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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger zur Aufnahme mindestens einer Batterie für ein Elektrokraftfahrzeug.
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Aus dem Stand der Technik ist in den letzten Jahren zunehmende Elektromobilität zu verzeichnen. Hierbei werden Elektrokraftfahrzeuge rein elektrisch angetrieben. Zur Bereitstellung der dafür benötigten elektrischen Energie sind Batterien, auch Akkumulatoren genannt, bekannt, welche insbesondere in einem Unterflurbereich des Kraftfahrzeuges angeordnet werden. Damit die Batterien zum einen montiert werden können, zum anderen jedoch auch während ihrer Nutzungsdauer vor äußeren Witterungseinflüssen geschützt angeordnet sind, sind Batterieträger, auch Battery Tray genannt, bekannt. Diese Batterieträger sind wannenförmige Bauteile, die insbesondere mit einem Deckel verschlossen werden. Im Innenraum der Batterieträger sind die Batterien angeordnet.
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Während eines Aufladevorganges der Batterien selber, jedoch auch während der Leistungsentnahme von elektrischer Energie aus der Batterie zum Antrieb des Elektrokraftfahrzeugs ist eine Wärmeentwicklung der Batterien zu verzeichnen. Damit es hier nicht zu einer unter Umständen kritischen Überhitzung der Batterien kommt, sind Kühlsysteme bekannt, die in dem Batterieträger eingesetzt werden. Zumeist wird ein Kühlmedium durch Kühlkanäle geleitet, um so die in den Batterien entstehende Wärme abzuführen und eine Überhitzung der Batterien zu vermeiden.
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Aus der
DE 10 2013 225 628 A1 ist ein Kühlsystem bekannt, bei welchem die Batterie innerhalb des Batterieträgers angeordnet ist und das Kühlsystem in formschlüssigen Anlagenkontakt mit der Batterie gebracht ist. Damit dieser formschlüssige Anlagenkontakt bereitgestellt ist und dadurch bedingt eine entsprechend gute Wärmeleitung von der Batterie an das Kühlsystem erfolgt, sind Federelemente in dem Batterieträger angeordnet, die eine Druckkraft auf das Kühlsystem ausüben. Hierdurch wird das Kühlsystem an die Batterie gepresst. Neben einer nachteiligen Montage ist ein derartiger Aufbau konstruktionsbedingt eher unzweckmäßig.
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Die Batterieträger weisen in Draufsicht einen flächigen Bereich zwischen mitunter 1 und 4 m
2 auf. Wird nunmehr innerhalb dieses flächigen Bereiches eine Druckkraft ausgeübt, so wölben sich Wannenboden und/oder Deckel des Batterieträgers, was unter Umständen zu Undichtigkeiten führen kann. Aus der
DE 10 2014 218 137 A1 ist ebenfalls ein Anpresskonzept für Kühlelemente eines Hochvoltspeichers bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Koppelungsmöglichkeit aufzuzeigen, innerhalb eines Batterieträgers ein Kühlsystem in formschlüssigen Anlagenkontakt zu bringen, dergestalt, dass eine effektive Wärmeleitung erfolgt, gleichzeitig jedoch eine günstige Produzierbarkeit des Batterieträgers ermöglicht wird.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird mit einem Batterieträger zur Aufnahme mindestens einer Batterie mit den Merkmalen im Anspruch 1 gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der Batterieträger zur Aufnahme mindestens einer Batterie für ein Elektrokraftfahrzeug weist einen wannenartigen Innenraum mit einem Boden auf. Die Wanne ist bevorzugt durch einen Deckel verschlossen. Die Wanne kann ein gebautes Bauteil sein oder auch ein einstückiges Bauteil, das beispielsweise durch Tiefziehen hergestellt ist. Der Deckel kann dabei als Gleichbauteil mit der Wanne selbst ausgebildet sein, mithin wird ein wannenartiger Deckel verwendet. Es kann jedoch auch ein im Wesentlichen flacher Deckel verwendet werden. Die Batterien sind in dem Batterieträger derart angeordnet, dass sie im Anlagenkontakt mit dem Boden angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, dass auf der den Batterien gegenüberliegenden Seite des Bodens Temperierelemente in flächigem Anlagenkontakt mit dem Boden angeordnet sind. Hierdurch wird eine entsprechende Möglichkeit gegeben, insbesondere Wärme der Batterien bei Temperierelementen in Form von Kühlelementen abzuführen. Auch können jedoch die Temperierelemente als Latentwärmespeicher ausgebildet sein. Eine entsprechende Vortemperierung der Batterien ist somit ebenfalls möglich. Damit nunmehr die Temperierelemente in flächigem Anlagenkontakt bleiben, ist vorgesehen, dass eine formschlüssige Koppelung erfolgt. Diese formschlüssige Koppelung erfolgt erfindungsgemäß dergestalt, dass an dem Boden gegenüber einem flächigen Bereich des Bodens abstehende Fortsätze als Nasen ausgebildet sind. Mindestens ein Federelement ist mit den Fortsätzen gekoppelt und übt eine Zugkraft auf die Temperierelemente aus, so dass diese an den Boden gezogen bzw. gepresst werden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bringt wesentliche Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Eine stoffschlüssige Kopplung beispielsweise durch ein Verkleben würde durch die mitunter starken thermischen Ausdehnungen über die Lebensdauer eines solchen Batterieträgers zu Rissen und/oder Ablösen im Bereich der Klebung führen. Neben verminderter mechanischer Festigkeit ist aufgrund von Lufteinschlüssen in den Rissen ebenfalls eine schlechtere Wärmeleitung zu verzeichnen. Erfindungsgemäß wird dieses durch die mechanisch aufgebrachte Kraft durch das Zugfederelement vermieden und die Temperierelemente unter Kompensation verschiedener thermischer Ausdehnung gleichbleibend flächig an den Boden angezogen.
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Das Federelement ist bevorzugt ein Zugfederelement. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch das zumindest eine Zugfederelement keine Druckspannungen in Querrichtung auf den Boden ausgeübt werden. Ein Aufwölben und/oder Verformen des Bodens bzw. Deckels wird somit erfindungsgemäß ebenfalls vermieden.
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Ein weiterer Vorteil ist eine einfache Montierbarkeit. Zunächst kann der Boden hergestellt sein und dann die Temperierelemente an dem Boden angeordnet werden. Die weitere Montage des Zugfederelementes erfolgt durch eine mechanische Fixierung dergestalt, dass kein Austrocknen einer Klebeverbindung notwendig ist. Ferner kann der Boden mit dem Temperierelement einzeln montiert werden. Es ist nicht ein vollständiges Montieren des Batterieträgers zur Anordnung der Temperierkanäle notwendig, wie es beispielsweise aus dem Stand der Technik bekannten Druckfederelementen mit dem Deckel der Fall ist.
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Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass bei Anordnung des Batterieträgers im Unterflurbereich eines Kraftfahrzeuges das Kühlsystem auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung bezogen nach unten zeigend angeordnet ist. Ein unterhalb des Batterieträgers angeordneter Unterfahrschutz kann aufgrund nicht vorhandener Druckfederelemente in einem Abstand zu dem Kühlsystem und insbesondere mechanisch entkoppelt zu dem Kühlsystem angeordnet werden. Eine Einwirkung auf den Unterfahrschutz, beispielsweise ein ungewolltes Aufsetzen des Kraftfahrzeuges an einem Bordstein oder ähnlichem, führt somit zunächst nicht zu einer derartigen Beschädigung des Batterieträgers, dass beispielsweise das Kühlsystem leckschlägt oder mechanisch beschädigt wird. Es ist somit weiterhin gewährleistet, dass das Kühlsystem ordnungsgemäß und mit voller Kühlleistung in Funktion bleibt, auch bei ungewollter unsachgemäßer Handhabung des Elektrokraftfahrzeuges.
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Weiterhin besonders bevorzugt sind die Temperierelemente als Kühlkanäle ausgebildet, wobei die Kühlkanäle aus Leichtmetall oder Kunststoff hergestellt sind. Insbesondere werden die Kühlkanäle als im Querschnitt breite bzw. flächige Kühlkanäle ausgebildet. Bevorzugt wird hierzu ein Extrusionsverfahren genutzt, um ein Hohlprofil herzustellen. In dem Hohlprofil sind dann die Kühlkanäle ausgebildet. Durch die Kühlkanäle kann dann ein Kühlmedium geleitet werden.
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Ergänzend oder alternativ ist es möglich, dass die Temperierelemente als Latentwärmespeicher ausgebildet sind. Beispielsweise ist eine Kombination von Kühlelementen und Latentwärmespeichern als Temperierelement vorstellbar.
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Das Zugfederelement ist insbesondere als Spangenbauteil ausgebildet. Ganz besonders bevorzugt wird das Zugfederelement aus einem Stahlwerkstoff hergestellt. Das Zugfederelement hintergreift bevorzugt formschlüssig an einem jeden Ende einen Fortsatz. Ein Mittelbereich des Zugfederelementes überdeckt dabei das Temperierelement und übt eine Federkraft auf das Temperierelement aus, so dass das Temperierelement an den Boden gepresst ist.
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Die Fortsätze an bzw. in dem Boden selbst können auf verschiedene Weise hergestellt sein. Wenn der Boden als Extrusionsbauteil hergestellt ist, können die Fortsätze gegenüber dem Boden abstehen und direkt mit hergestellt sein, insbesondere sind diese einstückig und werkstoffeinheitlich mit dem Boden ausgebildet. Bevorzugt sind die Fortsätze in diesem Fall als gegenüber dem Boden abstehenden Nasen ausgebildet. Die Fortsätze können über die gesamte Länge bzw. Breite des Bodens ausgebildet sein. Die Fortsätze können jedoch auch nur abschnittsweise ausgebildet sein.
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Im Falle eines umformtechnisch hergestellten Bodens, beispielsweise als Tiefziehbauteil, können die Fortsätze ebenfalls einstückig und werkstoffeinheitlich in dem Boden durch Prägen ausgebildet sein. Der Boden wird derart im Bereich der Fortsätze geprägt, dass ein Teil des Bodens gegenüber dem Boden abstehend ausgebildet wird und somit den Fortsatz bereitstellt.
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Eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung der Fortsätze ist, dass diese als externes Bauteil hergestellt sind und mit dem Boden gekoppelt werden. Beispielsweise können diese mit dem Boden verklebt oder verschweißt werden. Auch ist ein Vernieten der Fortsätze mit dem Boden vorstellbar.
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Zur Verbesserung der Wärmeleitfähigkeit zwischen Batterieboden und Boden, bzw. zwischen Boden und Temperierelement ist es weiterhin vorstellbar, eine Wärmeleitpaste anzuordnen. Die Wärmeleitpaste ist bevorzugt dauerelastisch ausgebildet, so dass sie thermische Schwankungen zwischen den einzelnen Bauteilen kompensiert.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsvariante der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass der Boden selbst als im Querschnitt Hohlkammerprofil ausgebildet ist. Der Boden ist in dieser Ausgestaltung insbesondere mit einem integrierten Unterfahrschutz ausgebildet. In der Hohlkammer zwischen eigentlichem Boden des Batterieträgers und Unterfahrschutz sind dann bevorzugt wiederum die Temperierelemente angeordnet. Die Temperierelemente sind mit Hilfe des Zugfederelementes gekoppelt. Zum Herstellen wird zunächst der Boden als Extrusionsbauteil hergestellt. Im Anschluss daran werden seitlich in den Boden die Temperierelemente eingeschoben. Ebenfalls eingeschoben werden die Zugfederelemente, so dass eine mechanische Koppelung von Temperierelement mit dem Boden hergestellt ist. Der Unterfahrschutz ist dann in einem Abstand zu den Temperierelementen, insbesondere ohne Anlagenkontakt und ohne mechanische Koppelung angeordnet.
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Weiterhin bevorzugt sind in dieser Variante an dem Unterfahrschutz, insbesondere an einer Innenseite des Unterfahrschutzes Rippen ausgebildet. Diese erstrecken sich in Extrusionsrichtung bzw. Längsrichtung des Bodens. Die Rippen bieten weiterhin den Vorteil, dass der Unterfahrschutz verstärkt ist sowie im Crashfall, insbesondere bei einem Seitencrash eine zusätzliche Versteifung der Kraftfahrzeugkarosserie durch den Batterieträger und hier insbesondere den Unterfahrschutz bereitgestellt ist.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungen werden in schematischen Figuren zum einfachen Verständnis der Erfindung erläutert. Es zeigen:
- 1 einen erfindungsgemäßen Batterieträger in Querschnittsansicht und
- 2 bis 5 Detailansichten eines Querschnittes durch den Boden mit Temperierelement
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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 Querschnittsansicht. Der Batterieträger 1 weist eine Wanne 2 auf mit einem Boden 3. Die Wanne 2 ist von einem Deckel 4 verschlossen bzw. verschließbar, beispielsweise über Verschraubungen 19. In dem Batterieträger 1 sind Batterien 5 angeordnet. Die Batterien 5 stehen mit dem Batterieboden 6 flächig auf dem Boden 3 der Wanne 2. Entstehende Wärme wird mittels Wärmeleitung Q̇von der Batterie 5 über den Batterieboden 6 in den Boden 3 geleitet. An einer Außenseite 7 des Bodens sind Temperierelemente 8 angeordnet. Unterhalb der Temperierelemente 8 ist in einem Abstand ein Unterfahrschutz 9 angeordnet. Die zuvor genannten Richtungsangaben oben bzw. unten beziehen sich auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z. Damit die Temperierelemente 8 unterhalb des Bodens 3 angeordnet bleiben, sind Zugfederelemente 10 vorgesehen, hier dargestellt in Form von Spangenbauteilen.
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2 zeigt dazu eine Detailansicht. Der Boden 3 weist gegenüber der Außenseite 7 des Bodens abstehende Fortsätze 11 in Form von Nasen auf. Die Fortsätze 11 sind in dieser Ausgestaltungsvariante von 2 einstückig und werkstoffeinheitlich ausgebildet, beispielsweise beim Extrudieren. Die Fortsätze 11 können sich somit beispielsweise in Kraftfahrzeuglängsrichtung x durchgehend über den gesamten Boden 3 erstrecken. In den Temperierelementen 8 selbst sind Kühlkanäle 12 ausgebildet.
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Das Temperierelement 8 ist in diesem Fall ebenfalls als flächiges Extrusionsbauteil ausgebildet und liegt flächig an der Außenseite 7 des Bodens an. Ein Zugfederelement 10 in Form eines Spangenbauteils greift mit einem jeden seiner Enden 13 in die Fortsätze 11 ein und presst somit das Temperierelement 8 an die Außenseite 7 mit einer Presskraft F. Hierzu weist das Zugfederelement 10 jeweils außenseitig einen Bogenabschnitt 14 auf und einen gegenüber diesem nach innen zurückversetzten Pressabschnitt 15, so dass von dem Zugfederelement 10 über den Bogenabschnitt 14 durch Ziehen eine Zugkraft bzw. Spannkraft auf den Pressabschnitt 15 ausgeübt wird, wobei der Pressabschnitt 15 eine Presskraft F auf das Temperierelement 8 ausübt. Somit ist es möglich, in einem Abstand a zu den Temperierelementen 8 den Unterfahrschutz 9 anzuordnen. Eine eventuelle Deformation des Unterfahrschutzes 9 in Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z durch äußere Einflüsse wirkt sich somit zunächst nicht auf die Temperierelemente 8 bzw. den Boden 3 des Batterieträgers 1 aus. Zwischen Temperierelement 8 und Unterfahrschutz 9 ist somit keine Druckfeder oder dergleichen angeordnet, so dass der Unterfahrschutz 9 bzw. Boden 3 nicht ausbeulen.
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3 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante. Hierbei ist der Boden 3 des Batterieträgers 1 nicht durch Extrusion, sondern beispielsweise als Pressbauteil und zwar durch Tiefziehen hergestellt. Die Fortsätze 11 sind extern hergestellt Bauteile. Beispielsweise können die Fortsätze 11 auch als Leisten ausgebildet sein, die sich entsprechend in Kraftfahrzeuglängsrichtung x erstrecken. Diese können beispielsweise durch thermisches Fügen oder auch durch mechanisches Fügen mit dem Boden 3 gekoppelt sein. Das Zugfederelement 10 ist formschlüssig die Fortsätze 11 hintergreifend mit diesen gekoppelt, so dass die Temperierelemente 8 gegen eine Außenseite 7 des Bodens gepresst werden. Ein entsprechender Unterfahrschutz 9 ist somit wiederum in einem Abstand a zu den Temperierelementen 8 angeordnet.
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4 zeigt eine weitere alternative Ausgestaltungsvariante. Hierbei ist der Boden 3 wiederum als Umformbauteil hergestellt. Der Boden 3 weist Einprägungen 16 auf. Die Einprägungen 16 sind derart ausgebildet, dass gegenüber einer Außenseite 7 des Bodens die Einprägung 16 als Fortsatz 11 abstehend ausgebildet ist. Die Einprägungen 16 sind insbesondere umformtechnisch erzeugt. Somit ist es möglich, das Zugfederelement 10 formschlüssig die Einprägungen 16 hintergreifend anzuordnen, dergestalt, dass die Temperierelemente 8 flächig an die Außenseite 7 des Bodens angepresst werden.
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5 zeigt eine weitere alternative Variante. Der Boden 3 ist als mindestens ein geschlossenes Hohlkammerprofil ausgebildet, dergestalt, dass der eigentliche Boden 3 der Wanne 2 und ein Unterfahrschutz 9 gleichsam ausgebildet sind. Insbesondere wird dies als Extrusionsbauteil hergestellt. Die Fortsätze 11 sind somit einstückig und werkstoffeinheitlich angeordnet. In der dadurch ausgebildeten Hohlkammer 17 sind die Temperierelemente 8 angeordnet. Die Fortsätze 11 sind wiederum formschlüssig von einem Zugfederelement 10 hintergriffen und üben eine Pressenkraft F auf das Temperierelement 8 aus, dergestalt, dass dieses gegen eine Außenseite 7 des Bodens angepresst wird. In der Hohlkammer 17 sind optional Rippen 18 angeordnet, welche den Unterfahrschutz 9 zusätzlich aussteifen. Auch hierbei ist ein entsprechender Abstand a zwischen dem Unterfahrschutz 9 und dem Temperierelement 8 ausgebildet, dergestalt, dass eine mechanische Beschädigung bzw. eine Verformung des Unterfahrschutzes 9 nach innen sich nicht direkt auf das Temperierelement 8 auswirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1 -
- Batterieträger
- 2 -
- Wanne
- 3 -
- Boden
- 4 -
- Deckel
- 5 -
- Batterie
- 6 -
- Batterieboden
- 7 -
- Außenseite zu 3
- 8 -
- Temperierelement
- 9 -
- Unterfahrschutz
- 10 -
- Zugfederelement
- 11 -
- Fortsatz
- 12 -
- Kühlkanal
- 13 -
- Ende zu 10
- 14 -
- Bogenabschnitt zu 10
- 15 -
- Pressabschnitt zu 10
- 16 -
- Einprägung
- 17 -
- Hohlkammer
- 18 -
- Rippe
- 19 -
- Verschraubung
- Q̇-
- Wärmeleitung
- Z -
- Kraftfahrzeugvertikalrichtung
- x -
- Kraftfahrzeuglängsrichtung
- F -
- Presskraft
- a -
- Abstand
