DE102018103583A1

DE102018103583A1 - Batteriestützstruktur für elektrifizierte fahrzeuge

Info

Publication number: DE102018103583A1
Application number: DE102018103583.7A
Authority: DE
Inventors: Vijay Pachore
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2017-02-21
Filing date: 2018-02-16
Publication date: 2018-08-23
Also published as: US9963028B1; CN108454372B; CN108454372A; MX2018002014A

Abstract

Elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend:
eine Karosseriestruktur, die eine Stützfläche und einen zu der Stützfläche benachbarten Knautschraum definiert;
eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Leistung an einen Antriebsstrang; und
eine Batteriestützstruktur mit
mindestens einem Gelenkmechanismus, der an der Traktionsbatterie und an der Stützfläche befestigt ist, um eine Drehbewegung der Traktionsbatterie relativ zu der Stützfläche zu ermöglichen,
einer an der Stützfläche befestigten Führungsschiene,
einer Gleitschiene, die in Eingriff mit der Führungsschiene angeordnet und relativ zu der Führungsschiene gleitbar ist, und
mindestens einem Gestänge, das an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung betrifft eine Batteriestützstruktur und insbesondere eine Batteriehubstützstruktur.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Elektrifizierte Fahrzeuge, wie etwa Hybridelektrofahrzeuge (hybrid electric vehicles - HEVs), Plug-in-Hybridelektrofahrzeuge (PHEVs), Batterieelektrofahrzeuge (BEVs) oder Brennstoffzellenfahrzeuge unterscheiden sich von herkömmlichen Kraftfahrzeugen darin, dass sie durch elektrische Maschinen (d. h. Elektromotoren und/oder Generatoren) anstelle von oder zusätzlich zu einem Verbrennungsmotor mit Leistung versorgt werden. Hochspannungs(high voltage)-Strom zum Versorgen dieser Arten von elektrischen Maschinen wird typischerweise durch ein Hochspannungstraktionsbatteriesystem zugeführt.
Batteriesysteme von elektrifizierten Fahrzeugen können ein oder mehrere Batteriemodule verwenden, die eine Vielzahl von Batterieanordnungen beinhalten. Jede Batterieanordnung beinhaltet eine Vielzahl von Batteriezellen, die relativ zueinander gestützt und zwischen Batteriezellenanschlüssen und Verbindungssammelschienen elektrisch miteinander verbunden sind. Die Verpackung dieser Batterieanordnungen kann von einer strukturellen Energieverwaltung profitieren, um die Integrität der Batteriezellen zu erhalten.
Um den effektiven Fahrbereich des Fahrzeugs zu maximieren, ist es wünschenswert, die Anzahl von Batteriezellen, die das Fahrzeug trägt, zu erhöhen. Die Batteriezellen sind typischerweise in Module aufgeteilt und an einer Stelle in dem Fahrzeug eingebaut. Bei vielen Ansätzen sind die Batterien in dem Kofferraumbereich des Fahrzeugs verstaut. Daher befinden sich Batteriemodule oftmals benachbart zu Aufprallzonen, wie etwa dem hinteren Ende oder den Seiten des Fahrzeugs.
KURZDARSTELLUNG
Ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet eine Karosseriestruktur, die eine Stützfläche und einen zu der Stützfläche benachbarten Knautschraum. Das elektrifizierte Fahrzeug beinhaltet ferner eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Leistung an einen Antriebsstrang. Das elektrifizierte Fahrzeug beinhaltet ferner eine Stützstruktur mit mindestens einem Gelenkmechanismus, der an der Traktionsbatterie und an der Stützfläche befestigt ist, um eine Drehbewegung der Traktionsbatterie relativ zu der Stützfläche zu ermöglichen. Die Batteriestützstruktur beinhaltet ferner eine an der Stützfläche befestigte Führungsschiene. Die Batteriestützstruktur beinhaltet ferner eine Gleitschiene, die in Eingriff mit der Führungsschiene angeordnet und relativ zu der Führungsschiene gleitbar ist. Die Batteriestützstruktur beinhaltet ferner mindestens ein Gestänge, das an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt ist.
Ein Fahrzeugbatteriesystem beinhaltet eine Batterie und ein Gelenk, das die Batterie mit einer Stützfläche verbindet. Das Fahrzeugbatteriesystem beinhaltet ferner eine Batteriestützstruktur mit einer Führungsschiene, die an der zu der Batterie benachbarten Stützfläche befestigt ist. Das Fahrzeugbatteriesystem beinhalte ferner eine Gleitschiene, die in Eingriff mit der Führungsschiene steht und relativ zu der Führungsschiene gleitbar ist. Das Fahrzeugbatteriesystem beinhaltet ferner einen Hubarm, der an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Batterie befestigt ist.
Eine Traktionsbatteriestützstruktur für ein elektrifiziertes Fahrzeug beinhaltet ein Gelenk, das dazu ausgelegt ist, eine Traktionsbatterie mit einer Stützfläche zu verbinden. Die Traktionsbatteriestützstruktur beinhaltet ferner eine Führungsschiene, die dazu ausgelegt ist, an der zu der Traktionsbatterie benachbarten Stützfläche befestigt zu werden. Die Traktionsbatteriestützstruktur beinhaltet ferner eine Gleitschiene, die zum gleitenden Eingriff mit der Führungsschiene ausgelegt ist. Die Traktionsbatteriestützstruktur beinhaltet ein Gestänge, das an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt zu werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie, die durch eine Batteriestützstruktur in einer ersten Konfiguration gestützt wird.
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Batteriestützstruktur.
3 ist eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Traktionsbatterie, die durch eine Batteriestützstruktur in einer zweiten Konfiguration gestützt wird.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Hier werden Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass die offenbarten Ausführungsformen lediglich Beispiele sind und andere Ausführungsformen verschiedene und alternative Formen annehmen können. Die Figuren sind nicht unbedingt maßstabsgetreu; einige Merkmale könnten vergrößert oder verkleinert dargestellt sein, um Details bestimmter Komponenten zu zeigen. Daher sind die hier offenbarten konkreten strukturellen und funktionellen Einzelheiten nicht als einschränkend auszulegen, sondern lediglich als repräsentative Grundlage, um den Fachmann die vielseitige Verwendung der vorliegenden Erfindung zu lehren. Der Durchschnittsfachmann wird verstehen, dass verschiedene Merkmale, die unter Bezugnahme auf beliebige der Figuren veranschaulicht und beschrieben sind, mit Merkmalen kombiniert werden können, die in einer oder mehreren anderen Figuren veranschaulicht sind, um Ausführungsformen zu erzeugen, die nicht ausdrücklich veranschaulicht oder beschrieben sind. Die Kombinationen aus veranschaulichten Merkmalen stellen repräsentative Ausführungsformen für typische Anwendungen bereit. Verschiedene Kombinationen und Modifikationen der Merkmale, die mit den Lehren dieser Offenbarung vereinbar sind, könnten jedoch für bestimmte Anwendungen oder Umsetzungen wünschenswert sein.
Unter Bezugnahme auf 1 beinhaltet ein Fahrzeug 10 eine Batterie 12 zum Bereitstellen von Leistung an einen Antriebsstrang. Bei der Batterie 12 kann es sich um eine Hochspannungstraktionsbatterie oder eine beliebige andere geeignete Batterie handeln. In dem Beispiel aus 1 ist eine Traktionsbatterie 12 in einem unteren hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 10 untergebracht. Insbesondere kann die Batterie 12 in einem Kofferraum 14 untergebracht sein. Andere Stellen zur Batterieverstauung innerhalb des Fahrzeugs werden ausdrücklich in Betracht gezogen, wie etwa der Kraftstofftankbereich, der Tunnelbereich (oder Unterboden) oder unter den Sitzen.
Die Traktionsbatterie 12 kann ein externes Gehäuse 16 beinhalten, um eine Anzahl von miteinander verbundenen Batteriezellen zum Speichern von Energie und Bereitstellen von Leistung an den Fahrzeugantriebsstrang zu umschließen. Unter vorübergehender Bezugnahme auf 2 kann das Gehäuse 16 einstückig gebildete oder diskrete periphere Komponenten beinhalten, wie etwa eine Deckwand 16a, eine Bodenwand 16b und eine Vielzahl von Seitenwänden 16c, 16d, 16e, 16f. Zwei oder mehr der peripheren Wände 16a, 16b, 16c, 16d, 16e, 16f können dazu konfiguriert sein, Druckkraft oder Klemmlasten auf die Batteriezellen auszuüben. Auf diese Weise können die peripheren Wände einen Drucklastpfad definieren.
In dem in 1 gezeigten Ansatz kann die Seitenwand 16e als eine hintere Seitenwand bezeichnet werden und die Seitenwand 16f kann als eine vordere Seitenwand bezeichnet werden. Es versteht sich, dass die hintere Seitenwand 16e eine Anschlussfläche definieren kann, die einem durch die Fahrzeugkarosseriestruktur definierten Knautschraum 60 zugewandt ist.
Die Batteriezellen können in Batteriezellenanordnungen innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet sein. Die Batteriezellen, bei denen es sich um prismatische Zellen handeln kann, können elektrochemische Zellen beinhalten, die gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umwandeln. Prismatische Zellen können ein Gehäuse, eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode) beinhalten. Ein Elektrolyt kann zulassen, dass sich Ionen während der Entladung zwischen der Anode und Kathode bewegen und dann während der Wiederaufladung zurückkehren. Die Batteriezellenanordnungen können in elektrischer Kommunikation mit anderen Fahrzeugkomponenten (z. B. einer BEC, einem BECM oder einer DC/DC-Wandlereinheit) stehen. Zum Beispiel können Anschlüsse zulassen, dass Strom zur Verwendung durch die Fahrzeugkomponenten aus den Batteriezellen fließt. Bei einer Positionierung in einer Anordnung mit mehreren Batteriezellen können die Anschlüsse jeder Batteriezelle mit Gegenanschlüssen (positiv und negativ) benachbart zueinander ausgerichtet sein, um eine Reihenschaltung zwischen den mehreren Batteriezellen zu ermöglichen.
Die Anzahl von Batteriezellen, die von dem Gehäuse 16 umschlossen werden, kann basierend auf dem gewünschten Leistungspegel und den zum Speichern von Energie verwendeten Batteriezellenarten variieren. In einigen Umsetzungen können mehrere Hundert innerhalb der Traktionsbatterie kombinierte Batteriezellen vorhanden sein. Die Ansammlung einer großen Anzahl von Zellen trägt zur Gesamtgröße und -masse der Traktionsbatterie 12 bei. Die Position der Traktionsbatterie 12 innerhalb des Fahrzeugs 10 kann durch die Befestigungsart an der Fahrzeugstruktur gesteuert werden.
In dem in 1 gezeigten Ansatz ist das Gehäuse 16 der Traktionsbatterie 12 an einer Stützfläche 18 befestigt. Die Traktionsbatterie 12 kann so angeordnet sein, dass sie in Kontakt mit der Stützfläche 18 steht, oder kann so angeordnet sein, dass sie sich in beabstandeter Beziehung relativ zu der Stützfläche 18 befindet. In einem Ansatz kann es sich bei der Stützfläche 18 um einen hinteren Unterbodenabschnitt der Fahrzeugkarosseriestruktur handeln. In anderen Ansätzen kann das Gehäuse 16 der Traktionsbatterie an einem Bodenabschnitt der Fahrzeugkarosseriestruktur, an aufrechten Wänden der Fahrzeugkarosseriestruktur oder an anderen Komponenten, wie etwa in dem Fahrzeug 10 angeordneten Sitzen, befestigt sein.
Unter Bezugnahme auf 2 ist die Traktionsbatterie 12 nun an dem Fahrzeug 10 durch eine Batteriestützstruktur 20 befestigt. Die Batteriestützstruktur 20 beinhaltet mindestens eine Führungsschiene 22 und vorzugsweise zwei Führungsschienen 22, die auf gegenüberliegenden Seiten der Traktionsbatterie 12 angeordnet sind. In noch einem anderen Ansatz kann die Batteriestützstruktur 20 eine oder mehrere Führungsschienen beinhalten, die unter der Traktionsbatterie 12 angeordnet ist bzw. sind. Die unter der Batterie angeordneten Führungsschienen können zusätzlich zu oder anstelle von Führungsschienen vorhanden sein, die an einer oder mehreren Seiten der Batterie angeordnet sind. Es versteht sich, dass die Hinzufügung von zusätzlichen Führungsschienen die Lasten auf andere Führungsschienen reduzieren kann.
Die eine oder mehreren Führungsschienen 22 kann bzw. können sich parallel zu entsprechenden Seitenwänden (z. B. den Wänden 16c, 16d) der Traktionsbatterie 12 erstrecken. Die eine oder mehreren Führungsschienen 22 kann bzw. können an oder nahe einer rückwärtigen Wand (z. B. der Wand 16e) der Traktionsbatterie 12 angeordnet sein und kann bzw. können sich entlang einer Tiefe der Traktionsbatterie 12 erstrecken. In einem Beispiel können sich die Führungsschienen 22 zu einem ungefähren Mittelpunkt der Tiefe der Traktionsbatterie 12 erstrecken. In einem anderen Beispiel kann bzw. können sich die eine oder mehreren Führungsschienen 22 entlang einer gesamten Tiefe der Traktionsbatterie 12 erstrecken. Jede geeignete Führungsschienenposition und -größe kann verwendet werden. Außerdem können die Führungsschienen 22 aus einem beliebigen geeigneten Material, wie etwa einem Metall, gebildet sein.
Die Führungsschienen 22 können an der Fahrzeugkarosseriestruktur befestigt sein. Zum Beispiel kann eine Bodenwand 24 einer Führungsschiene 22 an einer Stützfläche 18 (z. B. einem Unterbodenabschnitt) des Fahrzeugs 10 befestigt sein. In einem bevorzugten Ansatz sind die Führungsschienen 22 mit der Fahrzeugkarosseriestruktur verschraubt. Dennoch können die Führungsschienen 22 an der Fahrzeugkarosseriestruktur durch jeden geeigneten Ansatz, einschließlich Schweißen, Verwenden eines Klebstoffes (z. B. eines Schmelzklebers) oder Verwenden von anderen mechanischen Befestigungselementen (z. B. Nieten, Klemmen usw.), befestigt sein.
Die Führungsschienen 22 können mindestens eine, und vorzugsweise zwei aufrechte Wände 26 beinhalten, die sich von der Bodenwand 24 erstrecken. Die aufrechten Wände 26 definieren zusammen mit der Bodenwand 24 einen primären Führungskanal 28. In diesem Ansatz beinhaltet mindestens eine der aufrechten Wände 26 einen Lippenbereich 30, der einen sekundären Führungskanal 32 definiert.
Die Batteriestützstruktur 20 beinhaltet mindestens eine Gleitschiene 40 und vorzugsweise zwei Gleitschienen 40, die in Eingriff mit den Führungsschienen 22 angeordnet sind. Jede Gleitschiene 40 kann eine Bodenwand 42 und mindestens eine, und vorzugsweise zwei aufrechte Wände 44 beinhalten, die sich von der Bodenwand 42 erstrecken.
Die Gleitschienen 40 sind vorzugsweise mindestens teilweise innerhalb der Führungsschienen 22 angeordnet. Zum Beispiel könnend die Unterseiten der Gleitschienenbodenwände 42 eine Schnittstelle mit den Oberseiten der Führungsschienenbodenwände 24 bilden. Gleichermaßen können die Seitenwände 44 der Gleitwände 40 eine Schnittstelle mit den Seitenwänden 26 der Führungsschienen 22 bilden. In einigen Ansätzen, besonders in Ansätzen, in denen die Führungsschienen 22 mit der Stützfläche 18 (d. h. dem Unterboden) des Fahrzeugs 10 verschraubt sind, können die Unterseiten der Gleitschienenbodenwände 42 von den Oberseiten der Führungsschienenbodenwände 24 beabstandet sein.
Die Interaktion der Gleitschienen 40 und der Führungsschienen 22 ist derart, dass die Gleitschienen 40 relativ zu den Führungsschienen 22 gleiten können. Die Gleitschienen 40 können zum Beispiel entlang einer Gleitachse 46 innerhalb der primären Führungskanäle 28 der Führungsschienen 22 gleiten. Die Gleitachsen 46 können sich im Allgemeinen in eine Richtung erstrecken, die einer Länge in Längsrichtung der Führungsschiene 22 entspricht.
Außerdem können die Seitenwände 44 der Gleitwände 40 eine Schnittstelle mit den Lippenbereichen 30 der Führungsschienen 22 bilden. Auf diese Weise sind die oberen Bereiche der Seitenwände 44 innerhalb der sekundären Führungskanäle 32 gleitbar. Zum Beispiel können die sekundären Führungskanäle 32 gerollte Bereiche der Seitenwände 44 der Gleitschienen 40 führen. Die Lippenbereiche 30 können eine Bewegung der Gleitschienen 40 in der axialen Richtung, die der Gleitachse 46 entspricht, beibehalten und können ferner eine Bewegung der Gleitschienen 40 in eine vertikale, zu der Gleitachse 46 senkrechte Richtung beschränken.
Die Gleitschienen 40 können ferner eine Endwand 48 beinhalten. Die Endwand 48 kann mit den Lippenbereichen 30 in Eingriff stehen, wenn die Gleitschienen 40 axial entlang der Gleitachse 46 gleiten, wodurch sie als „Anschlag“ fungiert, um eine Bewegung der Gleitschienen 40 relativ zu den Führungsschienen 22 axial zu begrenzen. In einem anderen Ansatz beinhalten die Führungsschienen 22 eine Endwand, die ausgelegt ist, eine Bewegung der Gleitschienen 40 relativ zu den Führungsschienen 22 axial zu beschränken.
Die Gleitschienen können in Eingriff mit den Führungsschienen stehen, um eine Bewegung der Gleitschienen relativ zu den Führungsschienen zu ermöglichen. Jede geeignete Anordnung von Führungsschienen und Gleitschienen kann umgesetzt sein, um eine solche Bewegung der Gleitschienen relativ zu den Führungsschienen zu ermöglichen. Zum Beispiel beschreiben die vorstehenden Ansätze eine Gleitschiene 40 die innerhalb eines Führungskanals 32 einer Führungsschiene 22 gleitbar ist. In einem anderen Ansatz (nicht gezeigt) kann eine Gleitschiene 40 einen Führungskanal definieren und eine Führungsschiene kann mindestens teilweise innerhalb des Führungskanals der Gleitschiene angeordnet sein. In jedem der beiden Ansätze kann die Batteriestützstruktur 20 eine fest angebrachte Komponente (z. B. an dem Fahrzeug befestigt) und eine bewegbare Komponente (z. B. an der Traktionsbatterie befestigt) beinhalten, die relativ zu der fest angebrachten Komponente bewegbar ist. Andere Gleitschienen- und Führungsschienenanordnungen werden hier ausdrücklich in Betracht gezogen.
Unter normalen Betriebsbedingungen kann eine Bewegung der Gleitschienen 40 relativ zu den Führungsschienen 22 verhindert werden. Ebenso können unter normalen Betriebsbedingungen die Gleitschienen 40 an den Führungsschienen 22 in einer erweiterten Konfiguration befestigt sein. Auf diese Weise ist mindestens ein Abschnitt der Gleitschienen 40 außerhalb der Führungskanäle 32 angeordnet und erstreckt sich in Längsrichtung von den Führungsschienen 22. In einem Ansatz halten ein oder mehrere Scherstifte die Gleitschienen 40 in der erweiterten Position. Andere Ansätze zum Befestigen der Gleitschienen 40 in der erweiterten Konfiguration relativ zu den Führungsschienen 30 beinhalten Schweißen, Verwenden eines Klebstoffs (z. B. Schmelzkleber) oder Verwenden von anderen mechanischen Befestigungselementen (z. B. Schrauben, Nieten, Klemmen usw.). Somit ist unter normalen Betriebsbedingungen des Fahrzeugs 10 die Batteriestützstruktur 20 dazu konfiguriert, eine seitliche Verschiebung der Gleitschienen 40 im Wesentlichen zu verhindern. Auf diese Weise kann die Traktionsbatterie 12 während beim Fahren auftretender Fahrzeuglasten lagegesichert sein.
Die Batteriestützstruktur 20 beinhaltet zudem mindestens ein und vorzugsweise zwei Gestänge 50, die jede Gleitschiene 40 mit der Traktionsbatterie 12 verbindet bzw. verbinden. Zum Beispiel kann jedes Gestänge 50 an einem ersten Ende drehbar mit einer Gleitschiene 40 verbunden sein. Zum Beispiel kann das Gestänge 50 einen Gelenkstift beinhalten, um das erste Ende drehbar mit der Gleitschiene 40 zu verbinden. Wie in 2 abgebildet, kann das Gestänge 50 drehbar mit der Bodenwand 42 der Gleitschiene 40 verbunden sein. Alternativ dazu kann das Gestänge 50 drehbar mit einer Seitenwand 44 der Gleitschiene 40 verbunden sein.
Jedes Gestänge 50 kann zudem an einem zweiten Ende drehbar mit der Traktionsbatterie 12 verbunden sein. Zum Beispiel kann das Gestänge 50 einen Gelenkstift beinhalten, um das zweite Ende drehbar mit der Traktionsbatterie 12 zu verbinden. Wie in 2 abgebildet, kann das Gestänge 50 drehbar mit der ersten und der zweiten Seitenwand 16c, 16d der Gleitschiene 12 verbunden sein.
In einem Ansatz kann eine Vielzahl von Gestängen 50 an jeweiligen ersten Enden mit einer Gleitschiene 40 und an jeweiligen zweiten Enden drehbar mit der Traktionsbatterie 12 verbunden sein. In diesem Ansatz kann ein erstes Gestänge, das am nächsten zu der hinteren Wand 16e angeordnet ist, eine erste Länge aufweisen und ein zweites Gestänge, das gegenüber dem ersten Gestänge von der hinteren Wand 16e angeordnet ist, kann eine zweite Länge aufweisen. Die zweite Länge kann sich von der ersten Länge unterscheiden und kann insbesondere geringer als die erste Länge sein. Zum Beispiel kann die Länge des zweiten Gestänges ungefähr die Hälfte der Länge des ersten Gestänges betragen. Ein drittes Gestänge kann weiter entfernt von der hinteren Wand 16e als das erste und das zweite Gestänge angeordnet sein und kann eine dritte Länge aufweisen, die kürzer als die zweite Länge ist.
In einem anderen Ansatz kann eine Vielzahl von Gestängen 50 an jeweiligen ersten Enden mit einer Gleitschiene 40 und an jeweiligen zweiten Enden drehbar mit der Traktionsbatterie 12 verbunden sein. In diesem Ansatz kann es sich bei dem Gestänge, das am nächsten zu der hinteren Wand 16e angeordnet ist, um ein teleskopartiges Gestänge handeln, das dazu ausgelegt ist, von einer verschachtelten Konfiguration zu einer erweiterten Konfiguration erweitert zu werden. Ein zweites Gestänge kann gegenüber dem ersten Gestänge von der hinteren Wand 16e angeordnet sein. Die Länge des zweiten Gestänges kann gleich der Länge des ersten Gestänges sein oder sich von dieser unterscheiden, wenn sich das erste Gestänge in der verschachtelten Konfiguration befindet, und kann geringer als die Länge des ersten Gestänges sein, wenn sich das Gestänge in der erweiterten Konfiguration befindet. Auf diese Weise kann das erste Gestänge in der verschachtelten Konfiguration eine Hubbewegung bereitstellen und kann noch mehr erweitert werden, wenn eine zweite Hubkraft (die z. B. durch das zweite Gestänge bereitgestellt wird) ausgeübt wird. Außerdem kann es sich bei dem zweiten Gestänge auch um ein teleskopartiges Gestänge handeln, das dazu ausgelegt ist, von einer verschachtelten Konfiguration zu einer erweiterten Konfiguration erweitert zu werden. In diesem Ansatz kann das zweite Gestänge in der verschachtelten Konfiguration eine Hubbewegung bereitstellen und kann noch mehr erweitert werden, wenn eine dritte Hubkraft (die z. B. durch ein drittes Gestänge bereitgestellt wird) ausgeübt wird.
Auf diese Weise kann die Batteriestützstruktur eine oder mehrere Stützbaugruppen beinhalten, wobei jede Stützbaugruppe eine Führungsschiene 22, eine mit der Führungsschiene 22 in Eingriff stehende Gleitschiene 40 und mindestens ein Gestänge 50 beinhaltet, das an einem Ende drehbar an der Gleitschiene 40 befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie 12 befestigt ist.
Die Batteriestützstruktur 20 kann ferner einen oder zwei Gelenkmechanismen 52 beinhalten. In einem Ansatz ist ein einzelnes Gelenk 52 bereitgestellt. In einem anderen Ansatz ist eine Vielzahl von Gelenken 52 bereitgestellt. Die Gelenke 52 können dazu ausgelegt sein, die Traktionsbatterie 12 schwenkbar an dem Fahrzeug 10 zu befestigen. Zum Beispiel können die Gelenke 52 einen ersten Abschnitt, der an einer Seitenwand (z. B. der Seitenwand 16f) der Traktionsbatterie 12 befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt aufweisen, der an einer Stützfläche 18 der Fahrzeugkarosseriestruktur befestigt ist. Ein Gelenkstift kann bereitgestellt sein, um den ersten Abschnitt an dem zweiten Abschnitt zu befestigen und dem ersten Abschnitt zu ermöglichen, sich um den zweiten Abschnitt zu drehen. Es versteht sich, dass auf diese Weise die Batteriestützstruktur 20 dazu ausgelegt ist, die Traktionsbatterie 12 zwischen einer Ruheposition und einer angehobenen Position zu drehen. Die Drehung kann zum Beispiel um eine durch den Gelenkstift definierte Gelenkachse erfolgen.
In einer Ruheposition (z. B. unter normalen Betriebsbedingungen) erstreckt sich ein Abschnitt der Gleitschienen 40 aus dem primären Führungskanal 28 der Führungsschiene 22 und über eine Anschlussfläche (z. B. die vordere Wand 16e) der Traktionsbatterie 12 hinaus und in den durch die Fahrzeugkarosseriestruktur definierten Knautschraum 60. Unter vorübergehender Bezugnahme auf 1 erstreckt sich der Abschnitt der Gleitschiene 40 vorzugsweise in einen Knautschraum oder -bereich 60 an dem hinteren Abschnitt des Fahrzeugs 10. Der Knautschraum 60 erstreckt sich im Allgemeinen seitlich über die Spurbreite des Fahrzeugs 10 und axial von dem hinteren Stoßfänger in die Nähe des Rücksitzes.
Somit kann die Ruheposition eine erste Konfiguration definieren. In der ersten Konfiguration können die Gleitschienen 40 in einer erweiterten Position (wie zum Beispiel in 1 gezeigt) angeordnet sein. In der erweiterten Position kann sich ein Endabschnitt der Gleitschiene 40 derart erstrecken, dass er um einen ersten Abstand von einem Endabschnitt der Führungsschiene 22 beabstandet ist. Ebenfalls definiert in der ersten Konfiguration das Gestänge 50 eine erste Winkelausrichtung in Bezug auf die Führungsschiene 22 und/oder die Gleitschiene 40. Ebenfalls definiert in der ersten Konfiguration die Traktionsbatterie 12 eine erste Winkelausrichtung in Bezug auf die Stützfläche 18.
Im Falle eines Fahrzeugaufpralls können horizontale Lasten von externen Quellen wesentlich höher im Vergleich zu den Lasten sein, die unter normalen Fahrzeugbetriebsbedingungen auftreten. Die Erhöhung der Lasten kann eine Verformung verschiedener Abschnitte der Fahrzeugstruktur verursachen. Durch den Fahrzeugaufprall kann ein Eindringen in die Struktur der Fahrgastkabine, den Motorraum und/oder den hinteren Stauraum verursacht werden. Relativ zum Eindringen in den Raum, der die Traktionsbatterie 12 enthält, kann es wünschenswert sein, die Traktionsbatterie 12 zu verschieben, um das Risiko des durch den Fahrzeugaufprall verursachten Eindringens in das Gehäuse 16 zu reduzieren.
Der Pfeil 70 in 1 stellt im Allgemeinen eine Richtung einer externen Last auf das Fahrzeug 10 infolge eines Aufpralls dar. In diesem Beispiel ist ein Heckaufprall abgebildet; jedoch können Fahrzeugaufpralllasten aus verschiedenen Richtungen durch eine Batteriestützstruktur 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung abgemildert werden. Weil die Traktionsbatterie 12 in einem Abschnitt der Fahrzeugstruktur, wie etwa einen Mittelabschnitt oder vorderen Abschnitt, verstaut sein kann, kann eine Batteriestützstruktur 20 gemäß der vorliegenden Offenbarung betrieben werden, um externe Aufpralllasten abzumildern, die auf jede der jeweiligen Positionen einer Batteriehalterung aufgebracht werden.
Während eines Fahrzeugaufprallereignisses, wie etwa des in 3 gezeigten Aufprallereignisses, kann sich die Fahrzeugstruktur in einem Knautschzonenbereich 60 verformen. Je nach Größe der externen Last kann die Fahrzeugstruktur in Kontakt mit den erweiterten Gleitschienen 40 gebracht werden, sodass die Gleitschienen 40 mit Aufprallkräften belastet werden. In einem Ansatz schert bzw. scheren das Befestigungselement oder die Befestigungselemente, welches bzw. welche die Gleitschienen 40 an den Führungsschienen 30 befestigen nach dem Empfang einer vorbestimmten Aufprallkraft ab. Auf die Gleitschienen 40 ausgeübte Seitenkräfte können dazu führen, dass die Gleitschienen entlang der Gleitachse 46 innerhalb der primären Führungskanäle 28 der Führungsschienen 22 getrieben werden.
Somit kann die Aufprallposition eine zweite Konfiguration definieren. In der zweiten Konfiguration können die Gleitschienen 40 in einer zurückgezogenen Position angeordnet sein. In der zurückgezogenen Position wurde der Endabschnitt der Gleitschiene 40 näher an den Endabschnitt der Führungsschiene 22 bewegt, sodass der Endabschnitt der Gleitschiene 40 um einen zweiten Abstand von dem Endabschnitt der Führungsschiene 22 beabstandet ist, der geringer als der in Bezug auf die erste Konfiguration beschriebene erste Abstand ist. Ebenso definiert in der zweiten Konfiguration das Gestänge 50 eine zweite Winkelausrichtung in Bezug auf die Führungsschiene 22 und/oder die Gleitschiene 40, die sich von der in Bezug auf die erste Konfiguration beschriebenen ersten Winkelausrichtung unterscheidet. Ebenso definiert in der zweiten Konfiguration die Traktionsbatterie eine zweite Winkelausrichtung in Bezug auf die Stützfläche, die sich von der in Bezug auf die erste Konfiguration beschriebenen ersten Winkelausrichtung unterscheidet.
Eine axiale Bewegung der Gleitschienen 40 veranlasst die Gestänge 50, um jeweilige Gestängeanbringungsachsen zu schwenken, was dazu führt, dass der dem Aufprall zugewandte Abschnitt der Traktionsbatterie 12 nach oben und weg von Führungsschienen 30 getrieben wird. Auf diese Weise werden die Gestänge von einer ersten Winkelausrichtung (wie zum Beispiel in 1 gezeigt) zu einer zweiten Winkelausrichtung (wie zum Beispiel in 3 gezeigt) gedreht. Daher können die Gestänge 50 als Hubarme dienen.
Wie erörtert ist ein Abschnitt der Traktionsbatterie 12 gegenüber dem Abschnitt, der dem Aufprall zugewandt ist, an Gelenken 52 an der Fahrzeugkarosserie befestigt. Auf diese Weise veranlasst die Konfiguration der Führungsschienen 22, der Gleitschienen 40 und der Gestänge 50 die Traktionsbatterie 12 dazu, sich um die Gelenke 52 zu drehen. Die Traktionsbatterie 12 kann um die Gelenke 52 zwischen 1 Grad und 90 Grad gedreht werden. In einem Ansatz wird die Traktionsbatterie 12 um die Gelenke 52 zwischen 15 Grad und 45 Grad gedreht.
In noch einem anderen Ansatz (nicht gezeigt) kann das Fahrzeug 10 mit einem oder mehreren Aufprallsensoren bereitgestellt sein, der bzw. die dazu ausgelegt ist bzw. sind, ein tatsächliches oder unmittelbar bevorstehendes Kollisionsereignis zu erkennen. Die Batteriestützstruktur 20 kann ferner mit einem oder mehreren Aktoren bereitgestellt sein, der bzw. die an der Fahrzeugkarosserie und an der Traktionsbatterie 12 befestigt ist bzw. sind. Beim Erkennen eines Kollisionsereignisses kann bzw. können der eine oder die mehreren Aktoren die Traktionsbatterie 12 im Allgemeinen nach oben treiben, um die Traktionsbatterie 12 um die Gelenkmechanismen 52 zu drehen.
Die Drehung der Traktionsbatterie 12 um die Gelenke 52 bewegt den dem Aufprall zugewandten Abschnitt (z. B. die Seitenwand 16e) der Traktionsbatterie 12 von dem Knautschbereich 60 weg. Auf diese Weise kann das Fahrzeug 10 (z. B. an dem Knautschbereich 60) eine erhöhte Verformung erfahren, bevor sich die Verformung auf die Traktionsbatterie 12 auswirkt.
Während vorstehend Ausführungsbeispiele beschrieben sind, ist nicht beabsichtigt, dass diese Ausführungsformen alle möglichen Formen beschreiben, die von den Ansprüchen eingeschlossen sind. Bei den in der Beschreibung verwendeten Ausdrücken handelt es sich um beschreibende und nicht um einschränkende Ausdrücke, und es versteht sich, dass verschiedene Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Wie vorstehend beschrieben, können die Merkmale verschiedener Ausführungsformen miteinander kombiniert werden, um weitere Ausführungsformen der Erfindung zu bilden, die unter Umständen nicht ausdrücklich beschrieben oder veranschaulicht sind. Wenngleich verschiedene Ausführungsformen eventuell so beschrieben sind, dass sie Vorteile bereitstellen oder gegenüber anderen Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik in Bezug auf eine oder mehrere gewünschte Eigenschaften bevorzugt werden, liegt für den Durchschnittsfachmann auf der Hand, dass ein oder mehrere Merkmale oder eine oder mehrere Eigenschaften in Frage gestellt werden können, um die gewünschten Gesamtattribute des Systems zu erzielen, die von der spezifischen Anwendung und Umsetzung abhängen. Zu diesen Attributen können unter anderem folgende gehören: Kosten, Festigkeit, Lebensdauer, Lebenszykluskosten, Marktfähigkeit, Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Betriebsfähigkeit, Gewicht, Herstellbarkeit, Einfachheit der Montage usw. Von daher liegen Ausführungsformen, welche in Bezug auf eine oder mehrere Eigenschaften als weniger wünschenswert als andere Ausführungsformen oder Umsetzungen nach dem Stand der Technik beschrieben werden, nicht außerhalb des Umfangs der Offenbarung und können für bestimmte Anwendungen wünschenswert sein.

Claims

Elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend: eine Karosseriestruktur, die eine Stützfläche und einen zu der Stützfläche benachbarten Knautschraum definiert; eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von Leistung an einen Antriebsstrang; und eine Batteriestützstruktur mit mindestens einem Gelenkmechanismus, der an der Traktionsbatterie und an der Stützfläche befestigt ist, um eine Drehbewegung der Traktionsbatterie relativ zu der Stützfläche zu ermöglichen, einer an der Stützfläche befestigten Führungsschiene, einer Gleitschiene, die in Eingriff mit der Führungsschiene angeordnet und relativ zu der Führungsschiene gleitbar ist, und mindestens einem Gestänge, das an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt ist.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 1, wobei sich die Gleitschiene in einer ersten Konfiguration entlang einer Seitenwand der Traktionsbatterie über eine Anschlussfläche der Traktionsbatterie hinaus und in den Knautschraum erstreckt.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei in der ersten Konfiguration eine Bewegung der Gleitschiene relativ zu der Führungsschiene durch einen Scherstift verhindert wird.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 3, wobei als Reaktion darauf, dass die Gleitschiene eine Last empfängt, die Gleitschiene dazu ausgelegt ist, den Scherstift abzuscheren und relativ zu der Führungsschiene in eine zweite Konfiguration zu gleiten.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 4, wobei als Reaktion darauf, dass die Gleitschiene eine Last empfängt, die Gleitschiene und mindestens ein Gestänge dazu ausgelegt sind, die Traktionsbatterie um den Gelenkmechanismus relativ zu der Stützfläche zu drehen.
Elektrifiziertes Fahrzeug nach Anspruch 2, wobei die Führungsschiene, die Gleitschiene und mindestens ein Gestänge eine erste Stützbaugruppe bilden, die an einer ersten Seitenwand der Traktionsbatterie angeordnet ist, und wobei die Batteriestützstruktur ferner eine zweite Stützstruktur beinhaltet, die an einer zweiten Seitenwand der Traktionsbatterie gegenüber der ersten Seitenwand angeordnet ist, wobei die zweite Stützbaugruppe eine an der Stützfläche befestigte zweite Führungsschiene, eine mit der zweiten Führungsschiene in Eingriff stehende und relativ zu der zweiten Führungsschiene gleitbare zweite Gleitschiene und mindestens ein zweites Gelenk beinhaltet, das an einem ersten Ende drehbar an der zweiten Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt ist.
Fahrzeugbatteriesystem, umfassend: eine Batterie; ein Gelenk, das die Batterie mit einer Stützfläche verbindet; und eine Batteriestützstruktur mit einer Führungsschiene, die an der zu der Batterie benachbarten Stützfläche befestigt ist, einer Gleitschiene, die in Eingriff mit der Führungsschiene steht und relativ zu der Führungsschiene gleitbar ist, und einem Hubarm, der an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Batterie befestigt ist.
Fahrzeugbatteriesystem nach Anspruch 7, wobei in einer ersten Konfiguration ein Endabschnitt der Gleitschiene um einen ersten Abstand von einem Endabschnitt der Führungsschiene beabstandet ist und die Batterie eine erste Winkelausrichtung in Bezug auf die Stützfläche definiert.
Fahrzeugbatteriesystem nach Anspruch 8, wobei die Gleitschiene dazu ausgelegt ist, axial relativ zu der Führungsschiene in eine zweite Konfiguration zu gleiten, und wobei in der zweiten Konfiguration der Endabschnitt der Gleitschiene um einen zweiten Abstand von dem Endabschnitt der Führungsschiene beabstandet ist, wobei der zweite Abstand geringer als der erste Abstand ist, und die Batterie eine zweite Winkelausrichtung in Bezug auf die Stützfläche definiert, wobei sich die zweite Winkelausrichtung von der ersten Winkelausrichtung unterscheidet.
Fahrzeugbatteriesystem nach Anspruch 9, wobei in der zweiten Konfiguration der Hubarm und das Gelenk die Batterie in der zweiten Winkelausrichtung stützen.
Fahrzeugbatteriesystem nach Anspruch 7, wobei sich in der Batteriestützstruktur eine erste Batteriestützstruktur befindet, wobei die Batteriestützstruktur ferner eine zweite Batteriestützstruktur umfasst, die an einer von der ersten Batteriestützstruktur gegenüberliegenden Seite der Batterie angeordnet ist, wobei die zweite Batteriestützstruktur Folgendes beinhaltet: eine zweite Führungsschiene, die an der zu der Batterie benachbarten Stützfläche befestigt ist, eine zweite Gleitschiene, die in Eingriff mit der zweiten Führungsschiene steht und relativ zu der zweiten Führungsschiene gleitbar ist, und einen zweiten Hubarm, der an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und an einem zweiten Ende drehbar an der Batterie befestigt ist.
Traktionsbatteriestützstruktur für ein elektrifiziertes Fahrzeug, umfassend: ein Gelenk, das dazu ausgelegt ist, eine Traktionsbatterie mit einer Stützfläche zu verbinden; eine Führungsschiene, die dazu ausgelegt ist, an der zu der Traktionsbatterie benachbarten Stützfläche befestigt zu werden; eine Gleitschiene, die zum gleitenden Eingriff mit der Führungsschiene ausgelegt ist; und ein Gestänge, das an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt zu werden.
Traktionsbatteriestützstruktur nach Anspruch 12, wobei die Führungsschiene einen Kanal definiert, und wobei mindestens ein Abschnitt der Gleitschiene innerhalb des Kanals gleitbar ist.
Traktionsbatteriestützstruktur nach Anspruch 12, wobei es sich bei dem Gestänge um ein erstes Gestänge handelt, und wobei die Traktionsbatteriestützstruktur ferner ein zweites Gestänge umfasst, das von dem ersten Gestänge beabstandet ist und an einem ersten Ende drehbar an der Gleitschiene befestigt ist und dazu ausgelegt ist, an einem zweiten Ende drehbar an der Traktionsbatterie befestigt zu werden.
Traktionsbatteriestützstruktur nach Anspruch 14, wobei es sich bei dem ersten Gestänge um ein teleskopartiges Gestänge handelt, das eine erweiterbare Länge aufweist, die von einer ersten Länge auf eine erweiterte Länge erweiterbar ist, und wobei das zweite Gestänge eine zweite Länge definiert, die geringer als die erste Länge ist.