DE102016207231B4

DE102016207231B4 - Anordnung eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers an einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102016207231B4
Application number: DE102016207231.5A
Authority: DE
Inventors: Felix Laasch; Thomas Harsch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2022-05-05
Anticipated expiration: 2036-04-29
Also published as: DE102016207231A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Anordnung (1) eines elektrischen Hochvolt-Energiespeicher (2) an einem Kraftfahrzeug, bei welcher der Hochvolt-Energiespeicher (2) im Bereich eines Unterbodens (3) des Kraftfahrzeugs angeordnet und in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest teilweise durch ein Bodenelement (4) überdeckt ist, wobei in einem in Fahrzeughochrichtung zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher (2) und dem Bodenelement (4) angeordneten Spalt (5) wenigstens ein Lastverteilungselement (6) angeordnet ist, über welches das Bodenelement (4) an dem Hochvolt-Energiespeicher (2) abstützbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers an einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Kraftwagen, gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Derartige Anordnungen von elektrischen Hochvolt-Energiespeichern an Kraftfahrzeugen, insbesondere an Kraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Der Hochvolt-Energiespeicher ist eine sogenannte Hochvolt-Komponente (HV-Komponente), welche eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist, welche beispielsweise bei Wechselspannung (AC) größer als 30 Volt effektiv und bei Gleichspannung (EC) größer als 60 Volt ist. Mittels des Hochvolt-Energiespeichers kann elektrische Energie beziehungsweise elektrischer Strom gespeichert werden. Üblicherweise wird der Hochvolt-Energiespeicher genutzt, um wenigstens eine elektrische Maschine zum Antreiben des Kraftfahrzeugs mit in dem Hochvolt-Energiespeicher gespeichertem elektrischem Strom zu versorgen. Üblicherweise weist der Hochvolt-Energiespeicher eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, von mehreren 100 Volt auf, um hohe elektrische Leistungen bereitstellen zu können, mittels welchen das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Dabei ist das Kraftfahrzeug üblicherweise als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet, welches beispielsweise mittels der elektrischen Maschine rein elektrisch angetrieben werden kann.
Im Rahmen der jeweiligen Anordnung ist der jeweilige Hochvolt-Energiespeicher im Bereich eines Unterbodens des Kraftfahrzeugs angeordnet. Ferner ist wenigstens ein Bodenelement vorgesehen, durch welches der Hochvolt-Energiespeicher in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest teilweise überdeckt ist. Das Bodenelement wird üblicherweise als Unterfahrschutz genutzt, mittels welchem der Hochvolt-Energiespeicher vor Kollisionen mit Objekten, über die das Kraftfahrzeug beispielsweise fährt, zu schützen.
Die US 2015 / 0 249 240 A1 offenbart eine Batteriebefestigungsstruktur für ein Fahrzeug. Aus der DE 10 2015 003 643 B3 ist ein Kraftfahrzeug bekannt. Der DE 10 2015 101 096 A1 ist eine Batterietragstruktur als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die DE 10 2010 011 890 A1 eine Trägerstruktur.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders vorteilhafter Schutz des Hochvolt-Energiespeichers realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Um eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass der Hochvolt-Energiespeicher besonders vorteilhaft geschützt werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass in einem in Fahrzeughochrichtung zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher und dem Bodenelement angeordneten Spalt wenigstens ein Lastverteilungselement angeordnet ist, über welches das Bodenelement an dem Hochvolt-Energiespeicher, insbesondere in Fahrzeughochrichtung nach oben, abstützbar ist. Kommt es beispielsweise zu einer Kollision eines Objekts mit dem Bodenelement, sodass beispielsweise infolge der Kollision eine Last beziehungsweise eine Kraft in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement wirkt, so kann dadurch das Bodenelement beispielsweise in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben und somit in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers verformt werden.
Da nun jedoch erfindungsgemäß zwischen dem Bodenelement und dem Hochvolt-Energiespeicher das Lastverteilungselement angeordnet ist, können aus der zuvor beschriebenen Kollision resultierende, lokale Belastungsspitzen des Bodenelements vermieden werden, da beispielsweise dadurch, dass das Bodenelement über das Lastverteilungselement an dem Hochvolt-Energiespeicher abgestützt werden kann, auf das Bodenelement infolge der beschriebenen Kollision wirkende Lasten beziehungsweise Kräfte großflächig in dem Bodenelement verteilt werden können. Dadurch wird das Bodenelement großflächig aktiviert, sodass das Bodenelement beispielsweise infolge der beschriebenen Kollision nicht etwa lokal in einem nur geringen Teilbereich, sondern besonders großflächig aktiviert und dadurch beispielsweise verformt wird. Dadurch kann ein besonders hoher Betrag an Energie, welche beispielsweise infolge der Kollision auf das Bodenelement wirkt, mittels des Bodenelements, insbesondere mittels der Deformation des Bodenelements, absorbiert werden, ohne dass es zu einer übermäßigen Deformation des Bodenelements in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers kommt, das heißt ohne dass sich das Bodenelement übermäßig weit in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers bewegt. Dadurch können übermäßige Intrusionen in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers vermieden werden, sodass der Hochvolt-Energiespeicher besonders effizient und effektiv geschützt werden kann.
Bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird das Lastverteilungselement nicht notwendigerweise selbst als Energieabsorptionselement zum Absorbieren von Energie genutzt, sondern bei der erfindungsgemäßen Anordnung wird zumindest das Bodenelement als Energieabsorptionselement genutzt, mittels welchem beispielsweise bei der beschriebenen Kollision auf das Bodenelement wirkende Energie absorbiert wird. Dabei kann bei der erfindungsgemäßen Anordnung ein besonders hoher Betrag an Energie mittels des Bodenelements absorbiert werden, da beispielsweise infolge der beschriebenen Kollision auf das Bodenelement wirkende Energie infolge dessen, dass das Bodenelement besonders vorteilhaft über das Lastverteilungselement an dem Hochvolt-Energiespeicher abgestützt werden kann, großflächig in dem Bodenelement beziehungsweise auf das Bodenelement verteilt werden kann.
Der Erfindung liegt dabei insbesondere folgende Erkenntnis zugrunde: Aufgrund hoher Reichweitenanforderungen weisen moderne Hybrid- und Elektrofahrzeuge Hochvolt-Energiespeicher auf, welche auch als Hochvoltspeicher bezeichnet werden und große Volumina beziehungsweise äußere Abmessungen aufweisen. Durch solche großen Abmessungen kann eine Speicherkapazität des jeweiligen Hochvolt-Energiespeichers erzeugt werden, sodass mittels des jeweiligen Hochvolt-Energiespeichers eine besonders hohe Menge an elektrischer Energie gespeichert werden kann. Dadurch kann eine besonders hohe Reichweite realisiert werden, über welche das Kraftfahrzeug beispielsweise elektrisch angetrieben werden kann.
Ist zudem die Fahrzeughöhe beispielsweise aufgrund des Designs, zur Realisierung eines geringen Luftwiderstands und/oder aufgrund der Fahrzeugklasse limitiert, so sollte auch der Hochvolt-Energiespeicher eine gewisse, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe nicht überschreiten. Zusätzlich wird der Hochvolt-Energiespeicher in Fahrzeughochrichtung möglichst tief verortet, um eine sogenannte, in Fahrzeughochrichtung verlaufende z-Maßkette in dem Kraftfahrzeug aufgrund von Design, Ergonomie etc. zu entspannen. Aufgrund der in Fahrzeughochrichtung besonders tiefen Anordnung des Hochvolt-Energiespeichers ist der Hochvolt-Energiespeicher direkt auf oder sehr nahe der Unterbodenfreiheitslinie des Fahrzeugs angeordnet. Diese Anordnung ist üblicherweise aus Packagegründen vorgesehen, sodass der Hochvolt-Energiespeichers gegenüber Objekten auf der Fahrbahn exponiert ist. Dabei ist in Fahrzeughochrichtung zwischen der Fahrbahn und dem Hochvolt-Energiespeicher das genannte Bodenelement angeordnet, um mittels des Bodenelements einen Unterfahrschutz für den Hochvolt-Energiespeicher zu realisieren.
Üblicherweise ist der Hochvolt-Energiespeicher als Flachspeicher ausgebildet, sodass der Hochvolt-Energiespeicher eine nur geringe, in Fahrzeughochrichtung verlaufende Höhe aufweist. Somit ist der Hochvolt-Energiespeicher üblicherweise zwischen der Fahrbahn und der Karosserie beziehungsweise der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs verortet. In dieser Einbaulage ist der Hochvolt-Energiespeicher üblicherweise exponiert gegenüber auf der Fahrbahn angeordneten Objekten, gegenüber Bordsteinen bei Bordsteinabfahrten oder generell gegenüber Lasten, welche in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben wirken und beispielsweise durch eindringende Objekte verursacht werden können.
Das Bodenelement ist beispielsweise ein Bodenelement des insbesondere flachen Unterbodens, wobei das Bodenelement beispielsweise aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium beziehungsweise einer Aluminiumlegierung, ausgebildet sein und beispielsweise eine Wanddicke von 7 Millimetern aufweisen kann.
Üblicherweise ist in dem Spalt zwischen dem Bodenelement und dem Hochvolt-Energiespeicher kein Lastverteilungselement angeordnet, sodass der Spalt ein Luftspalt ist, welcher in der zuvor genannten z-Maßkette einen Deformationsweg des Bodenelements bei Lasteintrag vorhält. Dies bedeutet, dass das Bodenelement beispielsweise bei einer in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement wirkenden Kraft in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers üblicherweise verformt werden kann, wodurch der Spalt zwischen dem Bodenelement und dem Hochvolt-Energiespeicher verkleinert wird. Da jedoch in dem Spalt üblicherweise kein Lastverteilungselement angeordnet ist, kann das Bodenelement schon bei geringen Lasten übermäßig stark deformiert und somit übermäßig weit in Richtung des Energiespeichers verformt werden, sodass es zu unerwünschten Beschädigungen des Hochvolt-Energiespeichers kommen kann.
Dies kann nun bei der erfindungsgemäßen Anordnung vermieden werden, da in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement wirkende Lasten besonders gleichmäßig in dem Bodenelement dadurch verteilt werden, dass das Bodenelement unter Vermittlung des Lastverteilungselements an dem Hochvolt-Energiespeicher abstützbar ist. Dadurch können auch bei hohen, auf das Bodenelement wirkenden Lasten übermäßig starke Deformationen des Bodenelements in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers vermieden werden, sodass übermäßige Intrusionen in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers vermieden werden können. Dadurch kann ein besonders effektiver und effizienter Schutz des Hochvolt-Energiespeichers dargestellt werden.
Bei herkömmlichen Anordnungen, bei denen der Spalt als Luftspalt ausgebildet ist, kann die Deformation beziehungsweise der Deformationsweg des Bodenelements zumindest durch die drei folgenden Parameter eingestellt werden:

- Material beziehungsweise Werkstoff des Bodenelements, wobei der Werkstoff des Bodenelements einen hohen E-Modul aufweisen sollte, sodass das Bodenelement vorzugsweise aus einem Stahl gebildet ist. Dies führt jedoch zu einem hohen Gewicht des Bodenelements und somit des Kraftfahrzeugs insgesamt.
- Erhöhung der Wanddicke des beispielsweise als Bodenplatte ausgebildeten Bodenelements. Hierbei kommt es jedoch ebenfalls zu einer Kosten- und Gewichtserhöhung.
- Anzahl an Streben, insbesondere Querstreben, zur Abstützung des Bodenelements. Jedoch führt auch dies zur Erhöhung des Bauraumbedarfs und des Gewichts.

Erfindungsgemäß kommt nun zu den genannten drei Parametern wenigstens ein weiterer Parameter in Form des Lastverteilungselements hinzu, mittels welchem sich, insbesondere je nach in Fahrzeughochrichtung verlaufender Dicke und/oder Material des Lastverteilungselements, eine besonders bedarfsgerechte Abstützung des Bodenelements realisieren lässt. Dadurch kann die Deformation beziehungsweise das Deformationsverhalten des Bodenelements bei auf das Bodenelement wirkenden Lasten bedarfsgerecht eingestellt werden, sodass sich ein besonders effektiver Schutz des Hochvolt-Energiespeichers realisieren lässt.
Das Lastverteilungselement kann beispielsweise auf ein vorgebbares beziehungsweise bestimmtes Lastniveau eingestellt werden, wobei das Lastniveau für den Hochvolt-Energiespeicher unkritisch ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass das Lastverteilungselement eine Abstützung von Lasten über das Bodenelement und das Lastverteilungselement derart zulässt, dass es infolge der Abstützung nicht zu übermäßigen Schäden des Hochvolt-Energiespeichers kommt. In der Folge kann eine möglichst große Energiemenge mittels des Bodenelements absorbiert werden, wobei gleichzeitig das Gewicht und der Bauraumbedarf des Bodenelements gering gehalten werden können. Insbesondere kann die Wanddicke beziehungsweise Wandstärke des Bodenelements gering gehalten werden, sodass dessen Bauraumbedarf, Gewicht und Kosten besonders gering gehalten werden können. Ferner ist es möglich, das Bodenelement aus gewichtsgünstigen Werkstoffe wie beispielsweise Aluminium herzustellen bei gleichzeitiger Realisierung eines besonders guten Energieabsorptionspotentials, sodass das Gewicht des Bodenelements in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann.
Insbesondere ist es möglich, infolge der Abstützung des Bodenelements über das Lastverteilungselement an dem Hochvolt-Energiespeicher und somit infolge einer Abstützung von Lasten über das Bodenelement und das Lastverteilungselement an dem Hochvolt-Energiespeicher eine besonders vorteilhafte Schadensdetektion zu realisieren, da Lasten, welche in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben über das Bodenelement und das Lastverteilungselement auf den Hochvolt-Energiespeicher wirken, besonders flächig auf den Hochvolt-Energiespeicher wirken. Hierbei kann beispielsweise eine Sensorik eingesetzt werden, mittels welcher infolge der flächigen Einwirkung von Lasten auf den Hochvolt-Energiespeicher solche auf den Hochvolt-Energiespeicher wirkende Lasten besonders gut erfasst werden können. In der Folge ist es beispielsweise möglich, etwaig auftretende Schäden des Hochvolt-Energiespeichers mittels der Sensorik zu erfassen.
Das Lastverteilungselement ist einerseits an dem Bodenelement und andererseits an dem Hochvolt-Energiespeicher abgestützt, was bedeutet, dass sich das Lastverteilungselement bereits in einem Zustand, in welchem das Bodenelement nicht deformiert ist beziehungsweise in welchem keine äußeren Lasten auf das Bodenelement wirken, bereits in Stützanlage mit dem Bodenelement und mit dem Hochvolt-Energiespeicher befindet und nicht erst infolge einer Deformation des Bodenelements in Stützanlage mit dem Bodenelement und/oder dem Hochvolt-Energiespeicher kommt. Dadurch können auf das Bodenelement wirkende Lasten besonders frühzeitig in dem Bodenelement großflächig verteilt werden, sodass das Bodenelement besonders großflächig aktiviert und somit verformt werden kann. In der Folge kann ein besonders hoher Betrag an Energie mittels des Bodenelements absorbiert werden.
Der Hochvolt-Energiespeicher ist an dem Bodenelement über wenigstens zwei voneinander beabstandete Abstützelemente abgestützt, mittels welchen zumindest ein Teilbereich des Hochvolt-Energiespeichers unter Ausbildung des Spalts in einem Abstand zu dem Bodenelement gehalten ist. Die Abstützelemente sind beispielsweise Streben, insbesondere sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Querstreben, an denen der Hochvolt-Energiespeicher abgestützt ist. Zumindest in einem zwischen den Abstützelementen angeordneten Teilbereich ist der Hochvolt-Energiespeicher von dem Bodenelement beabstandet, sodass in dem genannten Teilbereich der Spalt zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher und dem Bodenelement vorgesehen ist. Dabei sind der Spalt und das in dem Spalt angeordnete Lastverteilungselement zwischen den Abstützelementen angeordnet. Dadurch kann eine besonders bauraum- und gewichtsgünstige Integration des Lastverteilungselements in die Anordnung realisiert werden bei gleichzeitiger Realisierung eines effektiven Schutzes des Hochvolt-Energiespeichers.
Als besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Lastverteilungselement als separat von dem Hochvolt-Energiespeicher und separat von dem Bodenelement ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist. Dies bedeutet, dass das Lastverteilungselement nicht etwa einstückig mit dem Hochvolt-Energiespeicher und nicht einstückig mit dem Bodenelement, sondern separat davon ausgebildet ist. Dadurch können die Eigenschaften, insbesondere das Energieabsorptionsvermögen und/oder das Abstützvermögen, des Lastverteilungselements besonders bedarfsgerecht und gezielt eingestellt werden, sodass in der Folge das Deformationsverhalten des Bodenelements gezielt eingestellt und beispielsweise an unterschiedliche Anforderungen angepasst werden kann. In der Folge kann ein besonders effektiver Schutz des Hochvolt-Energiespeichers gewährleistet werden.
Das Bodenelement ist beispielsweise ein Bodenelement beziehungsweise ein Boden eines Gehäuses, in welchem der Hochvolt-Energiespeicher zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, aufgenommen ist. Dabei handelt es sich bei dem Hochvolt-Energiespeicher beispielsweise um ein Zellmodul, welches beispielsweise eine Mehrzahl von Speicherzellen, insbesondere Batteriezellen, zum Speichern von elektrischer Energie aufweist. Alternativ ist es denkbar, dass das Bodenelement ein Bodenelement des genannten Unterbodens des Kraftfahrzeugs und somit beispielsweise separat von einem Gehäuse des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet und zusätzlich zu dem Gehäuse vorgesehen ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hochvolt-Energiespeicher in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest überwiegend durch das Lastverteilungselement überdeckt. Dadurch kann eine besonders vorteilhafte Einleitung von Lasten über das Lastverteilungselement in den Hochvolt-Energiespeicher realisiert werden, sodass eine besonders großflächige Aktivierung und Deformation des Bodenelements realisierbar sind. Dadurch können übermäßige Deformationen des Bodenelements und somit übermäßige Intrusionen in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers vermieden werden.
Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn der Hochvolt-Energiespeicher an den Abstützelementen fixiert, insbesondere mit den Abstützelementen verschraubt, ist. Somit wird das Bodenelement bei einem Lasteintrag in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben nicht nur an den Abstützelementen abgestützt, sondern auch als Widerlager für den Hochvolt-Energiespeicher genutzt. Dadurch kann das beispielsweise als Bodenplatte ausgebildete Bodenelement besonders flächig, insbesondere unter Vermittlung des Lastverteilungselements, an dem Hochvolt-Energiespeicher abgestützt werden, sodass Intrusionen minimiert werden können. In der Folge kann beispielsweise die Wanddicke beziehungsweise die Wandstärke des Bodenelements besonders gering gehalten werden, sodass dessen Kosten und Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Ferner kann der Bauraumbedarf zur Realisierung eines Unterfahrschutzes besonders gering gehalten werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das Deformationselement bei einer in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben über das Bodenelement auf das Deformationselement wirkende Kraftbeaufschlagung elastisch und/oder plastisch verformbar. Infolge der elastischen und/oder plastischen Verformung können auf das Bodenelement in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben wirkende Lasten besonders vorteilhaft über das Lastverteilungselement an dem Hochvolt-Energiespeicher abgestützt und in der Folge besonders großflächig in dem Bodenelement verteilt werden. Ferner kann auch das Lastverteilungselement zur Energieabsorption beitragen, da beispielsweise infolge der Verformung des Lastverteilungselements Aufprallenergie in Verformungsenergie umgewandelt werden kann.
Zur Realisierung eines besonders effektiven Schutzes hat es sich bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung als vorteilhaft gezeigt, wenn das Deformationselement einen Deformationsschaum und/oder wenigstens ein Federelement, insbesondere eine Federschiene, umfasst. Der Deformationsschaum ist beispielsweise wenigstens ein Schaumelement, welches eine besonders vorteilhafte und großflächige Abstützung ermöglicht.
Als weiterhin besonders vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Bodenelement eine Sandwichstruktur mit zwei Deckschichten und einer zwischen den Deckschichten angeordneten Kernschicht umfasst. Hierdurch können beispielsweise eine besonders vorteilhafte Steifigkeit sowie ein geringes Gewicht des Bodenelements realisiert werden, sodass insbesondere ein vorteilhaftes Energieabsorptionsvermögen des Bodenelements dargestellt werden kann.
Um schließlich einen besonders vorteilhaften Schutz des Hochvolt-Energiespeichers realisieren zu können, ist es bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die Kernschicht eine Mehrzahl von schräg oder parallel zur Fahrzeughochrichtung verlaufenden Streben aufweist. Über diese Streben kann beispielsweise Energie absorbiert werden, sodass der Hochvolt-Energiespeicher besonders gut geschützt werden kann.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigen:

1 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer Anordnung eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers an einem Kraftfahrzeug gemäß einer ersten Ausführungsform; und
2 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht der Anordnung gemäß einer zweiten Ausführungsform.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt ausschnittsweise in einer schematischen Seitenansicht eine erste Ausführungsform einer Anordnung 1 eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers 2 an einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Kraftwagen wie beispielsweise einem Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet und umfasst einen Antriebsstrang zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, wobei der Antriebsstrang wenigstens eine in den Fig. nicht dargestellte elektrische Maschine aufweist. Das Kraftfahrzeug ist dabei mittels der elektrischen Maschine antreibbar, wobei das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine beispielsweise rein elektrisch angetrieben werden kann.
Um das Kraftfahrzeug mittels der elektrischen Maschine anzutreiben, ist die elektrische Maschine beispielsweise in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betreibbar. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb betreiben zu können, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt. Dieser elektrische Strom, mittels welchem die elektrische Maschine in ihrem Motorbetrieb betrieben wird, stammt beispielsweise aus dem Hochvolt-Energiespeicher 2. Mit anderen Worten ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 dazu ausgebildet, elektrische Energie beziehungsweise elektrischen Strom zu speichern, mit welcher beziehungsweise welchem die elektrische Maschine, insbesondere in ihrem Motorbetrieb, versorgbar ist beziehungsweise versorgt werden kann.
Ferner ist es denkbar, dass die elektrische Maschine in einem Generatorbetrieb und somit als Generator betreibbar ist. Hierdurch wird beispielsweise mittels des Generators kinetische Energie des sich bewegenden Kraftfahrzeugs in elektrische Energie umgewandelt, wodurch das Kraftfahrzeug abgebremst wird. Dabei kann der Generator die elektrische Energie bereitstellen, welche beispielsweise in dem Hochvolt-Energiespeicher 2 gespeichert werden kann.
Der Hochvolt-Energiespeicher 2 ist ein elektrischer Energiespeicher, welcher als Hochvolt-Komponente (HV-Komponente) ausgebildet ist. Somit wird der Hochvolt-Energiespeicher 2 auch als Hochvoltspeicher bezeichnet. Unter der Hochvolt-Komponente ist eine elektrische beziehungsweise elektronische Komponente zu verstehen, welche eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung, aufweist, welche bei Wechselspannung (AC), das heißt dann, wenn die elektrische Spannung als Wechselspannung ausgebildet ist, größer als 30 Volt effektiv ist. Bei Gleichspannung (DC), das heißt dann, wenn die elektrische Spannung als Gleichspannung ausgebildet ist, ist die elektrische Spannung der Hochvolt-Komponente größer als 60 Volt. Vorzugsweise beträgt die elektrische Spannung der Hochvolt-Komponente mehrere 100 Volt, um dadurch besonders hohe elektrische Leistungen realisieren zu können, mittels welchen das Kraftfahrzeug angetrieben werden kann. Dies bedeutet, dass der Hochvolt-Energiespeicher 2 die genannte elektrische Spannung bereitstellt beziehungsweise mit der genannten elektrischen Spannung betreibbar ist.
Beispielsweise ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 als Batterie, das heißt als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet. Ferner kann vorgesehen sein, dass der Hochvolt-Energiespeicher 2 als in 1 erkennbares Zellmodul ausgebildet ist. Dieses Zellmodul umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Speicherzellen, welche beispielsweise als Batteriezellen ausgebildet sind. Mittels dieser Speicherzellen kann die elektrische Energie gespeichert werden. Beispielsweise weist die jeweilige Speicherzelle einen jeweiligen Aufnahmeraum sowie einen in dem Aufnahmeraum aufgenommenen und beispielsweise flüssigen Elektrolyten auf.
Im Rahmen der Anordnung 1 ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 im Bereich eines Unterbodens 3 des Kraftfahrzeugs angeordnet, sodass der Hochvolt-Energiespeicher 2 beispielsweise in Fahrzeughochrichtung zwischen der Karosserie, insbesondere einem Boden der Karosserie, des Kraftfahrzeug und einer in 1 nicht dargestellten Fahrbahn angeordnet ist, auf welcher das Kraftfahrzeug steht beziehungsweise fährt. Mit anderen Worten ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 beispielsweise in Fahrzeughochrichtung unterhalb der Karosserie, insbesondere des Bodens der Karosserie, angeordnet.
Dabei ist ein Bodenelement 4 vorgesehen, durch welches der Hochvolt-Energiespeicher 2 in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, überdeckt ist. Das Bodenelement 4 ist beispielsweise Bestandteil des Unterbodens 3 und dabei ein Bodenelement, insbesondere eine Bodenplatte, des Unterbodens 3, wobei das Bodenelement 4 beispielsweise als separat von dem Hochvolt-Energiespeicher 2 ausgebildetes und zusätzlich dazu vorgesehenes Bauteil ausgebildet ist. Ferner ist es denkbar, dass das Bodenelement 4 ein Bodenelement eines Gehäuses ist und somit beispielsweise als Gehäuseboden ausgebildet ist. Dabei ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 beispielsweise zumindest teilweise, insbesondere zumindest überwiegend oder vollständig, in dem genannten Gehäuse angeordnet, wobei das Gehäuse und somit der Gehäuseboden beispielsweise Bestandteil des Hochvolt-Energiespeichers 2 beziehungsweise eine Speichereinrichtung zum Speichern der elektrischen Energie sein können.
Um nun einen besonders effizienten und effektiven Schutz des Hochvolt-Energiespeichers 2 zu realisieren, ist in einem in Fahrzeughochrichtung zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher 2 und dem Bodenelement 4 angeordneten Spalt 5 wenigstens ein Lastverteilungselement 6 angeordnet, über welches das Bodenelement 4 an dem Hochvolt-Energiespeicher 2 abstützbar beziehungsweise abgestützt ist. Aus 1 ist erkennbar, dass der Hochvolt-Energiespeicher 2 an dem Bodenelement 4 über wenigstens zwei voneinander beabstandete Abstützelemente 7 und 8 abgestützt ist. Die Abstützelemente 7 und 8 sind beispielsweise Streben, welche sich beispielsweise in Fahrzeugquerrichtung erstrecken und somit als Querstreben ausgebildet sein können. Die Abstützelemente 7 und 8 überragen einen sich an die Abstützelemente 7 und 8 anschließenden und zwischen den Abstützelementen 7 und 8 angeordneten Teilbereich 9 des Bodenelements 4, wobei der Hochvolt-Energiespeicher 2 mittels der Abstützelemente 7 und 8 in einem Abstand zu zumindest dem Teilbereich 9 unter Ausbildung des Spalts 5 gehalten ist, sodass zumindest ein Teilbereich 10 des Hochvolt-Energiespeichers 2 unter Ausbildung des Spalts 5 in einem Abstand zu dem Teilbereich 9 des Bodenelements 4 mittels der Abstützelemente 7 und 8 gehalten ist. Dabei sind die Teilbereiche 9 und 10 sowie der Spalt 5 und das in dem Spalt 5 angeordnete Lastverteilungselement 6 zwischen den Abstützelementen 7 und 8 angeordnet.
Wirkt beispielsweise eine Last in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement 4, insbesondere in dem Teilbereich 9, so kann diese Last dadurch, dass das Bodenelement 4 zumindest in dem Teilbereich 9 über das Lastverteilungselement 6 an dem Hochvolt-Energiespeicher 2, insbesondere zumindest an dem Teilbereich 10, abgestützt werden kann, besonders großflächig in dem Bodenelement 4 verteilt werden, sodass lokale Belastungsspitzen des Bodenelements 4 sowie übermäßig starke Deformationen des Bodenelements 4 in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers 2 vermieden werden können. Dadurch, dass eine solche in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement 4 wirkende Last besonders großflächig in dem Bodenelement 4 verteilt werden kann, kann das Bodenelement 4 besonders großflächig aktiviert und dadurch deformiert werden, ohne dass das Bodenelement 4 übermäßig stark beziehungsweise übermäßig weit in Fahrzeughochrichtung nach oben in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers 2 deformiert wird. Dadurch können übermäßige Intrusionen in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers 2 vermieden werden, sodass der Hochvolt-Energiespeicher 2 effektiv und effizient geschützt werden kann.
Vorliegend ist das Lastverteilungselement 6 als separat von dem Bodenelement 4 und separat vom Hochvolt-Energiespeicher 2 ausgebildetes Bauteil ausgebildet, sodass das Lastverteilungselement 6 hinsichtlich seines Abstütz- und Deformationsverhaltens besonders gut eingestellt werden kann.
Zu einer zuvor beschriebenen, in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement 4 wirkenden Last kommt es beispielsweise dann, wenn ein zwischen dem Bodenelement 4 und der Fahrbahn angeordnetes und beispielsweise auf der Fahrbahn liegendes Objekt mit dem Bodenelement 4 kollidiert. Infolge einer solchen Last wird das Bodenelement 4 beispielsweise zumindest teilweise verformt, wobei es zu einer elastischen und/oder plastischen Verformung des Bodenelements 4 kommen kann. Ferner kann es zu einer elastischen und/oder plastischen Verformung des Lastverteilungselements 6 kommen.
Ferner ist aus 1 erkennbar, dass das Lastverteilungselement 6 einerseits an dem Hochvolt-Energiespeicher 2 und andererseits an dem Bodenelement 4 abgestützt ist, sodass sich das Lastverteilungselement 6 bereits dann in Stützanlage mit dem Hochvolt-Energiespeicher 2 und mit dem Bodenelement 4 befindet, bevor es zu einer Deformation des Bodenelements 4 oder zu einer externen, auf das Bodenelement 4 wirkenden Last kommt. Dadurch kann bei einer auf das Bodenelement 4 wirkenden Last besonders frühzeitig eine großflächige Deformation des Bodenelements 4 bewirkt werden.
Ferner ist der Hochvolt-Energiespeicher 2 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin zumindest überwiegend durch das Lastverteilungselement 6 überdeckt, sodass das Bodenelement 4 besonders vorteilhaft abgestützt werden kann. Vorliegend ist der Teilbereich 10 des Hochvolt-Energiespeichers 2 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin durch das Lastverteilungselement 6 überdeckt, wobei es vorliegend vorgesehen ist, dass das Lastverteilungselement 6 flächig an dem gesamten Teilbereich 10 des Hochvolt-Energiespeichers 2 anliegt und somit abgestützt ist. Ferner ist der Teilbereich 9 des Bodenelements 4 in Fahrzeughochrichtung nach oben hin durch das Lastverteilungselement 6 überdeckt, wobei es vorliegend vorgesehen ist, dass das Lastverteilungselement 6 flächig an dem vollständigen Teilbereich 9 anliegt, sodass eine besonders großflächige Abstützung des Bodenelements 4 darstellbar ist.
Ferner ist aus 1 erkennbar, dass der Hochvolt-Energiespeicher 2 direkt an den Abstützelementen 7 und 8 derart fixiert ist, dass der Hochvolt-Energiespeicher 2 mit den Abstützelementen 7 und 8 verschraubt ist. Die Abstützelemente 7 und 8 sind beispielsweise gehäusefest, wobei die Abstützelemente 7 und 8 vorliegend fest mit dem Bodenelement 4 verbunden sind und dabei einstückig mit dem Bodenelement 4 ausgebildet sein können. Zum Verschrauben des Hochvolt-Energiespeichers 2 mit den Abstützelementen 7 und 8 sind Schraubelemente vorliegend in Form von Schrauben 11 und 12 vorgesehen, welche den Hochvolt-Energiespeicher 2 durchdringen und in die Abstützelemente 7 und 8 eingeschraubt sind. Somit ist der beispielsweise als Zellmodul ausgebildete Hochvolt-Energiespeicher 2 im Bodenelement 4 beziehungsweise auf den Abstützelementen 7 und 8 verschraubt. Dadurch ist das Bodenelement 4 bei einem Lasteintrag von unten nicht nur in den Abstützelementen 7 und 8 und an Moduleinschraubpunkten, an denen die Schrauben 11 und 12 in die Abstützelemente 7 und 8 eingeschraubt sind, abgestützt, sondern das Bodenelement 4 wird als Widerlager genutzt. Somit wird das beispielsweise als Bodenplatte ausgebildete Bodenelement 4 flächig abgestützt und eine Intrusion in Richtung des Hochvolt-Energiespeichers 2 kann minimiert werden. In der Folge ist es möglich, die Wandstärke beziehungsweise Wanddicke des Bodenelements 4 besonders gering zu halten, sodass die Kosten und das Gewicht des Bodenelements 4 gering gehalten werden können. Ferner kann ein besonders bauraumgünstiger Unterfahrschutz realisiert werden.
Ferner ist es vorgesehen, dass das Lastverteilungselement 6 einen Deformationsschaum 13 aufweist, welcher beispielsweise durch einen Schaum, insbesondere einen Metallschaum, gebildet ist. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass das Lastverteilungselement 6 wenigstens ein Federelement, insbesondere eine Tellerfeder und/oder eine Federschiene, umfasst.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Anordnung 1. Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich insbesondere dadurch von der ersten Ausführungsform, dass das Bodenelement 4 eine Sandwichstruktur 14 und somit einen Sandwichaufbau mit zwei Deckschichten 15 und 16 und mit einer zwischen den Deckschichten 15 und 16 angeordneten Kernschicht 17 aufweist, über welche die Deckschichten 15 und 16 beispielsweise miteinander verbunden sind. Vorliegend umfasst die Kernschicht 17 eine vertikale Struktur 18 mit einer Mehrzahl von Streben 19, welche vorliegend zumindest im Wesentlichen parallel zur Fahrzeughochrichtung verlaufen. In 2 ist ferner ein Objekt 20 veranschaulicht, welches mit dem Bodenelement 4 kollidiert. Dadurch kommt es zu einer in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben auf das Bodenelement 4 wirkenden Last, durch welche vorliegend die Sandwichstruktur 14 deformiert wird. Dadurch wird mittels des Bodenelements 4 Energie absorbiert, das heißt abgebaut, sodass die durch das Lastverteilungselement 6 bewirkbare flächige Abstützung des Bodenelements 4 zum gezielten Energieabbau genutzt wird, der durch Deformation des Bodenelements 4 bewirkt wird.
Infolge der flächigen Abstützung des Bodenelements 4 über das Lastverteilungselement 6 an dem Hochvolt-Energiespeicher 2 kann ein besonders flächiger Lasteintrag auf den beziehungsweise in den Hochvolt-Energiespeicher 2 realisiert werden. Dabei ist es vorstellbar, dass der flächige Lasteintrag in den Hochvolt-Energiespeicher 2 mittels wenigstens einer Sensorik erfasst beziehungsweise gemessen wird, um dadurch etwaig auftretende Schäden des Hochvolt-Energiespeichers 2 detektieren zu können.

Claims

Anordnung (1) eines elektrischen Hochvolt-Energiespeicher (2) an einem Kraftfahrzeug, bei welcher der Hochvolt-Energiespeicher (2) im Bereich eines Unterbodens (3) des Kraftfahrzeugs angeordnet und in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest teilweise durch ein Bodenelement (4) überdeckt ist, wobei in einem in Fahrzeughochrichtung zwischen dem Hochvolt-Energiespeicher (2) und dem Bodenelement (4) angeordneten Spalt (5) wenigstens ein Lastverteilungselement (6) angeordnet ist, über welches das Bodenelement (4) an dem Hochvolt-Energiespeicher (2) abstützbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Energiespeicher (2) an dem Bodenelement (4) über wenigstens zwei voneinander beabstandete Abstützelemente (7, 8) abgestützt ist, mittels welchen zumindest ein Teilbereich (10) des Hochvolt-Energiespeichers (2) unter Ausbildung des Spalts (5) in einem Abstand zu dem Bodenelement (4) gehalten ist, wobei der Spalt (5) und das in dem Spalt (5) angeordnete Lastverteilungselement (6) zwischen den Abstützelementen (7, 8) angeordnet sind, und wobei das Lastverteilungselement (6) einerseits an dem Bodenelement (4) und andererseits an dem Hochvolt-Energiespeicher (2) abgestützt ist, wodurch sich das Lastverteilungselement (6) in Stützanlage mit dem Bodenelement (4) und mit dem Hochvolt-Energiespeicher (2) befindet.
Anordnung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastverteilungselement (6) als separat von dem Hochvolt-Energiespeicher (2) und separat von dem Bodenelement (4) ausgebildetes Bauteil ausgebildet ist.
Anordnung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Energiespeicher (2) in Fahrzeughochrichtung nach unten zumindest überwiegend durch das Lastverteilungselement (6) überdeckt ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochvolt-Energiespeicher (2) an den Abstützelementen (7, 8) fixiert ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastverteilungselement (6) bei einer in Fahrzeughochrichtung von unten nach oben über das Bodenelement (4) auf das Lastverteilungselement (6) wirkenden Kraftbeaufschlagung elastisch und/oder plastisch verformbar ist.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastverteilungselement (6) einen Deformationsschaum (13) und/oder wenigstens ein Federelement umfasst.
Anordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenelement (4) eine Sandwichstruktur (14) mit zwei Deckschichten (15, 16) und einer zwischen den Deckschichten (15, 16) angeordneten Kernschicht (17) umfasst.
Anordnung (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kernschicht (17) eine Mehrzahl von schräg oder parallel zur Fahrzeughochrichtung verlaufenden Streben (19) aufweist.