DE102020107718A1

DE102020107718A1 - Speichergehäuse für ein Fahrzeug II

Info

Publication number: DE102020107718A1
Application number: DE102020107718.1A
Authority: DE
Inventors: Elmar JAEGER; Rainer Baeumel; Florian Traub; Jan Konrad; Michael Trefz
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-03-20
Filing date: 2020-03-20
Publication date: 2021-09-23

Abstract

Es wird ein Speichergehäuse für ein Fahrzeug zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Speichermoduls bereitgestellt, wobei das Speichergehäuse zumindest ein Gehäusehauptsegment mit einer Gehäusewandung umfasst, die einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des mindestens einen elektrischen Speichermoduls zumindest abschnittsweise umschließt, wobei die Gehäusewandung zumindest eine seitlich angeordnete Öffnung aufweist, die zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen des mindestens einen elektrischen Speichermoduls in den beziehungsweise aus dem Aufnahmeraum ausgebildet ist, wobei das Speichergehäuse zumindest ein Deckelelement umfasst, welches zum lösbaren Verschließen der zumindest einen seitlich angeordnete Öffnung der Gehäusewandung ausgebildet ist, wobei das Deckelelement eine Verstärkungsstruktur zum Verstärken des Deckelelements aufweist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Speichergehäuse gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Speichergehäuse.
Fahrzeughersteller setzen derzeit in verstärktem Maße auf Fahrzeuge mit Hybridantrieb oder reinem Elektroantrieb. Derartige Fahrzeuge benötigen elektrische Energiespeicher zur Versorgung des jeweiligen elektrischen Antriebs mit elektrischer Energie.
Bekannte Speichergehäuse zur sicheren und wasserdichten Aufnahme der Energiespeicher umfassen üblicherweise wannenförmige Gehäuse, die in verbautem Zustand im Wesentlichen horizontal ausgerichtet sind und auf ihrer Oberseite mit einem Deckel verschlossen werden. Die Energiespeicher werden bei der Montage dementsprechend von oben in das wannenförmige Gehäuse eingesetzt und anschließend elektrisch verschaltet sowie an eine Flüssigkeitskühlung angeschlossen. Sollen mehrere Schichten der Energiespeicher vorgesehen werden, so werden diese nacheinander und schichtweise übereinander in dem wannenförmigen Gehäuse aufgebaut, beginnend mit der Montage und Installation der untersten Schicht der Energiespeicher.
Dies bedeutet jedoch, dass eine nachträgliche Zugänglichkeit der Energiespeicher je nach ihrer Position innerhalb des wannenförmigen Gehäuses sehr eingeschränkt ausfallen kann. Gegebenenfalls müssen sogar höherliegende Energiespeicher ausgebaut werden, um die erforderliche Zugänglichkeit für darunterliegenden Energiespeicher zu ermöglichen.
Ein im Wesentlichen wannenförmiges mehrteiliges Speichergehäuse für ein Fahrzeug, insbesondere ein Motorrad, zur Aufnahme von elektrischen Speichermitteln ist beispielsweise aus der DE 10 2018 203 603 A1 bekannt.
Des Weiteren sind bekannte Speichergehäuse meist aus metallischem Werkstoff gefertigt und weisen große Wandstärken auf, um eine ausreichende Steifigkeit und Festigkeit bereitstellen zu können. Entsprechend ist ein Gewicht des Speichergehäuses sehr hoch, welches zusätzlich zu dem ohnehin hohen Gewicht der Energiespeicher das Fahrzeuggesamtgewicht in unerwünschtem Maße erhöht. Eine Aufgabe der Erfindung ist es ein Speichergehäuse weiterzuentwickeln, insbesondere ein Gewicht des Speichergehäuses bei ausreichender Steifigkeit und Festigkeit zu reduzieren und dennoch eine gute Zugänglichkeit für elektrische Energiespeicher bereitzustellen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Speichergehäuse gemäß dem Gegenstand des Patentanspruchs 1 sowie einem Fahrzeug nach Patentanspruch 9. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweils abhängigen Patentansprüchen.
Demnach wird ein Speichergehäuse für ein Fahrzeug zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Speichermoduls vorgeschlagen, wobei das Speichergehäuse zumindest ein Gehäusehauptsegment mit einer Gehäusewandung umfasst, die einen Aufnahmeraum zur Aufnahme des mindestens einen elektrischen Speichermoduls zumindest abschnittsweise umschließt, wobei die Gehäusewandung zumindest eine seitlich angeordnete Öffnung aufweist, die zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen des mindestens einen elektrischen Speichermoduls in den beziehungsweise aus dem Aufnahmeraum ausgebildet ist, wobei das Speichergehäuse zumindest ein Deckelelement umfasst, welches zum lösbaren Verschließen der zumindest einen seitlich angeordnete Öffnung der Gehäusewandung ausgebildet ist. Außerdem weist das Deckelelement eine Verstärkungsstruktur zum Verstärken des Deckelelements auf.
Demnach bildet das Gehäusehauptsegment eine zentrale Komponente des Speichergehäuses. Dieses umschließt mit seiner Wand, der Gehäusewandung, abschnittsweise oder (mit Ausnahme der einen oder mehreren seitlichen Öffnungen) vollständig ein Volumen, welches als Aufnahmeraum für das eine oder die mehreren elektrischen Speichermodule dient. Diese sind also (im verbauten Zustand) im Inneren des Gehäusehauptsegments angeordnet.
Aufgrund der seitlich angeordneten Öffnung(en) in der Gehäusewandung ist es nun in besonders vorteilhafter Weise möglich, das mindestens eine elektrische Speichermodul einzeln oder gemeinsam mit anderen Speichermodulen in den Aufnahmeraum einzubringen. Auf gleiche Weise können das eine oder die mehreren Speichermodule über die seitliche Öffnung wieder aus dem Aufnahmeraum entnommen werden.
Beispielsweise kann lediglich eine seitlich angeordnete Öffnung vorgesehen sein. Alternativ können aber auch mehr als eine derartige Öffnung zum Einsatz kommen. So kann das Gehäusehauptsegment zwei oder mehr Öffnungen auf derselben Seite aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können zumindest zwei Öffnungen auch auf unterschiedlichen Seiten des Gehäusehauptsegments, also insbesondere auf zueinander entgegengesetzten Seiten angeordnet sein.
Ebenso ermöglicht die Zugänglichkeit über die eine oder die mehreren seitlichen Öffnungen eine vereinfachte und unabhängig voneinander durchführbare Montage und Installation des mindestens einen Speichermoduls, insbesondere zu dessen Verkabelung und/oder Anschluss von Kühlleitungen.
Jedes elektrische Speichermodul kann zum Beispiel mehrere elektrische Speichereinheiten umfassen. Der Begriff „Speichereinheit“ umfasst insbesondere Batteriezellen, Akkumulatoren, Kondensatoren oder andere Einrichtungen, die zum Speichern von elektrischer Energie geeignet und bestimmt sind. Die einzelnen Speichereinheiten können parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sein. Vorzugsweise können jeweils mehrere Speichereinheiten zu jeweils einem Speichermodul zusammengefasst und miteinander verschaltet sein.
Vorzugsweise sind die Speichereinheiten zur Bereitstellung der elektrischen Energie als primäre Antriebsenergie für ein primär elektrisch angetriebenes Fahrzeug vorgesehen, also für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug.
Als Fahrzeuge im Rahmen dieser Beschreibung kommen grundsätzlich alle Land-, Wasser- und Luftfahrzeuge in Betracht, die ein entsprechendes Speichergehäuse aufweisen. Bei Landfahrzeugen ist ein Einsatz neben Personenkraftwagen und Lastkraftwagen auch bei anderen motorgetriebenen Fahrzeugen möglich, wie beispielsweise Dreirädern oder Quads.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrzeug jedoch als sogenanntes Neigefahrzeug ausgebildet. Unter einem Neigefahrzeug werden unter anderem Motorräder oder motorradähnliche Kraftfahrzeuge, wie Motorroller, insbesondere neigefähige zwei-, drei- oder vierrädrige Motorroller, Scooter oder Dergleichen verstanden.
Des Weiteren umfasst das Speichergehäuse zumindest ein Deckelelement, welches zum lösbaren Verschließen der zumindest einen seitlich angeordneten Öffnung der Gehäusewandung ausgebildet ist. Sind mehrere der seitlichen Öffnungen vorhanden, so kann ein einzelnes Deckelelement mehrere Öffnungen gemeinsam verschließen oder mehrere separate Deckelelemente vorgesehen sein, die jeweils eines oder mehrere der Öffnungen verschließen können.
In jedem Fall sind das eine oder die mehreren Deckelelemente derart ausgebildet, dass diese das Gehäusehauptsegment und dessen Öffnung(en) gegenüber einer Umgebung abdichten.
Das mindestens eine Deckelelement weist jeweils die beschriebene Verstärkungsstruktur auf, um das jeweilige Deckelelement zu verstärken. Auf diese Weise wird eine Festigkeit und Steifigkeit des jeweiligen Deckelelements deutlich erhöht. Gleichzeitig kann das verstärkte Deckelelement dazu genutzt werden auch das Gehäusehauptsegment zu verstärken. Entsprechend geringer kann die Steifigkeit und Festigkeit des Gehäusehauptsegments ausfallen. So kann beispielsweise dessen Wandstärken reduziert und somit Material und Gewicht eingespart werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Deckelelement einen umlaufenden Randabschnitt zum zumindest abschnittsweisen oder sogar umlaufenden Verbinden mit der Gehäusewandung umfassen. Dies bedeutet, dass das Deckelelement über den Randabschnitt mit der Gehäusewandung des Gehäusehauptsegments verbunden wird, beziehungsweise im verbauten Zustand verbunden ist. Die Verbindung ist vorzugsweise lösbar ausgebildet, um das Deckelelement im Bedarfsfall, insbesondere zur Bereitstellung der beschriebenen Zugänglichkeit zu den Speichermodulen, entfernen und wieder anbringen zu können. Zum Beispiel kann die lösbare Verbindung mittels Verschrauben, Verclipsen, Verrasten oder einer anderen Verbindungsmethode realisiert werden.
Gemäß einer möglichst einfachen Ausgestaltung können die Deckelelemente als flache Platten ausgeführt sein.
Alternativ können die Deckelelemente aber auch einen gegenüber dem Randbereich vorstehenden Deckelabschnitt umfassen, welcher auf einer von der Gehäusewandung abgewandten Seite des Deckelelements vorgesehen ist.
Zum Beispiel können der Randabschnitt und der vorstehende Deckelabschnitt über einen schrägen Wandabschnitt miteinander verbunden sein, wobei der schräge Wandabschnitt eine Schräge von 30° bis 60°, vorzugsweise, 40° bis 50°, besonders bevorzugt etwa 45°, aufweist. In diesem Fall können die Deckelelemente jeweils mindestens einen schrägen Wandabschnitt aufweisen, so dass zumindest der daran angrenzende, vorstehende Deckelabschnitt gegenüber dem umlaufenden Randabschnitt nach außen (also in der Querrichtung des Speichergehäuses) versetzt beziehungsweise hervorstehend ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der innerhalb des Gehäusehauptsegments gebildete Aufnahmeraum in den zumindest einen nach außen versetzten, vorstehenden Deckelabschnitt des Deckelelements erweitert werden.
Bildlich gesprochen, können die Deckelelemente also beispielsweise wannenförmig ausgebildet sein. Bereits diese Wannenförmigkeit schafft eine gegenüber einer flachen Platte erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, welche im verbauten Zustand auch dem Gehäusehauptsegment zugutekommt.
Zum Beispiel können die oberen Schrägen des mindestens einen schrägen Wandabschnitts in Höhe einer oberen Kante des daran angrenzenden obersten Speichermoduls angeordnet sein. Entsprechend können die unteren Schrägen in Höhe einer unteren Kante des daran angrenzenden untersten Speichermoduls angeordnet sein. Zusätzlich können die nach außen vorstehenden Deckelabschnitte einen definierten Abstand zu dem mindestens einen Speichermodul aufweisen, der ein entsprechendes Volumen zur Aufnahme von Elektro- und Kühlanschlüssen zwischen dem (jeweiligen) Speichermodul und dem benachbarten vorstehenden Deckelabschnitt ermöglicht.
Des Weiteren kann die Verstärkungsstruktur mindestens ein in dem Deckelelement ausgeformtes Verstärkungsprofil umfassen. Dies bedeutet, dass durch geometrische Ausgestaltung des Verstärkungsprofils eine Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit erzielt werden kann. Beispielsweise kann eine entsprechende Formgebung zur Herstellung des Verstärkungsprofils durch plastische Verformung, insbesondere durch ein Pressverfahren, erzeugt werden. Zum Beispiel kann das Verstärkungsprofil kanalförmig mit einem U-förmigen Querschnitt in dem Deckelelement, insbesondere in dem nach außen vorstehenden Deckelabschnitt, ausgestaltet sein.
Erfolgt die Ausformung in einer äußeren Richtung des Deckelelements, wird auf einer innenliegenden Seite des Deckelelements Volumen geschaffen, welches beispielsweise zur Aufnahme von Elektro- und Kühlanschlüssen oder Elektro- und/oder Kühlleitungen zwischen dem (jeweiligen) Speichermodul und dem benachbarten vorstehenden Deckelabschnitt genutzt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die Verstärkungsstruktur mindestens ein in das Deckelelement integriertes Verstärkungselement umfassen. Dies bedeutet, dass die Steifigkeit und Festigkeit durch Einbringen des einen oder der mehreren (zusätzlichen beziehungsweise separaten) Verstärkungselemente erhöht werden kann. Dies bietet sich beispielsweise bei Deckelelementen an, die aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff erzeugt werden. Bereits bei deren Herstellung können als Verstärkungselemente separate Bauteile eingesetzt werden. So können bandförmige Bauteile, wie zusätzliche (unidirektionale) Faserstränge oder Bänder aus Metall oder Kunststoff, genutzt werden, um beispielsweise Lastpfade in dem Deckelelement zu verstärken.
In all den beschrieben Fällen kann die Verstärkungsstruktur derart ausgebildet sein, dass diese mindestens zwei Befestigungsabschnitte des Speichergehäuses miteinander verbindet, die wiederum zum Verbinden mit einer Fahrzeugstruktur vorgesehen sind. Beispielsweise können die Befestigungsabschnitte auf mindestens einer äußeren Oberfläche des Gehäusehauptsegments vorgesehen sein. So kann ein Befestigungsabschnitt zum Verbinden mit einem Lenkerkopf, zum Verbinden mit einem Heckrahmen, zum Verbinden mit einem Schwingenlager einer Hinterradschwinge und/oder zum Verbinden mit einer elektrischen Antriebsmaschine des Fahrzeugs vorgesehen sein. Als Verbindung sind unmittelbare aber auch mittelbare Verbindungen über zusätzliche, zwischengeordnete Bauteile verstanden werden.
In jedem Fall können ein erstes Ende der Verstärkungsstruktur im Bereich eines ersten Befestigungsabschnitts und ein zweites Ende der Verstärkungsstruktur im Bereich eines zweiten Befestigungsabschnitts angeordnet sein. Diese Ausrichtung des Verstärkungselements kann dem dortigen Lastpfad zwischen den beiden Befestigungsabschnitten entsprechen. In diesem Fall übernimmt das Verstärkungselement in besonderer Weise eine aussteifende und verfestigende Funktion, ähnlich einem Fachwerk. Dies ermöglicht in erhöhtem Maße die Anforderungen an eine eigene Festigkeit und Steifigkeit des Gehäusehauptsegments zu reduzieren, wodurch ebenfalls eine Dicke der Gehäusewandung (weiter) reduziert und dementsprechend Material und Gewicht eingespart werden kann.
Zum Beispiel kann die Gehäusewandung einen zumindest in Längsrichtung des Gehäusehauptsegments orientierten, geschlossenen Querschnitt aufweisen, der den Aufnahmeraum vollständig umschließt. Das Gehäusehauptsegment umschließt hierbei vorzugweise das im Aufnahmeraum angeordnete, mindestens eine Speichermodul und trägt dieses vollständig.
Das Gehäusehauptsegment kann hierzu profilartig ausgebildet sein und im Wesentlichen aus mehreren Wandabschnitten gebildet sein. So kann das Gehäusehauptsegment beispielsweise einen Bodenabschnitt und zwei voneinander beabstandete Wandabschnitte aufweisen, die einen den geschlossenen Querschnitt abschließenden Deckenabschnitt tragen. Hierbei kann ein erster der beiden Wandabschnitte einen in der Längsrichtung vorderen Wandabschnitt bilden. Der zweite der beiden Wandabschnitte kann einen in der Längsrichtung hinteren Wandabschnitt bilden.
In einem im Fahrzeug verbauten Zustand des Speichergehäuses kann die Längsrichtung des Gehäusehauptsegments vorzugsweise der Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise der Haupt-Fahrtrichtung entsprechen. Dementsprechend ist die seitliche Anordnung der zumindest einen Öffnung als seitliche Anordnung bezüglich der Längsrichtung, also im Wesentlichen quer (Querrichtung Q) zu dieser auf einer linken oder rechten Seite des Fahrzeugs zu verstehen. Die Begriffe „links“ und „rechts‟ sind insbesondere aus Sicht des Nutzers beziehungsweise des Fahrers des Fahrzeugs zu verstehen.
Des Weiteren kann das Gehäusehauptsegment Führungsmittel zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen des mindestens einen Speichermoduls umfassen. Diese sind derart ausgebildet, dass eine möglichst leichte Montage des Speichermoduls durch die zumindest eine seitliche Öffnung ermöglicht wird. Zum Beispiel können die Führungsmittel als Führungsschlitze in einer Innenseite der Gehäusewandung des Gehäusehauptsegments ausgebildet sein, in die das eine oder die mehreren Speichermodule eingreifen und so leicht in den Aufnahmeraum eingeschoben werden können. Vorzugsweise sind die Führungsschlitze hierzu in Einschubrichtung ausgerichtet. Beispielsweise kann die Einschubrichtung quer zur Längsrichtung, also in der Querrichtung Q des Fahrzeugs, ausgerichtet sein.
Alternativ oder zusätzlich können die Führungsmittel auch analog ausgerichtete Führungsschienen umfassen, mit denen das mindestens eine Speichermodul verbunden wird, um dieses durch die zumindest eine seitliche Öffnung in den Aufnahmeraum einschieben zu können.
Gemäß einer Ausführungsform kann das Gehäusehauptsegment einstückig ausgebildet sein. Dies bedeutet, dass das Gehäusehauptsegment aus einem Stück beziehungsweise materialeinheitlich gefertigt ist.
Alternativ kann das Gehäusehauptsegment mehrteilig ausgebildet sein. Einzelne Wandelemente werden beispielsweise separat hergestellt und anschließend zu dem Gehäusehauptsegment verbunden. Die mehrteilige Ausgestaltung ermöglicht insbesondere die Realisierung eines Gehäusehauptsegments mit größeren Dimensionen und/oder komplexerer Geometrie. Zum Beispiel können die voranstehend beschriebenen Wandabschnitte durch einzelne oder gemeinsam von mehreren dieser Wandelemente gebildet werden.
Im Falle der mehrteiligen Ausführung kann das Gehäusehauptsegment ein oberes U-förmiges Wandelement und ein unteres U-förmiges Wandelement umfassen, wobei zwischen den beiden Wandelementen der Aufnahmeraum definiert ist. Die beiden U-förmigen Wandabschnitte sind derart ausgerichtet, dass die beiden U-förmigen Querschnitte gegeneinander ausgerichtet sind, so dass die entsprechenden Schenkel der jeweiligen U-Form miteinander in Verbindung stehen und diese zusammen den Aufnahmeraum definieren.
Selbstverständlich kann mindestens ein zusätzliches Wandelement zwischen den beiden U-förmigen Wandelementen angeordnet sein. Auf diese Weise werden die beiden U-förmigen Wandelemente voneinander beabstandet und der Aufnahmeraum vergrößert.
In jedem Fall kann das Gehäusehauptsegment als ein Bauteil oder seine einzelnen Komponenten mittels Gießverfahren hergestellt sein. Als Material sind vorzugsweise metallische Werkstoffe, insbesondere Leichtmetalle, einsetzbar. Alternativ können aber auch Kunststoffe und faserverstärkte Kunststoffe zum Einsatz kommen.
Eine Anbindung des Speichergehäuses an das (restliche) Fahrzeug kann beispielsweise erfolgen, indem das Gehäusehauptsegment auf mindestens einer äußeren Oberfläche die beschriebenen Befestigungsabschnitte zum Verbinden mit einer Fahrzeugstruktur aufweist. Als Fahrzeugstruktur ist beispielsweise eine Karosserie oder ein Fahrzeugrahmen zu verstehen.
Des Weiteren wird ein Fahrzeug mit einem Speichergehäuse zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Speichermoduls bereitgestellt, wobei das Speichergehäuse gemäß dieser Beschreibung ausgebildet ist.
Zum Beispiel weist das Fahrzeug mindestens ein Vorderrad und mindestens ein Hinterrad sowie eine elektrische Antriebsmaschine auf, welche zum Antreiben des mindestens einen Hinter- und/oder Vorderrads ausgebildet ist.
Hierbei kann das Speichergehäuse derart am oder in dem Fahrzeug angeordnet sein, dass das Gehäusehauptsegment und dessen Längsrichtung zumindest in einem Betriebszustand des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind.
Das beschriebene Fahrzeug mit dem beschriebenen Speichergehäuse ermöglicht also das mindestens eine elektrische Speichermodul in einer Querrichtung zur Fahrzeuglängsrichtung in das Speichergehäuse einzubauen oder zumindest in dieser Richtung seitlich zugänglich zu machen. In jedem Fall ist das mindestens eine Speichermodul einschließlich seiner elektrischen Verkabelung und eventueller Kühlmittelanschlüsse seitlich leicht zugänglich. Dies erleichtert sowohl die anfängliche Montage und Installation als auch spätere Reparaturen oder einen eventuellen Austausch.
Zusätzlich ermöglichen das eine oder die mehreren vorstehenden Deckelelemente aufgrund der (integrierten) Verstärkungsstruktur Lastpfade im Fahrzeug über das jeweilige Deckelelement darzustellen. Diese können an anderer Stelle, insbesondere im Bereich des Gehäusehauptsegments reduziert und so Gewicht eingespart und gleichzeitig Raum für die Speichermodule und Installationen, wie Elektro- und Kühlanschlüsse, geschaffen werden. Schwere selbst- oder mittragende Speichergehäuse oder separate Rahmenkonstruktionen können wirkungsvoll vermieden werden. Stattdessen wird es ermöglicht, das Gehäusehauptsegment (bei Bedarf) nicht-tragend auszuführen, so dass dieses erst durch die verstärkende Wirkung des einen oder der mehreren Deckelelemente die erforderliche Steifigkeit und Festigkeit des gesamten Speichergehäuses erreicht.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele näher erläutert. Hierbei zeigen:

1: ein Gehäusehauptsegment für ein Speichergehäuse gemäß der Beschreibung,
2: das Gehäusehauptsegment nach 1 mit mehreren Speichermodulen,
3: ein Speichergehäuse gemäß der Beschreibung in geöffnetem Zustand,
4: das Speichergehäuse gemäß 3 in geschlossenem Zustand, und
5: ein Fahrzeug mit einem entsprechenden Speichergehäuse.

Die 1 zeigt ein Gehäusehauptsegment 11 für ein Speichergehäuse 10 (dargestellt in den 3 und 4) eines Fahrzeugs (teilweise dargestellt in 5), welches zur Aufnahme mehrerer elektrischer Speichermodule 12 vorgesehen ist, wobei die Speichermodule 12 (dargestellt in 2) jeweils mehrere elektrische Speichereinheiten umfassen. Demnach bildet das Gehäusehauptsegment 11 eine zentrale Komponente des Speichergehäuses 10. Als „Speichereinheiten“ können insbesondere Batteriezellen, Akkumulatoren, Kondensatoren oder andere Einrichtungen, die zum Speichern von elektrischer Energie geeignet und bestimmt sind, eingesetzt werden. Die einzelnen Speichereinheiten können parallel und/oder seriell miteinander verschaltet und zu dem einen oder den mehreren Speichermodulen 12 miteinander verschaltet sein.
Das Gehäusehauptsegment 11 weist eine Gehäusewandung 13 auf, die einen Aufnahmeraum 14 zur Aufnahme der elektrischen Speichermodule 12 mit Ausnahme von zwei seitlichen Öffnungen 15 vollständig umschließt. Hierbei weist die Gehäusewandung 13 in der dargestellten Ausführungsform zwei der seitlich angeordneten Öffnungen 15 auf, die zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen der Speichermodule 12 in den beziehungsweise aus dem Aufnahmeraum 14 ausgebildet sind. Die beiden Öffnungen 15 sind auf unterschiedlichen Seiten des Gehäusehauptsegments 11, also auf zueinander entgegengesetzt angeordneten Seiten angeordnet.
Wie insbesondere aus 2 ersichtlich ist, ermöglichen die seitlichen Öffnungen 15 eine vorteilhafte Zugänglichkeit zur vereinfachten Montage und Installation der Speichermodule 12, insbesondere zur Verkabelung und zum Anschluss von Kühlleitungen 12a für eine Kühlung der Speichermodule 12 mit Hilfe eines Kühlmittels.
So können die Speichermodule 12 einzeln oder gemeinsam über die seitlich angeordneten Öffnungen 15 in den Aufnahmeraum 14 eingebracht oder aus diesem entnommen werden.
Hierbei weist die Gehäusewandung 13 und damit das Gehäusehauptsegment 11 einen in einer Längsrichtung L orientierten, geschlossenen Querschnitt auf, der den Aufnahmeraum 14 und die darin angeordneten Speichermodule 12 vollständig umschließt. Das Gehäusehauptsegment 11 trägt diese somit vollständig.
Gemäß einer nicht dargestellten Ausführungsform kann das Gehäusehauptsegment 11 einstückig ausgebildet sein.
Dagegen ist in den Figuren eine Ausführungsform dargestellt, wonach das Gehäusehauptsegment 11 mehrteilig ausgebildet ist.
So kann das Gehäusehauptsegment 11 - wie dargestellt - beispielsweise einen Bodenabschnitt 11a und zwei voneinander beabstandete Wandabschnitte 11b, 11c aufweisen, die einen den geschlossenen Querschnitt abschließenden Deckenabschnitt 11d tragen. Hierbei kann ein erster der beiden Wandabschnitte 11b einen in Längsrichtung L vorderen Wandabschnitt 11b bilden. Der zweite der beiden Wandabschnitte 11c kann einen in der Längsrichtung hinteren Wandabschnitt 11c bilden. Rein beispielhaft dargestellt, kann der hintere Wandabschnitt 11c mit einem Vorsprung 11c' ausgebildet sein, um den Aufnahmeraum 14 zusätzlich zu vergrößern und zusätzliches Volumen zur Aufnahme zusätzlicher Speichermodule 12 bereitzustellen.
In der dargestellten Ausführungsform sind die beschrieben Wandabschnitte 11b, 11c durch einzelne oder gemeinsam von mehreren Wandelementen gebildet. So umfasst das Gehäusehauptsegment 11 ein oberes U-förmiges Wandelement 21 und ein unteres U-förmiges Wandelement 22, wobei zwischen den beiden U-förmigen Wandelementen 21,22 ein zusätzliches Wandelement 23 angeordnet ist. Selbstverständlich können die Wandabschnitte 11a-11d aber auch durch eine andere Zusammenstellung und Anzahl von anders geformten Wandelementen 21-23 erzeugt werden.
In einem im Fahrzeug verbauten Zustand entspricht die Längsrichtung L einer Fahrzeuglängsrichtung beziehungsweise der Haupt-Fahrtrichtung. Entsprechend ist die seitliche Anordnung der zumindest einen Öffnung 15 als seitlich zu der Längsrichtung L, also im Wesentlichen quer (Querrichtung Q) hierzu auf einer linken oder rechten Seite zum Fahrzeug zu verstehen.
Wie aus 2 und der Detailansicht A ersichtlich umfasst das Gehäusehauptsegment 11 außerdem Führungsmittel 25 zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen der Speichermodule 12. Zum Beispiel können die Führungsmittel 25 als Führungsschlitze 25 in der Innenseite der Gehäusewandung 13 des Gehäusehauptsegments 11 ausgebildet sein, in die die Speichermodule 12 eingreifen und so leicht in den Aufnahmeraum 14 eingeschoben werden können. Vorzugsweise sind die Führungsschlitze 25 hierzu in Einschubrichtung E ausgerichtet. Beispielsweise kann die Einschubrichtung E quer zur Längsrichtung L, also in der Querrichtung Q des Fahrzeugs, ausgerichtet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Führungsmittel 25 auch analog Führungsschienen umfassen, die mit den Speichermodulen 12 verbunden sind, um diese in den Aufnahmeraum 14 einschieben zu können.
Des Weiteren weist das Gehäusehauptsegment 11 auf mindestens einer äußeren Oberfläche Befestigungsabschnitte 26 zum Verbinden mit einer Fahrzeugstruktur (siehe 5) auf.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, umfasst das Speichergehäuse 10 außerdem zwei Deckelelemente 30, welche zum lösbaren Verschließen der beiden seitlich angeordneten Öffnungen 15 der Gehäusewandung 13 ausgebildet sind. Die beiden Deckelelemente 30 sind derart ausgebildet, dass diese das Gehäusehauptsegment 11 und dessen Öffnungen 15 gegenüber einer Umgebung abdichten.
Die beiden Deckelelemente 30 weisen jeweils eine Verstärkungsstruktur 34 auf, um das jeweilige Deckelelement 30 zu verstärken. Auf diese Weise wird eine Festigkeit und Steifigkeit des jeweiligen Deckelelements 30 deutlich erhöht. Gleichzeitig kann das verstärkte Deckelelement 30 dazu genutzt werden auch das Gehäusehauptsegment 11 zu verstärken. Entsprechend geringer kann die Steifigkeit und Festigkeit des Gehäusehauptsegments 11 ausfallen. So können beispielsweise dessen Wandstärken reduziert werden und somit Material und Gewicht eingespart werden.
Gemäß der dargestellten Ausführungsform weist das Deckelelement 30 einen umlaufenden Randabschnitt 31 zum umlaufenden Verbinden mit der Gehäusewandung 13 des Gehäusehauptsegments 11 auf. Dies bedeutet, dass das Deckelelement 30 über den Randabschnitt 31 mit der Gehäusewandung 13 des Gehäusehauptsegments 11 verbunden ist. Die Verbindung ist beispielhaft lösbar ausgebildet, um das jeweilige Deckelelement 30 im Bedarfsfall, insbesondere zur Bereitstellung der beschriebenen Zugänglichkeit zu den Speichermodulen 12, entfernen und wieder anbringen zu können. Zum Beispiel kann die lösbare Verbindung - wie dargestellt - mittels Verschraubung 35 realisiert werden. Alternativ sind selbstverständlich auch andere Verbindungsarten möglich. Optional kann eines der beiden Deckelelemente 30 dauerhaft mit dem Gehäusehauptsegment 11 verbunden sein, so dass die Zugänglichkeit lediglich über das andere, lösbare Deckelelement 30 erfolgt (Ausführungsform ist nicht dargestellt).
Die Deckelelemente 30 weisen einen gegenüber dem Randbereich 31 vorstehenden Deckelabschnitt 33 auf, welcher auf einer von der Gehäusewandung 13 abgewandten Seite des Deckelelements 30 vorgesehen ist.
Hierbei sind der Randabschnitt 31 und der vorstehende Deckelabschnitt 33 über einen schrägen Wandabschnitt 32 miteinander verbunden, wobei der schräge Wandabschnitt 32 eine Schräge von 30° bis 60°, vorzugsweise, 40° bis 50°, besonders bevorzugt etwa 45°, aufweist. Aufgrund des schrägen Wandabschnitts 32 ist es möglich, dass der daran angrenzende vorstehende Deckelabschnitt 33 gegenüber dem umlaufenden Randabschnitt 31 nach außen (also in der Querrichtung Q) versetzt beziehungsweise hervorstehend ausgebildet ist. Auf diese Weise kann der innerhalb des Gehäusehauptsegments 11 gebildete Aufnahmeraum 14 in die beiden nach außen versetzten, vorstehenden Deckelabschnitte 33 erweitert werden.
Bildlich gesprochen, sind die Deckelelemente 30 also wannenförmig ausgebildet. Bereits die Wannenförmigkeit schafft eine gegenüber einer flachen Platte erhöhte Festigkeit und Steifigkeit, welche im verbauten Zustand auch dem Gehäusehauptsegment 11 zugutekommt.
Zum Beispiel können die oberen Schrägen des schrägen Wandabschnitts 32 in Höhe einer oberen Kante des daran angrenzenden obersten Speichermoduls 12 angeordnet sein. Entsprechend können die unteren Schrägen in Höhe einer unteren Kante des daran angrenzenden untersten Speichermoduls 12 angeordnet sein. Zusätzlich können die nach außen vorstehenden Deckelabschnitte 33 einen definierten Abstand zu den Speichermodulen 12 aufweisen, der ein entsprechendes Volumen zur Aufnahme von Elektro- und Kühlanschlüssen zwischen dem (jeweiligen) Speichermodul 12 und dem benachbarten vorstehenden Deckelabschnitt 33 ermöglicht.
Beispielsweise umfasst die jeweilige Verstärkungsstruktur 34 der Deckelelemente 30 mehrere ausgeformte Verstärkungsprofile 34a-34d. Dies bedeutet, dass durch eine geometrische Ausgestaltung eine Erhöhung der Steifigkeit und Festigkeit erzielt werden kann. Diese kann durch eine entsprechende Formgebung mittels plastischer Pressverfahren erzeugt werden. Zum Beispiel kann die Verstärkungsstruktur 34 kanalförmig mit einem U-förmigen Querschnitt in dem Deckelelement 30, insbesondere in dem nach außen vorstehenden Deckelabschnitt 33, ausgestaltet sein.
Erfolgt die Ausformung - wie dargestellt - in einer äußeren Richtung (also der Querrichtung Q) des Deckelelements 30, wird auf einer innenliegenden Seite des Deckelelements 30 Volumen geschaffen, welches beispielsweise zur Aufnahme von Elektro- und Kühlanschlüssen 12a oder Elektro- und/oder Kühlleitungen zwischen dem (jeweiligen) Speichermodul 12 und dem benachbarten vorstehenden Deckelabschnitt 33 genutzt werden kann.
Alternativ oder zusätzlich kann die jeweilige Verstärkungsstruktur 34 mindestens ein in das jeweilige Deckelelement 30 integriertes Verstärkungselement umfassen. Dies bedeutet, dass die Steifigkeit und Festigkeit durch Einbringen des einen oder der mehreren (separaten) Verstärkungselemente erhöht werden kann. Dies bietet sich beispielsweise bei Deckelelementen 30 an, die aus Kunststoff oder faserverstärktem Kunststoff erzeugt werden. Bereits bei deren Herstellung können als Verstärkungselemente separate Bauteile eingesetzt werden. So können zum Beispiel bandförmige Bauteile, wie zusätzliche (unidirektionale) Faserstränge oder Bänder aus Metall oder Kunststoff, genutzt werden, um beispielsweise Lastpfade in dem Deckelelement 30 zu verstärken.
Die Verstärkungsstruktur 34 ist derart ausgebildet, dass diese mindestens zwei Befestigungsabschnitte 26 des Speichergehäuses 10 miteinander verbindet, die wiederum zum Verbinden mit der Fahrzeugstruktur vorgesehen sind. Beispielhaft sind die Befestigungsabschnitte 26 auf einer äußeren Oberfläche 21 des Gehäusehauptsegments 11 vorgesehen.
Im Falle eines in 5 beispielhaft als Motorrad dargestellten Fahrzeugs können Befestigungsabschnitte 26 zum Verbinden mit einem Lenkerkopf 40 sowie Befestigungsabschnitte 26 zum Verbinden mit einem Heckrahmen und/oder zum Verbinden mit einem Schwingenlager einer Hinterradschwinge 41 und/oder zum Verbinden mit einem Antriebsmotor 42 vorgesehen sein.
In jedem Fall können ein erstes Ende des jeweiligen Verstärkungselements 34a-34d der Verstärkungsstruktur 34 im Bereich eines ersten Befestigungsabschnitts 26 und ein zweites Ende des Verstärkungselements 34a-34d der Verstärkungsstruktur 34 im Bereich eines zweiten Befestigungsabschnitts 26 angeordnet sein. Diese Ausrichtung des jeweiligen Verstärkungselements 34 kann dem dortigen Lastpfad zwischen den beiden Befestigungsabschnitten 26 entsprechen. In diesem Fall übernimmt das Verstärkungselement 34a-34d in besonderer Weise eine aussteifende und verfestigende Funktion, ähnlich einem Fachwerk. Dies ermöglicht in erhöhtem Maße die Anforderungen an eine eigene Festigkeit und Steifigkeit des Gehäusehauptsegments 11 zu reduzieren, wodurch ebenfalls eine Dicke der Gehäusewandung 13 (weiter) reduziert und dementsprechend Material und Gewicht eingespart werden kann.
Das beschriebene Speichergehäuse 10 ermöglicht in einem am oder in dem Fahrzeug verbauten Zustand die Speichermodule 12 in der Querrichtung Q zur Fahrzeuglängsrichtung (gleichgerichtet zur Längsrichtung L des Gehäusehauptsegments 11) einzubauen oder zumindest in dieser Richtung seitlich zugänglich zu machen. In jedem Fall sind die Speichermodule 12 einschließlich ihrer Verkabelung und eventueller Kühlmittelanschlüsse 12a dadurch seitlich leicht zugänglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102018203603 A1 [0005]

Claims

Speichergehäuse (10) für ein Fahrzeug zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Speichermoduls (12), wobei das Speichergehäuse (10) zumindest ein Gehäusehauptsegment (11) mit einer Gehäusewandung (13) umfasst, die einen Aufnahmeraum (14) zur Aufnahme des mindestens einen elektrischen Speichermoduls (12) zumindest abschnittsweise umschließt, wobeidie Gehäusewandung (13) zumindest eine seitlich angeordnete Öffnung (15) aufweist, die zum seitlichen Einbringen oder Entnehmen des mindestens einen elektrischen Speichermoduls (12) in den beziehungsweise aus dem Aufnahmeraum (14) ausgebildet ist, wobei das Speichergehäuse (10) zumindest ein Deckelelement (30) umfasst, welches zum lösbaren Verschließen der zumindest einen seitlich angeordneten Öffnung (15) der Gehäusewandung (13) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (30) eine Verstärkungsstruktur (34) zum Verstärken des Deckelelements (30 aufweist.
Speichergehäuse (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (30) einen umlaufenden Randabschnitt (31) zum zumindest abschnittsweisen oder umlaufenden Verbinden mit der Gehäusewandung (13) umfasst.
Speichergehäuse (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelelement (30) einen gegenüber dem Randbereich (31) vorstehenden Deckelabschnitt (33) umfasst, welcher auf einer von der Gehäusewandung (13) abgewandten Seite des Deckelelements (30) vorgesehen ist.
Speichergehäuse (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Randabschnitt (31) und der vorstehende Deckelabschnitt (33) über einen schrägen Wandabschnitt (32) miteinander verbunden sind, wobei der schräge Wandabschnitt (32) eine Schräge von 30° bis 60°, vorzugsweise, 40° bis 50°, besonders bevorzugt etwa 45°, aufweist.
Speichergehäuse (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (34) mindestens ein in dem Deckelelement (30) ausgeformtes Verstärkungsprofil (34a-34d) umfasst.
Speichergehäuse (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (34) ein in das Deckelelement (30) integriertes Verstärkungselement umfasst.
Speichergehäuse (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsstruktur (34) mindestens zwei Befestigungsabschnitte (26) miteinander verbindet, die zum Verbinden mit einer Fahrzeugstruktur vorgesehen sind.
Speichergehäuse (10) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusewandung (13) einen zumindest in Längsrichtung (L) des Gehäusehauptsegments (11) orientierten, geschlossenen Querschnitt aufweist, der den Aufnahmeraum (14) vollständig umschließt.
Fahrzeug mit einem Speichergehäuse (10) zur Aufnahme mindestens eines elektrischen Speichermoduls (12), dadurch gekennzeichnet, dass das Speichergehäuse (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist.