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Die Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung für eine Batterieeinrichtung, insbesondere eine Hochvolt-/Traktionsbatterieeinrichtung, und zur Montage an ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Nutzfahrzeug, z. B. einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus.
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Tragvorrichtungen für Batterieeinrichtungen zur Montage an ein Kraftfahrzeug sind im Stand der Technik in den unterschiedlichsten Ausführungsformen bekannt. Zum allgemeinen Stand der Technik wird z. B. auf die
DE 10 2004 062 991 A1 ,
US 929 118 A ,
DE 102011 109 024 A1 , die
DE 100 54 323 A1 und die
CN 201 721 306 U verwiesen. Während hohen Beschleunigungen, z. B. beim Beschleunigen oder Abbremsen der Kraftfahrzeuge, Kurvenfahrten, Fahrten über hügeliges Terrain, etc., entstehen Kräfte, die die Batterieeinrichtungen üblicherweise stark beanspruchen, was mitunter zur Funktionsbeeinträchtigung und einer Verminderung der Lebenszeit der Batterieeinrichtungen führen kann. Insbesondere beim Einsatz von Traktions-/ Hochvoltbatterien müssen im Vergleich zu konventionellen Batterien weitergehende Anforderungen berücksichtigt werden, z. B. das höhere Gewicht, Crash-Sicherheit, Stoßempfindlichkeit, erhöhte Sensibilität, etc.
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine Tragvorrichtung für eine Batterieeinrichtung, insbesondere eine Traktions- und/oder Hochvoltbatterieeinrichtung zu schaffen, mittels der die Lebens- und/oder Funktionsdauer der Batterieeinrichtung erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe kann mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung können den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung entnommen werden.
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Die Erfindung schafft eine Tragvorrichtung für eine Batterieeinrichtung, vorzugsweise eine Traktions- und/oder Hochvoltbatterieeinrichtung, gemäß Anspruch 1. Die Batterieeinrichtung kann eine oder mehrere z. B. übereinander oder nebeneinander angeordnete elektrische Energiespeicher aufweisen.
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Die Tragvorrichtung ist insbesondere zur Montage an ein Kraftfahrzeug ausgeführt, vorzugsweise an eine Rahmenstruktur (z. B. Fahrgestell, Leiterrahmen, etc.) des Kraftfahrzeugs, insbesondere einen Längsträger hiervon.
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Die Tragvorrichtung umfasst eine Tragstruktur zum Tragen der Batterieeinrichtung und zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie zumindest eine elastisch wirkende Lagereinrichtung aufweist und die Lagereinrichtung ausgeführt ist, um die Batterieeinrichtung schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduziert zu lagern, vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen. Zu diesem Zweck umfasst die Lagerungseinrichtung vorzugsweise zumindest einen elastischen Dämpfer. Die Lagereinrichtung ist insbesondere ausgeführt, um die Batterieeinrichtung gegenüber der Tragstruktur und/oder der weiter unten erörterten Crashstruktur schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduziert zu lagern. Das Merkmal der schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduzierten Lagerung umfasst im Rahmen der Erfindung vorzugsweise auch eine schwingungs- und/oder beschleunigungskraftentkoppelte Lagerung.
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Die Erfindung schafft somit eine elastische schwingungstechnisch reduzierte-/ entkoppelte Lagerung für eine Batterieeinrichtung und/oder eine elastische beschleunigungskraftreduzierte-/ entkoppelte Lagerung für die Batterieeinrichtung, so dass Kräfte, Stöße, Schwingungen, etc., z. B. resultierend aus negativen oder positiven Beschleunigungsvorgängen des Kraftfahrzeugs, Kurvenfahrten des Kraftfahrzeugs und/oder Fahrten des Kraftfahrzeugs über hügeliges Terrain, nicht oder nur reduziert bzw. gedämpft zur Batterieeinrichtung gelangen bzw. auf diese wirken können.
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Dadurch, dass die Tragvorrichtung eine elastisch wirkende Lagereinrichtung aufweist, um die Batterieeinrichtung schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduziert zu lagern, werden Kräfte auf die Innenausstattung der Batterieeinrichtung, wie z. B. Zellmodule, Verschraubungen, Kabel, etc., vermindert, und zugleich die Kräfte auf das Gehäuse der Batterieeinrichtung reduziert.
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Außerdem ermöglicht die zumindest eine Lagereinrichtung, dass mit gezielten Steifigkeiten der Lagereinrichtung(en) der Frequenzbereich der Batterieeinrichtung in unkritische Fahrwerksresonanzen, z. B. oberhalb oder unterhalb davon, gelegt werden kann.
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Mit einer sogenannten „weichen Abstimmung der Lagereinrichtung“ kann die Eigenfrequenz der Batterieeinrichtung (Hochvoltbatterie) z. B. unter die Fahrwerkseigenfrequenz gelegt werden.
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Mit einer sogenannten „steifen Abstimmung der Lagereinrichtung“ kann die Eigenfrequenz der Batterieeinrichtung (Hochvoltbatterie) z. B. oberhalb der bzw. über die Fahrwerkseigenfrequenz gelegt werden.
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Mit dieser Möglichkeit der variablen Anpassung der Steifigkeit(en) der Lagereinrichtung(en) kann zweckmäßig eine positive Fahrwerkseigenschaften bzw. Gesamtfahrwerkseigenfrequenz (z. B. kein Schütteln) erreicht werden und insbesondere die Lebensdauer erhöht werden.
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Es ist möglich, dass die Lagereinrichtung ausgeführt ist, um die Batterieeinrichtung schwimmend und somit zweckmäßig im Wesentlichen in der Horizontalen und/oder im Wesentlichen in der Vertikalen zu lagern.
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Es ist möglich, dass die Tragvorrichtung mehrere Lagereinrichtungen umfasst und die Lagereinrichtungen in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene angeordnet sind.
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Die Lagereinrichtung umfasst vorzugsweise ein Metallkissen aus einem Drahtgestrick mit elastischen Eigenschaften und/oder umfasst vorzugsweise keine Spiralfeder.
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Die Tragvorrichtung weist eine Crashstruktur (Deformations-/ Absorptionsstruktur) für die Batterieeinrichtung auf, wobei die Crashstruktur vorzugsweise den Platz (z. B. Raum, Aufnahmeraum, etc.) für die Batterieeinrichtung begrenzt. Die Crashstruktur begrenzt die Batterieeinrichtung an vorzugsweise drei Seiten, so dass die Crashstruktur die Batterieeinrichtung sowohl bei einem Seitenaufprall, einem schrägen Aufprall und einem Aufprall von vorne als auch von hinten schützen kann. Zu erwähnen ist, dass die Crashstruktur zweckmäßig Teil der Tragstruktur sein kann oder umgekehrt.
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Die Tragstruktur und die Crashstruktur können im Rahmen der Erfindung ineinander übergehen, so dass z. B. die gesamte Tragstruktur als Crashstruktur ausgeführt sein kann oder umgekehrt oder die Crashstruktur weggelassen werden kann, so dass z. B. auch die Tragstruktur zweckmäßig seitlich außen die Montageeinrichtung aufweisen kann, die Tragstruktur käfigförmig ausgeführt sein kann, etc.
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Der Platz für die Batterieeinrichtung ist zweckmäßig zwischen der Tragstruktur und der Crashstruktur ausgebildet ist, wobei die Tragstruktur vorzugsweise zugleich zur Montage an das Kraftfahrzeug dient.
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Die Crashstruktur und/oder die Tragstruktur weist seitlich außen neben dem Platz für die Batterieeinrichtung eine Montageeinrichtung zur Montage zumindest eines Anbauteils auf. Das Anbauteil ist ein Reduktionsmitteltank zur Aufnahme eines Reduktionsmittels (z. B. ein Harnstoff-Tank zur Aufnahme einer Harnstoff-Wasser-Lösung) und/oder ein Luft-Tank zur Aufnahme von Luft, vorzugsweise Druckluft.
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Das Anbauteil, das zweckmäßig ein im Vergleich zur Batterieeinrichtung günstigeres Bauteil darstellt, kann somit ebenfalls als Crash-/Deformations-Struktur zum Schutz der Batterieeinrichtung dienen.
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Die Crashstruktur und/oder die Tragstruktur bilden zweckmäßig einen z. B. gitterrahmenförmig ausgeführten Schutzkäfig, vorzugsweise mit mehreren vertikal und horizontal verlaufenden Tragelementen und vorzugsweise zumindest einem diagonal verlaufenden Tragelement.
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Es ist möglich, dass die Tragstruktur und die Crashstruktur als konstruktive Einheit ausgeführt sind, vorzugsweise zusammen den Schutzkäfig für die Batterieeinrichtung bilden.
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Der Schutzkäfig bzw. die Einheit ist vorzugsweise in seiner Gesamtheit an das Kraftfahrzeug montierbar und/oder davon demontierbar.
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Es ist möglich, dass die Lagereinrichtung an oder in der Tragstruktur und/oder Crashstruktur ausgebildet ist.
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Es ist möglich, dass die Tragvorrichtung so ausgeführt ist, dass sie die Batterieeinrichtung in stehender Montage aufnehmen kann, oder so ausgeführt ist, dass sie die Batterieeinrichtung in liegender Anordnung aufnehmen kann.
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Wie schon zuvor erwähnt, ist die Steifigkeit der Lagereinrichtungen(en) vorzugsweise so gewählt, dass der Frequenzbereich der Batterieeinrichtung in unkritischen Fahrwerksresonanzen liegt.
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Es ist möglich, dass die Tragvorrichtung, insbesondere die Trag- und/oder Crashstruktur, zumindest eine gezielt ausgebildete Schwachstelle und/oder eine Führungsstruktur aufweist, um die Batterieeinrichtung im Crashfall, zumindest in bestimmten Grenzen oder in gewissem Maße vordefiniert, entweichen (z. B. ab- oder wegtauchen) zu lassen, z. B. unter die Rahmenstruktur abtauchen zu lassen.
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Die Tragvorrichtung ist vorzugsweise seitlich außen an einer Rahmenstruktur (z. B. Fahrgestell, Leiterrahmen, einem Längsträger, etc.) des Kraftfahrzeugs zu montieren.
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Die Erfindung ist nicht auf eine Tragvorrichtung beschränkt, sondern umfasst auch ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise ein Nutzfahrzeug, z. B. einen Lastkraftwagen oder einen Omnibus, mit einer Tragvorrichtung, wie hierin offenbart. Das Kraftfahrzeug kann z. B. ein HybridFahrzeug, Plug-In-Fahrzeug, Elektro-Fahrzeug, etc. sein.
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Es ist möglich, dass die Batterieeinrichtung zumindest abschnittsweise tiefer angeordnet ist als die Rahmenstruktur, um im Crash-Fall unter und/oder hinter die Rahmenstruktur wegtauschen zu können. Die Batterieeinrichtung ist vorzugsweise tiefer angeordnet als der Längsträger der Rahmenstruktur, an dem die Tragvorrichtung montiert ist, um im Crash-Fall unter den Längsträger abtauchen zu können.
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Die Batterieeinrichtung ist im Normalzustand vorzugsweise zumindest teilweise unter einer Rahmenstruktur des Kraftfahrzeugs, insbesondere einem Längsträger hiervon, angeordnet, um zweckmäßig ein Entweichen im Crashfall unter und/oder hinter die Rahmenstruktur, insbesondere den Längsträger, zu begünstigen.
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Die Tragvorrichtung kann an einer Dachkonstruktion des Kraftfahrzeugs montiert sein oder in eine Gerippestruktur des Kraftfahrzeugs integriert sein, insbesondere eine Busgerippe- oder Bustragstruktur.
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Die zuvor beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen und Merkmale der Erfindung sind miteinander kombinierbar. Andere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart oder ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Figuren.
- 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung,
- 2 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung der 1,
- 3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung,
- 4 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung der 3,
- 5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung mit montiertem Anbauteil,
- 6 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung der 5,
- 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, montiert an einer Dachkonstruktion eines Kraftfahrzeugs und
- 8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, integriert in eine Gerippe-/Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs.
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Die unter Bezugnahme auf die Figuren beschriebenen Ausführungsformen stimmen teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind, und zu den Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen oder Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung A für eine elektrische Batterieeinrichtung 1, die aus einer oder mehreren Energiespeichern oder Batterien bestehen kann. Die Batterieeinrichtung 1 ist eine sogenannte Traktions- und/oder Hochvoltbatterieeinrichtung.
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Die Tragvorrichtung A ist an eine Rahmenstruktur (Rahmentragstruktur), insbesondere einen Längsträger L, eines Nutzfahrzeugs, z. B. eines Omnibusses oder eines Lastkraftwagens, montiert. Die Rahmenstruktur ist im Kontext der Erfindung vorzugsweise eine sogenannte leiterrahmenförmige Rahmenstruktur mit Längs- und Querträgern.
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Die Tragvorrichtung A umfasst eine Tragstruktur 2 zum Tragen der Batterieeinrichtung 1 und zur Montage an den Längsträger L.
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Die Tragvorrichtung A weist vier elastisch wirkende Lagereinrichtungen 4 auf, wovon zwei in 1 mit Bezugszeichen versehen sind. Die Lagereinrichtungen 4 sind ausgeführt, um die Batterieeinrichtung 1 schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduziert zu lagern, vorzugsweise in allen drei Raumrichtungen x, y, z. Die Batterieeinrichtung 1 ist somit zweckmäßig gegen die Tragstruktur 2 und die weiter unten beschriebene Crashstruktur 3 entkoppelt. Daraus folgt, dass wenn das Nutzfahrzeug bremst oder beschleunigt und somit negativen oder positiven Beschleunigungen unterworfen wird, während einer Kurven-Fahrt des Nutzfahrzeugs, bzw. wenn das Nutzfahrzeug über hügeliges Terrain fährt, die daraus resultierenden Schwingungen, Kräfte bzw. Stöße nicht oder nur reduziert und somit in gedämpfter Form auf die Batterieeinrichtung 1 übertragen werden. Dadurch kann die Funktions- und Lebensdauer der relativ teuren, sensiblen Batterieeinrichtung 1 erhöht werden.
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Die Lagereinrichtungen 4 sind in einer im Wesentlichen horizontalen Ebene angeordnet und so ausgeführt, dass sie die Batterieeinrichtung 1 schwimmend und somit im Wesentlichen in der Horizontalen x, y und im Wesentlichen in der Vertikalen z schwingungs- und/oder beschleunigungskraftreduziert lagern.
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Die Lagereinrichtungen 4 sind vorzugsweise nicht als Spiralfedern ausgeführt, sondern als Metallkissen aus einem Drahtgestrick mit elastischen Eigenschaften. Derartige Metallkissen können gemäß Stand der Technik ausgeführt sein.
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Die Tragvorrichtung A umfasst ferner eine Crashstruktur 3 für die Batterieeinrichtung 1, die die Batterieeinrichtung 1 relativ zum Nutzfahrzeug seitlich außen, nach vorne und nach hinten begrenzt.
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Die Crashstruktur 3 dient zur Absorption von Aufprallenergie bei unfallbedingter Kraftbeaufschlagung und kann z. B. aus einem hochfesten Werkstoff, z. B. Stahl oder einem Faserverbundwerkstoff ausgeführt sein.
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Die Crashstruktur 3 weist seitlich außen neben dem Platz/Aufnahmeraum für die Batterieeinrichtung 1 eine Montageeinrichtung 5 zur Montage eines Anbauteils 6 auf, das z. B. ein Harnstoff-Tank zur Aufnahme von Harnstoff bzw. einer Harnstoff-Wasser-Lösung, ein Luft-Tank zur Aufnahme von Luft, etc. sein kann. Da letztgenannte Anbauteile in der Regel günstiger sind als die Batterieeinrichtung 1, dienen diese als zusätzlicher Crash-Schutz bzw. Deformationsteile im Crash-Fall.
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Die Tragstruktur 2 und die Crashstruktur 3 sind als Einheit konstruiert und bilden zusammen einen Schutzkäfig für die Batterieeinrichtung 1, der vorzugsweise in seiner Gesamtheit an den Längsträger L montiert und davon demontiert werden kann.
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Zu erwähnen ist, dass die Tragstruktur und die Crashstruktur ineinander übergehen können, z. B. ein und dasselbe Teil oder voneinander separierte Teile darstellen können. So kann z. B. die gesamte Tragstruktur als Crashstruktur ausgeführt sein oder umgekehrt. Die Crashstruktur kann auch weggelassen werden, so dass z. B. auch die Tragstruktur seitlich außen die Montageeinrichtung 5 aufweisen kann, die Tragstruktur 2 als Schutzkäfig ausgeführt sein kann, etc.
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Der Schutzkäfig umfasst mehrere vertikal und horizontal verlaufende Tragelemente und kann zur weiteren Aussteifung vorne, hinten und/oder seitlich außen und/oder seitlich innen mit einem oder mehreren diagonalen Tragelementen versehen sein.
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Die Lagereinrichtungen 4 sind an oder in dem Schutzkäfig angeordnet.
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Die Tragvorrichtung A ist zur stehenden Anordnung der Batterieeinrichtung 1 ausgeführt. Vorteilhaft daran ist, dass der Schwerpunkt der Batterieeinrichtung 1 nahe der Rahmenstruktur, insbesondere des Längsträgers L, des Kraftfahrzeugs positioniert ist und somit Beschleunigungen gering sind.
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2 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung A der 1.
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3 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung A gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung. Eine Besonderheit der in 3 gezeigten Tragvorrichtung A ist, dass sie zur liegenden Anordnung der Batterieeinrichtung 1 ausgeführt ist, diagonal verlaufende Tragelemente zur Aussteifung der Tragstruktur 2 und/oder der Crashstruktur 3 aufweist, und keine Montageeinrichtung 5 umfasst.
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Die Batterieeinrichtung 1 ist insgesamt oder zumindest Großteils tiefer angeordnet als der benachbarte Längsträger L, wodurch begünstigt, ermöglicht oder vereinfacht wird, dass die Batterieeinrichtung 1 im Crash-Fall unter den benachbarten Längsträger L wegtauchen kann. Zu diesem Zweck kann die Tragvorrichtung A zumindest eine gezielt ausgebildete Schwachstelle und/oder zumindest eine Führungsstruktur aufweisen, so dass die Batterieeinrichtung 1 im Crash-Fall demgemäß zumindest in gewissem Maße vordefiniert entweichen kann, vorzugsweise unter den Längsträger L bzw. allgemein unter und/oder hinter die Rahmenstruktur. Es ist möglich, dass wie in 3 gezeigt, die Batterieeinrichtung 1 schon im Normalzustand zumindest geringfügig unter dem Längsträger L angeordnet ist, was das zuvor beschriebene Entweichen erleichtert oder begünstigt.
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4 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung A der 3.
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5 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung A, die im Wesentlichen gemäß der 1 und 2 ausgeführt ist. Zu sehen ist insbesondere ein Reduktionsmittel-Tank 6 seitlich außen neben der Batterieeinrichtung 1, so dass die Batterieeinrichtung 1 durch den Reduktionsmittel-Tank 6 vor einem Seitenaufprall geschützt wird. Der Reduktionsmittel-Tank 6 dient somit als Deformationsstruktur zum Schutz der Batterieeinrichtung 1.
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6 zeigt eine andere perspektivische Ansicht der Tragvorrichtung A der 5, wobei ferner zu sehen ist, dass die Tragvorrichtung A zwischen einem hinteren Radkasten und einem ebenfalls seitlich außen an einem Längsträger L montierten Kraftstofftank montiert sein kann.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine Besonderheit ist, dass die Tragvorrichtung A an einer Dachkonstruktion, insbesondere oben auf einer Dachkonstruktion eines Nutzfahrzeugs montiert ist.
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8 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Tragvorrichtung A gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Eine Besonderheit ist, dass die Tragvorrichtung A in die Gerippestruktur eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Omnibusses integriert ist, so dass die Gerippestruktur des Kraftfahrzeugs als Crashstruktur für die Batterieeinrichtung 1 wirkt.
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Zu erwähnen ist noch, dass mit gezielten Steifigkeiten der Lagereinrichtungen 4 der Frequenzbereich der Batterieeinrichtung 1 unterhalb, oberhalb bzw. in unkritische Fahrwerksresonanzen gelegt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterieeinrichtung
- 2
- Tragstruktur
- 3
- Crashstruktur
- 4
- Lagereinrichtungen
- 5
- Montageeinrichtung für Anbauteil
- 6
- Anbauteil
- A
- Tragvorrichtung
- L
- Rahmentragstruktur/Längsträger
- x, y, z
- Raumrichtungen
