DE102018131055A1 - Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil (1), welches durch eine Tragstruktur (2) mit jeweiligen Tragstrukturelementen (5, 6, 7, 8) ausgesteift ist. Um ein Hochvoltspeichergehäuse zu schaffen, das beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Batteriezellen und Batteriemodule auf verbesserte Weise angepasst werden kann, ist die Tragstruktur (2) als von dem Gehäuseteil (1) separat ausgebildete Baueinheit (13) gestaltet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
- Hochvoltspeichergehäuse für Kraftwagen, insbesondere solche zur Anordnung im Unterbodenbereich, sind üblicherweise aus mehreren, insbesondere zwei Gehäuseteilen gebildet, welche im Bereich eines Flansches miteinander verbunden sind. Dabei werden an bisherige Gehäuseteile bislang insbesondere zwei Anforderungen gestellt: Zum einen sollen hierdurch die jeweiligen Batteriemodule bzw. Batteriezellen gegenüber der Umgebung dicht verschlossen untergebracht sein. Zum anderen weist das jeweilige Gehäuseteil eine Tragstruktur auf, dem gesamten Hochvoltspeicher bzw. Hochvoltspeichergehäuse eine hinreichende Stabilität zu verleihen. Aus diesem Grund weist das jeweilige Gehäuseteil, welches üblicherweise aus Blechen und Profilen, aus Gusselementen oder in Mischformen hergestellt wird, eine integrale Tragstruktur mit jeweiligen Tragstrukturelementen auf. Dies können insbesondere entsprechende Umformungen, Sicken, Einlegeteile, Profilteile oder dergleichen sein.
- Gerade aufgrund der Tatsache, dass bislang die Anforderungen an ein Hochvoltspeichergehäuse insbesondere hinsichtlich der Dichtheit und Stabilität im Vordergrund stehen, müssen zwangsläufig beispielsweise fahrzeug- oder zellspezifische Anpassungen wie Anbindungspunkte, Zelllängen, Crashverhalten oder dergleichen zurück stehen. Durch diese sehr individuellen Anpassungen des Gehäuseteils auf das jeweilige Fahrzeug kann es zu Problemstellungen in der Montage kommen, sodass unterschiedliche Gehäuse eine andere Fertigungsfolge benötigen und damit kein einheitliches Fertigungskonzept eingesetzt werden kann.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hochvoltspeichergehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, das beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Batteriezellen und Batteriemodule auf verbesserte Weise angepasst werden kann.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochvoltspeichergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
- Das erfindungsgemäße Hochvoltspeichergehäuse zeichnet sich durch wenigstens ein Gehäuseteil aus, welches durch eine Tragstruktur mit jeweiligen Tragstrukturelementen ausgesteift ist, welche separat von dem Gehäuseteil ausgestaltet ist. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik, bei welchem das Gehäuseteil die Tragstruktur als integrales Element umfasst, ist es somit erfindungsgemäß vorgesehen, die Funktion der Abdichtung - nämlich durch das Gehäuseteil - von der Funktion der Aussteifung - nämlich durch die Tragstruktur - zu trennen. Durch diese Trennung der Funktionen von tragender und dichtender Struktur können Linienkonzepte zur Fertigung von Hochvoltspeichergehäusen mit deutlich geringerer Komplexität umgesetzt werden. So kann beispielsweise das Gehäuseteil als Tiefzieh- oder Pressteil hergestellt und anschließend mit der Tragstruktur verbunden werden, welche als separat von dem Gehäuseteil vorgefertigte Baueinheit beispielsweise aus Profilen in Aluminium- oder Stahllegierungen in entsprechenden Schweißkonstruktionen oder dergleichen hergestellt ist. Durch die Trennung der dichtenden Funktionen von den tragenden Funktionen können somit mit deutlich weniger Herstellungsrisiken Varianten des Hochvoltspeichergehäuses hergestellt werden. Da sich die Komplexität insbesondere des Gehäuseteils erheblich reduzieren lässt, können hierbei die Kosten für das gesamte Hochvoltspeichergehäuse deutlich reduziert werden. Zudem können derartige Hochvoltspeichergehäuse im Hinblick auf Toleranzen und Reinheitsanforderungen deutlich günstiger hergestellt werden.
- Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuseteil in die Tragstruktur eingesetzt ist und eine zur Tragstruktur korrespondierende Aufnahmestruktur aufweist. Hierdurch lässt sich eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung der Kombination aus Gehäuseteil und Tragstruktur schaffen. Zudem ergibt sich eine besonders günstige Verbindungsmöglichkeit zwischen Gehäuseteil und Tragstruktur.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Tragstruktur jeweilige Tragstrukturelemente zur Befestigung des Speichergehäuses am Kraftwagenrohbau auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders steife und stabile Festlegung des Hochvoltspeichergehäuses am Kraftwagenrohbau.
- In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind diese Tragstrukturelemente unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente an weiteren Tragstrukturelementen, insbesondere Querelementen, der Tragstruktur abgestützt. Hierdurch ergibt sich ein besonders günstiges Crashverhalten der Tragstruktur bzw. des Hochvoltspeichergehäuses insgesamt, und zwar insbesondere bei entsprechenden Seitenkollisionen im Bereich des jeweils seitlich zugeordneten Seitenschwellers des Kraftwagenrohbaus.
- Eine weitere und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Gehäuseteil ein Dichtungselement aufweist, welches in Fahrzeugquerrichtung nach innen zurückspringend gegenüber den äußeren Tragstrukturelementen unterhalb der Seitenschweller und den Energieabsorptionselementen angeordnet ist. Durch die Tragstruktur wird somit eine Art Knautschzone bereitgestellt, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung von unfallbedingt eingeleiteten Kräften deformiert werden kann, ohne dass hierbei das Dichtungselement und somit das Gehäuseteil bzw. dessen Verbindung zu einem weiteren Gehäuseteil beschädigt werden würde.
- Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gehäuseteil als Umformteil oder Pressteil aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff gebildet ist. Derartige Umformteile beziehungsweise Pressteile sind zwar sehr leicht und filigran, aber dennoch äußerst stabil und günstig für ihre Funktion zur Aufnahme jeweiliger Batteriezellen bzw. Batteriemodule und Abdichtung gegenüber der Umgebung.
- Die Tragstrukturelemente der Tragstruktur sind in den weiteren Ausgestaltungen der Erfindung bevorzugter Weise aus Profilelementen, beispielsweise Strandpressprofilen, Hohlprofilen oder dergleichen gebildet. Hierdurch lässt sich ein einfacher Zusammenbau, beispielsweise durch Schweißen, erreichen, der nicht nur besonders günstig ist, sondern gleichwohl äußerst stabile Eigenschaften hat.
- Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn an dem Gehäuseteil eine Mehrzahl von Haltelementen angeordnet ist, über welche das Gehäuseteil mit der Tragstruktur verbunden ist. Die Halteelemente können dabei beispielsweise über eine jeweilige Fügeverbindung, insbesondere durch Schweißen oder Kleben, mit dem Gehäuseteil verbunden sein und hierüber auf einfache Weise mit den jeweiligen Tragstrukturelementen der Tragstruktur verbunden werden.
- Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
- Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. zeigt dabei in einer perspektivischen Explosionsdarstellung ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen mit einem unteren Gehäuseteil, welches durch eine Tragstruktur mit jeweiligen Tragstrukturelementen ausgesteift ist, welche als von dem Gehäuseteil separat ausgebildete Baueinheit gestaltet ist.
- Von einem Hochvoltspeichergehäuse für einen Personenkraftwagen sind in der einzigen Fig. in einer perspektivischen Explosionsdarstellung ein unteres Gehäuseteil
1 sowie eine Tragstruktur2 separat dargestellt. Das Hochvoltspeichergehäuse kann dabei hier im Unterbodenbereich des Fahrzeugs, also im Wesentlichen zwischen jeweiligen Seitenschwellern, angeordnet werden. - Das Gehäuseteil
1 ist dabei wannenartig bzw. Schalenartig ausgebildet und beispielsweise durch einen Umformprozess eines Metallblechs, insbesondere eines Aluminium- oder eines Stahlblechs, hergestellt. Alternativ hierzu kann das Gehäuseteil1 beispielsweise auch als Kunststoffteil, insbesondere als faserverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet sein, welches beispielsweise in einem Pressverfahren (SMC) oder einen Spritzpressverfahren (RTM) hergestellt sein kann. Das Gehäuseteil1 weist ein Dichtungselement3 in Form eines Flansches4 auf, welches gegebenenfalls um ein Dichtmittel, Dichtungsteil oder dergleichen ergänzt ist, über welchen das Gehäuseteil1 dicht mit einem weiteren, nicht dargestellten oberen Gehäuseteil verbunden werden kann. In dem Gehäuseteil1 sind eine Mehrzahl von nicht dargestellten Batteriezellen bzw. Batteriemodulen aufgenommen, welche zur Versorgung eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs des Personenkraftwagens mit elektrischer Energie dienen. - Die Tragstruktur
2 ist im vorliegenden Fall durch eine Mehrzahl von Quer-Tragstrukturelementen5 und Längs-Tragstrukturelementen6 ,7 gebildet, welche beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind. Natürlich wären hier auch andere Verbindungsverfahren, insbesondere Fügeverfahren, denkbar. Die Tragstrukturelemente5 ,6 ,7 ,8 sind dabei insbesondere als Strangpressprofile, Rollprofile, umgeformte und gestanzte Elemente, Rohre oder dergleichen aus entsprechenden Metalllegierungen, insbesondere auf Stahl- oder Aluminiumbasis, ausgebildet. - Jeweilige außenseitige Tragstrukturelemente
7 und8 der Tragstruktur2 verlaufen dabei im eingebauten Zustand des Hohlvoltspeichergehäuse in Überdeckung unterhalb eines jeweils seitlich zugehörigen Seitenschwellers und sind mit diesem über jeweilige Verbindungselemente9 in Form von Schrauben oder dergleichen fest verbunden. Diese seitlichen bzw. äußeren Tragstrukturelemente7 ,8 sind unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente10 an jeweils korrespondierenden Strukturelementen5 ,6 abgestützt. - Weiterhin ist erkennbar, dass im rückwärtigen Bereich der Tragstruktur
2 eine weitere Rahmenkonstruktion11 vorgesehen ist, welche zur Abstützung eines rückwärtigen Bereichs12 des Gehäuseteils1 dient. - Im vorderen Bereich der Tragstruktur
2 sind außerdem jeweilige elektrische Baueinheiten13 erkennbar, welche beispielsweise zur Verbindung der Batteriezellen bzw. Batteriemodulen innerhalb des Gehäuseteils1 mit dem Antriebsstrang dienen. - Wie nun in Zusammenschau des Gehäuseteils
1 und der Tragstruktur2 erkennbar ist, weist das Gehäuseteil1 eine korrespondierende Aufnahmestruktur14 auf. Diese Aufnahmestruktur14 umfasst beispielsweise jeweilige nut- bzw. sickenartige Queraufnahmen14 bzw.16 ,17 . Die Queraufnahmen15 dienen dabei zur Aufnahme der Quer-Tragstrukturelemente5 , die Längsaufnahmen16 ,17 zur Aufnahme der Längs-Tragstrukturelemente6 . Aufgrund dieser Aufnahmestruktur14 kann das Gehäuseteil1 von oben her in die Tragstruktur2 eingesetzt bzw. auf diese aufgesetzt werden, wobei dann die jeweiligen Rahmenelemente5 bzw.6 in den korrespondierenden Aufnahmen15 ,16 ,17 zumindest teilweise aufgenommen sind. - Das Gehäuseteil
1 weist an der Tragstruktur2 eine Mehrzahl von Halteelementen18 auf. Diese können im einfachsten Fall lediglich Öffnungen im Bereich der jeweiligen Aufnahmen14 ,15 ,16 sein, über welche das Gehäuseteil1 mit der Tragstruktur2 verschraubt werden kann. Allerdings können auch separate Halteelemente durch eine jeweilige Fügeverbindung, insbesondere eine Schweißverbindung oder eine Klebverbindung, unterseitig an dem Gehäuseteil1 angeordnet sein, über welche das Gehäuseteil1 mit der Tragstruktur2 verbunden werden kann. Die Tragstruktur2 weisthier korrespondierende Halteaufnahmen19 in Form von Gewindelöchern oder dergleichen auf, in welche die Öffnungen18 des Gehäuseteils1 durchsetzende Schrauben eingebracht werden können. - Insbesondere in Zusammenschau der Tragstrukturelemente
6 der Tragstruktur2 mit den Längsaufnahmen16 des Gehäuseteils1 wird erkennbar, dass das Gehäuseteil1 mit seinem umlaufenden Dichtelement3 gegenüber den Tragstrukturelementen7 ,8 und den Absorptionselementen10 der Tragstruktur2 zurückspringend angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Dichtungselement3 an den jeweiligen Längsseiten des Gehäuseteils1 zumindest im Wesentlichen innenseitig der jeweiligen Tragstrukturelemente7 ,8 und der entsprechenden Elemente10 verläuft. Kommt es demzufolge in Folge eines Seitenaufpralls des Kraftwagens zu einer unfallbedingten Deformation, so wirken die Tragstrukturelemente7 ,8 und die Energieabsorptionselemente10 als eine Art Knautschzone für das Hochvoltspeichergehäuse, welche deformiert werden kann, ohne dass das Gehäuseteil1 wesentlich mit den Kräften beaufschlagt oder beschädigt werden kann. Da gerade das jeweilige Dichtungselement3 des Gehäuseteils1 bei einer derartigen, unfreiwilligen Kraftbeaufschlagung besonders beschädigungsempfindlich ist, wird durch dessen Anordnung - bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung - hinter dem jeweiligen Tragstrukturelementen7 ,8 und den zugehörigen Energieabsorptionselementen10 auf besonders günstige Weise gewährleistet, dass Beschädigungen vermieden werden können. - Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend durch das Gehäuseteil
1 und die Tragstruktur2 eine Trennung der Funktionen von tragender und dichtender Struktur umgesetzt ist. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass auf besonders günstige Weise Varianten hergestellt werden können, wobei stets gewährleistet ist, dass die Dichtfunktion von der tragenden Funktion getrennt ist. - Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuseteil
- 2
- Tragstruktur
- 3
- Dichtelement
- 4
- Flansch
- 5
- Tragstrukturenelement
- 6
- Tragstrukturelement
- 7
- Tragstrukturelement
- 8
- Tragstrukturelement
- 9
- Verbindungselemente
- 10
- Energieabsorptionselemente
- 11
- Tragstrukturkonstruktion
- 12
- Bereich v.
1 - 13
- Baueinheit
- 14
- Aufnahmestruktur
- 15
- Queraufnahmen
- 16
- Längsaufnahmen
- 17
- Längsaufnahmen
- 18
- Halteelemente
- 19
- Halteaufnahmen
Claims (8)
- Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil (1), welches durch eine Tragstruktur (2) mit jeweiligen Tragstrukturelementen (5, 6, 7, 8) ausgesteift ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) als von dem Gehäuseteil (1) separat ausgebildete Baueinheit (13) gestaltet ist.
- Hochvoltspeichergehäuse nach
Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) in die Tragstruktur (2) eingesetzt ist und eine zur Tragstruktur (2) korrespondierende Aufnahmestruktur (14) aufweist. - Hochvoltspeichergehäuse nach
Anspruch 1 oder2 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstruktur (2) jeweilige Tragstrukturelemente (5, 6, 7, 8) zur Befestigung des Hochvoltspeichergehäuses an einem Kraftwagenrohbau aufweist. - Hochvoltspeichergehäuse nach
Anspruch 3 , dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrukturelemente (5, 6, 7, 8) unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente (10) an Tragstrukturelementen (5, 6, 7, 8) der Tragstruktur (2) abgestützt sind. - Hochvoltspeichergehäuse nach
Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (2) ein Dichtungselement (3) aufweist, welches in Fahrzeugquerrichtung nach innen zurückspringend gegenüber den Rahmenelementen (5, 6, 7, 8) und den Energieabsorptionselementen (10) angeordnet ist. - Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) als Umformteil oder Pressteil aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff gebildet ist.
- Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrukturelemente (5, 6, 7, 8) der Tragstruktur (2) aus Profilelementen gebildet sind.
- Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuseteil (1) eine Mehrzahl von Haltelementen (18) angeordnet ist, über welche das Gehäuseteil (1) mit der Tragstruktur (2) verbunden ist.
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