DE102015101096A1

DE102015101096A1 - Batterietragstruktur

Info

Publication number: DE102015101096A1
Application number: DE102015101096.8A
Authority: DE
Inventors: Jochen Eppele; Matthias Herntier; Robert Köhr
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2015-01-27
Filing date: 2015-01-27
Publication date: 2016-07-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterietragstruktur (18) für eine Unterbodenbatterie (20), die Batterieeinrichtungen (21, 22) umfasst, die zwischen einer Bodenplatte (40) und einem Fußboden (44) angeordnet sind, mit mindestens einer Deformationszone (50). Um unerwünschte Beschädigungen an einer Unterbodenbatterie zu vermeiden, ist die Deformationszone (50) so unterhalb der Batterieeinrichtungen (21, 22) vorgesehen, dass sich die Bodenplatte (40) nach oben (41) verformen kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterietragstruktur für eine Unterbodenbatterie, die Batterieeinrichtungen umfasst, die zwischen einer Bodenplatte und einem Fußboden angeordnet sind, mit mindestens einer Deformationszone.
Aus dem US-Patent US 8,839,895 B2 ist eine Batterietrageinrichtung für ein Fahrzeug bekannt, wobei die Batterietrageinrichtung folgendes aufweist: ein Batteriepaket, das unter Anordnung einer Sekundärbatterie in einem Gehäuse gebildet ist und in einem unteren Bereich einer Fahrzeugkarosserie angeordnet ist; und einen verformbaren Träger zum Tragen von einem Ende des Batteriepakets in der Fahrzeugbreitenrichtung, wobei der verformbare Träger sich in Reaktion auf eine Eingangsbelastung von dem einen Ende des Batteriepakets in der Fahrzeugbreitenrichtung verformt und durch das andere Ende des Batteriepakets dazu veranlasst wird, sich in der Belastungseingangsrichtung zu bewegen und sich relativ zu der Fahrzeugkarosserie nach unten zu bewegen. Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift US 2014/0117716 A1 ist eine Bodenstruktur für ein Fahrzeug mit Aufnahmemitteln für mindestens zwei Energiespeichermodulen bekannt, wobei die Aufnahmemittel mindestens zwei Längsträger und mindestens zwei Querträger aufweisen, wobei die Aufnahmemittel mindestens eine Deformationszone mit einem definierten Deformationsverhalten zwischen den Energiespeichermodulen aufweisen. Aus der amerikanischen Offenlegungsschrift US 2013/0043702 A1 ist ein Elektro- oder Hybridfahrzeug bekannt, das einen Energiespeicherträger umfasst, der sich unter dem Boden des Fahrzeugs befindet, wobei der Energiespeicherträger zwischen den seitlichen Längsträgern des Fahrzeugs befestigt ist, wobei das Fahrzeug Mittel für die Absorption eines seitlichen Stoßes umfasst, die in einem Raum montiert sind, der sich unter dem Boden des Fahrzeugs zwischen der äußeren Karosserie des Fahrzeugs und dem Energiespeicher befindet.
Aufgabe der Erfindung ist es, unerwünschte Beschädigungen an einer Unterbodenbatterie zu vermeiden, die an beziehungsweise in einer Batterietragstruktur angeordnet ist, die eine Bodenplatte und mindestens eine Deformationszone umfasst.
Die Aufgabe ist bei einer Batterietragstruktur für eine Unterbodenbatterie, die Batterieeinrichtungen umfasst, die zwischen einer Bodenplatte und einem Fußboden angeordnet sind, mit mindestens einer Deformationszone, dadurch gelöst, dass die Deformationszone so unterhalb der Batterieeinrichtungen vorgesehen ist, dass sich die Bodenplatte nach oben verformen kann. Die Batterie ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie ausgeführt. Bei den Batterieeinrichtungen handelt es sich um Batterieelemente, wie Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen. Bei dem Fahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug. Die Begriffe unterhalb und nach oben beziehen sich auf eine z-Richtung eines mit der Batterietragstruktur ausgestatteten Kraftfahrzeugs. Die z-Richtung verläuft senkrecht zu einer Ebene, die von einer Fahrzeuglängsrichtung und einer Fahrzeugquerrichtung aufgespannt wird. Die Fahrzeuglängsrichtung wird auch als x-Richtung bezeichnet. Analog wird die Fahrzeugquerrichtung auch als y-Richtung bezeichnet. Die Unterbodenbatterie dient zur Energieversorgung eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, insbesondere eines reinen Elektrofahrzeugs oder eines Hybridfahrzeugs. Einzelne Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen sind zwischen der Bodenplatte des Fahrzeugs und dem Fußboden eines Fahrzeuginnenraums angeordnet. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Deformationszone wird die Unterbodenbatterie, werden insbesondere die Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen oder Batterieeinrichtungen der Unterbodenbatterie, vorteilhaft dann geschützt, wenn mit dem Fahrzeug Gegenstände überfahren werden. Die in z-Richtung zwischen der Bodenplatte und den Batterieeinrichtungen angeordnete Deformationszone verhindert auf einfache Art und Weise, dass die Batterieeinrichtungen, insbesondere Batteriezellen oder Batteriemodule, beim Überfahren von Gegenständen beschädigt werden.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass in der Deformationszone mindestens ein Deformationselement zwischen der Bodenplatte und der Unterbodenbatterie angeordnet ist. Zwischen der Bodenplatte und der Unterbodenbatterie sind vorzugsweise mehrere Deformationselemente angeordnet. Dabei sind die Deformationselemente gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung nur oder hauptsächlich, bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung oder y-Richtung, in einem mittleren Bereich angeordnet.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Batterieeinrichtungen eine Temperierplatte angeordnet ist, die zur Darstellung der Deformationszone von der Bodenplatte beabstandet ist. Bei der Temperierplatte handelt es sich vorzugsweise um eine Kühlplatte. Zur Darstellung ihrer Temperierfunktion, insbesondere Kühlfunktion, umfasst die Temperierplatte eine Vielzahl von Kanälen, die zum Durchführen eines Temperiermediums dienen. Bei dem Temperiermedium handelt es sich insbesondere um ein Kühlmedium, wie Kühlwasser.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement zwischen der Temperierplatte und der Bodenplatte angeordnet ist. Bei dem Deformationselement handelt es sich zum Beispiel um ein Hohlprofil, das sich in Fahrzeuglängsrichtung oder x-Richtung erstreckt. Das Hohlprofil hat zum Beispiel einen rechteckigen Querschnitt.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierplatte als Sandwichplatte mit einer Wabenstruktur ausgeführt ist. Die Ausführung als Sandwichplatte liefert den Vorteil, dass bei relativ geringem Gewicht eine hohe Stabilität dargestellt werden kann. Die Wabenstruktur dient vorteilhaft zum Durchführen des Temperiermediums.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte deformierbar ist. Bei der Bodenplatte kann es sich um ein Bodenblech handeln. Die Bodenplatte kann aber auch eine Struktur, insbesondere eine Schaumstruktur, aufweisen. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst die Bodenplatte einen Schaumkern aus einem Aluminiummaterial.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte komprimierbar ist. Das liefert den Vorteil, dass die Bodenplatte selbst ein Deformationselement darstellt. Die Komprimierbarkeit kann zum Beispiel durch die vorab beschriebene Schaumstruktur dargestellt werden.
Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Batterietragstruktur ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietragstruktur Schottwände umfasst, die sich zwischen der Bodenplatte und einem Schottblech in einer Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Die Schottwände sind zum Beispiel zwischen einzelnen Batteriezellen und/oder Batteriemodulen der Unterbodenbatterie angeordnet. Die Schottwände können Teil einer Längstragstruktur des mit der Batterietragstruktur ausgestatteten Kraftfahrzeugs sein. Die Batterietragstruktur umfasst gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung auch einen Batterierahmen. Der Batterierahmen dient vorteilhaft dazu, die Batterietragstruktur mit einer vorhandenen Tragstruktur des Fahrzeugs zu verbinden. Der Batterierahmen ist zum Beispiel an Schweller einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs angebunden.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Deformationselement, eine Bodenplatte und/oder eine Temperierplatte für eine vorab beschriebene Batterietragstruktur. Die genannten Teile sind separat handelbar.
Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer vorab beschriebenen Batterietragstruktur. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Elektrofahrzeug oder um ein Hybridfahrzeug.
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.
In der einzigen beiliegenden Figur ist eine Batterietragstruktur für eine Unterbodenbatterie vereinfacht dargestellt.
In der beiliegenden Figur ist eine Tragstruktur 1 eines Kraftfahrzeugs vereinfacht dargestellt. Die Tragstruktur 1 umfasst einen Schweller 3. Der Schweller 3 wiederum umfasst insgesamt vier Schwellerelemente 4, 5, 6, 7. Bei den Schwellerelementen 4 bis 7 handelt es sich zum Beispiel um Blechteile. Die Schwellerelemente 4 bis 7 sind, zum Beispiel stoffschlüssig, fest miteinander verbunden. Der Schweller 3 stellt eine seitliche Begrenzung der Tragstruktur 1 dar. Die Tragstruktur 1 ist insbesondere Teil einer Bodengruppe des Kraftfahrzeugs.
An der Tragstruktur 1 ist ein Batterierahmen 10 befestigt. Der Batterierahmen 10 ist durch drei Rechtecke 11, 12, 13 symbolisch dargestellt. Die Rechtecke 11 bis 13 symbolisieren zum Beispiel Hohlprofile, die zur Darstellung des Batterierahmens 10 fest, insbesondere stoffschlüssig, miteinander verbunden sind. Der Batterierahmen 10 ist mit Hilfe von zwei Schrauben 15, 16 an dem Schweller 3 befestigt.
Der Batterierahmen 10 ist Teil einer Batterietragstruktur 18 für eine Unterbodenbatterie 20. Die Unterbodenbatterie 20 umfasst Batterieeinrichtungen 21, 22. Bei den Batterieeinrichtungen 21, 22 handelt es sich zum Beispiel um eine Vielzahl von Batteriezellen der Unterbodenbatterie 20.
Die Unterbodenbatterie 20 ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie ausgeführt. Die Batterieeinrichtungen 21, 22 können Teil eines Batteriemoduls 23 sein.
Die Unterbodenbatterie 20 umfasst darüber hinaus einen Wärmetauscher 25, der zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, der Batterieeinrichtungen 21, 22 dient. Der Wärmetauscher 25 umfasst eine Temperierplatte 26. Die Temperierplatte 26 erstreckt sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem dargestellten Schweller 3 und einem weiteren (nicht dargestellten) Schweller der Tragstruktur 1.
Der Wärmetauscher 25 umfasst des Weiteren Leitungen 28, 29. Die Leitungen 28, 29 sind unterhalb der Temperierplatte 26 angeordnet und dienen zum Beispiel zum Zuführen und Abführen eines Temperiermediums. Bei dem Temperiermedium handelt es sich vorzugsweise um ein Kühlmedium, wie Kühlwasser.
Die Batterietragstruktur 18 umfasst Schottwände 31, 32. Die Schottwand 31 erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung und ist in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem Wärmetauscher 25 und der Batterieeinrichtung 21 angeordnet. Die Schottwand 32 erstreckt sich ebenfalls in Fahrzeuglängsrichtung und ist in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Batterieeinrichtungen 21 und 22 angeordnet.
Die Batterietragstruktur 18 umfasst des Weiteren ein Schottblech 35, das die Unterbodenbatterie 20 nach oben hin abschließt. Nach unten hin wird die Batterietragstruktur 18 von einer Bodenplatte 40 begrenzt. Die Begriffe unten und oben beziehen sich auf eine z-Richtung des Kraftfahrzeugs, die durch einen Pfeil 41 angedeutet ist.
Die Bodenplatte 40 ist am unteren Ende der Tragstruktur 1 des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Schottblech 35 ist am oberen Ende des Tragstruktur 1 des Kraftfahrzeugs angeordnet. Oberhalb des Schottblechs 35 ist ein Fußboden 44 eines Innenraums des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Die Bodenplatte 40 hat zum Beispiel eine Dicke von mehreren Millimetern. Dabei kann die Bodenplatte 40 aus einem Aluminiummaterial mit einem Aluminiumschaumkern und einer Deckschicht aus dem Aluminiummaterial gebildet sein. Die Bodenplatte 40 kann aber auch aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial gebildet sein. Zur Faserverstärkung können Kohlenstofffasern verwendet werden. Die Deformationszone 50 hat vorzugsweise ebenfalls eine Dicke von mehreren Millimetern. Das Deformationselement 51 kann eine deformierbare Auflage für die Temperierplatte 26 sein. Zur Vereinfachung der Montage wird die Temperierplatte 26 vorteilhaft durch die Schottwände 31, 32 gesteckt. Die Temperierplatte 26 hat vorteilhaft ebenfalls eine Dicke von mehreren Millimetern.
Das Batteriemodul beziehungsweise die Batterieeinrichtungen 21 und 22 haben zum Beispiel eine Dicke von etwa zehn Zentimetern. Der Begriff Dicke bezeichnet eine Ausdehnung oder Abmessung in z-Richtung 41.
Das Schottblech 35 stellt einen Deckel der Unterbodenbatterie 20 dar. Zu diesem Zweck kann das Schottblech 35 formschlüssig, insbesondere verschraubt, und/oder stoffschlüssig, zum Beispiel durch Kleben, mit der Batterietragstruktur 18 beziehungsweise der Tragstruktur 1 verbunden werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 8839895 B2 [0002]
US 2014/0117716 A1 [0002]
US 2013/0043702 A1 [0002]

Claims

Batterietragstruktur (18) für eine Unterbodenbatterie (20), die Batterieeinrichtungen (21, 22) umfasst, die zwischen einer Bodenplatte (40) und einem Fußboden (44) angeordnet sind, mit mindestens einer Deformationszone (50), dadurch gekennzeichnet, dass die Deformationszone (50) so unterhalb der Batterieeinrichtungen (21, 22) vorgesehen ist, dass sich die Bodenplatte (40) nach oben (41) verformen kann.
Batterietragstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Deformationszone (50) mindestens ein Deformationselement (51) zwischen der Bodenplatte (40) und der Unterbodenbatterie (20) angeordnet ist.
Batterietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb der Batterieeinrichtungen (21, 22) eine Temperierplatte (26) angeordnet ist, die zur Darstellung der Deformationszone (50) von der Bodenplatte (40) beabstandet ist.
Batterietragstruktur nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Deformationselement (51) zwischen der Temperierplatte (26) und der Bodenplatte (40) angeordnet ist.
Batterietragstruktur nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierplatte (26) als Sandwichplatte mit einer Wabenstruktur ausgeführt ist.
Batterietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (40) deformierbar ist.
Batterietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (40) komprimierbar ist.
Batterietragstruktur nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriestruktur (18) Schottwände (31, 32) umfasst, die sich zwischen der Bodenplatte (40) und einem Schottblech (35) in einer Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.
Deformationselement (51), Bodenplatte (40) und/oder Temperierplatte (26) für eine Batterietragstruktur (18) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug mit einer Batterietragstruktur (18) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.