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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestücken und Montieren eines Batterieträgers in einem Elektrokraftfahrzeug.
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Im Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge bekannt, um Personen oder Lasten von einem Ort zu einem anderen Ort zu bringen. Diese Kraftfahrzeuge weisen hierzu eine Kraftfahrzeugkarosserie auf, an welches zum einen die Fahrwerksbauteilte und zum anderen wenigstens ein Antriebsaggregat umfasst. Als Antriebsaggregate werden zumeist Brennkraftmaschinen eingesetzt, welche die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in Antriebsenergie wandeln. Der Umwandlungsvorgang ist dabei durch den ideellen Carnotprozess begrenzt. Somit können derzeit bis zu etwa ca. 40 % der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie in Antriebsenergie umgewandelt werden. Die restliche Energie wird durch Reibung und Abwärme insbesondere über das Abgas abgeführt. Zudem entstehen aufgrund des Verbrennungsvorganges Emissionen, die ebenfalls über das Abgas an die Umgebung abgeführt werden.
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In den letzten Jahren hat daher die Elektromobilität zunehmend an Bedeutung gewonnen. Als Antriebseinheit dient hier ein Elektromotor, welcher seine elektrische Energie von Batterien oder auch selbst wiederum über einen Elektrizitätsgenerator einer Brennkraftmaschine erhält.
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Insbesondere bei den Batterien wurden mit der Ionen-Technik Fortschritte gemacht, die es durch Mindern des Innenwiderstands ermöglichen, die in Reihe oder parallel geschalteten Zellen der Batterien in einer kürzeren Zeit als Zellen mit gel- oder fliesstoffgebundenen Elektrolyten zu laden sowie mehr Ladezyklen bei geringem Leistungsverlust und damit höherer Lebensdauer der Batterien zu ermöglichen. Batterien werden auch als Energiespeicher oder Akkumulator, in der Kurzform als Akku, oder als Traktionsbatterie bezeichnet. Während in der Vergangenheit Bleioder Stahl-Akkumulatoren genutzt wurden, sind heute in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen Nickel-Metallhybrid- oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren insbesondere Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, im Einsatz. Ein solches Fahrzeug wird nachfolgend Elektrokraftfahrzeug genannt.
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Die Leistungsabgabe sowie auch die Lebensdauer solcher Batterien sind temperaturabhängig. Zum einen verringert sich die Leistungsabgabe bei tiefen Temperaturen, insbesondere unterhalb von 10 °C, da die Beweglichkeit der Ladungsträger in den Batterien abnimmt. Während des Betriebs, mithin während der Leistungsentnahme, insbesondere bei einer großen elektrischen Stromstärke erwärmen sich die Batterien. Die kalendarische Alterung der Batterie verringert sich beim Betrieb von Temperaturen insbesondere oberhalb von 30 °C.
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Aus dem Stand der Technik sind daher Kühl- und/oder Heizsysteme für Batterien in Elektrokraftfahrzeugen bekannt.
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Im Gegensatz zu einer Starterbatterie benötigen Antriebsbatterien aufgrund der für die zu speichernde Energie erforderlichen Kapazität ein verhältnismäßig großes Raumvolumen an Platz und sind vergleichsweise schwer. Die für den Antrieb erforderliche Menge an Batterien bestehend jeweils aus mehreren Zellen können eine Gesamtmasse von bis zu mehreren hundert Kilogramm aufweisen. Die Batterien werde daher bevorzugt im Unterflurbereich von Elektrokraftfahrzeugen angeordnet. Insbesondere sind zum Zwecke der Montierbarkeit in dem Kraftfahrzeug, jedoch auch zur Bereitstellung eines entsprechenden Kühl- und Heizsystems, die Batterien dazu in einem Batterieträger untergebracht. Ein solcher Batterieträger wird auch als "Battery Tray" bezeichnet.
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Aus der
DE 10 2010 004 549 A1 ist ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei welchem ein Boden auf die Vertikalrichtung verlagerbar ist.
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Aus der
JP 2009 231125 A ist ferner eine Batterieanordnung bekannt, bei der einzelne Batteriezellen auf einer Abstützplatte angeordnet werden und in einem Gehäuse aufgenommen sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ausgehend vom Stand der Technik einen Batterieträger bereit zu stellen, der eine einfache Bestückbarkeit mit Batterien besitzt und zugleich eine einfache Montierbarkeit des Batterieträgers am bzw. im Kraftfahrzeug ermöglicht und optional ein hocheffektives Kühlsystem bereitstellt.
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Die vorliegende Aufgabe wird bei einem Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst.
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Ein verfahrenstechnischer Teil der Aufgabe wird mit einem Verfahren zum Bestücken und Montieren eines Batterieträgers in einem Elektrokraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Anspruch 12 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug ist in einem Unterflurbereich eines Elektrokraftfahrzeugs angeordnet. Die Erfindung betrifft somit auch ein eine entsprechende Anordnung aufweisendes Elektrokraftfahrzeug mit einem daran bzw. darin montierten Batterieträger. Der Batterieträger ist insbesondere unterhalb der Karosserie des Elektrokraftfahrzeugs montiert. Der Batterieträger selbst weist eine Wanne zur Aufnahme von wenigstens einer Batterie, bevorzugt mehreren Batterien und einen Deckel auf, der die Wanne schließt. Die Wanne und der Deckel können dabei zumindest teilweise aus metallischem Werkstoff ausgebildet sein. Auch ist es vorstellbar, dass die Wanne und/oder der Deckel aus einem Kunststoffwerkstoff bzw. Faserverbundwerkstoff hergestellt sind.
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Erfindungsgemäß zeichnet sich der Batterieträger dadurch aus, dass die Wanne des Batterieträgers in einer Montageposition zur Aufnahme von wenigstens einer Batterie bzw. zum Bestücken mit wenigstens einer Batterie mit ihrer Öffnung auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung nach oben zeigend ausrichtbar ist. In der Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug ist der Batterieträger mit der Öffnung auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung nach unten zeigend angeordnet, wobei die Öffnung von einem Deckel geschlossen ist.
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Dies bietet erfindungsgemäß den Vorteil, dass zum Bestücken des Batterieträgers die Wanne mit ihrer Öffnung nach oben zeigend angeordnet ist. Jede Batterie kann in die Wanne eingesetzt werden und liegt dort aufgrund der Erdanziehungskraft an dem Boden der Wanne auf. Im Anschluss daran wird jede Batterie in der Wanne lagefixiert, was beispielsweise durch ein Schrauben und/oder Klemmen der Batterien geschieht. Die in dieser Weise mit wenigstens einer Batterie vormontierte Wanne wird im Anschluss daran um 180° gedreht. Jede Batterie hängt somit in der Wanne. Insbesondere die Pole zum elektrischen Anschluss der Batterie hängen auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung bezogen nach unten. Die Wanne wird dann unterhalb einer Kraftfahrzeugkarosserie montiert. Vor oder nach dem Drehen kann jede Batterie mit einer elektrischen Anbindung bestückt werden, so dass diese untereinander oder an ein elektrisches Gerät oder an entsprechende elektrische Leitungen elektrisch gekoppelt sind, um bei der Montage in dem Kraftfahrzeug mit dem Antriebsaggregat elektrisch verbunden werden zu können.
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Vor oder nach dem Drehen kann dann ferner die Wanne mit dem Deckel geschlossen werden. Insbesondere sind Wanne und Deckel fluiddicht miteinander gekoppelt, so dass Fluide oder Gase weder in einen Innenraum des Batterieträgers eintreten noch aus diesem austreten können. Der Deckel kann dabei durch Kleben oder selbst auch durch Schrauben an die Wanne gefügt werden.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante weist die Wanne einen Boden sowie einen außen umlaufenden Rahmen auf, wobei auf der von dem Batterieboden berührten gegenüberliegenden Seite des Wannenbodens ein Kühlsystem angeordnet ist, wobei das Kühlsystem in Einbauposition oberhalb des Batterieträgers, mithin zwischen Batterieträger und Kraftfahrzeugkarosserie, angeordnet ist. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass das Kühlsystem flächig an dem Boden der Wanne angeordnet sein kann, so dass die aufgrund des flächigen Anlagenkontaktes von jeder Batterie abgegebene Wärme über den Boden und das Kühlsystem effektiv abgeführt werden kann. Das Kühlsystem ist insbesondere weiter entfernt als der Deckel oder die Rahmenkante von der Fahrbahnoberfläche angeordnet, so dass Beschädigungen des Kühlsystems, insbesondere der Kühlleitungen, beispielsweise aufgrund Aufsetzens oder Berührens eines Hindernisses bzw. eines Gegenstands an der Fahrbahnoberfläche sowie eines Unterfahrens von Gegenständen vermieden werden. Dadurch, dass jede Batterie insbesondere flächig mit dem Boden kontaktiert ist, erfolgt eine effektive Wärmeleitung von der Batterie an den Boden sowie eine Wärmeabfuhr über das mit dem Boden gekoppelte oder in den Boden integrierte Kühlsystem. Dadurch, dass das Kühlsystem zwischen der Kraftfahrzeugkarosserie und dem Batterieträger angeordnet ist, erfolgt auch keine Erwärmung des Innenraumes des Elektrokraftfahrzeuges aufgrund des Kühlsystems.
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Insbesondere sind in der Wanne Montageträger zur Aufnahme von wenigstens einer Batterie angeordnet. Bei den Montageträgern kann es sich beispielsweise um eine Rippenstruktur bzw. Querstrebenstruktur, ausgebildet durch Querstege und/oder Längsstege innerhalb der Wanne handeln. Jede Batterie ist insbesondere durch Schrauben an den Montageträgern gekoppelt. Dies bietet wiederum den Vorteil, dass bei einer Reparatur oder Wartung eine einzelne Batterie aus dem Batterieträger demontiert bzw. ersetzt werden kann. In der Einbauposition des Batterieträgers bzw. in dem Einbauzustand des Batterieträgers in der Kraftfahrzeugkarosserie ist jede Batterie hängend montiert, was auch als Überkopfmontage bezeichnet werden kann. Dies bedeutet jedoch nicht, dass eine Batterie frei in dem Batterieträger hängt. Vielmehr ist jede Batterie an dem Boden der Wanne anliegend montiert. Insbesondere ist jede Batterie derart unter Spannung an den Boden montiert, dass ein Anpressdruck und somit ein flächiger Anlagenkontakt der Batterien an den Boden der Wanne gewährleistet ist. Gegenüber einer linienförmigen oder punktuellen Anlage findet durch eine flächige Anlage eine bessere Wärmeleitung von der Batterie an den Boden der Wanne statt, was auch zu einem besseren Kühlverhalten jeder Batterie im Betrieb des Elektrokraftfahrzeugs, insbesondere bei dem Laden oder Entladen mit großer Stromstärke, führt. Auch ist es vorstellbar, dass eine Zwischenschicht zwischen dem Batterieboden und dem Boden der Wanne eingegliedert ist. Die Zwischenschicht verbessert den Anlagenkontakt von Batterieboden an dem Boden und somit die Wärmeleitung von der Batterie in den Boden bzw. das Kühlsystem. Insbesondere handelt es sich bei der Zwischenschicht um eine Wärmeleitpaste. Auch ist es vorstellbar, dass ein dünner Boden derart gewählt wird, dass bei Beaufschlagen des Kühlsystems mit einem Überdruck, der Boden der Wanne an den Batterieboden gedrückt wird. Durch den Anlagenkontakt verbessert sich auch hier der Wärmeübergang.
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Weiterhin bevorzugt ist an bzw. auf dem Deckel eine Lage mit einer Wölbstruktur und/oder Wabenstruktur angeordnet, welche insbesondere als Unterfahrschutz dient. Als Wabengrößen werden insbesondere Schlüsselweiten von 17 mm, 33 mm, 39 mm oder 50 mm verwendet. Die Wabenstruktur bzw. Wölbstruktur dient insbesondere einer weiteren Steigerung der Festigkeit und der Bauteilsteifigkeit des Deckels. Diese Steigerung von Festigkeit und Steifigkeit wird hier durch einen Unterfahrschutz bereitgestellt, so dass ein besserer Schutz des Batterieträgers bei einer Kollision mit einem Gegenstand des Kraftfahrzeuges von unten gegeben ist. Die gesteigerte Festigkeit und Steifigkeit ergeben sich jedoch insbesondere als Schubfeld. Mithin wird eine bessere Festigkeit bzw. höhere Steifigkeit in Flächenrichtung der Lage bzw. des Deckels bereitgestellt. Zudem ergibt sich der Vorteil, dass bei Schadensfällen unterschiedlicher schwere am Unterboden des Fahrzeugs nur die eine Lage mit einer Wölbstruktur oder die eine Lage und der Deckel ausgetauscht werden muss, während die Batterien und das Kühlsystem unbeschädigt bleiben. Ein Komplettaustausch des ganzen Batterieträgers ist nicht notwendig.
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Die Lage mit der Wölbstruktur bzw. Wabenstruktur kann dabei aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet sein. Die Lage selbst kann jedoch auch aus einem faserverstärkten Werkstoff, insbesondere aus einem glasfaserverstärktem Polymerwerkstoff oder aus einem Co-Polymer, ausgebildet sein.
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Der Boden der Wanne ist insbesondere als Doppelboden ausgebildet, wobei das Kühlsystem in dem Doppelboden angeordnet ist. Somit bietet der Doppelboden den Vorteil, dass der Doppelboden zum einen das Kühlsystem beherbergt und zum anderen der Doppelboden als Isolator dient, so dass keine zusätzliche Wärme in Richtung zu einem Innenraum der Kraftfahrzeugkarosserie erfolgt. Weiterhin bevorzugt sind die beiden Doppelbodenlagen elektrisch leitend aneinander gebunden. Hierdurch wird eine größere Schirmdämpfung und Ableitfähigkeit in Bezug auf die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) des Batterieträgers realisiert.
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Weiterhin bevorzugt ist zwischen wenigstens einer Batterie und dem Deckel ein elektrisches Leitungssystem angeordnet. Das elektrische Leitungssystem bindet jede Batterie an eine weitere und/oder an das Hochvolt-(HV)-Bordnetz des Elektrokraftfahrzeuges. Insbesondere kann es sich dabei um eine isolierte Schienenanordnung aus Kupfer mit Potentialtrennung handeln. Dies ist insbesondere eine bereits vormontierte und geprüfte Einheit. Diese kann dann zwischen jeder Batterie und dem Deckel angeordnet sein. Bevorzugt weist das Leitungssystem Federkontakte auf, dergestalt, dass bei geschlossenem Deckel die Federkontakte an den Polen jeder Batterie anliegen und diese elektrisch untereinander sowie an elektrische Leitungen zum Anschluss an das Elektrokraftfahrzeug binden. Beispielsweise handelt es sich dabei um tiefgezogene federnde Anschlusspins. Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass nach dem Bestücken der Wanne mit wenigstens einer Batterie das elektrische Leitungssystem angeordnet werden kann und durch Montage des Deckels mit der Wanne ein elektrischer Anschluss jeder Batterie gegeben ist. Der Batterieträger mit wenigstens einer darin befindlichen Batterie kann dann elektrisch geprüft werden und jede Batterie kann für ihren Einsatz im Fahrzeug vorkonditioniert werden. Dies bedeutet, dass jede Batterie in einer bestimmten Weise durch eine von dem Ladezustand abhängigen elektrischen Stromstärke mit elektrischer Energie aufgeladen wird. Auch können die Kontakte des Leitungsstranges stoffschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder formschlüssig mit den Polen der Batterien gekoppelt sein.
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Weiterhin bevorzugt ist der Deckel mit der Wanne fluiddicht gekoppelt. Insbesondere ist der Deckel mit der Wanne durch Schrauben, unter Eingliederung einer Dichtung gefügt.
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Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bestücken eines Batterieträgers mit wenigstens einer Batterie und anschließendem Montieren des bestückten Batterieträgers in einem Elektrokraftfahrzeug. Das Verfahren weist hierzu erfindungsgemäß folgende Schritte auf:
- – Bereitstellen der Wanne, ausgerichtet mit ihrer Öffnung auf die Vertikalrichtung nach oben gerichtet,
- – Einsetzen und mechanisches Koppeln von wenigstens einer Batterie in der Wanne,
- – Schließen der Wanne mit einem Deckel und Drehen des Batterieträgers um etwa 180 Grad, so dass die Batterien in der Wanne hängen und
- – Montieren des Batterieträgers unter dem Kraftfahrzeug, so dass die Öffnung der Wanne mit dem Deckel nach unten gerichtet ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Batterieträger kann jedoch auch weiterhin ein Verfahren durchgeführt werden, wonach zunächst das Profil bereitgestellt wird und die Profilenden bearbeitet werden sowie entsprechende Ausschnitte durchgeführt werden, so dass die Ecken umgebogen werden können. Bevorzugt werden hier zwei umlaufende Teilstücke mithin in Draufsicht als C-Form des Rahmens bereitgestellt und die Enden der C-Form miteinander gefügt. Im Anschluss daran werden die Trennstege in den Rahmen eingesetzt und wiederum im Anschluss daran die Batterien zwischen den Trennstegen befestigt. Optional kann nun bereits ein elektrischer Anschluss der Batterien erfolgen. Erfolgt ein elektrischer Anschluss, kann bereits der Deckel zum Verschließen der Wanne aufgesetzt werden, insbesondere verklebt werden. Der Deckel weist bereits weiterhin bevorzugt das Kühlsystem auf. Im Anschluss daran wird bevorzugt der Rahmen mit den eingesetzten Batterien gedreht, insbesondere um 180° und der eigentliche Boden der Wanne wird an den Rahmen gekoppelt zur Ausbildung der Wanne. Dabei wird insbesondere der Boden derart gekoppelt, dass dieser zumindest formschlüssig an dem jeweiligen Batterieboden anliegt. Insbesondere mit einer Flächenpressung. Es findet eine optionale Dichtigkeitsprüfung statt sowie weiterhin die Montage eines Unterfahrschutzes an dem Deckel bzw. dem Kühlsystem. Dann kann der Batterieträger mit den eingesetzten Batterien konditioniert werden, mithin elektrisch geladen werden. Der so hergestellte Batterieträger mit eingesetzten Batterien kann dann im Unterflurbereich eines Elektrokraftfahrzeuges montiert werden.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 einen Batterieträger in Position zur Bestückung mit wenigstens einer Batterie in perspektivischer Ansicht;
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2 eine Querschnittsansicht gemäß der Schnittlinie II-II aus 1, jedoch um 180 Grad gedreht;
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3 eine Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1, ebenfalls um 180 Grad gedreht;
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4 einen erfindungsgemäßen Batterieträger in Einbauposition in einem Elektrokraftfahrzeug;
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5 eine erfindungsgemäße Wanne in Draufsicht;
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6 den Rahmen während seiner Herstellung in Draufsicht;
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7 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für einen Rahmen in Draufsicht;
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8 einen Querschnitt durch ein Hohlprofil zur Herstellung eines Rahmens;
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9 ein Hohlprofil in Draufsicht während der Fertigung;
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10 eine abgebogene Ecke eines Hohlprofils;
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11 zwei Trennstege in perspektivischer Ansicht unter Ausbildung einer Aufnahmeöffnung;
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12 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Batterieträgers in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug mit Batterien;
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13 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Wanne mit schräggestellter Innenwand;
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14 eine Längsschnittansicht durch einen Batterieträger mit Kühlsystem;
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15 eine teilweise Längsschnittansicht durch ein erfindungsgemäßen Batterieträger mit einem Kühlsystem;
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16 einen dreidimensionalen Boden;
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17 exemplarisch ein Kühlsystem in Draufsicht.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen Batterieträger 1 in perspektivischer Ansicht. Der Batterieträger 1 befindet sich in einer Position, um mit wenigstens einer Batterie 2 bestückt zu werden. Hierzu ist die Wanne 3 durch einen außen umlaufenden Rahmen 4, gestaltet aus Hohlprofilen 5, sowie durch einen in dieser Darstellung nicht sichtbaren Boden ausgebildet. Innerhalb des Rahmens 4 sind einzelne Trennstege 6, ebenfalls bevorzugt ausgebildet aus Hohlprofilen 5, angeordnet. Die Trennstege 6 sind bevorzugt als Montageträger gestaltet. Der Batterieträger 1 wird dann in dieser Position mit wenigstens einer Batterie 2 bestückt. Aufgrund der Erdanziehungskraft g liegen die Batterien 2 auf dem Boden 8 auf und kann durch Koppelung mit dem Boden 8, beispielsweise durch Verschrauben, aber auch alternativ oder ergänzend durch eine Klemm- oder Schnappfixierung, gehalten werden. Vorzugsweise wird jede Batterie 2 mit dem Boden 8 unter Ausbildung einer Vorspannkraft gekoppelt, so dass jede Batterie 2 flächig an dem Boden 8 anliegen.
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Ist die Bestückung abgeschlossen, wird der Batterieträger 1 um eine Mittellängsachse 7 um etwa 180 Grad gedreht. Die Öffnung 9 der Wanne 3 zeigt dann in Bezug auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z nicht mehr nach oben, wie es beim Bestücken mit wenigstens einer Batterie 2 der Fall war, sondern nach unten.
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Eine Querschnittsansicht sowie eine Längsschnittansicht sind in den 2 und 3 dargestellt, wobei hier der Batterieträger 1 mit der Öffnung 9 nach unten zeigend dargestellt ist. Außenseitig ist jeweils der umlaufende Rahmen 4 mit den Hohlprofilen 5 angeordnet. Der Rahmen 4 ist umlaufend mit einem Boden 8, insbesondere fluiddicht, gekoppelt. Innerhalb der durch den Rahmen 4 und den Boden 8 ausgebildeten Wanne 3 ist wenigstens eine Batterie 2 angeordnet. Eine Öffnung 9 der Wanne 3 zeigt nunmehr auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen nach unten. Der Batterieträger 1 befindet sich mit der wenigstens einen darin angeordneten Batterie 2 somit in einer Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug. Die Batterien 2 können hierzu beispielsweise über die graphisch angedeutete Schrauben 10 an den Boden 8, den Rahmen 4 und/oder den Trennstegen 6 gefügt sein. Ein Batterieboden 11 ist derart mit dem anliegenden Boden 8 flächig in Berührung, dass eine erhöhte Flächenpressung vorliegt.
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Die Öffnung 9 ist durch einen zweilagigen Deckel 12 geschlossen, so dass ein Innenraum 13 des Batterieträgers 1, in welchem auch wenigstens eine Batterie 2 angeordnet ist, von der Umgebung U abgeschottet ist. Hierzu sind insbesondere der Deckel 12 und die Wanne 3 fluiddicht miteinander gekoppelt. Eine äußere Lage 14 weist eine Wölbstruktur bzw. Wabenstruktur auf. Insbesondere in einer Schubrichtung S ist somit eine erhöhte Steifigkeit, auch des Deckels 12, gegeben. Der eigentliche Deckel 12 kann beispielsweise durch ein Metallblech oder auch ein Faserverbundwerkstoffblech ausgebildet sein. Dieser wird insbesondere durch die Lage der Wölbstruktur verstärkt. Zwischen Deckel 12 und Batterien 2 ist ein elektrisches Leitungssystem 19 angeordnet. Dieses elektrische Leitungssystem 19 ist bevorzugt durch einen Anpressdruck zwischen Deckel 12 und Batterie 2 derart eingespannt, dass die elektrisch leitfähigen Kontakte an den Polen der Batterien 2 anliegen.
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3 zeigt eine Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1 ebenfalls in Einbausituation innerhalb des Elektrokraftfahrzeugs. Die einzelnen Trennstege 6 sowie der außen umlaufende Rahmen 4, ausgebildet aus den Hohlprofilen 5, sind gut erkennbar, genauso wie der Deckel 12 mit der äußeren Lage 14 mit der Wölbstruktur. Auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z in Einbaulage bezogen oberhalb des Bodens 8 sind Kühlleitungen 15 vorhanden. Es erfolgt eine Wärmeleitung über den Batterieboden 11 an den Boden 8 und schließlich eine Wärmeabfuhr über die Kühlleitungen 15. Hierzu ist ferner ein Unterflurbereich 16 einer Kraftfahrzeugkarosserie angedeutet, in welchem der Batterieträger 1 angeordnet ist. Der Unterflurbereich 16 befindet sich auf Höhe der Kraftfahrzeugräder 17, die Kühlleitungen 15 befinden sich dann zwischen einem Innenraum 18 des Kraftfahrzeugs sowie dem Batterieträger 1. Eine Erwärmung des Innenraumes 18 kann durch die Kühlleitungen 15 oberhalb des Bodens 8 vermieden werden.
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4 zeigt den Batterieträger 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der Batterieträger 1 ist hierzu in Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug dargestellt. Der umlaufende Rahmen 4 ist durch die Hohlprofile 5 ausgebildet. Diese sind gekoppelt mit dem Boden 8. In Einbauposition ist oberhalb des Bodens 8 ein System aus Kühlleitungen 15 angeordnet. Optional an oder in dem Boden 8 können Latentwärmespeicher 41 angeordnet sein. Diese sind insbesondere flächig ausgebildet.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Wanne 3 des Batterieträgers 1 von oben. Eingesetzt ist eine Batterie 2 zwischen den Trennstegen 6, welche als Querstege 19 und ein Längssteg 20 ausgebildet sind, ergibt sich jeweils ein Aufnahmeraum 21 zur Aufnahme jeweils einer Batterie 2. Die Querstege 19 und Längsstege 20 sind insbesondere mit dem Rahmen 4 in der Wanne 3 gekoppelt, da dem Boden 8 selbst eine untergeordnete tragende Funktion zukommt. Bevorzugt sind sie mit einer Innenwand 22 gekoppelt, in einfachster Ausgestaltungsvariante können diese thermisch gefügt sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Innenwand 22 selbst winkelig, beispielsweise in Richtung zum Boden 8 verjüngt nach innen gerichtet, verläuft. Die Trennstege 6 können dann als Keilmontage angeordnet sein und hier insbesondere über einen Kraftschluss in dem Rahmen 4 befestigt sein. Zusätzlich sind dann Rastnasen oder Federstege ausgebildet, so dass insbesondere zu der keilförmigen Montage mittels Kraftschluss ein Formschluss hinzukommt. Bei der Montage können dann die Trennstege 6 in die Wanne 3 gesteckt werden. Dargestellt ist dies in 13. Die Innenwand 22 ist in einem Winkel α größer 90 Grad zu dem Boden geneigt. Weiterhin bevorzugt kann bereits das Hohlprofil 5 in dieser Form mit zu der Außenwand 30 geneigter Innenwand 22 stranggepresst werden.
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Weiterhin ist erkennbar, dass sich wenigstens ein Quersteg 19 und wenigstens ein Längssteg 20 kreuzen. Aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass eine Höhe H19 der Querstege 19 und eine Höhe H20 des Längssteges 20 im Wesentlichen einer Höhe H13 des Innenraumes 13 des Batterieträgers 1 entspricht. Hierzu sind die Querstege 19 und der Längssteg 20 mit Aussparungen versehen, so dass diese nach dem Prinzip eines Nut- und Feder-Stecksystems kreuzartig ineinander gesteckt werden können.
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6 und 7 zeigen eine jeweilige Draufsicht auf einen Rahmen 4. Der Rahmen 4 ist dabei einstückig umlaufend ausgebildet und rechteckig konfiguriert. In seinen Ecken 23 ist er durch Abbiegen hergestellt. An einer kurzen Seite des Rechtecks kommen gem. 6 zwei Stirnseiten 24 stoßend zur Anlage und können durch stoffschlüssiges Verbinden gekoppelt werden. Auch kann in einer Ecke 23 eine solche Anlage ausgebildet werden.
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7 zeigt dazu alternativ eine Ausgestaltungsvariante, bei welcher der Rahmen 4 durch zwei in Draufsicht U-förmige Rahmenteile 25 ausgebildet wird. Diese kommen an Stirnseiten 24 zur Anlage und können hier über stoffschlüssiges Fügen miteinander gekoppelt werden.
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Zur Herstellung des Rahmens 4 wird weiterhin gemäß 8 ein im Querschnitt L-förmiges Hohlprofil 5 hergestellt. Ein kürzerer Steg 26 weist in Einbaulage nach außen. Der längere Steg 27 der L-Form bildet den außen umlaufenden Rahmen 4 und die Innenwand 22 sowie Außenwand 30 aus. Das Hohlprofil 5 weist einen mit diesem gekoppelten Boden 8 auf. Der Boden 8 weist eine Wandstärke W8 auf, die bevorzugt kleiner 3 mm, insbesondere kleiner 1,5 mm ausgebildet ist. Der Boden 8 ist insbesondere aus Leichtmetall hergestellt. An dem kürzeren Steg 26 kann der hergestellte Batterieträger 1 beispielsweise über Schrauben an einem Kraftfahrzeug gekoppelt werden. Auch wird hierdurch eine bessere Steifigkeit des Rahmens ausgebildet, insbesondere in Schubrichtung S gem. 3 realisiert.
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Zur Herstellung des Hohlprofils 5 wird zunächst ein Endlosstrang bereitgestellt. Dieser wird an einer Innenseite, mithin an der zu bildenden Innenwand 22, mit einer 90 Grad Ausfräsung 28 sowie an einer Außenseite mit einem Trennschlitz 29 versehen. Dies ist dargestellt in 9.
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Gemäß 10 wird sodann das Hohlprofil 5 um 90 Grad zur Ausbildung einer Ecke 23 des Rahmens 4 abgebogen. Eine außen umlaufende Außenwand 30 des Rahmens 4 weist somit keine Trennstelle auf und ist insbesondere fluiddicht ausgebildet. Aneinander liegenden Stirnseiten können beispielsweise über eine thermische Fügenaht 31 miteinander stoffschlüssig gekoppelt werden.
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11 zeigt eine Detailansicht der Trennstege 6. Hierzu liegt ein Quersteg 19 mit seiner Stirnseite stoßend an dem Längssteg 20 an. Der Längssteg 20 und Quersteg 19 können auch kreuzweise ineinander gestellt sein. Auf einer Seitenwand 35 des Längssteges 20 ist ein erster Flansch 32 auf die Vertikalrichtung V bezogen nach oben hin gebogen. Ein zweiter Flansch 33 wird von einer Seitenwand 35 zur Seite des Quertrstegs 19 abgebogen. Die beiden Flansche 32 und 33 sind jeweils über eine thermische Fügenaht 31 miteinander gekoppelt. Eine Aufnahme 34 ist beispielsweise mit einer Nietmutter oder einer Einschweißmutter versehen. Somit kann gemäß 12 eine Schraube 10 die Batterie 2 durchgreifen und in die Aufnahme 34 gekoppelt werden. Die Batterie 2 kann somit in dem jeweiligen Aufnahmeraum 21 angeordnet werden. Zwischen dem oberen Flansch 31 und der Batterie 2 ist ein Freiraum 36 verbleibend, so dass der Batterieboden 11 mit einer Flächenpressung gegen den Boden 8 durch das Verschrauben gepresst werden kann. Es findet somit eine optimale Wärmeleitung von Batterie 2 an den Boden 8 statt. Die Batterie 2 hängt in Einbaulage des Batterieträgers 1 in dem Elektrokraftfahrzeug somit auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen mit ihren elektrischen Polen P nach unten zeigend in der Wanne 3.
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13 zeigt die Wanne 3 des erfindungsgemäßen Batterieträgers in Querschnittsansicht. Der Rahmen 4 ist gebildet aus einem Hohlprofil. Eine Innenwand 22 des Rahmens 4 ist dabei in einem Winkel α größer 90 Grad zu dem Boden 8 angeordnet. Bevorzugt beträgt der Winkel α zwischen 90 Grad und 100 Grad. Durch die winkelige Anordnung der Innenwand 22 können die Trennstege auf die Vertikalrichtung V bezogen von oben in die Wanne 3 formschlüssig eingesetzt werden und insbesondere verkeilt werden. Diese Trennstege können dann beispielsweise mit einer nicht näher dargestellten Rastverbindung, einer Klebeverbindung, einer Schweißverbindung oder aber auch einer Schraubverbindung in der Wanne 3 lagefixiert werden.
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Wie gemäß 14 und 15, ist der Boden 8 nicht nur einlagig sondern doppellagig ausgebildet. Dieser weist dazu eine erste Bodenlage 37 auf, die zusammen mit dem umlaufenden Rahmen 4 aus den Hohlprofilen 5 die Wanne 3 ausbildet. Jede Batterie 2 ist mit ihrem Batterieboden 11 an der ersten Bodenlage 37 anliegend befestigt. Nunmehr ist eine zweite Bodenlage 38 angeordnet. Zwischen erster Bodenlage 37 und der zweiten Bodenlage 38 ist ein Kühlsystem 42 ausgebildet. Hierzu sind in diesem Beispiel zwischen erster Bodenlage 37 und zweiter Bodenlage 38 Kühlkanäle 45 ausgebildet in Form eines jeweiligen Vorlaufs 39 und Rücklaufs 40. Ferner ist ein Latentwärmespeicher 41 angeordnet. Ein nicht näher dargestelltes Kühlmedium strömt somit durch den Vorlauf 39 über die erste Bodenlage 37, dabei wird eine Wärmemenge Q . von dem Batterieboden 11 über die erste Bodenlagen 37 mittels Wärmeleitung übertragen und dann durch das nicht näher dargestellten Kühlmedium abgeführt.
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Gleichzeitig wird der zwischen den Bodenlagen 37, 38 und auch zwischen den Kühlkanälen 45 jeweils an dem Vorlauf 39 und Rücklauf 40 angeordnete Latentwärmespeicher 41 ebenfalls temperiert. Bei einem Abschalten oder einem Ausfall des aktiven Kühlsystems 42 kann zusätzlich noch eine Wärmemenge Q .L der Batterie 2 in den Latentwärmespeicher 41 abgeführt werden. Bei einem Kaltstart würde umgekehrt eine entsprechend gespeicherte Wärmemenge des Latentwärmespeichers 41 für eine Vortemperierung der Batterie 2 sorgen.
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Die zweite bzw. äußere Bodenlage 38 ist in Richtung zu einem Unterflurbereich 16 eines Kraftfahrzeuges orientiert angeordnet. Ein ungewolltes Aufsetzen oder Berühren eines Hindernisses bzw. eines Gegenstandes an einer Fahrbahnoberfläche 43 würde allenfalls eine Verformung des Deckels bedeuten, jedoch keine Beschädigung des oberhalb des Batterieträgers angeordnetem Kühlsystems 42.
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Die zweite Bodenlage 38 ist dazu als profiliertes Blech bzw. Waben- oder Riffelblech ausgebildet, so dass bei formschlüssiger und bevorzugt fluiddichter Koppelung mit der ersten Bodenlage 37 die Kühlkanäle 45 ausgebildet sind. Auch vorstellbar ist es, dass die erste Bodenlage 37 eine dreidimensionale Profilierung aufweist. Alternativ vorstellbar ist, dass eine Dritte in 16 näher dargestellte Bodenlage 44 zwischen erster Bodenlage 37 und zweiter Bodenlage 38 angeordnet ist. Hierzu würde dann die erste Bodenlage 37 den eigentlichen Boden der Wanne 3 ausbilden. Dies ist dargestellt in 16. Hier dargestellt ist eine dritte Bodenlage 44. Die dritte Bodenlage ist zwischen der ersten und der zweiten Bodenlage 37, 38 eingegliedert. Die Kühlkanäle 45 sind dann zwischen der zweiten Bodenlage 38 und dritten Bodenlage 44 ausgebildet. Die einzelnen Bodenlagen 37, 38, 44 können miteinander durch Schrauben und/oder Kleben und/oder Schweißen oder Löten gefügt sein.
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17 zeigt exemplarisch ein Kühlsystem 42 in Draufsicht. Das Kühlmedium fließt dabei seriell durch die Kühlkanäle. Auch vorstellbar wäre eine Parallelschaltung der Kühlkanäle 45.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterieträger
- 2
- Batterie
- 3
- Wanne
- 4
- Rahmen
- 5
- Hohlprofil
- 6
- Trennsteg
- 7
- Mittellängsachse
- 8
- Boden
- 9
- Öffnung
- 10
- Schraube
- 11
- Batterieboden
- 12
- Deckel
- 13
- Innenraum zu 1
- 14
- Lage
- 15
- Kühlleitung
- 16
- Unterflurbereich
- 17
- Rad
- 18
- Innenraum zu 1
- 19
- Quersteg
- 20
- Längssteg
- 21
- Aufnahmeraum
- 22
- Innenwand
- 23
- Ecke
- 24
- Stirnseite
- 25
- Rahmenteil
- 26
- kürzerer Steg der L-Form
- 27
- längerer Steg der L-Form
- 28
- Ausprägung / Ausfräsung
- 29
- Trennschlitz
- 30
- Außenwand
- 31
- Fügenaht
- 32
- Flansch zu 20
- 33
- Flansch zu 19
- 34
- Aufnahme
- 35
- Seitenwand
- 36
- Freiraum
- 37
- erste Bodenlage
- 38
- zweite Bodenlage
- 39
- Vorlauf
- 40
- Rücklauf
- 41
- Latentwärmespeicher
- 42
- Kühlsystem
- 43
- Fahrbahnoberfläche
- 44
- dritte Bodenlage
- 45
- Kühlkanal
- g
- Erdanziehungskraft
- Z
- Kraftfahrzeugvertikalrichtung
- S
- Schubrichtung
- U
- Umgebung
- H19
- Höhe v. 19
- H20
- Höhe v. 20
- H13
- Höhe v. 13
- W8
- Wandstärke zu 8
- V
- Vertikalrichtung
- α
- Winkel
- Q .
- Wärmemenge
- P
- elektrischer Pol
