DE102009025430B3

DE102009025430B3 - Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb

Info

Publication number: DE102009025430B3
Application number: DE102009025430A
Authority: DE
Inventors: Wim van der Stappen; Harry Krebbers; Olaf van Nuland
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2009-06-16
Filing date: 2009-06-16
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2029-06-17
Also published as: US20100320012A1; FR2946601B1; US8534398B2; FR2946601A1

Abstract

Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und mit einem Speichermodul (19) für elektrische Energiewelches mit einer sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs (1) erstreckenden Führung (4) längsverschieblich koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Pralldämpfer (6) innerhalb der Führung (4) befindet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und mit einem Speichermodul für elektrische Energie gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Kraftfahrzeuge, die wenigstens zum Teil mit elektrischer Energie angetrieben werden (so genannte Hybridantriebe), zählen zum Stand der Technik. Die elektrische Energie für den Elektroantrieb wird in Speichermodalen mitgeführt, die auch als Batteriepakete bezeichnet werden. Bei ausschließlich elektrisch angetriebenen Fahrzeugen ist das Gewicht der Speichermodule erheblich. Um eine entsprechende Reichweite zu realisieren, besitzen die Speichermodule ein Gewicht von nicht selten 300 kg bis 500 kg. Das Problem bei diesen großen Batteriepaketen ist die Integration in bestehende Fahrzeugkonzepte, d. h. die Anpassung an das so genannte Packaging. Ein weiteres Problem sind die relativ langen Ladezeiten der Speichermodule. Obwohl die Aufladezeiten zunehmend optimiert und dadurch weiter reduziert werden, sind bei niedrigen Ladungsströmen mehrere Stunden nötig, um die Speichermodule aufzuladen. Alternativ können die leeren Speichermodule gegen geladene Speichermodule ausgetauscht werden. Natürlich muss ein Auswechseln der Speichermodule schnell und einfach durchgeführt werden.
Zum Stand der Technik ist die US 4 216 839 A zu nennen, die ein Kraftfahrzeug mit Elektrofahrzeug offenbart. Speichermodule für die elektrische Energie sind in einer sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeug erstreckenden Führung längsverschieblich angeordnet. Dieser Vorschlag wird auch in der US 5 833 023 A gemacht sowie in der DE 40 32 605 A1 .
Ferner zählt es zum Stand der Technik, Vorrichtungen zum Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs vorzusehen. Durch solche Vorrichtungen soll zugleich die Karosserie des Kraftfahrzeugs vor Verformungen geschützt werden, insbesondere im Hinblick auf den Fahrgastraumabschnitt. In diesem Zusammenhang wird in der DE 600 08 205 T2 vorgeschlagen, einen Sitz über einen Umkehrmechanismus mit einem Trägheitsmassenelement zu verbinden, so dass der Sitz in die entgegengesetzte Richtung zur Bewegungsrichtung des Trägheitsmassenelements bewegt wird. Bei dem Trägheitsmassenelement kann es sich auch um eine Batterie handeln.
In der EP 0 566 840 A1 wird vorgeschlagen, den Fahrgastraum mit einem deformationsstabilen mittleren Fahrzeugbereich zu versehen. Um die Vorderwagenbelastung bei einem Frontalzusammenstoß herabzusetzen und um den Aufwand für die in diesem Fahrzeugbereich angeordneten Deformationsglieder zu senken, ist einem im Heckbereich angeordnete große Masse einerseits am im Wesentlichen formstabilen Heckende des hinteren Fahrzeugbereichs oder Teilen davon befestigt und andererseits relativ zu den übrigen Teilen des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung nachgiebig gelagert. Auf diese Weise wird ein Teil der bei einem Frontalzusammenstoß auftretenden Aufprallenergie unter Entlastung der vorderen Deformationsglieder in den längs verformbaren Deformationsgliedern des hinteren Fahrzeugbereichs in Verformungsarbeit umgesetzt.
Ähnliche Verformungsmechanismen sind auch durch die JP 07205733 A bekannt. Es wird vorgeschlagenen, einen vorderen Teil eines Kraftfahrzeugs in Fahrtrichtung und einen hinteren Teil des Kraftfahrzeugs in Gegenfahrtrichtung zu drücken. Durch die Vorspannung soll nicht nur eine Dämpfung, sondern auch eine stoßabsorbierende Wirkung erreicht werden.
Hiervon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu Grunde, ein Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb aufzuzeigen, bei welchem Speichermodule einfach und schnell ausgetauscht werden können und bei welchem die Speichermodule zudem mit hoher Crashsicherheit befestigt werden können.
Diese Aufgabe ist bei einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen des Erfindungsgedankens.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ist vorgesehen, die Speichermodule in einer Führung anzuordnen, die sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt. Die Speichermodule sind gegenüber der Führung längsverschieblich verlagerbar, was den Beladevorgang des Kraftfahrzeugs mit Speichermodulen und natürlich auch die Entnahme der Speichermodule vereinfacht. Ein Pralldämpfer ist unmittelbar in der Führung anzuordnen. In diesem Fall wird für den Pralldämpfer kein weiterer Bauraum außerhalb der Führung benötigt. Der Pralldämpfer kann sich an einer endseitig der Führung befestigten Rückhalteplatte abstützen. Ein Pralldämpfer ist an wenigstens einem Ende der Führung angeordnet. Die Erfindung berücksichtigt, dass die Speichermodule ein relatives hohes Gewicht besitzen, das sich bei einem Crash innerhalb der sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckenden Führungen verlagern kann. Um zu verhindern, dass sich die Speichermodule bei einer abrupten Verzögerung selbst schaden oder gar aus der Führung in Längsrichtung herausschießen, sollen die Speichermodule über jeweils endseitig der Führung angeordnete Pralldämpfer abgefangen werden. Dadurch wird die Crashenergie, die aus den Speichermodulen resultiert, separat in eine andere Energieform umgewandelt und insbesondere durch Verformungsarbeit des Pralldämpfers aufgefangen.
Darüber hinaus hat die sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckende Anordnung der Führung den Vorteil, dass sich das Gewicht des Speichermoduls sowohl auf die Vorderachse als auch auf die Hinterachse des Kraftfahrzeugs verteilt. Vorzugsweise erstreckt sich die Führung von einer Vorderachse bis zu einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs. Die Führung kann in einer Art Tunnel angeordnet sein, welcher die Vorderachse und Hinterachse miteinander verbindet. Für die Gewichtsverteilung ist es günstig, wenn das Speichermodul bzw. die Führung in der Mitte des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
Zumindest im Frontbereich des Kraftfahrzeugs ist ein Pralldämpfer vorgesehen, der sich in vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung bis zu einem frontseitigen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs erstreckt. Dadurch ist es möglich, die Masse des Speichermoduls über nahezu die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs zu verteilen.
Das Speichermodul besteht aus einzelnen Speicherelementen, in denen sich einzelne Batterie- oder Akkumulatorzellen mit der zugehörigen Elektronik befinden. Aus Sicherheitsgründen ist die Spannung je Speicherelement begrenzt, z. B. auf 60 Volt Gleichstrom.
In praktischer Ausgestaltung ist die Führung vorzugsweise nach oben offen und im Querschnitt C-förmig konfiguriert. Die Führung weist somit einen unten liegenden Rücken auf, sich jeweils längsseitig des Rückens anschließende, nach oben weisende Schenkel und sich hieran anschließende, einander zugewandte Stege, die offene Führungsnuten ausbilden. Eine solche Führung, die auch als Schiene bezeichnet werden kann, sichert darin gehalterte Speicherelemente bzw. ein Speichermodul sehr gut gegen seitlich angreifende Kräfte. Durch die C-förmige Konfiguration sind die einzelnen Speicherelemente, die zumindest teilweise seitlich umgriffen werden und daher im Formschluss mit der Führung stehen, auch gegen Vertikalverlagerung geschützt. Der einzige verbleibende Freiheitsgrad ist die Verlagerung des Speichermoduls in Längsrichtung. Das Speichermodul umfasst Aufnahmen, welche in der Führung längsverschieblich angeordnet sind. Sie dienen zur Eingliederung des Speicherelements. Mit andere Worten sind die Speicherelemente nicht unmittelbar von der Führung gehalten, sonderen mechanisch mit Aufnahmen verbunden, die wiederum in der C-förmigen Führung gehaltert sind.
Die Aufnahmen orientieren das Speicherelement in der gleichen Art und Weise, wie die Führungsnut die Aufnahmen hält, nämlich, indem die Aufnahmen seitliche Haltestege der Speicherelemente umgreifen. Maßgeblich ist, dass die Gesamtheit der Speicherelemente nur in Längsrichtung der Führung verlagerbar ist. Die Aufnahmen und die Speicherelemente besitzen somit gegengleich konfigurierte Formschlusselemente, beispielsweise nach dem Nut- und Feder-Prinzip.
Die Aufnahme kann theoretisch länger sein als die aneinander gereihten Speicherelemente. Die Anzahl der Speicherelemente kann auf den jeweiligen Fahrzeugtyp abgestimmt werden.
Mit der Erfindung gelingt eine sehr steife Befestigung eines standardisierten Speichermoduls. Die Speicherelemente sind zu einem Speichermodul zusammengebaut, das sehr platzsparend mittig des Kraftfahrzeugs in einem Tunnel platzierbar ist, der sich von der Vorderachse bis zur Hinterachse des Fahrzeugs erstrecken kann. Diese Verbindung wirkt sich positiv auf die Festigkeit und somit positiv auf das Fahrwerksverhalten aus. Durch die Freiheit der Materialwahl im Hinblick auf die Führung ist es möglich, diese unabhängig von weiteren Bestandteilen des Kraftfahrzeugs aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium, aus Kunststoff oder aus Verbundmaterialien herzustellen, um bei hoher Festigkeit das Gewicht zu minimieren. Selbstverständlich können durch die Freiheit der Materialwahl auch die Kosten reduziert werden. Die Montage bzw. das Auswechseln des Speichermoduls ist bei gleichzeitig hervorragendem Seitencrashverhalten einfach und kostengünstig möglich. Die durch Integration einer Crashbox bzw. eines Pralldämpfers ”nachgiebige” Lagerung des Speichermoduls ermöglicht es, im Falle eines Crashs kinematische Energie aufzunehmen, ohne dass diese Energie von den am Crash beteiligten Unfallpartnern aufgefangen werden muss.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in einer schematischen Zeichnung gemäß 4 dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die 1 bis 3 dienen lediglich zur Illustration des Erfindungsgedankens und sind nicht Ausführungsformen für die Schutz beansprucht wird. Es zeigt:
1 das Fahrwerk eines Kraftfahrzeugs mit einer sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckenden Führung;
2 die Führung der 1 in einer perspektivischen Darstellung;
3 einen Querschnitt durch die in 2 dargestellte Führung und
4 die erfindungsgemäße Ausführungsform in der Darstellungsweise wie in 1.
1 zeigt das Fahrgestell eines Kraftfahrzeugs 1 in stark vereinfachter und rein schematischer Darstellung. Es ist zu erkennen, dass sich zwischen einer Vorderachse 2 und einer Hinterachse 3 in der Mitte des Kraftfahrzeugs 1 und sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs 1 erstreckend eine Führung 4 befindet, die im Detail in den 2 und 3 dargestellt ist. Die Führung 4 verbindet die schematisch dargestellte Vorderachse 2 mit der Hinterachse 3. Am vorderen Ende 5 der Führung 4 befindet sich ein Pralldämpfer 6, der auch als Crashbox bezeichnet werden kann. Dieser Pralldämpfer 6 erstreckt sich bis zu einem vorderen Stoßfänger 7, der ebenfalls über Crashboxen 8 mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 verbunden ist.
Die Führung 4 dient zur Aufnahme einzelner Speicherelemente 9, die in diesem Ausführungsbeispiel quaderförmig konfiguriert sind und vom Heck des Kraftfahrzeugs 1 in die Führung 4 eingesetzt werden. Die Speicherelemente 9 bilden in ihrer Gesamtheit zusammen mit seitlichen Aufnahmen 15, 16 ein Speichermodul 19 (2 und 3). Die Führung 4 ist Bestandteil eines Tunnels 10, wobei die Führung 4 den unteren Teil des Tunnels 10 bildet, wie anhand der 2 zu erkennen ist. Die Führung 4 ist nach oben offen und im Querschnitt C-förmig konfiguriert. Sie umfasst einen Rücken 11, der die Unterseite des Tunnels 10 bildet. Jeweils längsseitig des Rückens 11 schließen sich in der Bildebene nach oben weisende Schenkel 12 an. Hierauf folgen einander zugewandte Stege 13, so dass längsseitig des Rückens 11 hinterschnittene Führungsnuten 14 gebildet werden, die sich einander gegenüberliegen. In diesen Führungsnuten 14 befinden sich jeweils längsverschiebliche Aufnahmen 15, 16 des Speichermoduls 19, die von den Führungsnuten 14 gehalten werden. Die Aufnahmen 15, 16 sind im Querschnitt U-förmig konfiguriert. Sie umgreifen längsseitig vorstehende Haltestege 17, 18 der Speicherelemente 9. Halteelemente 20 in Form von Bolzen verbinden die einzelnen Speicherelemente 9 mechanisch mit den Aufnahmen 15, 16. Es ist bei diesem Ausführungsbeispiel in gegenüberliegender Anordnung jeweils ein Haltelement 20 auf jeder Seite eines Speicherelements 9 vorgesehen.
Die Aufnahmen 15, 16 können ebenso wie die Führung 4 als Strangpressprofil konfiguriert sein. Die Aufnahmen 15, 16 sind in Längserstreckung der Führung 4 länger als ein einzelnes Speicherelement 9. Die Aufnahmen 15, 16 dienen gewissermaßen als Adapter zwischen den Speicherelementen 9 und der Führung 4, so dass bei gleich bleibender Führung 4 die Möglichkeit besteht, Speicherelemente 9 mit geänderten Anschlussmaßen unter Verwendung einer entsprechenden Aufnahme im erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug einzusetzen.
4 zeigt in Abwandlung zur Ausführung der 1 dann, dass der Pralldämpfer 6 unmittelbar am Ende 5 der Führung 4, und zwar innerhalb der Führung 4, angeordnet ist. Er ist somit kürzer als die Bauform der 1 und erstreckt sich nicht bis zum Stoßfänger 7. Eine Stützplatte 21 am Ende der Führung 4 dient als Widerlager, an welchem sich der Pralldämpfer 6 abstützt.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Vorderachse
3: Hinterachse
4: Führung
5: Ende
6: Pralldämpfer
7: Stoßfänger
8: Crashbox
9: Speicherelement
10: Tunnel
11: Rücken
12: Schenkel
13: Steg
14: Führungsnut
15: Aufnahme
16: Aufnahme
17: Haltesteg
18: Haltesteg
19: Speichermodul
20: Halteelement
21: Stützplatte

Claims

Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und mit einem Speichermodul (19) für elektrische Energiewelches mit einer sich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs (1) erstreckenden Führung (4) längsverschieblich koppelbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass sich ein Pralldämpfer (6) innerhalb der Führung (4) befindet.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an wenigstens einem Ende (5) der Führung (4) ein Pralldämpfer (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (4) in der Mitte des Kraftfahrzeugs (1) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Führung von einer Vorderachse (2) bis zu einer Hinterachse (3) des Kraftfahrzeugs (1) erstreckt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (4) Bestandteil eines Tunnels (10) ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tunnel (10) Vorderachse (2) und Hinterachse (3) miteinander verbindet.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Pralldämpfer (6) bis zu einem Stoßfänger (7) des Kraftfahrzeugs (1) erstreckt.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Führung (4) nach oben offen und im Querschnitt C-förmig konfiguriert ist, mit einem Rücken (11), sich jeweils längsseitig des Rückens (11) anschließenden, nach oben weisenden Schenkeln (12) und sich hieran anschließenden, einander zugewandten Stegen (13), die eine Führungsnut (14) ausbilden.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in der Führung (4) längsverschiebliche Aufnahmen (15, 16) des Speichermoduls (19) angeordnet sind.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (15, 16) seitliche Haltestege (17, 18) des Speichermoduls (19) umgreifen.
Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmen (15, 16) von der Führungsnut (14) umgriffen werden.