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Die Erfindung betrifft eine Anordnung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug. Weiter betrifft die Erfindung eine Bodenplatte zur Befestigung der Energiespeichereinrichtung.
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Bei Fahrzeugen, insbesondere bei elektrisch betreibbaren Fahrzeugen wie Elektro- und Hybridfahrzeugen, ist es notwendig, im Fahrzeug zumindest eine Energiespeichereinrichtung zur Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie anzuordnen. Typischerweise werden Akkumulatoren vorgesehen, die aus einem sogenannten Batteriezellmodul bestehen oder ein solches umfassen können. Ein Batteriezellmodul kann mehrere Batteriezellen umfassen.
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Die
DE 10 2012 218 473 A1 betrifft eine Energiespeicheranordnung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeuges, welche ein Gehäuse mit einer ersten Ebene und einer über der ersten Ebene liegenden zweiten Ebene umfasst. Weiter umfasst die Energiespeicheranordnung ein erstes Energiespeichermodul in der ersten Ebene, zumindest ein zweites Energiespeichermodul in der zweiten Ebene und einen am Gehäuse befestigten, das zweite Energiespeichermodul tragenden, Zwischenboden, wobei jedes Energiespeichermodul zwei Endplatten und mehrere, zwischen den Endplatten verspannte Speicherzellen umfasst. Die Druckschrift lehrt eine Verschraubung der Endplatten mit der Zwischenplatte, wobei eine rein kraftschlüssige Verbindung der Endplatten mit den Zwischenplatten offenbart wird.
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Weiter bekannt ist die
EP 2 141 756 A1 . Diese offenbart eine Energieversorgungseinrichtung, welche eine Energieversorgungseinheit umfasst. Die Energieversorgungseinheit umfasst eine Vielzahl von Energieversorgungselementen. Weiter umfasst die Energieversorgungseinrichtung ein oberes Gehäuse und ein unteres Gehäuse zur Aufnahme der Energieversorgungseinheit. Weiter umfasst die Energieversorgungseinheit einen Hilfsbefestigungsabschnitt, der an dem unteren Gehäuseteil befestigt ist und einen Zwischenraum zwischen einer unteren Oberfläche der Energieversorgungseinheit und dem unteren Gehäuseteil bereitstellt. Weiter umfasst die Energieversorgungseinheit Befestigungsabschnitte. Auch diese Druckschrift lehrt eine Verspannung der Energieversorgungseinheit mit einer Bodenplatte über eine Schrauben-Mutter-Anordnung, also eine rein kraftschlüssige Verbindung zwischen der Bodenplatte und der Energieversorgungseinheit.
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Die
EP 2 323 194 A1 offenbart ein Batteriemodul, welches eine Reihe von Batterien umfasst. Weiter sind Endplatten an Enden der Reihe von Batterien angeordnet, wobei die Endplatten verstärkende Abschnitte aufweisen, die eine Stärke der Endplatten erhöht. Auch diese Druckschrift offenbart keine zu einer rein kraftschlüssigen Verbindung der Endplatten alternative Verbindung.
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Batteriezellen können über die Lebensdauer eine Größenänderung bzw. Volumenänderung erfahren. So kann ein Volumen einer Batteriezelle über die Lebensdauer kontinuierlich zunehmen. Hierbei kann sich beispielsweise eine oder mehrere Dimension(en) der Batteriezelle, beispielsweise eine Länge und/oder eine Breite und/oder eine Höhe, vergrößern. Zusätzlich kann sich mindestens eine Dimension der Batteriezelle in Abhängigkeit des Ladezustands der Batteriezelle verändern. So kann sich die mindestens eine Dimension beispielsweise beim Laden vergrößern und beim Entladen verkleinern.
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Die Volumenänderung kann Kräfte erzeugen, die auf eine Vorrichtung zur Befestigung der Batteriezelle im Fahrzeug wirken. Ist die Batteriezelle Teil eines Batteriezellmoduls, in dem mehrere Batteriezellen über Modulbinder verspannt sind, so können diese Kräfte aufgrund der Bauraum- und Gewichtsanforderungen an die Modulbinder nicht oder nicht vollständig von diesen aufgenommen werden. Daher kann sich auch ein Volumen des Batteriezellmoduls verändern.
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Die in den angeführten Druckschriften gelehrte Befestigung eines Batteriezellmoduls über eine Verschraubung weist den Nachteil auf, dass die durch die Schraube-Mutter-Kombination bereitgestellte Vorspannkraft nicht hoch genug sein kann, um eine Relativbewegung zwischen dem Batteriezellmodul und einer Halteeinrichtung, beispielsweise einer Bodenplatte, aufgrund der Volumenänderung des Batteriezellmoduls zu verhindern. Diese Relativbewegung kann, insbesondere langfristig, zum Lösen der Schraubverbindung führen. Hierdurch kann sich die Zuverlässigkeit der Befestigung verringern. Beim Entstehen hoher Kräfte, beispielsweise bei einem Crash des Fahrzeugs, kann dies schlimmstenfalls zum Abscheren und somit zum Lösen der Schraubverbindung führen.
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Es stellt sich daher das technische Problem, eine Anordnung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug, sowie eine Bodenplatte zu schaffen, die eine zuverlässige Befestigung der Energiespeicherung über einen langen Zeitraum gewährleisten.
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Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 12, 13 und 14. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Es ist eine Grundidee der Erfindung, eine Vorrichtung zur Befestigung der mindestens einen Energiespeichereinrichtung mit einem Bodenbefestigungselement vorzusehen, welches in zumindest einer Raumrichtung formschlüssig in einer Bodenplatte angeordnet werden kann, wobei das Bodenbefestigungselement mechanisch mit einer Endplatte zur Befestigung bzw. Halterung der Energiespeichereinrichtung verbunden oder verbindbar ist.
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Vorgeschlagen wird eine Anordnung zur Befestigung zumindest Energiespeichereinrichtung. Die Anordnung dient insbesondere zur Befestigung der zumindest einen Energiespeichereinrichtung an einer Halteeinrichtung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, weiter insbesondere in einem Elektro- oder Hybridfahrzeug. Die Energiespeichereinrichtung kann eine Fahrzeugbatterie oder -akkumulator oder einen Teil davon ausbilden. Die Energiespeichereinrichtung kann somit zur Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie für ein Antriebssystem des Fahrzeugs oder für weitere Fahrzeugsysteme dienen. Die Energiespeichereinrichtung kann insbesondere ein Batteriezellmodul sein, welches mehrere Batteriezellen umfasst. Beispielsweise kann ein solches Batteriezellenmodul 12 bis 13 Batteriezellen umfassen. Ein Fahrzeug kann mehrere derartiger Energiespeichereinrichtungen, beispielsweise bis zu 30 dieser Batteriezellmodule, umfassen. Ein Batteriezellmodul kann auch weitere Bauteile, beispielsweise Einrichtung zur Steuerung, Überwachung und zur datentechnischen Verbindung mit weiteren Systemen, umfassen.
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Die Anordnung umfasst mindestens eine Vorrichtung zur Befestigung der mindestens einen Energiespeichereinrichtung und eine Bodenplatte. Die Vorrichtung zur Befestigung dient zur Befestigung der mindestens einen Energiespeichereinrichtung an der Bodenplatte.
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Die Vorrichtung zur Befestigung der mindestens einen Energiespeichereinrichtung umfasst mindestens eine Endplatte. Die Endplatte kann zur Halterung der Energiespeichereinrichtung dienen. Somit kann die Energiespeichereinrichtung an der Endplatte befestigt oder mit dieser mechanisch verbunden sein. Insbesondere können Batteriezellen eines Batteriezellmoduls zwischen zwei Endplatten verspannt sein. In diesem Fall können die zwei Endplatten über sogenannte Modulbinder miteinander mechanisch verbunden sein. Die Modulbinder können beispielsweise als Stahlbleche ausgebildet sein. Zwischen den Endplatten sind die Batteriezellen angeordnet, insbesondere in einer gestapelten Anordnung. Die Batteriezellen werden dann durch die über Modulbinder verbundenen Endplatten aneinander gedrückt und können somit über eine oder beide Endplatte(n) ortsfest an einer Bodenplatte befestigt werden.
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Weiter umfasst die Vorrichtung zur Befestigung mindestens ein Bodenbefestigungselement. Das Bodenbefestigungselement kann zum Befestigen oder Verbinden der Endplatte an/mit der Bodenplatte dienen. Das Verbinden bezeichnet hierbei ein mechanisches Verbinden. Die herstellbare Verbindung kann vorzugsweise eine lösbare Verbindung sein.
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Die Bodenplatte bezeichnet hierbei eine Halteeinrichtung für ein oder mehrere Energiespeichereinrichtung(en), wobei die Energiespeichereinrichtung(en) mittels der Halteeinrichtung im Fahrzeug ortsfest angeordnet sind. Insbesondere kann die Bodenplatte Teil eines sogenannten Batterietroges sein. Die Bodenplatte oder der Batterietrog kann mechanisch mit einer Karosserie des Fahrzeugs verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der Bodenplatte angeordnet. In einer solchen formschlüssigen Anordnung ist eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Bodenbefestigungselement und der Bodenplatte in der mindestens einen Formschluss-Raumrichtung hergestellt. Somit kann das Bodenbefestigungselement derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass die erläuterte formschlüssige Anordnung in der Bodenplatte möglich ist. Z. B. kann der zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements sich in die Bodenplatte hinein oder durch die Bodenplatte hindurch erstrecken. Die mindestens eine Formschluss-Raumrichtung kann insbesondere parallel zu einer ebenen Oberfläche der Bodenplatte orientiert sein.
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Die Formschluss-Raumrichtung kann eine Raumrichtung in einem Referenzkoordinatensystem, beispielsweise in einem kartesischen Koordinatensystem, sein. Insbesondere kann die Formschluss-Raumrichtung durch einen Richtungsvektor in diesem Referenzkoordinatensystem bzw. bezogen auf dieses Referenzkoordinatensystem beschrieben werden. Dieser Richtungsvektor repräsentiert eine Richtung, wobei in und/oder entgegen dieser Richtung eine Bewegung des Bodenbefestigungselements relativ zur Bodenplatte aufgrund der formschlüssigen Anordnung verhindert wird. Ein solches kartesisches Koordinatensystem kann beispielsweise zwei Achsen, die parallel zu der ebenen Oberfläche der Bodenplatte orientiert sind, und eine Achse, die senkrecht zur Oberfläche der Bodenplatte orientiert ist, aufweisen.
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Dass das Bodenbefestigungselement in dieser Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der Bodenplatte angeordnet ist, bedeutet, dass das Bodenbefestigungselement in dem Zustand, in dem es formschlüssig in der Bodenplatte angeordnet ist, keine Bewegung in und/oder entgegen dieser Formschluss-Raumrichtung ausführen kann. Selbstverständlich kann zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements auch in mehrere voneinander verschiedenen Raumrichtungen formschlüssig in der Bodenplatte angeordnet sein.
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Die mindestens eine Formschluss-Raumrichtung kann hierbei parallel zu einer ebenen Oberfläche der Bodenplatte orientiert sein. Auch kann die mindestens eine Formschluss-Raumrichtung senkrecht oder parallel zu einer ebenen batterieseitigen Oberfläche der Endplatte orientiert sein.
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Zur formschlüssigen Anordnung des Bodenbefestigungselements in der Bodenplatte kann das Bodenbefestigungselement in eine Formschluss-Raumlage bewegt werden. Hierbei kann ausschließlich in der Formschluss-Raumlage die erläuterte formschlüssige Verbindung hergestellt sein. Dies wird nachfolgend noch näher erläutert.
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Die vorgeschlagene Anordnung ermöglicht in vorteilhafter Weise, dass im befestigten Zustand, in dem die Endplatte über das Bodenbefestigungselement mit der Bodenplatte verbunden ist, keine Relativbewegung zwischen der an dem Bodenbefestigungselement befestigten Endplatte und der Bodenplatte in der mindestens einen Formschluss-Raumrichtung möglich ist. Dies wiederum reduziert in vorteilhafter Weise die Wahrscheinlichkeit für das vorhergehend erläuterte Lösen der Verbindung der Energiespeichereinrichtung mit der Bodenplatte.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die zumindest eine Formschluss-Raumrichtung parallel zu einer Hauptausdehnungsrichtung der Energiespeichereinrichtung orientiert. Die Hauptausdehnungsrichtung kann hierbei von dem Typ der Batteriezelle und/oder von der Anordnung der Batteriezelle relativ zur Endplatte abhängig sein. So können beispielsweise als Batteriezelltypen sogenannte Rundzellen, sogenannte Pouch-Zellen oder sogenannte prismatische Zellen verwendet werden. Insbesondere Pouch-Zellen und prismatische Zellen verändern genau oder hauptsächlich eine Dimension über die Lebensdauer und während des Ladens/Entladens. Je nach Anordnung der Batteriezelle relativ zur Endplatte kann die Hauptausdehnungsrichtung beispielsweise senkrecht zu einer Oberfläche der Endplatte oder parallel zu dieser Oberfläche orientiert sein.
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Somit ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass die durch Ausdehnung in dieser Hauptausdehnungsrichtung entstehenden Kräfte aufgrund des Formschlusses zwischen dem Bodenbefestigungselement und der Bodenplatte nicht die vorhergehend erläuterte Relativbewegung zwischen Energiespeichereinrichtung und Bodenplatte bewirken können.
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In einer weiteren Ausführungsform wird das Bodenbefestigungselement von der Endplatte ausgebildet. Somit kann das Bodenbefestigungselement und die Endplatte einstückig oder einteilig ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine vereinfachte Handhabung der Vorrichtung, insbesondere beim Befestigen.
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Alternativ ist das Bodenbefestigungselement an oder in der Endplatte angeordnet, insbesondere an oder in der Endplatte befestigt. In diesem Fall können das Bodenbefestigungselement und die Endplatte als separate Bauteile ausgebildet sein. Das Bodenbefestigungselement kann mit zumindest einem Freiheitsgrad beweglich an oder in der Endplatte angeordnet sein. Insbesondere kann das Bodenbefestigungselement drehbar an oder in der Endplatte angeordnet, insbesondere gelagert, sein. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass das Bodenbefestigungselement unabhängig von der Endplatte in den formschlüssig befestigten Zustand bewegt werden kann.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Bodenbefestigungselement in der Endplatte angeordnet, wobei die Endplatte eine Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Bodenbefestigungselements aufweist oder ausbildet. Beispielsweise kann die Ausnehmung eine sacklochartige Ausnehmung in der Endplatte sein. Auch kann die Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Bodenbefestigungselements Teil einer Durchgangsöffnung der Endplatte sein. Diese Durchgangsöffnung kann z.B. gestuft ausgebildet sein, wobei nur ein Abschnitt der Durchgangsöffnung die Ausnehmung ausbildet. Vorzugsweise ist eine zentrale Symmetrieachse der Ausnehmung parallel zu der batterieseitigen Oberfläche der Endplatte orientiert. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach durchzuführende und bauraumreduzierende Anordnung des Bodenbefestigungselements in der Endplatte.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Endplatte eine Durchgangsöffnung zur Aufnahme eines weiteren Befestigungsmittels auf oder bildet diese aus. Das weitere Befestigungsmittel kann zur Befestigung der Endplatte an der Bodenplatte mit dem Bodenbefestigungselement wechselwirken. Das weitere Befestigungsmittel kann insbesondere zur Befestigung der Endplatte an bzw. zum Verbinden der Endplatte mit der Bodenplatte dienen. Auch kann die Vorrichtung ein zum weiteren Befestigungsmittel korrespondierendes Befestigungselement umfassen, welches mit dem weiteren Befestigungselement wechselwirkt, um die Endplatte mit der Bodenplatte zu verbinden. Das weitere Befestigungsmittel kann insbesondere eine Schraube sein. In diesem Fall kann das korrespondierende Befestigungselement eine Mutter für eine Schraube-Mutter-Verbindung sein.
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Die Durchgangsöffnung der Endplatte kann, wie vorhergehend erläutert, die Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Bodenbefestigungselements ausbilden oder umfassen. Eine zentrale Symmetrieachse der Durchgangsöffnung kann hierbei parallel zur batteriezellenseitigen Oberfläche der Endplatte orientiert sein.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine bauraumreduzierende Befestigung der Endplatte an der Bodenplatte.
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In einer weiteren Ausführungsform fluchtet eine zentrale Symmetrieachse der Durchgangsöffnung mit einer zentralen Symmetrieachse der Ausnehmung zur Aufnahme des Bodenbefestigungselements. Im befestigten Zustand kann die zentrale Symmetrieachse orthogonal zu einer ebenen Oberfläche der Bodenplatte orientiert sein. Insbesondere in dieser Ausführungsform kann die Durchgangsöffnung als gestufte Durchgangsöffnung ausgebildet sein, wobei ein Abschnitt der Durchgangsöffnung die Ausnehmung zur Aufnahme ausbildet. Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Minimierung des Bauraumbedarfs für die Elemente und Mittel zur Befestigung der Endplatte an der Bodenplatte.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Bodenbefestigungselement als Mutter ausgebildet oder weist eine Mutter auf. Z. B. kann das Bodenbefestigungselement einen als Mutter ausgebildeten Abschnitt aufweisen. Die Mutter kann ein Innengewinde zur Aufnahme eines Gewindeabschnitts einer Schraube aufweisen. Die Mutter kann hierbei um die zentrale Symmetrieachse drehbar an oder in der Endplatte, insbesondere in der Ausnehmung zur Aufnahme, gelagert sein. Das Vorsehen einer Mutter ermöglicht in vorteilhafter Weise ein Verschrauben der Endplatte mit der Bodenplatte und somit das Herstellen einer kraftschlüssigen Verbindung in zumindest eine Raumrichtung. Die kraftschlüssige Verbindung ist hierbei zusätzlich zur formschlüssigen Verbindung herstellbar. Somit kann die Raumrichtung der kraftschlüssigen Verbindung von der Formschluss-Raumrichtung abweichen. Zur Herstellung der kraftschlüssigen Verbindung kann es selbstverständlich notwendig sein, dass zumindest ein Abschnitt der Endplatte als auch ein Abschnitt der Bodenplatte im befestigten Zustand zwischen der Mutter und einem Schraubenkopf angeordnet ist. Durch das Verschrauben des Gewindeabschnitts der Schraube mit der Mutter kann in vorteilhafter Weise auch das Bodenbefestigungselement mit der Endplatte verbunden werden.
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In einer weiteren Ausführungsform ist die Mutter als Exzentermutter ausgebildet. Eine Exzentermutter kann z.B. einen zentralen Abschnitt aufweisen, der eine Durchgangsöffnung mit dem Innengewinde aufweist. Weiter kann die Exzentermutter mindestens einen auskragenden Abschnitt aufweisen, der sich von dem zentralen Abschnitt radial nach außen erstreckt. Eine Höhe des zentralen Abschnitts kann hierbei größer sein als eine Höhe des mindestens einen auskragenden Abschnitts. Vorzugsweise weist die Exzentermutter zwei auskragende Abschnitte auf, die sich radial in entgegengesetzte Richtungen vom zentralen Abschnitt weg erstrecken.
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Die auskragenden Abschnitte können zum formschlüssigen Verbinden der Exzentermutter mit der Bodenplatte dienen. Beispielsweise kann die Bodenplatte, wie nachfolgend noch näher erläutert, eine Ausnehmung aufweisen, in der die Exzentermutter mit den auskragenden Abschnitten anordenbar ist, wobei in zumindest einer Raumlage der Exzentermutter diese in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig mit der Bodenplatte verbunden ist. Diese Raumlage kann also als Formschluss-Raumlage bezeichnet werden. In einer oder mehreren von dieser Formschluss-Raumlage verschiedenen Raumlage(n) kann die formschlüssige Verbindung in dieser Formschluss-Raumrichtung nicht gegeben sein.
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Durch die Ausbildung der Mutter als Exzentermutter ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass durch ein Bauteil sowohl die erläuterte formschlüssige Verbindung des Bodenbefestigungselements und einer damit verbundenen Endplatte mit der Bodenplatte als auch das Verschrauben der Endplatte mit der Bodenplatte ermöglicht wird. Dies reduziert insbesondere Bauraumanforderungen für die vorgeschlagene Vorrichtung.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Bodenplatte mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Bodenbefestigungselements der Vorrichtung zur Befestigung der zumindest einen Energiespeichereinrichtung auf oder bildet diese Ausnehmung aus. Die Vorrichtung zur Befestigung kann hierbei gemäß einer der in dieser Offenbarung erläuterten Ausführungsform ausgebildet sein. Vorzugsweise weist die Bodenplatte mehrere Ausnehmungen zur Befestigung mehrerer Energiespeichereinrichtungen an der Bodenplatte auf.
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Weiter ist zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der mindestens einen Ausnehmung der Bodenplatte angeordnet. Somit kann die Ausnehmung derart angeordnet und/oder ausgebildet sein, dass die in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssige Anordnung des Bodenbefestigungselements ermöglicht wird.
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Die Ausnehmung kann vorzugsweise mindestens einen sacklochartigen Abschnitt und mindestens einen Durchgangsöffnungsabschnitt aufweisen. Der sacklochartige Abschnitt kann insbesondere an einer Unterseite der Bodenplatte angeordnet sein, wobei die Endplatte im befestigten Zustand an einer der Unterseite gegenüberliegenden Oberseite angeordnet ist. Die Ausnehmung kann derart ausgebildet sein, dass das Bodenbefestigungselement in zumindest einer, vorzugsweise jedoch in mehreren, Raumlage(n) von der Oberseite und/oder von der Unterseite her in die Ausnehmung eingebracht, z.B. eingesteckt, werden kann. Diese Raumlage(n) kann/können auch als Montage-Raumlage(n) bezeichnet werden. Weiter kann die Ausnehmung derart ausgebildet sein, dass eine Bewegung des Bodenbefestigungselements in eine Formschluss-Raumlage ausführbar ist, wobei in der Formschluss-Raumlage die formschlüssige Anordnung hergestellt ist. Die Bewegung kann insbesondere eine Drehbewegung sein oder einen Drehbewegungsanteil umfassen. Die Bewegung in die Formschluss-Raumlage kann aus einer von der Formschluss-Raumlage verschiedenen Raumlage, insbesondere aus einer Montage-Raumlage, durchgeführt werden.
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Beispielsweise kann die Ausnehmung einen zentralen Abschnitt aufweisen, der eine Durchgangsöffnung bereitstellt. Die Durchgangsöffnung kann eine Form aufweisen, die an eine äußere Form des Bodenbefestigungselements angepasst ist. Z.B. kann die Durchgangsöffnung einen runden zentralen Bereich aufweisen, wobei sich von diesem zentralen Bereich auskragende Abschnitte, deren Form an die Form der auskragenden Abschnitte der Exzentermutter angepasst ist, radial nach außen erstrecken. Dieser zentrale Abschnitt kann zum Einbringen der erläuterten Exzentermutter dienen.
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Weiter kann die Ausnehmung sacklochartige Abschnitte aufweisen. Diese können benachbart zu dem zentralen Abschnitt angeordnet sein. Diese sacklochartigen Abschnitte können zumindest teilweise von Seitenwänden umgeben sein, die von der Bodenplatte ausgebildet werden. Wird eine in der Montage-Raumlage in den zentralen Abschnitt der Ausnehmung eingebrachte Exzentermutter verdreht, so können sich die auskragenden Abschnitte der Exzentermutter in den sacklochartigen Abschnitten bewegen. Im befestigten Zustand können dann stirnseitige Enden der auskragenden Abschnitte an einer von der Bodenplatte ausgebildeten Seitenwand anliegen und somit die formschlüssige Verbindung bereitstellen.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine Anordnung mit einer Bodenplatte, an der eine Energiespeichereinrichtung über die Endplatte und das Bodenbefestigungselement zuverlässig befestigt werden kann, wobei im befestigten Zustand keine Relativbewegung zwischen Bodenplatte und Endplatte in mindestens einer Formschluss-Raumrichtung möglich ist. Dies wiederum verringert, wie vorhergehend erläutert, die Wahrscheinlichkeit für ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung zwischen Energiespeichereinrichtung und Bodenplatte.
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In einer weiteren Ausführungsform ist das Bodenbefestigungselement, insbesondere auch im befestigten Zustand, in zumindest einer von der Formschluss-Raumrichtung abweichenden Bewegungsrichtung beweglich in der Bodenplatte angeordnet, wobei eine Bewegung des Bodenbefestigungselements begrenzt ist. Die Bewegung kann eine Bewegung in die Formschluss-Raumlage sein, insbesondere von einer Montage-Raumlage. Die Bewegung kann hierbei eine Translationsbewegung oder eine Drehbewegung sein. Auch kann die Bewegung sowohl einen Translations- als auch einen Drehbewegungsanteil (Rotationsanteil) umfassen. Insbesondere in der Formschluss-Raumlage kann die Bewegung in zumindest eine Bewegungsrichtung begrenzt sein.
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Vorzugsweise ist das das Bodenbefestigungselement drehbar in der Bodenplatte angeordnet, wobei eine Drehbewegung des Bodenbefestigungselements begrenzt ist. Insbesondere kann die Ausnehmung derart ausgebildet sein, dass ein maximaler Drehwinkel der möglichen Drehbewegung des Befestigungselements kleiner als 360°, vorzugsweise kleiner als oder gleich 90°, ist. Durch die Drehbewegung kann das Bodenbefestigungselement in die Formschluss-Raumlage bewegt werden.
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Dient das Bodenbefestigungselement als Mutter, so kann sich das Bodenbefestigungselement beim Einschrauben einer Schraube in die Mutter in die entsprechende Verschraubrichtung verdrehen. Die Verdrehung kann insbesondere eine Verdrehung von der Montage-Raumlage in die Formschluss-Raumlage sein. Um dann eine weitere Verschraubung der Endplatte mit der Bodenplatte zu ermöglichen, kann es notwendig sein, die Mutter bezüglich mindestens einer Drehrichtung, die der Verschraubrichtung entsprechen kann, ortsfest bzw. unbeweglich anzuordnen. Diese ortsfeste Anordnung der Mutter kann durch die Begrenzung der Drehbewegung erfolgen, die eine weitere Verdrehung der Mutter in der Drehrichtung verhindert. Wird die Schraube beim Einschraubvorgang weiter verdreht und kann sich also das Bodenbefestigungselement nicht weiter verdrehen und es erfolgt ein Verschrauben der Endplatte mit der Bodenplatte.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise, dass in einem Arbeitsgang, nämlich durch das Einschrauben der Schraube in die Mutter, das Bodenbefestigungselement in die Formschluss-Raumlage bewegt und die Endplatte mit der Bodenplatte verschraubt werden kann. Dies ermöglicht also eine zeitlich schnelle und einfach durchzuführende Befestigung.
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In einer weiteren Ausführungsform bildet die Bodenplatte zumindest eine Anschlagfläche zur Begrenzung der Bewegung aus. Die Anschlagfläche kann insbesondere von einer Seitenwand bereitgestellt werden, die einen sacklochartigen Abschnitt der Ausnehmung in der Bodenplatte umfasst bzw. umgibt. Hierbei ist vorstellbar, dass eine erste Seitenwand der Ausnehmung eine Anlagefläche für die stirnseitigen Enden der auskragenden Abschnitte der Exzentermutter in der Formschluss-Raumlage bildet, während eine weitere Seitenwand die Anschlagfläche bildet.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine fertigungstechnisch einfach bereitzustellende Begrenzung der Bewegung.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Vorrichtung zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung, insbesondere in einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung eine Endplatte und mindestens ein Bodenbefestigungselement umfasst. Die Energiespeichereinrichtung kann gemäß einem oder mehreren der in dieser Offenbarung erläuterten Aspekte ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest eine Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in einer Bodenplatte anordenbar ist. Die Vorrichtung zur Befestigung ist somit derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in einer Bodenplatte angeordnet werden kann. Die Vorrichtung zur Befestigung ist hierbei gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.
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Somit dient die Vorrichtung zur Befestigung zur Herstellung einer Anordnung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Mittels der Vorrichtung zur Befestigung kann in vorteilhafter Weise mindestens eine Energiespeichereinrichtung zuverlässig und langfristig an einer Bodenplatte befestigt werden.
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Weiter vorgeschlagen wird eine Bodenplatte zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung. Die Energiespeichereinrichtung kann gemäß einem oder mehreren der in dieser Offenbarung erläuterten Aspekte ausgebildet sein. Die Bodenplatte weist mindestens eine Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils eines Bodenbefestigungselements einer Vorrichtung zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung auf oder bildet diese aus.
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Erfindungsgemäß ist zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der mindestens einen Ausnehmung der Bodenplatte anordenbar. Die Bodenplatte und insbesondere die mindestens eine Ausnehmung ist somit derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil eines Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der Bodenplatte angeordnet werden kann. Die Bodenplatte und die Vorrichtung zur Befestigung sind hierbei gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet.
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Insbesondere kann die Ausnehmung derart ausgebildet sein, dass das Bodenbefestigungselement drehbar in der Bodenplatte anordenbar ist, wobei eine Drehbewegung des Bodenbefestigungselements begrenzt ist. Weiter kann die Ausnehmung derart ausgebildet sein, dass zumindest eine Anschlagfläche zur Begrenzung der Drehbewegung bereitgestellt wird.
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Somit dient die Bodenplatte zur Herstellung einer Anordnung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen. Mittels der Bodenplatte kann mindestens eine Energiespeichereinrichtung über eine entsprechende Vorrichtung zur Befestigung in vorteilhafter Weise zuverlässig und langfristig an einer Bodenplatte befestigt werden.
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Weiter vorgeschlagen wird ein Verfahren zur Befestigung einer Vorrichtung zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung an einer Bodenplatte. Hierbei wird ein Bodenbefestigungselement der Vorrichtung zur Befestigung zumindest einer Energiespeichereinrichtung gemäß einer der in dieser Offenbarung beschriebenen Ausführungsformen derart in einer Ausnehmung einer Bodenplatte gemäß einer der in dieser Erfindung beschriebenen Ausführungsformen angeordnet, dass zumindest ein Teil des Bodenbefestigungselements in zumindest einer Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der mindestens einen Ausnehmung der Bodenplatte angeordnet ist. An der Vorrichtung kann mindestens eine Energiespeichereinrichtung befestigt sein.
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Beispielsweise kann das Bodenbefestigungselement in einer Montage-Raumlage in die Ausnehmung eingebracht werden. In einem zweiten Schritt kann das Bodenbefestigungselement aus der Montage-Raumlage in eine Formschluss-Raumlage bewegt werden. Dies kann insbesondere durch eine Verdrehung erfolgen. In der Formschluss-Raumlage kann das Bodenbefestigungselement in der mindestens einen Formschluss-Raumrichtung formschlüssig in der Ausnehmung angeordnet sein. Die Drehbewegung kann hierbei eine Drehbewegung um eine zentrale Symmetrieachse des Bodenbefestigungselements sein. Diese kann beispielsweise eine zentrale Symmetrieachse eines Abschnittes des Bodenbefestigungselements sein, die das Innengewinde zur Aufnahme eines Gewindeabschnittes einer Schraube ausbildet.
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Hierdurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine einfach und zeitlich schnell herzustellende Befestigung der Endplatte und somit auch mit der Endplatte verbundenen Energiespeichereinrichtungen mit der Bodenplatte, wobei im befestigten Zustand die Gefahr des Auftretens der erläuterten Relativbewegung und somit eines Lösens der Befestigung reduziert wird.
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Weiter beschrieben wird ein Verfahren zur Herstellung einer Bodenplatte gemäß einer der in dieser Erfindung beschriebenen Ausführungsformen. Hierbei kann eine Bodenplatte mit einer Ausnehmung zur Aufnahme zumindest eines Teils des Bodenbefestigungselements bereitgestellt werden. Dies kann beispielsweise durch ein Stanzbiegeverfahren, ein Druckgussverfahren, ein Fräsverfahren oder ein Schmiedeverfahren erfolgen.
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Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figuren zeigen:
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1 einen schematischen Querschnitt durch eine Anordnung zur Befestigung eines Batteriezellmoduls,
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2 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenplatte mit einem Bodenbefestigungselement in einem Formschluss-Zustand und
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3 eine schematische Draufsicht auf eine Bodenplatte und ein Bodenbefestigungselement in einer Montage-Raumlage.
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Nachfolgend bezeichnen gleiche Bezugszeichen Elemente mit gleichen oder ähnlichen technischen Merkmalen.
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1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine erfindungsgemäße Anordnung 1 zur Befestigung eines Batteriezellmoduls 2 an einer Bodenplatte 3. Hierbei ist nur eine Batteriezelle 4 des Batteriezellmoduls 2 dargestellt.
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Dargestellt ist eine Längsrichtung x und eine Vertikalrichtung z. Die Vertikalrichtung z ist senkrecht zu einer ebenen Oberfläche der Bodenplatte 3 und von einer Unterseite zu einer Oberseite der Bodenfläche 3 orientiert. Die Längsrichtung x ist parallel zu der ebenen Bodenfläche 3 orientiert. In 2 und 3 ist weiter eine Querrichtung y dargestellt, die senkrecht zur Längs- und Vertikalrichtung x, z orientiert ist. Entlang der Längsrichtung x können weitere Batteriezellen des Batteriezellmodus 2, die aneinander anliegen, angeordnet sein. Weiter dargestellt ist eine Isolationsschicht 5, die zwischen der dargestellten Batteriezelle 4 und einer Endplatte 6 angeordnet ist. Die Endplatte 6 ist Teil einer Vorrichtung zur Befestigung des Batteriezellmoduls 2. Diese Vorrichtung umfasst neben der Endplatte 6 ein Bodenbefestigungselement 7, welches als Exzentermutter ausgebildet ist.
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Die Batteriezelle 4 und die weiteren, nicht dargestellten Batteriezellen des Batteriezellmoduls 2 sind zwischen der dargestellten Endplatte 6 und einer weiteren, nicht dargestellten Endplatte verspannt, wobei die nicht dargestellte Endplatte entlang der Längsrichtung x von der dargestellten Endplatte 6 mit einem vorbestimmten Abstand beabstandet angeordnet ist. Im verspannten Zustand sind die Batteriezellen 2 zwischen den Endplatten 6 verklemmt, wobei die Endplatten 6 über nicht dargestellte Modulbinder verbunden sind.
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Die Endplatte 6 weist eine Durchgangsöffnung 8 auf. Die Durchgangsöffnung 8 weist einen ersten Abschnitt 9 und einen weiteren Abschnitt 10 auf, wobei ein Durchmesser des weiteren Abschnitts 10 größer als ein Durchmesser des ersten Abschnitts 9 ist. Der erste Abschnitt 9 ist hierbei entlang der Vertikalrichtung z über dem weiteren Abschnitt 10 angeordnet. Der weitere Abschnitt 9 bildet eine Ausnehmung zur Aufnahme des Bodenbefestigungselements 7 aus. Somit ist die Durchgangsöffnung 8 im Querschnitt gestuft ausgebildet.
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Das Bodenbefestigungselement 7 weist einen zentralen Abschnitt 11 und zwei auskragende Abschnitte 12 auf. Der zentrale Abschnitt 11 weist eine zentrale Durchgangsöffnung mit einem Innengewinde auf und dient somit als Mutter. In das Innengewinde kann ein Gewindeabschnitt einer Schraube 13 eingebracht werden. Die Schraube 13 wird hierbei von oben in die Durchgangsöffnung 8 der Endplatte 6 eingebracht und in das Innengewinde des Bodenbefestigungselements 7 eingesteckt. Wird dann die Schraube 13 verdreht, so wird der Gewindeabschnitt der Schraube 13 in das Innengewinde des Bodenbefestigungselements 11 eingeschraubt, wobei dann das Bodenbefestigungselement 11 ebenfalls mit der Verdrehrichtung der Schraube 13 verdreht wird. Durch die Verdrehung kann das Bodenbefestigungselement 11 von einer Montage-Raumlage (siehe 3) in eine Formschluss-Raumlage (siehe 2) verdreht werden. In der Formschluss-Raumlage kann eine weitere Verdrehung des Bodenbefestigungselements 11 in der Einschraub-Drehrichtung der Schraube 13 verhindert sein, wodurch die Schraube 13 weiter in das Innengewinde hinein und gegebenenfalls durch das Innengewinde hindurch bewegt wird. Hierdurch kann die Endplatte 6 mit der Bodenplatte 3 verschraubt werden.
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1 zeigt das Bodenbefestigungselement 7 in der Formschluss-Raumlage, wobei gleichzeitig die Endplatte 6 über die Schraube 13 und das Bodenbefestigungselement 7 mit der Bodenplatte 3 verschraubt ist. Hierbei liegen Stirnflächen der auskragenden Abschnitte 12 des Bodenbefestigungselements 7 an Seitenflächen 14 an, die sacklochartige Abschnitte 15 (siehe 2) einer Ausnehmung 16 der Bodenplatte 3 umgeben und die von der Bodenplatte 3 ausgebildet werden.
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Es ist möglich, dass eine Länge der Batteriezelle 4 über die Lebensdauer und beim Laden der Batteriezelle 4 entlang der Längsrichtung x zunimmt. Hierdurch entstehen Kräfte in Längsrichtung x, die auf die Endplatte 6 wirken. Diese Kräfte werden jedoch über die Endplatte 6 und das Bodenbefestigungselement 7 aufgrund der formschlüssigen Verbindung in Längsrichtung x in die Bodenplatte 3 geleitet. Dieser Kraftfluss erfolgt insbesondere für Kräfte, die in einem Fußbereich der Endplatte 6 auf die Endplatte 6 wirken. In dem in 1 dargestellten Zustand ist keine Relativbewegung zwischen der Bodenplatte 3 und der Endplatte 6 aufgrund dieser Ausdehnung der Batteriezellen 4 in bzw. entgegen der Längsrichtung x möglich, da die Endplatte 6 über das Bodenbefestigungselement 7 in dieser Raumrichtung formschlüssig mit der Bodenplatte 3 verbunden ist.
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In 2 ist eine Draufsicht auf eine Bodenplatte 3 mit einem Bodenbefestigungselement 7 in einer Formschluss-Raumlage dargestellt. Angedeutet sind sacklochartige Abschnitte 15 der Ausnehmung 16 der Bodenplatte 3 zur Aufnahme des Bodenbefestigungselements 7. In der Formschluss -Raumlage liegen Stirnseiten der auskragenden Abschnitte 12 an Seitenwänden 14 der sacklochartigen Abschnitte 15 an. Weiter liegen Seitenflächen der auskragenden Abschnitte 12 an weiteren Seitenwänden 17 der sacklochartigen Abschnitte 15 an. Diese weiteren Seitenwände 17 bilden Anschlagflächen und begrenzen die Drehbewegung des Bodenbefestigungselements 7 um eine Drehachse, die parallel zu der in 1 dargestellten Vertikalrichtung z orientiert ist.
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In 2 ist ersichtlich, dass ein Teilabschnitt der auskragenden Abschnitte 12 unter einem Abschnitt der Bodenplatte 3 angeordnet ist, wobei dieser Abschnitt der Bodenplatte 3 zwischen einer zentralen Durchgangsöffnung 18 der Ausnehmung 16 und einer weiteren Durchgangsöffnung 19 der Ausnehmung 16 angeordnet ist.
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In 3 ist eine Draufsicht auf die in 1 und 2 dargestellte Bodenplatte 3 und Bodenbefestigungselement 7 in einer Montage-Raumlage dargestellt. Hierbei befindet sich das Bodenbefestigungselement 7 in einer Raumlage, in der der zentrale Abschnitt 11 und die auskragenden Abschnitte 12 in die zentrale Durchgangsöffnung 18 der Ausnehmung 16 von einer Oberseite oder einer Unterseite der Bodenplatte 3 her eingesteckt werden können. Somit ist eine Form der zentralen Durchgangsöffnung 18 an die äußere Form des Bodenbefestigungselements 7 angepasst. Aus dieser Montage-Raumlage kann das Bodenbefestigungselement 7 bei einer Verdrehung um die Vertikalrichtung z (siehe 1) in die in 2 dargestellte Formschluss-Raumlage verdreht werden. Diese Verdrehung erfolgt, wenn der Gewindeabschnitt der Schraube 13 in das Innengewinde des Bodenbefestigungselements 7 eingeschraubt wird. Durch die vorhergehend erläuterten Anschlagflächen ist die Drehbewegung des Bodenbefestigungselements 7 begrenzt. Insbesondere ist in der Formschluss-Raumlage keine weitere Verdrehung in Einschraub-Drehrichtung möglich. Hierdurch wird sichergestellt, dass die Schraube 13 sich in der Formschluss-Raumlage weiter in das Innengewinde einschrauben kann und eine Schraubverbindung mit gewünschter Vorspannkraft zwischen der Endplatte 6 und der Bodenplatte 3 hergestellt werden kann.
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Die weiteren Durchgangsöffnungen 19 dienen zum Bereitstellen der Anschlagflächen. Die als Schlitze ausgebildeten weiteren Durchgangsöffnungen 19 der Ausnehmung 16 sowie die zentrale Durchgangsöffnung 18 können beispielsweise in einem Stanzbiegeverfahren hergestellt werden. Beim Stanzen der weiteren Durchgangsöffnungen 19 kann ein von der Unterseite abstehender Abschnitt 20 (siehe 1) der Bodenplatte 3 bereitgestellt werden, der wiederum die Seitenwand 14 zur Anlage der Stirnseiten der auskragenden Abschnitte 12 ausbildet. In gleicher Weise können die weiteren Seitenwände 17 zur Begrenzung der Drehbewegung des Bodenbefestigungselements 7 ausgebildet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anordnung
- 2
- Batteriezellmodul
- 3
- Bodenplatte
- 4
- Batteriezelle
- 5
- Isolationsschicht
- 6
- Endplatte
- 7
- Bodenbefestigungselement
- 8
- Durchgangsöffnung
- 9
- erster Abschnitt
- 10
- weiterer Abschnitt
- 11
- zentraler Abschnitt
- 12
- auskragender Abschnitt
- 13
- Schraube
- 14
- Seitenwand
- 15
- sacklochartiger Abschnitt
- 16
- Ausnehmung
- 17
- weitere Seitenwand
- 18
- zentrale Durchgangsöffnung
- 19
- weitere Durchgangsöffnung
- 20
- abstehender Abschnitt
- x
- Längsrichtung
- y
- Querrichtung
- z
- Vertikalrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012218473 A1 [0003]
- EP 2141756 A1 [0004]
- EP 2323194 A1 [0005]