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Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art, ein Fahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugs.
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Traktionsbatterien für Fahrzeuge sind allgemein aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei handelt es sich um ein oder mehrere miteinander verschaltete Batteriemodule, welche eine Vielzahl galvanischer Zellen zur Ausbildung einer Gleichspannungsquelle umfassen. An einem von der Traktionsbatterie gespeisten Bordnetz liegt dabei typischerweise eine Spannung in der Größenordnung von mehreren hundert Volt, beispielsweise 400 oder 800 Volt, an, weshalb solche Traktionsbatterien auch als Hochvoltbatterie bezeichnet werden. Um diese Spannungen zu erzeugen, sind die einzelnen galvanischen Zellen der Traktionsbatterie insbesondere in Reihe geschaltet. Zum Schutz der Zellen vor Umwelteinflüssen, wie Staub und Feuchte, sind diese in einem Gehäuse verbaut, welches im Falle eines Unfalls dank einer hohen mechanischen Robustheit, ein Auslaufen und in Kontakt kommen korrosiver Substanzen aus den Zellen mit Fahrzeugkomponenten verhindern kann. Mit Hilfe vom Gehäuse umfasster definierter Montagepunkte ist zudem eine zuverlässige Installation eines Batteriemoduls an einem Fahrzeug möglich.
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Traktionsbatterien weisen ein hohes Gewicht auf, da sie zum Bereitstellen einer ausreichenden Kapazität typischerweise der Vielzahl galvanischer Zellen umfassen, welche sich beim Laden und Entladen stark aufheizen können. Zum Kühlen der Zellen ist somit ein Kühlsystem erforderlich, welches das Gewicht der Traktionsbatterie zusätzlich erhöht. Ferner ist zur Gewährleistung einer ausreichenden Crashsicherheit das Gehäuse meist massiv ausgeführt, was sich ebenfalls nachteilig auf das Gewicht der Traktionsbatterie auswirkt. Somit stellt eine Krafteinleitung in eine Fahrzeugstruktur, bedingt durch das hohe Gewicht der Traktionsbatterie, eine besondere Anforderung an das Design des Batteriemoduls sowie an die Fahrzeugstruktur. Ein zur Installation der Traktionsbatterie an einem Fahrzeugkarosserie-Rohbau nur begrenzt zur Verfügung stehender Bauraum erschwert eine Aufnahme der Traktionsbatterie durch ein Fahrzeug zusätzlich. Dies ist insbesondere bei der Entwicklung einer Traktionsbatterie problematisch, welche als Energiespeicher für verschiedene Fahrzeugtypen eingesetzt werden soll. So kann der zur Verfügung stehende Bauraum sowohl in konstruktiver Gestalt, als auch in seinen Dimensionen, beispielsweise bei Fahrzeugen mit einem unterschiedlichen Radstand und/oder einem unterschiedlichen Antriebssystem variieren. Ferner erfordert eine Traktionsbatterie für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug zudem eine höhere Kapazität, als bei einem Hybrid- oder Plug-In-Hybridfahrzeug, wodurch für diese Fahrzeugklassen unterschiedliche Batteriegehäuse zu entwickeln sind, wodurch Aufwand und Kosten der Entwicklung steigen.
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Zur baumraumeffizienten Anordnung von Traktionsbatterien, beziehungsweise eine Traktionsbatterie ausbildenden Batteriemodulen an einer Fahrzeugstruktur, ist ferner allgemein aus dem Stand der Technik bekannt die Batteriemodule örtlich voneinander getrennt an der Fahrzeugstruktur anzubringen. Eine solche Batterie wird auch als verteilte Batterie bezeichnet.
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Ferner offenbart die
DE 10 2013 015 531 A1 einen Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbau, ein Verfahren zum Herstellen eines solchen Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbaus, ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbau und ein Herstellverfahren für ein solches Fahrzeug. Dabei umfasst der Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbau eine Aufnahmeschale zur Aufnahme einer Traktionsbatterie, wobei die Aufnahmeschale durch Kraftleitung eine strukturelle Funktion des Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbaus übernimmt. Die Aufnahmeschale kann dabei auch mehrteilig ausgeführt sein und Tragstrukturen wie einen Längs- oder Querträger aufweisen. Dies erlaubt eine besonders gewichtsoptimierte Anbringung einer Traktionsbatterie an einem Fahrzeug unter Vermeidung, dass der Fahrzeugkarosserie-Rohbau an Steifigkeit verliert. Im Falle, dass das Fahrzeug einen Verbrennungsmotor umfasst, lässt sich ein Kraftstofftank von der Aufnahmeschale aufnehmen, wobei die Aufnahmeschale mit einem Blinddeckel verschlossen wird. Mit Hilfe der hier offenbarten Aufnahmeschale ist jedoch lediglich die Aufnahme eines einzelnen Batteriemoduls möglich.
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Eine ähnliche Fahrzeugstruktur ist aus der
DE 38 09 185 C2 bekannt. Die Druckschrift offenbart eine Kraftfahrzeugbodenkonstruktion aus einem Karosserierahmen und einer Bodenplatte in Sandwichbauweise, welche von Aussparungen des Karosserierahmens aufgenommen ist. Dabei bildet eine Unterplatte der Bodenplatte ein Oberteil einer Fahrzeugkarosserieversteifung aus. Hierdurch entstehende Kanäle dienen zur Aufnahme von mechanischen Übertragungsstangen sowie Kraftstoff- und/oder Hydraulikleitungen. Die offenbarte Kraftfahrzeugbodenkonstruktion ist gut herstellbar und erlaubt es einen Luftwiderstand eines die Kraftfahrzeugbodenkonstruktion umfassenden Fahrzeugs zu reduzieren. Dabei weist die Kraftfahrzeugbodenkonstruktion dank der Sandwichbauweise ein geringes Gewicht auf. Ein von einem Wabenkern der Sandwichstruktur angenommener Bauraum bleibt jedoch ungenutzt.
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Außerdem ist aus der
DE 10 2009 014 196 A1 ein Rückwandmodul für ein Fahrzeug bekannt. Das Rückwandmodul ist Bestandteil einer mehrteiligen Fahrzeugkarosserie. Durch die mehrteilige Ausführung lassen sich die Fahrzeugkarosserie und das Rückwandmodul im Oberflächen- und Montageprozess voneinander entkoppeln. Ferner weist das Rückwandmodul Befestigungselemente zur Aufnahme von Fahrzeugkomponenten auf. So lässt sich ein Fahrzeug schneller und kostengünstiger fertigen, indem die Fahrzeugkomponenten in einem separaten Montageschritt an das Rückwandmodul angebracht werden und anschließend das vormontierte Rückwandmodul mit der restlichen Fahrzeugkarosserie vereint wird. Die Montageschritte zur Anbringung der Komponenten an dem Rückwandmodul lassen sich so zudem ergonomischer gestalten. Ferner kann ein solches Rückwandmodul vorgeprüft werden. Die Druckschrift geht jedoch nicht auf die Aufnahme einer Traktionsbatterie ein.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug anzugeben, welche flexibel von unterschiedlichen Fahrzeugkarosserie-Rohbauten aufnehmbar und dabei von unterschiedlichen Antriebskonzepten als Energiequelle nutzbar ist, und gegenüber dem Stand der Technik eine Kosteneinsparung sowohl eines Betriebs eines Fahrzeugs, als auch einer Fertigung eines Fahrzeugs mit einer solchen Traktionsbatterie erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugs ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.
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Bei einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug deren Gehäuse kraftleitend eine tragende Komponente eines Fahrzeugkarosserie-Rohbaus ausbildet, bildet erfindungsgemäß eine erste Seite des Gehäuses, wenigstens abschnittsweise einen Teil eines Fahrzeugunterbodens aus, und eine zweite Seite des Gehäuses, wenigstens abschnittsweise einen Teil eines Fahrgastzellenbodens aus, wobei die zweite Seite Verankerungspunkte zur Aufnahme von Funktionskomponenten aufweist.
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Dadurch, dass das Gehäuse der Traktionsbatterie zum einen einen Teil des Fahrzeugunterbodens und zum anderen einen Teil des Fahrgastzellenbodens ausbildet, lassen sich Redundanzen bei der Konstruktion eines Fahrzeugs mit einer solchen Traktionsbatterie reduzieren. So weist ein den Fahrgastzellenboden ausbildendes Blech Aussparungen zur Aufnahme der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie auf, wodurch ein Gewicht des den Fahrgastzellenboden ausbildenden Bleches reduziert werden kann, wodurch das Fahrzeug insgesamt leichter ausgeführt werden, und Kosten zur Fertigung des Blechs reduziert werden können. Dadurch, dass die Verankerungspunkte zur Aufnahme der Funktionskomponenten am Gehäuse der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie vorgesehen sind, lässt sich ein Konstruktionsaufwand des den Fahrgastzellenboden ausbildenden Blechs weiter reduzieren. Außerdem liegt so das wenigstens eine von der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie umfasste Batteriemodul in einem Fahrzeuginnenraum vor, wodurch das Batteriemodul gegenüber dem Stand der Technik noch besser gegenüber Umwelteinflüssen schützbar ist.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung der Traktionsbatterie sieht vor, dass eine Funktionskomponente in Form einer Fahrzeugsitzstruktur, und/oder eine Elektronikbaugruppe vorgesehen ist. So lässt sich beispielsweise eine Leistungselektronik, Ladeelektronik und/oder ein Batteriemanagementsystem direkt am Batteriegehäuse anbringen, was eine besonders bauraumoptimierte Aufnahme dieser Elektronikkomponenten erlaubt. Zusätzlich lässt sich eine zur Elektronikbaugruppe gehörige Leitungssatzperipherie am Batteriegehäuse vorsehen, wodurch ein Montageaufwand zur Befestigung der Leitungssatzperipherie vereinfacht werden kann. So kann die Leitungssatzperipherie besonders vorteilhaft am Batteriegehäuse montiert werden, wenn das Batteriegehäuse beziehungsweise ein entsprechendes Batteriemodul noch nicht vom Fahrzeugkarosserie-Rohbau aufgenommen ist. Hierdurch kann eine vergleichsweise gute Zugänglichkeit an einen zur Aufnahme der Leitungssatzperipherie vorgesehenen Bauraum sichergestellt werden. Ferner kann die erfindungsgemäße Traktionsbatterie, dadurch, dass das Gehäuse Strukturen zur Befestigung von Fahrzeugsitzen wie Führungsschienen zum Verstellen einer Sitzposition aufweist, unmittelbar unter den Fahrzeugsitzen am Fahrzeugkarosserie-Rohbau angebracht werden, beziehungsweise integral mit einem Fahrzeugsitz ausgeführt werden, was ein Nutzen bisher ungenutzter Package-Räume zur Aufnahme von Batteriemodulen erlaubt.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Traktionsbatterie umfasst die Traktionsbatterie wenigstens zwei Batteriemodule zur Ausbildung eines verteilten Energiespeichers, wobei wenigstens ein Fahrersitz, ein Beifahrersitz und/oder ein Fondsitz jeweils über eines der Batteriemodule an den Fahrzeugkarosserie-Rohbau angeschlossen sind. So lässt sich beispielsweise ein Batteriemodul unter dem Fondsitz anordnen, und ein zusätzliches Batteriemodul unter dem Fahrersitz und/oder unter dem Beifahrersitz. Aufgrund einer Erstreckung des Fondsitzes über eine gesamte Breite der Fahrgastzelle steht somit ein besonders großer Bauraum zur Aufnahme eines Batteriemoduls mit einer hohen Kapazität zur Verfügung. In Abhängigkeit eines Fahrzeugtyps erstreckt sich entlang einer in eine Fahrtrichtung des Fahrzeugs verlaufenden Mittelachse ein Getriebetunnel durch die Fahrgastzelle. Der Getriebetunnel grenzt dabei den Fahrersitz vom Beifahrersitz ab. Somit lässt sich jeweils unter dem Fahrersitz und/oder unter dem Beifahrersitz ein separates Batteriemodul, welches mit dem unter dem Fondsitz angeordneten Batteriemodul elektrisch leitend kontaktiert ist, zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie aufnehmen. So kann die erfindungsgemäße Traktionsbatterie eine beliebige Anzahl an Batteriemodulen aufweisen, beispielsweise ein einziges Batteriemodul, welches unter einem beliebigen Sitz angeordnet ist, oder auch zwei, drei oder mehr Batteriemodule. Dabei kann eine Elektronikbaugruppe, beispielsweise eine Leistungselektronik, eine Ladeelektronik und/oder ein Batteriemanagementsystem an einem beliebigen Batteriemodul der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie vorgesehen sein. Dies erlaubt eine besonders flexible Nutzung der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie und eine Anbringung an verschiedenen Fahrzeugkarosserie-Rohbauten, sowie eine Nutzung der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie von Fahrzeugen mit einem unterschiedlichen Antriebskonzept. Beispielsweise kann ein rein elektrisch betriebenes Fahrzeug keinen Getriebetunnel aufweisen, wodurch ein zur Aufnahme eines Batteriemoduls unter dem Fahrer- und dem Beifahrersitz zur Verfügung stehender Bauraum größer ist, gegenüber einem Fahrzeug mit Getriebetunnel.
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So kann ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor ein Batteriemodul unter dem Fondsitz aufweisen und zwei kleinere separate Batteriemodule jeweils unter dem Fahrer- und Beifahrersitz aufweisen, und ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug ein Batteriemodul unter dem Fondsitz aufweisen und ein weiteres, ebenso großes Batteriemodul unter dem gemeinsamen Fahrer- und Beifahrersitz aufweisen. So lassen sich besonders vorteilhaft bestehende Farzeugkarosseriekonzepte trotz Vorsehen einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie weiter nutzen.
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Kommt es zu einem Schadensfall, bei dem eines der Batteriemodule ausfällt, ist es nicht notwendig die komplette Traktionsbatterie auszutauschen, sondern die erfindungsgemäße Traktionsbatterie kann dadurch repariert werden, indem lediglich das defekte Batteriemodul ausgetauscht wird. Dies reduziert einen Aufwand zur Instandsetzung der Traktionsbatterie, wodurch sich Kosten noch weiter reduzieren lassen.
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Auch ist es möglich, dass eine Elektronikkomponente an einem beliebigen Batteriemodul vorgesehen ist. Insbesondere ist eine Elektronikkomponente aber am unter dem Fondsitz angeordneten Batteriemodul angebracht, welches in diesem Fall, dank Aufweisen wenigstens des Batteriemanagementsystems, als Hauptmodul betrachtet werden kann. In diesem Fall stellen zusätzliche Batteriemodule unter dem Fahrer- und/oder Beifahrersitz Nebenmodule dar.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Traktionsbatterie sieht ferner vor, dass die zweite Seite des Gehäuses einen Gehäusedeckel ausbildet. So lässt sich eine besonders gute Zugänglichkeit an ein vom Gehäuse umschlossenes Volumen gewähren. So lässt sich am Gehäusedeckel wenigstens eine Elektronikbaugruppe anordnen, wodurch bei einem Defekt der Elektronikbaugruppe eine besonders schnelle Reparatur möglich ist, indem ein Gehäusedeckel, an dem eine funktionstüchtige Elektronikbaugruppe montiert ist, ausgetauscht wird.
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Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Traktionsbatterie ist in einem vom Gehäuse umschlossenen Volumen wenigstens ein Versteifungselement angeordnet, insbesondere ein Versteifungselement in Form eines Wabenkerns, wobei in wenigstens einer vom Wabenkern ausgebildeten Wabe wenigstens eine galvanische Zelle angeordnet ist. Generell kann das Batteriegehäuse ein beliebiges Versteifungselement, wie beispielsweise einen Hohl- oder Vollprofilträger, aufweisen. Ein solcher Träger kann beliebig am Batteriegehäuse angeordnet sein. So kann er beispielsweise das Batteriegehäuse wie eine Säule abstützen, oder auch quer durch das Batteriegehäuse verlaufen, wodurch das Versteifungselement besonders gut Schub aufnehmen kann. Durch Nutzung eines Wabenkerns lässt sich eine Sandwichstruktur ausbilden, welche eine hohe mechanische Steifigkeit und Belastbarkeit bei gleichzeitigem geringem Gewicht aufweist. Ist unter einem der Fahrzeugsitze kein Batteriemodul vorgesehen, so lässt sich beispielsweise ein Batteriegehäuse mit einem solchen Versteifungselement als Blindbatteriemodul einsetzen, um einen Fahrzeugsitz an der entsprechenden Stelle vorsehen zu können. Um einen Bauraum noch effizienter auszunutzen, können auch einzelne von einem Batteriemodul umfasste galvanische Zellen in den einzelnen Waben des Wabenkerns angeordnet sein. Dabei kann der Wabenkern auch für ein Temperaturmanagement der Batteriezellen genutzt werden. Beispielsweise lässt sich der Wabenkern aus einem Material mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit, wie beispielsweise einem Metall, fertigen und thermisch leitend mit den einzelnen galvanischen Zellen verbinden, um deren im Betrieb dissipierte Wärme abzuführen.
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Bevorzugt umfasst die Traktionsbatterie eine am Gehäuse angeordnete Kühleinrichtung und/oder einen an das Gehäuse angeschlossenen Kraftstofftank. Dabei kann sowohl die Kühleinrichtung, als auch der Kraftstofftank im vom Gehäuse umschlossenen Volumen angeordnet sein, oder außerhalb des Gehäuses vorgesehen sein. Insbesondere für ein innerhalb des vom Gehäuse umschlossenen Volumens angeordnete Kühleinrichtung beziehungsweise Kraftstofftank lassen sich diese noch zuverlässiger vor Umwelteinflüssen schützen. Die Kühleinrichtung kann dabei beliebig ausgestaltet sein. Beispielsweise kann es sich um einen passiven Kühlkörper handeln und/oder die Kühleinrichtung kann von einem Kühlmedium durchströmte Kanäle aufweisen. Diese können von einer tropfbaren Flüssigkeit wie Wasser oder Glykol oder auch von einem Gas durchströmt sein. Durch Vorsehen eines jeweils in seinem Fassungsvolumen angepassten Kraftstofftank wird eine Flexibilität beim Einsatz der Traktionsbatterie bei Fahrzeugen mit unterschiedlichen Antriebssystemen weiter verbessert. So kann beispielsweise bei einem Hybridfahrzeug ein vergleichsweise besonders großer Kraftstofftank und bei einem Plug-In-Hybridfahrzeug ein hierzu kleinerer Kraftstofftank vorgesehen sein. Insbesondere kann bei dem Hybridfahrzeug unter dem Fondsitz der besonders große Kraftstofftank vorgesehen sein und bei dem Plug-In-Hybridfahrzeug der unter dem Fondsitz zur Verfügung stehende Bauraum auf einen Kraftstofftank und ein Batteriemodul aufgeteilt sein. So ist es auch möglich, dass im Falle, dass unter einer Sitzstruktur ein Blindbatteriemodul oder ein Kraftstofftank angeordnet ist, diese mit einem Gehäusedeckel versehen sind, welcher erforderliche Elektronikbaugruppen umfasst.
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Ein Fahrzeug weist erfindungsgemäß eine im Vorigen beschriebene Traktionsbatterie auf. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges Fahrzeug wie einen PKW, LKW, einen Transporter, Bus oder dergleichen handeln. Das Fahrzeug kann ein beliebiges Antriebskonzept wie ein Hybridantrieb, Plug-In-Hybridantrieb oder einen rein elektrischen Antrieb sowie einen in Form und Dimension unterschiedlich ausgeführten Fahrzeugkarosserie-Rohbau aufweisen. Dies erlaubt es Skalierungseffekte in einer Fahrzeugproduktion zu nutzen. So lässt sich eine Dimension, Ausführung (mit oder ohne Kraftstofftank sowie eine Aufnahme unterschiedlicher Funktionskomponenten) und Anzahl der zur Ausbildung der Traktionsbatterie genutzten Batteriemodule flexibel an die an verschiedene Fahrzeuge gestellte Anforderungen anpassen. Aufgrund einer Konzeptgleichheit durch Verwendung einer möglichst großen Anzahl von Gleichkomponenten (galvanische Zellen, Elektronikbaugruppen, Gehäusekomponenten, skalierbare Leitungssatzabschnitte, etc.) lässt sich insbesondere ein Entwicklungs- und Fertigungsaufwand reduzieren, wodurch Komplexitäten reduziert und Kosten eingespart werden können. Ferner benötigt ein rein batterieelektrisch angetriebenes Fahrzeug eine zu einem Hybridfahrzeug oder einem ausschließlich von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug unterschiedliche Montagezeit. Durch Vormontieren einzelner Funktionskomponenten an einem Batteriemodul außerhalb einer Fahrzeugendfertigung lässt sich eine Spreizung der zur Fertigstellung eines Fahrzeugs benötigten Stunden (Hours-per-Vehicle) im Zusammenhang mit der Fertigung unterschiedlicher Fahrzeugtypen reduzieren.
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Bei einem Verfahren zur Herstellung eines solchen Fahrzeugs ist erfindungsgemäß eine Anordnung aus Sitz und Batteriemodul vor Installation an einem Fahrzeugkarosserie-Rohbau vormontiert. So lassen sich die Sitze und die Batteriemodule einfacher verbinden und vor einer Endmontage am Fahrzeugkarosserie-Rohbau auf eine korrekte Funktionsweise prüfen. Hierdurch lässt sich eine Montage fehlerhafter Komponenten verhindern, wodurch ein erfindungsgemäßes Fahrzeug noch schneller und kostengünstiger gefertigt werden kann. Die separate Montage von Batteriemodul und Fahrzeugsitz im Fahrzeuginnenraum kann ergonomisch anspruchsvoll sein, weshalb eine gemeinsame Vormontage dieser Komponenten außerhalb eines Hauptmontageprozesses einfacher durchgeführt werden kann. Dies erlaubt eine besonders rationelle Endmontage eines erfindungsgemäßen Fahrzeugs.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, des erfindungsgemäßen Fahrzeugs und des Verfahrens zur Herstellung eines solchen Fahrzeugs ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.
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Dabei zeigen:
- 1 eine Draufsicht auf eine an einem Fahrzeugkarosserie-Rohbau angeordnete verteilte Traktionsbatterie gemäß einer Ausführung für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug;
- 2 eine Draufsicht auf eine an einem Fahrzeugkarosserie-Rohbau angeordnete verteilte Traktionsbatterie gemäß einer Ausführung für ein Plug-In-Hybridfahrzeug;
- 3 eine Draufsicht auf eine an einem Fahrzeugkarosserie-Rohbau angeordnete verteilte Traktionsbatterie gemäß einer Ausführung für ein Hybridfahrzeug;
- 4 eine Schnittansicht des in 1 dargestellten Fahrzeugkarosserie-Rohbaus gemäß dem Schnitt A-A;
- 5 eine Schnittansicht des in 2 dargestellten Fahrzeugkarosserie-Rohbaus gemäß dem Schnitt B-B;
- 6 eine Schnittansicht des in 3 dargestellten Fahrzeugkarosserie-Rohbaus gemäß dem Schnitt C-C;
- 7 eine vergrößerte Ansicht eines Batteriemoduls mit einem Versteifungselement in Form eines Wabenkerns in zwei unterschiedlichen Ausführungsformen; und
- 8 eine Schnittansicht des in 7 dargestellten Batteriemoduls gemäß dem Schnitt D-D.
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1 zeigt einen Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug. Dadurch, dass ein Antriebsstrang eines rein elektrisch angetriebenen Fahrzeugs im Vergleich zu einem Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor weniger Teile benötigt, steht zur Aufnahme von eine verteilte Traktionsbatterie ausbildenden Batteriemodulen 2 mehr Bauraum zur Verfügung. Dabei ist ein erstes Batteriemodul 2 unter einem Fondsitz 11.3 angeordnet und weist dabei eine Ausdehnung b1 in eine Richtung quer zu einer zukünftigen Fahrtrichtung des Fahrzeugs auf. Somit lässt sich das unter dem Fondsitz 11.3 angeordnete Batteriemodul 2 entlang nahezu einer vollständigen Breite einer vom Fahrzeug umfassten Fahrgastzelle ausbilden. Aufgrund des großen zur Verfügung stehenden Bauraums weist auch das Batteriemodul 2, welches unter dem Fahrersitz 11.1 und dem Beifahrersitz 11.2 angeordnet ist, eine ähnlich große, idealerweise gleiche Ausdehnung b2 über die Fahrzeugbreite auf. Somit nimmt die Traktionsbatterie besonders viel Bauraum in Anspruch, und lässt sich so mit einer besonders hohen Kapazität ausführen.
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2 zeigt einen Fahrzeugkarosserie-Rohbau für ein Plug-In-Hybridfahrzeug. Das Fahrzeug weist einen Verbrennungsmotor 17 mit einem daran angeschlossenen Getriebe 18 auf. Zur Aufnahme des Getriebes 18 weist der Fahrzeugkarosserie-Rohbau einen Getriebetunnel 20 auf, welcher sich von einer Fahrzeugfront in Richtung eines Fahrzeughecks in die Fahrgastzelle hinein erstreckt. Ferner teilt eine Abgasanlage 19 den Fahrzeugkarosserie-Rohbau in zwei Hälften auf. Dies führt dazu, dass die vom Fahrzeug umfasste Traktionsbatterie dreiteilig ausgeführt ist. So ist analog zum rein elektrisch betriebenen Fahrzeug ein erstes Batteriemodul 2 unter dem Fondsitz 11.3 angeordnet, wobei das Batteriemodul 2 in diesem Fall eine geringere Höhe h, welche in 5 abgebildet ist, als das entsprechende Batteriemodul 2 des rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs aufweist. In Richtung zum Fahrzeugunterboden ist ein Kraftstofftank 16 an ein Batteriemodul 2 angeschlossen. Mit Hilfe von im Kraftstofftank 16 bevorrateten Kraftstoffs kann der Verbrennungsmotor des Plug-In-Hybridfahrzeugs angetrieben werden. Dabei kann der Kraftstofftank 16 mit Befestigungspunkten an einem Gehäuse 5 des Batteriemoduls 2 angeordnet sein. Er kann vom Gehäuse 5 wenigstens teilweise umschlossen sein oder an einer Außenseite des Gehäuses 5 vorgesehen sein. Dabei kann der Kraftstofftank 16 am Batteriemodul 2 befestigt werden bevor oder nachdem das Batteriemodul 2 vom Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 aufgenommen wird. Dies erlaubt es den Kraftstofftank 16 auch, wie bisher bei einem rein von einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug üblich, aus Richtung eines Unterbodens am Batteriemodul 2 anzubringen. So können bestehende Fertigungs- und Montagekonzepte zur Fertigung eines Fahrzeugs mit einem Kraftstofftank 16 weitergenutzt werden. Ferner unterteilt der Getriebetunnel 20 das in 1 zusammenhängend dargestellte Batteriemodul 2 unter dem Fahrersitz 11.1 und dem Beifahrersitz 11.2. So umfasst die Traktionsbatterie in 2 drei Batteriemodule 2. Jeweils ein Batteriemodul 2 unter dem Fahrersitz 11.1, Beifahrersitz 11.2 und dem Fondsitz 11.3. Die Breite b2 der in 2 dargestellten Batteriemodule 2 unter dem Fahrersitz 11.1 und dem Beifahrersitz 11.2 ist somit geringer, als die Breite b2 des in 1 dargestellten Batteriemoduls 2 unter eben diesen Sitzen. Das Plug-In-Hybridfahrzeug weist einen geringeren Bauraum zur Aufnahme von Batteriemodulen 2 gegenüber dem rein elektrisch angetriebenen Fahrzeug auf, wodurch die vom Plug-In-Hybridfahrzeug umfasste Traktionsbatterie eine geringere Kapazität aufweist, als die des rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs. Dafür verfügt das Plug-In-Hybridfahrzeug über den Kraftstofftank 16.
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3 zeigt einen Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 für ein Hybridfahrzeug. Dadurch, dass das Hybridfahrzeug weitere Strecken mit einem Verbrennungsmotor 17 gegenüber dem Plug-In-Hybridfahrzeug zurücklegt, umfasst das Hybridfahrzeug einen größeren Kraftstofftank 16 als das Plug-In-Hybridfahrzeug, auf Kosten einer kleineren Traktionsbatterie mit einer geringeren Kapazität. Hierzu entfällt das Batteriemodul 2 unter dem Fondsitz 11.3, wobei das unter dem Fondsitz 11.3 befindliche Volumen vollständig von Kraftstofftank 16 eingenommen wird. Die Batteriemodule 2 unter dem Fahrersitz 11.1 und dem Beifahrersitz 11.2 entsprechen der Ausführung aus 2. Somit kann die Traktionsbatterie flexibel und einfach an wechselnde Antriebssysteme eines Fahrzeugs angepasst werden.
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4 zeigt eine Schnittansicht durch den in 1 dargestellten Schnitt A-A. Hierbei ist zu erkennen, dass der Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 eine Aussparung zur Aufnahme des Gehäuses 5 eines Batteriemoduls 2 aufweist, wobei eine erste Seite S1 des Gehäuses 5 einen Teil eines Fahrzeugunterbodens 6 ausbildet und eine zweite Seite S2 des Gehäuses 5 einen Teil eines Fahrgastzellenbodens 7 ausbildet. Dadurch, dass die entsprechenden Fahrzeugunterboden beziehungsweise Fahrgastzellenbodenabschnitte vom Gehäuse 5 ausgebildet werden, lässt sich Material zur Ausbildung des Fahrzeugunterbodens 6 und des Fahrgastzellenbodens 7 einsparen, was aufgrund einer Gewichtsreduktion des Fahrzeugkarosserie-Rohbaus 1 zu einem leichteren Fahrzeug führt, wodurch ein Energieverbrauch zum Antreiben eines solchen Fahrzeugs reduziert werden kann. Ferner lassen sich hierdurch Herstellungs- und Betriebskosten sparen. Zur Befestigung des Gehäuses 5 am Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 lässt sich das Gehäuse 5, beispielsweise wie in 4 dargestellt, mit dem Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 über Schrauben 24 verschrauben. Hierzu kann das Gehäuse 5 einen Vorsprung in Form eines Flansches aufweisen. Es ist jedoch auch denkbar, das Gehäuse 5 mit dem Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 auf eine andere Art und Weise lösbar zu verbinden oder auch nicht-lösbar zu verbinden, beispielsweise durch Schweißen. Zur zusätzlichen Versteifung des Fahrzeugkarosserie-Rohbaus 1 kann dieser außerdem Querstreben 23 aufweisen. Diese können so am Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 angeordnet sein, dass sie gemeinsam mit dem Gehäuse 5 am Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 befestigbar sind.
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In einem vom Gehäuse 5 umschlossenen Volumen können, neben von in Reihe und/oder parallel geschalteten galvanischen Zellen 3 ausgebildete Zellblöcke 4, zusätzlich oder ausschließlich Versteifungselemente 13 angeordnet sein. Insbesondere für den Fall, dass unter einem entsprechenden Fahrzeugsitz kein Energiespeicher vorzusehen ist, lässt sich somit ein in 7 dargestelltes Blindbatteriemodul 25 ausbilden und vom Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 aufnehmen. Mit Hilfe der Versteifungselemente 13 ist eine ausreichende Steifigkeit für eine sichere Betriebsweise des Fahrzeugs gewährleistet.
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Die Batteriemodule 2 sind ferner wenigstens teilweise innerhalb einer Fahrgastzelle angeordnet, wodurch zum einen die Batteriemodule 2, beziehungsweise die von ihnen umfassten Zellblöcke 4, besonders zuverlässig vor Umwelteinflüssen geschützt werden. Zum anderen können Verankerungspunkte 8, beispielsweise wie dargestellt in Form von Verschraubungen, am Gehäuse 5 vorgesehen sein, mit denen insbesondere Fahrzeugsitzstrukturen 9, beispielsweise wie dargestellt in Form einer Führungsschiene zur Sitzverstellung, und/oder Elektronikbaugruppen 10 inklusive oder exklusive dazugehöriger Leitungssätzen an einem Batteriemodul 2 angeordnet werden können. Dies erlaubt eine funktionsintegrierte Aufnahme der Fahrzeugsitzstrukturen 9 und/oder der Elektronikbaugruppen 10, wodurch eine weitere Reduktion extra hierzu ausgebildeter Komponenten möglich ist. Generell kann eine Verankerung auch über Verankerungspunkte 8 in Form einer Schweißverbindung, Steckverbindung, Klemmverbindung oder dergleichen erfolgen.
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Ferner umfasst das Batteriemodul 2 eine Kühleinrichtung 15 zur Abfuhr von im Betrieb der Traktionsbatterie von den Zellblöcken 4 dissipierten Wärme. Dabei kann die Kühleinrichtung 15 wie in 4 dargestellt in einem von Gehäuse 5 umschlossenen Volumen angeordnet sein. Insbesondere veranschaulicht 4 eine vertikale Ausdehnung des Batteriemoduls 2, welches sich unter dem Fondsitz 11.3 befindet. Das Batteriemodul 2 weist dabei eine Höhe h auf, welche so groß ist, dass ein Übereinanderstapeln von zwei Zellblöcken 4 möglich ist. Somit kann das rein elektrisch betriebene Fahrzeug eine besonders große Traktionsbatterie umfassen. Dabei ist es zum einen möglich, dass das Gehäuse 5 eines Batteriemoduls 2 so ausgeführt ist, dass es an einer zweiten Seite S2 einen Gehäusedeckel 12 aufweist, an welchem die Elektronikbaugruppe 10 angeordnet ist. Kommt es zum einen Defekt der Elektronikbaugruppe 10, kann die Traktionsbatterie besonders einfach repariert werden, indem der Gehäusedeckel 12 ausgetauscht wird. Ferner kann das Gehäuse 5 an einer dritten Seite S3 eine weitere Funktionskomponente, wie eine Fußauflage 21 eines Komfortsitzes, aufweisen. Dies erfordert einen ausreichend großen Fußraum, welcher durch die verteilte Traktionsbatterie, im Gegensatz zu einem Fahrzeug mit einer monolithischen Batterie, einfach realisiert werden kann. Im Falle der monolithischen Batterie müsste der Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 und/oder das Gehäuse 5 entsprechende Aussparungen aufweisen, was einen Konstruktions- und Fertigungsaufwand erhöhen würde.
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5 zeigt eine entsprechende Schnittansicht durch den Schnitt B-B aus 2. Hier unterscheidet sich die Traktionsbatterie zu der Ausführung des rein elektrisch betriebenen Fahrzeugs durch einen unter dem Batteriemodul 2, welches sich unter dem Fondsitz 11.3 befindet, angeordneten Kraftstofftank 16.
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6 zeigt eine entsprechende Schnittansicht durch den Schnitt C-C aus 3. Hier ist anstelle des Gehäuses 5 eines sich unter dem Fondsitz 11.3 befindlichen Batteriemoduls 2 ein besonders großer Kraftstofftank 16 angeordnet. Der Kraftstofftank 16 kann dabei, wie dargestellt, direkt an den Fahrzeugkarosserie-Rohbau 1 angeschlossen sein, oder auch von einem Gehäuse 5 (nicht dargestellt) aufgenommen sein. Ferner kann der Kraftstofftank 16 mit einem Gehäusedeckel 12 verschlossen sein. Dies erlaubt es, in Abhängigkeit eines Fahrzeugtyps, Elektronikbaugruppen 10 trotz Nicht-Vorsehens eines Batteriemoduls 2 unter dem Fondsitz 11.3 anzuordnen. Generell können die Elektronikbaugruppen 10 auch an einem anderen Batteriemodul 2 angeordnet sein, wodurch auf einen den Kraftstofftank 16 abschließenden Deckel 12 verzichtet werden kann.
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Das Vorsehen eines die Elektronikbaugruppen 10 umfassenden Deckels 12 an einem beliebigen Batteriemodul 2 erlaubt eine besonders flexible Anpassung der Traktionsbatterie an verschiedene Antriebskonzepte eines Fahrzeugs. So ist es möglich, dass das Gehäuse 5 des Batteriemoduls unter dem Fondsitz 11.3, obwohl dieses keine Zellblöcke 4 aufweist, trotzdem mit einem Gehäusedeckel 12 abgeschlossen ist, auf welchem eine elektronische Baugruppe 10, insbesondere eine Leistungselektronik, Ladeelektronik und/oder ein Batteriemanagementsystem angeordnet ist. Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie können verschiedene Fahrzeugkonzepte bedient werden. So ist es möglich Fahrzeuge mit einem unterschiedlichen Antriebssystem mit einer Traktionsbatterie auszustatten, dabei können die entsprechenden Fahrzeugkarosserie-Rohbauten 1 auch weitere konstruktive Unterschiede, wie beispielsweise einen abweichenden Radstand aufweisen. Hierdurch lassen sich aufgrund einer Ausgestaltung der Traktionsbatterie in Form eines Modulbaukastens Synergien bei der Produktion von Fahrzeugen mit erfindungsgemäßen Traktionsbatterien nutzen.
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7 zeigt ein Batteriemodul 2 mit einem Versteifungselement 13 in Form eines in einer in 8 dargestellten Schnittansicht gut erkennbaren Wabenkerns 14. In 7 a) sind die Waben 22 des Wabenkerns 14 ausgespart, wodurch das Batteriemodul 2 ein Blindbatteriemodul 25 ausbildet. Somit lässt sich eine Aussparung des Fahrzeugkarosserie-Rohbaus 1 mit einem Modul, welches eine ausreichende Steifigkeit aufweist, verschließen, für den Fall, dass an dieser Stelle kein Energiespeicher erforderlich ist. In 7 b) sind von den Waben 22 des Wabenkerns 14 zur Ausbildung eines Zellblocks 4 einzelne galvanische Zellen 3 aufgenommen. Zur Wärmeabfuhr umfasst das Batteriemodul 2 ebenfalls eine Kühleinrichtung 15, welche thermisch leitend mit dem Wabenkern 14 verbunden ist. Somit lässt sich eine Wärmeabfuhr aus den galvanischen Zellen 3 verbessern. Insbesondere liegt dabei der Wabenkern 14 eng an den galvanischen Zellen 3 an. Durch eine Aufnahme der galvanischen Zellen 3 in vom Wabenkern 14 umfassten Waben 22 lässt sich ein zur Verfügung stehender Bauraum besonders effizient nutzen.
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8 zeigt eine Draufsicht auf den Schnitt D-D. Generell können alle Waben 22 eine galvanische Zelle 3 aufnehmen, oder, wie in 8 dargestellt, können auch einzelne Waben 22 ausgespart werden. Dabei können die vom Wabenkern 14 aufgenommenen galvanischen Zellen 3 eine beliebige Form, insbesondere eine zylindrische Form, aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013015531 A1 [0005]
- DE 3809185 C2 [0006]
- DE 102009014196 A1 [0007]
