DE102012109728B4

DE102012109728B4 - Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102012109728B4
Application number: DE102012109728.3A
Authority: DE
Inventors: Josip Vlahovic
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-10-12
Filing date: 2012-10-12
Publication date: 2022-11-10
Anticipated expiration: 2032-10-13
Also published as: DE102012109728A1

Abstract

Tragstruktur (5) eines Kraftfahrzeugs (1), mit vier Längsträgern (11-14), die sich in einer zentralen Längsträgeranordnung (10) geradlinig zwischen einem vorderen und einem hinteren Bereich eines Kraftfahrzeugs (1) erstrecken und einen Aufnahmeraum für eine Batterie (20) schaffen, an deren Außenflächen Temperiermodule (41-44;51-54) einer Batterietemperiereinrichtung (40,50) angebracht sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs mit vier Längsträgern, die sich in einer zentralen Längsträgeranordnung geradlinig zwischen einem vorderen und einem hinteren Bereich eines Kraftfahrzeugs erstrecken und einen Aufnahmeraum für eine Batterie schaffen. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Tragstruktur.
Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2012/028298 A2 ist ein Kühlmodul in Form eines Körpers mit einem inneren Raum zur Aufnahme von Batteriezellen bekannt, wobei der Körper, zumindest teilweise, aus einer Länge oder aus mehreren Längen eines Hohlprofils gebildet ist. Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2012/025710 A2 ist ein Elektromotorfahrzeug mit einer Tragstruktur bekannt, die eine H-förmige Box mit einem zentralen Längsabschnitt aufweist, in dem eine Batterie angeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 032 900 A1 ist eine Kühlvorrichtung für eine Fahrzeugbatterie bekannt, wobei die Kühlvorrichtung mehrere zu einem Kühlmittelkreislauf gekoppelte Kühlmodule aufweist und jedes Kühlmodul einer einzigen Batteriezellengruppe zugeordnet ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2010 025 525 A1 ist ein Batteriepack bekannt, welches in Module unterteilt ist, wobei jedes Modul jeweils wenigstens eine Kühleinrichtung aufweist. Aus der internationalen Veröffentlichung WO 2010/044553 A2 ist eine Batteriemoduleinrichtung bekannt, die eine Vielzahl Batteriemodule und eine Kühleinrichtung umfasst, die an der Außenseite der Batteriemodule installiert ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2008 029 200 A1 ist eine Karosseriestruktur einer Kraftwagenkarosserie mit Hohlkammern bekannt, in denen Energiespeicherelemente und Bauelemente zur Bildung von Kühlkanälen angeordnet sind. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2006 040 202 A1 ist eine Batterieanordnung mit drei oder mehr Batteriemodulen bekannt, wobei ein Aufnahmegehäuse die Batteriemodule zwischen einem Paar voneinander gegenüberliegenden Seitenwänden aufnimmt, wobei das Paar der einander gegenüberliegenden Seitenwände einer Kühlluft-Einlassseite und -Auslassseite durch eine Einlassplatte und eine Auslassplatte geschlossen sind. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2010 014 183 A1 offenbart eine Montagestruktur für ein Batteriemodul zur Montage in einer Fahrzeugkarosserie, wobei das Batteriemodul wenigstens eine Kühlplatte mit einer Vielzahl von darauf angeordneten Einzelzellen und die Fahrzeugkarosserie wenigstens ein für das Fahrzeug strukturrelevantes Trägerteil aufweist, wobei die wenigstens eine Kühlplatte des Batteriemoduls mit dem Trägerelement kraftschlüssig verbunden ist. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 030 017 A1 offenbart einen Kühlblock für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Aufnahme für Speicherzellenmodule und einer Struktur zur Wärmeabfuhr der von den Speicherzellenmodulen abgegebenen Wärme. Die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2012 106 514 A1 offenbart eine Elektrosteuerungseinrichtung mit elektrischen und/oder elektronischen Komponenten, die durch Verbindungsleitungen miteinander verbunden sind, wobei die elektrischen und/oder elektronischen Komponenten mit den Verbindungsleitungen und/oder Anschlussleitungen in einer Montageeinheit zusammengefasst sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Herstellung von Kraftfahrzeugen, insbesondere von Hybridfahrzeugen oder Elektrofahrzeugen, mit einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, und einer Batterietemperiereinrichtung zu vereinfachen.
Die Aufgabe ist durch eine Tragstruktur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Die Temperiermodule sind vorteilhaft nur an den Außenflächen der Batterie angeordnet. Dabei bedecken die Temperiermodule vorteilhaft einen Großteil der Außenflächen der Batterie. Über die Temperiermodule an den Außenflächen der Batterie kann im Betrieb der Batterie auftretende Wärme schnell und effektiv abgeführt werden. Bei der Temperiereinrichtung handelt es sich vorzugsweise um eine Kühleinrichtung. Demzufolge sind die Temperiermodule vorzugsweise als Kühlmodule ausgeführt.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule plattenartig ausgeführt sind. Die Temperiermodule sind vorteilhaft mit ebenen Anlageflächen ausgestattet, die an ebenen Anlageflächen der Batterie anliegen. Dadurch wird auf einfache Art und Weise ein Wärmeübergangskontakt zwischen der Batterie und den Temperiermodulen ermöglicht.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule in der Draufsicht rechteckig sind. Die Temperiermodule sind vorteilhaft im Wesentlichen quaderförmig ausgeführt. Dabei ist die Dicke der Temperiermodule vorteilhaft deutlich kleiner als die Breite und die Länge der Temperiermodule.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule in der Draufsicht die Gestalt von lang gezogenen Rechtecken aufweisen, deren lange Seiten deutlich länger als deren kurze Seiten sind. Die langen Seiten der Temperiermodule können sich vorteilhaft über nahezu die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs erstrecken.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule Temperiermediumkanäle aufweisen. Die Temperiermediumkanäle ermöglichen den Durchtritt eines Temperiermediums, zum Beispiel eines Kühlfluids, wie Kühlluft oder Kühlwasser. Das Kühlfluid kann dabei mittels eigener Kühler, oder durch fluidtechnische Anbindung an eine Temperiereinrichtung bzw. Klimaanlage des Kraftfahrzeugs, gekühlt werden. Alternativ oder zusätzlich ist eine fluidtechnische Anbindung an eine separate Heizung vorgesehen.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermediumkanäle in einer Längsrichtung der Temperiermodule verlaufen. Die Temperiermediumkanäle erstrecken sich vorteilhaft über die gesamte Länge der Temperiermodule.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule standardisiert sind. Dadurch können die Herstellkosten eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Batterietemperiereinrichtung erheblich reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietemperiereinrichtung mehrere Temperiermodule umfasst, die gleich ausgeführt sind. Dadurch können die Herstellkosten weiter reduziert werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietemperiereinrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietemperiereinrichtung nur Temperiermodule umfasst, die gleich ausgeführt sind. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel umfasst die Batterietemperiereinrichtung insgesamt nur vier Temperiermodule, die gleich ausgeführt sind.
Der Aufnahmeraum hat vorzugsweise die Gestalt eines lang gezogenen Quaders. Die Batterie hat vorzugsweise ebenfalls die Gestalt eines lang gezogenen Quaders und füllt den Aufnahmeraum vorteilhaft vollständig aus. Natürlich sind auch andere Tragstrukturen möglich, z.B. ein einteiliges Gehäuse bzw. Monocoque.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Tragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume zwischen den Längsträgern außerhalb der Batterie vollständig mit den Temperiermodulen ausgefüllt sind. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung stellt die Tragstruktur mit der Batterie und der Batterietemperiereinrichtung zusammen einen Quader dar, der vorteilhaft einen quadratischen Querschnitt aufweist.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Tragstruktur. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug. Der Antrieb des Kraftfahrzeugs erfolgt, zumindest teilweise, elektrisch. Die zum Antrieb des Kraftfahrzeugs benötigte elektrische Energie wird durch eine Traktionsbatterie bereitgestellt, die mit Hilfe der erfindungsgemäßen Batterietemperiereinrichtung temperiert wird.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:

1 eine vereinfachte perspektivische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Tragstruktur und einer erfindungsgemäßen Batterietemperiereinrichtung;
2 die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs aus 1 zusammen mit der Batterietemperiereinrichtung;
3 die Batterie des Kraftfahrzeugs aus 1 allein;
4 die Batterietemperiereinrichtung aus den 1 und 2 allein;
5 eine ähnliche Batterietemperiereinrichtung wie in 4 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
6 eine vergrößerte Darstellung der Batterietemperiereinrichtung aus 4;
7 eine vergrößerte Darstellung der Batterietemperiereinrichtung aus 5 und
8 das Kraftfahrzeug aus 1 in einer Vorderansicht.

In den 1 und 8 ist ein Kraftfahrzeug 1 mit einer Tragstruktur 5 und vier Rädern 6 bis 9 in verschiedenen Ansichten dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich um ein Elektrofahrzeug mit Elektromotoren 21 bis 24, die den Rädern 6 bis 9 zugeordnet sind.
Die Tragstruktur 5 umfasst eine Längsträgeranordnung 10 mit vier Längsträgern 11 bis 14. Die Längsträger 11 bis 14 erstrecken sich über die gesamte Länge des Kraftfahrzeugs. Dabei sind die Längsträger 11 bis 14 vorteilhaft als gerade Hohlprofile mit einem quadratischen Querschnitt ausgeführt.
Die vier Längsträger 11 bis 14 sind (nicht dargestellt) in Verbindungsbereichen fest miteinander verbunden. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine stabile Längsträgeranordnung 10 geschaffen.
In vorderen und hinteren Bereichen ist die Längsträgeranordnung vorteilhaft mit Crashelementen ausgestattet. Die Crashelemente ermöglichen bei einem Zusammenstoß, insbesondere einem Auffahrunfall, dass sich die Längsträgeranordnung 10 definiert verformen kann, um Bewegungsenergie abzubauen.
Die Längsträger 11 bis 14 sind in der zentralen Längsträgeranordnung 10 so angeordnet, dass sie einen zentralen Aufnahmeraum für eine Traktionsbatterie 20 begrenzen. Die Traktionsbatterie 20 kann mehrere quaderförmige Batteriemodule oder Batteriezellen umfassen.
An den Enden der Längsträgeranordnung 10 kann ein vorderer und ein hinterer Stoßfänger angebracht sein. Darüber hinaus sind an der Längsträgeranordnung 10 seitlich Radaufhängungsstrukturen 31 bis 34 zur Aufhängung der Räder 6 bis 9 angebracht. Die Räder 6 bis 9 werden durch die Elektromotoren 21 bis 24 angetrieben, die an der Tragstruktur 5 befestigt sind.
Die Temperierung, insbesondere Kühlung, der Batterie 20 erfolgt vorteilhaft mit einer Batterietemperiereinrichtung 40. Die Batterietemperiereinrichtung 40 umgibt die Batterie 20 zwischen den Längsträgern 11 bis 14 der Längsträgeranordnung 10 vollständig.
Durch diese Anordnung der Batterietemperiereinrichtung 40 wird erreicht, dass die Batterie 20 mit den Längsträgern 11 bis 14 der Längsträgeranordnung 10 und der Batterietemperiereinrichtung 40 einen Quader mit einem geschlossenen rechteckigen Querschnitt darstellt. Besonders vorteilhaft hat der Quader einen geschlossenen quadratischen Querschnitt.
Durch die erfindungsgemäße Batterietemperiereinrichtung 40 kann der durch die Längsträgeranordnung 10 geschaffene Aufnahmeraum vorteilhaft vollständig ausgefüllt werden. Dadurch wird die Funktionalität der Längsträgeranordnung 10 erhöht. Darüber hinaus kann die Stabilität der Tragstruktur 5 durch die Batterietemperiereinrichtung 40 verbessert werden.
In 2 ist die Längsträgeranordnung 10 mit der Batterietemperiereinrichtung 40 allein perspektivisch dargestellt. Die Batterietemperiereinrichtung 40 umfasst vier Temperiermodule 41 bis 44. Die Temperiermodule 41 bis 44 sind plattenartig ausgeführt und haben die Gestalt von Quadern, deren lange Seiten etwas kürzer als die Längsträger 11 bis 14 der Längsträgeranordnung 10 sind.
Das Temperiermodul 41 ist zwischen den Längsträgern 11 und 12 angeordnet. Das Temperiermodul 42 ist zwischen den Längsträgern 12 und 14 angeordnet. Das Temperiermodul 43 ist zwischen den Längsträgern 13 und 14 angeordnet. Das Temperiermodul 44 ist zwischen den Längsträgern 11 und 13 angeordnet.
Die Dicke der Temperiermodule 41 bis 44 entspricht der Dicke der Längsträger 11 bis 14, zwischen denen die Temperiermodule jeweils angeordnet sind. Die Breite der Temperiermodule 41 bis 44 entspricht dem Abstand der Längsträger 11 bis 14, zwischen denen die Temperiermodule 41 bis 44 jeweils angeordnet sind.
In den 4 und 6 sind die Temperiermodule 41 bis 44 allein perspektivisch dargestellt. In 6 sind die Temperiermodule 41 bis 44 zudem im Querschnitt dargestellt. Im dargestellten Querschnitt sieht man, dass die Temperiermodule 41 bis 44 eine Vielzahl von Temperiermediumkanälen 45 umfassen, die sich in Längsrichtung durch die Temperiermodule 41 bis 44 erstrecken. Die Temperiermediumkanäle 45 sind als Kühlwasserkanäle für eine Batterietemperiereinrichtung ausgeführt, die eine Wasserkühlung umfasst. Alternativ sind die Temperiermediumkanäle 45 als schlangenartig in Längsrichtung nebeneinander liegende Kühlwasserrohrleitungen ausgeführt, welche jeweils die Temperiermodule 41 bis 44 bilden.
In 3 ist die Batterie 20 allein dargestellt. Die Batterie 20 hat die Gestalt eines Quaders mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt. Die Batterie 20 kann auch in mehrere Batteriemodule unterteilt sein und/oder eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen.
In den 5 und 7 ist eine Batterietemperiereinrichtung 50 dargestellt, die eine Luftkühlung umfasst. In 7 ist die Batterietemperiereinrichtung 50 zusätzlich im Querschnitt dargestellt. Im dargestellten Querschnitt sieht man, dass Temperiermodule 51 bis 54 der Batterietemperiereinrichtung 50 eine Vielzahl von Temperiermediumkanälen 55 umfassen, die als Kühlluftkanäle ausgeführt sind. Anstelle der dargestellten geschlossenen Kühlluftkanäle sind natürlich auch nach außen hin offene Kühlluftkanäle bzw. Rippen möglich.
In 8 ist das Kraftfahrzeug 1 aus 1 in der Vorderansicht vergrößert dargestellt. In der vergrößerten Darstellung sieht man, dass die Radaufhängungsstrukturen 31 bis 34 seitlich außen an die Längsträgeranordnung 10 der Batterietemperiereinrichtung 50 angebaut sind. Nach unten ist das Temperiermodul 51 der Batterietemperiereinrichtung 50 durch eine Bodenplatte 60 geschlossen, die Temperiermodule 52 bis 54 können ebenfalls entsprechend geschlossen sein. Die Temperiermodule 51 bis 54 der Batterietemperiereinrichtung 50 sind, ebenso wie die Temperiermodule 41 bis 44 der Batterietemperiereinrichtung 40, modularisiert ausgeführt.

Claims

Tragstruktur (5) eines Kraftfahrzeugs (1), mit vier Längsträgern (11-14), die sich in einer zentralen Längsträgeranordnung (10) geradlinig zwischen einem vorderen und einem hinteren Bereich eines Kraftfahrzeugs (1) erstrecken und einen Aufnahmeraum für eine Batterie (20) schaffen, an deren Außenflächen Temperiermodule (41-44;51-54) einer Batterietemperiereinrichtung (40,50) angebracht sind.
Tragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule (41-44;51-54) plattenartig oder rohrleitungsartig ausgeführt sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule (41-44;51-54) in der Draufsicht rechteckig sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule (41-44;51-54) in der Draufsicht die Gestalt von lang gezogenen Rechtecken aufweisen, deren lange Seiten deutlich länger als deren kurze Seiten sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule (41-44;51-54) Temperiermediumkanäle (45;55) aufweisen.
Tragstruktur nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermediumkanäle (45;55) in einer Längsrichtung der Temperiermodule (41-44;51-54) verlaufen.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperiermodule (41-44;51-54) modularisiert sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietemperiereinrichtung (40;50) mehrere Temperiermodule (41-44;51-54) umfasst die gleich ausgeführt sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietemperiereinrichtung (40,50) nur Temperiermodule (41-44;51-54) umfasst, die gleich ausgeführt sind.
Tragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Zwischenräume zwischen den Längsträgern (11-14) außerhalb der Batterie (20) vollständig mit den Temperiermodulen (41-44;51-54) ausgefüllt sind.
Kraftfahrzeug (1) mit einer Tragstruktur (5) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.