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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halterung für einen elektrischen Speicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 4. In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkarosseriestruktur mit einem elektrischen Speicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 10.
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Im zeitgenössischen Fahrzeugbau werden Bestrebungen unternommen, den Verbrennungsmotor als Antrieb durch einen Elektromotor zu ersetzen bzw. zu unterstützen. Solche Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge verwenden einen Energiespeicher, in dem die elektrische Energie gespeichert ist, die für den Vortrieb notwendig ist. In diesem Energiespeicher sind einzelne Speicherzellen elektrisch verschaltet und in Speichermodulen zusammengefasst. Die Speichermodule werden dann in dem Fahrzeug untergebracht. Dabei ist es vorteilhaft, die Speichermodule zusammenzufassen und in einer Speicherbatterie unterzubringen. Somit sind alle Module verhältnismäßig kompakt an einem Ort in dem Fahrzeug untergebracht. Dies bietet insbesondere in punkto Reparaturbedürftigkeit oder Austausch des elektrischen Energiespeichers Vorteile, wenn die Speicherkapazität über die Lebensdauer hin abnimmt. In dem Gehäuse des elektrischen Energiespeichers können noch Steuerungseinrichtungen zum Steuern der Ladung und Entladung der Speicherzellen vorgesehen sein, sowie Klimatisierungseinrichtungen zur Temperierung des Speichers.
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Aus crashrelevanten Aspekten hat es sich etabliert, den elektrischen Energiespeicher im Bodenbereich einer Kraftfahrzeugkarosserie anzuordnen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine Halterung zur Integration eines elektrischen Speichers, eine Anordnung eines elektrischen Speichers in einer Fahrzeugkarosserie sowie eine Fahrzeugkarosseriestruktur anzugeben, die sich durch gute Kollisionseigenschaften auszeichnet. Es ist eine besondere Aufgabe, die im Falle einer Kollision auftretenden Energien möglichst gut zu absorbieren.
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Diese Aufgabe wird mit einer Halterung gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1, mit einer Anordnung gemäß dem Patentanspruch 4, sowie mit einer Fahrzeugkarosseriestruktur gemäß Patentanspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den hiervon abhängigen Patentansprüchen gezeigt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung in einem ersten Aspekt eine Halterung zur Integration eines elektrischen Speichers in einer Fahrzeugkarosserie vor, wobei die Halterung ein Rollprofil umfasst, mit mindestens einer Kammer, die in Längsrichtung des Rollprofils offen ist. Dieses Rollprofil ist aus einem hochfesten Material ausgebildet. Im Sinne dieser Erfindung weisen hochfeste Stähle eine Mindeststreckgrenze im Bereich von 800 N/mm2 bis hin zu 1450 N/mm2 auf. Hochfeste Stähle können bevorzugt eine Mindeststreckgrenze von 1000N/mm2 aufweisen.
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Das Rollprofil kann aus einem durchgehenden, integralen bzw. einstückigen Ausgangsblech gebildet sein und zur Ausbildung der zumindest einen Kammer entlang sich in Längsrichtung erstreckender Biegekanten abgewinkelt sein. Mit anderen Worten besteht das Rollprofil aus einem einzigen Blech, das mehrfach abgewinkelt ist, so dass es eine Kammer einschließt, die in Längsrichtung des Rollprofils offen ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann zur Ausbildung einer weiteren Kammer ein weiteres Rollprofil mit dem Rollprofil verbunden sein. Dieses Rollprofil kann bevorzugt durch eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Rollprofil verbunden sein. Insbesondere bietet es sich an, das zweite Rollprofil an das erste Rollprofil zu schweißen, zu löten oder zu kleben.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Anordnung eines elektrischen Speichers in einer Fahrzeugkarosserie. Der elektrische Speicher ist dabei über mindestens eine Halterung, wie vorhergehend beschrieben, mit der Fahrzeugkarosserie verbunden.
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Die Halterung kann dabei entlang einer seitlichen Oberfläche des Rollprofils mit einem Strangpressprofil stoffschlüssig, insbesondere durch eine Klebeverbindung, Schweißverbindung und/oder Lötverbindung, verbunden sein. Die stoffschlüssige Verbindung bietet den Vorteil eines zusätzlichen Korrosionsschutzes zwischen dem Strangpressprofil und der Halterung.
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In einer ersten Ausführungsform ist das Strangpressprofil aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder aus einer Leichtmetalllegierung auf Aluminiumbasis, ausgebildet.
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Weiterhin können das Rollprofil und das Strangpressprofil jeweils entlang einer sich in Längsrichtung erstreckenden Oberfläche mit einem Flachstahl stoffschlüssig, insbesondere durch Verklebung, verbunden sein. Der Flachstahl ist dabei abschnittsweise mit der Oberfläche des Rollprofils und abschnittsweise mit der Oberfläche des Strangpressprofils verbunden. Der Flachstahl überlappt damit teilweise das Rollprofil und teilweise das Strangpressprofil aus Aluminium und reduziert die Belastung auf die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Strangpressprofil und dem Rollprofil. Da das Gewicht des elektrischen Speichers auf das Strangpressprofil wirkt, kann die Scherbelastung auf die stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Rollprofil und dem Alustrangpressprofil durch die Verwendung des Flachstahls wesentlich reduziert werden.
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Zusätzlich oder alternativ kann der Flachstahl mittels mindestens einer Fließlochschraube mit dem Rollprofil und mittels mindestens einer weiteren Fließlochschraube mit dem Strangpressprofil verbunden sein. Alternativ zur Fließlochschraube können auch andere Fügeelemente wie beispielsweise Nieten oder Bolzen verwendet werden. Die Fixierung des Flachstahls durch die Fließlochschrauben bietet den Vorteil, dass der Flachstahl während der Aushärtung des Klebers die relative Position des Strangpressprofils, des Rollprofils und des Flachstahls zueinander fixiert. Die Gefahr eines unbeabsichtigten Verrutschens der Bauteile wird somit reduziert.
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Die Halterung kann im Lastpfad einer Kollisionskraft angeordnet sein. Im Falle einer Fahrzeugkollision werden die auftretenden Kräfte entlang von Lastpfaden in die Karosseriestruktur geleitet. Vorteilhafterweise befindet sich die Halterung in einem solchen Lastpfad, so dass die auftretenden Kräfte und die abzubauende Energie in die Halterung eingebracht werden und nicht in den elektrischen Speicher selbst.
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In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Fahrzeugkarosseriestruktur mit einem elektrischen Speicher, der über mindestens eine Halterung, wie vorhergehend beschrieben, mit der Fahrzeugkarosserie in Verbindung steht bzw. über eine im Vorhergehenden beschriebene Anordnung verfügt.
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Weiterhin kann die Halterung im Lastpfad einer Kollisionskraft angeordnet sein.
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Darüber hinaus kann die Kollisionskraft im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung der Halterung auf diese einwirken.
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Die im Vorhergehenden beschriebenen Merkmale der einzelnen Aspekte der Erfindung können mit allen anderen Merkmalen anderer Aspekte der Erfindung kombiniert werden. Vorteile die im Zusammenhang mit einem Merkmal eines Erfindungsaspekt erwähnt werden, gelten auch für dasselbe Merkmal in einem anderen Erfindungsaspekt.
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Nachfolgend soll die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert werden.
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Es zeigen in schematischer Darstellung
- 1 eine Draufsicht eines elektrischen Energiespeichers mit daran angeordneten Halterungen gemäß einer ersten Ausführungsform,
- 1a eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie A-A aus 1,
- 2 eine isometrische Ansicht eines Energiespeichers mit daran angeordneten Halterungen gemäß einer zweiten Ausführungsform, und
- 2a eine Schnittansicht entlang der Schnittebene A-A aus 2.
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1 zeigt einen elektrischen Energiespeicher 20, geeignet dazu, als Antriebsbatterie für ein elektrisches Fahrzeug zu dienen. In 1 ist lediglich das Gehäuse, genauer die untere Hälfte des Energiespeichergehäuses 20, dargestellt, die aus einem Metall, insbesondere aus Stahl, ausgebildet ist. In Längsrichtung X, parallel zum Gehäuse 20, sind beidseitig Halterungen 10 an dem Gehäuse 20 angeordnet.
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Wie aus 1a ersichtlich ist, umfasst die Halterung 10 ein Rollprofil 11, das mehrfach abgewinkelt ist, um innere Kammern 11a, 11b, 11c auszubilden. In Längsrichtung X der Halterung 10 sind diese Kammern offen ausgebildet. Das Rollprofil 11 ist dabei aus einem hochfesten Material ausgebildet. Gemäß dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 20 des elektrischen Energiespeichers ebenfalls aus einem Stahlblech ausgebildet, so dass an der Berührfläche der Halterung 10 mit dem Gehäuse 20 eine stoffschlüssige Verbindung erzeugt werden kann. Bevorzugt wird das Gehäuse 20 mit dem Rollprofil 11 der Halterung 10 an deren Berührflächen verschweißt.
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Um eine weitere Kammer 11d zu erzeugen, ist ein zusätzliches Rollprofil 11' vorgesehen, welches mit dem Rollprofil 11 verbunden ist. Diese Verbindung kann stoffschlüssig, beispielsweise durch Schweißen, Kleben, Löten und dergleichen, erfolgen. Alternativ dazu können die Rollprofile 11 und 11' miteinander verschraubt, vernietet oder verclincht sein. Zum Verbinden der Halterungen 10 mit Strukturelementen der Karosserie, beispielsweise Längsträger oder ähnlichen, sind Stahlbuchsen 30 vorgesehen, die in das Rollprofil 11 eingebracht sind. Die Stahlbuchsen 30 können in einer Mehrzahl hintereinander in Längsrichtung X der Halterung 10 angeordnet sein. In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform, kann die Halterung 10 alternativ zu den Stahlbuchsen 30 oder zusätzlich zu den Stahlbuchsen 30 mit einem Strukturelement verschraubt, verklebt oder verschweißt werden.
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2 zeigt eine zweite Ausführungsform. In dieser Ausführungsform ist das Gehäuse 20 aus einem Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet. In Y-Richtung seitlich an dem Gehäuse 20 sind Halterungen 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform ausgebildet.
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2a zeigt die Halterung 10, die aus einem Rollprofil 11 ausgebildet ist. Dieses Rollprofil 11 ist mehrfach abgewinkelt, um innenliegende Kammern 11 a, 11b und 11c auszubilden. Wie bereits mit Bezug zu 1a erläutert, kann durch Vorsehen eines weiteren Rollprofils 11' eine weitere Kammer 11d erzeugt werden. Da das Gehäuse 20 des elektrischen Energiespeichers aus Aluminium ausgebildet ist und ein Strangpressprofil 12 umfasst, lässt es sich nur schwer mittels Schweißen mit der Halterung 10 verbinden. Um eine Verbindung zwischen dem Strangpressprofil 12 und dem Rollprofil 11 zu erzeugen, werden diese entlang einander zugewandten Oberflächen 12y und 11y miteinander verklebt. Die Oberfläche 11y der Halterung 10 erstreckt sich in einer XZ-Richtung und liegt somit einer seitlichen Oberfläche 12y, die sich in der gleichen Ebene erstreckt, gegenüber. Zwischen diesen beiden Oberflächen ist ein Klebefilm vorgesehen. Der Klebefilm dient somit auch als ein elektrolytischer Isolator zwischen dem Aluminiumstrangpressprofil 12 und dem Rollprofil aus hochfestem Stahlblech 11. Oberhalb und unterhalb der Klebestelle sind Flachbleche 13 angeordnet. Diese Flachbleche 13 überlappen in Y-Richtung teilweise eine Oberfläche 11x des Rollprofils 11 und eine Oberfläche 12x des Strangpressprofils 12. Die Flachbleche 13 können mit dem Rollprofil 11 bzw. dem Strangpressprofil 12 verklebt sein. Zusätzlich oder alternativ zu der Klebung können Fließlochschrauben vorgesehen sein, mit denen jeweils das Flachblech 13 an das Rollprofil 11 und das Strangpressprofil 12 verschraubt sind. Entlang der Längsrichtung der Halterung 10, d. h. entlang der X-Richtung, kann zwischen zwei benachbarten Fließlochschrauben ein Abstand im Bereich von 50-150mm, bevorzugt 65mm-85mm und besonders bevorzugt 70 mm vorgesehen sein. Die Randwerte der Bereichsangaben sollen mit umfasst sein.
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Durch Vorsehen von Rollprofilen 11 aus hochfestem Stahlblech kann der Anteil an Aluminium in der Halterung reduziert werden. Die Verwendung hochfester Stähle bietet darüber hinaus den Vorteil, dass die Reduktion von Aluminium gewichtsneutral ist, da gegenüber der Verwendung schwererer, nicht hochfester Stähle die Wanddicken hochfester Stähle reduziert werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013204765 A1 [0004]
- DE 102013008428 A1 [0004]
