DE102015112138A1 - Unterboden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs - Google Patents

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Armin Steck
Alexander Klausmann
Matthias Herntier
Harald Raiser
Maik-Uwe Zillich
Juergen Hofmann
Thomas Fritz
Nicolas Schneider
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Unterboden (1) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Fahrzeugtragstruktur (3), die in einer Fahrzeugquerrichtung seitlich von zwei Fahrzeugschwellern (5) begrenzt ist, zwischen denen eine Vielzahl von Batteriemodulen (11) angeordnet ist, denen eine Batterietragstruktur (13) und mindestens eine Batterietemperiereinrichtung (15) zugeordnet sind, und mit Zu- und Abführeinrichtungen (17) für ein Temperiermedium. Um den Unterboden, insbesondere funktionell und/oder im Hinblick auf den benötigten Bauraum, zu verbessern, sind die Zu- und Abführeinrichtungen (17) für das Temperiermedium im Bereich der Fahrzeugschweller (5) angeordnet.

Description

  • Die Erfindung betrifft den Unterboden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Fahrzeugtragstruktur, die in einer Fahrzeugquerrichtung seitlich von zwei Fahrzeugschwellern begrenzt ist, zwischen denen eine Vielzahl von Batteriemodulen angeordnet ist, denen eine Batteriestruktur und mindestens eine Batterietemperiereinrichtung zugeordnet sind, und mit Zu- und/oder Abführeinrichtungen für ein Temperiermedium.
  • Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2011 010 451 A1 ist ein Fahrzeug mit zumindest einer elektrochemischen Energiespeichereinheit bekannt, wobei die elektrochemische Energiespeichereinheit in einem Mitteltunnel einer Unterbodenstruktur angeordnet und mit einer Wärmeleitvorrichtung zum Wärmeaustausch gekoppelt ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 102 657 A1 ist eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug bekannt, mit einem Gehäuse, welches eine Batterieanordnung und mindestens eine Kühleinrichtung umschließt, wobei die Batterieanordnung mindestens zwei Batteriemodule umfasst und die mindestens eine Kühleinrichtung mit einem flüssigen Kühlmittel betrieben wird, wobei das Gehäuse mit geschlossenen Verstärkungsprofilen auf einer Bodenplatte ausgestattet ist, die nahezu parallel zu einer Bodenplatte des Fahrzeugs angebracht ist. Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 10 2012 109 728 A1 ist eine Batterietemperiereinrichtung mit mehreren Temperiermodulen bekannt, zur Temperierung einer Batterie, insbesondere einer Traktionsbatterie, wobei die Temperiermodule zur Anordnung an Außenflächen der Batterie ausgeführt sind.
  • Aufgabe der Erfindung ist, einen Unterboden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Fahrzeugtragstruktur, die in einer Fahrzeugquerrichtung seitlich von zwei Fahrzeugschwellern begrenzt ist, zwischen denen eine Vielzahl von Batteriemodulen angeordnet ist, denen eine Batteriestruktur und mindestens eine Batterietemperiereinrichtung zugeordnet sind, und mit Zu- und/oder Abführeinrichtungen für ein Temperiermedium, insbesondere funktionell und/oder im Hinblick auf den benötigten Bauraum, zu verbessern.
  • Die Aufgabe ist bei einem Unterboden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Fahrzeugtragstruktur, die in einer Fahrzeugquerrichtung seitlich von zwei Fahrzeugschwellern begrenzt ist, zwischen denen eine Vielzahl von Batteriemodulen angeordnet ist, denen eine Batteriestruktur und mindestens eine Batterietemperiereinrichtung zugeordnet sind, und mit Zu- und/oder Abführeinrichtungen für ein Temperiermedium, dadurch gelöst, dass die Zu- und/oder Abführeinrichtungen für das Temperiermedium im Bereich der Fahrzeugschweller angeordnet sind. Eine Längsrichtung des Kraftfahrzeugs wird auch als x-Richtung bezeichnet. Die Fahrzeugquerrichtung ist senkrecht zur Längsrichtung und wird auch als y-Richtung bezeichnet. Eine z-Richtung verläuft senkrecht zu einer Ebene, die von der x-Richtung und der y-Richtung aufgespannt wird. Die Batteriemodule dienen vorzugsweise zur Darstellung einer Hochvoltbatterie oder eine Traktionsbatterie, die, zumindest teilweise, zur Bereitstellung einer Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug dient. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als reines Elektrofahrzeug ausgeführt, kann aber auch als Hybridfahrzeug ausgeführt sein, das zusätzlich zu dem elektrischen Antrieb mindestens einen weiteren Antrieb enthält. Die aus den Batteriemodulen gebildete Hochvoltbatterie oder Traktionsbatterie wird wegen ihrer Anordnung im Unterboden des Kraftfahrzeugs auch als Unterbodenbatterie bezeichnet. Da sich die Unterbodenbatterie im Betrieb des Kraftfahrzeugs erwärmt und/oder vorkonditioniert werden muss, handelt es sich bei der Batterietemperiereinrichtung vorzugsweise um eine Batteriekühleinrichtung und/oder eine Batterieheizeinrichtung. Als Temperiermedium wird dann ein Kühlmedium verwendet. Bei dem Kühlmedium kann es sich um eine Kühlflüssigkeit, wie Kühlwasser handeln. Die Zu- und/oder Abführeinrichtung wird auch als Verteileinrichtung oder Verteiler für Temperiermedium bezeichnet. Ebenfalls möglich ist eine Ausbildung der Batterietemperiereinrichtung als Batterieheizeinrichtung, etwa um die Unterbodenbatterie bei tiefen Außentemperaturen vorzuwärmen bzw. vorzukonditionieren.
  • Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Abführeinrichtungen für das Temperiermedium an äußeren Längsseiten eines Batterierahmens für die Batteriemodule angeordnet sind. Der Batterierahmen ist Teil der Batterietragstruktur. Der Batterierahmen umfasst vorzugsweise mindestens ein Längsprofil, das sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt und in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Batteriemodulen und einem Fahrzeugschweller angeordnet ist. Bei den Zu- und/oder Abführeinrichtungen handelt es sich zum Beispiel um Leitungen oder Rohre, die in einem Zwischenraum zwischen dem Batterierahmen und dem Fahrzeugschweller angeordnet sind. Die erfindungsgemäße Anordnung der Zu- und Abführeinrichtungen ermöglicht eine besonders flache Struktur der Unterbodenbatterie. Darüber hinaus ergibt sich eine vorteilhafte Trennung der Bereiche, in denen die Batteriemodule angeordnet sind, von den Bereichen, in denen das Temperiermedium, insbesondere ein Kühlfluid, geführt ist beziehungsweise verteilt wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Zu- oder Abführeinrichtung für das Temperiermedium in Fahrzeugquerrichtung zwischen der Batteriestruktur und einem der Fahrzeugschweller angeordnet ist. Das liefert den Vorteil, dass für die Zu- oder Abführeinrichtung kein zusätzlicher Bauraum in z-Richtung des Kraftfahrzeugs benötigt wird.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- oder Abführeinrichtung für das Temperiermedium unterhalb eines Verbindungsbereichs angeordnet ist, der die Batterietragstruktur mit dem Fahrzeugschweller verbindet. Der Verbindungsbereich umfasst vorzugsweise mindestens ein Längsprofil, das die Batterietragstruktur, insbesondere den Batterierahmen, mit dem Fahrzeugschweller verbindet. Das Längsprofil zur Darstellung des Verbindungsbereichs kann mit weiteren Längsprofilen verbunden sein, die zur Darstellung des Fahrzeugschwellers beziehungsweise des Batterierahmens dienen. Die Verbindung ist vorzugsweise als stoffschlüssige Verbindung ausgeführt. Die stoffschlüssige Verbindung ist zum Beispiel als Schweißverbindung ausgeführt.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- oder Abführeinrichtung für das Temperiermedium in einem Verbindungsbereich angeordnet ist, der die Batterietragstruktur mit dem Fahrzeugschweller verbindet. Dadurch wird auf einfache Art und Weise eine besonders stabile oder robuste Unterbringung der Zu- oder Abführeinrichtung ermöglicht. Der Verbindungsbereich kann zum Beispiel durch zwei Längsprofile dargestellt werden, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und die in z-Richtung voneinander beabstandet sind. In einem Zwischenraum zwischen den Längsprofilen kann die Zu- oder Abführeinrichtung in z-Richtung baumraumneutral untergebracht werden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietragstruktur eine Boden- und/oder Dichtstruktur umfasst, die in einer z-Richtung des Fahrzeugs zwischen einer Temperierbodenstruktur und den Batteriemodulen angeordnet ist. Die Temperierbodenstruktur ist zum Beispiel als Temperierplatte mit Fluiddurchgangskanälen ausgeführt. Die Boden- und/oder Dichtstruktur dient vorteilhaft dazu, einen unerwünschten Kontakt zwischen den Batteriemodulen und dem Temperiermedium zu vermeiden.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierbodenstruktur in z-Richtung des Fahrzeugs zwischen einer Bodenplatte und der Boden- und/oder Dichtstruktur der Batterietragstruktur angeordnet ist. Die Bodenplatte dient vorteilhaft dazu, einen Schlagschutz im Betrieb des Kraftfahrzeugs darzustellen.
  • Ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel des Unterbodens ist dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium eine Temperierflüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, ist. Das Zu- und Abführen der Kühlflüssigkeit erfolgt vorteilhaft zwischen dem Batterierahmen und den Fahrzeugschwellern.
  • Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Zu- und/oder Abführeinrichtung für Temperiermedium, eine Batterietragstruktur und/oder einen Verbindungsbereich für einen vorab beschriebenen Unterboden. Die genannten Teile sind gegebenenfalls separat handelbar. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem vorab beschriebenen Unterboden. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein rein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, das auch als Elektrofahrzeug bezeichnet wird. Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich aber auch um ein Hybridfahrzeug handeln, das neben einem elektrischen Antrieb mindestens einen weiteren Antrieb, zum Beispiel einen verbrennungsmotorischen Antrieb, umfasst.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
  • 1 den Unterboden eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs im Querschnitt gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
  • 2 eine ähnliche Darstellung wie in 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und
  • 3 eine perspektivische Darstellung eines Verbindungsbereichs zwischen einem Batterierahmen und einem Fahrzeugschweller aus 2.
  • In den 1 und 2 ist ein Unterboden 1; 41 eines Kraftfahrzeugs mit einer Fahrzeugtragstruktur 3; 43 im Querschnitt dargestellt. Die Fahrzeugtragstruktur 3; 43 wird in Fahrzeugquerrichtung, also in den 1 und 2 in horizontaler Richtung nach links, von einem Fahrzeugschweller 5; 45 begrenzt.
  • Eine Unterbodenbatterie 10 mit einer Vielzahl von Batteriemodulen 11 ist im Wesentlichen zwischen dem in den 1 und 2 gezeigten linken Fahrzeugschweller 5; 45 und einem weiteren (nicht dargestellten) rechten Fahrzeugschweller angeordnet.
  • Der Unterbodenbatterie 10; 50 ist eine Batterietragstruktur 13; 53 und eine Batterietemperiereinrichtung 15; 55 zugeordnet. Bei der Batterietemperiereinrichtung 15; 55 handelt es sich um eine Kühleinrichtung, die mit einer Kühlflüssigkeit betrieben wird. Die mit der Kühlflüssigkeit betriebene Kühleinrichtung 15; 55 dient dazu, die sich im Betrieb erwärmenden Batteriemodule 11; 51 zu kühlen.
  • Das Temperiermedium, insbesondere die Kühlflüssigkeit, wird über eine Zuführeinrichtung 17; 57 zugeführt. Eine (nicht dargestellte) Abführeinrichtung für das Temperiermedium, insbesondere für die Kühlflüssigkeit, ist vorteilhaft dem (nicht dargestellten) rechten Fahrzeugschweller zugeordnet.
  • Die Zuführeinrichtung 17; 57 ist dem in den 1 und 2 linken Fahrzeugschweller 5; 45 zugeordnet. Die Zuführeinrichtung 17; 57 kann, gegebenenfalls anders als dargestellt, sowohl zum Zuführen als auch zum Abführen des Temperiermediums, insbesondere der Kühlflüssigkeit, verwendet werden.
  • Über die Zuführeinrichtung 17; 57 wird die Kühlflüssigkeit einer Temperierbodenstruktur 18; 58 zugeführt. Die Temperierbodenstruktur 18; 58 ist zum Beispiel als Temperierplatte mit einer Vielzahl von Temperiermediumkanälen, insbesondere Kühlflüssigkeitskanälen, ausgeführt. Über die Temperierbodenstruktur 18; 58 werden die Batteriemodule 11; 51 im Betrieb des Kraftfahrzeugs mit dem Unterboden 1; 41 effektiv gekühlt.
  • Die Batteriemodule 11; 51 sind in einem Batterierahmen 20; 60 angeordnet, der Teil der Batterietragstruktur 13; 53 ist. Die Batterietragstruktur 13; 53 umfasst des Weiteren eine Boden- und/oder Dichtstruktur 24; 64.
  • Die Boden- und/oder Dichtstruktur 24; 64 ist in z-Richtung zwischen der Temperierbodenstruktur 18; 58 und den Batteriemodulen 11; 51 angeordnet.
  • Eine Bodenplatte 26; 66 begrenzt den Unterboden 1; 41 nach unten und stellt einen Schlagschutz dar. Die Bodenplatte 26; 66 ist fest mit dem Fahrzeugschweller 5; 45 verbunden.
  • In 1 ist die Zuführeinrichtung 17, die auch als Verteiler, insbesondere als Kühlmittelverteiler bezeichnet wird, in z-Richtung unterhalb eines Verbindungsbereichs 30 angeordnet. Der Verbindungsbereich 30 umfasst zwei Längsprofile 31, 32.
  • Die beiden Längsprofile 31, 32 sind zum Beispiel stoffschlüssig mit dem Batterierahmen 20 verbunden. Die beiden Längsprofile 31, 32 sind an ihren dem Fahrzeugschweller 5 zugewandten Enden vorteilhaft stoffschlüssig mit diesem verbunden.
  • In 2 ist die Zuführeinrichtung 57, die auch als Kühlmittelverteiler bezeichnet wird, in einem Verbindungsbereich 70 angeordnet. Der Verbindungsbereich 70 umfasst zwei Längsprofile 71, 72. Das Längsprofil 71 ist in Fahrzeugquerrichtung zwischen dem Batterierahmen 60 und dem Fahrzeugschweller 45 angeordnet.
  • In z-Richtung ist die Zuführeinrichtung 57 unterhalb des Längsprofils 71 beziehungsweise zwischen den beiden Längsprofilen 71 und 72 angeordnet. Das Längsprofil 72 ist in Fahrzeugquerrichtung ebenfalls zwischen dem Batterierahmen 60 und dem Fahrzeugschweller 45 angeordnet.
  • In 3 sieht man, dass das untere Längsprofil 72 Ausnehmungen 74, 75 aufweist, durch welche sich Verbindungskanäle 76, 77 hindurch erstrecken, die von einem Zuführkanal 78 ausgehen.
  • Der Zuführkanal 78 der Zuführeinrichtung 57 verläuft in Fahrzeuglängsrichtung. Die Verbindungskanäle 76, 77 schaffen eine Verbindung zwischen dem Zuführkanal 78 und der Temperierbodenstruktur (58 in 2).
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Claims (10)

  1. Unterboden (1; 41) eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Fahrzeugtragstruktur (3; 43), die in einer Fahrzeugquerrichtung seitlich von zwei Fahrzeugschwellern (5; 45) begrenzt ist, zwischen denen eine Vielzahl von Batteriemodulen (11; 51) angeordnet ist, denen eine Batterietragstruktur (13; 53) und mindestens eine Batterietemperiereinrichtung (15; 55) zugeordnet sind, und mit Zu- und/oder Abführeinrichtungen (17; 57) für ein Temperiermedium, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Abführeinrichtungen (17; 57) für das Temperiermedium im Bereich der Fahrzeugschweller (5; 45) angeordnet sind.
  2. Unterboden nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- und/oder Abführeinrichtungen (17; 57) für das Temperiermedium an äußeren Längsseiten eines Batterierahmens (20; 60) für die Batteriemodule (11; 51) angeordnet sind.
  3. Unterboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zu- oder Abführeinrichtung (17; 57) für das Temperiermedium in Fahrzeugquerrichtung zwischen der Batterietragstruktur (13; 53) und einem der Fahrzeugschweller (5; 45) angeordnet ist.
  4. Unterboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- oder Abführeinrichtung (17) für das Temperiermedium unterhalb eines Verbindungsbereichs (30) angeordnet ist, der die Batterietragstruktur (13) mit dem Fahrzeugschweller (5) verbindet.
  5. Unterboden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zu- oder Abführeinrichtung (57) für das Temperiermedium in einem Verbindungsbereich (70) angeordnet ist, der die Batterietragstruktur (53) mit dem Fahrzeugschweller (45) verbindet.
  6. Unterboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterietragstruktur (15; 55) eine Boden- und/oder Dichtstruktur (24; 64) umfasst, die in einer z-Richtung des Fahrzeugs zwischen einer Temperierbodenstruktur (18; 58) und den Batteriemodulen (11; 51) angeordnet ist.
  7. Unterboden nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperierbodenstruktur (18; 58) in z-Richtung des Fahrzeugs zwischen einer Bodenplatte (26; 66) und der Boden- und/oder Dichtstruktur (24; 64) der Batterietragstruktur (15; 55) angeordnet ist.
  8. Unterboden nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Temperiermedium eine Temperierflüssigkeit, insbesondere eine Kühlflüssigkeit, ist.
  9. Zu- und/oder Abführeinrichtung (17; 57) für ein Temperiermedium, Batterietragstruktur (15; 55) und/oder Verbindungsbereich (30; 70) für einen Unterboden (1; 41) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  10. Kraftfahrzeug mit einem Unterboden (1; 41) nach einem der Ansprüche 1 bis 8.
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