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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeug-Karosserie mit einer Befestigungsanordnung für eine Plug-In-Batterie, ein Montageset für eine Plug-In-Batterie, die Plug-In-Batterie selbst und ein Kraftfahrzeug.
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Batterien für Hybridfahrzeuge oder reine Elektrofahrzeuge werden häufig am Karosserieboden verbaut, etwa unter der Rückbank. Diese Einbaulage bietet einerseits den Vorteil, dass der Schwerpunkt des Fahrzeugs durch den Einsatz der Batterien nicht negativ beeinflusst wird, andererseits werden vorhandene Hohlräume genutzt, was zu einer guten Bauraumausnutzung und einer kompakten Fahrzeugbauweise beiträgt. Der Raum unter der Rückbank ist jedoch begrenzt, sodass zur Installation höherer Batteriekapazitäten auch auf den Bereich in Fahrtrichtung vor der Reserveradmulde zurückgegriffen wurde. Die Länge der Batterie wird hierbei jedoch durch das vordere Ende der Reserveradmulde und einen Hinterachs-Querträger, der im Innenraum verläuft, begrenzt. Zur Montage zwischen Reserveradmulde und Hinterachsträger kommen häufig Plug-In-Batterien des Ecktyps zum Einsatz, die eine flache rechteckige Form haben; dieser Batterietyp ist dem Fachmann bekannt.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Kraftfahrzeug-Karosserie mit einer Befestigungsanordnung für eine Plug-In-Batterie zu schaffen, mit der der in der Kraftfahrzeug-Karosserie vorhandene Bauraum besser als bisher für die Unterbringung von Batterien genutzt werden kann ohne den Schwerpunkt anzuheben.
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Diese Aufgabe wird durch eine Kraftfahrzeug-Karosserie mit einer Befestigungsanordnung für eine Plug-In-Batterie mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen ausgeführt.
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Darüber hinaus ergibt sich die Aufgabe, ein Montageset zu schaffen, mit dem Plug-In-Batterien des Ecktyps unter besserer Bauraumausnutzung als bisher und ohne den Schwerpunkt anzuheben in bestehende Karosseriekonstruktionen verbaut werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Montageset mit den Merkmalen des Anspruchs 8 gelöst.
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Ferner ergibt sich noch die Aufgabe, eine Plug-In-Batterie zu schaffen, die zum Einbau in einer erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug-Karosserie geeignet ist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Plug-In-Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 9 gelöst.
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Schließlich ergibt sich noch die Aufgabe, ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, das bei vergleichsweise niedrigem Schwerpunkt eine höhere Batteriekapazität als bekannte Kraftfahrzeuge hat.
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Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst.
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Eine erste Ausführungsform der Kraftfahrzeug-Karosserie weist eine Befestigungsanordnung für eine Plug-In-Batterie und einen Karosserie-Querträger über der Fahrzeughinterachse auf, der benachbart zu einer Karosseriemulde angeordnet ist. Ein Abschnitt des Karosseriebodens bildet eine Auflagefläche für die Plug-In-Batterie. Die Befestigungsanordnung für die Plug-In-Batterie weist einen oder mehrere Befestigungsquerträger auf, der oder die jeweils mit dem Karosserie-Querträger verbunden ist/sind, wobei der Befestigungsquerträger eine Ankopplungsvorrichtung für die Plug-In-Batterie aufweist. Alternativ kann der Befestigungsquerträger in analoger Weise zusätzlich noch an einem Karosserie-Längsträger befestigt sein. Ferner hat die Befestigungsanordnung eine oder mehrere Verlängerungskonsolen, die mit einer Begrenzungswand der Karosseriemulde verbunden sind, wobei die Verlängerungskonsole(n) eine Verlängerungsauflagefläche für einen Abschnitt der Plug-In-Batterie aufweist. Die Verlängerungsauflagefläche liegt dabei in einer Ebene mit dem Karosserieboden und erstreckt sich über den Rand der Karosseriemulde.
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Erfindungsgemäß kann der zum Einbau der Plug-In-Batterie verfügbare Bauraum auf Höhe des Karosseriebodens vergrößert werden, indem ein Bereich der Karosseriemulde nutzbar gemacht wird; es wird quasi eine Brücke über einen Teil der Mulde gespannt. Hierdurch kann eine vergrößerte Batteriekapazität in der Karosserie untergebracht werden ohne etwa Batterien stapeln zu müssen, so dass der niedrige Schwerpunkt beibehalten bleiben kann.
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Mit „Karosserieboden” ist hierin der Innenboden gemeint, wobei die Batterie im Innenraum untergebracht wird. Der Karosserie-Querträger ist ebenfalls im Innenraum angeordnet und dient der Einleitung fahrdynamischer Kräfte von der Hinterachse bzw. den Fahrwerkskomponenten. Die Ankopplungsvorrichtung des Befestigungsquerträgers kann eine korrespondierende Kopplungsvorrichtung der Batterie lediglich formschlüssig aufnehmen oder aber auch eine Klemmvorrichtung aufweisen, um Bewegungen der Batterie um den Betrag des Spiels in der formschlüssigen Aufnahme und/oder Klappern vorzubeugen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Verlängerungskonsole zweischenklig L-förmig sein. Eine Oberseite eines der Schenkel bildet dabei die Verlängerungsauflagefläche. Die Verlängerungskonsole kann aus einem Metall bestehen, etwa einer Aluminium- oder Zinklegierung, jedoch wird die Erfindung hierdurch nicht beschränkt, vielmehr kann die Verlängerungskonsole auch aus Werkstoffen anderer Werkstoffgruppen bestehen, etwa aus einem hochfesten Kunststoff. Eine L-Form oder Dreiecksform stellt eine spannungsoptimierte Konstruktion dar, die zu einer optimalen Materialausnutzung beiträgt.
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Bei der Karosseriemulde kann es sich um die Reserveradmulde handeln, wobei die Verlängerungskonsole insbesondere mit einer vorderen Begrenzungswand der Reserveradmulde verbunden sein kann, etwa verschraubt. Der Bereich, der bei einer Kraftfahrzeug-Karosserie zwischen dem Hinterachs-Querträger und der Reserveradmulde liegt ist häufig ungenutzt und eignet sich daher gut für die Unterbringung der Batterie. Im Crashfall ist die Aufnahme der Batterie lediglich im vorderen Randbereich der Reserveradmulde gegenüber einer Aufnahme der Batterie in der kompletten Reserveradmulde zu bevorzugen, da stets ein ausreichender Deformationsweg zur Verfügung stehen muss, um die Batterie vor Beschädigung zu schützen.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann die vordere Begrenzungswand der Reserveradmulde eine Stufe aufweisen, wobei die Verlängerungskonsole bevorzugt mit einem über der Stufe liegenden Wandstreifen verbunden ist. Solche Stufen der Reserveradmulde werden eingesetzt, um die Mulde auszusteifen. Um auch die Stufe zu überbrücken und eine zusammenhängende Auflagefläche für die Plug-In-Batterie bereitzustellen, ist es daher zweckmäßig die Verlängerungskonsole oberhalb der Stufe zu befestigen.
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Weiter kann mit der Verlängerungskonsole zumindest eine Befestigungsvorrichtung, bevorzugt ein Spannband, verbunden sein, die dazu vorgesehen ist, eine aufzunehmende Plug-In-Batterie zumindest in Z-Richtung des Fahrzeugs zu fixieren. Das Spannband weist bevorzugt Befestigungsmittel auf, die mit korrespondierenden Befestigungsmitteln, die an der aufzunehmenden Plug-In-Batterie vorliegen, verbindbar sind, wobei die Befestigungsmittel an der aufzunehmenden Plug-In-Batterie etwa Einpressmuttern und/oder Schweissmuttern sein können.
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Mit Z-Richtung ist hierin die Fahrzeughöhenrichtung gemeint, gemäß der in der Kraftfahrzeugtechnik üblichen Achsenbezeichnung eines fahrzeuggebundenen Koordinatensystems.
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In einer noch weiteren Ausführungsform kann/können ein oder mehrere Bereiche der Begrenzungswand der Karosseriemulde, in dem/den die Verlängerungskonsole(n) angebunden ist/sind, eine Verstärkung aufweist/aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann ein an den Bereich der Begrenzungswand der Karosseriemulde, in dem die Verlängerungskonsole angebunden ist, angrenzender Bereich des Karosseriebodens eine Verstärkung aufweisen. Zwischen der Verlängerungskonsole und einem in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Karosserieende kann ferner zumindest eine Energieabsorptionsstrebe angeordnet sein.
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Karosseriemulden wie die Reserveradmulde haben häufig Abstufungen oder Absätze, um diese auszusteifen; die Erfindung eignet sich auch für solche Karosseriemulden. Indem die Verlängerungskonsole an einem Wandstreifen des Absatzes befestigt wird, wird die Stufe überwunden und die Plug-In-Batterie kann sich auf Höhe des Karosseriebodens über den Absatz hinweg bis in einem Bereich „innerhalb” der Mulde erstrecken. Bei der Reserveradmulde kann/können die Energieabsorptionsstrebe(n) insbesondere zwischen dem Fahrzeugheck und einem hinteren Ende der Mulde angeordnet werden, um eine zusätzliche Energiedissipation im Crashfall zu ermöglichen. Aufgrund der weiter als üblich nach hinten „gezogenen” Batterie ist der Deformationsweg reduziert; um dennoch einen hinreichenden Schutz der Batterie im Crashfall zu ermöglichen werden die Energieabsorptionsstreben eingesetzt.
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Schließlich kann die die Verstärkung der Begrenzungswand der Karosseriemulde und des Karosseriebodens durch ein gemeinsames Verstärkungsbauteil gebildet werden, das bevorzugt einen L-förmigen Querschnitt hat. Das Verstärkungsbauteil kann auch eine Versteifungssicke aufweisen, die wenigstens entlang eines Längsachsenabschnitts parallel zur Karosserielängsachse verläuft. Die Versteifungssicke kann sich aber auch in einer zur Karosseriemulde hin weisenden Richtung verzweigen, wodurch eine mehrachsige Aussteifung erreicht wird. Das Verstärkungsteil kann mit der Begrenzungswand der Karosseriemulde und/oder mit dem Karosserieboden verklebt und zusätzlich auch verschraubt sein.
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Das erfindungsgemäße Montageset für eine Plug-In-Batterie des Ecktyps in eine Kraftfahrzeug-Karosserie weist einen Befestigungsquerträger auf, der eine Ankopplungsvorrichtung für die Plug-In-Batterie hat und der dazu vorgesehen ist, mit einem Karosserie-Querträger oder alternativ zusätzlich noch mit einem Karosserie-Längsträger verbunden zu werden. Das Montageset weist ferner eine Verlängerungskonsole auf, die dazu bestimmt ist mit einer Begrenzungswand der Karosseriemulde verbunden zu werden. Darüber hinaus ist in dem Set ein Spannband mit Befestigungsmitteln umfasst, das dazu ausgebildet ist, mit der Verlängerungskonsole verbunden zu werden, wobei die Befestigungsmittel des Spannbands bevorzugt mit korrespondierenden Befestigungsmitteln der zu montierenden Plug-In-Batterie in Eingriff gebracht werden können. Zusätzlich kann das Montageset eine oder mehrere Energieabsorptionsstrebe(n) aufweisen, die zwischen der Verlängerungskonsole und einem in Fahrtrichtung gegenüberliegenden Karosserieende angeordnet werden sollen.
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Mit dem erfindungsgemäßen Montageset ist es möglich, auch bestehende Karosseriekonstruktionen mit Plug-In-Batterien des Ecktyps mit deutlich größerer Gesamtkapazität als bisher nachzurüsten, ohne bauliche Änderungen vornehmen zu müssen. Auch Karosserietypen, die zunächst für konventionelle Antriebe entwickelt wurden, können umgerüstet werden.
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Die Länge der erfindungsgemäßen Plug-In-Batterie ist maximal so groß wie eine Länge des Abstands des Befestigungsquerträgers und des Spannbands der Karosserie. Die Plug-In-Batterie hat ferner eine mit der Ankopplungsvorrichtung des Befestigungsquerträgers korrespondierende Kopplungsvorrichtung. Die Befestigungsmittel an der Plug-In-Batterie, mit denen sie mit dem Spannband verbunden werden kann, können Einpressmuttern und/oder Schweissmuttern sein.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist eine der Erfindung entsprechende Kraftfahrzeug-Karosserie und eine erfindungsgemäße Plug-In-Batterie auf. Es hat bei einem mit bekannten gattungsähnlichen Kraftfahrzeugen vergleichbarem Schwerpunkt eine deutlich erhöhte Batteriekapazität. Die Anordnung der Batterie in einem Bereich sehr weit hinten in der Kraftfahrzeug-Karosserie kann sogar gezielt dazu genutzt werden, die Achslastverteilung anzupassen, was insbesondere bei Fahrzeugen mit Motor und Getriebe an der Fahrzeugfront einen fahrdynamischen Vorteil verspricht.
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Diese und weitere Vorteile werden durch die nachfolgende Beschreibung unter Bezug auf die begleitende Figur dargelegt. Der Bezug auf die Figur in der Beschreibung dient der Unterstützung der Beschreibung und dem erleichterten Verständnis des Gegenstands. Die Figur ist eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung. Es zeigt
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1 Eine Längsschnitt-Teilansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt eines Teils eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs im Bereich der Reserveradmulde 1, wobei „längs” in Bezug zur Fahrzeuglängsachse zu verstehen ist. In dem nicht gezeigten Bereich, der sich links an die Abbildung anschließt, befindet sich das Fahrzeugheck. Die Plug-In-Batterie 2 liegt auf einem Teil des Karosseriebodens 6 auf, der sich in Fahrtrichtung F an die Reserveradmulde 1 anschließt. Im Übergangsbereich von der Reserveradmulde 1 zum ebenen Karosserieboden 6 ist ein L-förmiges Verstärkungsteil 5 angeordnet, das sowohl die Lasteinleitung in die Karosseriestruktur vergleichmäßigt als auch die Karosserie aussteift. Das Verstärkungsteil 5 kann auch eine oder mehrere Versteifungssicken aufweisen, die sich im Wesentlichen parallel zur Fahrzeuglängsachse erstrecken können, sich aber vorteilhaft auch zur Reserveradmulde 1 hin verzweigen können, um eine mehrachsige Aussteifung zu erreichen.
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Eine Aussteifung der Karosserie in diesem Bereich ist notwendig, da Plug-In-Batterien mit mehr als 10 kWh Speicherkapazität hundert Kilogramm oder mehr wiegen können und die Lasten gezielt eingeleitet werden müssen, um nicht durch Verformungen die Fahrwerkskinematik zu beeinflussen und das Fahrverhalten zu verschlechtern.
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An der Vorderseite der Plug-In-Batterie 2 ist diese an den Befestigungsquerträger 3 angebunden, der wiederum mit einem Querträger der Karosserie verbunden ist, der zur Einleitung großer Lasten ausgelegt ist. Die Batterie 2 hat zu diesem Zweck eine Kopplungsvorrichtung 21, die in der korrespondierenden Kopplungsvorrichtung des Befestigungsquerträgers 3 formschlüssig aufgenommen ist und somit nicht in der Z-Richtung (Fahrzeughöhenrichtung) verschiebbar ist. An der in Fahrtrichtung F hinten liegenden Seite der Batterie 2 ist diese mittels der Befestigungsvorrichtung befestigt, die ein Spannband 42 und eine Verlängerungskonsole 4 aufweist. Die Verlängerungskonsole 4 verlängert die verfügbare Auflagefläche über den Rand der Karosseriemulde 1 hinaus, wodurch in eine bestehende Karosserie ohne bauliche Änderungen und bei Beibehaltung des Schwerpunkts Batterien mit einer höheren Gesamtkapazität als bisher verbaut werden können. Die zusätzliche Auflagefläche ist die Verlängerungsauflagefläche 412, die durch den parallel zum Karosserieboden 6 verlaufenden Schenkel 411 der Verlängerungskonsole 4 gebildet wird. Die Verlängerungskonsole 4 ist an einem oberen Wandstreifen 11 der Karosseriemulde 1, befestigt, der hier durch das Verstärkungsteil 5 gebildet wird, wobei der Wandstreifen leicht zurückgesetzt ist, da er sich auf einer Höhe des treppenförmigen Absatzes der Reserveradmulde 1 befindet.
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Zur Befestigung der Batterie 2 an ihrem hinteren Ende am Spannband 42 kommen insbesondere Schweissmuttern und/oder Einpressmuttern zum Einsatz, die an der Batterie bzw. einem Batteriegehäuse festgelegt sind. Parallel zur Fahrrichtung F sind im Bereich der Reserveradmulde 1 Energieabsorptionsstreben 7 angeordnet, die bei einem Heckcrash die Energie dissipieren sollen, wodurch eine Beschädigung der Batterie 2 verhindert werden kann. Die Verlängerungskonsole 4 kann vorteilhaft aus einem Metall bestehen, etwa einer Aluminium- oder Zinklegierung.
