DE102017126949A1

DE102017126949A1 - Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102017126949A1
Application number: DE102017126949.5A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Jens Bohlien
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2019-05-16
Also published as: US20190148688A1; US10964984B2; CN109808479A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung (1) für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (100) sowie ein Kraftfahrzeug (100) mit einer solchen Batterieeinrichtung (1). Die Batterieeinrichtung (1) umfasst eine Aufnahmeeinrichtung (2) zur Bereitstellung eines Aufnahmeraums (12) für wenigstens ein Batteriemodul (102) mit wenigstens einer Batteriezelle (103). Die Aufnahmeeinrichtung (2) umfasst eine obere Teilstruktur (3), welche den Aufnahmeraum (12) nach oben und/oder seitlich begrenzt, und eine untere Teilstruktur (4), welche den Aufnahmeraum (12) nach unten begrenzt. Dabei umfasst die untere Teilstruktur (4) ein flächig ausgebildetes oberes Bauteil (5) und ein flächig ausgebildetes unteres Bauteil (6) und wenigstens ein zwischen dem oberen Bauteil (5) und dem unteren Bauteil (6) angeordnetes und als Hohlprofil (17) ausgebildetes Verstärkungsbauteil (7).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieeinrichtung. Die Batterieeinrichtung umfasst wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung zur Bereitstellung wenigstens eines Aufnahmeraums für wenigstens ein Batteriemodul mit wenigstens einer Batteriezelle.
Die Batterien von Elektrofahrzeugen bzw. Hybridfahrzeugen weisen häufig Batteriezellen auf, welche in Gruppen zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die Batteriemodule sind in der Regel untereinander verbunden und in einer Aufnahmeeinrichtung, oft auch als Batteriegehäuse bezeichnet, untergebracht. Die Aufnahmeeinrichtung wird häufig im Bodenbereich des Fahrzeugs angeordnet.
Dabei kommt der konstruktiven Ausgestaltung der Aufnahmeeinrichtung in der Regel eine besondere Bedeutung zu. Zum einen sollen die Batteriemodule zuverlässig und betriebssicher aufgenommen sein. Das betrifft sowohl die im Fahrbetrieb zu erwartenden Belastungen als auch Sonderereignisse, wie z. B. das Überfahren von Gegenständen oder einen Crash. Zudem sollte eine unaufwendige und kostengünstige Montage möglich sein. Des Weiteren soll die Aufnahmeeinrichtung das Gewicht der Batterie nicht ungünstig beeinflussen.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Aufnahmeeinrichtung einer Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug zur Verfügung zu stellen. Vorzugsweise soll die Aufnahmeeinrichtung die zuvor erwähnten Anforderungen besonders vorteilhaft erfüllen.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 15. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung ist insbesondere als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet. Die Batterieeinrichtung ist für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen. Die Batterieeinrichtung umfasst wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung zur Bereitstellung wenigstens eines Aufnahmeraums für wenigstens ein Batteriemodul mit wenigstens einer Batteriezelle. Die Aufnahmeeinrichtung umfasst wenigstens eine obere Teilstruktur, welche den Aufnahmeraum wenigstens nach oben und/oder seitlich wenigstens teilweise begrenzt. Die Aufnahmeeinrichtung umfasst wenigstens eine untere Teilstruktur, welche den Aufnahmeraum wenigstens nach unten wenigstens teilweise begrenzt. Dabei umfasst die untere Teilstruktur wenigstens ein im Wesentlichen flächig ausgebildetes oberes Bauteil und wenigstens ein im Wesentlichen flächig ausgebildetes unteres Bauteil. Die untere Teilstruktur umfasst wenigstens ein zwischen dem oberen Bauteil und dem unteren Bauteil angeordnetes und als ein Hohlprofil ausgebildetes Verstärkungsbauteil.
Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet der mehrteilige Zusammenbau der unteren Teilstruktur. So kann über die Anordnung und geometrische Ausführung der Bauteile und vorzugsweise des Verstärkungsbauteils das Deformationsverhalten gezielt beeinflusst werden. Dadurch ist eine besonders anforderungsgerechte und leichtbaugerechte Auslegung möglich. Zudem kann die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung durch den mehrteiligen Zusammenbau besonders unaufwendig und kostengünstig hergestellt bzw. montiert werden.
Insbesondere wird der Aufnahmeraum durch die obere Teilstruktur wenigstens nach oben und/oder seitlich abgeschlossen. Insbesondere wird der Aufnahmeraum durch die untere Teilstruktur wenigstens nach unten abgeschlossen.
Vorzugsweise wird die untere Teilstruktur durch das untere Bauteil und das obere Bauteil und das Verstärkungsbauteil gebildet.
Vorzugsweise sind das obere Bauteil und das untere Bauteil wenigstens in ihren Randbereichen und vorzugsweise im Bereich wenigstens einer ihrer Seitenkanten wenigstens abschnittsweise direkt miteinander verbunden. Das obere Bauteil und das untere Bauteil können auch in anderen Bereichen und beispielsweise entlang mittlerer Bereiche wenigstens abschnittsweise miteinander verbunden sein. Das obere Bauteil und das untere Bauteil können in ihren Randbereichen auch wenigstens abschnittsweise über das Verstärkungsbauteil miteinander verbunden sein.
Vorzugsweise ist das Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise mit dem oberen Bauteil und/oder mit dem unteren Bauteil verbunden. Insbesondere sind das obere Bauteil und das untere Bauteil wenigstens abschnittsweise über das Verstärkungsbauteil miteinander verbunden.
Besonders bevorzugt ist die untere Teilstruktur demontierbar mit der oberen Teilstruktur verbunden. Eine solche demontierbare Verbindung bietet viele Vorteile. Besonders vorteilhaft ist, dass dadurch die Maßhaltigkeit der Aufnahmeeinrichtung bzw. der Batterieeinrichtung erheblich verbessert wird. Beispielsweise bietet eine solche demontierbare Verbindung erhebliche Vorteile gegenüber einem Verschweißen. Ein Verschweißen eines Bodens mit einer Batterierahmenstruktur ist in der Regel sehr aufwendig und verursacht häufig einen erheblichen Schweißverzug. Dadurch wird die Ebenheit des Bodens erheblich beeinträchtigt. Zudem wird durch eine solche demontierbare Verbindung auch die Zugänglichkeit der Batterieeinrichtung erheblich verbessert, sodass Montage und Wartung erheblich vereinfacht werden.
Die untere Teilstruktur ist insbesondere zerstörungsfrei lösbar mit der oberen Teilstruktur verbunden. Die untere Teilstruktur kann aber auch fest mit der oberen Teilstruktur verbunden sein. Es ist möglich, dass das obere Bauteil und das untere Bauteil und das wenigstens eine Verstärkungsbauteil als eine Einheit von der oberen Teilstruktur demontierbar sind. Möglich ist auch, dass das obere Bauteil und das untere Bauteil und dass wenigstens eine Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise einzeln demontierbar sind.
Vorzugsweise ist die untere Teilstruktur mittels wenigstens einer Schraubverbindung und/oder mittels wenigstens einer Klebeverbindung mit der oberen Teilstruktur verbunden. Möglich sind auch andere Verbindungsarten. Besonders bevorzugt ist eine Kombination einer Schraubverbindung und einer Klebeverbindung und/oder wenigstens einer weiteren Verbindungsart vorgesehen. Die Klebeverbindung ist insbesondere für eine zerstörungsfreie Demontage der Bauteile geeignet und ausgebildet. Solche Verbindungsarten ermöglichen eine besonders zuverlässig und zugleich unaufwendig montierbare bzw. demontierbare Verbindung.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Batterieeinrichtung wenigstens eine Dichtungseinrichtung zur Abdichtung und insbesondere zur wasserdichten Abdichtung der unteren Teilstruktur zur oberen Teilstruktur. Die Dichtungseinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Dichtung und/oder wenigstens einen Dichtschlauch und/oder wenigstens eine Gummidichtung oder dergleichen. Bevorzugt ist auch, dass die Dichtungseinrichtung wenigstens eine Klebeverbindung umfasst, beispielsweise in Form wenigstens einer Kleberaupe. Insbesondere dient die Dichtungseinrichtung zur Abdichtung gegenüber Wasser und/oder anderen im Betrieb der Batterieeinrichtung auftretenden Medien. Eine solche Dichtungseinrichtung bietet eine deutliche Ersparnis von Aufwand und Kosten bei der Montage bzw. Herstellung. Beispielsweise können dadurch teure und aufwendige Dichtschweißungen entfallen.
Es ist bevorzugt, dass die untere Teilstruktur wenigstens mittels wenigstens eines Dickschichtklebstoffs mit der oberen Teilstruktur verbunden ist. Der Dickschichtklebstoff wird insbesondere in Form wenigstens einer Kleberaupe eingesetzt bzw. ist als eine Kleberaupe ausgebildet. Insbesondere ist der Dickschichtklebstoff dazu geeignet und ausgebildet, eine Klebeverbindung herzustellen und/oder eine Dichtungseinrichtung für die untere Teilstruktur zur oberen Teilstruktur bereitzustellen.
Insbesondere erfolgt durch den Dickschichtklebstoff sowohl eine Verbindung als auch eine Abdichtung der unteren Teilstruktur zur oberen Teilstruktur. Das ermöglicht eine Abdichtung und eine Anbindung in einem gemeinsamen und unaufwendigen Arbeitsschritt. Beispielsweise ist ein Dickschichtklebstoff vorgesehen, wie er in vergleichbarer Art auch als Scheibenklebstoff im Fahrzeugbau eingesetzt werden kann.
Es ist bevorzugt, dass das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil und/oder das Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise aus wenigstens einem Leichtmetallwerkstoff und/oder aus wenigstens einem Stahlwerkstoff und/oder aus wenigstens einem unverstärkten oder partikelverstärkten und/oder faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Möglich und bevorzugt ist auch, dass das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil und/oder das Verstärkungsbauteil aus einer Kombination aus wenigstens zwei solcher Werkstoffe gefertigt ist. Der Leichtmetallwerkstoff besteht vorzugsweise aus Aluminium und/oder Magnesium und/oder ihren jeweiligen Legierungen. Besonders bevorzugt wird Aluminium oder eine Aluminiumlegierung eingesetzt. Solche Werkstoffe bzw. Kombinationen sind für die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung besonders vorteilhaft einsetzbar.
Vorzugsweise sind das obere Bauteil und das untere Bauteil mittels wenigstens einer Klebeverbindung und/oder mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder mittels wenigstens einer mechanischen Fügeverbindung verbunden. Bevorzugt ist auch, dass das Verstärkungsbauteil und das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil mittels wenigstens einer Klebeverbindung und/oder mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder mittels wenigstens einer mechanischen Fügeverbindung verbunden sind. Die mechanische Fügeverbindung ist beispielsweise als eine Verprägung ausgebildet. Solche Verbindungsarten ermöglichen einen besonders zuverlässigen bzw. stabilen und zugleich unaufwendigen Zusammenbau. Möglich sind auch andere geeignete Verbindungsarten.
Es ist möglich und bevorzugt, dass das Verstärkungsbauteil durch wenigstens ein extrudiertes und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestelltes Profil bereitgestellt wird. Insbesondere umfasst das Verstärkungsbauteil wenigstens ein solches Profil. Ein derartiges Profil weist besonders vorteilhafte konstruktive und mechanische Eigenschaften auf. Möglich ist auch, dass das Profil durch wenigstens ein anderes geeignetes Verfahren hergestellt ist.
Vorzugsweise ist das Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise mittels wenigstens eines Strangpressverfahrens hergestellt. Insbesondere umfasst das Verstärkungsbauteil wenigstens ein Strangpressbauteil und vorzugsweise ein Strangpressprofil oder wird durch wenigstens ein solches bereitgestellt. Ein solches Verstärkungsbauteil besteht insbesondere aus einem Leichtmetallwerkstoff und beispielsweise aus Aluminium oder Magnesium oder einer ihrer Legierungen. Solche Verstärkungsbauteile können besonders vorteilhaft für die Aufnahmeeinrichtung eingesetzt werden.
Das Verstärkungsbauteil ist vorzugsweise wenigstens teilweise aus wenigstens einem Faser-Kunststoff-Verbund insbesondere mittels Flechten und/oder Pultrusion hergestellt. Möglich ist auch ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren für einen Faser-Kunststoff-Verbund. Bevorzugt ist auch, dass das Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise aus wenigstens einem unverstärkten oder verstärkten Kunststoff insbesondere mittels Extrusion hergestellt ist. Möglich ist auch ein anderes geeignetes Herstellungsverfahren für einen unverstärkten oder verstärkten Kunststoff. Ein derart ausgestaltetes Verstärkungsbauteil bietet besonders gute Leichtbaueigenschaften.
Die obere Teilstruktur umfasst insbesondere wenigstens eine Batterierahmenstruktur oder ist als eine solche ausgebildet. Die untere Teilstruktur umfasst insbesondere wenigstens einen Batteriegehäuseboden bereit oder ist als ein solcher ausgebildet. Die obere und/oder untere Teilstruktur können auch weitere Bauteile bereitstellen oder umfassen.
Es ist möglich, dass die obere Teilstruktur wenigstens einen Deckel umfasst. Der Deckel ist vorzugsweise als ein Flächenbauteil ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass das wenigstens eine Batteriemodul an der oberen Teilstruktur und vorzugsweise an der Batterierahmenstruktur befestigt ist. Möglich ist auch, dass die obere Teilstruktur wenigstens teilweise durch eine Karosseriestruktur eines Trägerfahrzeugs bereitgestellt wird.
Die Batterierahmenstruktur kann wenigstens ein Profil und insbesondere wenigstens ein Hohlprofil umfassen. Die Profile sind insbesondere rahmenartig verbunden. Die Batterierahmenstruktur umfasst z. B. wenigstens einen Längsträger und/oder wenigstens einen Querträger. Die Batterierahmenstruktur umfasst insbesondere wenigstens eine Querstrebe und/oder wenigstens eine Längstrebe, welche mit dem Längsträger bzw. Querträger verbunden ist.
Es ist möglich, dass das wenigstens eine Batteriemodul wenigstens teilweise an der unteren Teilstruktur befestigt sind. Vorzugsweise ist das wenigstens eine Batteriemodul nicht an der unteren Teilstruktur und insbesondere nicht an dem Batteriegehäuseboden befestigt. Insbesondere ist die untere Teilstruktur dazu geeignet und ausgebildet, als Schlagschutz beim Überfahren von Gegenständen zu dienen. Insbesondere ist das untere und/oder das obere Bauteil als eine Schutzplatte ausgebildet. Möglich ist aber auch, dass der unteren Teilstruktur eine zusätzliche Schutzplatte zugeordnet ist. Insbesondere ermöglicht das wenigstens eine Verstärkungsbauteil eine als Schlagschutz geeignete Beabstandung des unteren Bauteils zu dem oberen Bauteil.
In allen Ausgestaltungen ist es besonders bevorzugt, dass die untere Teilstruktur wenigstens zwei Verstärkungsbauteile umfasst. Das ermöglicht eine besonders robuste und stabile Ausgestaltung der Aufnahmeeinrichtung. Insbesondere sind die Verstärkungsbauteile als jeweils ein Hohlprofil ausgebildet. Möglich ist auch, dass eine Mehrzahl von Verstärkungsbauteilen vorgesehen ist. Beispielsweise können drei oder vier oder auch fünf oder acht Verstärkungsbauteile vorgesehen sein. Möglich ist auch, dass zehn oder mehr Verstärkungsbauteile vorgesehen sind. Insbesondere ist eine Anzahl der Verstärkungsbauteile an eine Größe der Batterieeinrichtung angepasst.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist mit einem wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrantrieb ausgestattet. Zur Energieversorgung des Fahrantriebs umfasst das Kraftfahrzeug wenigstens eine Batterieeinrichtung, wie sie zuvor beschrieben wurde.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug hat viele Vorteile und kann z. B. besonders wirtschaftlich und unaufwendig hergestellt werden. Zudem ist es besonders wartungsfreundlich und bietet ein optimiertes Gesamtgewicht. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
Das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil sind insbesondere flächig ausgebildet. Das untere Bauteil ist insbesondere als ein Flächenbauteil ausgebildet. Das obere Bauteil ist insbesondere als ein Flächenbauteil ausgebildet. Das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil können auch jeweils wenigstens ein Flächenbauteil umfassen. Beispielsweise ist ein Blechbauteil oder Plattenbauteil vorgesehen. Das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil können eben bzw. plan ausgebildet sein. Möglich ist auch, dass das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil eine uneben ausgebildet ist. Das obere Bauteil und/oder das untere Bauteil kann beispielsweise eine Wellenform oder Trapezform oder eine andere geometrische Form aufweisen.
Das Hohlprofil ist insbesondere als ein geschlossenes Hohlprofil ausgebildet. Das Hohlprofil umfasst wenigstens eine Hohlkammer. Das Hohlprofil kann beispielsweise auch zwei oder drei oder mehr Hohlkammern aufweisen. Insbesondere ist das Hohlprofil entlang seiner Längskanten geschlossen. Es ist möglich, dass das Hohlprofil Ausnehmungen und beispielsweise Bohrungen oder dergleichen aufweist.
Es ist möglich, dass zwischen dem oberen Bauteil und dem unteren Bauteil zusätzlich zu dem wenigstens einen Verstärkungsbauteil wenigstens ein Verstärkungselement angeordnet ist. Das Verstärkungselement ist insbesondere nicht als Hohlprofil ausgebildet. Das Verstärkungselement kann separat zu dem Verstärkungsbauteil angeordnet sein. Das Verstärkungselement kann auch wenigstens abschnittsweise an dem Verstärkungsbauteil angeordnet sein. Es ist möglich, dass sich das Verstärkungsbauteil und das Verstärkungselement in ihrer Funktion wenigstens teilweise ergänzen. Möglich ist auch, dass das Verstärkungselement und das Verstärkungsbauteil unabhängige Funktionen erfüllen.
Die Batterieeinrichtung ist insbesondere für den Einbau in einem Bodenbereich eines Fahrzeugs vorgesehen. Die Batterieeinrichtung ist insbesondere als eine Unterbodenbatterie ausgebildet. Die Batterieeinrichtung kann auch an für eine andere Position vorgesehen sein.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel, welches im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert wird.

1 eine stark schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung in einem Kraftfahrzeug;
2 eine stark schematische Darstellung einer Batterieeinrichtung in einer perspektivischen Explosionsdarstellung;
3 eine stark schematische Detaildarstellung einer Batterieeinrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht;
4 eine stark schematische Detaildarstellung einer weiteren Batterieeinrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht;
5 eine stark schematische Detaildarstellung einer Batterieeinrichtung in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht von schräg oben; und
6 eine stark schematische Darstellung einer Batterieeinrichtung in einer geschnittenen Seitenansicht.

Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, welches als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist. Das Fahrzeug 100 kann auch als ein Hybridfahrzeug ausgebildet sein. Das Kraftfahrzeug 100 ist mit einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung 1 ausgestattet, welche als Hochvoltenergiespeicher 101 für einen elektrischen Fahrantrieb 104 dient. Die Batterieeinrichtung 1 ist hier beispielhaft in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs 100 untergebracht. Die Batterieeinrichtung 1 kann aber auch an einem anderen Ort im Kraftfahrzeug 100 angeordnet werden.
In der 2 ist eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1 in einer perspektivischen Ansicht in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Die Batterieeinrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Batteriemodulen 102, welche jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen 103 aufweisen. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hier nur ein Modul 102 mit einer Zelle 103 exemplarisch eingezeichnet.
Die Batteriemodule 102 sind in einer Aufnahmeeinrichtung 2 angeordnet, welche einen Aufnahmeraum 12 für die Module 102 zur Verfügung stellt. Der Aufnahmeraum 12 ist z. B. in mehrere Abschnitte für jeweils ein Modul 102 oder auch für eine Gruppe von Modulen 102 unterteilt.
Die Aufnahmeeinrichtung 2 umfasst eine obere Teilstruktur 3 und eine untere Teilstruktur 4. Die obere Teilstruktur 3 weist hier eine Batterierahmenstruktur 13 auf, welche den Aufnahmeraum 12 seitlich begrenzt und abschließt. In einer Ausgestaltung kann die obere Teilstruktur 3 einen Deckel 23 aufweisen, welcher den Aufnahmeraum 12 nach oben begrenzt und abschließt.
Die Batterierahmenstruktur 13 umfasst beispielsweise Querstege und Längsträger, welche rahmenartig miteinander verbunden sind. Zwischen den Querstegen und Längsträgern sind die einzelnen Batteriemodule 102 aufnehmbar. Die Querstege und/oder Längsträger sind beispielsweise als Profile und insbesondere als Hohlprofile ausgebildet. Die Querstege und/oder Längsträger können auch durch andere geeignete Konstruktionsbauteile bereitgestellt werden.
Die untere Teilstruktur 4 ist hier als ein Batteriegehäuseboden 14 ausgebildet, welcher den Aufnahmeraum 12 nach unten begrenzt und abschließt.
Die untere Teilstruktur 4 umfasst hier ein flächig ausgebildetes oberes Bauteil 5 und ein flächig ausgebildetes unteres Bauteil 6 sowie wenigstens ein dazwischen angeordnetes und als ein Hohlprofil 17 ausgebildetes Verstärkungsbauteil 7. Die Bauteile 5, 6, 7, 17 sind hier nicht einzeln dargestellt und werden mit Bezug zu den nachfolgenden Figuren näher beschrieben.
In der 3 ist eine Ausgestaltung der unteren Teilstruktur 4 näher dargestellt. Das obere und untere Bauteil 5, 6 werden hier durch jeweils ein Flächenbauteil und beispielsweise eine Platte gebildet.
Die Bauteile 5, 6 können an ihren hier nicht dargestellten Randbereichen direkt oder auch indirekt miteinander verbunden sein. Die Verbindung kann beispielsweise mittels wenigstens einer Klebeverbindung und/oder mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder mittels wenigstens einer mechanischen Fügeverbindung erfolgen. Beispielsweise ist in der 5 eine direkte Verbindung der Bauteile 5, 6 in ihren Randbereichen gezeigt.
Zudem umfasst die untere Teilstruktur 4 hier zwei als Hohlprofile 17 ausgebildete Verstärkungsbauteile 7. In anderen Ausgestaltungen können auch mehr oder weniger Verstärkungsbauteile 7 vorgesehen sein. Die Hohlprofile 17 sind hier geschlossen ausgebildet und weisen jeweils drei Hohlkammern auf. Möglich sind auch mehr oder weniger Hohlkammern. Es können auch Hohlprofile 17 mit einer anderen Profilstruktur bzw. mit einem anderen Profilquerschnitt vorgesehen sein.
Die Verstärkungsbauteile 7 sind hier mit dem oberen Bauteil 5 und mit dem unteren Bauteil 6 verbunden. Eine Verbindung 9 zwischen dem oberen Bauteil 5 und dem Verstärkungselement 7 und eine Verbindung 9 zwischen dem unteren Bauteil 6 und dem Verstärkungsbauteil 7 erfolgen hier beispielsweise mittels wenigstens einer Klebeverbindung und/oder mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder mittels wenigstens einer mechanischen Fügeverbindung.
In der 4 ist eine weitere Ausgestaltung der unteren Teilstruktur 4 gezeigt. Das untere Bauteil 6 ist hier als ein ebenes Flächenbauteil ausgebildet.
Das obere Bauteil 5 ist hier als ein wellenförmiges bzw. trapezartiges Flächenbauteil ausgebildet. Dabei sind unterschiedlich Wellenformen bzw. Trapezstrukturen vorgesehen. Dadurch wird eine veränderliche Beabstandung des oberen Bauteils 5 zu dem unteren Bauteil 6 erreicht. So können je nach Beabstandung verschiedene Komponenten und beispielsweise die Verstärkungsbauteile 7 untergebracht werden. Möglich ist aber auch, dass zwischen den Bauteilen 5, 6 Hohlräume ohne Komponenten vorgesehen sind.
Das obere Bauteil 5 und das untere Bauteil 6 sind hier abschnittsweise direkt miteinander verbunden. Als Verbindung 9 sind beispielsweise eine Klebeverbindung und/oder eine Schweißverbindung und/oder eine mechanische Fügeverbindung bevorzugt. Zusätzlich oder alternativ können die Bauteile 5, 6 auch in ihren Randbereichen wenigstens abschnittsweise miteinander verbunden sein. Eine Verbindung in den Randbereichen erfolgt beispielsweise wie mit Bezug zur 3 beschrieben.
Die untere Teilstruktur umfasst hier zwei als Hohlprofile 17 ausgebildete Verstärkungselemente 7. Eine Verbindung 9 zwischen dem oberen Bauteil 5 und dem Verstärkungsbauteil 7 bzw. zwischen dem unteren Bauteil 6 und dem Verstärkungsbauteil 7 erfolgt beispielsweise wie mit Bezug zu 3 beschrieben.
Die 5 zeigt eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1, welche in ihrem grundlegenden Aufbau beispielsweise der mit Bezug zur 2 beschriebenen Batterieeinrichtung 1 entspricht. Die Batterierahmenstruktur 13 der oberen Teilstruktur 3 ist hier besonders gut zu erkennen, welche hier beispielsweise unterschiedliche Hohlprofilarten umfasst. Zudem ist hier die Anbindung der in dem Aufnahmeraum 12 angeordneten Batteriemodule 102 an die Batterierahmenstruktur 13 besonders gut zu erkennen. Die Module 102 sind hier nicht auf dem Batteriegehäuseboden 14 montiert, sodass dieser nicht das Gewicht der Module 102 tragen muss.
Die untere Teilstruktur 4 ist hier beispielsweise wie zuvor beschrieben ausgebildet. Dabei ist das wenigstens eine als Hohlprofil 17 ausgebildete Verstärkungsbauteil 7 in der hier gezeigten Darstellung verdeckt angeordnet.
Die Anbindung der unteren Teilstruktur 4 an die obere Teilstruktur 3 erfolgt mittels Verbindungen 9, welche hier durch Pfeile stark schematisch angedeutet sind. Vorzugsweise erfolgt die Anbindung auch über weitere, hier nicht dargestellte Verbindungen 9.
Dabei ist die untere Teilstruktur 4 insbesondere derart an die obere Teilstruktur 3 angebunden, dass eine zerstörungsfreie Demontage möglich ist. Dazu sind die Verbindungen 9 zwischen der oberen und der unteren Teilstruktur 3, 4 beispielsweise als Schraubverbindung und/oder Klebeverbindung ausgebildet oder umfassend wenigstens eine solche. Die Klebeverbindung ist dabei insbesondere ohne Zerstörung der Teilstrukturen 3, 4 lösbar.
Die Batterieeinrichtung 1 kann mit wenigstens einer Dichtungseinrichtung 8 zur wasserdichten Abdichtung der unteren Teilstruktur 4 zur oberen Teilstruktur 3 ausgestattet werden. Die Dichtungseinrichtung 8 umfasst beispielsweise einen Dickschichtklebstoff 18, welcher insbesondere in Form einer oder mehrerer Kleberaupen aufgetragen wird. Vorzugsweise erfolgt durch die Dichtungseinrichtung 8 neben der Abdichtung auch eine demontierbare Klebeverbindung zwischen den Teilstrukturen 3, 4.
Die 6 zeigt eine Ausgestaltung der Batterieeinrichtung 1, bei welcher die obere Teilstruktur 3 als ein Bestandteil der Karosserie eines Kraftfahrzeugs 100 ausgebildet ist. Die untere Teilstruktur 4 ist beispielsweise wie zuvor beschrieben ausgebildet. Das wenigste eine Verstärkungsbauteil 7 ist in der hier gezeigten Schnittebene nicht sichtbar.
Bei den hier beschriebenen Ausgestaltungen sind das obere Bauteil 5 und/oder das untere Bauteil 6 und/oder das Verstärkungsbauteil 7 beispielsweise aus einem Leichtmetallwerkstoff und/oder einem Stahlwerkstoff und/oder aus wenigstens einem unverstärkten oder partikelverstärkten und/oder faserverstärkten Kunststoff oder einer Kombination aus wenigstens zwei solcher Wirkstoffe gefertigt. Als Leichtmetallwerkstoff ist dabei vorzugsweise Aluminium und/oder Magnesium und/oder eine ihrer jeweiligen Legierungen vorgesehen.
Die hier gezeigten Verstärkungsbauteile 7 sind z. B. extrudierte und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestellte Profile. Die Verstärkungsbauteile 7 können auch Strangpressprofile sein. Die hier vorgestellten Verstärkungsbauteile können auch wenigstens teilweise aus einem Faser-Kunststoff-Verbund mittels Flechten und/oder Pultrusion hergestellt sein. Die Verstärkungsbauteile 7 können auch wenigstens teilweise aus wenigstens einem unverstärkten oder verstärkten Kunststoff mittels Extrusion hergestellt sein. Möglich sind auch andere Werkstoffe bzw. andere Herstellungsverfahren.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet einen besonders vorteilhaften mehrteiligen Zusammenbau einer Aufnahmeeinrichtung 2 einer Batterieeinrichtung 1. So kann mittels lokaler Verbindung und beispielsweise Verprägung bzw. einer gezielten Beabstandung der Flächenbauteile 5, 6 und deren strukturmechanischer Kopplung mit den Verstärkungsbauteilen 7 das Deformationsverhalten in Crash- bzw. Sonderlastfällen gezielt beeinflusst werden. So wird eine anforderungs- bzw. leichtbaugerechte Auslegung möglich. Darüber hinaus ist eine demontierbare Verbindung des Batteriegehäusebodens 14 mit der Batterierahmenstruktur 13 vorgesehen, wodurch die Maßhaltigkeit erheblich verbessert werden kann.
Die hier vorgestellte Erfindung bietet einen erheblich verbesserten Schlagschutz beim überfahren von Gegenständen durch die Beabstandung zwischen den Batteriemodulen 102 und dem Batteriegehäuseboden 14 bzw. dem unteren Bauteil 6. Zudem wird durch Entfall teurer Dichtschweißungen eine erhebliche Kostenersparnis erreicht. Weiterhin wird eine erhebliche Verbesserung von Ebenheit und Toleranzen durch reduzierten Wärmeeintrag bzw. durch Verzicht auf problematische Schweißverbindungen erzielt.
Die Erfindung bietet zudem eine erhebliche Verbesserung der Reparierbarkeit. So ist ein unaufwendiger Austausch des Batteriegehäusebodens 14 oder ein besonders einfacher Zugang zur Batteriesteuerung/Batteriekühlung/Leistungselektronik ohne Demontage der gesamten Aufnahmeeinrichtung 2 bzw. des Batteriekastens möglich.
Die Erfindung bietet auch eine erhebliche Gewichtsreduktion, da der Batteriegehäuseboden 14 bzw. das untere oder obere Bauteil 5, 6 nicht mehr das Gewicht der Batteriemodule 102 tragen müssen.
Weiterhin bietet die Erfindung eine erheblich vereinfachte Produktion der Batterieeinrichtung 1. So ist der Zugang zu den Batteriemodulen 102 während der Montage erheblich vereinfacht. Ebenso ist der Zugang zu einer Kühlung und Verkabelung/Stromschienen und anderen Batteriekomponenten besonders einfach von beiden Seiten bzw. von oben und unten her möglich. Die Produktion wird zudem dadurch vereinfacht, dass keine separate Schutzplatte zusätzlich zum Batteriegehäuseboden 14 notwendig ist. Dadurch kann eine Einsparung beispielsweise von zahlreichen Schrauben erreicht werden. Zudem wird das Handling in der Produktion verbessert.
Bezugszeichenliste

1: Batterieeinrichtung
2: Aufnahmeeinrichtung
3: Teilstruktur
4: Teilstruktur
5: Bauteil
6: Bauteil
7: Verstärkungsbauteil
8: Dichtungseinrichtung
9: Verbindung
12: Aufnahmeraum
13: Batterierahmenstruktur
14: Batteriegehäuseboden
17: Hohlprofil
18: Dickschichtklebstoff
23: Deckel
100: Kraftfahrzeug
101: Hochvoltenergiespeicher
102: Batteriemodul
103: Batteriezelle
104: Fahrantrieb

Claims

Batterieeinrichtung (1), insbesondere Hochvoltenergiespeicher (101), für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (100), umfassend wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung (2) zur Bereitstellung wenigstens eines Aufnahmeraums (12) für wenigstens ein Batteriemodul (102) mit wenigstens einer Batteriezelle (103), wobei die Aufnahmeeinrichtung (2) wenigstens eine obere Teilstruktur (3) umfasst, welche den Aufnahmeraum (12) wenigstens nach oben und/oder seitlich wenigstens teilweise begrenzt, und wobei die Aufnahmeeinrichtung (2) wenigstens eine untere Teilstruktur (4) umfasst, welche den Aufnahmeraum (12) wenigstens nach unten wenigstens teilweise begrenzt, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Teilstruktur (4) wenigstens ein im Wesentlichen flächig ausgebildetes oberes Bauteil (5) und wenigstens ein im Wesentlichen flächig ausgebildetes unteres Bauteil (6) und wenigstens ein zwischen dem oberen Bauteil (5) und dem unteren Bauteil (6) angeordnetes und als ein Hohlprofil (17) ausgebildetes Verstärkungsbauteil (7) umfasst.
Batterieeinrichtung (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das obere Bauteil (5) und das untere Bauteil (6) wenigstens in ihren Randbereichen wenigstens abschnittsweise direkt miteinander verbunden sind.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsbauteil (7) wenigstens teilweise mit dem oberen Bauteil (5) und/oder mit dem unteren Bauteil (6) verbunden ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Teilstruktur (4) demontierbar mit der oberen Teilstruktur (3) verbunden ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Teilstruktur (4) mittels wenigstens einer Schraubverbindung und/oder wenigstens einer Klebeverbindung mit der oberen Teilstruktur (3) verbunden ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens eine Dichtungseinrichtung (8) zur insbesondere wasserdichten Abdichtung der unteren Teilstruktur (4) zur oberen Teilstruktur (3).
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Teilstruktur (4) wenigstens mittels wenigstens eines Dickschichtklebstoffs (18), insbesondere in Form wenigstens einer Kleberaupe, mit der oberen Teilstruktur (3) verbunden ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das obere Bauteil (5) und/oder das untere Bauteil (6) und/oder das Verstärkungsbauteil (7) wenigstens teilweise aus wenigstens einem Leichtmetallwerkstoff und/oder aus wenigstens einem Stahlwerkstoff und/oder aus wenigstens einem unverstärkten oder partikelverstärkten und/oder faserverstärkten Kunststoff oder einer Kombination aus wenigstens zwei solcher Werkstoffe gefertigt ist und wobei der Leichtmetallwerkstoff vorzugsweise aus Aluminium und/oder aus Magnesium und/oder ihren jeweiligen Legierungen besteht.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das obere Bauteil (5) und das untere Bauteil (6) und/oder wobei das Verstärkungsbauteil (7) und das obere Bauteil (5) und/oder das untere Bauteil (6) mittels wenigstens einer Klebeverbindung und/oder mittels wenigstens einer Schweißverbindung und/oder mittels wenigstens einer mechanischen Fügeverbindung verbunden sind.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsbauteil (7) durch wenigstens ein extrudiertes und/oder in einem kontinuierlichen Fertigungsprozess hergestelltes Profil bereitgestellt wird.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsbauteil (7) wenigstens teilweise mittels wenigstens eines Strangpressverfahrens hergestellt ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verstärkungsbauteil (7) wenigstens teilweise aus wenigstens einem Faser-Kunststoff-Verbund mittels Flechten und/oder Pultrusion hergestellt ist und/oder wobei das Verstärkungsbauteil wenigstens teilweise aus wenigstens einem unverstärkten oder verstärkten Kunststoff mittels Extrusion hergestellt ist.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die obere Teilstruktur (3) wenigstens eine Batterierahmenstruktur (13) bereitstellt und/oder wobei die untere Teilstruktur (4) wenigstens einen Batteriegehäuseboden (14) bereitstellt.
Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die untere Teilstruktur (4) wenigstens zwei Verstärkungsbauteile (7) umfasst.
Kraftfahrzeug (100) mit einem wenigstens teilweise elektrisch betriebenen Fahrantrieb (104), umfassend eine Batterieeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Energieversorgung des Fahrantriebs (104).