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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batterieträger.
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Insbesondere bei elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen ist es oftmals üblich, eine als Traktionsbatterie dienende Batterie in einem unteren Bereich des betreffenden Fahrzeugs unterzubringen. Vor allem bei rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugen weisen derartige Batterien eine Vielzahl von Batteriezellen auf, um eine gewisse Reichweite überhaupt ermöglichen zu können. Für die Gewichtsverteilung solcher Fahrzeuge ist es vorteilhaft, wenn die als Traktionsbatterie dienende Batterie in einem unteren Bereich, beispielsweise im Bereich eines Fahrzeugunterbodens, angeordnet wird. Aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, derart angeordnete Batterien vor mechanischen Einwirkungen zu schützen, insbesondere im Hinblick auf mechanische Einwirkungen von unten.
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Die
DE 10 2016 115 647 B3 zeigt einen Batterieträger für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, welcher in einem Unterbodenbereich eines Kraftfahrzeugs untergebracht werden kann. Der Batterieträger weist einen wannenartigen Aufnahmeraum für die Batterie auf, der durch einen seitlichen Rahmen und einen Boden begrenzt ist. In einer Montagestellung weist eine Öffnung des wannenartigen Aufnahmeraums nach oben, sodass der Aufnahmeraum mit der Batterie bestückt werden kann. Nach dem Anordnen der Batterie im Batterieträger wird dieser um 180° umgedreht, sodass eine zuvor noch nach unten weisende Bodenaußenseite nach oben und die Öffnung des wannenartigen Aufnahmeraums nach unten weist. Dies entspricht dann der bestimmungsgemäßen Anordnung im Kraftfahrzeug. Danach wird ein Deckel von unten auf den Batterieträger aufgesetzt, um die Öffnung zu verschließen. Um einen Unterfahrschutz zu realisieren, ist es bei diesem Batterieträger vorgesehen, außenseitig am Deckel eine Lage mit einer Wölbstruktur und/oder Wabenstruktur vorzusehen. Im eingebauten Zustand des dort gezeigten Batterieträgers bildet die Lage mit der Wölbstruktur und/oder Wabenstruktur also eine untere Außenseite des Batterieträgers.
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Weiterhin ist aus der
CN 108 807 758 A eine Vorrichtung zum Schützen eines Fahrzeugbatteriepacks bekannt, welche eine Batteriebox mit einer unteren Stützplatte und einer oberen Stützplatte umfasst. Diese Stützplatten weisen jeweils Lüftungsöffnungen auf.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher eine Batterie eines Kraftfahrzeugs besonders zuverlässig, leicht und kostengünstig gegen mechanische Einwirkungen von unten geschützt werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Batterieträger mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind insbesondere in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Batterieträger für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs umfasst einen wannenartigen Aufnahmeraum für die Batterie, der durch einen seitlichen Rahmen und einen Boden begrenzt ist, dessen Bodenaußenseite in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batterieträgers im Kraftfahrzeug nach unten und dessen Bodeninnenseite nach oben weist. Um einen gleichermaßen steifen wie leichtgewichtigen und kosteneffizienten Unterfahrschutz für die aufzunehmende Batterie bereitzustellen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Batterieträger vorgesehen, dass an der Bodeninnenseite wenigstens eine Verstärkungsplatte angeordnet ist, die mehrere Materialaussparungen aufweist, wobei die Verstärkungsplatte schubfest mit der Bodeninnenseite verbunden ist.
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Bei der Batterie kann es insbesondere um eine Traktionsbatterie bzw. Hochvoltbatterie handeln, welche dazu dient, im betreffenden Kraftfahrzeug eine elektrische Antriebsmaschine mit Energie zu versorgen. In der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Batterieträgers kann dieser in einem unteren Bereich des betreffenden Kraftfahrzeugs angeordnet sein, beispielsweise in einer Aussparung in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs.
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Durch das Vorsehen der wenigstens einen Verstärkungsplatte muss der Boden des Batterieträgers selbst nicht besonders dick beziehungsweise hoch gestaltet sein. Die Verstärkungsplatte kann maßgeblich dazu beitragen, einen besonders zuverlässigen Unterfahrschutz für die aufzunehmende Batterie bereitzustellen. Dadurch, dass die Verstärkungsplatte mehrere Materialaussparungen aufweist, kann diese besonderes gewichts- und kosteneffizient ausgestaltet sein. Die Höhe des aus dem Boden des Batterieträgers und der Verstärkungsplatte des Batterieträgers hergestellten Bauteilverbunds wirkt sich insbesondere positiv auf das Flächenträgheitsmoment aus. Der aus dem Boden und der Verstärkungsplatte gebildete Verbund weist dadurch eine besonders hohe Festigkeit und insbesondere eine besonders hohe Biegesteifigkeit auf.
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Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass die Höhe des aus der Verstärkungsplatte und dem Boden gebildete Bauteilverbunds kubisch in das Flächenträgheitsmoment dieses Bauteilverbunds eingeht. Dadurch, dass die Verstärkungsplatte schubfest mit der Bodeninnenseite des Bodens verbunden ist, verhält sich der aus der Verstärkungsplatte und dem Boden gebildete Bauteilverbund wie ein einziges Bauteil, insbesondere im Hinblick auf Verformungen durch mechanische Krafteinwirkung. Der erfindungsgemäße Batterieträger kann dadurch einen besonders zuverlässigen, leichtgewichtigen und kosteneffizienten Unterfahrschutz für die aufzunehmende Batterie sicherstellen.
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Der Batterieträger kann beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung oder auch aus anderen metallischen Legierungen hergestellt sein. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Verstärkungsplatte und der Boden des Batterieträgers aus dem gleichen Material hergestellt sind, was die schubfeste Verbindung, beispielsweise durch Verschweißen, erleichtern kann. Je nach Materialauswahl sind aber auch andere Materialpaarungen möglich. Insbesondere wenn es sich um metallische Legierungen handelt, kann es vorgesehen sein, dass der Boden und die Verstärkungsplatte innerhalb der elektrochemischen Spannungsreihe nicht zu weit auseinanderliegen, sodass eine Kontaktkorrosion bei diesen Bauteilen verhindert werden kann. Es sind auch legierungsfremde Paarungen möglich, wenn diese entsprechend behandelt worden sind, z.B. über eine kathodische Tauchlackierung.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Aufnahmeraum in mehrere Aufnahmebereiche unterteilt ist, die dazu ausgelegt sind, jeweilige Batteriezellen und/oder jeweilige Batteriemodule mit mehreren Batteriezellen aufzunehmen, wobei je Aufnahmebereich jeweilige Verstärkungsplatten, die mehrere Materialaussparungen aufweisen, angeordnet und schubfest mit der Bodeninnenseite verbunden sind. Je Aufnahmebereich wird dadurch ein besonders zuverlässiger, leichtgewichtiger und kostengünstiger Unterfahrschutz für die aufzunehmenden Batteriezellen beziehungsweise Batteriemodule realisiert. Der Aufnahmeraum kann durch Trennelemente, beispielsweise in Form von Metallprofilen, in die jeweiligen Aufnahmebereiche unterteilt sein. Die Unterteilung kann fertigungstechnisch beispielsweise zuerst erfolgen, wonach die jeweiligen Verstärkungsplatten angebracht werden.
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Alternativ oder zusätzlich ist es vorgesehen, dass die wenigstens eine Verstärkungsplatte lokal unterschiedliche mechanische Eigenschaften aufweist und/oder dass die Verstärkungsplatten sich in Abhängigkeit von ihrer Positionierung am Batterieträger hinsichtlich ihrer mechanischen Eigenschaften voneinander unterscheiden. Die wenigstens eine Verstärkungsplatte kann also an unterschiedlichen Stellen der Verstärkungsplatte z.B. unterschiedliche Steifigkeiten und/oder Festigkeiten aufweisen. Beim Einsatz mehrerer Verstärkungsplatten können diese sich je nach Positionierung am Träger hinsichtlich ihrer Steifigkeiten und/oder Festigkeiten voneinander unterscheiden. Die Verstärkungsplatten können beispielsweise aus verschiedenen Elementen unterschiedlicher metallischer oder geometrischer Ausgestaltung ausgeführt sein. Auch kann die Größe der Materialaussparungen beispielsweise lokal variiert werden. Dadurch können Bereiche besonders hoher Belastung anders ausgestaltet werden als Bereiche niedriger Belastung. So ist es möglich, eine Anpassung an die lokal auftretenden bzw. zu erwartenden Belastungen vorzunehmen und gleichzeitig eine Gewichtsoptimierung zu erzielen.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass die Verstärkungsplatte höher als der Boden ist. Mit anderen Worten weist die Verstärkungsplatte also eine größere Materialstärke als der Boden auf. Da die Versteifungswirkung, wie bereits erwähnt, maßgeblich durch die Höhe des Verbunds, der aus der Verstärkungsplatte und dem Boden gebildet wird, beeinflusst wird, trägt in dem Fall die Verstärkungsplatte, welche die Materialaussparungen aufweist, besonders stark zur Steifigkeit bei. Da die Verstärkungsplatte die besagten Materialaussparungen aufweist, kann diese trotz ihrer hohen Versteifungswirkung mit relativ wenig Materialeinsatz und somit auch mit einem relativ geringen Gewicht hergestellt werden. Beispielsweise ist es möglich, dass die Verstärkungsplatte bezogen auf die Hochrichtung des Batterieträgers zwei bis dreimal höher ist als der Boden, also eine zwei bis dreimal höhere Materialstärke aufweist. Andere Verhältnismäßigkeiten hinsichtlich der Materialstärke beziehungsweise Materialhöhe zwischen Verstärkungsplatte und Boden sind ebenfalls möglich. Wesentlich ist, dass die Verstärkungsplatte höher ist als der Boden, also eine größere Materialstärke aufweist. Dadurch lässt sich ein besonders guter Unterbodenschutz realisieren, der zudem mit einem geringen Materialeinsatz und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verstärkungsplatte stoffschlüssig mit der Bodeninnenseite verbunden ist. Beispielsweise kann die Verstärkungsplatte mit der Bodeninnenseite des Bodens verlötet, verschweißt oder auch verklebt sein. Andere stoffschlüssige Verbindungen sind ebenfalls möglich. Durch die stoffschlüssige Verbindung der Verstärkungsplatte mit der Bodeninnenseite können die beiden Elemente besonders zuverlässig schubfest miteinander verbunden werden. In Folge dessen verhält sich der aus der Verstärkungsplatte und dem Boden gebildete Bauteilverbund bei mechanischen Krafteinwirkungen zumindest im Wesentlichen wie ein einziges Bauteil.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Materialaussparungen der Verstärkungsplatte in Form einer Perforation ausgebildet sind. Mit anderen Worten weist die Verstärkungsplatte eine Durchlochung auf, wodurch die besagten Materialaussparungen gebildet sind. Die Perforierung bildende Löcher, insbesondere Durchgangslöcher, können regelmäßig, aber auch unregelmäßig angeordnet sein. Die Anzahl, Form und Größe der Löcher kann je nach Randbedingungen variiert werden. Die Perforation muss mit anderen Worten nicht zwangsläufig regelmäßig beziehungsweise gleichmäßig sein, kann es aber.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verstärkungsplatte eine durch die Materialaussparungen definierte Gitterstruktur aufweist. Die Gitterstruktur kann beispielsweise eine regelmäßige Gitterstruktur sein, genauso ist es aber auch möglich, dass die Gitterstruktur unregelmäßig ist. Eine solche Gitterstruktur lässt sich besonders einfach herstellen, sodass die Verstärkungsplatte als solche besonders kostengünstig und mit einem geringen Gewicht hergestellt werden kann.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass jeweilige Vertikalstreben der Gitterstruktur mittels jeweiliger Kehlnähte mit der Bodeninnenseite verschweißt sind. Im Bereich der Löcher beziehungsweise Durchlochung der Gitterstruktur ist es also vorgesehen, die Verstärkungsplatte mittels jeweiliger Kehlnähte, z.B. durch Laserschweißen oder mittels anderer Schweißverfahren, mit der Bodeninnenseite zu verschweißen. Dadurch kann die als Gitterstruktur ausgebildete Verstärkungsplatte besonders schubfest mit der Bodeninnenseite verbunden werden.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst den erfindungsgemäßen Batterieträger oder eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batterieträgers, wobei der Batterieträger in einem unteren Fahrzeugbereich angeordnet ist. Dabei kann die Bodenaußenseite des Batterieträgers beispielsweise unverkleidet sein, kann aber auch mit einer Verkleidung versehen sein, die einen zusätzlichen Unterfahrschutz bieten kann.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Perspektivansicht eines teilweise dargestellten Batterieträgers für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, der einen wannenartigen Aufnahmeraum aufweist, welcher in mehrere Aufnahmebereiche unterteilt ist, wobei an einer Bodeninnenseite eine Verstärkungsplatte mit mehreren Materialaussparungen angeordnet ist;
- 2 eine schematische Querschnittsansicht, die einen aus einem Boden des Batterieträgers und der Verstärkungsplatte gebildeten Bauteilverbund zeigt.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Batterieträger 10 für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs ist teilweise in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Der Batterieträger 10 weist einen wannenartigen Aufnahmeraum 12 auf, der in mehrere Aufnahmebereiche 14 unterteilt ist, die dazu ausgelegt sind, jeweilige hier nicht näher dargestellte Batteriezellen und/oder jeweilige Batteriemodule mit mehreren Batteriezellen aufzunehmen. Der Aufnahmeraum 12 ist durch einen seitlichen Rahmen 16 und durch einen Boden 18 begrenzt. Die jeweiligen Aufnahmeräume 14 werden durch Trennelemente 20 voneinander abgetrennt beziehungsweise unterteilt. Der seitliche Rahmen 16 und die Trennelemente 20 können beispielsweise aus Aluminiumlegierungen oder auch aus anderen Materialien bestehen. Der Boden 18 des Batterieträgers 10 kann ebenfalls beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung, aus einem Stahl oder auch aus anderen Materialien bestehen.
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Gemäß der vorliegenden Darstellung ist an einer Bodeninnenseite 22 des linken Aufnahmebereichs 14 eine Verstärkungsplatte 24 angeordnet, die mehrere Materialaussparungen aufweist. Die Verstärkungsplatte 24 ist schubfest mit der Bodeninnenseite 22 verbunden. Abweichend von der vorliegenden Darstellung ist im fertig hergestellten Zustand des Batterieträgers 10 jeder der Aufnahmebereiche 14 mit jeweiligen Verstärkungsplatten 24 versehen, die schubfest mit der Bodeninnenseite 22 verbunden sind.
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In 2 ist ein nicht näher bezeichneter Bauteilverbund gezeigt, der aus dem Boden 18 und einer der Verstärkungsplatten 24 gebildet ist. Wie zu erkennen, ist die Verstärkungsplatte 24 höher als der Boden 18. Im vorliegend gezeigten Fall ist die Verstärkungsplatte 24 stoffschlüssig mit der Bodeninnenseite 22 verbunden. Eine Bodenaußenseite 26 des Bodens 18 weist in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batterieträgers 10 im betreffenden Kraftfahrzeug nach unten, wobei die Bodeninnenseite 22 nach oben, also in Richtung eines Fahrgastraums, weist.
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Im vorliegend gezeigten Fall sind die Materialaussparungen der Verstärkungsplatte 24 in Form einer Perforation ausgebildet. Konkret weist die Verstärkungsplatte 24 eine durch die Materialaussparungen definierte Gitterstruktur auf, was in 1 gut zu erkennen ist. Jeweilige Vertikalstreben 28 der Gitterstruktur der Verstärkungsplatte 24 sind mittels jeweiliger Kehlnähte 30 mit der Bodeninnenseite 22 verschweißt. Dadurch ist die Verstärkungsplatte 24 besonders schubfest mit der Bodeninnenseite 22 des Bodens 18 verbunden. Der aus der Verstärkungsplatte 24 und dem Boden 18 gebildete Bauteilverbund verhält sich also bei mechanischen Krafteinwirkungen im Wesentlichen wie ein einziges Bauteil.
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Die Bodenplatte 18 kann relativ dünnwandig gestaltet sein, da die mechanische Festigkeit beziehungsweise Steifigkeit maßgeblich durch die jeweiligen Verstärkungsplatten 24 bestimmt wird. Trotz der vorgesehenen Materialaussparungen kann aufgrund der Höhe der Verstärkungsplatten 24 ein besonders hohes Flächenträgheitsmoment und somit eine besonders hohe Biegesteifigkeit und Festigkeit bei dem Batterieträger 10 erzielt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterieträger
- 12
- Aufnahmeraum
- 14
- Aufnahmebereiche des Aufnahmeraums
- 16
- seitlicher Rahmen
- 18
- Boden
- 20
- Trennelement
- 22
- Bodeninnenseite
- 24
- Verstärkungsplatte
- 26
- Bodenaußenseite
- 28
- Vertikalstreben
- 30
- Kehlnähte
