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Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Batterie an einem Kraftwagen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
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Aus dem Serienbau von Kraftwagen ist es bekannt, insbesondere bei Hybrid-Fahrzeugen und Elektrofahrzeugen so genannte Hochvolt-Batterien zumindest mittelbar an einer Karosserie des als das Hybrid-Fahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftwagens anzuordnen. Die Hochvolt-Batterie dient dabei dazu, wenigstens einen Elektromotor mit elektrischem Strom zu versorgen. Der Elektromotor wiederum dient dazu, wenigstens ein Rad des Kraftwagens anzutreiben, um so den Kraftwagen anzutreiben und fortzubewegen. Da zum Antreiben des Kraftwagens ein beispielsweise im Vergleich zum Betreiben eines anderweitigen elektrischen Verbrauchers des Kraftwagens relativ hoher Betrag an elektrischer Energie vonnöten ist, und zur Darstellung einer hohen Reichweite des Kraftwagens, stellt die Hochvolt-Batterie eine relativ hohe Spannung bereit und kann ein relativ hohes Gewicht aufweisen. Dabei ist es wünschenswert, die Hochvolt-Batterie im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung des Kraftwagens vor einer unerwünschten Beschädigung zu schützen.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung einer Batterie an einem Kraftwagen bereitzustellen, sodass ein verbessertes Unfallverhalten der Anordnung geschaffen ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung einer Batterie an einem Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Bei einer solchen Anordnung einer Batterie eines Kraftwagens ist die Batterie wenigstens mittelbar an einer Karosserie des Kraftwagens gehalten. Die Batterie dient dabei dazu, wenigstens einen Elektromotor mit elektrischem Strom zu versorgen, sodass der zumindest eine Elektromotor wenigstens ein Rad des Kraftwagens antreiben kann. Mit anderen Worten ist der Kraftwagen mittels des Elektromotors antreibbar und beispielsweise als Hybrid-Fahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet.
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Erfindungsgemäß ist eine Schutzeinrichtung vorgesehen, welche wenigstens zwei die Batterie zumindest Bereichsweise in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin überdeckende und in Fahrzeugquerrichtung hintereinander angeordnete Deformationsbereich aufweist. Die Deformationsbereiche weisen bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung unterschiedliche Deformationssteifigkeiten auf. Bevorzugt ist die Deformationssteifigkeit des in Fahrzeugquerrichtung äußeren der Deformationsbereiche geringer als die Deformationssteifigkeit des in Fahrzeugquerrichtung inneren und damit der Batterie näher zugeordneten der Deformationsbereiche.
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Kommt es zu einem Aufprall einer Barriere zumindest im Wesentlichen in Fahrzeugquerrichtung auf den Kraftwagen, wie es beispielsweise bei einem so genannten Pfahlaufprall der Fall ist, so trifft die Barriere auf die Schutzeinrichtung und zunächst auf den äußeren Deformationsbereich auf. Aufgrund der geringeren Deformationssteifigkeit des äußeren Deformationsbereich kann sich dieser besonders stark verformen und kann vorteilhafterweise eine Aufprallenergie besonders effizient in Verformungsenergie umwandeln. Dazu weist der äußere Deformationsbereich vorteilhafterweise wenigstens ein Energieabsorptionselement auf, welches einen besonders hohen Betrag an Aufprallenergie absorbieren und in Verformungsenergie umwandeln kann.
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Der demgegenüber deformationssteifere, innere Deformationsbereich sorgt in Folge seiner Gestaltfestigkeit für die Darstellung eines Sicherheitsbereichs, einer so genannten Sicherheitszelle, für die beispielsweise als Hochvolt-Batterie ausgebildete Batterie, sodass diese vor einer unerwünschten Beschädigung geschützt ist. Dadurch kann die Gefahr, dass Gegenstände, Komponenten, Bauteile des Kraftwagens oder dergleichen die Batterie unerwünscht stark beschädigen gering gehalten werden. Mit anderen Worten dient bevorzugt der äußere Deformationsbereich zum Abbau von auf die Batterie wirkenden Unfalllasten, indem die Aufprallenergie besonders effizient in Verformungsenergie umgewandelt wird. Der innere Deformationsbereich stellt einen gestaltfesten Sicherheitsbereich für die Batterie bereit, welcher sich nicht oder zumindest weniger stark als der äußere Deformationsbereich bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung verformt. In Folge der Darstellung einer solchen so genannten Knautschzone kann die Batterie bei einem solchen Aufprall einer Barriere auf den Kraftwagen besonders effizient geschützt werden.
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Die erfindungsgemäße Anordnung der Batterie an dem Kraftwagen weist somit ein verbessertes Unfallverhalten auf. Dadurch ist die Gefahr, dass Inhaltsstoffe der Batterie bei oder zeitlich nach der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung an die Umwelt austreten besonders gering gehalten. Ferner ermöglicht es die erfindungsgemäße Anordnung, einen besonders großen Bauraum für die Batterie bereitzustellen, in welchem die Batterie an einem Kraftwagen angeordnet werden kann. In der Folge kann die Batterie dadurch besonders groß hinsichtlich ihrer Dimension bzw. Ausmaße ausgestaltet werden. Somit weist die Batterie eine besonders große Speicherkapazität zur Speicherung von elektrischer Energie bzw. elektrischem Strom zur Versorgung des zumindest einen Elektromotors auf. Dadurch kann der zumindest eine Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens über einen besonders langen Zeitraum und/oder über eine besonders große Wegstrecke hinweg mit elektrischem Strom versorgt werden, was mit einer hohen Reichweite des Kraftwagens einhergeht. Über die Reichweite hinweg kann der Kraftwagen emissionsfrei lediglich mittels des zumindest einen Elektromotors oder mit besonders geringen Emissionen auch durch den Elektromotor angetrieben und fortbewegt werden.
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Der Schutz der Batterie durch die erfindungsgemäße Anordnung bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung birgt weiterhin den Vorteil, dass Kurzschlüsse und/oder die Funktion der Batterie negativ beeinflussende und/oder thermische Vorgänge innerhalb der Batterie vermieden oder die Gefahr solcher Kurzschlüsse bzw. thermischer Vorgänge besonders gering gehalten werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht einer Anordnung einer Hochvolt-Batterie an einer Karosserie eines Kraftwagens, bei welcher eine Schutzeinrichtung vorgesehen ist, durch welche die Hochvolt-Batterie in Fahrzeugquerrichtung nach außen hin überdeckt ist;
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2 ausschnittsweise eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß 1;
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3 eine schematische und perspektivische Explosionsansicht einer weiteren Ausführungsform der Schutzeinrichtung der Anordnung gemäß 1 und 2;
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4 eine schematische Querschnittsansicht der Schutzanrichtung gemäß 3;
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5 eine schematische Draufsicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung gemäß den 1 und 2;
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6 eine schematische Querschnittsansicht der Anordnung gemäß 5; und
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7 ausschnittsweise eine schematische Perspektivansicht eines Rahmenelements der Schutzeinrichtung der Anordnung gemäß 5 und 6.
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Die 1 zeigt eine Anordnung 10 einer Hochvolt-Batterie 12 an einer Karosserie 14 eines als Hybrid-Fahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildeten Personenkraftwagens. Dabei ist die Hochvolt-Batterie 12 zumindest mittelbar an der Karosserie 14 angeordnet. Bei der 1 ist ein Bauteil 16 der Karosserie erkennbar, wobei es sich beispielsweise um einen zumindest im Wesentlichen in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Seitenschweller handelt.
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Die Hochvolt-Batterie 12 dient dazu, wenigstens einen Elektromotor des Personenkraftwagens mit elektrischem Strom zu versorgen, sodass der Elektromotor wenigstens ein Rad des Personenkraftwagens und damit den gesamten Personenkraftwagen antreiben kann.
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Es ist eine Schutzeinrichtung 18 vorgesehen, welche einen ersten Deformationsbereich 20 sowie einen zweiten Deformationsbereich 22 aufweist. Die Deformationsbereiche 20 und 22 überdecken die Hochvolt-Batterie 12 in Fahrzeugquerrichtung gemäß einem Richtungspfeil 24 nach außen hin. Der in Fahrzeugquerrichtung äußere Deformationsbereich 20 weist eine Struktur 26 auf, welche im Falle eines seitlichen Aufpralls einer Barriere auf die Anordnung 10 gemäß einem Richtungspfeil 28 einen besonders hohen Betrag an Aufprallenergie effizient in Verformungsenergie umwandeln kann. Dabei verformt sich der Deformationsbereich 20 bzw. die Struktur 26 unter Energieverzehrung. Dies ist beispielsweise bei einem seitlichen Pfahlaufprall auf die Anordnung 10 der Fall.
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Zur Umwandlung von Aufprallenergie in Verformungsenergie umfasst die Struktur 26 beispielsweise wenigstens ein Energieabsorptionselement, eine so genannte Crashbox, welche ein besonders hohes Energieaufnahme- und Energieumwandlungsvermögen aufweist. Der innere Deformationsbereich 22 ist gegenüber dem äußeren Deformationsbereich 20 gestaltfest ausgebildet und weist gegenüber dem äußeren Deformationsbereich 20 eine höhere Deformationssteifigkeit auf. Während der äußere Deformationsbereich 20 zumindest im Wesentlichen dazu dient, Aufprallenergie in Verformungsenergie umzuwandeln und Belastungen abzubauen, stellt der innere Deformationsbereich 22 eine bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zumindest im Wesentlichen gestaltfeste Sicherheitszelle für die Hochvolt-Batterie 12 bereit. Diese Sicherheitszelle verformt sich dabei bei der unfallbedingten Kraftbeaufschlagung nicht oder nicht unerwünscht stark und hält auf die Hochvolt-Batterie 12 wirkende, unerwünscht hohe Lasten von dieser fern. So ist es möglich, die Hochvolt-Batterie 12 hinsichtlich ihres Bauraumbedarfs zu minimieren und die Hochvolt-Batterie 12 dennoch vor einer unerwünscht starken Beschädigung zu schützen.
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Zur Darstellung der Sicherheitszelle umfasst der Deformationsbereich 22 beispielsweise ein Schutzelement 30, welches beispielsweise als Strebe, Träger, Platte oder dergleichen ausgebildet ist. Das Schutzelement nimmt verbliebene Aufprallenergie auf und hält diese von der Hochvolt-Batterie 12 zumindest im Wesentlichen fern. Dazu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass das Schutzelement 30 die verbliebene Aufprallenergie um die Hochvolt-Batterie 12 herum und/oder von dieser weg und in anderweitige Strukturen der Karosserie 12 einleitet.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform der Anordnung 10 gemäß 1. Die Schutzeinrichtung 18 umfasst einen Lastverteiler 32, mittels welchem die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung vergleichmäßigt in die Schutzeinrichtung 18 einleitbar ist. So kann die Schutzeinrichtung 18 besonders vorteilhaft Aufprallenergien aufnehmen und insbesondere durch den Deformationsbereich 20 in Verformungsenergie umwandeln.
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Wie der 2 zu entnehmen ist, ist der Lastverteiler 32 in Fahrzeugquerrichtung gemäß dem Richtungspfeil 24 zumindest bereichsweise außenseitig der Deformationsbereiche 20 und 22 angeordnet und überdeckt die Deformationsbereiche 20 und 22, insbesondere den äußeren Deformationsbereich 20, in Fahrzeugquerrichtung nach außen zumindest bereichsweise.
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Wie bei der Schutzreinrichtung 18 gemäß 1 umfasst die Schutzeinrichtung 18 gemäß 2 Strukturen 26, welche eine Mehrzahl von Energieabsorptionselementen, so genannten Crashboxen, aufweisen, um die Aufprallenergie besonders effizient in Verformungsenergie umwandeln zu können.
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Die 3 und 4 zeigen eine alternative Ausführungsform der Schutzeinrichtung 18 zum Schutz der Hochvolt-Batterie 12 bei einer seitlichen unfallbedingten Kraftbeaufschlagung. Die Schutzeinrichtung 18 ist beispielsweise durch einen Seitenschweller dargestellt, welcher eine Mehrzahl von Energieabsorptionselementen 34 sowie Verstärkungselementen 36 umfasst. Wie insbesondere der 4 zu entnehmen ist, ist der Seitenschweller zumindest im Wesentlichen in Schalenbauweise ausgebildet und weist eine Sandwichstruktur 38 auf, durch welche die Deformationsbereiche 20 und 22 gebildet sind und die Hochvolt-Batterie 12 geschützt werden kann. In der 4 ist auch noch eine Außenschale 40 des Seitenschwellers zu erkennen, welche mit dem Verstärkungselement 36 über jeweilige Fügflansche verbunden ist.
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Die 5 bis 7 zeigen eine alternative Ausführungsform der Anordnung 10 mit der Schutzeinrichtung 18. Die Schutzeinrichtung 18 umfasst ein in der 7 nicht dargestellten Verstärkungsrahmen 42, durch welchen der äußere Deformationsbereich 22 zum effizienten Umwandeln von Aufprallenergie in Verformungsenergie gebildet ist. Wie der 5 zu entnehmen ist, ist die Hochvolt-Batterie 12 in Fahrzeugquerrichtung gemäß dem Richtungspfeil 24 bereichsweise zwischen zwei Seitenschwellern 44 angeordnet, welche jeweils wie der Seitenschweller gemäß den 3 und 4 ausgebildet sein können. Die Seitenschweller 44 können dabei beispielsweise als Lastverteiler 32 fungieren.
