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Die vorliegende Offenbarung betrifft einen Batterieträger für eine elektrische Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs.
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Zur Halterung einer elektrischen Batterie für die Bereitstellung elektrischer Energie in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden üblicherweise Batterieträger verwendet, welche zwischen den Achsen des Fahrzeugs angeordnet sind.
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Zur effizienten Herstellung derartiger Batterieträger können Profilelemente eingesetzt werden, welche in der Druckschrift
DE 10 2012 100 977 B3 beschrieben sind.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2010 024 320 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Halten einer Batterie in einer Tragstruktur einer Karosserie eines Fahrzeugs.
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Die Offenlegungsschrift
US 2015/0171485 A1 beschreibt ein Batteriepack umfassend mehrere Batterien.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2014 108 160 A1 beschreibt eine Unterbodeneinheit zur Versteifung eines Kraftfahrzeugs.
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Die Offenlegungsschrift
US 2015/0311485 A1 beschreibt ein Batteriemodul umfassend mehrere Batteriezellen.
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Die Offenlegungsschrift
DE 10 2008 027 293 A1 offenbarte eine Vorrichtung zur Kühlung einer Fahrzeugbatterie.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, einen weiteren, effizienten Batterieträger zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
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Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch einen Batterieträger gelöst werden kann, welcher als Funktionsbauteil eine über die Halterung einer elektrischen Batterie hinausgehende, integrierte Funktionalität aufweist. Eine derartige Funktionalität ist die Temperierung der elektrischen Batterie, insbesondere die Kühlung und/oder die Erwärmung der elektrischen Batterie.
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Auf diese Weise kann auf die Verwendung gesonderter Funktionskomponenten verzichtet werden, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung einen Batterieträger für die Aufnahme zumindest einer elektrischen Batterie in einem Fahrzeug, mit einem Hohlkammerprofil mit einer Hohlkammer, welche durch eine Bodenwand und eine Deckenwand begrenzt ist, wobei die elektrische Batterie auf die Deckenwand aufsetzbar ist, und mit einer Wärmetauscherstruktur zum Temperieren der elektrischen Batterie, wobei die Wärmetauscherstruktur innerhalb eines Deckenwandabschnitts der Deckenwand gebildet ist und zumindest einen Hohlkanal umfasst, welcher die Deckenwand durchsetzt.
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Der Hohlkanal verläuft bevorzugt innerhalb der Deckenwand, insbesondere zwischen den nach außen weisenden Oberflächen der Deckenwand. Mit anderen Worten ausgedrückt hat der Hohlkanal eine Längsachse und durchsetzt die Deckenwand in Richtung der Längsachse des Hohlkanals sowie in Flächenerstreckungsrichtung der Deckenwand.
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Die Temperierung kann Kühlung und/oder Heizung umfassen. Die Wärmetauscherstruktur kann zudem Teil eines Kältekreislaufs oder eines Wärmekreislaufs sein.
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In einer Ausführungsform umfasst die Wärmetauscherstruktur eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Hohlkanälen, welche den Deckenwandabschnitt, insbesondere parallel zu der Langsachse der Hohlkanäle, durchsetzen. Die Hohlkanäle verlaufen bevorzugt parallel zueinander innerhalb der Deckenwand.
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Die Wärmetauscherstruktur kann entweder als passives Element oder als aktives Element ausgelegt sein. Eine aktive Ausführung der Wärmetauscherstruktur umfasst ein erzwungenes Einströmen eines Mediums, insbesondere durch eine Pumpe oder durch ein künstliches Erzeugen eines Druckunterschieds. In einer passiven Ausführung der Wärmetauscherstruktur erfolgt der Wärmeaustausch hauptsächlich über Wärmeleitung und natürliche Konvektion auf Grund von Temperaturunterschieden des Mediums in den Hohlkanälen.
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In einer Ausführungsform umfasst der Batterieträger eine Mehrzahl an Wärmetauscherstrukturen mit jeweils einer Mehrzahl von Hohlkanälen, welche in Gruppen zum Temperieren jeweils einer elektrischen Batterie geeignet sind.
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In einer Ausführungsform umfasst der Batterieträger bevorzugt mehrere Hohlkammerprofile mit einer Wärmetauscherstruktur.
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Durch das Durchsetzen des Deckenwandabschnitts mit Hohlkanälen kann in vorteilhafter Weise das Gewicht des Batterieträgers reduziert werden. Zudem kann eine erhöhte Formstabilität des Batterieträgers gegenüber auf den Batterieträger wirkenden, mechanischen Kräften, insbesondere Druck-, Biege- und Torsionskräften, erzielt werden.
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Die Hohlkanäle können dabei rotationssymmetrisch geformt sein und einen Durchmesser zwischen beispielsweise 2mm und 10mm aufweisen. Ein Durchmesser in diesem Bereich ermöglicht über die gesamte Deckenwand des Hohlkammerprofils eine plane Ausführung der Deckenwand. Die Hohlkanäle können in die Hohlkammer hineinragen und können einen Abstand, insbesondere einen Isolationsabstand zu der Bodenwand aufweisen.
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Weist die Öffnung des Hohlkanals einen Durchmesser von beispielsweise größengleich 10mm auf, kann die Deckenwand im Bereich des Hohlkanals der Rundung der Öffnung des Hohlkanals folgen. Außerdem kann der Hohlkanal mit der Bodenwand im Bereich der Öffnung des Hohlkanals verbunden sein.
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Der Hohlkanal kann typischerweise eine Wanddicke im Bereich von 0,8mm bis 3,0mm aufweisen. Zwischen der Deckenwand und der Bodenwand oder zwischen dem Hohlkanal und der Decken- respektive Bodenwand können Stege angeordnet sein, welche die Decken- respektive Bodenwand mit dem Hohlkanal verbinden. Die Stege können insbesondere Verstärkungsstege sein, welche eine Materialstärke im Bereich von 1,5mm bis 3,0mm aufweisen.
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Die Stege können insbesondere geeignet sein die Wärmeleitung zwischen der Deckenwand und der Bodenwand oder dem Hohlkanal und der Decken- respektive Bodenwand zu erhöhen und/oder die strukturelle Festigkeit des Hohlkammerprofils zu erhöhen.
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In einer Ausführungsform weist das Hohlkammerprofil eine Höhe im Bereich von 10mm bis 15mm, beispielsweise 13,5mm auf. Die Hohlkanäle können im Querschnitt langlochförmig ausgebildet sein und in der bodenwandfernen Innenfläche eine Mehrzahl an Stegen aufweisen. Die Stege können entlang der Längsachse des Hohlkanals gebildet sein. Die Höhe des Hohlkanals kann beispielsweise zwischen 2mm und 4mm betragen und ist an den Positionen der Stege reduziert. Die Innenbreite eines Hohlkanals kann beispielsweise zwischen 10 und 50mm betragen.
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Die Dicke der Deckenwand kann in dem Bereich von 1,8mm bis 1,2mm liegen und die Dicke der Bodenwand kann in dem Bereich von 1,8mm bis 4,0mm liegen. Die Bodenwand kann im Vergleich zu der Dicke der Deckenwand eine größere Dicke aufweisen, da die Bodenwand Anforderungen bezüglich äußerer Einwirkungen, beispielsweise Eindringen von Außenteilen oder Steinschlag, genügen muss.
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Zur Erhöhung von Wärmeleitungseigenschaften können in den Hohlkammern wärmeleitende Stege mitextrudiert werden. Die Stege können die Hohlkanäle zudem abstützen. Dadurch können die Hohlkanäle in den Hohlkammern der Höhe nach beliebig, beispielsweise näher an der Batterie oder weiter von diesen beabstandet, angeordnet werden.
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In einer Ausführungsform sind in dem Deckenwandabschnitt Querkanäle gebildet, welche die parallel verlaufenden Hohlkanäle strömungstechnisch verbinden, um eine schlangenförmige oder mäanderförmige Hohlkanalstruktur zu bilden, oder wobei die parallel verlaufenden Hohlkanäle durch an den Stirnseiten des Deckenwandabschnitts gebildete Öffnungen begrenzt und mittels von in die Öffnungen einführbaren Verbindungsstutzen strömungstechnisch verbindbar sind.
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Die Verbindungsstutzen können ferner durch einen Schlauch und/oder ein Rohrstück ergänzt oder ersetzt werden. Eine fluiddichte Verbindung zwischen Schlauch respektive Rohrstück und Verbindungsstutzen kann durch eine Steckverbindung mit den Verbindungsstutzen oder eine anderweitige stoff- oder kraftschlüssige Verbindung von Verbindungsstutzen und Schlauch respektive Rohr realisiert werden.
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Die Öffnungen der Hohlkanäle sind bevorzugt beidseitig des Deckenwandabschnitts gebildet, sodass sich jeder Hohlkanal zwischen zwei Öffnungen erstreckt und dadurch seitlich, das heißt an den Stirnseiten des Hohlkammerprofils, zugänglich ist.
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In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Öffnungen von Hohlkanälen jeweils durch eine fluidführende Verbindung verbunden sind, um benachbarte Hohlkanäle strömungstechnisch in Reihe oder parallel zu schalten. Es kann aber auch vorgesehen sein, das jeweils jeder zweite Hohlkanal durch eine fluidführende Verbindung verbunden ist. Die verbundenen Hohlkanäle können einen strömungstechnischen Verbund bilden, um beispielsweise einen zusammenhängenden strömungstechnischen Verbund mit einer vergrößerten Oberfläche, insbesondere für den Wärmeaustausch, zu formen.
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Der Batterieträger kann fluiddicht, insbesondere gasdicht oder wasserdicht, verschließbar sein. Der fluiddichte Verschluss kann mittels eines Deckels erfolgen, welcher stoffschlüssig mit dem Batterieträger verbunden werden kann. So ergibt sich ein separater Kreislauf, beispielsweise mit einem Bodenkühlsystem, für die Temperierung der elektrischen Batterie, sodass die Wirkung externer Einflüsse, wie zum Beispiel Umgebungstemperatur, Luftdruck oder Luftfeuchtigkeit reduziert werden kann.
Mehrere Hohlkammerprofile des Batterieträgers und/oder der Deckel, welcher einen die Batterie(n) umlaufend begrenzenden Rahmen aufweist, können durch Reibrührschweißen fluiddicht verbunden werden.
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In einer Ausführungsform ist der jeweilige Hohlkanal durch ein Fluid, insbesondere durch ein wärmeleitendes Fluid durchsetzbar, um die zumindest eine elektrische Batterie zu temperieren, insbesondere zu kühlen oder zu erwärmen. Das Fluid kann ferner Kühlfluid oder Heizfluid sein.
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Ein Wärmetransport zwischen Batterieträger und Fluid erfolgt nur bei einer Temperaturdifferenz zwischen Fluid und Batterieträger, sodass eine hohe Wärmekapazität des Fluides vorteilhaft sein kann. Weiterhin ermöglicht eine hohe Wärmeleitfähigkeit des Fluides eine effiziente Übertragung von Wärme zwischen dem Batterieträger und dem Fluid und dadurch eine effiziente Temperierung.
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In einer Ausführungsform ist der zumindest eine Hohlkanal des Deckenwandabschnitts durch eine erste Wand, welche der Bodenwand zugewandt ist, und durch eine zweite Wand, welche der elektrischen Batterie zugewandt ist, begrenzt, wobei die zweite Wand eine größere Wandstärke als die erste Wand aufweist, um einen homogenen Temperaturverlauf in dem Deckenwandabschnitt zu erreichen.
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Bei einer insbesondere elektrolytischen, elektrischen Batterie, welche beispielsweise aus mehreren Zellen aufgebaut ist, hängt die Leistung der elektrischen Batterie von der Temperatur der elektrischen Batterie ab. Durch eine homogene Temperatur können Potentialdifferenzen innerhalb der einzelnen Zellen der elektrischen Batterie vermieden werden und somit kann gewährleistet werden, dass die elektrische Batterie sicher und effizient betrieben werden kann.
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In einer Ausführungsform weist der Deckenwandabschnitt eine größere Wandstärke als der Bodenabschnitt auf. Ein Unterbodenschutz kann in dieser Ausführungsform beispielsweise durch ein zusätzliches, separates Schutzelement unterhalb der Bodenwand, sichergestellt werden.
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Die Bodenwand kann vorteilhafterweise für die strukturelle Verstärkung des Batterieträgers und/oder Halterung im Fahrzeug ausgelegt sein und muss nicht für die Aufnahme von Hohlkanälen ausgebildet sein, sodass die Materialstärke der Bodenwand vorteilhaft reduziert werden kann.
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Es ist weiterhin möglich, dass die Bodenwand abschnittsweise eine Struktur zur Aufnahme von Verformungsenergie, beispielsweise durch einen Unfall, insbesondere einen Seitenaufprall, des Fahrzeugs, aufweist. Diese Struktur kann insbesondere in Form von Rippen, Wellen oder festigkeitsreduzierten Abschnitten realisiert sein.
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In einer Ausführungsform weist der Batterieträger zumindest einem Steg auf, welcher innerhalb der Hohlkammer verläuft und die Bodenwand mit der Deckenwand verbindet. Der Steg kann der strukturellen Verstärkung des Batterieträgers dienen, sodass insbesondere auf die Deckenwand und die Bodenwand wirkende Kräfte aufgenommen werden können.
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In einer Ausführungsform verbindet der Steg die Bodenwand und die Deckenwand entlang einer Lotsenkrechten oder der Steg ist senkrecht zu der Bodenwand oder senkrecht zu der Deckenwand angeordnet, oder der Steg ist bezüglich der Bodenwand oder der Deckenwand winkelig, insbesondere schräg, angeordnet.
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In einer Ausführungsform weist der Batterieträger einen weiteren Steg auf, welcher innerhalb der Hohlkammer verläuft und die Bodenwand mit der Deckenwand verbindet, wobei der Steg und der weitere Steg winklig zueinander angeordnet sind.
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In einer Ausführungsform ist der jeweilige Steg im Querschnitt gewölbt ausgebildet.
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Allgemein ist die Form und Anordnung der Stege zwischen der Deckenwand und der Bodenwand darauf ausgelegt eine vorteilhafte Aufnahme von Stößen, Vibrationen und/oder statische Lasten, welche auf den Batterieträger einwirken, zu realisieren. Im Fall eines Stoßes kann die Aufnahme der Stoßenergie auch durch elastische oder plastische Verformung der Bodenfläche und/oder der Stege geschehen, um so den Stoß abzudämpfen und eine Beschädigung der elektrischen Batterie zu verhindern. So kann insbesondere der sichere Betrieb der elektrischen Batterie in dem Batterieträger, welcher beispielsweise in einem Fahrzeug angeordnet oder befestigt ist, ermöglicht werden.
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Eine gewölbte Querschnittsform des Steges kann die Elastizität des Steges vorteilhaft verändern, sodass eine bessere Aufnahme, insbesondere gedämpfte Federung, von dynamisch einwirkenden Kräften, beispielsweise Vibrationen oder Stöße, aber auch bei Unterfahren von Bollern oder bei Steinschlag auf die Bodenwand, gewährleistet werden kann. Dadurch wird ein optimaler Schutz der Batterie(n) bewirkt.
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Vergleichbare Vorteile können durch eine schräge Anordnung von dem mindestens einen Steg zwischen der Deckenwand und der Bodenwand realisiert werden.
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In einer Ausführungsform ist die Bodenwand als eine Unterfahrschutzplatte geformt. Dadurch weist die Bodenwand eine zusätzliche Schutzwirkung an der Fahrzeugunterseite für die elektrische Batterie in dem Batterieträger auf.
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In einer Ausführungsform ist der jeweilige Steg wärmeleitend und formt einen passiven Kühlkörper.
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Der Batterieträger kann längs oder quer zwischen den Achsen des Fahrzeugs verbaut werden. Auch eine Anordnung des Batterieträgers zwischen einem vorderen oder hinteren Längsträger im Vorderteil oder Heck eines Kraftfahrzeugs ist vorstellbar.
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Bevorzugt ist das Hohlkammerprofil des Batterieträgers, einschließlich der Bodenwand, der Deckenwand und der Stege, aus einem gut wärmeleitenden Material gebildet. Gut wärmeleitende Materialien sind insbesondere elektrisch leitfähige Feststoffe, beispielsweise Metalle. Die Wärmeleitung von der Deckenwand zu der Bodenwand über den zumindest einen Steg kann genutzt werden um die Temperierung durch die Hohlkanäle zu unterstützen. Die Wärmeleitung zwischen der Deckenwand und der Bodenwand kann auch durch eine Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit des Mediums der Hohlkammer realisiert werden. Beispielsweise kann die Hohlkammer mit einem wärmeleitenden Fluid gefüllt sein oder die relative Luftfeuchte der Hohlkammer, welche mit einem Gas gefüllt ist, kann erhöht werden. Insbesondere ist das Hohlkammerprofil aus einem Alu-Strangpressprofil gebildet.
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In einer Ausführungsform teilt der jeweilige Steg die Hohlkammer in zwei Teilhohlkammern.
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Erfindungsgemäß weist der Batterieträger ein weiteres Hohlkammerprofil mit einer weiteren Hohlkammer auf, welche durch eine weitere Bodenwand und eine weitere Deckenwand begrenzt ist, wobei eine weitere elektrische Batterie auf die weitere Deckenwand aufsetzbar ist, wobei innerhalb eines weiteren Deckenwandabschnitts der weiteren Deckenwand eine weitere Wärmetauscherstruktur zum Temperieren der weiteren elektrischen Batterie gebildet ist, wobei die weitere Wärmetauscherstruktur einen weiteren Hohlkanal aufweist, welcher die weitere Deckenwand durchsetzt; und wobei das Hohlkammerprofil und das weitere Hohlkammerprofil miteinander verbunden, insbesondere stoffschlüssig und/oder formschlüssig, miteinander verbunden sind.
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In einer Ausführungsform bildet die Wärmetauscherstruktur einen Verdampfer oder einen Verflüssiger. Ein Verdampfer respektive Verflüssiger zeichnet sich durch eine erhöhte Wärmekapazität und effizientere Wärmeaufnahme durch einen Aggregatzustandsübergang des Mediums in den Hohlkanälen aus. Dies kann vorteilhaft für die Temperierung der elektrischen Batterie genutzt werden.
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In einer Ausführungsform bildet der jeweilige Hohlkanal eine fluidführende Leitung.
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In einer Ausführungsform weist der jeweilige Hohlkanal einen kreisrunde Querschnitt oder einen langlochförmigen Querschnitt mit einer innerhalb der Deckenwand verlaufenden Längsachse auf.
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Die geometrische Form der jeweiligen Hohlkanäle bestimmt die, der Wärmetauscherstruktur zur Verfügung stehende Fläche für den Wärmetransport zwischen Wärmetauscherstruktur und, die Hohlkanäle durchsetzendes, Kühl- oder Heizfluid respektive Gas. Je größer die summierte Gesamtoberfläche der Hohlkanäle, desto mehr Wärme kann bei sonst gleichen Parametern der elektrischen Batterie zu- oder abgeführt werden.
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In einer Ausführungsform sind seitlich des Hohlkammerprofils Befestigungslaschen für die aufsetzbare Befestigung des Batterieträgers an einem Fahrzeugbauteil angeordnet.
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Die Befestigungslaschen können so geformt sein, dass die Befestigungslaschen formschlüssig in eine Aufnahme für den Batterieträger, insbesondere an einem Fahrzeug, greifen. Somit kann außerdem die formschlüssige Verbindung von dem Batterieträger und einer Batterieträgeraufnahme erweitert werden, sodass ein Lösen des Formschlusses zwischen der Befestigungslasche und der Batterieträgeraufnahme vorteilhaft erschwert werden kann. Ferner können mehrere Hohlkammerprofile mit den Befestigungslaschen untereinander formschlüssig verbunden werden und/oder durch Schweißen oder Kleben stoffschlüssig verbunden werden.
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In einer Ausführungsform weist der Batterieträger ein Seitenhohlkammerprofil auf, das seitlich an das Hohlkammerprofil anschließt und rechtwinklig zu dem Hohlkammerprofil angeordnet ist, insbesondere einstückig mit dem Hohlkammerprofil gebildet ist.
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Erfindungsgemäß ist das jeweilige Hohlkammerprofil ein Strangpressprofil.
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Insbesondere ist das Strangpress - oder Extrusionsprofil einstückig, geformt. Dadurch kann das Hohlkammerprofil durch ein Leichtmetallprofil realisiert werden.
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In einer Ausführungsform weisen die Hohlkanäle einen kreisrunden Querschnitt auf und verlaufen in dem Deckenwandabschnitt und bilden somit rohrartige Fluidleitungen, welche mit dem Hohlkammerprofil mitextrudiert werden können.
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Zur statischen und dynamischen Verstärkung des Hohlkammerprofils können Stege mitextrudiert werden. Dadurch kann die Hohlkammer in mehrere Teilhohlkammern unterteilt werden und die Bodenwand mit der Deckenwand strukturell verbunden werden.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8a den Batterieträger in einigen Ausführungsformen,
- 8b, 9 Ausführungsformen eines Hohlkanals in dem Batterieträger,
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1 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100. Die Schnittebene der Darstellung ist quer zu der Längsachse der Hohlkanäle 113 angeordnet. Der Batterieträger 100 ist für die Aufnahme zumindest einer elektrischen Batterie in einem Fahrzeug ausgebildet, mit einem Hohlkammerprofil 101 und mit einer Hohlkammer 103, welche durch eine Bodenwand 105 und eine Deckenwand 107 begrenzt ist, wobei die elektrische Batterie auf die Deckenwand 107 aufsetzbar ist, und mit einer Wärmetauscherstruktur 109 zum Temperieren der elektrischen Batterie, wobei die Wärmetauscherstruktur 109 innerhalb eines Deckenwandabschnitts 111 der Deckenwand 107 gebildet ist und zumindest einen Hohlkanal 113 umfasst, welcher die Deckenwand 107 durchsetzt.
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Die Wärmetauscherstruktur umfasst eine Mehrzahl von parallel verlaufenden Hohlkanälen 113, welche den Deckenwandabschnitt 111 durchsetzen. Die Hohlkanäle 113 sind durch eine erste Wand 115, welche der Bodenwand 105 zugewandt ist, und durch eine zweite Wand 117, welche der elektrischen Batterie zugewandt ist, begrenzt ist, wobei die zweite Wand 117 eine größere Wandstärke als die erste Wand 115 aufweist und als Wärmespeicher zum Vergleichmäßigen der Temperaturverteilung über die Fläche wirkt.
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Ein Steg 119, welcher innerhalb der Hohlkammer 103 verläuft verbindet die Bodenwand 105 mit der Deckenwand 107. Der Steg 119 verbindet die Bodenwand 105 und die Deckenwand 107 entlang einer Lotsenkrechten 123. Der Steg 119 ist senkrecht zu der Bodenwand 105 und senkrecht zu der Deckenwand 107 angeordnet. Der Steg 119 teilt die Hohlkammer 103 in zwei Teilhohlkammern 103-1, 103-2. Das Hohlkammerprofil 101 ist insbesondere ein seitlich geschlossenes, kontinuierliches Profil, mit zwei Seitenwänden 125, 126.
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In einer Ausführungsform weist der Batterieträger 100 insgesamt 3 Stege 119, 120, 121 parallel zu der Lotsenkrechten 123 auf, welche zusammen mit den Seitenwänden 125, 126 die Hohlkammer 103 in insgesamt 4 Hohlkammern 103-1, 103-2, 103-3, 103-4 unterteilen.
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In einer Ausführungsform ist der Deckenwandabschnitt 111 an den Übergängen zu der Deckenwand 107 durch einen Steg respektive eine Seitenwand abgestützt. Wie in 1 gezeigt kann die Verstärkung durch den Steg 119 und die Seitenwand 126 realisiert sein, um die aus der Masse der Batterie(n) resultierenden Kräfte aufnehmen zu können.
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In einer Ausführungsform weisen die Hohlkanäle einen abgerundeten, insbesondere langlochförmigen Querschnitt auf.
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2 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100, welcher insbesondere Befestigungslaschen 201-1, 201-2 für die formschlüssige Kopplung mit weiteren Hohlkammerprofilen 101 des Batterieträgers 100.
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3 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100, wobei in Bezug auf 2 die Stege 119, 120, 121 durch einen weiteren Steg 301 ergänzt sind. Dadurch unterteilen die Stege 119, 120, 121 und 301 die Hohlkammer 103 in 5 Teilhohlkammern 103-1, 103-2 103-3, 103-4, 103-5. Außerdem sind in diesem Ausführungsbeispiel die Stege 119, 120, 121 und 301 nicht parallel zu der Lotsenkrechten 123 sondern winklig zueinander angeordnet. Insbesondere sind durch die Anordnung der Stege 119, 120, 121 und 301 die Teilhohlkammern 103-2 103-3, 103-4, 103-5 dreieckig geformt. Die Schnittebene der Darstellung ist quer zur Längsausrichtung der Hohlkanäle 113 angeordnet.
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Durch die schräge Anordnung der Stege 119, 120, 121 und 301 wird eine vorteilhafte Lastverteilung innerhalb des Batterieträgers 100 realisiert. Insbesondere auf die Deckenwand 107 und die Bodenwand 105 wirkende Kräfte können durch die in 3 dargestellte Anordnung der Stege 119, 120, 121 und 301 effizient aufgenommen werden.
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Eine schräge Anordnung der Stege 119, 120, 121 und 301 kann insbesondere senkrecht auf die Bodenwand 105 und die Deckenwand 107 wirkende Kräfte entlang einer Längsachse des Batterieträgers ableiten und somit auf die gesamte Struktur des Batterieträgers verteilen.
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4 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100 entsprechend einer Ausführungsform, wobei ergänzend zu der Darstellung in 3 ein Seitenhohlkammerprofil 401, das seitlich an das Hohlkammerprofil 101 anschließt und rechtwinklig zu dem Hohlkammerprofil 101 angeordnet ist, insbesondere einteilig mit dem Hohlkammerprofil 101 gebildet ist.
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In einer Ausführungsform ist das Seitenhohlkammerprofil 401 durch Stege 403, 404 verstärkt. 4 zeigt eine Ausführungsform des Seitenhohlkammerprofils 401, wobei die Breite des Seitenhohlkammerprofils 401 ungefähr der Höhe in Richtung der Lotsenkrechten 123 des Hohlkammerprofils 101 entspricht.
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In einer Ausführungsform entspricht die Höhe des Seitenhohlkammerprofils 401 entlang der Lotsenkrechten 123 ungefähr der Hälfte der Länge des Hohlkammerprofils 101 quer zu der Lotsenkrechten 123.
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In einer Ausführungsform ist das Seitenhohlkammerprofil 401 mit dem Hohlkammerprofil 101 an der Deckenwand 107, insbesondere aber nicht an dem Deckenwandteil 111, mit der Wärmetauscherstruktur verbunden.
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Das Seitenhohlkammerprofil 401 dient im Batterieträger 100 als Trennwand respektive Seitenwand, welche nebeneinander angeordnete Batterien trennt, aber auch zur Verstärkung und Versteifung des Batterieträgers 100 beiträgt.
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Die Hohlkanäle 113 weisen in der in 4 dargestellten Ausführungsform einen kreisrunden Querschnitt mit einer innerhalb des Deckenwandabschnitts 111 verlaufenden Längsachse auf. Dadurch kann im Vergleich zu einem langlochförmigen Querschnitt der Hohlkanäle 113 entsprechend 1, 2 und 3, wobei die Längsachse des Langlochs quer zu der Längsachse der Hohlkanäle verläuft, eine größere Anzahl an Hohlkanälen 113 in dem Deckenwandabschnitt 111 geformt sein. Dies gilt bei gleichbleibender Dicke und Länge des Deckenwandabschnitts 111 und Höhe der Hohlkanäle 113 entlang der Lotsenkrechten 123.
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5 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100 entsprechend einer Ausführungsform, wobei zu der Darstellung in 3 ein Seitenhohlkammerprofil 401, das seitlich an das Hohlkammerprofil 101 anschließt und rechtwinklig zu dem Hohlkammerprofil 101 angeordnet ist, insbesondere einteilig mit dem Hohlkammerprofil 101 gebildet ist. Die Schnittebene der Darstellung ist quer zur Längsausrichtung der Hohlkanäle 113 angeordnet.
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Die Hohlkanäle 113, wie in 1, 2, 3 und 5 dargestellt, sind langlochförmig ausgebildet. Durch diese Form der Hohlkanäle 113 kann die, über alle Hohlkanäle 113 summierte, Querschnittsfläche im Vergleich zu einer kreisrunden Form vorteilhaft vergrößert werden, da eine geringere Anzahl an Trennstegen zwischen den Hohlkanälen 113 notwendig ist. Eine vergrößerte Gesamtquerschnittsfläche der Hohlkanäle 113 erreicht den Vorteil, dass die Wärmetauscherstruktur 109 eine größere Oberfläche für den Wärmetransport zwischen Wärmetauscherstruktur 109 und Medium in den Hohlkanälen 113 aufweist. Gleichzeitig wird das durch die Hohlkanäle 113 leitbare Fluidvolumen und damit Gewicht reduziert.
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6 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100, welcher insbesondere eine verteilte Wärmetauscherstruktur 109 aufweist. Ein Hohlkanal 113 ist in jeweils einer Teilhohlkammer 103-1, 103-2 respektive 103-3 angeordnet. Die Hohlkanäle 113 weisen eine kreisrunde Querschnittsfläche auf, wobei die zweite, in der Bildebene untere Wand 117 welche den Hohlkanal 113 begrenzt dem Querschnitt des Hohlkanals 113 folgt und entsprechend auch kreisrund geformt ist. Die Schnittebene der Darstellung ist quer zu der Längsachse der Hohlkanäle 113 angeordnet.
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In Bezug auf die in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen kann eine ebenso große Gesamtquerschnittsfläche der Hohlkanäle 113 durch einen entsprechend größeren Querschnitt der sich in die Teilhohlkammern 103-1, 103-2 und 103-3 hinein erstreckenden Hohlkanäle 113 erreicht werden.
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7 zeigt einen Querschnitt einer schematischen Darstellung des Batterieträgers 100, welcher insbesondere eine verteilte Wärmetauscherstruktur 109 aufweist. Die Hohlkanäle 113 der verteilten Wärmetauscherstruktur 109 sind im Vergleich zu den in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen zueinander in einem größeren Abstand angeordnet. Ein Hohlkanal 113 ist in jeweils einer Teilhohlkammer 103-1 respektive 103-2 angeordnet. Die Hohlkanäle 113 weisen eine komplex gerundete Querschnittsfläche auf, wobei die zweite Wand 117 welche den Hohlkanal 113 begrenzt dem Querschnitt des Hohlkanals 113 folgt und entsprechend auch komplex gerundet geformt ist. Die Schnittebene der Darstellung ist quer zur Längsausrichtung der Hohlkanäle 113 angeordnet.
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8a zeigt eine perspektivische Darstellung des Batterieträgers 100 gemäß 7. Die Öffnungen der Hohlkanäle 113 weisen eine kreisrunde Querschnittsfläche auf, wobei die erste Wand 115 und die zweite Wand 117, welche den Hohlkanal 113 begrenzen, dem Querschnitt der Öffnung des Hohlkanals 113 an der Stirnseite des Batterieträgers 100 folgen und entsprechend auch kreisrund geformt sind. Durch die kreisrunde Form der ersten Wand 115 der Hohlkanäle 113 wird das plane Profil der Deckenwand 107 im Bereich der Hohlkanäle 113 durch eine Rundung durchbrochen.
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In einer Ausführungsform weist der Hohlkanal 113 entlang seiner Längsachse einen sich kontinuierlich ändernden Querschnitt auf. Insbesondere erfolgt im ersten Abschnitt des Hohlkanals 113 entlang seiner Längsachse eine Transformation des kreisrunden Querschnitts zu dem komplex gerundeten Querschnitt entsprechend der in 7 gezeigten Ausführungsform. Nach diesem ersten Abschnitt ergibt sich somit wieder ein planes Profil der Deckenwand 107.
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Diese Art der komplexen Formung der Hohlkanalöffnungen ermöglicht die Kombination eines kreisrunden Hohlkanalöffnungsquerschnitts, mit einem komplex geformten Querschnitt der Hohlkanäle 113. Ein kreisrunder Querschnitt der Hohlkanalöffnungen ist insbesondere für die Aufnahme von oder Verbindung mit einer Rohrleitung, einem Schlauch oder einem Einschraub- oder Einsteckverbinder vorteilhaft. Ein komplex geformter Querschnitt der Hohlkanäle 113 hingegen kann für den Wärmetransport zwischen Hohlkammerprofil 101 und dem Medium in den Hohlkanälen 113 sowie bezüglich des Gewichts des Batterieträgers 100 vorteilhaft sein. Durch die Kombination der Querschnittsformen können beide zuvor genannten Vorteile vereint werden.
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Die kreisrunde, insbesondere rotationssymmetrische Öffnung des Hohlkanals kann für den Anschluss eines Verbindungselements, insbesondere eines Verbindungsstutzens, eines Schlauchs oder Rohrs vorteilhaft genutzt werden. Somit kann insbesondere eine gedichtete Verbindung, beispielsweise durch Einbringen einer Dichtung, zwischen Hohlkanal 113 und Verbindungselement realisiert werden.
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8b zeigt einen Querschnitt des Hohlkammerprofils 101 und des Hohlkanals 113 entsprechend der in 8a gezeigten Ausführungsform. Die Schnittebene der Darstellung ist parallel zur Längsausrichtung der Hohlkanäle 113 angeordnet. Die Öffnung des Hohlkanals 113 weist eine kreisrunde Querschnittsfläche auf, welche in einem ersten Abschnitt des Hohlkanals 113 entlang der Längsachse 801 des Hohlkanals in eine komplex geformte Querschnittsfläche, entsprechend der in 8a gezeigten Ausführungsform, geformt ist.
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Weiterhin zeigt 8b ein insbesondere kreisrundes Formwerkzeug 803, welches in einem Verfahren den ersten Abschnitt des Hohlkanals 113 durchsetzt und plastisch verformt. Insbesondere wird so ein kreisrunder Querschnitt der Öffnung des Hohlkanals 113 geformt, welche in dem ersten Abschnitt des Hohlkanals 113 kontinuierlich in die ursprüngliche Querschnittsform des Hohlkanals 113 übergeht.
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In einer Ausführungsform ist die erste Wand 115 der Deckenwand 107 mit der Bodenwand 105 verbunden. Somit ist der Hohlkanal 113 durch die Bodenwand 105 begrenzt. Es ist aber auch möglich, dass die Bodenwand 105 und die erste Wand 115 voneinander beabstandet sind.
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9 zeigt einen Querschnitt 900 eines Hohlkammerprofils 101 mit einem Hohlkanal 113, wobei die zweite Wand 117 hohlkanalseitig eine Mehrzahl an Stegen 903 aufweist, welche in Längsausrichtung des Hohlkanals 113 ausgebildet sind und in den Hohlkanal 113 hineinragen. Diese Form des Hohlkanals 113 betrifft entsprechend in 6, 7 oder 8a gezeigten Ausführungsformen, Batterieträger mit einer verteilten Wärmetauscherstruktur 109, welcher voneinander beabstandete Hohlkanäle 113 aufweist. Der Hohlkanal 113 weist einen langlochförmigen Querschnitt auf und weist seitlich je einen weiteren Hohlkanal 901 auf, der im Umfang einen Durchbruch aufweist, welcher sich in Richtung der Längsachse des Hohlkanals 113 über das gesamte Hohlkammerprofil 101 erstrecken kann.
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In einer Ausführungsform bilden die weiteren Hohlkanäle 901 axiale Verschraubungspunkte für die Befestigung eines Fluidsammlers. Der Fluidsammler kann mit dem Batterieträger 100 respektive dem Hohlkammerprofil 101 durch Schraubverbindungen in den weiteren Hohlkanälen 901 verbunden sein, sodass eine, insbesondere fluiddichte, Verbindung zwischen dem Hohlkanal 113 und dem Fluidsammler gebildet wird.
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Die weiteren Hohlkanäle 901 bilden eine Struktur an dem Hohlkanal 113, welche zusätzlich das Hohlkammerprofil 101 verstärkt.
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Die Kontaktfläche zwischen dem Medium in dem Hohlkanal 113 und dem Hohlkammerprofil 101 ist durch die Stege 903 vergrößert, sodass die Oberfläche, welche für den Wärmetransport zwischen Hohlkammerprofil 101 und dem Medium in dem Hohlkanal 113 zur Verfügung steht, vorteilhaft vergrößert ist. Es sind weitere komplexe Formen der ersten Wand 115 denkbar, welche die Oberfläche weiter vergrößern können.
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Die Stege 903 können in einer höherfesten Legierung mit dem Hohlkammerprofil 101 mitextrudiert werden, sodass eine vorteilhafte gleichzeitige Fertigung des Hohlkammerprofils 101 möglich ist und der Montageaufwand zur Fertigstellung des Batterieträgers 100 reduziert werden kann.
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Zwischen der ersten Wand 115 und der Bodenwand 105 kann ein Abstand, insbesondere ein Isolationsabstand bestehen. So kann die Wärmetauscherstruktur 109 mit verteilter oder flächiger Verteilung der Hohlkanäle 113 von der Bodenwand isoliert, insbesondere thermisch isoliert sein.
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Die Wärmetauscherstruktur 109 mit einer Mehrzahl an kleineren Hohlkanälen 113, entsprechend der in 1 bis 5 dargestellten Ausführungsformen, kann aus weicheren Legierungen einteilig extrudiert werden, sodass auch diese Ausführungsformen des Batterieträgers 100 mit einer vorteilhaften Reduzierung der Produktionszeit für den Batterieträger 100 hergestellt werden können. Bevorzugt wird jedoch das Hohlkammerprofil 101 zusammen mit der Wärmetauscherstruktur 109 und dem Hohlkanal 113 einstückig insbesondere durch Strangpressen geformt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Batterieträger
- 101
- Hohlkammerprofil
- 103
- Hohlkammer
- 103-1
- Teilhohlkammer
- 103-2
- Teilhohlkammer
- 103-3
- Teilhohlkammer
- 103-4
- Teilhohlkammer
- 103-5
- Teilhohlkammer
- 105
- Bodenwand
- 107
- Deckenwand
- 109
- Wärmetauscherstruktur
- 111
- Deckenwandabschnitt
- 113
- Hohlkanal
- 115
- Wand
- 117
- Wand
- 119
- Steg
- 120
- Steg
- 121
- Steg
- 123
- Lotsenkrechte
- 125
- Seitenwand
- 126
- Seitenwand
- 201-1
- Befestigungslasche
- 201-2
- Befestigungslasche
- 301
- Steg
- 401
- Hohlkammerprofil
- 403
- Steg
- 405
- Steg
- 801
- Längsachse
- 803
- Formwerkzeug
- 900
- Hohlkanalprofil
- 901
- Hohlkanal
- 903
- Steg
