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Die Erfindung betrifft ein Batteriefach für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriefach.
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Elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge benötigen eine Traktionsbatterie, also einen Energiespeicher, der zum Antreiben des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs dient. Derartige Traktionsbatterien werden häufig auch als Traktionsakku, Antriebsbatterie oder Zyklenbatterie bezeichnet. Solche Traktionsbatterien bestehen üblicherweise aus mehreren zusammengeschalteten Akkumulatorzellen oder Zellenblöcken.
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Die mobile Anwendung der Traktionsbatterien in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen bedingt relativ hohe Sicherheitsanforderungen im Vergleich zur stationären Verwendung von Batterien. So muss vor allem die Sicherheit der Traktionsbatterien bei mechanischen Einwirkungen sichergestellt werden. In diesem Zusammenhang muss u.a. auch nachgewiesen werden können, dass Traktionsbatterien besonders unfallsicher in einem elektrisch angetrieben Kraftfahrzeug untergebracht werden können.
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Da vollelektrische Fahrzeuge üblicherweise die gesamte elektrische Energie für die Fortbewegung in Traktionsbatterien speichern müssen, kommen insbesondere Akkuzellen mit einer besonders hohen Kapazität zum Einsatz, um den Platzbedarf und das Gewicht für die benötigte Energiemenge zu minimieren. Dennoch ist - je nach geforderter Reichweite - der Platz, der für Traktionsbatterien in elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen bereitgestellt werden muss, meistens nicht unerheblich.
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Traktionsbatterien, beispielsweise auf Lithium-Ionen-Basis, unterliegen zudem üblicherweise einer Alterung, was u.a. mit einem zumeist irreversiblen Kapazitätsverlust einhergeht. Während des Lebenszyklus eines elektrisch angetrieben Kraftfahrzeugs kann es daher erforderlich werden, eingebaute Traktionsbatterien auszutauschen.
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Die
DE 10 2011 100 624 A1 zeigt ein Fahrzeug mit einer Batterie, wobei die Batterie einen Teil der Tragstruktur des Fahrzeugs bildet. Die Batterie umfasst ein Batteriegehäuse, welches einen Abschnitt eines Querträgers des Fahrzeugs bildet. Die Batterie kann von dem Querträger des Kraftfahrzeugs entfernt werden.
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Die
DE 10 2013 204 765 A1 zeigt ein zwischen jeweiligen Seitenschwellern eines Fahrzeugs angeordnetes Batteriegehäuse. Das Batteriegehäuse ist zudem auf jeweiligen Längsträgern des Fahrzeugs angeordnet.
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Die
JP H07 - 117 489 A beschreibt ein von einem Fahrzeugkörper lösbares Batteriefach. Das Batteriefach ist so schmal ausgebildet, dass es zwischen einen linken und rechten Schweller des Fahrzeugs passt. In den Schwellern sind Bohrungen vorgesehen. Oberhalb und unterhalb von den Schwellern sind vor und hinter dem Batteriefach jeweilige Querträger vorgesehen, welche mittels durch die Bohrungen hindurchgeführten Schrauben miteinander verschraubt worden sind. Dadurch wird das Batteriefach in Fahrzeuglängsrichtung am Fahrzeug fixiert. Am Batteriefach ist an einer vorderen Stirnseite zudem ein Vorsprung vorhanden, welcher sich auf einem der vorderen Querträger abstützt, sodass das Batteriefach nicht nach unten hindurchrutschen kann.
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Die
US 2013 0126255 A1 zeigt einen Batterierahmen zum Aufnehmen einer Batterie. Der Batterierahmen ist unterseitig an einer hinteren Karosseriestruktur eines Fahrzeugs befestigt. Der Batterierahmen wird von unten an einen linken und rechten Längsträger sowie ebenfalls von unten an einen Querträger der Karosseriestruktur geschraubt.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine technische Lösung bereitzustellen, mittels welcher eine Traktionsbatterie besonders sicher in einem elektrisch angetrieben Kraftfahrzeug untergebracht und ausgetauscht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriefach für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Batteriefach für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfasst eine Batteriefachtragstruktur, welche lösbar an einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Des Weiteren umfasst das erfindungsgemäße Batteriefach einen an der Batteriefachtragstruktur angebrachten Batteriebehälter zum Aufnehmen einer zum Antreiben des elektrisch angetrieben Kraftfahrzeugs ausgelegten Traktionsbatterie. Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur jeweilige mechanische Schnittstellen zur Befestigung an einem linksseitigen und rechtseitigen Schweller der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs und/oder zumindest eine mechanische Schnittstelle zur Befestigung an wenigstens einem Querträger der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs umfasst.
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Schweller sind Elemente einer selbsttragenden Karosserie. Ihnen kommt eine wesentliche Bedeutung bei der Aufnahme von Kräften zu, insbesondere bei einem Frontalzusammenstoß. Beim Seitenaufprall ist es wichtig, eine nicht zu hohe Steifigkeit zu haben, um die Aufprallenergie gezielt abzubauen und die Eindringgeschwindigkeit zu reduzieren. Derartige Schweller können sich aus einer Seitenwand, einem Verstärkungsteil, einem Verstärkungs-Stegblech und einem Schwellerinnenteil zusammensetzen, welches den Hohlquerschnitt des Schwellers schließt. An dieses Innenteil ist üblicherweise ein Bodenblech gefügt. Im montierten Zustand kann eine Unterseite des Batteriefachs einen Teil des Bodenblechs des betreffenden Kraftfahrzeugs bilden. Daher kann bei den Kraftfahrzeugen, bei welchen das erfindungsgemäße Batteriefach anbringbar ist, zumindest ein Teil des Bodenblechs ausgespart werden, da dieses bei montiertem Batteriefach durch dessen Unterseite gebildet wird.
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Gemäß der erfindungsgemäßen Lösung ist es also vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur ausschließlich mittels der besagten mechanischen Schnittstellen wieder lösbar an den linken und rechten Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. Alternativ ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur ausschließlich mittels zumindest einer mechanischen Schnittstelle wieder lösbar an wenigstens einem Querträger der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbar ist. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass die Batteriefachtragstruktur mittels zweier mechanischer Schnittstellen ausschließlich an jeweiligen in Fahrzeuglängsrichtung voneinander beabstandeten Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs wieder lösbar befestigbar ist. Gemäß einer weiteren erfindungsgemäßen Alternative ist es auch möglich, dass die Batteriefachtragstruktur mittels jeweiliger dafür ausgelegter mechanischer Schnittstellen wieder lösbar sowohl an den linkseitigen und rechtsseitigen Schwellern als auch an einem oder auch zwei Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigbar ist.
Durch die erfindungsgemäße Lösung, dass die Batteriefachtragstruktur mechanische Schnittstellen zur Befestigung an dem linksseitigen und rechtseitigen Schweller der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs umfasst, kann insbesondere in Fahrzeugquerrichtung bei am Kraftfahrzeug montierten Batteriefach besonders viel Bauraum für die Traktionsbatterie bereitgestellt werden. Denn das Batteriefach kann sich dadurch zumindest im Wesentlichen über die gesamte Breite des Kraftfahrzeugs erstrecken. Vorzugweise sind die mechanischen Schnittstellen derart an dem restlichen Batteriefach angeordnet, dass dieses zum Großteil unterhalb von den Schwellern des Kraftfahrzeugs montierbar ist. Dadurch kann ein besonders tiefer Schwerpunkt beim Kraftfahrzeug realisiert werden, da die üblicherweise relativ schwere Traktionsbatterie sehr tief am Kraftfahrzeug angeordnet werden kann. Vorzugsweise bildet das Batteriefach im am Kraftfahrzeug angebrachten Zustand einen Teil des Unterbodens des Kraftfahrzeugs, beispielsweise den gesamten Unterbodenbereich eines Mittelwagenteils unterhalb von einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs.
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Insbesondere bei einer wieder lösbaren Befestigbarkeit an jeweiligen Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs kann das Batteriefach in Fahrzeuglängsrichtung besonders gut vor Beschädigungen geschützt werden, vor allem wenn der Batteriebehälter in der bestimmungsgemäßen Positionierung des Batteriefachs in Fahrzeuglängsrichtung zwischen jeweiligen Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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Des Weiteren kann das Batteriefach mit den mechanischen Schnittstellen der Batteriefachtragstruktur besonders sicher und zuverlässig an den linkseitigen rechtseitigen Schwellern der Tragstruktur des betreffenden Kraftfahrzeugs befestigt werden. Eine im Batteriefach, genauer in dem Batteriebehälter des Batteriefachs aufgenommene Traktionsbatterie kann dadurch besonders sicher in dem betreffenden Kraftfahrzeug untergebracht werden.
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Vorzugsweise sind die Batteriezellen derart innerhalb des Batteriebehälters aufnehmbar, dass sie in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batteriefachs im betreffenden Kraftfahrzeug in bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung zwischen den linkseitigen und rechtseitigen Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs angeordnet sind. Das bedeutet allerdings nicht zwangsläufig, dass die Traktionsbatterie dann auch auf Höhe der Schweller des Kraftfahrzeugs angeordnet sein muss. Eine Anordnung auf Höhe der Schweller aber auch unterhalb der Schweller ist möglich. Letzteres ist im Hinblick auf einen möglichst niedrigen Schwerpunkt des Kraftfahrfahrzeugs zu bevorzugen. Ersteres kann hingegeben zu einem verbesserten Schutz der Traktionsbatterie führen. In beiden Fällen kann bei einem Seitenaufprall die Traktionsbatterie dadurch besonders gut vor mechanischen Einwirkungen und somit vor Deformationen und Beschädigungen geschützt werden.
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Darüber hinaus ist es bei dem erfindungsgemäßen Batteriefach auf besonders einfache Weise möglich, dieses bei Bedarf von dem betreffenden elektrisch angetrieben Kraftfahrzeug, also von den linkseitigen und rechtzeitigen Schwellern des Kraftfahrzeugs, zu entfernen. Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die mechanischen Schnittstellen von der restlichen Batteriefachtragstruktur demontierbar sind. In dem Fall kann das Batteriefach zunächst bei demontieren mechanischen Schnittstellen an den Schwellen des Kraftfahrzeugs mit seiner restlichen Batteriefachtragstruktur bestimmungsgemäß angeordnet werden, wobei danach dann die mechanischen Schnittstellen an der restlichen Batteriefachtragstruktur und an den Schwellern befestigt werden. Auf diese Weise kann das Batteriefach besonders einfach am Kraftfahrzeug montiert und von diesem demontiert werden.
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Das gesamte Batteriefach kann zudem keilförmig sein, und zwar derart, dass sich das Batteriefach in Längsrichtung keilförmig verjüngt. Alternativ ist aber auch z.B. möglich, dass das besamte Batteriefach quaderförmig ist. Die Kraftfahrzeuge, in denen das Batteriefach eingesetzt werden kann, sind bezüglich Ihrer Tragstrukturform an die jeweilige Form des Batteriefachs angepasst. Dadurch kann sich das Batteriefach besonders gut in allen Raumrichtungen an der Tragstruktur der betreffenden Kraftfahrzeuge abstützen und kann zudem passgenau montiert werden.
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Mittels der erfindungsgemäßen Lösung wird also zum einen eine besonders einfache Positionierbarkeit und Montierbarkeit des Batteriefachs am betreffenden Kraftfahrzeug ermöglicht. Zum anderen wird mittels der erfindungsgemäßen Lösung sichergestellt, dass die im Batteriefach aufgenommene Traktionsbatterie bei bestimmungsgemäßer Montage des Batteriefachs am elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug besonders gut vor äußeren mechanischen Einflüssen und Beschädigungen geschützt werden kann.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mechanischen Schnittstellen als Winkelprofile ausgebildet sind, welche sich jeweils an einer linken und rechten Außenseite des Batteriefachs in Längsrichtung des Batteriefachs erstrecken. In der bestimmungsgemäßen Position am Kraftfahrzeug entsprechend die Längsrichtung, Querrichtung und Hochrichtung von Batteriefach und Kraftfahrzeug einander. Zum Beispiel können die mechanischen Schnittstellen einen L-förmigen Querschnitt aufweisen. Dadurch, dass sie mechanischen Schnittstellen vorzugsweise als Winkelprofile ausgebildet sind, können diese auf besonders einfache Weise an den jeweiligen Schwellern der Tragstruktur des betreffenden Kraftfahrzeugs angeordnet und dann an diesen befestigt werden. Dadurch kann das gesamte Batteriefach auf besonders zuverlässige und einfache Weise an der Tragstruktur des betreffenden Kraftfahrzeugs, nämlich an den linkseitigen und rechtseitigen Schwellern befestigt werden. Zudem können die als Winkelprofile ausgebildeten mechanischen Schnittstellen auf besonders einfache Weise in Fahrzeughochrichtung auf den jeweiligen Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs abgestützt werden. Der Montagevorgang des Batteriefachs am betreffenden elektrisch angetrieben Kraftfahrzeug wird dadurch nochmals erleichtert.
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Es ist zudem erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur einen linkseitigen Längsträger und einen rechtsseitigen Längsträger umfasst, welche in Hochrichtung des Batteriefachs derart beabstandet zu den jeweiligen mechanischen Schnittstellen angeordnet sind, dass zwischen den Längsträgern und den mechanischen Schnittstellen die Schweller der Tragstruktur des Kaufvertrags anordnenbar sind. Um das Batteriefach an dem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug zu montieren, wird dieses also derart an den linkseitigen und rechtzeitigen Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs angebracht, dass die Schweller sich in Fahrzeughochrichtung zwischen den jeweiligen mechanischen Schnittstellen der Batteriefachtragstruktur und den jeweiligen Längsträgern der Batteriefachtragstruktur befinden. Dadurch kann das Batteriefach besonders stabil an den Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt werden. Denn das Batteriefach liegt linksseitig und rechtsseitig jeweils sowohl mit den besagten Längsträgern und mechanischen Schnittstellen an den jeweiligen Schwellern des Kraftfahrzeugs an.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur eine Stahlträgerstruktur umfasst, welche die mechanischen Schnittstellen aufweist. Vorzugsweise ist Stahlträgerstruktur aus einem hochfesten Stahl hergestellt. Dadurch kann das Batteriefach auf besonders stabile Weise über die mechanischen Schnittstellen an den Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt werden. Ferner kann eine im Batteriefach aufgenommene Traktionsbatterie mittels der Stahlträgerstruktur besonders gut vor Deformationen und Beschädigungen geschützt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stahlträgerstruktur zumindest einen Querträger umfasst, welcher sich über die gesamte Breite des Batteriebehälters erstreckt. Die Stahlträgerstruktur kann auch weitere Querträger aufweisen, welche sich über die gesamte Breite des Batteriebehälters erstrecken. Insbesondere bei einem Seitenaufprall des Kraftfahrtzeugs, in welchem das Batteriefach eingesetzt wird, kann dadurch der Batteriebehälter vor Beschädigungen geschützt werden. Infolgedessen können auch die im Batteriebehälter aufgenommene Traktionsbatterie besonders gut vor mechanischen Deformationen und Beschädigungen geschützt werden. Vorzugweise sind die Querträger der Stahlträgerstruktur aus einem hochfesten Stahl hergestellt. Zudem stützt der zumindest eine Querträger der Stahlträgerstruktur des Batteriefachs die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs im montierten Zustand in Fahrzeugquerrichtung ab und versteift das Kraftfahrzeug dadurch auch in Fahrzeugquerrichtung.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die mechanischen Schnittstellen mehrere Durchgangsöffnungen zum Befestigen, insbesondere zum Verschrauben, des Batteriefachs an der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs umfassen. Dadurch kann das Batteriefach besonders einfach wieder lösbar mit der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, insbesondere mit den Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs, verbunden werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriefachtragstruktur einen Rahmen aus einer Aluminiumträgerstruktur umfasst, an welcher der Batteriebehälter befestigt ist. Die rahmenartige Aluminiumträgerstruktur umgibt vorzugsweise im Wesentlichen den gesamten Batteriebehälter. Insbesondere wenn die Batteriefachtragstruktur zusätzlich noch die besagte Stahlträgerstruktur umfasst, kann durch einen günstig gewählten Materialmix aus Stahl und Aluminium ein besonders leichtes und dennoch stabiles Batteriefach bereitgestellt werden.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Batteriebehälter aus einem faserverstärkten Kunststoff hergestellt ist. Beispielsweise kann der Batteriebehälter mittels des sogenannten LFI-PUR-Verfahrens hergestellt sein. LFI-PUR bedeutet Long-Fiber-Injektion, also Lang-Faser-Injektion, für Polyurethan. LFI-PUR ist ein Verfahren zur Herstellung von faserverstärkten Kunststoffbauteilen. Als Verstärkungsfasern dienen dabei Glasfasern. Die Glasfasern werden in dem Verfahren zerschnitten, in einem speziellen Mischkopf mit dem flüssigen Polyurethan benetzt und in ein offenes Werkzeug eingetragen. Das eingetragene PUR-Faser-Gemisch wird daraufhin im Werkzeug unter Druck zu einem Formteil verpresst.
Typische Anwendungsfälle für das LFI-Verfahren sind großflächige Strukturbauteile. Somit ist es insbesondere auch besonders gut zur Herstellung des Batteriebehälters geeignet. Der Batteriebehälter kann aber auch mittels anderer Verfahren und mittels anderer faserverstärkter Kunststoffe hergestellt werden.
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Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Batteriefach oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriefachs, wobei die Batteriefachtragstruktur mit ihren jeweiligen mechanischen Schnittstellen an einem linkseitigen Schweller und an einem rechtsseitigen Schweller einer Tragstruktur des Kraftfahrzeugs und/oder an wenigstens einem Querträger der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs wieder lösbar befestigt ist. Bei Bedarf kann das Batteriefach dadurch auf besonders einfache Weise von der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs entfernt werden, beispielsweise falls eine in dem Batteriefach aufgenommene Traktionsbatterie ausgetauscht werden muss. Das Batteriefach erstreckt sich in Querrichtung des Kraftfahrzeugs zumindest im Wesentlichen über die gesamte Breite des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Dadurch wird in Querrichtung des Kraftfahrzeugs ein besonders großes Batteriefach bereitgestellt, sodass auch eine besonders große Traktionsbatterie aufgenommen werden kann. Das Batteriefach ist dabei derart gestaltet und am Kraftfahrzeug angebracht, dass eine im Batteriefach aufgenommene Traktionsbatterie sich in Fahrzeugquerrichtung zwischen den linkseitigen und rechtzeitigen Schwellern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befindet. Bei einem Seitenaufprall des Kraftfahrzeugs wird dadurch die Traktionsbatterie besonders gut vor Deformationen und Beschädigungen geschützt. In dem Fall, dass das Batteriefach ausschließlich an wenigstens einem Querträger, oder auch an zwei Querträgern, der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs wieder lösbar befestigt ist, erstreckt sich das Batteriefach in Querrichtung des Kraftfahrzeugs vorzugsweise auch zumindest im Wesentlichen über die gesamte Breite des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Gleiches gilt vorzugsweise auch für den Fall, dass das Batteriefach mittels jeweiliger mechanischer Schnittstellen sowohl an den linksseitigen und rechtsseitigen Schwellern als auch an wenigstens einem, vorzugsweise an zwei, Querträgern der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs wieder lösbar befestigt ist. In allen diesen Fällen weist die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs vorzugsweise in einem Unterbodenbereich eine passgenaue Aussparung zum Aufnehmen des Batteriefachs auf, sodass dieses in seiner bestimmungsgemäßen Montageposition zumindest im Wesentlichen bündig mit einem restlichen Unterboden des Kraftfahrzeugs abschließt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs zeichnet sich dadurch aus, dass das Kraftfahrzeug bei demontiertem Batteriefach fahrtüchtig ist.
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Dies bedeutet, dass auch bei entnommenem Batteriefach die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs hinreichend stabil ist, sodass das Kraftfahrzeug im Hinblick auf seine mechanische Stabilität einen technischen Zustand aufweist, welcher ein einwandfreies Fahren gewährleistet. Bei montiertem Batteriefach am elektrisch angetriebenen Fahrzeug verbessert dieses allerdings insbesondere die Torsionssteifigkeit des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus kann das Batteriefach bei bestimmungsgemäßer Anordnung am elektrisch angetriebenen Fahrzeug die Steifigkeit des Kraftfahrzeugs in allen Raumrichtungen vergrößern und ist bildet dadurch einen verstärkenden Bestandteil der Fahrzeugstruktur. Dadurch, dass die Tragstruktur des Kraftfahrzeugs allerdings bei demontiertem Batteriefach dennoch hinreichend stabil ist, kann das Batteriefach auf einfache Weise bei Bedarf aus dem Kraftfahrzeug entnommen werden, ohne dass dafür weitere Hilfsmittel zur Abstützung und Stabilisierung der Fahrzeugstruktur notwendig sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombination sind nicht nur in der angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Perspektivansicht eines Batteriefachs für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, welches eine Batteriefachtragstruktur aufweist, die lösbar an einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs befestigbar ist, und an welcher ein Batteriebehälter zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie vorgesehen ist, und in
- 2 seitliche Perspektivansicht einer Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriefach an einem linkseitigen und rechtzeitigen Schweller der Tragstruktur des Kraftfahrzeugs befestigt ist.
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In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein insgesamt mit 10 bezeichnetes Batteriefach für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Das Batteriefach 10 umfasst eine Batteriefachtragstruktur 12, welche lösbar an einer erst in 2 dargestellten Tragstruktur 14 eines elektrisch angetrieben Kraftfahrzeugs befestigbar ist. An der Batteriefachtragstruktur 12 ist ein Batteriebehälter 16 zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie 18 angebracht. Die Traktionsbatterie 18 besteht aus mehreren hier nicht näher bezeichneten zusammengeschalteten Akkumulatorzellen oder Zellenblöcken, welche als Energiespeicher zum Antreiben des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs dienen.
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Die Batteriefachtragstruktur 12 umfasst zum einen eine Stahlträgerstruktur 20 und zum anderen eine Aluminiumträgerstruktur 22. Die Stahlträgerstruktur 20 weist im vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel zwei Querträger 24 sowie zwei in Form von Winkelprofilen ausgebildete Längsträger auf, welche als mechanische Schnittstellen 26 zur Befestigung an hier nicht dargestellten linkseitigen und rechtzeitigen Schwellern 28, 30 der besagten Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs dienen.
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Die Aluminiumträgerstruktur 22 umfasst jeweilige linke und rechte Längsträger 32, 34, einen vorderen und hinteren horizontalen Querträger 36, 38 sowie einen linken und rechten vertikalen Träger 40, 42. Die Längsträger 32, 34 verlaufen nicht horizontal, schon schräg. Wie zu erkennen, weist die Aluminiumträgerstruktur 22 und dadurch das gesamte Batteriefach 10 eine keilförmige Gestalt auf. Das Batteriefach 10 verjüngt sich keilförmig in Längsrichtung des Batteriefachs 10. Ein teilweise dargestelltes Oberteil 44 und ein vollständig dargestelltes Unterteil 46 des Batteriebehälters 16 sind an der Aluminiumträgerstruktur 22 befestigt. Der Batteriebehälter 16 wird also durch die Aluminiumträgerstruktur 22 eingerahmt.
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Die horizontal verlaufenden Querträger 24 der Stahlträgerstruktur 20 dienen zur Versteifung des Batteriebehälters 16 in Querrichtung des Batteriefachs 10 und somit auch in Querrichtung des betreffenden Kraftfahrzeugs, in welchem das Batteriefach 10 eingesetzt wird. Die als Winkelprofile ausgebildeten mechanischen Schnittstellen 26 verlaufen zumindest im Wesentlichen parallel zur den Längsträgern 32, 34, sind also ebenfalls schräg angestellt. Zudem sind die mechanischen Schnittstellen 26 in Hochrichtung des Batteriefachs 10 von den Längsträgern 32, 34 so weit beabstandet, dass die zuvor bereits erwähnten und hier nicht dargestellten Schweller 28, 30 dazwischen angeordnet werden können.
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In 2 ist die bereits zuvor erwähnte Tragstruktur 14 des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs in einer seitlichen Perspektivansicht gezeigt, wobei das Batteriefach 10 in seiner bestimmungsgemäßen Anordnung an der Tragstruktur 14 wieder lösbar befestigt ist. In dieser bestimmungsgemäßen Anordnung entsprechen die jeweiligen Längsrichtungen, Querrichtungen und Hochrichtungen des Batteriefachs 10 und des Kraftfahrzeugs einander.
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Der linke Schweller 28 ist zwischen einem der beiden als Winkelprofil ausgebildeten Schnittstelle 26 und dem Längsträger 32 der Aluminiumträgerstruktur 22 angeordnet. Genauso ist auf der anderen Seite der Schweller 30 zwischen der weiteren als Winkelprofil ausgebildeten Schnittstelle 26 und dem Längsträger 34 angeordnet. Das Batteriefach 10 ist dadurch mittels der Schnittstelle 26 in die Schweller 30, 32 eingehängt und an diesen befestigt. Die lösbare Befestigung kann z.B. mittels hier nicht dargestellter Schrauben erfolgen, welche durch die hier nicht näher bezeichneten Bohrungen jeweiliger Oberseiten der Schnittstellen 26 eingeschraubt sind.
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Des Weiteren ist das Batteriefach 10 mit seinen in Hochrichtung des Batteriefachs 10, und somit auch in Fahrzeughochrichtung, verlaufenden Trägern 40, 42 und dem hier nicht erkennbaren hinteren Querträger 38 an jeweiligen B-Säulen 48 der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs angeordnet und somit in Fahrzeuglängsrichtung abgestützt. Der vordere Querträger 36 der hier nicht näher bezeichneten Aluminiumträgerstruktur 22 des Batteriefachs 10 ist unterhalb von jeweiligen A-Säulen 50 der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs angeordnet und kann sich beispielsweise an Stirnseiten hier nicht näher bezeichneter Längsträger der im Vorderwagenbereich des Kraftfahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung abstützen.
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Die Anordnung und Form der Schweller 28, 30 der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs ist an die keilförmige Gestalt des Batteriefachs 10 angepasst. D.h., dass die beiden Schweller 28, 30 verlaufen nicht waagrecht, also parallel zur Fahrzeuglängsrichtung, von vorne nach hinten. Stattdessen steigen die Schweller 28, 30 von der A-Säule 50 zur B-Säule 48 schräg an. Die Schrägstellung der Schweller 28, 30 entspricht dabei der Schrägstellung der beiden Längsträger 32, 34 und der Schnittstellen 26 des Batteriefachs 10. Eine nicht näher bezeichnete Unterseite des Batteriefachs 10 ist dadurch im an der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs montierten Zustand zumindest im Wesentlichen horizontal angeordnet. Die Unterseite des Batteriefachs 10 bildet im montierten Zustand also einen flachen Teil der Unterseite bzw. des Unterbodens des Kraftfahrzeugs. An der Tragstruktur 14 kann dadurch ein Unterboden ausgespart werden, da dieser durch das Batteriefach 10 gebildet wird.
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In der vorliegenden Darstellung ist zudem gut zu erkennen, dass die Traktionsbatterie 18 in Fahrzeugquerrichtung zwischen den beiden Schwellern 28, 30 angeordnet ist. Bei einem Seitencrash wird die Traktionsbatterie 18 dadurch besonders gut vor Deformationen und Beschädigungen bewahrt. Zur Stabilisierung des Batteriefachs 10 und zum Schütz der Traktionsbatterie 18 tragen zudem auch noch die Querträger 24 der hier nicht näher bezeichneten Stahlträgerstruktur 20 des Batteriefachs 10 bei. Diese können z.B. direkt an den winkelprofilartigen Schnittstellen 26 angebracht sein. Alternativ ist aber auch möglich, dass die Querträger 24 an den Längsträgern 32, 34 befestigt sind. Zudem ist auch möglich, dass die Querträger 24 innenseitig an dem Batteriebehälter 16 befestigt sind.
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Das Batteriefach 10 bildet im montierten Zustand also einen Bestandteil der Tragstruktur 14 des elektrisch angetrieben Kraftfahrzeugs aus und verstärkt diese mechanisch. Im vorliegend gezeigten Fall ist das Batteriefach 10 im nicht näher bezeichneten Mittelwagenbereich des Kraftfahrzeugs zwischen der A-Säule 48 und B-Säule 50 angeordnet. Bei der hier gezeigten Tragstruktur 14 handelt es sich um eine Tragstruktur für einen Zweisitzer. Alternativ kann die Tragstruktur 14 auch z.B. für einen 4- oder 5-Sitzer ausgelegt sein. In dem Fall wäre es beispielsweise auch möglich, dass das Batteriefach 10 unter dem gesamten Fahrgastraum - also sowohl unter der vorderen als auch unter der hinteren Sitzreihe - angeordnet ist.
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Insbesondere verbessert das Batteriefach 10 im montierten Zustand die Torsionssteifigkeit der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs. Im demontierten Zustand, also wenn das Batteriefach 10 nicht an der Tragstruktur 14 angeordnet und befestigt ist, weist die Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs trotzdem noch eine hinreichende Steifigkeit und Stabilität auf, sodass das Kraftfahrzeug fahrtüchtig ist. Das Batteriefach 10 kann also bei Bedarf von der Tragstruktur 14 des Kraftfahrzeugs entfernt werden, ohne dass das Kraftfahrzeug abgestützt oder anderweitig stabilisiert werden muss. Somit kann die Traktionsbatterie 18 bei Bedarf mitsamt dem Batteriefach 10 besonders einfach ausgetauscht werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriefach
- 12
- Batteriefachtragstruktur
- 14
- Tragstruktur eines Kraftfahrzeugs
- 16
- Batteriebehälter
- 18
- Traktionsbatterie
- 20
- Stahlträgerstruktur
- 22
- Aluminiumträgerstruktur
- 24
- Querträger der Stahlträgerstruktur
- 26
- Schnittstelle der Batteriefachtragstruktur
- 28
- linker Schweller
- 30
- rechter Schweller
- 32
- linker Längsträger der Aluminiumträgerstruktur
- 34
- rechter Längsträger der Aluminiumträgerstruktur
- 36
- vorderer Querträger der Aluminiumträgerstruktur
- 38
- hinterer Querträger der Aluminiumträgerstruktur
- 40
- linker vertikaler Träger der Aluminiumträgerstruktur
- 42
- rechter vertikaler Träger der Aluminiumträgerstruktur
- 44
- Oberteil des Batteriebehälters
- 46
- Unterteil des Batteriebehälters
- 48
- B-Säule
- 50
- A-Säule
