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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterievorrichtung für ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sowie ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb und einer solchen Batterievorrichtung.
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Es ist bekannt, dass immer mehr Fahrzeuge mit elektrischen Antrieben versehen werden. Dabei kann es sich sowohl um Fahrzeuge mit komplett elektrischem Antrieb als auch mit einer elektrischen Unterstützung handeln. Um den elektrischen Antrieb mit Energie zu versorgen bzw. für längere Fahrten einen Energiespeicher zur Verfügung zu stellen, werden üblicherweise Batterien eingesetzt. Diese Batterien weisen eine Vielzahl einzelner Batteriemodule auf, die zusammengesetzt zu einer Batterie in einem Gehäuse angeordnet sind. Dieses Gehäuse dient dem Schutz und der thermischen Isolierung der einzelnen Batteriemodule. Dieses Gehäuse wird zusammen mit der Batterie als Batterievorrichtung in dem Fahrzeug in einer entsprechenden Batterieaufnahme eingesetzt.
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Nachteilhaft bei den bekannten Lösungen ist es, dass elektrisch angetriebene Fahrzeuge grundsätzlich sehr schwer sind. Dies beruht insbesondere auf dem Gewicht der einzelnen Batteriemodule. Damit ergibt sich ein Grundproblem, dass für eine größere Reichweite mehr Batteriemodule notwendig sind. Dies führt jedoch gleichzeitig zu einem erhöhten Gewicht und dementsprechend wiederum zu einem erhöhten Verbrauch. Dementsprechend ist die bekannte Lösung, Batterievorrichtungen in einer entsprechenden Gehäuseaufnahme einzusetzen, zwar eine grundsätzliche Möglichkeit, jedoch hinsichtlich des notwendigen Platzbedarfs sowie möglicher Gewichtseinsparungen noch optimierbar.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise eine Gewichtseinsparung bei gleichen und/oder besseren mechanischen Eigenschaften für eine solche Batterievorrichtung zur Verfügung zu stellen.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Batterievorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterievorrichtung beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Batterievorrichtung ist für ein Fahrzeug mit elektrischem Antrieb ausgestattet. Dafür weist die Batterievorrichtung eine Batterie zur Speicherung von elektrischer Energie auf. Innerhalb eines Gehäuses ist diese Batterie angeordnet, wobei das Gehäuse zumindest eine Seitenwand aufweist. Die Seitenwand ist mit einer Wandträgerstruktur zur Übertragung mechanischer Lasten auf eine Karosserieträgerstruktur des Fahrzeugs ausgestattet.
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Im Gegensatz zu den bisher bekannten Lösungen, welche die Batterie in einem entsprechenden Schutzgehäuse angeordnet hatten, ist bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung dieses Gehäuse mit einer zusätzlichen Funktionalität ausgestattet. Neben dem Schutz der einzelnen Batteriemodule der Batterie und der entsprechenden thermischen Isolierung kann auf diese Weise nun auch eine mechanische Zusatzfunktion zur Verfügung gestellt werden. Die beschriebene Wandträgerstruktur in der jeweiligen Seitenwand ist zur Übertragung mechanischer Lasten auf eine Karosserieträgerstruktur des Fahrzeugs ausgestaltet. Das bedeutet also, dass nun die Seitenwand mit der entsprechenden Wandträgerstruktur ein Teil des gesamten Karosserieträgers des Fahrzeugs ausgestalten kann. Mit anderen Worten übernimmt nun die Wandträgerstruktur des Gehäuses der Batterievorrichtung ebenfalls mechanisch tragende Aufgaben der gesamten Fahrzeugkarosserie. Dies führt dazu, dass für den Teil, in welchem nun die Batterievorrichtung angeordnet ist, eine zusätzliche mechanische Stabilisierung durch separate Karosserieträgerbauteile vermieden werden kann. Die Funktionseinheit der mechanischen Abtragung von Lasten und der gleichzeitigen Gehäusefunktionalität für die Batterievorrichtung führt dementsprechend zur Einsparung von Bauteilen und auf diese Weise zu einem reduzierten Platzbedarf bei reduziertem Gewicht.
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Bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung kann das Gehäuse hinsichtlich seiner primären Funktonalität in üblicher Weise ausgestaltet sein. Dies kann sich zum Beispiel auf die entsprechende Schutzfunktionalität beziehen, um einen mechanischen Schutz, insbesondere in Unfallsituationen, für die einzelnen Batteriemodule zur Verfügung stellen zu können. Gleichzeitig oder zusätzlich bzw. alternativ ist es auch denkbar, dass das Gehäuse eine entsprechende thermische Isolationsfunktion aufweist, um in besonders kalten oder in besonders heißen Situationen eine Temperierung des einzelnen Batteriemoduls bzw. der gesamten Batterie zu verbessern. Auch weitere Funktionen, wie zum Beispiel Kühlfunktionalität bzw. Temperierfunktionalität, können weiterhin in einem solchen Gehäuse eingesetzt werden.
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Erfindungsgemäß ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wandträgerstruktur als direkter Teil der Seitenwand ausgebildet ist bzw. die Seitenwand um die zusätzliche Funktionalität ergänzt. Dies ist zum Beispiel dann der Fall, wenn es sich bei der jeweiligen Seitenwand, um ein relativ einfaches und glattes Bauteil handelt. Auf einer solchen Seitenwand kann nun eine entsprechende Wandträgerstruktur aufgesetzt und mechanisch befestigt sein. Dabei ist es ausreichend, wenn eine einfache mechanische Befestigung vorgesehen ist, da die Übertragung mechanischer Lasten vorzugsweise an dem Gehäuse der Batterievorrichtung vorbeigeht. So ist es beispielsweise denkbar, dass zwischen der Wandträgerstruktur und der Seitenwand bzw. dem Rest des Gehäuses und/oder der Batterie innerhalb des Gehäuses eine Gleitlagerung ausgebildet ist, welche zwar die Batterievorrichtung in der gewünschten Position im Fahrzeug hält, jedoch bei einer Deformation der Karosserieträgerstruktur und/oder der Wandträgerstruktur die mechanische Einwirkung auf das Gehäuse bzw. die Batterie reduziert bzw. auf ein Minimum verringert.
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Durch das erfindungsgemäße Ausbilden der Wandträgerstruktur kann somit nun die gesamte Batterievorrichtung in das Karosserieträgerkonzept des Fahrzeugs mit eingebunden werden. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass die Wandträgerstruktur zumindest teilweise die Karosserieträgerstruktur ausbildet bzw. zur Verstärkung der Karosserieträgerstruktur beiträgt.
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Da üblicherweise bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb die Batterievorrichtungen sehr großen Bauraum benötigen, zum Beispiel im Wesentlichen den kompletten Unterboden eines Fahrzeugs ausmachen, sind dementsprechend die erzielbaren Gewichtseinsparungen und die erzielbaren Platzeinsparungen von sehr großer Bedeutung für die Entwicklung von Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb.
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Es sei noch darauf hinzuweisen, dass die Ausbildung von zumindest einer Seitenwand in erfindungsgemäßer Weise mit einer Wandträgerstruktur bereits die erläuterten Vorteile zur Verfügung stellt. Selbstverständlich wird durch die Ausbildung weiterer Seitenwände der erfindungsgemäße Effekt mit seinen Vorteilen noch weiter verstärkt. Wie später noch erläutert werden wird, sind insbesondere jeweils zumindest zwei Seitenwände, bevorzugt vier oder sogar alle Seitenwände in erfindungsgemäßer Weise mit einer solchen Wandträgerstruktur ausgebildet. Die Ausrichtung der Wandträgerstruktur orientiert sich dabei vorzugsweise an der Ausrichtung der in der Umgebung der Batterievorrichtung verlaufenden Karosserieträgerstruktur.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung das Gehäuse zumindest zwei Seitenwände mit jeweils einer Wandträgerstruktur aufweist, wobei die Seitenwände und/oder die Wandträgerstrukturen zueinander insbesondere parallel ausgerichtet sind. Bei den zumindest zwei Seitenwänden handelt es sich vorzugsweise um zwei Längs-Seitenwände und/oder um zwei Quer-Seitenwände. Das bedeutet also, dass eine vorzugsweise parallele Ausrichtung eine entsprechend symmetrische Abstützung und Übertragung von mechanischen Lasten auf die Karosserieträgerstruktur ermöglicht. Ein asymmetrisches Einbringen, welches möglicherweise zur Aufnahme von Drehmomenten in der Karosserieträgerstruktur bzw. innerhalb der Batterievorrichtung führen würde, wird auf diese Weise mit hoher Wahrscheinlichkeit vermieden. Vorzugsweise sind sowohl die Längs-Seitenwände als auch die Quer-Seitenwände in entsprechender Weise mit einer Wandträgerstruktur ausgestattet. Hier ist nochmals darauf hinzuweisen, dass sich die einzelnen Wandträgerstrukturen vorzugsweise flächig entlang der Oberfläche der jeweiligen Seitenwand erstrecken. Die winklige Ausrichtung, also entlang der Fläche von unten nach oben oder auf gleichbleibender Höhe, ist für die Wandträgerstruktur im Wesentlichen frei wählbar und ist insbesondere an den realen Verlauf der umgebenden Karosserieträgerstruktur in entsprechender Weise angepasst.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung die Wandträgerstruktur in Einbausituation im Fahrzeug den Verlauf eines Längsträgers und/oder eines Querträgers fortsetzt oder einen Teilabschnitt eines Längsträgers und/oder eines Querträgers ausbildet. Dies führt dazu, dass die beschriebenen Platzersparnisse und die Gewichtsreduktion besonders vorteilhaft erreicht werden können. So ist insbesondere ein Knick oder ein unerwünscht aufwendiger konstruktiver Verlauf der gesamten mechanischen Lasten durch die Längsträger bzw. Querträger und die Batterievorrichtung hindurch vermeidbar. Die Ausrichtung ist dabei vorzugsweise, wie im voranstehenden Absatz erläutert worden ist, entlang der jeweiligen Seitenwand, jedoch hinsichtlich der winkligen Ausrichtung in Höhenrichtung frei gewählt bzw. wählbar. Dadurch, dass nun Längsträger und/oder Querträger zumindest teilweise sogar durch die Wandträgerstruktur ausgebildet werden können, ersetzt in diesen Teilabschnitten die Wandträgerstruktur sozusagen die Karosserieträgerstruktur. Hier wird nochmals besonders gut der große Vorteil hinsichtlich Gewichtsreduktion und Platzersparnis deutlich.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung die Wandträgerstruktur als Hohlprofil, insbesondere als Strangpressprofil, ausgebildet ist. Dabei handelt es sich um eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit der Herstellung einer solchen Wandträgerstruktur bzw. der entsprechenden Seitenwand. Dabei ist es möglich, einen vorzugsweisen rechteckigen oder runden Querschnitt zur Verfügung zu stellen, welcher hinsichtlich seiner mechanischen Stabilität mit besonders geringem Gewicht einhergeht. Eine Ausformung als Strangpressprofil ist dabei besonders einfach und kostengünstig hinsichtlich der tatsächlichen Umsetzung eines solchen Hohlprofils anzusehen. Selbstverständlich kann die Wandträgerstruktur auch zusammengesetzte Querschnitte aufweisen, wobei vorzugsweise alle einzelnen Teilquerschnitte der Wandträgerstruktur als entsprechendes Hohlprofil ausgestaltet sind. Auch die Seitenwand kann, wie später noch erläutert wird, sowohl als Vollmaterial, zum Beispiel mittels eines Gussverfahrens, als auch als Hohlprofil ausgebildet werden.
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Weiter von Vorteil ist es, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung die zumindest eine Seitenwand, vorzugsweise das gesamte Gehäuse, gegossen ist. Dabei kann sowohl ein gemeinsames Gießen als auch ein separates Gießen aller Seitenwände erfolgen, welche dann anschließend zusammengesetzt werden. Je nachdem, welche zusätzlichen Funktionen, hinsichtlich thermischer Isolation und mechanischem Schutz für die Batterievorrichtung in dem Gehäuse verwirklicht werden sollen, kann die Verwendung eines Gussverfahrens für die Herstellung der zumindest einen Seitenwand große Vorteile mit sich bringen. Wie in dieser Ausführungsform gut zu erkennen ist, ist die tatsächliche Ausführung der jeweiligen Seitenwand weiter unabhängig bzw. im Wesentlichen unabhängig von dem Vorsehen der entsprechenden Wandträgerstruktur. Dies führt dazu, dass die erfindungsgemäßen Vorteile erzielbar werden, ohne einen Kompromiss hinsichtlich der mechanischen oder sonstigen Eigenschaften der Seitenwand eingehen zu müssen. Dabei wird entsprechend eine mechanische Verbindung zwischen der Wandträgerstruktur und der jeweiligen Seitenwand zur Verfügung gestellt, welche sowohl fest, als auch zum Beispiel gemäß der gleitenden Lagerung, wie sie bereits erläutert worden ist, ausgebildet sein kann.
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Von Vorteil ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung die Wandträgerstruktur wenigstens teilweise vom Material der Seitenwand umgossen ist. Bei einer Ausführungsform gemäß dem voranstehenden Absatz als Gussmaterial kann auf diese Weise eine besonders einfache und kostengünstige Kombination der Wandträgerstruktur mit der jeweiligen Seitenwand zur Verfügung gestellt werden. Es entsteht also ein zumindest abschnittsweiser Formschluss zwischen der Wandträgerstruktur und der jeweiligen Seitenwand, welche bereits im Herstellverfahren die gewünschte mechanische Verbindung zur Verfügung stellt. Hier wird wiederum eine besonders einfache und kostengünstige Herstellweise sichtbar.
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Vorteilhaft ist es darüber hinaus, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung die Wandträgerstruktur wenigstens eine Übertragungsschnittstelle für die Übertragung der mechanischen Lasten auf die Karosserieträgerstruktur des Fahrzeugs aufweist. Eine solche Übertragungsschnittstelle kann auch als Übertragungsflansch bezeichnet werden. Er dient insbesondere dazu, die entsprechenden Kräfte zu übertragen. Vorzugsweise wird die Übertragungsschnittschnelle jedoch zusätzlich auch mit einer mechanischen Verbindungsfunktionalität ausgestattet, um die entsprechende Wandträgerstruktur in mechanisch tragender Weise mit der Karosserieträgerstruktur des Fahrzeugs zu verbinden. Dies kann zum Beispiel durch ein Verschweißen, ein Verkleben oder auch durch ein Verschrauben oder Vernieten zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise sind die Übertragungsschnittstellen beidseitig am jeweiligen Ende der Wandträgerstruktur ausgebildet. So kann über eine solche Übertragungsschnittstelle sozusagen auch die mechanische Befestigung und entsprechende Positionierung sowie Anordnung der gesamten Batterievorrichtung innerhalb des Fahrzeugs gewährleistet werden. Durch das entsprechende Anwenden kann auf weitere Aufnahmevorrichtungen oder Lagervorrichtungen für die entsprechende Anordnung der Batterievorrichtung verzichtet werden, so dass ein zusätzlicher Platz- und Gewichtsvorteil erzielbar wird.
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Darüber hinaus kann es vorteilhaft sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung, die zumindest eine Seitenwand als Hohlprofil ausgebildet ist. Selbstverständlich können auch unterschiedlich hergestellte Seitenwände innerhalb eines Gehäuses kombiniert werden, so dass Teile der Seitenwände als Gussmaterial und andere Teile der Seitenwände als Hohlprofil ausgestaltet werden. Das Ausgestalten des Hohlprofils erlaubt einen verbesserten mechanischen Schutz für die innenliegende Batterie, so dass durch eine entsprechende Knautschzone der Verformung der Wandträgerstruktur auch das Hohlprofil der Seitenwand eine entsprechende Verformung mitgehen kann, bevor am Ende dieser Verformung eine entsprechende mechanische Beeinträchtigung innerhalb der Batterie durchgeführt werden würde.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und einer Batterievorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie und zur Versorgung des elektrischen Antriebs, wobei die Batterievorrichtung in erfindungsgemäßer Weise ausgebildet ist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Fahrzeug die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Batterievorrichtung erläutert worden sind.
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Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug lässt sich dahingehend weiterbilden, dass die Wandträgerstruktur der zumindest einen Seitenwand der Batterievorrichtung kraftübertragend mit einer Karosseriestruktur des Fahrzeugs verbunden ist. Dies führt zu den beschriebenen Vorteilen, so dass die Zusatzfunktion der mechanischen Stabilisierung von den Wandträgerstrukturen der Batterievorrichtung nun der Karosserieträgerstruktur zur Verfügung gestellt werden kann. Die mechanische Übertragungsfähigkeit ist insbesondere durch die Verbindung mithilfe der bereits erläuterten Übertragungsschnittstellen gewährleistet.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine schematische Draufsicht auf eine erfindungsgemäß angeordnete Batterievorrichtung in einem Fahrzeug,
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2 eine Seitenansicht der Ausführungsform gemäß 1,
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3 eine Querschnittsdarstellung zu der Ausführungsform der 1 und 2 und
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4 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung in einem Fahrzeug.
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Die 1 bis 3 zeigen eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterievorrichtung 10, welche hier mit einer Batterie 20 in Form einer Vielzahl von Modulen ausgestattet ist. Die Batterie 20 ist innerhalb eines umgebenden Gehäuses 30 angeordnet.
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In der Draufsicht gemäß 1 ist gut zu erkennen, wie das Gehäuse 30 hier mit vier Seitenwänden 32, nämlich zwei Längs-Seitenwänden 32l und zwei Quer-Seitenwänden 32q die Batterie 20 einschließt. Gleichzeitig ist gut zu erkennen, wie die Anordnung innerhalb des Fahrzeugs 100 erfolgt, nämlich direkt hinter einem Stoßfänger 120. Das Fahrzeug 100 ist mit einer Karosserieträgerstruktur 110 ausgestattet, wobei von dieser Karosserieträgerstruktur 110 der Übersichtlichkeit halber in 1 nur zwei Längsträger 112 zu erkennen sind. Wie nun in erfindungsgemäßer Ausstattung erkennbar wird, sind die beiden Seitenwände 32, welche hier die Längs-Seitenwände 32l sind, mit einer Wandträgerstruktur 34, welche hier als Längs-Wandträgerstruktur 34l ausgebildet ist, ausgestattet. Jede dieser Wandträgerstrukturen 34 ist an seinen beiden Enden mit einer Übertragungsschnittstelle 36 ausgestattet, welche hier als Übertragungsflansch die mechanische Verbindung zu den anschließenden Längsträgern 112 der Karosserieträgerstruktur 110 herstellt.
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Wie in der Draufsicht der 1 sehr gut zu erkennen ist, bildet nun die jeweilige Wandträgerstruktur 34 an den beiden Seitenwänden 32 der Batterievorrichtung 10 einen Teil der gesamten Karosserieträgerstruktur 110 aus, da die beiden Wandträgerstrukturen 34 den Verlauf der entsprechend anschließenden Längsträger 112 der Karosserieträgerstruktur 110 fortsetzen. Auf eine separate Abstützung durch separate Karosserieträger kann in diesem Bereich verzichtet werden, so dass ein entsprechender Gewichtsvorteil und reduzierter Bauraum erzielbar wird.
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Die 2 zeigt in schematischer Seitendarstellung, wie ein solches Wandträgerprofil 34, hier als Längs-Wandträgerstruktur 34l ausgestattet sein kann. In 3 ist im Querschnitt gut zu erkennen, wie eine Mehrzahl von Hohlprofilen, hier sowohl die Seitenwand 32 bzw. 32l und die Wandträgerstruktur 34 bzw. 34l ausbildet. Auch ist gut zu erkennen, wie die Längs-Wandträgerstruktur 34l hier durch die Korrelation von drei Hohlprofilen ausgebildet wird. Die Befestigung der einzelnen Hohlprofile der Wandträgerstruktur 34 auf der Seitenwand 32 kann dabei zum Beispiel durch Kleben, Schweißen oder andersgeartete Lagerung zur Verfügung gestellt werden.
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In 4 ist eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Sie basiert grundsätzlich auf der Batterievorrichtung 10 sowie dem Fahrzeug 100 gemäß 1. Jedoch ist hier zusätzlich auch eine der beiden Quer-Seitenwände 32q, nämlich in Fahrtrichtung gesehen die hintere Quer-Seitenwand 32q mit einer entsprechenden Wandträgerstruktur 34, also hier einer Quer-Wandträgerstruktur 34q ausgestattet. Diese Quer-Wandträgerstruktur 34q führt nun ebenfalls den Verlauf der entsprechenden Querträger 114 fort und ist über entsprechende Übertragungsschnittstellen 36 mit diesen verbunden. Somit werden die Vorteile, wie sie mit Bezug auf 1 auf die Längsträger 112 erläutert worden sind, nun auch für die Querträger 114 der Karosserieträgerstruktur 110 des Fahrzeugs 100 zur Verfügung gestellt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
