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TECHNISCHES GEBIET
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Diese Offenbarung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Positionieren einer Traktionsbatterie an einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug.
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HINTERGRUND
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Hybrid- und Elektrofahrzeuge umfassen Hochspannungs-Batteriepacks, welche einem Traktionsmotor und anderen Fahrzeugkomponenten Strom bereitstellen. Die große Größe und das Gewicht der Batteriepacks stellen einige Herausforderungen in Bezug auf das Packaging des Batteriepacks im Fahrzeug dar. Bei verschiedenen Fahrzeugkonstruktionen wurden Batteriepacks im hinteren Teil des Fahrzeugs im Allgemeinen hinter der Passagierkabine angeordnet, um die Konstruktionsziele in Bezug auf Komfort, Handhabung usw. zu erfüllen.
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KURZFASSUNG
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Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung umfassen ein Fahrzeug mit einem Körper und einer Traktionsbatterie. Die Traktionsbatterie ist lösbar am Fahrzeugkörper unter Verwendung eines Befestigungselements gesichert, welches einen Führungsabschnitt aufweist, der integral mit einem Scherabschnitt und einem Traktionsbatteriemontageelement verbunden ist. Das Traktionsbatteriemontageelement wirkt mit dem Befestigungselement zusammen, wobei sich der Scherabschnitt als Reaktion auf eine Kraft, welche einen Schwellenwert überschreitet, vom Führungsabschnitt trennt und sich der Führungsabschnitt innerhalb des Montageelements bewegt, um eine Position der Traktionsbatterie zu ändern. Die Position der Traktionsbatterie wird geändert, um eine Fahrzeugkomponente, wie beispielsweise gegebenenfalls eine Seitenwand, einen Schweller, eine Antriebswelle, eine Kardanwelle oder einen Auspuff, zu vermeiden. Die Traktionsbatterie kann zwischen einer Seitenwand und der Antriebswelle angeordnet sein. Wenn das Fahrzeug eine Kraft empfängt, welche einen Schwellenwert überschreitet, kann sich die Traktionsbatterie in Richtung der Antriebswelle bewegen, um eine Druckbelastung der Traktionsbatterie zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Traktionsbatterie kann ein Gehäuse umfassen, welches eine Vertiefung definiert, die einen Abschnitt der Fahrzeugantriebswelle zwecks verbessertem Packaging aufnimmt.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung umfassen, dass das Montageelement einen Schlitz definiert, welcher den Führungsabschnitt des Befestigungselements aufnimmt und die Bewegung der Batterie als Reaktion auf die Kraft, die den Schwellenwert überschreitet, führt. Der Schlitz kann verschiedene Formen aufweisen, welche einen lateralen Schlitz oder einen lateralen Schlitz mit einem abgewinkelten Abschnitt oder einen lateralen Schlitz mit einem Paar von abgewinkelten Abschnitten auf beiden Seiten umfassen. Ein oder mehrere zusätzliche Montageelemente können bereitgestellt werden. Das/die zusätzliche(n) Montageelement(e) kann/können ein Schlitz mit einer der drei vorstehend beschriebenen Formen definieren.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Fahrzeug, welches eine Traktionsbatterie mit einem assoziierten Montagesystem aufweist. Das Montagesystem umfasst eine Führung, welche ausgelegt ist, um die Bewegung der Traktionsbatterie zwischen ersten und zweiten Positionen zu führen. Das Montagesystem umfasst ebenfalls eine Sicherungsvorrichtung, welche die Traktionsbatterie mit einer Fahrzeugstrukturkomponente verbindet, bis eine externe Kraft, die auf die Traktionsbatterie wirkt, einen ersten Schwellenwert überschreitet und als Reaktion darauf ermöglicht, dass sich die Traktionsbatterie in Richtung der zweiten Position bewegt. Die Sicherungsvorrichtung kann eine Feder umfassen. Alternativ kann das Montagesystem einen Stift mit einem Kopf umfassen, welcher mit einem integral geformten Führungsabschnitt durch einen verengten Scherabschnitt verbunden ist. Der verengte Scherabschnitt weist eine Scherfestigkeit auf, welche dem ersten Schwellenwert entspricht. Die Führung umfasst einen Schlitz mit einem parallelen Abschnitt, welcher mit der ersten Position assoziiert ist, und einem oder mehreren abgewinkelten Abschnitten, welche mit der zweiten Position assoziiert sind, so dass die zweite Position niedriger als die erste Position ist.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen ein Verfahren zur Montage einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug, welches das Sichern der Traktionsbatterie an einem Fahrzeugstrukturelement umfasst, so dass die Traktionsbatterie als Reaktion auf eine auf die Traktionsbatterie angewendete externe Last, die einen Schwellenwert überschreitet, vom Fahrzeugstrukturelement gelöst wird. Das Verfahren kann das Führen der Bewegung der Traktionsbatterie zwischen einer ersten Position, welche am Strukturelement gesichert ist, in Richtung einer zweiten Position als Reaktion darauf, dass die externe Last den Schwellenwert überschreitet, umfassen. Die zweite Position kann weiter als die erste Position von einer Passagierkabine des Fahrzeugs entfernt sein. Der Schwellenwert kann einem Fahrzeugaufprall entsprechen, welcher eine assoziierte Fahrzeuggeschwindigkeit beim Aufprall überschreitet. Das Verfahren kann ferner das Sichern der Traktionsbatterie mit einem Führungsstift umfassen, welcher mit der Traktionsbatterie verbunden ist und einen verengten Abschnitt aufweist, der als Reaktion darauf, dass die externe Last den Schwellenwert überschreitet, schert.
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Weitere Aspekte der vorliegenden Offenbarung betreffen ein Fahrzeug mit einer Antriebswelle, einer Traktionsbatterie und einer Drop-Down-Montagebaugruppe, welche die Traktionsbatterie zwischen einer Unterseite des Fahrzeugs und der Antriebswelle am Fahrzeug befestigt. Die Drop-Down-Montagebaugruppe umfasst ein Montageelement und ein Befestigungselement, welches ausgelegt ist, um die Traktionsbatterie am Montageelement zu befestigen. Das Befestigungselement umfasst einen Führungsabschnitt und einen Scherabschnitt. Der Scherabschnitt trennt sich vom Führungsabschnitt als Reaktion auf eine Kraft, welche einen Schwellenwert überschreitet. Das Montageelement definiert einen Schlitz. Der Führungsabschnitt des Befestigungselements gleitet entlang des Schlitzes, um die Position der Traktionsbatterie relativ zur Antriebswelle zu ändern, wenn die Traktionsbatterie die Kraft empfängt, welche den Schwellenwert überschreitet.
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Das Fahrzeug kann einen ersten Schweller und einen zweiten Schweller gegenüber dem ersten Schweller aufweisen. Eine erste Traktionsbatterie kann zwischen dem ersten Schweller und der Antriebswelle angeordnet sein, und eine zweite Traktionsbatterie kann zwischen der Antriebswelle und dem zweiten Schweller angeordnet sein. Die erste Traktionsbatterie oder die zweite Traktionsbatterie bewegen sich in Richtung der Antriebswelle als Reaktion auf die Kraft, welche den Schwellenwert überschreitet. Die ersten oder zweiten Traktionsbatterien können sich ebenfalls von ihren jeweiligen angrenzenden Schwellern als Reaktion auf die Kraft bewegen, welche den Schwellenwert überschreitet.
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Verschiedene Ausführungsformen eines Fahrzeugs mit einem Traktionsbatteriemontagesystem gemäß der vorliegenden Offenbarung können assoziierte Vorteile aufweisen. Beispielsweise kann ein Traktionsbatteriemontagesystem, welches eine Bewegung als Reaktion auf eine Kraft ermöglicht, die einen Schwellenwert überschreitet, Druckbelastung und jegliche damit assoziierte Beschädigung der Batterie infolge eines Fahrzeugaufpralls reduzieren oder eliminieren. Dies ermöglicht das Anordnen der Traktionsbatterie unter der Fahrzeugkabine, was den Schwerpunkt des Fahrzeugs niedriger legen kann. Das Anordnen der Batterie unter der Passagierkabine kann die Steifigkeit der Batterie verwenden, um die Körperstruktursteifigkeit zu ergänzen und das Fahrgefühl und Handling des Fahrzeugs zu verbessern.
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Die oben genannten Vorteile und weiteren Vorteile und Merkmale der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen ohne Weiteres ersichtlich.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine schematische Ansicht eines Fahrzeugs, welches eine repräsentative Ausführungsform eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Positionieren einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug veranschaulicht;
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2 ist eine Explosionsansicht einer repräsentativen Ausführungsform einer Drop-Down-Baugruppe zur Montage eines Paares von Traktionsbatterien an einer Unterseite eines Fahrzeugs, welches einen Unterbodentunnel zwischen den Traktionsbatterien aufweist;
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3 ist eine Vorderansicht eines Montagebefestigungselements gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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4A ist eine Vorderansicht einer Montageelementausführungsform, welche einen länglichen Schlitz definiert;
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4B ist eine Vorderansicht einer Montageelementausführungsform, welche einen abgewinkelten Führungsschlitz definiert;
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4C ist eine Vorderansicht einer Montageelementausführungsform, welche einen länglichen Schlitz mit abgewinkelten Schlitzabschnitten an beiden Enden des länglichen Abschnitts definiert;
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5 ist eine schematische Ansicht der Drop-Down-Baugruppe aus 2, welche die Bewegung eine der Batterien als Reaktion auf eine Kraft zeigt, die einen Schwellenwert überschreitet, gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Verfahrens und einer Vorrichtung zum Anordnen einer Batterie in einem Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung; und
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7 ist eine schematische Ansicht eines weiteren Verfahrens und einer Vorrichtung zum Anordnen einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug gemäß verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden hierin beschrieben. Es ist jedoch zu verstehen, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen unterschiedliche und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten übertrieben oder minimiert sein, um Details von bestimmten Komponenten zu zeigen. Deshalb sind hierin offenbarte spezifische strukturelle und funktionelle Details nicht als beschränkend auszulegen, sondern lediglich als eine repräsentative Basis, um Fachleuten auf dem Gebiet zu lehren, wie sie die Lehren der Offenbarung unterschiedlich einsetzen können. Wie Durchschnittsfachleute verstehen werden, können verschiedene, unter Bezugnahme auf eine beliebige der Figuren dargestellte und beschriebene Merkmale mit in einer oder mehreren anderen Figuren dargestellten Merkmalen kombiniert werden, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht explizit dargestellt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von dargestellten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung übereinstimmen, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Implementierungen gewünscht sein. Die vorliegende Erfindung verwendet verschiedene räumliche Bezüge, wie beispielsweise „Oberseite“, „Unterseite“, „horizontal“ und „Seiten“. Die vorliegende Offenbarung stellt ebenfalls spezielle Formen von bestimmten Strukturen bereit, wie beispielsweise vom Befestigungselementschlitz. Einige Beschreibungen geben ebenfalls die Anzahl der Komponenten an, welche verwendet werden können, wie beispielsweise die Anzahl der Montageelemente. Diese räumlichen Bezüge, Bezüge auf Formen und Bezüge auf die Anzahl von Komponenten, welche verwendet werden können, dienen lediglich zur Bereitstellung eindeutiger Beschreibungen. Sie sollten nicht in irgendeiner Weise einschränkend ausgelegt werden.
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Die vorliegende Offenbarung betrifft verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Anordnen einer Batterie, wie beispielsweise einer Traktionsbatterie, in einem Fahrzeug, wie beispielsweise einem Elektro- oder einem Hybridfahrzeug. 1 zeigt ein Verfahren zum Anordnen einer Batterie in einem Fahrzeug, wobei die Batterie 20 an einem Körper 23 des Fahrzeugs 22 befestigt und unter einer Kabine 12 des Fahrzeugs 22 angeordnet ist. Die Batterie 20 kann an der Unterseite 21 des Körpers 23 montiert sein, welcher von Strukturkomponenten umgeben sein kann, die durch gegenüberliegende Seitenwände 25 und 27 in dieser Ausführungsform repräsentiert sind. Gegenüberliegende Seitenwände 25 und 27 können angrenzend an ihre jeweiligen Schweller 17 und 19 bereitgestellt sein oder sie können die Schweller selbst sein. Die Batterie 20 kann an der Unterseite 21 über eine Drop-Down-Baugruppe oder ein Montagesystem, welche(s) eine Mehrzahl von Befestigungselementen 24 und Montageelementen 26 umfasst, befestigt werden. Die verschiedenen Verfahren und Vorrichtungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung stellen Alternativen zum Ansatz des Anordnens der Batterie im Kofferraum mit entsprechenden Vorteilen bereit, wie vorstehend beschrieben.
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2 zeigt eine Ausführungsform eines Montagesystems für ein Paar von Traktionsbatterien 20a und 20b, welche durch einen Unterbodentunnel getrennt sind, der verwendet werden kann, um beispielsweise eine Antriebswelle oder Kardanwelle des Fahrzeugs aufzunehmen. Die Traktionsbatterien 20 können in jeweiligen Gehäusen 45 ummantelt sein. Montageelemente 26a–b wirken mit Führungsbefestigungselementen 24 zusammen, um Gehäuse 45 an Strukturelementen des Fahrzeugs lösbar zu sichern, wie unten detaillierter beschrieben. In einer Ausführungsform sind die Oberseiten 15a–b der Montageelemente 26a–b am Körper 23 des Fahrzeugs befestigbar, wie beispielsweise durch Schweißen an der Unterseite 21. Montageelemente 26a–b können einen Flansch oder eine ähnliche Vorrichtung (4A–4C) umfassen, um das Schweißen oder eine andere Befestigung an der Unterseite des Fahrzeugs zu ermöglichen.
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Das Gehäuse 45 definiert Montagelöcher 29, welche ausgelegt sind, um Befestigungselemente 24 durch Montageelemente 26a–b aufzunehmen. Die Batterie 20 kann angeordnet sein, um einen Spalt 28 zwischen der Batterie 20 und einer Fahrzeugseitenwand 27 bereitzustellen. Der Spalt 28 kann eine Knautschzone für den Fall bereitstellen, dass sich die Fahrzeugseitenwand 27 in Richtung der Batterie faltet oder verformt, wenn die Fahrzeugseitenwand 27 eine Kraft empfängt, welche einen Schwellenwert überschreitet, wie beispielsweise einen Seitenaufprall von einem anderen Fahrzeug oder Objekt 13.
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Wie in der repräsentativen Ausführungsform in 2 veranschaulicht, ist die Batterie 20 am Fahrzeug 22 montiert oder lösbar gesichert, so dass sich die Batterie 20 von einem Aufprallpunkt 37 weg bewegen kann, wie beispielsweise einem Aufprall in der durch Pfeil 33 gezeigten Richtung. Die Batterie 20 ist an einem Strukturelement des Fahrzeugs unter Verwendung von Montageelementen 26a–b in einer Weise gesichert, dass die Batterie vom Strukturelement als Reaktion auf eine auf die Batterie angewendete externe Last gelöst wird, welche einen assoziierten Schwellenwert überschreitet, wie beispielsweise einen Scherschwellenwert eines verengten Abschnitts der Befestigungselemente 24. Die externe Last schert dann das Befestigungselement 24 und trennt einen Scherabschnitt 46 von einem Führungsabschnitt 42 des Befestigungselements 24. Die Bewegung oder Position der Batterie wird dann durch die Bewegung des Führungsabschnitts 42 innerhalb assoziierter Schlitze 32, 36 der Montageelemente 26a bzw. 26b geführt, um die Batterie 20 zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position weg vom Aufprall zu bewegen, um eine Druckbelastung des Gehäuses 45 und der Batterie 20 zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Wie in größerem Detail hierin beschrieben, können die Montageelemente verschiedene Konstruktionen aufweisen, um die Batterie zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu bewegen, wobei die ersten und zweiten Positionen von der bestimmten Anwendung und Implementierung abhängen. Beispielsweise kann die Anordnung der verschiedenen Fahrzeugkomponenten, wie beispielsweise einer Antriebswelle, eines Auspuffs oder anderer Komponenten, bei der Auswahl der Batteriebewegungstrajektorie betrachtet werden, um die Druckbelastung des Batteriegehäuses und jegliche resultierende Beschädigung der Batterie zu reduzieren oder zu eliminieren. Ähnlich können andere Vorrichtungen verwendet werden, um die Batterie in der ersten Position lösbar zu sichern und die Batterie für die Bewegung zur zweiten Position als Reaktion auf eine externe Kraft, welche einen Schwellenwert überschreitet, zu lösen. Beispielsweise könnte die Batterie in der ersten Position durch eine oder mehrere Federn mit einer Federkraft, welche dem gewünschten Aufprallschwellenwert entspricht, gesichert werden. Jedoch kann die Montage mit Federn möglicherweise nicht die gewünschte Steifigkeit in Bezug auf das Fahrgefühl und Handling des Fahrzeugs bereitstellen.
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3 veranschaulicht eine repräsentative Ausführungsform eines Befestigungselements zur Verwendung beim lösbaren Sichern einer Traktionsbatterie an einem Strukturelement eines Fahrzeugs gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Befestigungselement 24 kann einen Körper 42 mit einem Führungsabschnitt 42 und einem Scherabschnitt 46 umfassen. Der Führungsabschnitt 42 kann einen Gewindeabschnitt 44 umfassen, welcher mit entsprechenden Gewindelöchern 29 des Gehäuses 45 der Batterie 20 in Eingriff steht. Der Scherabschnitt 46 umfasst einen verengten oder reduzierten Durchmesser/Stärke-Abschnitt 48 und einen Befestigungselementkopf 50, welcher ausgelegt ist, um das Befestigungselement 24 zu steuern. Wie vorstehend beschrieben, sind der Scherabschnitt 46 und insbesondere der verengte Abschnitt 48 konstruiert, um als Reaktion auf eine laterale oder Scherkraft, welche einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, zu scheren und vom Führungsabschnitt 42 zu trennen. Der Schwellenwert kann ausgewählt werden, um die Batterie als Reaktion auf einen Aufprall zu lösen, unter Berücksichtigung der kombinierten Scherfestigkeit aller Befestigungselemente 24, welche verwendet werden, um die Batterie 20 in einer ersten Position zu sichern.
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Obgleich die beschriebenen repräsentativen Ausführungsformen eine laterale Bewegung der Batterie als Reaktion auf einen Seitenaufprall oder eine andere laterale Kraft bereitstellen, können verschiedene Anwendungen ähnliche Merkmale umfassen, um beispielsweise eine Längsbewegung der Batterie als Reaktion auf einen vorderen oder hinteren Aufprall bereitzustellen. Die gewünschten ersten und zweiten Positionen sowie die Bewegungstrajektorie der Batterie zwischen den ersten und zweiten Positionen können abhängig von der jeweiligen Anwendung und Implementierung variieren.
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4A–4C veranschaulichen repräsentative Ausführungsformen der Montageelemente, welche verwendet werden können, um die Bewegung einer Traktionsbatterie, die lösbar an einer Strukturkomponente des Fahrzeugs gesichert ist, als Reaktion auf eine Kraft, die einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet, gemäß der vorliegenden Offenbarung zu führen. Die Ausführungsformen veranschaulichen verschiedene Führungsschlitze, um die Batteriebewegung zwischen einer ersten (gesicherten) und einer zweiten (gelösten) Position zu führen. Die Montageelementausführung 26a in 4A umfasst eine Montageplatte 52, welche einen länglichen Schlitz 32 mit abgerundeten Enden 54 definiert. Der längliche Schlitz 32, welcher als ein lateraler Schlitz 32 bezeichnet werden kann, ermöglicht eine laterale Bewegung des Führungsabschnitts des Befestigungselements innerhalb des Schlitzes nach dem Trennen vom Scherabschnitt als Reaktion auf eine Belastung, welche den Scherschwellenwert des Befestigungselements überschreitet. In einer Ausführungsform kann der längliche Schlitz 32 im Allgemeinen horizontal und parallel zum Boden oder zu der Unterseite des Fahrzeugs ausgerichtet sein. Die Montageplatte 52 umfasst einen Flansch entlang einer oberen Kante, um die Befestigung am Fahrzeug zu ermöglichen.
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4B zeigt eine Montageelementausführungsform 26b mit einem alternativen länglichen Schlitz zum Führen einer Bewegung der Batterie zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position. Das Montageelement 26b umfasst eine Montageplatte 56, welche einen Befestigungselementführungsschlitz 49 definiert. Der Befestigungsführungsschlitz 49 umfasst einen im Allgemeinen horizontalen Abschnitt 36 und einen abgewinkelten Abschnitt 38. Der abgewinkelte Abschnitt 38 neigt sich nach unten vom im Allgemeinen horizontalen Abschnitt 36. Der im Allgemeinen horizontale Abschnitt 36 ermöglicht die laterale Bewegung der Batterie, und der abgewinkelte Abschnitt 38 ermöglicht, dass die Batterie nach unten fällt, sich absenkt oder sich von einer Position bewegt, wo sie im länglichen Schlitz 36 hängt (oder angehobene Position), in eine Position, wo sie im untersten Teil 40 des abgewinkelten Abschnitts 38 (oder abgesenkte Position) hängt. Die Montageplatte 56 kann eine rechteckige Form ähnlich zur Montageplatte 52 aufweisen oder kann wie veranschaulicht mit einem schmalen Abschnitt 60 geformt sein, welcher den horizontalen Abschnitt 36 und einen weiten Abschnitt 62 definiert, der den abgewinkelten Abschnitt 38 des länglichen Schlitzes 49 definiert. Das Montageelement 26b umfasst ebenfalls einen Montageflansch entlang einer oberen Kante, um das Schweißen oder eine andere Befestigung an der Fahrzeugunterseite zu ermöglichen.
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4C zeigt eine weitere Ausführungsform eines Montageelements 26c. Das Montageelement 26c umfasst eine Montageplatte 64, welche einen länglichen Schlitz 66 definiert. Der Schlitz 66 umfasst einen lateralen Abschnitt 68 und ein Paar von abgewinkelten Schenkeln 70 und 72, welche mit jedem Ende des lateralen Abschnitts 68 verbunden sind. Das Montageelement 26c umfasst einen Montageflansch entlang der Oberseite zum Schweißen oder anderen Befestigen an der Fahrzeugunterseite. Die in 4B veranschaulichte Ausführungsform kann verwendet werden, um eine laterale Bewegung und Abwärtsbewegung der Batterie als Reaktion auf einen Seitenaufprall aus jeder Richtung bereitzustellen. Wie vorstehend beschrieben, kann die besondere Auslegung des Führungsschlitzes abhängig vom Packaging der umgebenden Fahrzeugkomponenten variieren. Obgleich die repräsentativen Ausführungsformen längliche Schlitze veranschaulichen, welche laterale Bewegung und/oder Abwärtsbewegung ermöglichen, können andere Ausführungsformen Schlitze mit einem nach oben abgewinkelten Abschnitt umfassen. Jedoch ermöglichen nach unten abgewinkelte Abschnitte die Nutzung der Schwerkraft, indem sie der Batterie die Bewegung von einer externen Last weg ermöglichen, um eine Druckbelastung der Batterie zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Die Montageelemente 26a–c bilden zusammen mit ihren jeweiligen Befestigungselementen 24 ein Montagesystem oder eine Drop-Down-Montagebaugruppe, um die Traktionsbatterie am Fahrzeug lösbar zu sichern. Verschiedene Kombinationen von Montageelementausführungsformen 26a, 26b oder 26c können verwendet werden, was in unterschiedlichen Formen von Montagesystemen oder Drop-Down-Montagebaugruppen resultiert. Beispielsweise kann eine Batterie 20 an einem Fahrzeug mit einer Drop-Down-Baugruppe oder einem Montagesystem montiert werden, welche(s) alle Montageelemente in Form der Montageelementausführungsform 26a umfasst. In weiteren Ausführungsformen kann eine Drop-Down-Baugruppe ein Paar von Montageelementen verwenden, wie in der Ausführungsform 26a auf einer Seite veranschaulicht wird, und ein Paar von Montageelementen, wie in der Ausführungsform 26b auf der gegenüberliegenden Seite veranschaulicht wird (wie beispielsweise die in 2 und 5 gezeigte Drop-Down-Baugruppe). In einer anderen Ausführungsform kann ein Montagesystem Montageelemente verwenden, welche alle in der von Ausführungsform 26c repräsentierten Form sind, wie in 6 gezeigt.
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Wie vorstehend beschrieben, wirken die Montageelemente 26a, 26b oder 26c mit den Befestigungselementen 24 oder ähnlichen Vorrichtungen zusammen, um eine Bewegung der Traktionsbatterie entlang einer gewünschten Bahn oder Trajektorie als Reaktion auf eine Kraft, welche einen Schwellenwert überschreitet, zu ermöglichen. Der Befestigungselementkopf 50 sichert die Batterie 20 an einer festen Position relativ zu einem Montageelement 26a, 26b oder 26c vor einem vorbestimmten Aufprall oder einer vorbestimmten Belastung. Nach dem Erhalten des vorbestimmten Aufpralls oder der vorbestimmten Belastung trennt sich der verengte Scherabschnitt 48 vom Befestigungselementkopf 50, wobei die Batterie von der festen Position gelöst wird. Die Batterie bewegt sich zwischen der ersten gesicherten Position und einer zweiten gelösten Position, während sich der Führungsabschnitt jedes Befestigungselements innerhalb einem assoziierten länglichen Schlitz des Montageelements bewegt. In der ersten Position ist die Batterie 20 zunächst an der Unterseite 21 fest befestigt oder fest montiert, so dass sie sich nicht bewegen oder von ihrer jeweiligen Drop-Down-Baugruppe oder ihrem jeweiligen Montagesystem lösen kann. In der zweiten Position kann sich die Batterie 20 abhängig von der Form des Befestigungselementschlitzes lateral bewegen oder kann sich aus einer angehobenen Position in eine abgesenkte Position bewegen.
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Unter erneuter Bezugnahme auf 2, falls eine Kraft, welche einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, an der Aufprallstelle 37 empfangen wird, bricht die Scherkerbe 48 des Montagebefestigungselements 24, wodurch der Befestigungselementkopf 50 gelöst wird. Der vordefinierte Schwellenwert kann beispielsweise basierend auf einem Seitenaufprall von einem Fahrzeug oder einem anderen Objekt ausgewählt werden, welches sich über einer vorgegebenen Geschwindigkeit bewegt. Die glatte Oberfläche des Führungsabschnitts 44 des Montagebefestigungselements 24 gleitet vorzugsweise innerhalb des länglichen Schlitzes 32 der Montageelementausführungsform 26a und des Schlitzes 36 der Montageelementausführungsform 26b, so dass sich die Batterie vom Aufprallpunkt 37 weg bewegen kann, um die Druckbelastung des Batteriegehäuses 45 und der Batterie 20 zu reduzieren oder zu eliminieren. Die Batterie kann nach unten auf die Seite fallen, wo sie an der Montageelementausführungsform 26b montiert ist, während der Führungsabschnitt des Montagebefestigungselements auf dem abgewinkelten Schlitzabschnitt 38 zu seinem tiefsten Punkt 40 gleitet. Während die Batterie 20 nach unten fällt, bewegt sich die Batterie 20 weg von einer Passagierkabine 12 des Fahrzeugs.
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Unter Bezugnahme auf 5 wird das Montagesystem aus 2 an einem Fahrzeug verwendet, welches eine Komponente wie beispielsweise eine Antriebswelle oder einen Auspuff 90 in einem ersten Unterbodentunnel neben einer Seitenwand 27 und eine Komponente wie beispielsweise eine Antriebswelle oder einen Auspuff 76 in einem zweiten Unterbodentunnel aufweist, welcher die beiden Batteriepacks 20a und 20b trennt. Die ersten und zweiten Unterbodentunnel können jeweils andere Komponenten als eine Kardanwelle oder Antriebswelle in Elektrofahrzeugen oder einen Auspuff in Hybridfahrzeugen aufnehmen. Das Montagesystem weist Montageelemente 26a mit lateralen Schlitzen 32 auf, welche an beiden Seiten des Batteriepacks 20a befestigt sind, das am ersten Unterbodentunnel angrenzt, und Montageelemente 26b mit abgewinkelten Schlitzen 38, welche an beiden Seiten des Batteriepacks 20b befestigt sind, das am zweiten Unterbodentunnel angrenzt. Als Reaktion auf einen lateralen oder seitlichen Aufprall, welcher einen vordefinierten Schwellenwert in Richtung 77 überschreitet, gleitet die Batterie 20 lateral und fällt dann nach unten, um den zweiten Unterbodentunnel zu meiden. Das zweite Batteriepack 20b umfasst ebenfalls Montageelemente 26a mit lateralen Schlitzen 32, welche an beiden Seiten des Batteriepacks 20b befestigt sind, die vom zweiten Unterbodentunnel weg gerichtet sind, und Montageelemente 26b mit abgewinkelten Schlitzen 38, welche an beiden Seiten des Batteriepacks 20b befestigt sind, welche am zweiten Unterbodentunnel angrenzen. Als Reaktion auf einen Aufprall, welcher in Richtung 79 einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, gleitet das zweite Batteriepack ebenfalls lateral vom Aufprallpunkt weg und fällt nach unten, um den zweiten Unterbodentunnel und darin aufgenommene Komponenten zu meiden.
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6 zeigt ein weiteres Montagesystem und Verfahren zum Anordnen einer Traktionsbatterie 20 relativ zu einem Unterbodentunnel und verwandten Komponenten darin, wie im Allgemeinen durch Bezugszeichen 76, 78 repräsentiert. Das Montagesystem weist Montageelemente auf, welche alle in Form der Montageelementausführungsform 26c sind. Die Traktionsbatterie 20 ist in einem Gehäuse 45 mit einem unteren Mittelabschnitt enthalten, welcher eine Vertiefung 84 definiert, um wenigstens teilweise eine Komponente 78, wie beispielsweise einen Fahrzeugauspuff, aufzunehmen. Bei einem Aufprall bricht die Scherkerbe des Montagebefestigungselements, wobei der Befestigungselementkopf gelöst wird. Die glatte Oberfläche des Führungsabschnitts des Montagebefestigungselements gleitet entlang dem lateralen Abschnitt 68, so dass sich die Batterie vom Aufprallpunkt weg bewegen kann. Die Batterie fällt von der Unterseite des Fahrzeugs nach unten, während der Führungsabschnitt des Montagebefestigungselements an den jeweiligen abgewinkelten Schenkeln 70 oder 72 nach unten gleitet.
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Unter Bezugnahme auf 7 wird ein weiteres System oder Verfahren zum Anordnen einer Batterie 20 in einem Fahrzeug gezeigt. Die Batterie 20 kann ein einzelnes Pack sein, welches von einem Gehäuse 45 umschlossen ist, das angrenzend an eine Unterbodenkomponente oder einen Unterbodentunnel 91 angeordnet ist. Der Unterbodentunnel 91 kann beispielsweise eine Kardanwelle oder einen Auspuff umfassen. Die Batterie 20 ist mit einem Paar von Montagehalterungen 92 und 94, welche an den entgegengesetzten Enden der Batterie 20 mit Befestigungselementen 24 befestigt sind, am Fahrzeug montiert. Die Montagehalterungen 92 und 94 umfassen in dieser Ausführungsform eine Z-förmige Struktur. Die Z-förmige Struktur umfasst eine obere Oberfläche oder einen Flansch 96, ein Wandelement 98, welches im Wesentlichen senkrecht an der oberen Oberfläche 96 befestigt ist, und eine untere Oberfläche 100, welche am Wandelement 98 befestigt ist. Das Wandelement 98 definiert einen lateralen Befestigungselementschlitz 32. Die Montagehalterungen 92 und 94 können durch Befestigen der oberen Oberfläche 96 an der Unterseite 21 des Fahrzeugs, beispielsweise durch Schweißen, am Fahrzeug befestigt werden. Das Wandelement 98 kann mit Befestigungselementen 24 am Batteriegehäuse 45 durch den lateralen Befestigungselementschlitz 32 und Montagelöcher 29, welche durch das Gehäuse 45 definiert sind, befestigt werden. Die untere Oberfläche 100 stützt die Batterie.
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Als Reaktion auf einen Aufprall, welcher einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, bricht die Scherkerbe 48 des Montagebefestigungselements 24 vorzugsweise, wobei der Befestigungselementkopf 50 gelöst wird. Der Führungsabschnitt 44 des Montagebefestigungselements 24 gleitet lateral entlang Schlitz 32, so dass die Batterie 20 auf der unteren Oberfläche 100 gleiten und sich von einem Aufprallpunkt weg bewegen kann, um die Druckbelastung der Batterie zu reduzieren oder zu eliminieren.
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Wie in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht, können Batterien von Fahrzeugen effektiv unter der Fahrzeugkabine angeordnet werden, während die Druckbelastung in Verbindung mit einem Seitenaufprall abgeschwächt wird. Dies kann den Schwerpunkt des Fahrzeugs niedriger legen und das Fahrgefühl und Handling verbessern.
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Obgleich die beste Art im Detail beschrieben wurde, werden Fachleute auf diesem Gebiet verschiedene alternative Konstruktionen und Ausführungsformen innerhalb des Schutzbereichs der nachfolgenden Patentansprüche erkennen. Obgleich verschiedene Ausführungsformen beschrieben worden sein können, welche Vorteile bieten oder gegenüber anderen Ausführungsformen in Bezug auf eine oder mehrere erwünschte Eigenschaften bevorzugt sind, erkennen Fachleute auf diesem Gebiet, dass auf eines oder mehrere Eigenschaften verzichtet werden kann, um die erwünschten Systemattribute zu erzielen, die von der speziellen Anwendung und Implementierung abhängen. Diese Attribute umfassen, sind aber nicht beschränkt auf: Kosten, Festigkeit, Haltbarkeit, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Aussehen, Packaging, Größe, Servicefreundlichkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Montagefreundlichkeit usw. Die hierin erläuterten Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Implementierungen des Standes der Technik beschrieben wurden, liegen nicht außerhalb des Schutzbereichs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.
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Es wird ferner beschrieben:
- A. Ein Fahrzeug mit einem Körper und einer Traktionsbatterie, umfassend:
ein Befestigungselement, welches einen Führungsabschnitt umfasst, der integral mit einem Scherabschnitt verbunden ist; und
ein Traktionsbatteriemontageelement, welches am Körper befestigt ist und mit dem Befestigungselement zusammenwirkt, wobei sich der Scherabschnitt als Reaktion auf eine Kraft, welche einen Schwellenwert überschreitet, vom Führungsabschnitt trennt und sich der Führungsabschnitt innerhalb des Traktionsbatteriemontageelements bewegt, um eine Position der Traktionsbatterie zu ändern.
- B. Fahrzeug nach A, wobei das Montageelement einen Schlitz definiert, welcher ausgelegt ist, um den Führungsabschnitt des Befestigungselements aufzunehmen, wobei sich der Führungsabschnitt innerhalb des Schlitzes als Reaktion auf die Kraft, welche den Schwellenwert überschreitet, bewegt.
- C. Fahrzeug nach B, wobei der Schlitz einen lateralen Abschnitt umfasst, welcher mit einem abgewinkelten Abschnitt verbunden ist.
- D. Fahrzeug nach B, wobei der Schlitz einen lateralen Abschnitt umfasst, welcher zwischen einem Paar von abgewinkelten Abschnitten angeordnet ist.
- E. Fahrzeug nach A, wobei das Montageelement einen horizontalen Schlitz definiert, welcher ausgelegt ist, um dem Führungsabschnitt des Befestigungselements zu ermöglichen, sich als Reaktion auf die Kraft, die den Schwellenwert überschreitet, lateral zu bewegen, und ferner umfassend ein zweites Montageelement, welches einen abgewinkelten Schlitz definiert, der ermöglicht, dass sich die Traktionsbatterie vom Körper weg bewegt.
- F. Fahrzeug nach A, wobei das Montageelement einen lateralen Schlitz definiert.
- F. Fahrzeug nach A, ferner umfassend erste und zweite Traktionsbatterien, welche auf gegenüberliegenden Seiten eines Unterbodentunnels angeordnet sind, wobei das Montageelement einen Schlitz mit einem nach unten abgewinkelten Abschnitt umfasst, um als Reaktion auf die Kraft, die den Schwellenwert überschreitet, wenigstens einen Abschnitt der Batterie unter Komponenten im Unterbodentunnel zu bewegen.
- H. Fahrzeug mit einer Traktionsbatterie mit assoziiertem Montagesystem, umfassend:
eine Führung, welche an einem Fahrzeugunterboden gesichert und ausgelegt ist, um eine Bewegung der Traktionsbatterie zu führen; und
eine Sicherungsvorrichtung, welche die Traktionsbatterie mit einer Fahrzeugstrukturkomponente in einer ersten Position verbindet, bis eine auf die Traktionsbatterie wirkende externe Kraft einen ersten Schwellenwert überschreitet, und als Reaktion darauf der Traktionsbatterie ermöglicht, sich in Richtung einer zweiten Position zu bewegen, wie durch die Führung bestimmt.
- I. Fahrzeug nach H, wobei die Sicherungsvorrichtung wenigstens eine Feder umfasst.
- J. Fahrzeug nach H, wobei die Sicherungsvorrichtung einen Stift mit einem Kopf umfasst, welcher durch einen verengten Scherabschnitt, der eine Scherfestigkeit aufweist, die dem ersten Schwellenwert entspricht, mit einem integral geformten Führungsabschnitt verbunden ist.
- K. Fahrzeug nach H, wobei die Führung einen Schlitz mit einem im Allgemeinen horizontalen Abschnitt definiert, welcher mit der ersten Position assoziiert ist, und einem abgewinkelten Abschnitt, welcher mit der zweiten Position assoziiert ist, so dass die zweite Position niedriger als die erste Position ist.
- L. Verfahren zur Montage einer Traktionsbatterie in einem Fahrzeug, umfassend:
Sichern der Traktionsbatterie an einem Strukturelement des Fahrzeugs in einer ersten Position;
Lösen der Traktionsbatterie vom Strukturelement des Fahrzeugs als Reaktion auf eine externe Last, welche einen entsprechenden Schwellenwert überschreitet; und
Führen der Bewegung der Traktionsbatterie zwischen der ersten Position und einer zweiten Position als Reaktion auf die externe Last, welche den Schwellenwert überschreitet.
- M. Verfahren nach L, wobei das Lösen der Traktionsbatterie das Scheren eines Befestigungselements mit einem Führungsabschnitt, um die Bewegung der Traktionsbatterie zu führen, umfasst.
- N. Verfahren nach M, wobei das Führen das Führen von wenigstens einem Abschnitt der Traktionsbatterie weg von einer Passagierkabine des Fahrzeugs umfasst.
- O. Verfahren nach L, wobei der Schwellenwert einem Fahrzeugaufprall entspricht, welcher eine assoziierte Fahrzeuggeschwindigkeit beim Aufprall überschreitet.
- P. Verfahren nach L, wobei das Sichern das Sichern der Traktionsbatterie mit einem Führungsstift umfasst, welcher mit der Traktionsbatterie verbunden ist und einen verengten Abschnitt aufweist, der als Reaktion darauf, dass die externe Last den Schwellenwert überschreitet, schert.
- Q. Fahrzeug, umfassend:
einen Unterbodentunnel;
eine Traktionsbatterie; und
eine Drop-Down-Montagevorrichtung, welche die Traktionsbatterie am Fahrzeug zwischen einem Seitenkörper des Fahrzeugs und dem Unterbodentunnel befestigt, wobei die Drop-Down-Montagevorrichtung ein Montageelement umfasst, das einen Schlitz definiert, und ein Befestigungselement, das ausgelegt ist, um die Traktionsbatterie am Montageelement zu befestigen, wobei das Befestigungselement einen Führungsabschnitt und einen Scherabschnitt umfasst, die sich als Reaktion auf eine Kraft, die einen Schwellenwert überschreitet, trennen, damit der Führungsabschnitt entlang dem Schlitz gleiten kann, um eine Position der Traktionsbatterie relativ zum Unterbodentunnel zu ändern.
- R. Fahrzeug nach Q, wobei sich die Traktionsbatterie als Reaktion auf die Kraft, welche den Schwellenwert überschreitet, in Richtung des Unterbodentunnels bewegt, wobei die Traktionsbatterie eine Vertiefung definiert, die ausgelegt ist, um wenigstens einen Abschnitt des Unterbodentunnels aufzunehmen.
- S. Fahrzeug nach Q, ferner umfassend einen Schweller, wobei sich die Traktionsbatterie, wenn das Fahrzeug einen Aufprall erhält, weg vom Schweller bewegt.
- T. Fahrzeug nach Q, ferner umfassend:
einen ersten Schweller;
einen zweiten Schweller gegenüber dem ersten Schweller;
eine erste Traktionsbatterie, welche zwischen dem ersten Schweller und dem Unterbodentunnel angeordnet ist; und
eine zweite Traktionsbatterie, welche zwischen dem Unterbodentunnel und dem zweiten Schweller angeordnet ist, wobei sich eine der ersten Traktionsbatterie und der zweiten Traktionsbatterie bei einem Fahrzeugseitenaufprall, welcher einen Schwellenwert überschreitet, in Richtung des Unterbodentunnels bewegt.
