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Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batterieträgeranordnung zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriemodulen zum Antreiben eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs.
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Batterieträger werden typischerweise nahe einem Fahrzeugboden angeordnet, insbesondere in einen Fahrzeugboden unterhalb eines Fahrzeuginnenraums integriert. Ferner kann der Batterieträger in die Fahrzeugkarosserie integriert sein, um im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs zur Erhaltung der strukturellen Integrität des Fahrzeugs beizutragen, respektive in dem Batterieträger angeordnete Batterien zu schützen. In dem Batterieträger kann eine Anordnung von Quer- und/oder Längsträgern angeordnet sein, welche mittels Flanschverbindungen zu einem Rahmen und/oder einer Bodenplatte des Batterieträgers die Steifigkeit des Batterieträgers erhöhen können. Durch die Flanschverbindungen kann jedoch der Bauraum innerhalb des Batterieträgers in nachteiliger Weise reduziert sein. Ferner kann mit der Anbindung der Quer- und/oder Längsträger an die Bodenplatte das Einbringen einer einzelnen großen Kühlplatte unterbunden sein, sodass es stattdessen notwendig sein kann, mehrere einzelne Kühlplatten mit erhöhten Bauraum in den Batterieträger einzusetzen.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine effizientere Batterieträgeranordnung bereitzustellen, welche insbesondere eine erhöhte strukturelle Integrität und effiziente Ausnutzung des verfügbaren Bauraums zur Aufnahme von Batteriemodulen mit einer einzelnen großflächigen Kühlplatte realisiert.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der beiliegenden Figuren.
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Die vorliegende Offenbarung basiert auf der Erkenntnis, dass die obige Aufgabe durch eine Batterieträgeranordnung gelöst werden kann, welche eine Fachwerkstruktur, gebildet aus einer Mehrzahl von zumindest teilweise geschlossenen Quer- und Längsprofilen, aufweist, welche auf einer Kühlplatte zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriemodulen angeordnet ist. Die Fachwerkstruktur kann insbesondere elastisch mit der Kühlplatte verbunden werden, um beispielsweise unterschiedliche thermische Ausdehnungen der Kühlplatte und der Fachwerkstruktur auszugleichen. Durch die geschlossene Ausbildung der Quer- und Längsprofile und die insbesondere adhäsive Verbindung zwischen der Kühlplatte und den Quer- und Längsprofile kann eine Steifigkeit des Batterieträgers vorteilhaft erhöht sein, sodass die Aufpralleigenschaften der Batterieträgeranordnung verbessert werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Offenbarung eine Batterieträgeranordnung zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriemodulen zum Antreiben eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einer Kühlplatte, welche ausgebildet ist, das Batteriemodul zu kühlen. Die Kühlplatte weist eine zusammenhängende und einstückige Kühlplattenoberfläche auf.
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Ferner umfasst die Batterieträgeranordnung ein Gitter, welches miteinander fest verbundene und gitterförmig angeordnete Stege aufweist. Das Gitter ist auf der Kühlplattenoberfläche angeordnet und mit der Kühlplattenoberfläche stoffschlüssig verbunden. Weiterhin umfasst die Batterieträgeranordnung einen Deformationsrahmen, welcher das Gitter umgibt. Der Deformationsrahmen kann auf der, insbesondere einstückigen Kühlplattenoberfläche angeordnet und/oder durch die Aufprallenergie deformierbar sein.
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Die Kühlplatte kann insbesondere Kanäle aufweisen, welche mit einem Kühlmedium durchströmt werden, um Wärme von der Kühlplatte abzuführen. Ferner kann die Kühlplatte entsprechende Leitungsanschlüsse zum Ableiten und Zuleiten des Kühlmediums aufweisen. Die Kühlplatte kann weiterhin ausgebildet sein, die Batteriemodule zu temperieren, insbesondere auch zu Erwärmen. Ferner kann die Kühlplatte eine höhere Wärmeleitfähigkeit als der Deformationsrahmen und/oder das Gitter aufweisen und beispielsweise aus Stahl, Kupfer, einer Aluminiumlegierung oder einer Kupferlegierung gefertigt sein. Die Kühlplatte kann ausgebildet sein, eine Bodenfläche eines Aufnahmeraums für die Batteriemodule vollständig zu bedecken, um an einer jeweiligen Batteriebodenfläche thermisch effizient mit den Batteriemodulen gekoppelt zu sein.
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Die Kühloberfläche kann ferner ausgeformte Aufnahmeräume, insbesondere Aufnahmenischen zur Aufnahme von Batteriemodulen aufweisen. Die Aufnahmenischen können ausgebildet sein, ein jeweiliges Batteriemodul zumindest teilweise auch seitlich zu begrenzen, um eine Bewegung des jeweiligen Batteriemoduls bei einer seitlichen Krafteinwirkung auf das Fahrzeug zu unterbinden. Die Kühloberfläche kann an eine jeweilige Bodenform der Batteriemodule angepasst sein, um eine Auflagefläche der Batteriemodule auf der Kühloberfläche zu erhöhen. Dadurch kann insbesondere der Wärmetransport zwischen der Batterie und der Kühlplatte vorteilhaft erhöht sein. Ferner kann zwischen der Kühloberfläche und den Batteriemodulen eine Wärmetransportverbindungsschicht angeordnet sein, welche ausgebildet ist, Zwischenräume zwischen der Kühloberfläche und den jeweiligen Auflageflächen der Batteriemodule zu füllen. Beispielsweise kann die Wärmetransportverbindungsschicht ein Wärmeleitpad sein oder durch Wärmeleitpaste gebildet sein.
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Das Gitter kann insbesondere regelmäßige Gitterzellen aufweisen, welche jeweils zumindest ein Batteriemodul aufnehmen kann. Ferner können auch mehrere Batteriemodule in einer der regelmäßigen Gitterzellen zusammengefasst sein. Die regelmäßigen Gitterzellen können rechteckförmig, insbesondere quadratisch geformt sein. Ferner können die Gitterzellen auch rombenförmig, sechskantförmig oder mehrkantförmig ausgebildet sein. Falls das Gitter eine Länge und/oder Breite aufweist, welche nicht einem ganzzahligen Vielfachen der Gitterzellenlänge und/oder Gitterzellenbreite entspricht, können die Gitterzellen an den Rändern des Gitters eine reduzierte Gitterzellenlänge und/oder Gitterzellenbreite aufweisen.
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In einer Ausführungsform ist das Gitter ausgebildet, eine Steifigkeit der Batterieträgeranordnung zu erhöhen. Dadurch wird insbesondere der Vorteil erreicht, dass eine auf die Batterieträgeranordnung einwirkende Kraft in das Gitter eingeleitet und/oder durch das Gitter weitergeleitet werden kann, um eine Deformation der Batterieträgeranordnung zu unterbinden oder zu verringern. Vorteilhafterweise ist das Gitter ausgebildet, Kräfte, welche parallel zu einer Ausrichtungsebene des Gitters wirken, effizient aufzunehmen.
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Mit einer knicksteifen und/oder biegesteifen Ausbildung des Gitters kann der Vorteil erreicht werden, dass ein Aufprallimpuls, welcher insbesondere an Stirnflächen des Gitters in das Gitter eingeleitet wird, durch das Gitter geleitet wird, insbesondere elastisch geleitet wird, um eine Deformation der Batterieträgeranordnung zu vermeiden. Ferner kann mittels des Gitters auch bei einem Fahrzeugaufprall die strukturelle Integrität der Batterieanordnung erhalten sein. Beispielsweise kann eine Deformation auf weitere Fahrzeugteile mit geringerer Steifigkeit, insbesondere auf den Deformationsrahmen beschränkt sein.
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In einer Ausführungsform kann das Gitter ausgebildet sein, eine Stoßenergie durch Deformation, insbesondere durch Stauchung und Biegung aufzunehmen, um eine Deformation weiterer Bauteile der Batterieträgeranordnung zu unterbinden oder zumindest zu reduzieren. Die Stege können sich entlang einer jeweiligen Längsrichtung erstrecken und an Verbindungspunkten mit dem Deformationsrahmen ausgebildet sein, bei einer Krafteinwirkung in Längsrichtung an den Verbindungspunkten deformieren, insbesondere falten und/oder biegen, um eine weitere Deformation, insbesondere in einem Aufnahmeraum für die Batteriemodule zu reduzieren oder zu unterbinden. Die Stege können ferner an Kreuzungspunkten miteinander verbunden sein, wobei eine Krafteinwirkung in Richtung einer ausgewählten Längsrichtung eines Stegs über die Kreuzungspunkte auf weitere Stege, welche quer zu der ausgewählten Längsrichtung angeordnet sind, übertragen werden kann. Mit dieser Kraftübertragung können die weiteren Stege mittels Biegung verformt werden, insbesondere elastisch verformt werden, um die Stoßenergie mit reduzierter plastischer Verformung der Batterieträgeranordnung aufzunehmen.
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In einer Ausführungsform sind das Gitter und der Deformationsrahmen unmittelbar oder mittelbar mittels einer Aufnahmewanne auf der Kühlplattenoberfläche angeordnet. Die Aufnahmewanne ist bevorzugt als Faltbauteil oder Tiefziehbauteil aus einem Blechzuschnitt ausgebildet, und weist einen Boden, umlaufende Seitenwände sowie optional einen Fügeflansch auf. Insbesondere besteht der Blechzuschnitt der Aufnahmewanne aus einer Stahllegierung. Die Aufnahmewanne kann eine Mehrzahl von Batteriemodulen aufnehmen, wobei die Kühlplatte in der Aufnahmewanne angeordnet ist.
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Durch den modularisierten Aufbau des Gitters und des Deformationsrahmens mit der Kühlplatte, können das Gitter und der Deformationsrahmen in Bezug auf die Aufnahme von Kräften im Falle eines Aufpralls und die Kühlplatte hinsichtlich der Wärmeaufnahme von den Batterien effizient ausgebildet sein. Insbesondere kann das Gitter, der Deformationsrahmen, die Aufnahmewanne und/oder die Kühlplatte aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein. Ferner können der Deformationsrahmen und/oder das Gitter Abschnitte und/oder bevorzugte Deformationsrichtungen aufweisen, um eine Stoßenergie bei einem Aufprall abzuleiten und insbesondere die Batteriemodule und/oder die Kühlplatte vor einer Krafteinwirkung, respektive Deformation, zu schützen.
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In einer Ausführungsform umfasst die Batterieträgeranordnung eine Aufnahmewanne zur Aufnahme der Mehrzahl von Batteriemodulen, wobei die Kühlplatte in der Aufnahmewanne angeordnet ist
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In einer Ausführungsform kann die Kühlplatte an einer Unterseite der Aufnahmewanne zur Anlage kommen. Ferner kann das Gitter in der Aufnahmewanne angeordnet sein, wobei das Gitter Aufnahmeräume für die Batteriemodule in der Aufnahmewanne bildet. Die Aufnahmewanne kann mit der Kühlplatte in den Deformationsrahmen eingesetzt und gehalten werden.
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In einer Ausführungsform sind das Gitter und der Deformationsrahmen unmittelbar mit der Kühlplattenoberfläche stoffschlüssig, insbesondere durch Klebung, verbunden. Der Deformationsrahmen kann insbesondere eine Halterung für die Kühlplatte und/oder die Aufnahmewanne bilden. Beispielsweise kann an einer Innenseite des Deformationsrahmens ein umlaufender, horizontal ausgerichteter Auflagesteg gebildet sein, auf welchem die Kühlplatte mit einer Kühlplattenunterseite zur Anlage kommt. Ferner kann die Kühlplattenunterseite mit dem Auflagesteg verklebt sein.
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In einer Ausführungsform liegt die Aufnahmewanne auf dem Deformationsrahmen auf. Hierzu kann ein äußerer umlaufender Haltesteg an der Aufnahmewanne ausgebildet sein. Die Kühlplatte, der Deformationsrahmen und/oder die Haltewanne können eine rechteckförmige Grundform aufweisen, wobei an einem jeweiligen vorderen Ende die Ecken winklig abgeschrägt sind.
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In einer Ausführungsform ist die Kühlplatte in der Haltewanne angeordnet und das Gitter setzt auf die Kühlplatte auf. Ferner kann die Kühlplatte mit der Kühlplattenoberfläche an einer Unterseite des Deformationsrahmens angeordnet sein.
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Durch die Verbindung der Aufnahmewanne und/oder der Kühlplattenoberfläche mit dem Gitter und dem Deformationsrahmen mittels einer Adhäsionsverbindung kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass die Bauteile elastisch und/oder dehnungstolerant miteinander verbunden werden können, um unterschiedliche thermische Ausdehnungen/ Vibrationen und/oder stoßbedingte Verschiebungen zu kompensieren.
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In einer Ausführungsform sind die Stege des Gitters flanschfrei und weisen der Kühlplattenoberfläche oder der Aufnahmewanne zugewandte Stegflächen auf, welche mit der Kühlplattenoberfläche stoffschlüssig verbunden, insbesondere verklebt sind. Dadurch kann beispielsweise der Vorteil erreicht werden, dass die Stegflächen einen reduzierten Bauraum und insbesondere eine vorteilhaft reduzierte Auflagefläche zur Verbindung mit der Kühlplattenoberfläche aufweisen. Entsprechend kann durch die flanschfreie Befestigung der Stege der für die Batteriemodule zur Verfügung stehende Bauraum vorteilhaft erhöht sein.
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Die Stegflächen können insbesondere plan auf der Kühlplattenoberfläche oder der Aufnahmewanne aufliegen. Zwischen den Stegflächen und der Kühlplattenoberfläche kann eine adhäsive Verbindungsschicht angeordnet sein, welche ausgebildet ist, die Stegflächen mittels einer adhäsiven Verbindung an der Kühlplattenoberfläche zu befestigen. Ferner kann die Verbindungsschicht ausgebildet sein, die Stegflächen fluiddicht und/oder gasdicht auf der Kühlplattenoberfläche anzuordnen.
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In einer Ausführungsform weist der Deformationsrahmen umlaufend angeordnete Rahmenstege auf, welche mit der Seitenwand und/oder dem Fügeflansch der Aufnahmewanne verbunden sind. Die Rahmenstege können insbesondere flanschfrei ausgebildet sein.
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In einer Ausführungsform weisen die Rahmenstege der Kühlplattenoberfläche und/oder der Aufnahmewanne zugewandte Stegflächen auf. Ferner sind die Stegflächen der Rahmenstege mit der Kühlplattenoberfläche oder mit der Aufnahmewanne stoffschlüssig verbunden. Die Rahmenstege können an Rahmenstegenden, insbesondere an Stirnseiten der Rahmenstege, stoffschlüssig miteinander verbunden sein, um einen kontinuierlichen Deformationsrahmen zu bilden, ferner können die Rahmenstege winklig, insbesondere rechtwinklig, miteinander verbunden sein.
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Der Deformationsrahmen kann einen inneren Aufnahmeraum zur Aufnahme der Aufnahmewanne, der Kühlplatte und/oder der Batterieelemente bilden. Auf einer dem Aufnahmeraum abgewandten Seite der Rahmenstege kann ferner ein umlaufender Befestigungsvorsprung ausgebildet sein, welcher sich waagerecht von den Rahmenstegen erstreckt und insbesondere stoffschlüssig mit den Rahmenstegen verbunden ist. Der Befestigungsvorsprung kann Befestigungsmittelaufnahmen zur Befestigung des Deformationsrahmens an einem Karosserieelement des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise können in dem Befestigungsvorsprung Öffnungen zur Aufnahme von Schrauben vorgesehen sein, um die Batterieträgeranordnung mittels des Befestigungsvorsprungs mit dem Karosserieelement zu verschrauben.
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In dem Befestigungsvorsprung können ferner eine Mehrzahl von Deformationsbereichen ausgebildet sein, welche jeweils eine Mehrzahl von parallel nebeneinander angeordneten Vertiefungen aufweisen. Die Deformationsbereiche sind ausgebildet, im Falle eines Aufpralls Stoßenergie aufzunehmen und eine Deformation des Deformationsrahmens auf die Deformationsbereiche zu konzentrieren. Insbesondere können die Deformationsbereiche in Bezug auf angrenzende Bereiche des Deformationsrahmens eine geringere Materialsteifigkeit und/oder strukturelle Festigkeit aufweisen.
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Ferner können an dem Deformationsrahmen Befestigungslaschen angeformt sein, welche auf der Kühlplatte und/oder dem Karosserieelement zur Anlage kommen können, um den Deformationsrahmen an der Kühlplatte und/oder dem Karosserieelement zu befestigen, insbesondere zu verschrauben, vernieten, verkleben oder verschweißen.
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In einer Ausführungsform liegt die Aufnahmewanne auf der Kühlplattenoberfläche auf. Dadurch kann beispielsweise der Vorteil erreicht werden, dass die Batterieelemente von der Kühlplatte fluidtechnisch isoliert sind, sodass austretende Flüssigkeit aus der Kühlplatte nicht mit den Batteriemodulen in Berührung kommen kann und/oder aus einem Batteriemodul austretende Flüssigkeit und/oder Gase nicht mit der Kühlplatte in Berührung kommen können.
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In einer Ausführungsform ist die Aufnahmewanne einstückig und durch einen erhöhten Rand begrenzt, welcher den Deformationsrahmen formt. Insbesondere kann die Aufnahmewanne einstückig mit dem Deformationsrahmen gebildet sein, wobei der erhöhte Rand die Aufnahmewanne umlaufend begrenzt, um eine Vertiefung zur Aufnahme von Batteriemodulen, der Kühlplatte und/oder des Gitters zu schaffen.
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In einer Ausführungsform ist der Deformationsrahmen ein separates Bauteil. Dadurch kann beispielsweise der Vorteil erreicht werden, dass eine Anordnung bestehend aus Batteriemodulen, Kühlplatte und/oder Gitter, ferner insbesondere elektrische Zuleitungen und/oder Kühlmittelzuleitungen umfassend, lösbar in dem Deformationsrahmen angeordnet ist. Insbesondere kann der Deformationsrahmen mit der Aufnahmewanne mittels Schraubverbindungen, einer Kraft- und/oder Formschlussverbindung oder einer lösbaren adhäsiven Verbindung verbunden sein. Initial kann die Aufnahmewanne durch das Eigengewicht der Aufnahmewanne, in welcher insbesondere die Kühlplatte und/oder die Batteriemodule angeordnet sein können, auf dem Deformationsrahmen zur Anlage kommen. In einem weiteren Fertigungsschritt kann die Aufnahmewanne durch Zusammenführen weiterer Karosserieteile in dem Deformationsrahmen fixiert, insbesondere mit einer Normalkraft beaufschlagt, eingepresst werden.
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In einer Ausführungsform weist das Gitter äußere Stege auf, deren Stegverbindungsflächen, insbesondere Stirnseiten, das Gitter begrenzen. Der Deformationsrahmen kann umlaufend angeordnete Rahmenstege aufweisen. Ferner können die äußeren Stege verbindungsflächenseitig an den Seitenwänden der Aufnahmewanne oder den umlaufend angeordneten Rahmenstegen, insbesondere mittels einer Schraubverbindung oder einer Nietverbindung, befestigt sein. In einer Ausführungsform können die äußeren Stege stirnseitig an die umlaufend angeordneten Rahmenstege anschließen.
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Die äußeren Stege können insbesondere bündig an einer Seitenfläche der Rahmenstege zur Anlage kommen. Ferner können die äußeren Stege mittels eines Winkelelements, welches an der Seitenfläche der Rahmenstege und den äußeren Stegen zur Anlage kommt miteinander befestigt sein. Beispielsweise kann ein erster Schenkel des Winkelelements mit dem Rahmensteg und ein zweiter Schenkel des Winkelelements mit dem jeweiligen äußeren Steg verschraubt, vernietet, verschweißt und/oder verklebt sein.
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Durch die Verbindung der Rahmenstege mit den äußeren Stegen kann insbesondere im Falle eines Aufpralls eine effiziente Kraftübertragung von den Rahmenstegen auf die äußeren Stege und dementsprechend auf das gesamte Gitter realisiert werden. Ein jeweiliger Abschnitt der äußeren Stege kann insbesondere an die stirnseitige Verbindung der äußeren Stege mit den Rahmenstegen angeordnet sein, um eine Deformation des Gitters auf die äußeren Stege und insbesondere die Abschnitte zu konzentrieren oder zu beschränken. Ferner kann dadurch der Vorteil erreicht werden, dass eine Deformation der Aufnahmewanne, der Kühlplatte und/oder der Batteriemodule reduziert oder unterbunden sein kann.
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Mittels der Winkelelemente können die äußeren Stege verstärkt sein, um eine erhöhte Steifigkeit an dem Befestigungspunkt der äußeren Stege mit den Rahmenstegen zu erreichen.
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In einer Ausführungsform weisen die äußeren Stege des Gitters jeweils eine zum Deformationsrahmen hin zunehmende Höhe auf. Die Höhe am zum Deformationsrahmen weisenden Ende kann zwischen 5 und 50 Prozent, bevorzugt zwischen 10 und 30 Prozent größer sein als die Höhe an entgegengesetzten Enden des äußeren Stegs.
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Dadurch kann insbesondere eine effiziente Kraftaufnahme von dem Deformationsrahmen zu dem Gitter realisiert werden. Ferner kann durch die zunehmende Höhe eine Deformationsvorzugsrichtung der äußeren Stege definiert werden. Mit der zunehmenden Höhe steigt auch eine Querschnittsfläche der äußeren Stege hin zu dem Deformationsrahmen, sodass eine Krafteinleitung von dem Deformationsrahmen zu den äußeren Stegen effizienter erfolgen kann. Insbesondere kann eine bei einem Aufprall von dem Deformationsrahmen aus auf den jeweiligen äußeren Steg einwirkende Kraft auf einer erhöhten Querschnittsfläche wirken, sodass ein auf den jeweiligen äußeren Steg, wirkender Druck reduziert sein kann. Dadurch können insbesondere ein Abknicken oder ein Biegen der Rahmenstege reduziert und/oder unterbunden sein. Insbesondere können die äußeren Stege ausgebildet sein, bei einer stirnseitigen Krafteinwirkung, diese durch Dehnung, Querschnittserweiterung oder Umformen des Bereichs mit ansteigender Höhe zu absorbieren und einen Abschnitt mit reduzierter Höhe nicht zu deformieren. Die äußeren Stege können insbesondere Krafteinleitungspunkte für das Gitter bilden. Das Gitter kann mit einer Krafteinwirkung auf die Batterieträgeranordnung formstabil sein und/oder eine insbesondere inelastische Deformation des Gitters kann unterbunden sein.
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In einer Ausführungsform weisen die äußeren Stege des Gitters endseitig jeweils einen Abschnitt auf, wobei die Abschnitte mit den Rahmenstegen verbunden sind. Dadurch kann der Vorteil erreicht werden, dass eine Deformation des Gitters vorbestimmt sein kann. Ferner kann bei einer Kraftübertragung von dem Deformationsrahmen auf das Gitter über Krafteinleitungspunkte an den Verbindungsstellen zwischen den Rahmenstegen und den äußeren Stegen, eine Deformation in den Abschnitten ausgelöst werden, wobei die übrigen Stege nicht oder nur eingeschränkt deformieren. Insbesondere kann eine Kraftaufnahme durch Deformation mit den Abschnitten lokal begrenzt realisiert sein.
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In einer Ausführungsform sind die Abschnitte endseitig an die äußeren Stege des Gitters angeformt. Insbesondere kann eine Deformation der äußeren Stege auf die Abschnitte beschränkt sein, um eine Deformation des Gitters in einem Aufnahmebereich für die Batteriemodule zu unterbinden.
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In einer Ausführungsform sind die äußeren Stege einteilig aus gebogenem Blechgeformt. Insbesondere können die äußeren Stege die Abschnitte umfassen oder stoffschlüssig mit den Abschnitten gebildet sein. Dadurch wird der Vorteil erreicht, dass die Abschnitte und/oder die äußeren Stege effizient hergestellt werden können. Beispielsweise kann eine Steifigkeit der äußeren Stege mittels der Form der äußeren Stege, respektive der Biegung des Blechs, angepasst werden.
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In einer Ausführungsform sind die Stege des Gitters Hohlprofile, insbesondere geschlossene oder halboffene Hohlprofile. Ferner können die Stege durch Strangpressprofile gebildet sein. Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass die Stege gegenüber Vollmaterial ein geringeres Gewicht aufweisen können. Ferner können die Hohlprofil extrudiert sein, um unterschiedliche Querschnittsprofile der Stege zu realisieren. Die Stege können ferner Stegaufnahmen und/oder Formschlussverbindungsabschnitte aufweisen, welche ausgebildet sind, einen weiteren Steg quer zu einer Längsrichtung, in welche sich der jeweilige Steg erstreckt, aufzunehmen. Insbesondere können die Formschlussverbindungsabschnitte ausgebildet sein, zwei Stege senkrecht zueinander formschlüssig zu verbinden. Ein Formschlussverbindungsabschnitt kann durch eine Ausnehmung in dem Steg gebildet sein.
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In einer Ausführungsform weisen die Stege des Gitters jeweils einen Längenabschnitt mit einem U-förmigen und/oder einen rechteckigen Querschnitt auf. Mit einem rechteckigen, insbesondere geschlossenen, Querschnitt der Stege kann beispielsweise der Vorteil erreicht werden, dass die Stege gegenüber halboffenen Hohlprofilen eine erhöhte Steifigkeit aufweisen. Insbesondere kann eine Deformation von rechteckförmigen geschlossenen Stegen bei einer Krafteinwirkung reduziert sein.
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In einer Ausführungsform sind in der Kühlplattenoberfläche Stegaufnahmesicken für die Aufnahme von Stegen des Gitters geformt.
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In einer Ausführungsform weist die Aufnahmewanne Sicken ausgebildet, welche ausgebildet sind Kühlkanäle der Kühlplatte zumindest teilweise aufzunehmen, um ein ausschließliches Aufliegen der Kühlplatte auf der Aufnahmewanne durch die Kühlkanäle zu unterbinden. Die Kühlkanäle können insbesondere von einer plan ausgebildeten Kühlplattenoberfläche hervorstehen. Mit den Sicken kann die Aufnahmewanne ferner ausgebildet sein, die Kühlplatte zumindest teilweise formschlüssig aufzunehmen, wobei Kühlkanäle der Kühlplatte in die Sicken hineinragen. Dadurch kann insbesondere der Vorteil erreicht werden, dass die Kühlkanäle durch die Aufnahmewanne bei einer Krafteinwirkung in Folge eines Aufpralls des Fahrzeugs vor einer Deformation geschützt sind.
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In einer Ausführungsform kann die Kühlplatte ausgebildet sein, als ein Schubfeld zu wirken, wobei die Batterieträgeranordnung einen erhöhten Widerstand gegenüber Deformation bei einem Aufprall und/oder einem Zusammendrücken aufweist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Offenbarung ein Verfahren zur Herstellung einer Batterieträgeranordnung mit einer Kühlplatte, welche ausgebildet ist, das Batteriemodul zu kühlen, wobei die Kühlplatte eine zusammenhängende und einstückige Kühlplattenoberfläche aufweist, einem Gitter welches zur Aufnahme von Aufprallenergie knicksteif ausgebildet ist, wobei das Gitter miteinander fest verbundene und gitterförmig angeordnete Stege aufweist, und wobei das Gitter auf der Kühlplattenoberfläche angeordnet und mit der Kühlplattenoberfläche stoffschlüssig verbunden ist, und einem Deformationsrahmen, welcher das Gitter umgibt. Das Verfahren umfasst ein Bereitstellen der Kühlplatte und des Gitters.
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Ferner umfasst das Verfahren ein Koppeln des Gitters und der Kühlplatte mittels einer stoffschlüssigen Verbindung, insbesondere mittels Verklebens des Gitters und der Kühlplatte an der Kühlplattenoberfläche und ein Bereitstellen des Deformationsrahmens.
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Weiterhin umfasst das Verfahren ein Befestigen der Kühlplatte an dem Deformationsrahmen unmittelbar durch Koppeln der Kühlplattenoberfläche mit einer Unterseite des Deformationsrahmens und/oder durch Koppeln der Kühlplatte mit einem Bodenflansch des Deformationsrahmens, oder mittelbar durch Koppeln einer Aufnahmewanne mit einem Boden der Kühlplatte und Koppeln der Aufnahmewanne an den Deformationsrahmen.
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In einer Ausführungsform des Verfahrens weist das Gitter äußere Stege mit zu dem Deformationsrahmen hin zunehmender Höhe auf, welche vor dem Koppeln mit der Kühlplatte in mehreren Pressformwerkzeugstufen zu einem Hohlprofil U-O-geformt und/oder verschweißt werden.
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In einer Ausführungsform umfasst das Verfahren ferner ein Anordnen der Aufnahmewanne an dem Deformationsrahmen und ein Befestigen der Aufnahmewanne an dem Deformationsrahmen, insbesondere durch Aufkleben.
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Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Batterieträgeranordnung in einer Ausführungsform;
- 2A eine Batterieträgeranordnung in einer Ausführungsform;
- 2B eine Batterieträgeranordnung in einer Ausführungsform;
- 3A, 3B einen Steg in einer Ausführungsform;
- 3C ein Gitter in einer Ausführungsform;
- 3D ein Gitter in einer Ausführungsform;
- 4 eine Batterieträgeranordnung in einer Ausführungsform.
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1 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Batterieträgeranordnung 100 zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriemodulen zum Antreiben eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs. Die Batterieträgeranordnung 100 umfasst eine Kühlplatte 101, welche ausgebildet ist, das Batteriemodul zu kühlen und eine zusammenhängende und einstückige Kühlplattenoberfläche 103 aufweist.
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Ferner umfasst die Batterieträgeranordnung 100 ein Gitter 105, welches ausgebildet ist, eine Steifigkeit der Batterieträgeranordnung 100 zu erhöhen und miteinander fest verbundene und gitterförmig angeordnete Stege 107-1 bis 107-6 aufweist. Das Gitter 105 ist auf der einstückigen Kühlplattenoberfläche 103 angeordnet. Weiterhin umfasst die Batterieträgeranordnung 100 einen Deformationsrahmen 109, welcher das Gitter 105 umgibt und auf der Kühlplattenoberfläche 103 angeordnet und mit der Kühlplattenoberfläche 103 stoffschlüssig verbunden ist.
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Das Gitter 105 und der Deformationsrahmen 109 sind unmittelbar auf der Kühlplattenoberfläche 103 angeordnet. Ferner sind das Gitter 105 und der Deformationsrahmen 109 unmittelbar mit der Kühlplattenoberfläche 103 stoffschlüssig, insbesondere durch Klebung, verbunden. Die Stege 107-1 bis 107-6 des Gitters 105 sind flanschfrei und weisen der Kühlplattenoberfläche 103 zugewandte Stegflächen auf, wobei die Stegflächen der Stege 107-1 bis 107-6 des Gitters 105 mit der Kühlplattenoberfläche 103 stoffschlüssig verbunden sind.
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Weiterhin weist der Deformationsrahmen 109 umlaufend angeordnete und flanschfreie Rahmenstege 115-1 bis 115-4 auf, welche der Kühlplattenoberfläche 103 zugewandte Stegflächen aufweisen, wobei die Stegflächen der Rahmenstege 115-1 bis115-4 mit der Kühlplattenoberfläche 103 stoffschlüssig verbunden sind.
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Das Gitter 105 weist äußere Stege 121-1 bis 121-12 auf, deren Stirnseiten das Gitter 105 begrenzen, wobei die äußeren Stege 121-1 bis 121-12 stirnseitig mit den umlaufend angeordneten Rahmenstegen 115-1 bis 115-4 insbesondere mittels einer Schraubverbindung oder einer Nietverbindung verbunden sind. Ferner können die äußeren Stege 121-1 bis 121-12 stirnseitig an die umlaufend angeordneten Rahmenstege 115-1 bis 115-4 anschließen.
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Der Deformationsrahmen 109 kann mit dem Gitter 105 eine Mehrzahl von Batterieaufnahmeräumen bilden, wobei an einer Vorderseite der Batterieträgeranordnung 100 eine Reihe an Batterieaufnahmeräumen gebildet ist, welche gegenüber den weiteren Batterieaufnahmeräumen ein reduziertes Volumen oder eine reduzierte Grundfläche aufweisen. Insbesondere können die Batterieaufnahmeräume an den Ecken der Batterieträgeranordnung 100 zumindest eine abgeschrägte Seitenfläche aufweisen. Diese Eckbatterieaufnahmeräume können beispielsweise durch die Rahmenstege 115-1 und 115-4 und die äußeren Stege 121-1 und 121-12 respektive durch die Rahmenstege 115-1 und 115-2 und die äußeren Stege 121-2 und 121-3 begrenzt sein. Ein weiterer volumenreduzierter Aufnahmeraum kann durch den Rahmensteg 115-1 die äußeren Stege 121-1, 121-2, den Steg 107-3 und den Rahmensteg 115-1 begrenzt sein.
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Das Gitter 105 und der Deformationsrahmen 109 können aus Stahl hergestellt und elektrotauchlakiert sein (e-coating). Insbesondere kann auf dem Gitter 105 und/oder den Deformationsrahmen 109 eine elektrophoretische Beschichtung ausgebildet sein. Dadurch wird insbesondere der Vorteil einer effizienten Verklebung erreicht, da durch die Beschichtung die Haftfähigkeit eines Klebstoffs auf dem Gitter 105 und dem Deformationsrahmen 109 verbessert werden kann.
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Der Deformationsrahmen 109 kann einen inneren Aufnahmeraum zur Aufnahme der Kühlplatte 101 und/oder der Batterieelemente bilden. Auf einer dem Aufnahmeraum abgewandten Seite der Rahmenstege 115-1 bis 115-4 kann ferner ein umlaufender Befestigungsvorsprung 123 ausgebildet sein, welcher sich waagerecht von den Rahmenstegen 115-1 bis 115-4 erstreckt und insbesondere stoffschlüssig mit den Rahmenstegen 115-1 bis 115-4 verbunden ist. Der Befestigungsvorsprung 123 kann Befestigungsmittelaufnahmen zur Befestigung des Deformationsrahmens an einem Karosserieelement des Fahrzeugs aufweisen. Beispielsweise können in dem Befestigungsvorsprung Öffnungen zur Aufnahme von Schrauben vorgesehen sein, um die Batterieträgeranordnung 100 mittels des Befestigungsvorsprungs 123 mit dem Karosserieelement zu verschrauben.
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In dem Befestigungsvorsprung 123 können ferner eine Mehrzahl von parallel angeordneten Vertiefungen 127 ausgebildet sein, wobei die Vertiefungen 127 in Gruppen von insbesondere 5 Vertiefungen 127 beabstandet voneinander angeordnet sind.
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2A zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterieträgeranordnung 100 umfassend ein Gitter 105, eine Kühlplatte 101, eine Aufnahmewanne 111 und einen Deformationsrahmen 109. Das Gitter 105 kann auf der Kühlplatte 101 angeordnet werden, wobei das Gitter 105 mit der Kühlplatte 101 insbesondere dehnungsfähig und wärmeisolierend verklebt werden kann. Die Kühlplatte 101 kann mit dem Gitter 105 in der Aufnahmewanne 111 angeordnet sein.
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Die Stege des Gitters 109 weisen Stegverbindungsflächen 117-1 bis 117-12 auf, welche mit der Aufnahmewanne 111 verbunden werden können. Insbesondere können die Stege mittels Verbindungselementen an der Aufnahmewanne 111 befestigt werden, wobei die Verbindungselemente ausgebildet sind, einen Toleranzbereich, insbesondere ein Spaltmaß zwischen dem Gitter 109 und der Aufnahmewanne 111 auszugleichen. Weiterhin ist die Aufnahmewanne 111 in dem Deformationsrahmen 109 angeordnet und die Aufnahmewanne 111 liegt auf einer Kühlplattenoberfläche, insbesondere einer Kühlplattenunterseite auf.
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Die Aufnahmewanne 111 ist einstückig gebildet und durch einen erhöhten Rand 119 begrenzt, wobei der erhöhte Rand 119 ausgebildet ist, auf dem Deformationsrahmen 109 zur Anlage zu kommen. Der Deformationsrahmen 109 und die Aufnahmewanne 111 sind separate Bauteile.
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2B zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterieträgeranordnung 100 entsprechend der in 2A gezeigten Ausführungsform, wobei die Batterieträgeranordnung 100 eine Aufnahmewanne nicht umfasst.
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Die Kühlplatte 101 ist ausgebildet in eine Ausnehmung des Deformationsrahmens 109 einzugreifen. Insbesondere kann der Deformationsrahmen 109 eine Halterung für die Kühlplatte 101 bilden. An einer Innenseite des Deformationsrahmens 109 ist ein umlaufender, horizontal ausgerichteter Auflagesteg 129 gebildet, auf welchem die Kühlplatte 101 mit einer Kühlplattenunterseite zur Anlage kommt. Ferner kann die Kühlplattenunterseite mit dem Auflagesteg 129 verklebt sein.
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In der Kühlplattenoberfläche 103 können Sicken für die Aufnahme von Stegen des Gitters 105 geformt sein.
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3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines äußeren Stegs 121, welcher aus einem Hohlprofil gebildet ist. Der Steg 121 weist an einer Bodenseite ein rechteckförmiges Profil auf und an einer Deckenseite ein ovales, insbesondere kreisförmiges Profil auf. Der Steg 121 kann insbesondere einteilig aus einem Blechformteil oder einem Halbzeug gefertigt, insbesondere gebogen oder gepresst sein. Der Steg 121 ist flanschfrei und weist eine der Kühlplattenoberfläche oder der Aufnahmewanne zugewandte Stegauflagefläche 301 auf, welche mit der Kühlplattenoberfläche oder der Aufnahmewanne stoffschlüssig verbindbar ist.
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3B zeigt eine schematische Seitenansicht eines äußeren Stegs 121 gemäß der in 3A gezeigten Ausführungsform. Der äußere Steg 121 weist eine zum Deformationsrahmen 109 hin zunehmende Höhe auf. Endseitig weist der Steg 121 einen Abschnitt 125 auf, wobei der Abschnitt 125 mit den Rahmenstegen verbindbar ist. Der Abschnitt 125 weist beidseitig paarweise gegenüberliegende Befestigungsaufnahmen 303-1, 303-2 auf, welche insbesondere durch Durchbrüche in dem Blechmaterial gebildet sind. An den Befestigungsaufnahmen 303-1, 303-2 kann beispielsweise ein Verbindungselement befestigt werden, welches ausgebildet ist, den Steg 121 an dem Deformationsrahmen zu befestigen.
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Der Steg 121 ist flanschfrei und weist eine der Kühlplattenoberfläche 103 zugewandte Stegflächen 113 auf, wobei die Stegfläche 113 mit der Kühlplattenoberfläche oder der Auflagewanne stoffschlüssig verbindbar ist.
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3C zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Gitters 105, mit den Stegen 107-1 bis 107-6 und den äußeren Stegen 121-1 bis 121-12. Insbesondere die äußeren Stege 121-1 bis 121-12 weisen an einer der Aufnahmewanne und/oder der Kühlplatte zugewandten Seite ein zumindest teilweise geöffnetes Profil auf. Ferner umfassen die äußeren Stege 121-1 bis 121-12 an den jeweiligen Stegenden Abschnitte 125 entsprechend der in 3B gezeigten Ausführungsform. Weiterhin können die äußeren Stege 121-1 bis 121-12 im Bereich der Abschnitte 125, insbesondere an einer jeweiligen Stegverbindungsfläche 117-1 halbrund bzw. u-profilförmig ausgebildet sein und/oder entfernt von der jeweiligen Abschnitt 125 ein geschlossenes Profil, insbesondere ein Profil entsprechend der in 3A gezeigten Ausführungsform aufweisen. Die Stege 107-1 bis 107-6 und 121-1 bis 121-12 sind durch ein U-O-Formen in mehreren Pressformwerkzeugstufen jeweils aus einem einzigen Blech, insbesondere einem hochfesten Stahlblech hergestellt.
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3D zeigt eine schematische Perspektivansicht eines Gitters 105, mit den Stegen 107-1 bis 107-6 und den äußeren Stegen 121-1 bis 121-12. Die Stege 107-1 bis 107-6 und 121-1 bis 121-12 weisen einen rechteckigen Querschnitt auf. Die Stege 107-1 bis 107-6 sind parallel zueinander und quer, insbesondere in einem rechten Winkel, zu den äußeren Stegen 121-3 bis 121-6 und 121-9 bis 121-12 angeordnet. Die Stege 121-2 und 121-7 bilden Endstegstücke des Stegs 107-2 und sind mit dem Steg 107-2 einteilig gebildet. Die Stege 121-1 und 121-8 bilden Endstegstücke des Stegs 107-1 und sind mit dem Steg 107-1 einteilig gebildet. Die Stege 107-1 bis 107-6 und 121-1 bis 121-12 sind insbesondere Strangpressprofile.
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4 zeigt eine schematische Perspektivteilansicht der Batterieträgeranordnung 100 wobei das Gitter 105 durch die Stege 401-1, 401-2 und den Steg 403 gebildet ist. Die Stege 401-1, 401-2 entsprechen jeweils der in 3B gezeigten Ausführungsform, wobei der Steg 403 ein rechteckförmiges Profil aufweist. Der Deformationsrahmen 109 ist durch ein Hohlkammerprofil gebildet, welches mit der Aufnahmewanne 111 eine Teilformschlussverbindung bildet. Insbesondere kann die Aufnahmewanne 111 an dem Deformationsrahmen 109 verschraubt, vernietet und/oder verklemmt sein.
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Die Stege 401-1, 401-2 des Gitters 105 weisen endseitig jeweils einen Abschnitt 407-1, 407-2 auf, welche mit dem Rahmensteg 115-1 verbunden sind. Ferner sind die Abschnitte 407-1, 407-2 aus gebogenem Blech geformt und ein jeweiliger Abschnitt 407-1, 407-2 ist mit jeweils einem Steg 401-1,401-2 des Gitters 105 einteilig geformt.
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Die Aufnahmewanne 111 ist als Faltbauteil oder Tiefziehbauteil aus einem Blechzuschnitt gebildet und umfasst einen Boden 409, umlaufende Seitenwände 411-1, 411-2 sowie einen Fügeflansch 413. Der Deformationsrahmen 109 weist umlaufend angeordnete Rahmenstege 115-1, 115-2 auf, welche mit den Seitenwänden 411-1, 411-2 und dem Fügeflansch 413 der Aufnahmewanne 111 verbunden sind.
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Ferner weist der Deformationsrahmen 109 einen Bodenflansch 415 auf, welche den Boden 409 zumindest teilweise umschließt. Die Aufnahmewanne 111 liegt mittels des Bodens 409 auf dem Bodenflansch 415 auf.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Batterieträgeranordnung
- 101
- Kühlplatte
- 103
- Kühlplattenoberfläche
- 105
- Gitter
- 107-1
- Steg
- 107-2
- Steg
- 107-3
- Steg
- 107-4
- Steg
- 107-5
- Steg
- 107-6
- Steg
- 109
- Deformationsrahmen
- 111
- Aufnahmewanne
- 113
- Stegfläche
- 115-1
- Rahmensteg
- 115-2
- Rahmensteg
- 115-3
- Rahmensteg
- 115-4
- Rahmensteg
- 117-1
- Stegverbindungsfläche
- 117-2
- Stegverbindungsfläche
- 117-3
- Stegverbindungsfläche
- 117-4
- Stegverbindungsfläche
- 117-5
- Stegverbindungsfläche
- 117-6
- Stegverbindungsfläche
- 117-7
- Stegverbindungsfläche
- 117-8
- Stegverbindungsfläche
- 117-9
- Stegverbindungsfläche
- 117-10
- Stegverbindungsfläche
- 117-11
- Stegverbindungsfläche
- 117-12
- Stegverbindungsfläche
- 119
- Erhöhter Rand
- 121
- Steg
- 121-1
- Äußerer Steg
- 121-2
- Äußerer Steg
- 121-3
- Äußerer Steg
- 121-4
- Äußerer Steg
- 121-5
- Äußerer Steg
- 121-6
- Äußerer Steg
- 121-7
- Äußerer Steg
- 121-8
- Äußerer Steg
- 121-9
- Äußerer Steg
- 121-10
- Äußerer Steg
- 121-11
- Äußerer Steg
- 121-12
- Äußerer Steg
- 123
- Befestigungsvorsprung
- 125
- Abschnitt
- 127
- Vertiefungen
- 129
- Auflagesteg
- 301
- Stegauflagefläche
- 303-1
- Befestigungsaufnahmen
- 303-2
- Befestigungsaufnahmen
- 401-1
- Steg
- 401-2
- Steg
- 403
- Steg
- 407-1
- Abschnitt
- 407-2
- Abschnitt
- 409
- Boden
- 411-1
- Seitenwand
- 411-2
- Seitenwand
- 413
- Fügeflansch
- 415
- Bodenflansch
