DE102011118284A1

DE102011118284A1 - Energiespeichergehäuse für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011118284A1
Application number: DE102011118284A
Authority: DE
Inventors: Stefan Grun; Volker Keck; Thorsten Kraft; Jan Kroggel; Denis Thate; Norbert Wiesheu
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-16

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichergehäuse (1) für ein Fahrzeug, wobei das Energiespeichergehäuse (1) zumindest ein Kraftverteilungselement (2) aufweist. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Kraftverteilungselement (2) abgewinkelt oder balkenförmig ausgebildet und an dem Energiespeichergehäuse (1) außenseitig wenigstens zwei Seiten des Gehäuses (1.1.1, 1.1.2) abschnittsweise randseitig umschließend und/oder an wenigstens einer Seite des Gehäuses (1.1.1, 1.1.2) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichergehäuse für ein Fahrzeug, wobei das Energiespeichergehäuse zumindest ein Kraftverteilungselement aufweist.
Aus der JP 2008183943 A ist eine Anordnung eines Kunststoff-Batteriegehäuses für ein Elektrofahrzeug bekannt. Die Anordnung des Kunststoff-Batteriegehäuses umfasst ein metallisches Gerüst, welches in das Kunststoff-Batteriegehäuse integriert ist, wobei das Kunststoff-Batteriegehäuse über das metallische Gerüst an einer Karosserie des Elektrofahrzeuges befestigbar ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Energiespeichergehäuse mit zumindest einem Kraftverteilungselement anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erfindungsgemäßes Energiespeichergehäuse für ein Fahrzeug weist zumindest ein Kraftverteilungselement auf, wobei das zumindest eine Kraftverteilungselement abgewinkelt oder balkenförmig ausgebildet ist und an dem Energiespeichergehäuse außenseitig wenigstens zwei Gehäuseaußenseiten abschnittsweise randseitig umschließend und/oder an wenigstens einer Gehäuseseitenwand stirnseitig anordbar ist.
Mittels des zumindest einen Kraftverteilungselementes ist das Energiespeichergehäuse bei einer Kollision des Fahrzeuges, insbesondere bei einer Seitenkollision, verbessert vor einer Verformung geschützt, da eine punktuell auf das Energiespeichergehäuse wirkende Kraft mittels des Kraftverteilungselementes flächig auf das Energiespeichergehäuse verteilbar ist. Somit wird eine mechanische Belastung des Energiespeichergehäuses im Fall einer Kollision des Fahrzeuges verringert.
Dadurch ist es in vorteilhafter Weise möglich, mindestens das Energiespeichergehäuse in einer Leichtbauweise auszubilden, so dass das Fahrzeuggewicht verringerbar ist, wobei die Sicherheit des Energiespeichergehäuses bei einer Kollision des Fahrzeuges mittels des zumindest einen Kraftverteilungselementes erhöht ist.
Darüber hinaus können durch die Anordnung des zumindest einen Kraftverteilungselementes an dem Energiespeichergehäuse Maßnahmen zur punktuellen Versteifung zumindest verringert werden, da das Kraftverteilungselement als Versteifung dient.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch ein Energiespeichergehäuse mit außenseitig angeordneten Kraftverteilungselementen,
2 schematisch eine Schnittdarstellung einer ersten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes,
3 schematisch eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes,
4 schematisch eine Schnittdarstellung einer dritten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes und
5 schematisch eine Schnittdarstellung einer vierten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Energiespeichergehäuse 1 für eine Batterie für ein Fahrzeug mit gestrichelter Linie dargestellt, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist.
Das Energiespeichergehäuse 1 umfasst eine wannenförmige Aufnahmeeinheit 1.1 als tragendes Element und ein aus einem Blech gebildetes Abdeckelement 1.2. Mittels des Abdeckelementes 1.2 sind in der Aufnahmeeinheit 1.1 angeordnete und elektrisch miteinander verschaltete Einzelzellen, die nicht näher gezeigt sind, gegen Schmutz und/oder Feuchtigkeit geschützt. Dabei weist das Abdeckelement 1.2 gleichzeitig eine Abdichtfunktion für die Aufnahmeeinheit 1.1 auf. Das Energiespeichergehäuse 1 ist im Wesentlichen quaderförmig ausgebildet.
Die Aufnahmeeinheit 1.1 des Energiespeichergehäuses 1 ist konstruktionstechnisch so ausgelegt, dass mittels dieser im Fahrbetrieb des Fahrzeuges auftretende mechanische Belastungen aufnehmbar sind.
Bei Anordnung des Energiespeichergehäuses 1 in dem Fahrzeug ist die Längsausdehnung des Energiespeichergehäuses 1 vorzugsweise in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.
Eine aus einer Kollision des Fahrzeuges resultierende Belastung des Energiespeichergehäuses 1 ist im Vergleich zu der mechanischen Belastung im Fahrbetrieb des Fahrzeuges weitaus größer und wirkt, insbesondere bei einer Seitenkollision, punktuell auf das Energiespeichergehäuse 1.
Die aus der Kollision des Fahrzeuges resultierende Belastung des Energiespeichergehäuses 1 gilt es zumindest zu vermindern, so dass eine Verformung des Energiespeichergehäuses 1 nicht dazu führt, dass die in der Aufnahmeeinheit 1.1 angeordneten Einzelzellen beschädigt werden und dadurch die Gefahr eines Kurzschlusses besteht, welcher zu einem Brand der Batterie führen kann.
Um die kollisionsbedingte Belastung des Energiespeichergehäuses 1 zumindest zu verringern, sind außenseitig an dem Energiespeichergehäuse 1 Kraftverteilungselemente 2 kraft-, form- und/oder stoffschlüssig befestigt. Bevorzugt sind die Kraftverteilungselemente 2 form- und stoffschlüssig an dem Energiespeichergehäuse 1 befestigt, so dass keine separaten Befestigungselemente erforderlich sind.
Das jeweilige Kraftverteilungselement 2 ist aus Metall, Kunststoff und/oder einem Faserverbundwerkstoff gebildet, wobei als Faserverbundwerkstoff ein glasfaserverstärkter Kunststoff und/oder ein kohlenfaserverstärkter Kunststoff verwendet werden kann. Vorzugsweise weist das Kraftverteilungselement 2 ein vergleichsweise geringes Gewicht auf.
Das jeweilige Kraftverteilungselement 2 erstreckt sich außenseitig im oberen Randbereich des Energiespeichergehäuses 1 und umschließt eine jeweilige Stirnseite 1.1.1 des Energiespeichergehäuses 1 in Bezug auf ihre Länge vollständig. Dabei sind die Stirnseiten 1.1.1 die Seiten des Energiespeichergehäuses 1, welche parallel zur Fahrzeuglängsrichtung angeordnet sind.
Das jeweilige Kraftverteilungselement 2 weist eine U-Form auf, deren Innenkontur bereichsweise mit der Außenkontur des Energiespeichergehäuses 1 korrespondiert, wobei die Kraftverteilungselemente 2 jeweils einen Basisabschnitt 2.1 und zwei Schenkel 2.2 aufweisen.
Der Basisabschnitt 2.1 und die Schenkel 2.2 weisen jeweils einen rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei das Kraftverteilungselement so an dem Energiespeichergehäuse befestigt ist, dass eine erste Seite, d. h. eine im Querschnitt gesehen lange Seite an der Stirnseite 1.1.1 und den Gehäuseseiten 1.1.2 des Energiespeichergehäuses 1 anliegt. Dadurch steht das jeweilige Kraftverteilungselement 2 um die Abmessung der zweiten Seite, d. h. der im Querschnitt gesehenen kurzen Seite von der Stirnseite 1.1.1 und den Gehäuseseiten 1.1.2 kragenförmig ab.
Der Basisabschnitt 2.1 des Kraftverteilungselementes 2 weist eine Länge auf, die der Länge der Stirnseite 1.1.1 des Energiespeichergehäuses 2 entspricht. Die von dem Basisabschnitt 2.1 im Wesentlichen um 90° abgewinkelten Schenkel 2.2 liegen abschnittsweise an den Gehäuseseiten 1.1.2 des Energiespeichergehäuses 1 an. Die Schenkel 2.2 weisen Abmessungen auf, die so gewählt sind, dass die Schenkel 2.2 der sich gegenüberliegenden, an dem Energiespeichergehäuse 2 angeordneten Kraftverteilungselemente 2 an den Gehäuseseiten 1.1.2 zueinander beabstandet sind.
Bevorzugt ist die Länge der Schenkel 2.2 des jeweiligen Kraftverteilungselementes 2 derart gewählt, dass die Möglichkeit einer kollisionsbedingten Verformung der Gehäuseseiten 1.1.2 zumindest beschränkt ist und die Einzelzellen in der Aufnahmeeinheit 1.1 bei einer Kollision des Fahrzeuges nicht beschädigt werden.
Mittels der Kraftverteilungselemente 2 wird eine durch eine Kollision punktuell auf das Energiespeichergehäuse 1 wirkende Belastung flächig auf die jeweilige Stirnseite 1.1.1 und die angrenzenden Gehäuseseiten 1.1.2 verteilt. Dabei wirken die Kraftverteilungselemente 2 als Versteifung des Energiespeichergehäuses 1, so dass eine kollisionsbedingte mechanische Überbelastung des Energiespeichergehäuses 1 zumindest verringert ist.
In einer alternativen Ausführungsform zu den abgewinkelten Kraftverteilungselementen 2 sind diese als Balken ausgebildet, wobei bevorzugt jeweils ein Balken an den Stirnseiten 1.1.1 und den Gehäuseseiten 1.1.2 befestigt ist. Dabei können die Balken als Kraftverteilungselemente 2 so ausgebildet sein, dass die Länge der Balken wenigstens der Länge der jeweiligen Seite 1.1.1, 1.1.2 des Energiespeichergehäuses 1 entspricht. Vorzugsweise sind die Längen der Balken größer gewählt, so dass die Eckbereiche des Energiespeichergehäuses 1, also die Übergangsbereiche von den Stirnseiten 1.1.1 zu den Gehäuseseiten 1.1.2, ebenfalls mittels der Kraftverteilungselemente 2 versteift sind.
2 zeigt einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes 2, welches sowohl balkenförmig als auch u-förmig ausgebildet sein kann.
Wie oben beschrieben, weist das Kraftverteilungselement 2 einen im Wesentlichen rechteckförmigen Querschnitt auf, wobei das Kraftverteilungselement 2 in der ersten Ausführungsform gemäß 2 als Vollprofil V ausgebildet ist. D. h., das Kraftverteilungselement 2 ist massiv aus einem Werkstoff, z. B. Aluminium, gebildet.
In einer in 3 dargestellten im Querschnitt gezeigten zweiten Ausführungsform ist das Kraftverteilungselement 2 als eine Metallkonstruktion M, vorzugsweise als Blechkonstruktion ausgeführt, welche an dem Energiespeichergehäuse 1 befestigt ist. Dabei kann das als Metallkonstruktion M ausgeführte Kraftverteilungselement 2 einteilig oder mehrteilig ausgebildet sein.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß 3 ist das Kraftverteilungselement 2 einteilig ausgebildet, wobei eine innenliegende Struktur weitgehend horizontal ausgebildete Versteifungen 2.3 aufweist. Die Versteifungen 2.3 sind so ausgebildet, dass diese an einer Aufprallseite 2.4 des Kraftverteilungselementes 2 anliegen.
Ist das Kraftverteilungselement 2 als Metallkonstruktion M mehrteilig ausgebildet, so sind die einzelnen Bestandteile der Metallkonstruktion M besonders bevorzugt so zueinander angeordnet, dass das Kraftverteilungselement 2 vergleichsweise steif ausgebildet ist.
4 zeigt einen Querschnitt einer dritten Ausführungsform des Kraftverteilungselementes 2.
Bei dieser dritten Ausführungsform ist das Kraftverteilungselement 2 als axialsymmetrisch ausgebildetes Strangpressprofil S1 ausgeführt, wobei eine erste Symmetrieachse X horizontal und eine zweite Symmetrieachse Y vertikal verläuft.
Innerhalb des als Strangpressprofil S1 ausgebildeten Kraftverteilungselementes 2 ist ein kreisförmiges Element 2.5 ausgebildet, welches über strahlenförmige Stege 2.6 mit den Wandungen des Strangpressprofils S1 verbunden ist. Dabei dienen das kreisförmige Element 2.5 und die Stege 2.6 als Versteifungen des Kraftverteilungselementes 2.
In 5 ist eine vierte Ausführungsform des Kraftverteilungselementes 2 gezeigt. Dabei ist das Kraftverteilungselement in Bezug auf eine punktuell auf das Kraftverteilungselement 2 wirkende, kollisionsbedingte Belastung als optimiertes Strangpressprofil S2 ausgebildet.
In dem optimierten Strangpressprofil S2 verlaufende Stegelemente 2.7 bis 2.9 sind so angeordnet, dass das Kraftverteilungselement 2 mittels der Stegelemente 2.7 bis 2.9 zumindest hinsichtlich der Aufprallseite 2.4 versteift ausgebildet ist.
Dabei verläuft ein erstes Stegelement 2.7 im Wesentlichen diagonal von einem ersten Eckbereich bis zu einem zweiten Eckbereich des optimierten Strangpressprofils S2, wobei weitere Stegelemente 2.8, 2.9 von dem ersten Stegelement 2.7 abzweigen.
Ein zweites Stegelement 2.8 verläuft weitgehend horizontal zwischen dem ersten Stegelement 2.7 und der Aufprallseite 2.4 wobei ein drittes Stegelement 2.9 schräg verlaufend zwischen dem ersten Stegelement 2.7 und der Aufprallseite 2.4 des Kraftverteilungselementes 2 ausgebildet ist.
Denkbar ist auch, dass das Kraftverteilungselement 2 eine andere versteifende Struktur aufweist und/oder aus einem anderen Material gebildet ist.
Mittels der außenseitig an dem Energiespeichergehäuse 1 befestigten Kraftverteilungselemente 2 ist es möglich, das Energiespeichergehäuse 1 in Leichtbauweise auszubilden, wobei dasselbe mittels der Kraftverteilungselemente 2 versteift und vergleichsweise kollisionssicher ausgeführt ist.
Die Kraftverteilungselemente 2 dienen einer flächigen Verteilung einer kollisionsbedingten auf das Energiespeichergehäuse 1 punktuell wirkenden Kraft, wodurch eine Verformung des Energiespeichergehäuses 1 aufgrund der Kollision zumindest verringert ist.
Bezugszeichenliste

1: Energiespeichergehäuse
1.1: Aufnahmeeinheit
1.1.1: Stirnseite
1.1.2: Gehäuseseite
1.2: Abdeckelement
2: Kraftverteilungselement
2.1: Basisabschnitt
2.2: Schenkel
2.3: Versteifung
2.4: Aufprallseite
2.5: kreisförmiges Element
2.6: Steg
2.7: erstes Stegelement
2.8: zweites Stegelement
2.9: drittes Stegelement
M: Metallkonstruktion
V: Vollprofil
X: horizontale Symmetrieachse
Y: vertikale Symmetrieachse
S1: Strangpressprofil
S2: optimiertes Strangpressprofil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2008183943 A [0002]

Claims

Energiespeichergehäuse (1) für ein Fahrzeug, wobei das Energiespeichergehäuse (1) zumindest ein Kraftverteilungselement (2) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Kraftverteilungselement (2) abgewinkelt oder balkenförmig ausgebildet ist und an dem Energiespeichergehäuse (1) außenseitig wenigstens zwei Seiten des Gehäuses (1.1.1, 1.1.2) abschnittsweise randseitig umschließend und/oder an wenigstens einer Seite des Gehäuses (1.1.1, 1.1.2) angeordnet ist.
Energiespeichergehäuse (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftverteilungselement (2) aus Metall, Kunststoff und/oder einem Faserverbundwerkstoff gebildet ist.
Energiespeichergehäuse (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftverteilungselement (2) als Metallkonstruktion (M) und/oder als Strangpressprofil (S1, S2) ausgebildet ist.
Energiespeichergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftverteilungselement (2) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an der oder den Seiten des Gehäuses (1.1.1, 1.1.2) des Energiespeichergehäuses (1) befestigt ist.
Energiespeichergehäuse (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist.
Fahrzeug mit einem Energiespeichergehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 5.