DE102019206646A1

DE102019206646A1 - Energiespeichergehäuseanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019206646A1
Application number: DE102019206646.1A
Authority: DE
Inventors: Julius Rausch; Felix Diebold; Martin Kothmann
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2019-05-08
Publication date: 2020-11-12
Also published as: CN113710533A; US20220212530A1; WO2020224954A1; EP3966066A1

Abstract

Energiespeichergehäuseanordnung für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend ein Energiespeichergehäuse (3)und einen unterseitig an dem Energiespeichergehäuse (3) befestigten Unterfahrschutz (5), der Unterfahrschutz (5) eine Sandwichanordnung (10) mit einer oberen Deckplatte (11) an seiner zu dem Energiespeichergehäuse (3) weisenden Oberseite und einer unteren Deckplatte (12) an seiner Unterseite umfasst, wobei zwischen der oberen Deckplatte (11) und der unteren Deckplatte (12) ein Füllmittel (13) angeordnet ist und die Oberseite der Sandwichanordnung (10) über Stege oder Rippen (14) profiliert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichergehäuseanordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Energiespeichergehäuse und einen unterseitig an dem Energiespeichergehäuse befestigten Unterfahrschutz. Die Erfindung betrifft ferner einen Unterfahrschutz für eine Energiespeichergehäuseanordnung sowie ein Kraftfahrzeug.
Unterfahrschutze sind typischerweise monolithisch respektive einstückig ausgebildete, insbesondere aus Metall oder Kunststoff gefertigte, Bauteile, wobei bei Elektro- beziehungsweise Hybridfahrzeugen diese häufig an einem Energiespeichergehäuse einer Unterflurbatterie befestigt sind. Unterfahrschutze dienen dazu, in dem Energiespeichergehäuse aufgenommene Energiespeicher respektive HV-Module zu schützen, insbesondere hinsichtlich etwaiger mechanischer Belastungen bei Unfällen oder dergleichen. So geht vor allem von Energiespeichern des Kraftfahrzeugs im Beschädigungsfall eine hohe Brandgefahr aus, weshalb diese vor mechanischen Belastungen und hieraus potentiell resultierenden Beschädigungen geschützt werden sollten. Unterfahrschutze werden bei Kraftfahrzeugen ferner verwendet, um zu verhindern, dass bei einem Zusammenstoß mit einem weiteren Verkehrsteilnehmer, insbesondere mit einem anderen Kraftfahrzeug oder einem Fußgänger, dieser unter das Kraftfahrzeug gerät. Unterfahrschutze dienen mithin dazu, potentiell schwere Verletzungen des weiteren Verkehrsteilnehmers und/oder Beschädigungen des Kraftfahrzeugs zu vermeiden.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe kann darin gesehen werden, ein verbessertes Konzept für einen Unterfahrschutz anzugeben, insbesondere hinsichtlich einer Verbesserung der mechanischen Eigenschaften.
Die Aufgabe wird bei einer Energiespeichergehäuseanordnung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass der Unterfahrschutz eine Sandwichanordnung mit einer oberen Deckplatte an seiner zu dem Energiespeichergehäuse weisenden Oberseite und einer unteren Deckplatte an seiner Unterseite umfasst, wobei zwischen der oberen Deckplatte und der unteren Deckplatte ein Füllmittel angeordnet ist und die Oberseite der Sandwichanordnung über Stege oder Rippen profiliert ist.
Das Energiespeichergehäuse weist typischerweise eine Grundplatte respektive einen Gehäuseboden auf, woran sich, bevorzugt vier, Seitenwände des Energiespeichergehäuses anschließen, die typischerweise senkrecht auf der Grundplatte stehen und über Schrauben oder anderen geeigneten Befestigungsmitteln an dieser befestigt sein können. Nach oben hin ist das Energiespeichergehäuse bevorzugt über einen Gehäusedeckel, der gleichermaßen wie die Grundplatte bevorzugt mit den Seitenwänden verschraubt ist, verschlossen. Innerhalb des Energiespeichergehäuses sind Energiespeicher respektive Akkumulatoren aufgenommen, die zur Speicherung der zum Antrieb des, insbesondere als Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildeten, Kraftfahrzeugs dienen.
Der Unterfahrschutz ist zumindest dreischichtig ausgebildet, wobei zwischen der oberen Deckplatte und der unteren Deckplatte, die bevorzugt den Unterfahrschutz jeweils nach außen hin begrenzen, das Füllmittel vorgesehen ist. Die Stege oder Rippen stellen quasi verstärkte längliche Bereiche des Unterfahrschutzes dar, wodurch letztlich die Biegesteifigkeit des Unterfahrschutzes erhöht wird. Durch diese Optimierung der Topologie des Unterfahrschutzes bzw. der Energiespeichergehäuseanordnung wird eine verbesserte Energieaufnahme bei schlagartigen Lastfällen, insbesondere in Crashsituationen respektive bei Unfällen, bewirkt.
Konkret können die Stege oder Rippen durch eine entsprechende geometrische Form der oberen Deckplatte realisiert werden, wobei diese Form und die geometrische Form des Füllmittels aneinander angepasst sein können. So kann die obere Deckplatte, zumindest abschnittsweise, z.B. länglich respektive rinnenartig geformte Ausbuchtungen aufweisen, die dem Energiespeichergehäuse oder, genauer gesagt, der Grundplatte des Energiespeichergehäuses zugewandt sind und die die Stege oder Rippen ausbilden. Die untere Deckplatte ist bevorzugt eben ausgebildet, um die aerodynamischen Eigenschaften der Energiespeichergehäuseanordnung bzw. des zugehörigen Kraftfahrzeugs zu optimieren, insbesondere um den c_w-Wert zu verkleinern.
Die obere Deckplatte ist besonders bevorzugt, auch hinsichtlich der Stege oder Rippen, als ein einteiliges Werkstück vorgesehen. Ferner kann die Sandwichanordnung umfassend die obere Deckplatte, das Füllmittel und die untere Deckplatte als ein werkzeugfallendes Bauteil vorgesehen sein, das heißt, dieses Bauteil ist über entsprechend geformte Werkzeuge in einem einzigen Schritt herstellbar.
Bei der erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuseanordnung kann vorgesehen sein, dass der Unterfahrschutz im Bereich der Stege oder Rippen an wenigstens einem innerhalb des Energiespeichergehäuses angeordneten und zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Energiespeichergehäuses vorgesehenen Verstärkungselements und/oder an wenigstens einer Seitenwand des Energiespeichergehäuses befestigt ist. Die Topologie des Energiespeichergehäuses sowie die des Unterfahrschutzes können also derart aneinander angepasst sein, dass eine bessere Abstützung des Unterfahrschutzes an der Trägerstruktur des Energiespeichergehäuses bewirkt wird.
So werden im Crashfall beziehungsweise allgemein in dem Fall, wenn der Unterfahrschutz einer Kraftbeaufschlagung ausgesetzt ist, die hierbei wirkenden Kräfte von dem Unterfahrschutz möglichst direkt und mithin effizient auf das Verstärkungselement des Energiespeichergehäuses übertragen, was eine optimierte Energieaufnahme der Energiespeichergehäuseanordnung bewirkt. Eine derartig vorteilhafte Kräfteübertragung wird auch in dem Fall bewirkt, wenn die Stege oder Rippen des Unterfahrschutzes an der Seitenwand des Energiespeichergehäuses befestigt ist. Eine ohnehin bereits vorhandene Struktur wird mithin derart mit dem Unterfahrschutz wirkverbunden, dass hieraus eine Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Energiespeichergehäuseanordnung in synergetischer Weise resultiert.
Das wenigstens eine Verstärkungselement kann ein, zumindest abschnittsweise entlang der Grundplatte des Energiespeichergehäuses verlaufender, sich insbesondere zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Energiespeichergehäuses erstreckender, Träger des Energiespeichergehäuses sein. Der Träger, der beispielsweise ein Längs- und/oder Querträger sein kann, dient dazu, die Festigkeit des Energiespeichergehäuses zu erhöhen und somit die in dem Gehäuse aufgenommenen Energiespeicher bei Crashs respektive Unfällen vor mechanischen Belastungen und hieraus gegebenenfalls resultierenden Beschädigungen zu schützen.
Bevorzugt erstreckt sich der Träger über die komplette Höhe des Energiespeichergehäuses, also von der Grundplatte bis zu dem Gehäusedeckel, und ist hieran befestigt. Ferner erstreckt sich der Träger bevorzugt komplett zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden des Energiespeichergehäuses und ist gegebenenfalls ebenfalls an diesen befestigt. Der Träger kann einen rechteckigen Querschnitt mit einem Voll- oder Hohlprofil aufweisen. Weiterhin kann der Träger aus Metall, insbesondere aus Stahl oder Aluminium, alternativ auch aus Kunststoff oder anderen geeigneten Werkstoffen bestehen. Bevorzugt ist eine Mehrzahl von Trägern vorgesehen, die rechteckige beziehungsweise quaderförmige Aufnahmebereiche für die in dem Energiespeichergehäuse aufgenommenen Energiespeicher ausbilden.
Jeder Steg oder jede Rippe kann an einem jeweils unterschiedlichen Träger des Energiespeichergehäuses befestigt sein. Bevorzugt verlaufen die Längsachsen der Stege oder Rippen im Wesentlichen parallel zu den Längsachsen der Träger, wenn diese aneinander befestigt sind.
Bei der erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuseanordnung kann vorgesehen sein, dass mehrere Schrauben, Buchsen und/oder Nieten die Sandwichanordnung und die oder eine Grundplatte des Energiespeichergehäuses durchsetzen und an dem Träger befestigt sind. Der Träger kann hierbei Bohrungen mit entsprechenden Gewinden aufweisen, in die die Schrauben in dem befestigten Zustand eingreifen. Der Unterfahrschutz kann also letztendlich lediglich mittels der Schrauben, Buchsen und/oder Nieten an den Trägern befestigt werden. Die untere Deckplatte kann hierbei Senklöcher zur Aufnahme der Köpfe der Schrauben und/oder Nieten aufweisen.
Bevorzugt ist vorgesehen, dass zwischen dem Unterfahrschutz und dem Energiespeichergehäuse wenigstens eine mit wenigstens einem in dem Energiespeichergehäuse aufgenommenen Energiespeicher in thermischem Kontakt stehende Kühlvorrichtung, umfassend insbesondere wenigstens eine Kühlplatte, angeordnet ist. Typischerweise generieren die Energiespeicher, insbesondere während eines Lade- oder Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs, Wärme, die abgeführt werden muss. Zu diesem Zweck kann die Kühlvorrichtung in thermischem Kontakt mit der Grundplatte des Energiespeichergehäuses stehen, wobei die Grundplatte typischerweise aus Metall besteht und mithin eine gute Wärmeleitfähigkeit aufweist, wobei die Grundplatte wiederum mit dem Energiespeicher in thermischem Kontakt stehen kann. Durch den Unterfahrschutz der erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuseanordnung wird zudem die Kühlvorrichtung, gleichermaßen wie die Energiespeicher, vor Beschädigung im Crashfall geschützt, zumal ein Auslaufen des gegebenenfalls umweltschädlichen Kühlfluids vermieden werden sollte.
Die Kühlvorrichtung kann beabstandet zu dem Unterfahrschutz beziehungsweise der oberen Deckplatte des Unterfahrschutzes angeordnet sein, wobei zwischen diesen Komponenten bevorzugt ein Luftpolster als thermische Isolierung ausgebildet ist. Hierdurch wird, insbesondere bei hohen Außentemperaturen, bewirkt, dass die durch die Kühlvorrichtung bereitgestellte Kühlleistung nicht unnötig über den Unterfahrschutz nach außen abgegeben wird. Zur Befestigung der Kühlplatten an dem Energiespeichergehäuse können beispielsweise Schraubverbindungen oder dergleichen vorgesehen sein. Der Abstand zwischen den Kühlplatten und der Sandwichanordnung kann hierbei, sofern die Sandwichanordnung zwischen den Stegen oder Rippen jeweils eine konstante Höhe aufweist, gleichermaßen konstant sein. Alternativ ist es möglich, dass die Sandwichanordnung in den Bereichen zwischen jeweils zwei Stegen oder Rippen gebogen ausgeführt ist, also mithin eine, in geschnittener Ansicht, brückenartige Struktur aufweist.
Die Kühlvorrichtung, insbesondere die wenigstens eine Kühlplatte, ist hierbei bevorzugt ein Teil eines Kühlkreislaufs respektive Kühlsystems, in dem ein Kühlfluid zirkuliert. Die Kühlvorrichtung kann zu diesem Zweck mit das Kühlfluid führenden Kühlleitungen verbunden sein, wobei der Unterfahrschutz entsprechende Aussparungen zur Hindurchführung der Kühlleitungen aufweisen kann. Die Kühlleitungen verlaufen hierbei bevorzugt parallel zum Unterfahrschutz respektive zur Sandwichanordnung.
Die Sandwichanordnung kann wenigstens zwei Stege oder Rippen aufweisen, wobei die Kühlvorrichtung zwischen zwei Stegen oder Rippen angeordnet ist und sich zumindest über die Hälfte, bevorzugt über zwei Drittel, des Abstands zwischen den Stegen oder Rippen erstreckt. Hierbei wird der zwischen zwei Stegen oder Rippen ohnehin vorhandene freie Bauraum äußerst effizient genutzt. Zudem sollte die Kühlvorrichtung bzw. die Kühlplatten mit einer möglichst großen Fläche des Energiespeichergehäuses in thermischem Kontakt stehen, um einen möglichst effizienten Wärmefluss zwischen den Energiespeichern und der Kühlvorrichtung zu gewährleisten. Für den Fall, dass mehr als zwei Stege oder Rippen vorgesehen sind, kann bevorzugt zwischen zwei benachbarten Stegen oder Rippen jeweils eine Kühlvorrichtung angeordnet sein.
Weiterhin kann für die erfindungsgemäße Energiespeichergehäuseanordnung vorgesehen sein, dass das Füllmittel ein thermisches Isolationsmaterial, insbesondere ein Füllschaum, ist. Das Füllmittel leistet hierbei nicht nur einen Beitrag zu der bereits erläuterten Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Energiespeichergehäuseanordnung, sondern dient zudem in synergetischer Art und Weise dazu, dass konkrete weitere Maßnahmen, die eine thermische Entkopplung zwischen dem Energiespeichergehäuse und dem Unterfahrschutz bewirken, entfallen. Beispielsweise zwischen diesen Bauteilen angeordnete, als separate Bauteile ausgebildete, Isolationsmittel beziehungsweise -bauteile sind in dieser Ausführungsform nicht mehr erforderlich. Dies ist insbesondere bei vergleichsweise hohen Außentemperaturen vorteilhaft, bei denen ein Wärmeübertrag von außen über den Unterfahrschutz zum Energiespeichergehäuse möglichst gering gehalten werden sollte.
Das Füllmaterial kann beispielsweise ein Kunststoff, insbesondere ein Polyethylenterephthalat (PET), ein Polyurethan (PUR) oder ein Polymethacrylimid (PMI) oder dergleichen, sein. Das Füllmittel kann ein urgeformtes Bauteil sein oder als Plattenware vorliegen. Die Plattenware kann mit einer lokalen Überpressung, die durch das zur Herstellung des Füllmittels genutzte Werkzeug eingeprägt wurde, versehen sein, wodurch beispielsweise Ausnehmungen des Füllmittels für die Schraubenköpfe der Kühlplatten oder dergleichen realisiert sind.
Die obere Deckplatte und/oder die untere Deckplatte kann aus einem Kunststoff und/oder faserverstärkt sein. Im Gegensatz zu beispielsweise metallischen Werkstoffen weisen Kunststoffe eine geringere Dichte auf, wodurch sich eine leichtere Bauweise der Energiespeichergehäuseanordnung realisieren lässt. Durch die Faserverstärkung kann die Energiespeichergehäuseanordnung mechanisch noch weiter verstärkt werden.
Als Werkstoffe für die obere Deckplatte und/oder die untere Deckplatte können Kunststoffe vorgesehen sein. Für den Fall, dass hierfür thermoplastische Kunststoffe verwendet werden, kann als Fertigungsprozess beispielsweise ein Spritzgussverfahren, ein Hinterspritzen von thermoplastischen Halbzeugen (Organobleche oder dergleichen) oder ein Fließpressen langfaserverstärkter Thermoplaste vorgesehen sein. Die obere Deckplatte und/oder die untere Deckplatte kann auch aus einem duroplastischen Kunststoff gefertigt sein, wobei als Fertigungsverfahren hier Nasspressen, ein Injektionsverfahren, Pultrusion oder ein Fließpressen eines SMCs (Sheet Molding Compound) vorgesehen sein kann.
Die Fasern können beispielsweise Glasfasern, Kohlenstofffasern oder Naturfasern sein. Die Fasern können als textile Halbzeuge, insbesondere Gelege, Gewebe, Vliese, oder in Form Sheet Molding Compound-Pressmassen, vorgesehen sein. Die Fasern können kontinuierliche oder diskontinuierliche Fasern sein. Die Deckplatten können zudem durch flache Verstärkungselemente, sogenannte Patches, verstärkt werden. Ferner ist denkbar, dass zumindest ein Teil der Fasern unidirektional ausgerichtet sind.
Bei der Energiespeichergehäuseanordnung kann vorgesehen sein, dass das Füllmittel nur in dem zum Energiespeichergehäuse benachbarten Bereich der Sandwichanordnung zwischen der oberen Deckplatte und der unteren Deckplatte angeordnet ist, und ansonsten, insbesondere in einem seitlich über das Energiespeichergehäuse hinausragenden Bereich, die obere Deckplatte und die untere Deckplatte unmittelbar miteinander in Kontakt stehen oder die Sandwichanordnung nur noch die obere Deckplatte oder die untere Deckplatte umfasst. Die vorteilhaften Wirkungen der Sandwichstruktur, insbesondere die verbesserte Kraftübertragung beziehungsweise die thermische Isolation, sind hauptsächlich im Kontaktbereich des Unterfahrschutzes mit dem Batteriegehäuse erforderlich. Außerhalb dieses Bereichs kann aus ökonomischen Gründen, insbesondere um Gewicht sowie Material einzusparen, das Füllmaterial weggelassen werden, wobei in diesem Bereich die obere Deckplatte bevorzugt mit der unteren Deckplatte unmittelbar in Kontakt steht und diese dort aneinander befestigt sind. Alternativ kann auch lediglich die obere Deckplatte beziehungsweise die untere Deckplatte in dem seitlich über das Energiespeichergehäuse hinausragenden Bereich (also in dem Bereich, der eine Fortsetzung der Sandwichebene darstellt) vorgesehen sein, wobei die jeweils andere Deckplatte stirnseitig auf die Ebene der jeweils anderen Deckplatte stößt.
Die Erfindung betrifft ferner einen Unterfahrschutz für eine Energiespeichergehäuseanordnung gemäß der obigen Beschreibung, wobei, bezogen auf seinen an einem Energiespeichergehäuse befestigten Zustand, der Unterfahrschutz eine Sandwichanordnung mit einer oberen Deckplatte an seiner zu dem Energiespeichergehäuse weisenden Oberseite und einer unteren Deckplatte an seiner Unterseite umfasst, wobei zwischen der oberen Deckplatte und der unteren Deckplatte ein Füllmittel angeordnet ist und die Oberseite der Sandwichanordnung über Stege oder Rippen profiliert ist. Sämtliche Vorteile und Merkmale betreffend die Energiespeichergehäuseanordnung sind auf den Unterfahrschutz anwendbar und umgekehrt.
Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Füllmittel ein thermisches Isolationsmaterial, insbesondere ein Füllschaum ist.
Die obere Deckplatte und/oder die untere Deckplatte kann aus einem Kunststoff und/oder faserverstärkt sein.
Bei dem erfindungsgemäßen Unterfahrschutz kann vorgesehen sein, dass das Füllmittel nur in dem zum Energiespeichergehäuse benachbarten Bereich der Sandwichanordnung zwischen der oberen Deckplatte und der unteren Deckplatte angeordnet ist, und ansonsten, insbesondere in einem seitlich über das Energiespeichergehäuse hinausragenden Bereich, die obere Deckplatte und die untere Deckplatte unmittelbar miteinander in Kontakt stehen oder die Sandwichanordnung nur noch die obere Deckplatte oder die untere Deckplatte umfasst.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, umfassend eine Energiespeichergehäuseanordnung gemäß der oberen Beschreibung. Sämtliche Vorteile und Merkmale betreffend die Energiespeichergehäuseanordnung sowie den Unterfahrschutz sind auf den Unterfahrschutz anwendbar und umgekehrt.
Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:

1 eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs,
2 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Energiespeichergehäuseanordnung, und
3 eine Explosionsdarstellung einer Sandwichanordnung eines erfindungsgemäßen Unterfahrschutzes.

Das in 1 dargestellte Kraftfahrzeug 1 weist eine Energiespeichergehäuseanordnung 2, umfassend ein Energiespeichergehäuse 3, mehrere in dem Energiespeichergehäuse 3 aufgenommene Energiespeicher 4 und einen unterseitig an dem Energiespeichergehäuse 3 befestigten Unterfahrschutz 5 auf. Die im Inneren des Energiespeichergehäuses 3 aufgenommenen Energiespeicher 4 sind über elektrische Verbindungsmittel mit einem als Elektromotor ausgeführten Antriebsmotor 22 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Das in 1 dargestellte Koordinatensystem definiert die x-Achse als Fahrzeuglängsachse, die y-Achse als Fahrzeugquerachse und die z-Achse als Fahrzeughochachse.
2 zeigt eine geschnittene Ansicht durch die Energiespeichergehäuseanordnung 2, wobei die Schnittebene in der y-z-Ebene verläuft. Das Energiespeichergehäuse 3 umfasst einen Gehäuseboden 6, an den sich vier Seitenwände 21 senkrecht nach oben, also in z-Richtung, erstrecken. Abgeschlossen wird das Energiespeichergehäuse 3 durch den Gehäusedeckel 7, der zu diesem Zweck exemplarisch mit den Seitenwänden 21 sowie mehreren als Trägern 8 ausgebildeten Verstärkungselementen 9 des Energiespeichergehäuses 3 verschraubt ist. Die Träger 8 sind exemplarisch in Fahrzeuglängsrichtung, also in x-Richtung verlaufende, Längsträger, die sich über die gesamte Höhe des Energiespeichergehäuses 3, also zwischen dem Gehäuseboden 6 und dem Gehäusedeckel 7, sowie zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden 21 des Energiespeichergehäuses 3 erstrecken. Die Träger 8 sind hierbei mit dem Gehäuseboden 6, dem Unterfahrschutz 5, worauf später noch im Detail eingegangen wird, sowie mit dem Gehäusedeckel 7 verschraubt. Die Träger 8 bilden eine quaderförmige Aufnahmestruktur für die Energiespeicher 4, die in die hierbei entstehenden Aufnahmefäeher bei der Montage eingesetzt und ebenfalls mit den Trägern 8 verschraubt werden. Durch die Träger 8 wird also letztendlich die mechanische Festigkeit des Energiespeichergehäuses 3 verstärkt.
Der Unterfahrschutz 5 weist eine Sandwichanordnung 10 mit einer oberen Deckplatte 11 und einer unteren Deckplatte 12 auf. Die obere Deckplatte 11 ist an der dem Energiespeichergehäuse 3 respektive dem Gehäuseboden 6 zugewandten Seite, also der Oberseite, des Unterfahrschutzes 5 angeordnet. Zwischen der oberen Deckplatte 11 und der unteren Deckplatte 12 ist ein, exemplarisch als ein thermisches Isolationsmaterial, insbesondere ein Füllschaum ausgebildetes, Füllmittel 13 angeordnet. Ferner weist die Oberseite der Sandwichanordnung 10 eine über Stege oder Rippen 14 ausgebildete Profilierung auf. Die Stege oder Rippen 14 verlaufen, gleichermaßen wie die Träger 8, exemplarisch in Fahrzeuglängsrichtung, das heißt in x-Richtung. Die Sandwichanordnung 10 weist mithin im Bereich der Stege oder Rippen 14 eine, bezüglich der z-Richtung, größere Höhe auf als im restlichen Bereich. Die rinnenartige geometrische Struktur der oberen Deckplatte 11 realisiert mithin die Stege oder Rippen 14 der Sandwichanordnung 10. Die untere Deckplatte 12 ist als eine ebene Platte ausgebildet. Eine Explosionsdarstellung der Sandwichanordnung 10 ist in 3 dargestellt.
Der Unterfahrschutz 5 dient dazu, die in dem Energiespeichergehäuse 3 aufgenommenen Energiespeicher 4 vor mechanischen Belastungen und hieraus gegebenenfalls resultierenden Beschädigungen, insbesondere bei Belastungsfällen wie beispielsweise Unfällen, zu schützen. Der Unterfahrschutz 5 dient ferner dazu, dass bei einem Zusammenstoß des Kraftfahrzeugs 1 mit einem Objekt, insbesondere mit einem anderen Kraftfahrzeug, einem Fußgänger oder einem Tier, das Objekt nicht unter das Kraftfahrzeug 1 gerät, wodurch schwerste Verletzungen vermieden werden können. Dadurch, dass der Unterfahrschutz 5 nicht wie bei bisherigen Systemen monolithisch respektive einstückig, insbesondere als metallisches Blech, ausgebildet ist, sondern stattdessen die Sandwichanordnung 10 mit den Stegen oder Rippen 14 umfasst, wird hierdurch eine Erhöhung der Biegefestigkeit des Unterfahrschutzes 5 respektive der Energiespeicheranordnung 2 bewirkt. Diese Optimierung der Topologie des Unterfahrschutzes 5 bewirkt mithin eine verbesserte Energieaufnahme bei schlagartigen Lastfällen, insbesondere bei Crashs bzw. Unfällen.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich wird, ist der Unterfahrschutz 5 im Bereich der Stege oder Rippen 14 an den als Trägern 8 ausgebildeten Verstärkungselementen 9 befestigt. Ferner ist der Unterfahrschutz 5 an seinen beiden, in 2 nicht dargestellten, seitlichen Stegen oder Rippen 14 an den Seitenwänden 21 des Energiespeichergehäuses 3 befestigt. Die Längsachsen der jeweiligen Stege oder Rippen 14 laufen hierbei parallel zu den Längsachsen der jeweils zugehörigen Träger 8 beziehungsweise Seitenwände 21. Hierdurch wird eine verbesserte Abstützung des Unterfahrschutzes 5 an den Trägern 8 beziehungsweise der Wandstruktur des Energiespeichergehäuses 3 bewirkt. So bewirken diese aneinander angepassten Topologien des Unterfahrschutzes 5 und des Energiespeichergehäuses 3, dass bei einer Kraftbeaufschlagung des Unterfahrschutzes 5, insbesondere im Crashfall, hierbei wirkende Kräfte möglichst effizient auf die Struktur der Verstärkungselemente 9 übertragen werden. Die bei dem Crash freiwerdende Energie wird hierbei von der Energiespeicheranordnung 2 mithin möglichst optimal absorbiert.
Die Befestigung des Unterfahrschutzes 5 an den Trägern 8 erfolgt exemplarisch über mehrere Schrauben 15. Die Schrauben 15 durchsetzen hierfür die Sandwichanordnung 10 und sind an den Trägern 8 befestigt. Die Träger 8, die als Voll- oder Hohlprofile ausgebildet sein können, weisen zu diesem Zweck mehrere mit jeweils einem Gewinde versehene Bohrungen, in die die entsprechenden Schrauben 15 eingreifen, auf. Ferner weist auch die Sandwichanordnung 10, also die Deckplatten 11, 12 und das Füllmittel 30, sowie die Grundplatte 6 entsprechende Löcher bzw. Bohrungen für die Schrauben 15 auf. Die Befestigung des Unterfahrschutzes 5 mittels der seitlichen Stege oder Rippen 14 an den Seitenwänden 21 des Energiespeichergehäuses 3 erfolgt nach demselben Prinzip wie die Befestigung des Unterfahrschutzes 5 an den Trägern 8.
Die als in ihrem Zentralbereich ebene Platte ausgebildete untere Deckplatte 12 weist zur Vermeidung von Überständen der Köpfe der Schrauben 15 mehrere entlang der Stege oder Rippen 14 respektive Träger 8 angeordnete Anschraubstellen 16 auf, die beispielsweise als zylindrische oder konische Senklöcher oder dergleichen vorgesehen sein können. Der Unterfahrschutz 5 wird mithin gänzlich von den Schrauben 15 an dem Energiespeichergehäuse 3 festgehalten.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug 1 weist zudem exemplarisch ein Kühlsystem respektive einen Kühlkreislauf auf, in dem ein Kühlfluid zirkuliert, wobei mehrere Kühlplatten 17 umfassende Kühlvorrichtungen 18, die von dem Kühlfluid durchströmt werden, vorgesehen sind. Typischerweise erwärmen sich die Energiespeicher 4, insbesondere während des Fahr- oder Ladebetriebs des Kraftfahrzeugs 1, wobei die hierbei entstehende Wärme durch die Kühlvorrichtungen 18 abgeführt wird. Die Kühlplatten 17 stehen mit der, insbesondere metallischen, Grundplatte 6 in thermischem Kontakt, die wiederum mit den Energiespeichern 4 in thermischem Kontakt steht. Die mehrere Kühlplatten 17 umfassenden Kühlvorrichtungen 18 sind hierbei zwischen jeweils zwei Stegen oder Rippen 14 der Sandwichanordnung 10 angeordnet und erstreckt sich hierbei über einen möglichst großen Bereich, insbesondere mehr als zwei Drittel, des Abstands zwischen diesen beiden Stegen oder Rippen 14. Die Kühlvorrichtungen 18 sind über das Kühlfluid führende Leitungen in das Kühlsystem eingebunden, wobei diese Leitungen (nicht dargestellt) bevorzugt seitlich oder nach unten aus der Sandwichanordnung 10 herausgeführt werden, wobei die Sandwichanordnung 10 zu diesem Zweck entsprechende Öffnungen beziehungsweise Aussparungen haben kann, durch die diese Leitungen geführt sind.
Die Kühlplatten 17 können exemplarisch mit weiteren Schrauben (nicht dargestellt) an dem Gehäuseboden 6 des Energiespeichergehäuses 3 befestigt sein. Zudem sind die Kühlplatten 17 beabstandet zu der Sandwichanordnung 10 angeordnet, das heißt, zwischen den Kühlplatten 17 und der Sandwichanordnung 10 verbleibt eine thermisch isolierende Luftschicht respektive ein Luftpolster 19. Der Abstand zwischen den Kühlplatten 17 und der Sandwichanordnung 10 ist hierbei, da die Sandwichanordnung 10 zwischen den Stegen oder Rippen 14 jeweils eine konstante Höhe aufweist, gleichermaßen konstant. Jedoch ist es ferner möglich, dass die Sandwichanordnung 10 in den Bereichen zwischen jeweils zwei Stegen oder Rippen 14 gebogen, also brückenartig, ausgeführt ist.
Im Folgenden wird das Füllmittel 13 näher erläutert. Das Füllmittel 13 ist bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel als ein Füllschaum, mithin als ein thermisches Isolationsmaterial, ausgebildet. Das Füllmittel 13 kann aus Polyethylenterephtalat, Polyurethan oder Polymethacrylimid bestehen. Es kann entweder urgeformt werden oder als Plattenware vorgesehen sein, wobei gegebenenfalls mittels einer lokalen Überpressung durch ein Werkzeug Ausnehmungen des Füllmittels 13 für z. B. Schraubenköpfe der Kühlplatten 17 oder dergleichen realisiert werden können. Das Füllmittel 13 dient mithin nicht nur der Erhöhung der mechanischen Stabilität der Energiespeichergehäuseanordnung 2, sondern dient, neben dem Luftpolster 19, als thermische Isolierung für die Energiespeicher 4 und für die Kühlplatten 17. So ist es insbesondere bei hohen Außentemperaturen nachteilhaft, wenn die von der Kühlvorrichtung 18 bereitgestellte Kühlleistung über den Unterfahrschutz 5 nach außen verloren geht, was bislang durch beispielsweise durch als separate Bauteile ausgebildete Abstandshalter zwischen dem Energiespeichergehäuse 3 und dem Unterfahrschutz 5 mit einer niedrigen Wärmeleitfähigkeit gelöst wurde. Derartige Bauteile sind bei der vorliegenden Erfindung mithin nicht mehr erforderlich.
Die obere Deckplatte 11 sowie die untere Deckplatte 12 bestehen aus einem faserverstärkten Kunststoff. Exemplarisch werden hierbei Fasern aus Glas und/oder Kohlenstoff und/oder Naturfasern verwendet, die in Form von textilen Halbzeugen wie beispielsweise Gewebe oder dergleichen vorliegen.
Aus 3 wird ersichtlich, dass das Füllmittel 13 lediglich in dem Bereich der Sandwichanordnung 10 vorgesehen ist, der zum Energiespeichergehäuse 3 benachbart ist. In dem seitlich über das Energiespeichergehäuse 3 hinausragenden Bereich 20 der Sandwichanordnung 10 ist die obere Deckplatte 11 unmittelbar an der unteren Deckplatte 12 befestigt. So ist in diesem Bereich insbesondere die thermisch isolierende Wirkung des Füllmittels 13 nicht mehr erforderlich, weshalb die Sandwichanordnung 10 in ihren seitlichen Bereichen 20 eine entsprechend vereinfachte Struktur aufweisen kann.

Claims

Energiespeichergehäuseanordnung für ein Kraftfahrzeug (1), umfassend ein Energiespeichergehäuse (3) und einen unterseitig an dem Energiespeichergehäuse (3) befestigten Unterfahrschutz (5), dadurch gekennzeichnet, dass der Unterfahrschutz (5) eine Sandwichanordnung (10) mit einer oberen Deckplatte (11) an seiner zu dem Energiespeichergehäuse (3) weisenden Oberseite und einer unteren Deckplatte (12) an seiner Unterseite umfasst, wobei zwischen der oberen Deckplatte (11) und der unteren Deckplatte (12) ein Füllmittel (13) angeordnet ist und die Oberseite der Sandwichanordnung (10) über Stege oder Rippen (14) profiliert ist.
Energiespeichergehäuseanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Unterfahrschutz (5) im Bereich der Stege oder Rippen (14) an wenigstens einem innerhalb des Energiespeichergehäuses (3) angeordneten und zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Energiespeichergehäuses (3) vorgesehenen Verstärkungselements (9) und/oder an wenigstens einer Seitenwand (21) des Energiespeichergehäuses befestigt ist.
Energiespeichergehäuseanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Verstärkungselement (9) ein, zumindest abschnittsweise entlang einer Grundplatte (6) des Energiespeichergehäuses (3) verlaufender, sich insbesondere zwischen zwei gegenüberliegenden Seitenwänden (21) des Energiespeichergehäuses (3) erstreckender, Träger (8) des Energiespeichergehäuses (3) ist.
Energiespeichergehäuseanordnung Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schrauben (15), Buchsen und/oder Nieten die Sandwichanordnung (10) und die oder eine Grundplatte (6) des Energiespeichergehäuses (3) durchsetzen und an dem Träger (8) befestigt sind.
Energiespeichergehäuseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Unterfahrschutz (5) und dem Energiespeichergehäuse (3) wenigstens eine mit wenigstens einem in dem Energiespeichergehäuse (3) aufgenommenen Energiespeicher (4) in thermischem Kontakt stehende Kühlvorrichtung (18), umfassend insbesondere wenigstens eine Kühlplatte (17), angeordnet ist.
Energiespeichergehäuseanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sandwichanordnung (10) wenigstens zwei Stege oder Rippen (14) aufweist, wobei die Kühlvorrichtung (18) zwischen zwei Stegen oder Rippen (14) angeordnet ist und sich zumindest über die Hälfte, bevorzugt über zwei Drittel, des Abstands zwischen den Stegen oder Rippen (14) erstreckt.
Energiespeichergehäuseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (13) ein thermisches Isolationsmaterial, insbesondere ein Füllschaum, ist.
Energiespeichergehäuseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Deckplatte (11) und/oder die untere Deckplatte (12) aus einem Kunststoff und/oder faserverstärkt ist.
Energiespeichergehäuseanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (13) nur in dem zum Energiespeichergehäuse (3) benachbarten Bereich der Sandwichanordnung (10) zwischen der oberen Deckplatte (11) und der unteren Deckplatte (12) angeordnet ist, und ansonsten, insbesondere in einem seitlich über das Energiespeichergehäuse (3) hinausragenden Bereich (20), die obere Deckplatte (11) und die untere Deckplatte (12) unmittelbar miteinander in Kontakt stehen oder die Sandwichanordnung (10) nur noch die obere Deckplatte (11) oder die untere Deckplatte (12) umfasst.
Unterfahrschutz für eine Energiespeichergehäuseanordnung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass, bezogen auf seinen an einem Energiespeichergehäuse (3) befestigten Zustand, der Unterfahrschutz (5) eine Sandwichanordnung (10) mit einer oberen Deckplatte (11) an seiner zu dem Energiespeichergehäuse (3) weisenden Oberseite und einer unteren Deckplatte (12) an seiner Unterseite umfasst, wobei zwischen der oberen Deckplatte (11) und der unteren Deckplatte (12) ein Füllmittel (13) angeordnet ist und die Oberseite der Sandwichanordnung (10) über Stege oder Rippen (14) profiliert ist.
Unterfahrschutz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (13) ein thermisches Isolationsmaterial, insbesondere ein Füllschaum, ist.
Unterfahrschutz nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Deckplatte (11) und/oder die untere Deckplatte (12) aus einem Kunststoff und/oder faserverstärkt ist.
Unterfahrschutz nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Füllmittel (13) nur in dem zum Energiespeichergehäuse (3) benachbarten Bereich der Sandwichanordnung (10) zwischen der oberen Deckplatte (11) und der unteren Deckplatte (12) angeordnet ist, und ansonsten, insbesondere in einem seitlich über das Energiespeichergehäuse (3) hinausragenden Bereich (20), die obere Deckplatte (11) und die untere Deckplatte (12) unmittelbar miteinander in Kontakt stehen oder die Sandwichanordnung (10) nur noch die obere Deckplatte (11) oder die untere Deckplatte (12) umfasst.
Kraftfahrzeug, umfassend eine Energiespeichergehäuseanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.