunfall eines Kraftfahrzeuges kann dessen Batterie
beschädigt
oder zerstört
werden, wodurch die Stromversorgung und somit technische Funktionen
des Kraftfahrzeugs ausfallen können.
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Aus
DE 199 32 115 A1 ist
eine Vorrichtung bekannt, welche im Falle eines Heckaufpralls Beschädigungen
von Funktionsteilen verhindern soll, die im Kraftfahrzeug in Fahrtrichtung
vor der Batterie angeordnet sind. Dabei ist die Fahrzeugbatterie
im Heckbereich eines Kraftfahrzeuges unbeweglich auf einer Trägerplatte
befestigt. Die Trägerplatte
ist über ein
heckseitiges Drehlager mit dem Bodenblech des Kraftfahrzeugs schwenkbeweglich
verbunden. Im vorderen Bereich ist die Trägerplatte über eine Kulissenführung mit
dem Bodenblech beweglich verbunden. Im Falle eines Heckaufpralls
wird die Trägerplatte
zwangsverschwenkt, indem diese sich mit dem in Fahrtrichtung vorderen
Batteriebereich aus dem Fahrzeugseitenbereich zur Fahrzeuglängsmitte
hin dreht. Dadurch werden im Fahrzeugseitenbereich vor der Batterie
angebrachte Funktionsteile von der weggedrehten und nach vorne verlagerten
Batterie nicht beschädigt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Schutz der Batterie
und/oder anderer Funktionsteile im Kraftfahrzeug bei einem Auffahrunfall
mit einfachen Mitteln zu erzielen.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmalskombination des Anspruches 1 gelöst.
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Erfindungsgemäß ist die
Schutzvorrichtung des Kraftfahrzeugs nach Art einer Barriere gegen
ein auf die Fahrzeugbatterie auftreffendes Fahrzeugteil ausgebildet.
Sie ist an dem Batteriegehäuse
selbst angeordnet, so dass die Fahrzeugbatterie als Träger der
Schutzvorrichtung wirksam ist. Somit kann die Schutzvorrichtung
bereits vor dem Einbau der Fahrzeugbatterie in dem Kraftfahrzeug
an der Fahrzeugbatterie angeordnet sein. Eine nachträgliche umständliche
Montage der Schutzvorrichtung nach Einbau der Fahrzeugbatterie entfällt.
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Die
Schutzvorrichtung kann Bestandteil des Batteriegehäuses selbst
sein oder als separate Einheit an dem Batteriegehäuse befestigt
sein.
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Als
Barriere unmittelbar an dem Batteriegehäuse angeordnet kann die Schutzvorrichtung
auf einfache Weise einen wirksamen Schutz der Fahrzeugbatterie selbst
und/oder von daran angeordneten zusätzlichen Bauteilen bzw. Funktionselementen erzielen.
Die Schutzvorrichtung wirkt dabei als Anprallschutz. Dieser Anprallschutz
fängt bei
einem Auffahrunfall mit einem anderen Fahrzeug oder einem Zusammenstoß mit einem
anderen Hindernis die insbesondere parallel zur Fahrzeuglängsrichtung erfolgende
Beaufschlagung des Batteriegehäuses oder
eines am Batteriegehäuse
angeordneten Funktionselementes durch ein Fahrzeugteil (z.B. durch
einen Sitzquerträger)
ab. Dabei deformiert die Schutzvorrichtung im mechanischen Kontakt
mit dem Fahrzeugteil. Durch die Deformation der Barriere wird Energie
abgebaut. Die Batterie selbst bzw. an ihr vorhandene Funktionselemente
bleiben vor Beschädigung
oder mechanischer Abscherung geschützt. Somit können auch
Kurzschluss- und Brandgefahr nach einem Unfall konstruktiv einfach
und kostengünstig vermieden
werden.
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Anspruch
3 unterstützt
eine mechanisch stabile Anordnung der Schutzvorrichtung. Die Schutzvorrichtung
ist beispielsweise mittels Schweißen oder Nieten an dem Batteriegehäuse unlösbar befestigt.
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Die
Ansprüche
4 bis 9 betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Schutzvorrichtung.
Durch Variation ihrer Geometrie können die durch einen Auffahrunfall
oder durch ein anderes Hindernis in das betreffende Fahrzeugteil
weitergeleiteten Kräfte
vorteilhaft beeinflusst werden. Hierdurch kann die Anordnung von
Fahrzeugteilen im Kraftfahrzeug verändert und optimiert werden,
ohne dass dies Beschädigungen
der Fahrzeugbatterie nach einem Aufprall, Auffahrunfall etc. des
Kraftfahrzeugs hat. Beispielsweise kann bei einer im Heckbereich
des Kraftfahrzeugs angeordneten Batterie die Sitzvorverlagerung der
hintersten Sitzreihe optimiert werden, so dass größerer Bergungsraum
entsteht.
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Eine
bügelartig
von einer Gehäuseoberfläche des
Batteriegehäuses
abstehende Schutzvorrichtung gemäß Anspruch
5 ist neben ihrer Schutzfunktion auch dazu geeignet, als Montagehilfe
verwendet zu werden. Der Bügel
kann dabei als Tragegriff bzw. als Aufnahme für eine manuelle oder automatisierte
Montage der Fahrzeugbatterie wirksam sein.
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Gemäß Anspruch
10 vorgeschlagene Funktionselemente können auch nach dem Einbau der Fahrzeugbatterie
in ein Fahrzeug an dem Batteriegehäuse angeordnet verbleiben,
da sie durch die Schutzvorrichtung vor Beschädigungen geschützt sind.
Insbesondere bei elektrischen bzw. elektronischen Funktionselementen
kann deshalb auf eine umständliche
und kostenintensive elektrische Anbindung des Funktionselementes
von einem anderen Ort innerhalb des Fahrzeugs zur Fahrzeugbatterie verzichtet
werden.
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Das
Funktionselement kann alternativ unabhängig von der Batteriefunktion
eine andere Funktion innerhalb des Fahrzeugs haben. In diesem Fall
kann das Batteriegehäuse
zur Positionierung des Funktionselements ebenfalls sinnvoll sein,
wenn dies der optimale Ort (z.B. aufgrund der Kriterien Kosten und/oder
Kabellänge)
für das
Funktionselement im Fahrzeug ist.
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Die
Maßnahmen
nach den Ansprüchen
11 und 12 betreffen vorteilhafte geometrische Ausgestaltungen einer
Schutzvorrichtung für
einen wirkungsvollen Schutz von Funktionselementen vor Beschädigungen.
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Die
Ansprüche
13 und 14 betreffen bevorzugte Ausführungsformen von Funktionselementen.
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Die
Ansprüche
15 und 16 schlagen vorteilhafte Anwendungen der Fahrzeugbatterie
vor. Die Fahrzeugbatterie ist in einer bevorzugten Ausführungsform
für einen
elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Vorzugsweise
ist die Fahrzeugbatterie als ein Hochspannungsbauteil ausgebildet.
Diese Fahrzeugbatterie dient insbesondere einem elektrischen Antrieb
eines Kraftfahrzeugs. Dabei kann die Fahrzeugbatterie beim Beschleunigen
des Fahrzeugs elektrische Energie abgeben. Beim Abbremsen nimmt
diese Fahrzeugbatterie wieder elektrische Energie auf.
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Vorzugsweise
wird die Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug mit einem Hybridantrieb
verwendet. Dieses Kraftfahrzeug weist einen kombinierten Antrieb,
d.h. einen Hybridantrieb auf, insbesondere einen elektrischen Antrieb
(mittels der vorgenannten Fahrzeugbatterie) und einen verbrennungsmotorischen
Antrieb.
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Die
für einen
elektrischen Antrieb verwendete Fahrzeugbatterie weist insbesondere
ein Paket mit Batteriezellen und ein Funktionselement in Form einer
Batterie-Steuereinheit auf.
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Die
Ansprüche
18 bis 20 betreffen bevorzugte Anordnungen der Fahrzeugbatterie
im Kraftfahrzeug. Durch eine geeignete Relativanordnung von Funktionselement
und Schutzvorrichtung – insbesondere
entsprechend einer Ausführungsform
gemäß Anspruch
21 oder 22 – können die
Fahrzeugbatterie und deren Funktionselemente vor Beschädigungen wirksam
geschützt
werden.
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Dabei
ist die Schutzvorrichtung in Fahrtrichtung vor dem Funktionselement
vorzugsweise dann angeordnet, wenn Schäden der Batterie aufgrund von
vor der Fahrzeugbatterie angeordneten Fahrzeugteilen verhindert
werden sollen (in Fahrtrichtung betrachtet). Dies ist insbesondere
bei einem Heckaufprall von Bedeutung. Die Fahrzeugbatterie ist hierbei
vorzugsweise im Heckbereich oder in einem Unterbodenbereich des
Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Hingegen
ist die Schutzvorrichtung in Fahrtrichtung hinter dem Funktionselement
vorzugsweise dann angeordnet, wenn Schä den der Batterie aufgrund von
hinter der Fahrzeugbatterie angeordneten Fahrzeugteilen verhindert
werden sollen (in Fahrtrichtung betrachtet). Dies ist insbesondere
bei einem Frontaufprall von Bedeutung. Die Fahrzeugbatterie ist
hierbei vorzugsweise im Motorraum oder in einem Unterbodenbereich
des Kraftfahrzeugs angeordnet.
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Bei
speziellen Einbauorten der Fahrzeugbatterie im Kraftfahrzeug kann
es sinnvoll sein, die Fahrzeugbatterie mit mehreren Schutzvorrichtungen
auszustatten. Die Fahrzeugbatterie und ihre Funktionselemente können hierdurch
in unterschiedlichen Richtungen geschützt werden, insbesondere sowohl
in Fahrtrichtung als auch entgegen der Fahrtrichtung.
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Die
Erfindung wird anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele
näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1 Die
erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie
in einer ersten Ausführungsform,
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2 die
erfindungsgemäße Fahrzeugbatterie
in einer weiteren Ausführungsform,
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3 eine
schematische Seitenansicht eines Fahrzeug-Heckbereichs mit eingebauter Fahrzeugbatterie
gemäß 1,
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4 die
Seitenansicht gemäß 3 nach einem
Heckaufprall,
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5 die
Seitenansicht gemäß 3,
jedoch bei einem Heckaufprall zu einem Zeitpunkt nach dem Zustand
gemäß 4,
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6 eine
schematische Seitenansicht eines Fahrzeug-Unterbodenbereichs mit eingebauter Fahrzeugbatterie
gemäß 1.
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Die
Fahrzeugbatterie – nachfolgend
kurz Batterie 1 – gemäß 1 weist
eine Schutzvorrichtung in Form eines im Querschnitt etwa U-förmigen Schutzbügels 2 auf,
wobei die beiden U-Schenkel unterschiedlich lang sind und von einer
parallelen Ausrichtung zueinander abweichen.
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Die
Schutzvorrichtung sämtlicher
Ausführungsformen
hat den Zweck, die Batterie 1 und ein an ihrem Batteriegehäuse 3 angeordnetes
Funktionselement in Form einer Batterie-Steuereinheit 4 vor mechanischen
Beschädigungen
zu schützen.
Das Batteriegehäuse 3 ist
der Träger
der Schutzvorrichtung und der Batterie-Steuereinheit 4.
Die Schutzvorrichtung ist an einer Gehäusedeckseite 5 des
Batteriegehäuses 3 unlösbar befestigt.
Hierzu wird ein geeignetes Befestigungsverfahren, z.B. Schweißen oder
Nieten verwendet. Die Batterie-Steuereinheit 4 ist
ebenfalls durch geeignete Befestigungsmittel an der Gehäusedeckseite 5 des
Batteriegehäuses 3 befestigt. Die
Schutzvorrichtung ist als Barriere für ein auf die Batterie 1 auftreffendes
Fahrzeugteil wirksam, wie später
noch erläutert
wird.
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Der
an der Gehäusedeckseite 5 von
der planen Gehäuseoberfläche 6 des
Batteriegehäuses 3 abstehende
Schutzbügel 2 weist
insgesamt drei voneinander abgewinkelte Bügelschenkel auf. Ein erster Bügelschenkel 7 weist
ein Bügelfreiende 8 auf.
An der dem Bügelfreiende 8 abgewandten
Seite des ersten Bügelschenkels 7 schließt sich
ein zweiter Bügelschenkel 9 an,
welcher etwa rechtwinklig zur Gehäuseoberfläche 6 angeordnet ist.
Der erste Bügelschenkel 7 und
der zweite Bügelschenkel 9 sind
in einem Winkel zwischen 90° und
180° zueinander
angeordnet. Weiterhin ist ein dritter Bügelschenkel 10 vorgesehen,
der sich an der dem ersten Bügelschenkel 7 abgewandten
Seite des zweiten Bügelschenkels 9 anschließt. Dieser
dritte Bügelschenkel 10 liegt planparallel
an der Gehäuseoberfläche 6 an
und ist dort mit dem Batteriegehäuse 3 unlösbar verbunden.
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Das
Bügelfreiende 8 ist
bezüglich
des zweiten Bügelschenkels 9 in
von der Batterie-Steuereinheit 4 weggewandter Richtung
angeordnet. Diese Konstruktion erlaubt es, dass der Schutzbügel 2 mit seinen
Bügelschenkeln 7, 9, 10 als
Barriere oder als Abweiser gegenüber
Fahrzeugteilen wirkt, die beispielsweise aufgrund eines Auffahrunfalles
auf die Batterie 1 bzw. auf die Batterie-Steuereinheit 4 ungehindert
auftreffen und Beschädigungen
verursachen würden.
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Die
Ausführungsform
der Schutzvorrichtung gemäß 2 in
Form eines Schutzkeiles 11 weist einen keilartigen Querschnitt
auf mit einem in einem spitzen Winkel zur Gehäuseoberfläche 6 angeordneten
Keilschenkel. Dieser Keilschenkel 12 ist als Schutzplatte 12 ausgebildet,
auf welche ein Fahrzeugteil bei einem Auffahrunfall auftreffen würde. Die Schutzplatte 12 verläuft in Richtung
der Batterie-Steuereinheit 4 ansteigend,
d.h. der durch den Schutzkeil 11 im Querschnitt gebildete
Keilwinkel w ist zur Batterie-Steuereinheit 4 hin
geöffnet.
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Die
Schutzvorrichtung kann aus voneinander abgewinkelt angeordneten
Blechstreifen aufgebaut sein. Anstelle metallischer Blechstreifen
können auch
geeignete Kunststoffstreifen verwendet werden. Vorzugsweise sind
die Blechstreifen einstückig miteinander
verbunden. Die Schutzvorrichtung ist insbesondere hergestellt, indem
ein Blech mehrfach gebogen und gegebenenfalls aus einem Rohblech gestanzt
ist.
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Die
Batterie 1 ist in einem Kraftfahrzeug 21 beispielsweise
in dessen Heckbereich 20 in einer Ersatzradmulde 13 eingebaut
(3). Dabei ist die Batterie 1 mittels
einer in 1 und 2 sichtbaren Montageschienenkonstruktion 14 in
nicht näher
dargestellter Weise an der Karosserie des Kraftfahrzeugs 21 befestigt,
insbesondere verschraubt.
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Die
Batterie 1 ist insbesondere als Hochspannungsbauteil ausgebildet
und wird mittels der Batterie-Steuereinheit 4 für den elektrischen
Antrieb eines Hybridantriebs eines sogenannten Hybridfahrzeugs als
Kraftfahrzeug 21 verwendet.
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In
Fahrtrichtung 15 vor der Batterie 1 ist ein schematisch
dargestellter Sitzquerträger 16 einer hinteren
Sitzreihe des Kraftfahrzeugs angeordnet. Der Batterie 1 ist
ein Trägerfreiende 17 des
Sitzquerträgers 16 zugewandt.
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Bei
einem symbolisch durch den Pfeil 18 dargestellten Heckaufprall
(z.B. Auffahrunfall) kann die Batterie 1 bedingt durch
den Aufprall in Fahrtrichtung 15 nach vorne verschoben
werden. Hier greift die Funktion der Schutzvorrichtung als Barriere
und Beschädigungsschutz
für die
Batterie 1 und die Batterie-Steuereinheit 4 ein.
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Der
Schutzbügel 2 ist
derart an der Batterie 1 angeordnet, dass er das Trägerfreiende 17 einfängt und
deformiert (4, 5). Zwar
kann gleichzeitig auch der Schutzbügel 2 im mechanischen
Kontakt mit dem Trägerfreiende 17 deformiert
werden. Hierdurch wird vorteilhaft Aufprallenergie abgebaut. Das Trägerfreiende 17 bleibt
aber weiterhin in Eingriff mit dem Schutzbügel 2. Somit wirkt
der Schutzbügel 2 zuverlässig als
Barriere gegen etwaige Beschädigungen
der Batterie 1 und seiner Batterie-Steuereinheit 4 durch
das Trägerfreiende 17.
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In
hier nicht dargestellter Weise wirkt der Schutzkeil 11 bzw.
dessen Schutzplatte 12 ebenfalls als Barriere. Bei dem
oben beschriebenen Aufprall trifft das Trägerfreiende 17 auf die
Schutzplatte 12. Beide Teile können durch den Aufprall deformiert werden
und hierdurch Aufprallenergie abbauen. Aufgrund des Keilwinkels
w gleiten die Schutzplatte 12 und das Trägerfreiende 17 außerdem teilweise
aneinander entlang. Insgesamt werden stoßartige, Beschädigungen
verursachende Kontakte zwischen Trägerfreiende 17 einerseits
und Batteriegehäuse 3 bzw.
Batterie-Steuereinheit 4 andererseits vermieden. Aufgrund
des Keilwinkels w ist die Schutzplatte 12 so weit von der
Gehäuseoberfläche 6 entfernt, dass
die Batterie 1 selbst bzw. die Batterie-Steuereinheit 4 nicht
beschädigt
werden.
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Wie
bereits erwähnt,
liegt die Batterie 1 in der Ersatzradmulde 13 im
Heckbereich 20 des in 1 bis 5 nicht
im einzelnen dargestellten Kraftfahrzeugs 21 ein. Dabei
ist der Schutzbügel 2 in
Fahrtrichtung 15 vor der Batterie-Steuereinheit 4 angeordnet.
Bei einem Einsatz der Variante gemäß 2 im Heckbereich 20 wäre der Schutzkeil 11 ebenfalls
in Fahrtrichtung 15 vor der Batterie-Steuereinheit 4 angeordnet.
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Bei
einer weiteren Ausführungsform
des Kraftfahrzeugs 21 gemäß 6 ist die
Batterie 1 im Bereich eines Unterbodens 22 angeordnet.
Die Batterie 1 ist in Fahrtrichtung 15 mit Abstand
von Querträgern 23 für Fahrzeugsitze 24 flankiert.
Im Bereich der Batterie 1 ist ein weiterer Querträger 25 des
Unterbaus des Kraftfahrzeugs 21 angeordnet. Um etwaige
Beschädigungen
der Fahrzeugbatterie 1 bzw. ihrer Batterie-Steuereinheit 4 bei
einem Heck- oder Frontaufprall zu vermeiden, ist die Batterie 1 mit
dem Schutzbügel 2 ausgestattet.
Die Funktionsweise dieser Schutzmaßnahme bei einem Heck- oder
Frontaufprall ist derart, dass der Querträger 25 von dem Schutzbügel 2 „eingefangen" wird. Dabei kann
der Schutzbügel 2 deformiert
werden. Hierdurch wird Aufprallenergie abgebaut, ohne dass das Gehäuse oder
das Gehäuseinnere
der Batterie 1 bzw. die Batterie-Steuereinheit 4 beschädigt werden.
Die Funktionsweise des Schutzbügels 2 ist
analog zu den Erläuterungen
gemäß 3 bis 5.