-
Die Erfindung betrifft eine Akkumulatoranordnung für ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, ein Verfahren zur Montage der Akkumulatoranordnung und ein Kraftfahrzeug mit der Akkumulatoranordnung.
-
Ein elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug wird mit einem Akkumulator bzw. mit einer Akkumulatorenanordnung betrieben, die beispielsweise eine Vielzahl einzelner parallel oder in der Reihe geschalteter Li-Ionen Batteriezellen aufweist. Das Fahrzeug weist wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs auf, der vom Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Der Akkumulator kann daher auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden. Der Akkumulator ist üblicherweise in einem zweiteiligen Gehäuse angeordnet, das ein Gehäuseteil und einen Deckel aufweist. In dem Gehäuseteil werden die einzelnen Batteriezellen des Akkumulators festgelegt und mit dem Deckel geschlossen. Das Gehäuse schützt die einzelnen Batteriezellen von mechanischen Schäden und ist brandfest ausgestaltet, um bei einem Unfall eine Explosion des Akkumulators zu verhindern. In dem Gehäuse wird ferner eine Kühlung angeordnet, um ein Überhitzen des Akkumulators zu vermeiden.
-
Der in dem Gehäuse angeordnete Akkumulator weist einen hohen Bauraumbedarf und ein hohes Eigengewicht auf und wird üblicherweise unter dem Kraftfahrzeug angeordnet. Dabei sind der Akkumulator in dem Gehäuse und anschließend das Gehäuse mit dem Deckel an dem Karosserieboden des Kraftfahrzeugs festgelegt. Durch das hohe Eigengewicht des Akkumulators und des Gehäuses wird auch das Gewicht des Kraftfahrzeugs erhöht, wodurch die Effizienz des Kraftfahrzeugs reduziert wird. Die Montage sowie die Wartung des Akkumulators sowie einzelnen Batteriezellen sind auch erschwert.
-
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Akkumulatoranordnung, ein Verfahren zur Montage der Akkumulatoranordnung sowie ein Kraftfahrzeug mit der Akkumulatoranordnung bereitzustellen, bei denen die genannten Nachteile überwunden werden.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, eine Akkumulatoranordnung in die Bodengruppe eines elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs zu integrieren und dadurch das durch die Akkumulatoranordnung bediente Zusatzgewicht des Kraftfahrzeugs zu reduzieren. Dazu weist die Akkumulatoranordnung ein Gehäuse mit einem Gehäuseteil und mit einem an dem Gehäuseteil festgelegten Deckel auf, wobei in einem Aufnahmeraum zwischen dem Gehäuseteil und dem Deckel wenigstens ein Batteriemodul angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist das Gehäuseteil eine Modulträgerplatte und der Deckel ein Karosseriebereich. Dabei ist der Karosseriebereich ein Flächenbereich eines Karosseriebodens des Kraftfahrzeugs, der zumindest bereichsweise durch Fahrzeugträger umrahmt ist.
-
Erfindungsgemäß ist das Gehäuse der Akkumulatoranordnung durch die Modulträgerplatte und den Karosseriebereich gebildet, so dass das Zusatzgewicht der Akkumulatoranordnung in dem Kraftfahrzeug durch die Modulträgerplatte und das wenigstens eine Batteriemodul begrenzt ist. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Akkumulatoranordnung werden dadurch das durch die Akkumulatoranordnung bedingte Zusatzgewicht und der Platzbedarf für die Akkumulatoranordnung deutlich reduziert. Durch die erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung kann folglich die Effizienz des elektrischen Kraftfahrzeugs deutlich erhöht werden. Zusätzlich bildet die Akkumulatoranordnung eine Einheit mit einer Bodengruppe des Kraftfahrzeugs, so dass auch die Steifigkeit der Bodengruppe erhöht wird. Als Folge kann das Eigengewicht der Bodengruppe reduziert werden und die Effizienz des Kraftfahrzeugs weiter erhöht werden.
-
Der Karosseriebereich ist erfindungsgemäß durch den Flächenbereich des Karosseriebodens gebildet, der zumindest bereichsweise durch die Fahrzeugträger umrahmt ist. Die Modulträgerplatte wird zweckgemäß an den Fahrzeugträger festgelegt, so dass der Aufnahmeraum in Fahrzeug-Z-Richtung durch den Flächenbereich des Karosseriebodens und die Modulträgerplatte und in Fahrzeug-X-Richtung und in Fahrzeug-Y-Richtung durch die Fahrzeugträger begrenzt ist. Die Modulträgerplatte kann dabei aus einem Kunststoff oder aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung - beispielsweise aus Stahl - bestehen. Das jeweilige Batteriemodul kann sowohl an der Modulträgerplatte als auch an dem Karosseriebereich form- oder kraftschlüssig lösbar festgelegt sein, um die Montage und die Wartung des jeweiligen Batteriemoduls zu erleichtern. Das jeweilige Batteriemodul umfasst dabei mehrere einzelne Batteriezellen, die parallel und/oder in der Reihe geschaltet sind. In dem Aufnahmeraum der Akkumulatoranordnung können erfindungsgemäß mehrere Batteriemodule angeordnet sein, die das Kraftfahrzeug mit einer ausreichenden Energiemenge beliefern können.
-
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung ist vorgesehen, dass die Modulträgerplatte eine an der Modulträgerplatte festgelegte oder integral ausgebildete Versteifungsstruktur aufweist. Zusätzlich ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Versteifungsstruktur einen Oberzug auf der Modulträgerplatte bildet, der beispielsweise in Fahrzeug-X-Richtung und/oder in Fahrzeug-Y-Richtung ausgerichtet ist. Um das Eigengewicht der Versteifungsstruktur und folglich der Modulträgerplatte weiter zu reduzieren, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Versteifungsstruktur fachwerkartig ausgestaltet ist. Durch die Versteifungsstruktur kann die Modulträgerplatte selbstragend ausgestaltet sein, so dass bei der Montage oder bei der Wartung der Akkumulatoranordnung die Modulträgerplatte mit dem jeweiligen Batteriemodul auf aufwandreduzierte Weise abmontiert und das jeweilige Batteriemodul gewartet werden kann. Durch die fachwerkartige Versteifungsstruktur kann die Modulträgerplatte auch ohne ein unerwünschtes Erhöhen des Eigengewichts versteift werden.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich mit einem Randbereich durch eine Festlegvorrichtung lösbar festgelegt ist. Der Randbereich liegt zweckgemäß an den Fahrzeugträgern des Karosseriebereichs an, so dass die Modulträgerplatte umlaufend an dem Karosseriebereich festgelegt ist. Die Festlegvorrichtung kann dabei beispielsweise mehrere Schrauben oder Formschlusselemente umfassen, durch die die Modulträgerplatte lösbar an dem Karosseriebereich festgelegt wird. Alternativ kann die Modulträgerplatte durch eine Nieten-, Schnellverschluss-, 90-Grad-Drehverschluss-, Bajonettverbindung oder ähnlich lösbar festgelegt sein. Dabei kann das jeweilige Batteriemodul an der beispielsweise durch die Versteifungsstruktur selbstragenden Modulträgerplatte oder an dem Flächenbereich des Karosseriebodens festgelegt sein. Ist das jeweilige Batteriemodul an dem Flächenbereich des Karosseriebodens festgelegt, so kann die Modulträgerplatte nicht selbsttragend ausgestaltet sein und nur eine Deckfunktion übernehmen. Alternativ oder zusätzlich kann die Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich durch die Festlegvorrichtung den Aufnahmeraum durchdringend lösbar festgelegt sein. Dazu kann die Festlegvorrichtung an dem Flächenbereich des Karosseriebodens mehrere Aufnahmemuttern aufweisen, an denen die Modulträgerplatte mit Schrauben lösbar festgelegt ist. Die Modulträgerplatte kann bei einer derartigen Ausführung der Festlegvorrichtung sowohl selbsttragend - beispielsweise durch die Versteifungsstruktur - oder auch nicht selbsttragend sein. Das jeweilige Batteriemodul kann dabei sowohl an der Modulträgerplatte als auch an dem Flächenbereich des Karosseriebodens festgelegt sein. Insgesamt kann durch die Festlegvorrichtung die Modulträgerplatte sicher und aufwandreduziert an dem Karosseriebereich des Kraftfahrzeugs lösbar festgelegt sein. Ferner können auch die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung aufwandreduziert vorgenommen werden.
-
Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung eine zumindest bereichsweise an den Fahrzeugträger festgelegte Festlegkonsole aufweist, durch die die Modulträgerplatte an den Fahrzeugträgern kraftschlüssig festgelegt ist. Das kraftschlüssige Festlegen kann beispielsweise durch eine Führung in der Festlegkonsole erfolgen, in der die Modulträgerplatte eingeklemmt ist. Die Führung kann in Fahrzeug-Z-Richtung mit einem dämpfenden Material ausgekleidet sein und ein schwingungsdämpfendes Lager für die Modulträgerplatte bilden. Dadurch ist die Modulträgerplatte und das wenigstens eine Batteriemodul auf der Modulträgerplatte von dem Karosseriebereich entkoppelt, wodurch die Schwingungsbeanspruchung der elektrischen und elektronischen Bauteile in der Akkumulatoranordnung reduziert wird. Zudem können dadurch Toleranzen zwischen dem Karosseriebereich und der Modulträgerplatte vorteilhaft ausgeglichen werden.
-
Um das jeweilige Batteriemodul in dem Aufnahmeraum von mechanischen Schäden besser zu schützen, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung ein Schlagschutzelement aufweist, das der Modulträgerplatte folgend und außerhalb des Aufnahmeraumes festgelegt ist. Durch das Schlagschutzelement kann bei einem Steinschlag oder bei einer Pollerauffahrt das Batteriemodul der Akkumulatoranordnung geschützt werden. Das Schlagschutzelement kann beispielsweise aus einem Kompositwerkstoff bestehen, wodurch das Eigengewicht der Akkumulatoranordnung nur unwesentlich erhöht und dennoch ein ausreichender Schutz von mechanischen Schäden ermöglicht wird. Das Schlagschutzelement kann dabei durch die Festlegvorrichtung an der Modulträgerplatte lösbar festgelegt sein, wobei bei der Montage der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich gleichzeitig auch das Schlagschutzelement an der Modulträgerplatte festgelegt wird. Auf diese Weise kann die Anzahl der Einzelteile in der Akkumulatoranordnung vorteilhafterweise reduziert werden und die Montage sowie die Wartung der Akkumulatoranordnung vereinfacht werden. Zweckgemäß wird das Schlagschutzelement plattenförmig ausgestaltet und entspricht im Wesentlichen der Kontur der Modulträgerplatte. Alternativ kann das Schlagschutzelement auch unabhängig von der Modulträgerplatte und beispielsweise an der Versteifungsstruktur oder direkt an der Fahrzeugstruktur festgelegt sein.
-
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung ist vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung eine in dem Aufnahmeraum angeordnete und an der Modulträgerplatte festgelegte Schutzabdeckung aufweist, durch die das wenigstens eine Batteriemodul von dem Karosseriebereich getrennt ist. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise ein Deckel oder eine reisfeste Folie sein, die das wenigstens eine Batteriemodul innerhalb des Aufnahmeraumes von Verschmutzungen schützt und ein Eindringen der Feuchtigkeit verhindert. Ferner kann die Schutzabdeckung aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem definierten Durchschlagwiderstand - beispielsweise aus einem Kunststoff - bestehen, um einen ausreichenden Berührungsschutz bei der Montage oder bei der Wartung des jeweiligen Batteriemoduls zu ermöglichen. Ferner kann die Schutzabdeckung durch ein geeignetes Sandwichmaterial auch die elektromagnetische Verträglichkeit der Akkumulatoranordnung gegenüber der Umgebung erhöhen. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise durch ein Tiefziehen hergestellt sein und beispielsweise aus kompakten oder geschäumten Ein- oder Mehrschichtfolien, vorzugsweise aus Thermoplasten, bestehen. Auf diese Weise kann auch eine Isolationswirkung gegen Strom, Akustik und Temperatur sowie die elektromagnetische Verträglichkeit gegenüber der Umgebung erhöht werden. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise in dem Randbereich der Modulträgerplatte mit einer Flächendichtung kraft- oder formschlüssig lösbar festgelegt sein. Die Schutzabdeckung ermöglicht sowohl einen Berührungsschutz als auch einen Schutz von mechanischen Schäden und Verschmutzungen bei der Montage, bei der Wartung, bei dem Transport und bei der Nutzung der Akkumulatoranordnung.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung einen Montageträger aufweist, der an der Modulträgerplatte außerhalb des Aufnahmeraumes und dem Karosseriebereich abgewandt lösbar festlegbar ist. Der Montageträger ist zweckgemäß selbsttragend, so dass durch den Montageträger auch die nicht selbsttragende Modulträgerplatte mit dem jeweiligen an der Modulträgerplatte festgelegten Batteriemodul aufwandreduziert transportiert und an dem Karosseriebereich montiert werden kann. Der Montageträger ist an der Modulträgerplatte lösbar festgelegt, so dass nach der Montage der Montageträger aufwandreduziert von der Modulträgerplatte lösbar ist. Durch den Montageträger werden die Montage und der Transport der Modulträgerplatte mit den jeweiligen Batteriemodulen deutlich vereinfacht. Um das Eigengewicht des Montageträgers zu reduzieren, kann der Montageträger fachwerkartig ausgestaltet sein. Das lösbare Festlegen des Montageträgers an der Modulträgerplatte kann beispielsweise durch eine Schraubenverbindung realisiert sein.
-
Vorteilhafterweise ist ferner vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung wenigstens eine Modultrennwand aufweist, die an der Modulträgerplatte festgelegt oder integral ausgebildet ist und durch die zwei benachbarte Batteriemodule in dem Aufnahmeraum voneinander getrennt sind. Durch die Modultrennwand können die einzelnen Batteriemodule in der Akkumulatoranordnung aufwandreduziert montiert oder abmontiert werden. Die Modultrennwand kann dabei die Versteifungsstruktur umfassen und die Akkumulatoranordnung dadurch platzsparend ausgestaltet sein. In der Modultrennwand können ferner die elektrischen Leitungen zum Verschalten sowie die Fluidleitungen zum Kühlen oder zum Heizen der einzelnen Batteriemodule angeordnet sein. Auf diese Weise können die einzelnen Batteriemodule unabhängig voneinander montiert und abmontiert werden, wodurch die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung insgesamt vereinfacht werden. Vorzugsweise ist die Modultrennwand durch die Versteifungsstruktur gebildet, so dass die Akkumulatoranordnung kompakter und materialsparend ausgestaltet werden kann.
-
Um das jeweilige Batteriemodul zu kühlen oder zu heizen, ist bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung eine Temperierungsvorrichtung aufweist, die zumindest bereichsweise in dem Aufnahmeraum an dem wenigstens einen Batteriemodul und/oder an der Modulträgerplatte anliegend angeordnet ist. Die Temperierungsvorrichtung kann dabei beispielsweise Fluidrohre oder Fluidplatten aufweisen, die an dem jeweiligen Batteriemodul oder an der Modulträgerplatte anliegend angeordnet sind und ein Kühlen oder ein Heizen des jeweiligen Batteriemoduls ermöglichen. Die Temperierungsvorrichtung kann dabei an der Modulträgerplatte vormontiert sein und bei der Montage der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich mit einem externen Kühlmittelverteiler fluidisch verbunden werden. Bei einer derartigen Ausgestaltung der Temperierungsvorrichtung kann die Montage sowie die Wartung der Akkumulatoranordnung vereinfacht werden.
-
Um die Akkumulatoranordnung extern verschalten zu können, ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Akkumulatoranordnung eine Kontaktierungsanordnung aufweist, durch die das jeweilige Batteriemodul elektrisch und/oder fluidisch und/oder datenübertragend mit wenigstens einer elektrischen und/oder fluidischen und/oder datenübertragenden Komponente verbunden ist. Die Kontaktierungsanordnung ermöglicht beispielsweise ein fluidisches Verschalten der Temperierungsvorrichtung mit einem externen Kühlmittelverteiler, ein elektrisches Verschalten derjeweiligen Batteriemodule mit einem Antriebshochvoltnetz, mit Überwachungssensoren sowie mit thermischen und mechanischen Sensoren sowie ein datenübertragendes Verschalten mit einer externen Steuerung. Durch die Kontaktierungsanordnung können die Batteriemodule sowohl untereinander als auch mit der externen Komponente schnell und aufwandreduziert verschaltet werden, wodurch die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung deutlich vereinfacht werden.
-
Insgesamt wird in dem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug das durch die erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung bediente Zusatzgewicht deutlich reduziert und folglich die Effizienz des elektrischen Kraftfahrzeugs erhöht. Ferner kann durch die Akkumulatoranordnung auch die Steifigkeit der Bodengruppe erhöht und das Eigengewicht der Bodengruppe reduziert werden. Die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung sind aufwandreduziert und vereinfacht durchführbar, so dass die dadurch entstehenden Zusatzkosten vermieden werden.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Montage der oben beschriebenen Akkumulatoranordnung. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst dabei ein Anordnen wenigstens eines Batteriemoduls an einer Modulträgerplatte; ein nachfolgendes Verschalten des wenigstens einen Batteriemoduls mittels einer Kontaktierungsanordnung und ein anschließendes Festlegen der Modulträgerplatte an einem Karosseriebereich. Das jeweilige Batteriemodul kann beim Anordnen an der Modulträgerplatte zusätzlich lösbar - beispielsweise kraft- oder formschlüssig - an der Modulträgerplatte festgelegt werden. Das lösbare Festlegen der Batteriemodule an der Modulträgerplatte erleichtert erheblich die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung, da die Modulträgerplatte von dem Karosseriebereich sowie die einzelnen Batteriemodule von der Modulträgerplatte auf einfache, sichere und aufwandreduzierte Weise montiert und abmontiert werden können. Beim Verschalten kann das jeweilige Batteriemodul elektrisch und/oder fluidisch und/oder datenübertragend mit den weiteren Batteriemodulen sowie mit externen elektrischen und/oder fluidischen und/oder datenübertragenden Komponenten mittels der Kontaktierungsanordnung verschaltet werden. Die Modulträgerplatte mit den verschalteten Batteriemodulen wird anschließend an dem Karosseriebereich durch eine Festlegvorrichtung beispielsweise in einem Randbereich und/oder einen durch den Karosseriebereich und die Modulträgerplatte gebildeten Aufnahmeraum durchdringend lösbar festgelegt. Der Karosseriebereich wird dabei durch einen Flächenbereich eines Karosseriebodens und den Flächenbereich umrahmende Fahrzeugträger gebildet, so dass der Randbereich der Modulträgerplatte an den Fahrzeugträgern anliegend angeordnet und an diesen festgelegt werden kann.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass vor dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich die Modulträgerplatte an einem Montageträger lösbar festgelegt wird und dass nach dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich der Montageträger von der Modulträgerplatte gelöst wird. Auf diese Weise kann auch eine nicht selbsttragende Modulträgerplatte einfach und aufwandreduziert an dem Karosseriebereich festgelegt werden. Der Montageträger kann dabei sowohl vor als auch nach dem Anordnen der jeweiligen Batteriemodule an der Modulträgerplatte festgelegt werden. Nach der Montage kann der Montageträger von der an dem Karosseriebereich festgelegten Modulträgerplatte gelöst werden.
-
Ferner ist zum Kühlen oder zum Heizen der jeweiligen Batteriemodule vorgesehen, dass vor dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich eine Temperierungsvorrichtung zumindest teilweise an dem Karosseriebereich oder an der Modulträgerplatte festgelegt wird. Die Temperierungsvorrichtung ermöglicht ein Kühlen oder ein Heizen der jeweiligen Batteriemodule, wobei die Montage der Temperierungsvorrichtung sowohl an dem Karosseriebereich als auch an der Modulträgerplatte erfolgen kann. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperierungsvorrichtung nach dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich zumindest teilweise außerhalb eines Aufnahmeraumes an der Modulträgerplatte anliegend festgelegt werden.
-
Um die jeweiligen Batteriemodule bei der Nutzung und bei dem Transport von mechanischen Schäden und vom Eindringen der Feuchtigkeit in die Batteriemodule zu schützen, kann vor dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich eine Schutzabdeckung an der Modulträgerplatte festgelegt werden. Zweckgemäß wird die Schutzabdeckung nach dem Anordnen der Batteriemodule an der Modulträgerplatte festgelegt und trennt die Batteriemodule von dem Karosseriebereich. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise aus einem Sandwichmaterial bestehen und die elektromagnetische Verträglichkeit gegenüber der Umgebung vorteilhaft verbessert. Die Schutzabdeckung kann aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem definierten Durchschlagwiderstand - beispielsweise aus einem Kunststoff - hergestellt werden, um auch einen Berührungsschutz bei der Montage und bei der Wartung der Akkumulatoranordnung zu ermöglichen. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise in dem Randbereich der Modulträgerplatte lösbar festgelegt werden und bei der Wartung auf einfache Weise abmontiert werden. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise durch ein Tiefziehen beispielsweise aus kompakten oder geschäumten Ein- oder Mehrschichtfolien, vorzugsweise aus Thermoplasten, hergestellt werden. Auf diese Weise kann auch eine Isolationswirkung gegen Strom, Akustik und Temperatur sowie die elektromagnetische Verträglichkeit gegenüber der Umgebung erhöht werden.
-
Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass vor, nach oder gleichzeitig mit dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich ein Schlagschutzelement an der Modulträgerplatte außerhalb des Aufnahmeraumes lösbar festgelegt wird. Das Schlagschutzelement kann beispielsweise bei dem Festlegen der Modulträgerplatte an dem Karosseriebereich zusammen mit der Modulträgerplatte mittels der Festlegvorrichtung an dieser lösbar festgelegt werden. Alternativ kann das Schlagschutzelement vor oder nach dem Festlegen der Modulträgerplatte an dieser kraft- oder formschlüssig festgelegt werden. Das Schlagschutzelement kann dabei beispielsweise aus einem Kompositwerkstoff hergestellt werden und die Modulträgerplatte sowie die jeweiligen Batteriemodule bei einem Steinschlag sowie bei einer Pollenauffahrt von mechanischen Schäden schützen.
-
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung in dem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug vereinfacht und aufwandreduziert vorgenommen werden.
-
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, das elektrisch betrieben ist und eine Karosserie mit einem Karosserieboden und mit wenigstens einem in dem Karosserieboden festgelegten oder integral ausgebildeten Fahrzeugträger aufweist. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug eine oben beschriebene Akkumulatoranordnung auf. Vorteilhaft wird das durch die Akkumulatoranordnung bediente Zusatzgewicht des Kraftfahrzeugs reduziert und ferner die Steifigkeit einer Bodengruppe des Kraftfahrzeugs durch die Akkumulatoranordnung erhöht. Folglich kann das Eigengewicht des Kraftfahrzeugs optimiert und die Effizienz des Kraftfahrzeugs erhöht werden.
-
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
-
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
-
Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 eine Ansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer nicht selbsttragenden Modulträgerplatte;
- 2 eine Ansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer durch eine Versteifungsstruktur selbsttragenden Modulträgerplatte;
- 3 eine Ansicht eines Gehäuses einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer durch eine Versteifungsstruktur selbsttragenden Modulträgerplatte, die zusätzlich an einem Flächenbereich festgelegt ist;
- 4 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer durch eine Versteifungsstruktur selbsttragenden Modulträgerplatte;
- 5 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer durch eine Versteifungsstruktur selbsttragenden Modulträgerplatte mit einer Schutzabdeckung;
- 6 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung mit einer nicht selbsttragenden Modulträgerplatte;
- 7 bis 10 einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Montage der in 4 gezeigten Akkumulatoranordnung;
- 11 und 12 einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Montage der in 6 gezeigten Akkumulatoranordnung.
-
In 1 ist eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1 - hier zur Übersichtlichkeit ohne Batteriemodule - gezeigt. Ein Gehäuse 2 weist eine Modulträgerplatte 3 und einen Karosseriebereich 4 auf. Die Modulträgerplatte 3 kann beispielsweise aus einem Kunststoff oder aus einem Metall oder aus einer Metalllegierung - beispielsweise aus Stahl - bestehen. Zwischen der Modulträgerplatte 3 und dem Karosseriebereich 4 ist ein Aufnahmeraum 5 für Batteriemodule - hier nicht gezeigt - gebildet. Dabei ist der Karosseriebereich 4 durch ein Flächenbereich 6 eines Karosseriebodens 7 des Kraftfahrzeugs gebildet, der durch Fahrzeugträger 8 umrahmt ist. Der Aufnahmeraum 5 ist folglich in Fahrzeug-Z-Richtung durch den Flächenbereich 6 des Karosseriebodens 7 und die Modulträgerplatte 3 und in Fahrzeug-X-Richtung - nicht sichtbar - sowie in Fahrzeug-Y-Richtung durch die Fahrzeugträger 8 begrenzt. Ein mit einer unterbrochenen Linie dargestelltes Koordinatensystem deutet darauf hin, dass die Akkumulatoranordnung 1 in Fahrzeug-X-Richtung auf gleiche Weise wie in Fahrzeug-Y-Richtung ausgestaltet sein kann.
-
Die Modulträgerplatte 3 ist umlaufend in einem Randbereich 9 an den Fahrzeugträgern 8 des Karosseriebereichs 4 mittels einer Festlegvorrichtung 10 lösbar festlegt, die hier durch in den Fahrzeugträgern 8 festgelegten Aufnahmemuttern 11a, Schrauben 12a und Festlegmuttern 13a realisiert ist. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Modulträgerplatte 3 nicht selbsttragend und ist zusätzlich mittels der Festlegvorrichtung 10 den Aufnahmeraum 5 durchdringend an dem Flächenbereich 6 des Karosseriebodens 7 festgelegt. Dazu weist die Festlegvorrichtung 10 weitere an dem Flächenbereich 6 ausgebildete Aufnahmemuttern 11b auf, die ein Festlegen der Modulträgerplatte 3 mit zusätzlichen Schrauben 12b und Festlegmuttern 13b ermöglichen.
-
Um die Modulträgerplatte 3 von mechanischen Schäden zu schützen, weist die Akkumulatoranordnung 1 ein Schlagschutzelement 14 auf. Das Schlagschutzelement 14 ist an der Modulträgerplatte 3 durch die Festlegvorrichtung 10 festgelegt. Vorteilhafterweise ist dadurch die Anzahl der Einzelteile in der Akkumulatoranordnung 1 reduziert. Das Schlagschutzelement 14 kann beispielsweise aus einem Kompositwerkstoff bestehen und erhöht das Eigengewicht der Akkumulatoranordnung 1 nur unwesentlich. Zweckgemäß ist das Schlagschutzelement 14 plattenförmig und entspricht im Wesentlichen der Kontur der Modulträgerplatte 3. Zwischen der Modulträgerplatte 3 und dem Schlagschutzelement 14 ist ferner eine Temperierungsvorrichtung 15 angeordnet.
-
2 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1 mit der alternativ ausgestalteten Modulträgerplatte 3 - hier zur Übersichtlichkeit ebenfalls ohne Batteriemodule dargestellt. Die Modulträgerplatte 3 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine integral ausgebildete Versteifungsstruktur 16 auf, die einen fachwerkartigen Oberzug auf der Modulträgerplatte 3 bildet. Die Modulträgerplatte 3 ist durch die Versteifungsstruktur 16 selbsttragend und ist nur in dem Randbereich 9 der Modulträgerplatte 3 an dem Karosseriebereich 4 festgelegt. Vorteilhafterweise kann dadurch auf zusätzliche Aufnahmemuttern 11b und Schrauben 12b verzichtet werden. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Modulträgerplatte 3 ferner Modultrennwände 17 auf, die den Aufnahmeraum 5 in mehrere Aufnahmebereiche 5a für jeweils ein Batteriemodul - hier nicht gezeigt - aufteilen.
-
3 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1, bei der die selbstragende Modulträgerplatte 3 durch zusätzliche Aufnahmemuttern 11b und Schrauben 12b den Aufnahmeraum 5 durchdringend an dem Flächenbereich 6 des Karosseriebodens 7 festgelegt ist. Hier sind zur Übersichtlichkeit Batteriemodule der Akkumulatoranordnung 1 ebenfalls nicht gezeigt.
-
In 4 ist eine Ansicht der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1 gezeigt, wobei die Akkumulatoranordnung mehrere Batteriemodule 18 aufweist. Die jeweiligen Batteriemodule 18 sind in jeweils einem Aufnahmebereich 5a des Aufnahmeraumes 5 angeordnet. In den jeweiligen Modultrennwänden 17 können die elektrischen Leitungen zum Verschalten sowie die Fluidleitungen zum Kühlen oder zum Heizen der einzelnen Batteriemodule 18 angeordnet sein und die einzelnen Batteriemodule 18 auch einzeln miteinander und mit einer externen fluidischen und/oder elektrischen und/oder datenleitender Komponente verschaltet sein. Auf diese Weise können die einzelnen Batteriemodule 18 unabhängig voneinander montiert und abmontiert werden, wodurch die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung 1 vereinfacht sind. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Modulträgerplatte 3 selbsttragend und ist nur in dem Randbereich 9 der Modulträgerplatte 3 an dem Karosseriebereich 4 festgelegt. Auf der Modulträgerplatte 3 ist ferner beidseitig die Temperierungsvorrichtung 15 zum Kühlen oder zum Heizen der Batteriemodule 18 angeordnet.
-
In 5 ist die Akkumulatoranordnung 1 gezeigt, die eine Schutzabdeckung 19 aufweist. Die Schutzabdeckung 19 trennt die Batteriemodule 18 von dem Karosseriebereich 4 und ist in dem Randbereich 9 der Modulträgerplatte 3 durch die Festleganordnung 10 festgelegt. Die Schutzabdeckung 19 kann aus einem elektrisch isolierenden Material mit einem definierten Durchschlagwiderstand - beispielsweise aus einem Kunststoff - bestehen, um sowohl einen Schutz von mechanischen Schäden bei dem Transport als auch einen Berührungsschutz bei der Montage und bei der Wartung der Akkumulatoranordnung 1 zu ermöglichen.
-
6 zeigt eine Ansicht der erfindungsgemäßen Akkumulatoranordnung 1, wobei die nicht selbstragende Modulträgerplatte 3 durch die zusätzlichen Aufnahmemuttern 11b und die zusätzlichen Schrauben 12b den Aufnahmeraum 5 durchdringend an dem Flächenbereich 6 des Karosseriebodens 7 festgelegt ist. Insbesondere bei schweren Batteriemodulen 18 kann dadurch auch die nicht selbsttragende Modulträgerplatte 3 sicher an dem Karosseriebereich 4 festgelegt werden.
-
Vorteilhafterweise ist das Zusatzgewicht der Akkumulatoranordnung 1 größtenteils durch die Modulträgerplatte 3 und die jeweiligen Batteriemodule 18 begrenzt. Im Vergleich zu einer herkömmlichen Akkumulatoranordnung sind der Platzbedarf für die Akkumulatoranordnung 1 sowie das Zusatzgewicht deutlich reduziert und folglich kann durch die erfindungsgemäße Akkumulatoranordnung 1 die Effizienz des elektrischen Kraftfahrzeugs deutlich erhöht werden. Zusätzlich versteift die Akkumulatoranordnung 1 eine Bodengruppe des Kraftfahrzeugs und das Eigengewicht der Bodengruppe kann reduziert werden. Die Effizienz des Kraftfahrzeugs steigt dadurch weiter.
-
In 7 bis 10 sind einzelne Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Montage der in 4 gezeigten Akkumulatoranordnung 1 gezeigt. Zuerst werden gemäß 7 die einzelnen Batteriemodule 18 mit der Temperierungsvorrichtung 15 auf der Modulträgerplatte 3 angeordnet, wobei die einzelnen Batteriemodule 18 in jeweils einem Aufnahmebereich 5a des Aufnahmeraumes 5 angeordnet werden. Zusätzlich können die Batteriemodule 18 an der Modulträgerplatte 3 kraft- oder formschlüssig festgelegt werden. Anschließend werden die Batteriemodule 18 miteinander und mit externen elektrischen und/oder fluidischen und/oder datenleitenden Komponenten verschaltet. Die einzelnen Batteriemodule 18 sind einzeln in den Aufnahmebereichen 5a angeordnet und verschaltet, so dass die Batteriemodule 18 auch einzeln montiert und abmontiert werden können. Dies vereinfacht die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung 1 erheblich.
-
Gemäß 8 wird die Modulträgerplatte 3 mit den verschalteten Batteriemodulen 18 an dem Karosseriebereich 4 durch die Festlegvorrichtung 10 festgelegt. In diesem Ausführungsbeispiel versteift die Versteifungsstruktur 16 die Modulträgerplatte 3 und die Modulträgerplatte 3 wird nur in dem Randbereich 9 an dem Karosseriebereich 4 durch die Festlegvorrichtung 10 festgelegt. Nach dem Festlegen der Modulträgerplatte 3 an dem Karosseriebereich 4 wird die Temperierungsvorrichtung 15 an der Modulträgerplatte 3 festgelegt, wie in 9 gezeigt ist. Anschließend wird an der Modulträgerplatte 3 gemäß 10 das Schlagschutzelement 14 lösbar festgelegt. Das Schlagschutzelement 14 kann dabei beispielsweise aus einem Kompositwerkstoff hergestellt werden und die Modulträgerplatte 3 sowie die jeweiligen Batteriemodule 18 bei einem Steinschlag sowie bei einer Pollerauffahrt von mechanischen Schäden schützen.
-
11 und 12 zeigen einzelne Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens bei der Montage der in 6 gezeigten Akkumulatoranordnung 1. Die Modulträgerplatte 3 ist in diesem Ausführungsbeispiel nicht selbsttragend und wird gemäß 11 vor dem Festlegen an dem Karosseriebereich 4 auf einem Montageträger 20 lösbar festgelegt. Bereits vor dem Festlegen der Modulträgerplatte 3 an dem Karosseriebereich 4 werden an der Modulträgerplatte 3 die Batteriemodule 18 mit der Temperierungsvorrichtung 15 angeordnet und verschaltet. Durch die Festlegvorrichtung 10 wird die Modulträgerplatte 3 mit der Temperierungsvorrichtung 15 und mit den Batteriemodulen 18 an dem Karosseriebereich 4 festgelegt. Anschließend wird der Montageträger 20 von der Modulträgerplatte 3 gelöst und das Schlagschutzelement 14 mittels des Montageträgers 20 an der Modulträgerplatte 3 festgelegt, wie in 12 gezeigt.
-
Insgesamt kann durch das erfindungsgemäße Verfahren die Montage und die Wartung der Akkumulatoranordnung 1 in dem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug vereinfacht und aufwandreduziert vorgenommen werden.
