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Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriegehäuse einen Aufnahmebereich zur Aufnahme von Batteriemodulen aufweist, und einen den Aufnahmebereich zumindest zum Teil umlaufenden Rahmen mit einer ersten Rahmenseite und einer der ersten Rahmenseite gegenüberliegenden zweiten Rahmenseite. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse und ein Verfahren zum Bereitstellen eines Batteriegehäuses.
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Batteriegehäuse für Batterien, insbesondere Hochvoltbatterien, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2016 009 969 A1 eine Kraftfahrzeugbatterie mit zwei Zellblöcken und einem Batteriegehäuse, welches die Zellblöcke umschließt und mit einer Temperiereinrichtung und zumindest einer Fluidleitung zur Leitung eines Fluids für die Temperierung der zumindest zwei Zellblöcke. Weiterhin weist das Batteriegehäuse zur Versteifung ein Crash-Element auf, das zur Aufnahme der zumindest einen Fluidleitung vorgesehen ist. Dieses ist in der Art einer hohlkammerartigen Querstrebe im Batteriegehäuse angeordnet.
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Gerade im Zusammenhang mit Hochvoltbatterien sind besondere Anforderungen an die Crash-Sicherheit eines solchen Batteriegehäuses zu stellen. Entsprechend wird oftmals versucht, die Crash-Sicherheit durch das Vorsehen diverser Verstärkungsstreben, mit zum Beispiel der oben genannten Querstreben, innerhalb des Batteriegehäuses zu verbessern. Die Verwendung solcher Verstärkungsstreben ist beispielsweise auch in der
KR 10 2019 079 777 A beschrieben.
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Nichtsdestoweniger wäre es weiterhin wünschenswert, die Crash-Sicherheit eines Batteriegehäuses weiter steigern zu können.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriegehäuse, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die es ermöglichen, ein Batteriegehäuse für eine Hochvoltbatterie bereitzustellen, in welchem aufgenommene Batteriemodule im Falle einer äußeren Krafteinwirkung auf das Kraftfahrzeug möglichst gut geschützt sind.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriegehäuse, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Batteriegehäuse für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs weist einen Aufnahmebereich zur Aufnahme von Batteriemodulen und einen den Aufnahmebereich zumindest zum Teil, vorzugsweise vollständig, umlaufenden Rahmen auf, der eine erste Rahmenseite und eine der ersten Rahmenseite gegenüberliegende zweite Rahmenseite umfasst. Weiterhin weist das Batteriegehäuse mindestens ein erstes Versteifungselement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende auf, wobei das mindestens eine erste Versteifungselement in einer ersten Richtung vom der ersten Rahmenseite zur zweiten Rahmenseite verlaufend angeordnet ist und mit seinem ersten Ende durch die erste Rahmenseite und mit seinem zweiten Ende durch die zweite Rahmenseite des Rahmens durchgeführt ist, wobei das erste und zweite Ende Anbindungsstellen zur Anordnung an einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass nicht nur die Art der Ausbildung eines Batteriegehäuses, sondern auch die Art der Anbindung des Batteriegehäuses an die Kraftfahrzeugkarosserie für die Crash-Sicherheit relevant ist. Üblicherweise wird das Batteriegehäuse mit dem Rahmen direkt an der Karosserie des Kraftfahrzeugs angebunden. Dies hat zur Folge, dass zum Beispiel ein Seitenaufprall, zum Beispiel bei einem Pfahl-Crash, sich über die Seitenschweller eines Kraftfahrzeugs unmittelbar auf den Batteriegehäuserahmen und damit auf die im Gehäuse aufgenommenen Batteriemodule auswirkt. Versteifungselemente innerhalb einer Batterie beziehungsweise innerhalb des Rahmens können dabei nur bedingt helfen. Erfindungsgemäß ist es nun vorteilhafterweise möglich, das Batteriegehäuse nicht über den Rahmen an der Karosserie anzubinden, sondern über mindestens ein Versteifungselement, welches sich komplett durch die Batterie beziehungsweise das Batteriegehäuse hindurch erstreckt. Dieses mindestens eine erste Versteifungselement steht also mit seinen beiden Enden über jeweils die erste und zweite Rahmenseite des Rahmens des Batteriegehäuses hinaus und kann entsprechend über diese hinausstehenden Enden an der Karosserie des Kraftfahrzeugs beziehungsweise dem Rohbau des Kraftfahrzeugs angebunden, zum Beispiel angeschweißt oder angeschraubt werden. Durch solche ein Batteriegehäuse quasi vollständig durchdringenden Streben ist es vorteilhafterweise möglich, die Batterie teilweise komplett zu entlasten. Bei einem Seitenaufprall beispielsweise können die Seitenaufprallkräfte komplett von einem solchen mindestens einen ersten Versteifungselement aufgenommen werden. Der Rahmen des Batteriegehäuses bleibt in diesem Fall unberührt, da dieser beispielsweise vollständig von der Karosserie entkoppelt sein kann. Zumindest wird es hierdurch ermöglicht, eine direkte Verbindungsstelle zwischen dem Rahmen und der Karosserie des Kraftfahrzeugs zu vermeiden. Der Gehäuserahmen und beispielsweise im Gehäuse aufgenommene Batteriemodule sind damit nur indirekt über solche Versteifungselemente mit der Karosserie gekoppelt. Durch eine derartige Verbesserung der Karosserieeigenschaften und der mechanischen Eigenschaften des Batteriegehäuses können die auf eine Hochvoltbatterie wirkenden Kräfte minimiert werden und dadurch eventuelle Beschädigungen der Batterie bei einem Unfall vermieden werden.
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Auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen erfindungsgemä-ßen Batteriegehäuse oder eines seiner Ausgestaltungen soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Eine solche Batterie ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet, und kann mehrere Batteriezellen aufweisen, die zum Beispiel als Lithiumionenzellen ausgebildet sind. Diese Batteriezellen können optional in Batteriemodulen zusammengefasst sein. Entsprechend kann also eine Hochvoltbatterie mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen aufweisen. Weiterhin können diese Batteriezellen im Allgemeinen als prismatische Zellen, Pouchzellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Das erfindungsgemäße Batteriegehäuse und seine Ausgestaltungen sind dabei für jede Art der Batteriezelle in gleicher Weise vorteilhaft. Das Batteriegehäuse beziehungsweise seine Gehäusebestandteile sind dabei vorzugsweise aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Stahl, gebildet oder aus einem Verbundwerkstoff, zum Beispiel einem kohlefaserverstärkten Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff aus Aluminium mit einem solchen kohlefaserverstärkten Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff aus Stahl mit einem solchen kohlefaserverstärkten Kunststoff. Auch eine Sandwich-Bauweise aus verschiedenen Materialien und/oder Verbundwerkstoffen ist denkbar. Auf diese Weise lässt sich ein hohes Maß an Stabilität bereitstellen.
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Der Rahmen des Batteriegehäuse kann den Aufnahmebereich umlaufen und zum Beispiel in der ersten Richtung sowie in einer zweiten zur ersten senkrechten Richtung in seiner Ausdehnung begrenzen. Die erste und zweite Richtung können dabei zu einer Fahrzeugquerrichtung und einer Fahrzeuglängsrichtung oder umgekehrt korrespondieren, wenn sich das Batteriegehäuse in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage am Kraftfahrzeug befindet.
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Entsprechend kann auch das erste Versteifungselement in Fahrzeugquerrichtung und/oder Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Somit lässt sich je nach Anforderung ein hohes Maß an Stabilität und Crash-Sicherheit in die gewünschte Richtung bereitstellen. Das Versteifungselement kann zum Beispiel als Strangpressprofil, insbesondere Hohlprofil, oder auch als Vollprofil, bereitgestellt werden. Das Versteifungselement weist entsprechend eine Längserstreckungsrichtung in der ersten Richtung auf und ist in dieser Richtung vom ersten und zweiten Ende in seiner Längserstreckung begrenzt.
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Dass das erste Ende des ersten Versteifungselements durch die erste Rahmenseite und das zweite Ende durch die zweite Rahmenseite durchgeführt ist, soll dabei insbesondere so verstanden werden, dass die Enden des ersten Versteifungselements über die jeweiligen Rahmenseiten des Rahmens in eine vom Aufnahmebereich wegweisende Richtung hinausstehen.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriegehäuse mindestens einen in die erste Richtung verlaufenden ersten Trennsteg auf, der von der ersten Rahmenseite zur zweiten Rahmenseite verläuft und der den Aufnahmebereich in zumindest zwei Teilbereiche gliedert, wobei der mindestens eine erste Trennsteg eine erste Hohlkammer aufweist, die als ein in der ersten Richtung verlaufender, durchgängiger erster Kanal ausgebildet ist, wobei das mindestens eine erste Versteifungselement durch den ersten Kanal verlaufend angeordnet ist.
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Entsprechend kann auch der mindestens eine erste Trennsteg in Fahrzeugquerrichtung und/oder Fahrzeuglängsrichtung verlaufen. Somit lässt sich je nach Anforderung ein hohes Maß an Stabilität und Crash-Sicherheit in die gewünschte Richtung bereitstellen. Der mindestens eine erste Trennsteg ist dabei vorzugsweise zumindest bereichsweise als Hohlprofil beziehungsweise hohles Strangpressprofil ausgebildet. Dies ermöglicht eine einfache Herstellung eines solchen Trennstegs. Zudem lässt sich hierdurch durch den Trennsteg selbst eine zusätzlich stabilisierende Wirkung und Versteifung des Batteriegehäuses bereitstellen. Der Querschnitt der Strangpressprofile, sowohl der der Versteifungselemente als auch der der Trennstege, kann an die gewünschte, zu erreichende Steifigkeit und Stabilität des Gehäuses bzw. der Karosserie einfach angepasst bemessen sein. Das erste Versteifungselement sowie der erste Kanal können dabei grundsätzlich jede beliebige Querschnittsgeometrie senkrecht zur ersten Richtung aufweisen, wie beispielsweise rund oder eckig. Vorzugsweise weisen sie jedoch eine zueinander korrespondierende Geometrie auf. Diese erlaubt eine besonders bauraumeffiziente Ausgestaltung.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriegehäuse mehrere in der ersten Richtung von der ersten Rahmenseite zur zweiten Rahmenseite verlaufende erste Trennstege auf, die in einer zur ersten senkrechten zweiten Richtung einen Abstand zueinander aufweisen, und mehrere erste Versteifungselemente, die durch die jeweiligen ersten Kanäle der ersten Trennstege verlaufen und mit ihren jeweiligen ersten Enden durch die erste Rahmenseite und ihren jeweiligen zweiten Enden durch die zweite Rahmenseite geführt sind, wobei die jeweiligen ersten und zweiten Enden Anbindungsstellen zur Anordnung an der Karosserie bereitstellen. Mit anderen Worten kann das Batteriegehäuse mehrere Trennstege aufweisen, die zum Beispiel in einem Abstand zueinander parallel verlaufen und die jeweils durch entsprechende Versteifungselemente verstärkt sind, die wiederum über die jeweiligen Rahmenseiten hinausstehen und entsprechend an der Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt werden können. Die Anzahl solcher Trennstege und/oder Versteifungselemente kann an die gewünschte Steifigkeit des Batteriegehäuses angepasst sein. Denkbar ist es darüber hinaus, dass das Batteriegehäuse auch mehrere Trennstege aufweist, in denen jedoch kein solches Versteifungselement geführt ist. Auch hierdurch ist ein zusätzlicher Freiheitsgrad gegeben, der eine besonders flexible Anpassungsmöglichkeit an gegebene Erfordernisse ermöglicht.
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Dabei können die mehreren ersten Trennstege sowie auch die ersten Versteifungselemente alle gleichartig ausgebildet sein. Mit anderen Worten gelten die für den mindestens einen ersten Trennsteg und das mindestens eine erste Versteifungselement oben ausgeführten Beschreibungen analog auch für die übrigen Trennstege und Versteifungselemente, insbesondere auch für die nachfolgend näher erläuterten zweiten Trennstege und Versteifungselemente.
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Durch mehrere Trennstege wird entsprechend auch der Aufnahmebereich des Batteriegehäuses in mehrere Teilbereiche gegliedert. Die Abstände der Trennstege können dabei auf typische Abmessungen von Batteriemodulen angepasst sein, so dass eine bauraumeffiziente Anordnung möglich ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der Rahmen eine dritte Rahmenseite und eine der dritten Rahmenseite gegenüberliegende, vierte Rahmenseite auf, die die ersten und zweiten Rahmenseiten miteinander verbinden, wobei das Batteriegehäuse mindestens einen in eine zur ersten Richtung senkrechte zweite Richtung von der dritten Rahmenseite zur vierten Rahmenseite verlaufenden zweiten Trennsteg aufweist, wobei der mindestens eine zweite Trennsteg eine zweite Hohlkammer aufweist, die als ein in der zweiten Richtung verlaufender durchgängiger zweiter Kanal ausgebildet ist, wobei das Batteriegehäuse mindestens ein zweites Versteifungselement mit einem dritten Ende und einem vierten Ende aufweist, wobei das mindestens eine zweite Versteifungselement durch den zweiten Kanal verläuft und mit seinem dritten Ende durch die dritte Rahmenseite und mit seinem vierten Ende durch die vierte Rahmenseite durchgeführt ist, insbesondere wobei das dritte und vierte Ende Anbindungsstellen zur Anordnung an der Karosserie des Kraftfahrzeugs bereitstellen.
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Auf diese Weise lassen sich also nicht nur in der ersten Richtung Versteifungselemente mit Anbindungsmöglichkeit an die Karosserie bereitstellen, sondern auch senkrecht dazu in die zweite Richtung. So kann ein besonders hohes Maß an Crash-Sicherheit sowohl in Fahrzeuglängsrichtung als auch in Fahrzeugquerrichtung bereitgestellt werden. In einem solchen Batteriegehäuse aufgenommene Batteriemodule sind entsprechend besonders gut geschützt. Auch hier ist es wiederum denkbar, dass in dieser zweiten Richtung ebenfalls mehrere Trennstege mit jeweiligen Versteifungselementen vorgesehen sind. Darüber hinaus muss auch nicht jeder in der zweiten Richtung vorgesehene Trennsteg ein solches Versteifungselement in sich führen. Grundsätzlich ist es beispielsweise auch denkbar, dass nur in der ersten Richtung verlaufende Trennstege in ihren jeweiligen Kanälen Versteifungselemente führen, und in die zweite Richtung verlaufende Trennstege keine solchen Versteifungselemente in sich führen. Auch dies erlaubt wiederum zahlreiche Anpassungsmöglichkeiten an gegebene Anforderungen.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn das mindestens eine erste Versteifungselement und das mindestens eine zweite Versteifungselement in einer dritten Richtung räumlich versetzt zueinander angeordnet sind, die senkrecht zur ersten und zur zweiten Richtung verläuft. Die dritte Richtung korrespondiert dabei vorzugsweise zu einer Fahrzeughochrichtung bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage des Batteriegehäuses in einem Kraftfahrzeug. Dies hat den großen Vorteil, dass die Versteifungselemente ununterbrochen durch die Kanäle durchgeführt werden können. Dadurch kann ein besonders hohes Maß an Stabilität erreicht werden.
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Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das mindestens eine erste Versteifungselement, und insbesondere auch das mindestens eine zweite Versteifungselement, einstückig ausgebildet ist. Dies ermöglicht nicht nur eine besonders einfache Ausbildung als durchgehendes Strangpressprofil, sondern vereinfacht zudem auch noch die Montage und erhöht die Biegetorsionssteifigkeit des Gesamtgehäuses. Nichtsdestoweniger ist es aber auch denkbar, dass das mindestens eine erste Versteifungselement mehrere Einzelteile aufweist und zusammengesetzt beziehungsweise unterbrochen ausgeführt ist.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist der mindestens eine erste Trennsteg mindesten zwei erste Stegelemente und eine in der ersten Richtung zwischen den ersten Stegelementen angeordnete Kopplungseinrichtung auf, wobei der erste Kanal durch die mindesten zwei ersten Stegelemente und die Kopplungseinrichtung verläuft, und wobei die Kopplungseinrichtung mit dem ersten Versteifungselement und einem Gehäuseboden des Batteriegehäuses, der bezogen auf die dritte Richtung unterhalb der Kopplungseinrichtung angeordnet ist, verbunden ist. Durch eine solche Kopplungseinrichtung kann die Steifigkeit des Batteriegehäuses zusätzlich erhöht werden. Diese Kopplungseinrichtung koppelt sozusagen die Stegelemente mit dem Versteifungselement und zumindest noch dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses. Grundsätzlich ist es auch denkbar, einen ersten Trennsteg von der ersten zur zweiten Rahmenseite durchgehend auszubilden, das heißt einstückig, ohne eine solche Kopplungseinrichtung. Die Ausführung mit einer Kopplungseinrichtung hat jedoch den großen Vorteil, dass diese gleichzeitig die Kopplung mit den oben genannten zweiten Trennstegen an Kreuzungspunkten auf besonders vorteilhafte und stabile Weise ermöglicht.
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Daher stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn der mindestens eine zweite Trennsteg mindestens zwei zweite Stegelemente und die in der zweiten Richtung zwischen den zweiten Stegelementen angeordnete Kopplungseinrichtung aufweist, wobei der zweite Kanal durch die mindestens zwei zweiten Stegelemente und die Kopplungseinrichtung verläuft, und wobei die Kopplungseinrichtung mit dem zweiten Versteifungselement verbunden ist. Die beschriebene Kopplungseinrichtung kann also sowohl Teil des ersten als auch des zweiten Trennstegs sein und diese an Kreuzungspunkten miteinander verbinden. Die beiden Kanäle können in der dritten Richtung zueinander versetzt durch die Kopplungseinrichtung verlaufen und insbesondere senkrecht zueinander ausgerichtet sein. Zentral durch die Kopplungseinrichtung kann zum Beispiel eine Schraube geführt sein oder zumindest eine Öffnung zur Durchführung einer Schraube oder eines Bolzens vorgesehen sein, so dass sich durch eine zentrale Verbindungsstelle vielzählige Einzelteile effizient miteinander verbinden lassen, wie zum Beispiel von oben nach unten ein Gehäusedeckel, die beiden Versteifungselemente und der Gehäuseboden. Gleichzeitig sind auch die jeweiligen ersten und zweiten Stegelemente an dieser Kopplungseinrichtung angebunden. Derartige Anbindungen und Verbindungen können zum Beispiel durch Verschraubungen oder durch Schweißen bereitgestellt sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse oder eine seiner Ausgestaltungen.
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Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das erste Ende und das zweite Ende des mindestens einen ersten Versteifungselements an einer Karosserie des Kraftfahrzeug befestigt sind.
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Die für das erfindungsgemäße Batteriegehäuse und seine Ausführungsformen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bereitstellen eines Batteriegehäuses für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei ein einen Aufnahmebereich zur Aufnahme von Batteriemodulen zumindest zum Teil umlaufender Rahmen mit einer ersten Rahmenseite und einer der ersten Rahmenseite gegenüberliegenden Rahmenseite bereitgestellt wird. Des Weiteren wird mindestens ein erstes Versteifungselement mit einem ersten Ende und einem zweiten Ende bereitgestellt und derart angeordnet, so dass dieses in einer ersten Richtung von der ersten Rahmenseite zur zweiten Rahmenseite verläuft und mit seinem ersten Ende durch die erste Rahmenseite und mit seinem zweiten Ende durch die zweite Rahmenseite nach außen durchgeführt ist. Weiterhin werden das erste und das zweite Ende an einer Karosserie des Kraftfahrzeugs befestigt.
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Auch hier gelten die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriegehäuse und seinen Ausführungsformen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Batteriegehäuses gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel;
- 2 eine schematische Draufsicht auf das Batteriegehäuse gemäß 1;
- 3 eine schematische Draufsicht auf ein an einer Kraftfahrzeugkarosserie befestigtes Batteriegehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 4 eine schematische Querschnittsdarstellung der Anordnung aus 3;
- 5 eine schematische Draufsicht auf ein Batteriegehäuse mit mehreren Quer- und Längsstreben gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 6 eine perspektivische Darstellung eines Trennstegs mit einem durch den Trennsteg geführten Versteifungselement und einer Kopplungseinrichtung für ein Batteriegehäuse gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 7 eine schematische Querschnittsdarstellung senkrecht zur Längserstreckungsrichtung des Trennstegs gemäß 6; und
- 8 eine schematische Querschnittsdarstellung in Längserstreckungsrichtung des Trennstegs gemäß 6.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Querschnittsdarstellung eines an einer Kraftfahrzeugkarosserie 10 angeordneten Batteriegehäuses 12 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel, sowie 2 eine entsprechende Draufsicht auf die in 1 gezeigte Anordnung. In einem solchen Batteriegehäuse 12 können dabei mehrere Batteriemodule zur Bereitstellung einer Hochvoltbatterie aufgenommen sein. Das Batteriegehäuse 12 wird dabei typischerweise über einen Gehäuserahmen direkt an die Karosserie 10 des Kraftfahrzeugs angebunden, zum Beispiel verschraubt. Diese Anbindungsstellen sind mit 14 bezeichnet. In 1 ist oberhalb der Batterie 12 noch der Fahrzeugtunnel 16 dargestellt.
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Ein solches Batteriegehäuse 12 ist üblicherweise ein in sich komplett geschlossenes Zusammenbauteil und wird wie beschrieben direkt an den Rohbau 10 des Kraftfahrzeugs angebunden und ist entsprechend für die Kraftübertragung in der Karosserie 10, zum Beispiel bei einem Pfahl-Crash, nicht sonderlich gut geeignet, da die in einem solchen Fall zum Beispiel auf den Seitenschweller 18 einwirkenden Kräfte, die durch den Pfeil F in 1 dargestellt sind, sich demnach unmittelbar auf das Batteriegehäuse 12 durch die direkte Anbindung 14 übertragen.
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Die Erfindung und ihre Ausführungsformen ermöglichen es nun vorteilhafterweise, ein Batteriegehäuse 20, zum Beispiel wie in 3 dargestellt, bereitzustellen, welches eine deutlich höhere Crash-Sicherheit aufweist, und in welchem angeordnete Batteriemodule entsprechend deutlich besser geschützt sind. Dies wird nun im Folgenden näher anhand von 3 bis 8 beschrieben.
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3 zeigt dabei wiederum eine schematische Draufsicht auf ein Batteriegehäuse 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, welches wiederum an eine Karosserie 22 eines Kraftfahrzeugs angebunden ist.
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4 zeigt weiterhin eine schematische Querschnittsdarstellung dieser Anordnung aus 3 in einem Schnitt senkrecht zur dargestellten x-Richtung. Die x-Richtung kann dabei im Übrigen zum Beispiel zu einer Fahrzeuglängsrichtung korrespondieren, die y-Richtung zu einer Fahrzeugquerrichtung und die z-Richtung zu einer Fahrzeughochrichtung. Die Besonderheit dieses Batteriegehäuses 20 ist nun darin zu sehen, dass dieses mindestens eine Versteifungselement 24, in diesem Beispiel drei solcher Versteifungselemente 24, aufweist, welche durch die übrigen Bestandteile des Batteriegehäuses 20 vollständig durchgeführt sind. Diese Versteifungselemente 24 weisen jeweils ein erstes Ende 24a und ein zweites Ende 24b auf, die also zum Beispiel in y-Richtung über das restliche Batteriegehäuse 20 beidseitig hinausstehen, und die entsprechend Anbindungsstellen 26 zur Anbindung des Batteriegehäuses 20 an die Karosserie 22, insbesondere in diesem Beispiel an die jeweiligen Seitenschweller 28 des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Insbesondere kann das Batteriegehäuse 20 in der Karosserie 22 über diese Anbindungsstellen 26 befestigt, zum Beispiel verschraubt und/oder verschweißt sein. Die übrigen Teile des Batteriegehäuses 20 müssen dabei nicht notwendigerweise irgendeine direkte Anbindung an die Karosserie 22 aufweisen. Dadurch können die im Falle einer äußeren Krafteinwirkung auf die Karosserie 22 einwirkenden Kräfte auf diese Versteifungselemente 24 eingeleitet werden, wodurch die an der Hochvoltbatterie selbst wirkenden Kräfte minimiert werden können. Hierdurch können Beschädigungen der Batterie vermieden werden.
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Das Batteriegehäuse 20 weist weiterhin einen Rahmen 30 auf, der wiederum eine erste Rahmenseite 32, eine der ersten Rahmenseite 32 gegenüberliegende zweite Rahmenseite 34, eine dritte Rahmenseite 36 und eine der dritten Rahmenseite 36 gegenüberliegende vierte Rahmenseite 38 aufweist, wobei die dritte und die vierte Rahmenseite 36, 38 die zweite Rahmenseite 34 und erste Rahmenseite 32 miteinander verbinden. Damit schließen diese vier Rahmenseiten 32, 34, 36, 38 einen Aufnahmebereich 40 zur Aufnahme von Batteriemodulen ein, der wiederum durch die Verseifungselemente 24 in einzelne Aufnahmebereiche 40a gegliedert sein kann. Solche Versteifungselemente 24 können dabei nicht nur in eine Richtung, hier der y-Richtung, vorgesehen sein, sondern beispielsweise auch senkrecht dazu in x-Richtung, wie dies in 5 veranschaulicht ist.
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5 zeigt dabei eine schematische Draufsicht auf ein Batteriegehäuse 20, welches wie zuvor beschrieben ausgebildet sein kann. Neben den bereits beschriebenen in y-Richtung verlaufenden Versteifungselementen 24 weist in diesem Beispiel das Batteriegehäuse 20 noch zusätzlich senkrecht dazu in x-Richtung verlaufende weitere Versteifungselemente 42 auf, die jedoch im Allgemeinen wie zu den ersten in y-Richtung verlaufenden Versteifungselementen 24 beschrieben ausgebildet sein können. Auch diese ragen vorzugsweise über die restlichen Komponenten des Batteriegehäuses 20, insbesondere über die dritte und vierte Rahmenseite 36, 38 in x-Richtung hinaus, so dass durch deren jeweilige Enden 42a, 42b wiederum Anbindungspunkte zur Anbindung an die Karosserie 22 des Kraftfahrzeugs bereitgestellt sind. An den Kreuzungs- beziehungsweise Knotenpunkten zwischen diesen ersten und zweiten Versteifungselementen 24, 42 sind weiterhin vorzugsweise Kopplungseinrichtungen 44 angeordnet, die nun im Zusammenhang mit 6 bis 8 näher erläutert werden.
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Die beschriebenen Versteifungselemente 24, 42 können vorteilhafterweise in Trennstegen 46 des Batteriegehäuses 20 eingebettet sein, wie dies nun ebenfalls nachfolgend näher beschrieben wird. 6 zeigt dabei eine schematische und perspektivische Darstellung eines solchen Trennstegs 46 für ein Batteriegehäuse 20 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Ein solcher Trennsteg 46 kann zum Beispiel zwischen der ersten und zweiten Rahmenseite 32, 34 des Rahmens 30 des Batteriegehäuses 20 verlaufen und damit, wie in diesem Beispiel dargestellt, parallel zur y-Richtung. Ein solcher Trennsteg 46 gliedert damit entsprechend den Aufnahmebereich 40 in entsprechende Teilbereiche 40a, wie zuvor im Zusammenhang mit den Versteifungselementen 24 zu 3 beschrieben. Weiterhin weist ein solcher Trennsteg 46 einen Hohlraum in Form eines langgestreckten Kanals 49 auf, in welchem das beschriebene Versteifungselement 24 angeordnet ist. Gerade wenn sich solche Trennstege 46 in Form von Quer- und Längsstreben innerhalb des Rahmens 30 kreuzen sollen, ist es besonders vorteilhaft, eine zuvor genannte Kopplungseinrichtung 44 vorzusehen. Diese kann als Teil des Trennstegs 46 aufgefasst werden. Kreuzen sich Trennstege 46, so verlaufen ihre Kanäle 49, insbesondere durch die Kopplungseinrichtung 44, und entsprechend die in ihnen geführten Versteifungselemente 24, 42 vorzugsweise höhenversetzt in z-Richtung, so dass die jeweiligen in der ersten und zweiten Richtung verlaufenden Versteifungselemente 24, 42 durchgängig und einstückig ausgebildet sein können. Zudem kann der Trennsteg 46 entsprechend mehrere Stegelemente 48 aufweisen, die über die genannte Kopplungseinrichtung 44 miteinander verbunden sind, wie in 6 dargestellt. Der Kanal 49 verläuft dabei sowohl durch die Stegelemente 48, als auch durch die Kopplungseinrichtung 44 und ist damit als durchgängiger Kanal 49 ausgebildet. Dies ist besonders vorteilhaft, da so auch das Versteifungselement 24 einstückig und durchgehend ausgebildet sein kann.
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Eine solche Kopplungseinrichtung 44 weist dabei vorzugsweise eine in der Draufsicht auf die dritte Richtung, d.h. der hier dargestellten z-Richtung, eine im Wesentlichen bzw. zumindest zum Großteil kreisförmige Geometrie auf, insbesondere mit gegenüberliegenden flachen Anbindungsstellen zum Koppeln mit den Stegelementen 48, je nach Anzahl der zu koppelnden Stegelemente 48 zwei oder vier an Kreuzungspunkten. Durch die bedingt durch diese Geometrie bereitgestellten Kreissegmente zwischen zwei zueinander senkrechten Stegelementen 48 kann ein erhöhtes Maß an Stabilität bereitgestellt werden. Diese Umfangsgeometrie des Kopplungselements 44 verringert ihren Durchmesser in Richtung des Gehäusebodens 52, was besonders bauraumeffizient ist, da die nunmehr vollständige kreisförmige Umfangsgeometrie in Nähe des Gehäusebodens 52 an die Geometrie der Schraubverbindung 50 angepasst ist und die Versteifungselemente 24, 42 in einem Abstand in z-Richtung erhöht über dem Boden 52 verlaufen.
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7 zeigt im Übrigen eine schematische Querschnittsdarstellung eines Schnitts durch die in 6 dargestellte Anordnung senkrecht zur y-Richtung und 8 eine schematische Darstellung eines Schnitts der Anordnung aus 6 senkrecht zur x-Richtung. Wie zusätzlich zu sehen ist, kann zum Beispiel auch zentral durch diese Kopplungseinrichtung 44 eine Schraubverbindung 50 bereitgestellt sein beziehungsweise zumindest eine Durchgangsbohrung bereitgestellt sein, durch welche eine Schraube, ein Bolzen oder ähnliches durchführbar ist. Durch eine solche Verbindungsstelle 50 kann das Versteifungselement 24 mit der Kopplungseinrichtung 44 und zudem zum Beispiel auch mit einem Gehäuseboden 52 des Batteriegehäuses sowie auch mit einem Gehäusedeckel 54 des Batteriegehäuses verbunden werden. Auch die Stegelemente 48 können entsprechend mit der Kopplungseinrichtung 44 verbunden sein, zum Beispiel an dieser angeschraubt sein oder mit dieser verschweißt sein. Auch andere Verbindungsmöglichkeiten sind denkbar. Wie zu sehen ist, ist das Versteifungselement 24 in diesem Beispiel als Hohlprofil ausgestaltet. Die Querschnittsfläche dieses Hohlprofils kann den Anforderungen entsprechend ausgebildet sein. Auch eine Ausbildung als Vollprofil ist denkbar. Die Stegelemente 48 sind vorzugsweise ebenfalls als hohle Strangpressprofile bereitgestellt, was eine besonders einfache und effiziente Herstellung ermöglicht.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Gestaltung eines Gehäuses einer HV-Batterie bereitgestellt werden kann, bei welcher die Gestaltung des Batteriegehäuses durch bestimmte Ausführung der Batteriebauteile Versteifungsmaßnahmen, wie Quer- und Längsverbindungen, in der Karosserie zulässt. Dies können Öffnungen in Knotenteilen der Batterie sein, ein bestimmter Querschnitt der Strangpressprofile oder ähnliches. Die durch die Batterie gehenden Karosserieversteifungen ermöglichen auch, unter anderem die Anbindungen der Hochvoltbatterie an den Versteifungen und damit indirekt auch an der Karosserie. Durch die Verbesserung der Karosserieeigenschaften werden die an der Hochvoltbatterie wirkenden Kräfte minimiert und dadurch Beschädigungen der Batterie vermieden. Die Öffnungen können dabei durchgehend sein oder auch nur ein Eintauchen der Streben in die Batterie ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016009969 A1 [0002]
- KR 102019079777 A [0003]
