DE102021102431A1 - Energy storage device for an electrically driven motor vehicle - Google Patents

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Alexander Rupp
Andre Limburg
Peter Roesch
Paul WINKLER
Hadar Sleiman
Julian Patscheider
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Bayerische Motoren Werke AG
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen, mit einem Speichergehäuse (1), in welchem ein elektrischer Energiespeicher (4) aufgenommen ist. Um dabei eine Energiespeichereinrichtung zu schaffen, welche einerseits beim Lastfall einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung beim Überfahren eines Hindernisses auf verbesserte Weise vor Beschädigungen des Energiespeichers geschützt ist und andererseits äußerst gewichtsgünstig ausgebildet ist, ist unterhalb des elektrischen Energiespeichers (4) ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Plattenelement (11) angeordnet.The invention relates to an energy storage device for an electrically driven motor vehicle, having a storage housing (1) in which an electrical energy storage device (4) is accommodated. In order to create an energy storage device which, on the one hand, is protected in an improved manner against damage to the energy storage device in the event of an accident-related force being applied when driving over an obstacle and, on the other hand, is designed to be extremely light-weight, a plate element (11 ) arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinrichtung für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to an energy storage device for an electrically driven motor vehicle according to the preamble of patent claim 1.

Aus der EP 2 468 609 A2 ist bereits eine derartige Energiespeichereinrichtung bekannt, welche ein Speichergehäuse umfasst, in welchem ein elektrischer Energiespeicher aufgenommen ist. Dieser elektrische Energiespeicher umfasst eine Vielzahl von Batteriemodulen mit Speicherzellen, welche innerhalb des Speichergehäuses untergebracht sind. Das Speichergehäuse selbst ist vorliegend fahrbahnnah im unteren Bereich des Fahrzeugs angeordnet.From the EP 2 468 609 A2 such an energy storage device is already known, which comprises a storage housing in which an electrical energy storage device is accommodated. This electrical energy store includes a large number of battery modules with storage cells, which are accommodated within the storage housing. In the present case, the accumulator housing itself is arranged close to the roadway in the lower area of the vehicle.

Einer der Lastfälle, welchem das Speichergehäuse einer derartigen Energiespeichereinrichtung standhalten muss, ist die unfallbedingte Kraftbeaufschlagung im Unterflurbereich beim Überfahren eines Hindernisses. Ein derartiger Lastfall tritt beispielsweise ein, wenn das Fahrzeug einen entsprechend großen Stein, Betonkörper oder dergleichen überfährt. Dieser Lastfall kann auch abstrahiert als die Beaufschlagung des Speichergehäuses mit einer gewissen Energie verstanden werden.One of the load cases that the storage housing of such an energy storage device has to withstand is the application of force in the underfloor area caused by an accident when driving over an obstacle. Such a load case occurs, for example, when the vehicle runs over a correspondingly large stone, concrete body or the like. This load case can also be understood abstractly as the loading of the storage housing with a certain energy.

Um hierbei die schützenswerten Komponenten des Energiespeichers, wie insbesondere die Batteriemodule und andere Bauteile, zu schützen beziehungsweise ein thermisches Ereignis oder andere Schäden des Energiespeichers zu vermeiden, wird bislang das Gehäuseunterteil des Speichergehäuses, welches gelegentlich auch als Bodenplatte bezeichnet wird, so ausgebildet, dass dessen Deformation bei besagtem Lastfall in einem akzeptablen Bereich gehalten wird.In order to protect the components of the energy storage device that are worth protecting, such as the battery modules and other components in particular, or to avoid a thermal event or other damage to the energy storage device, the lower housing part of the storage device housing, which is sometimes also referred to as the base plate, has been designed in such a way that its deformation is kept within an acceptable range for said load case.

Sollte eine Notwendigkeit dabei entstehen, die Deformation zu verringern, so wird die Steifigkeit der Bodenplatte beziehungsweise des Gehäuseunterteils üblicherweise erhöht, indem größere Wandstärken oder beispielsweise Kammerprofile mit mehr und größeren Kammern eingesetzt werden. Dies hat jedoch nicht nur massive Gewichtsnachteile zur Folge, sondern erhöht auch die Herstellungskosten der Energiespeichereinrichtung erheblich.Should there be a need to reduce the deformation, the rigidity of the base plate or the lower part of the housing is usually increased by using greater wall thicknesses or, for example, chamber profiles with more and larger chambers. However, this not only results in massive weight disadvantages, but also increases the manufacturing costs of the energy storage device considerably.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, eine Energiespeichereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einerseits beim Lastfall einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung im Unterflurbereich beim Überfahren eines Hindernisses auf verbesserte Weise vor Beschädigungen des Energiespeichers geschützt ist und andererseits äußerst gewichtsgünstig ausgebildet ist.The object of the present invention is therefore to create an energy storage device of the type mentioned at the outset, which on the one hand is protected in an improved manner against damage to the energy storage device in the event of an accident-related force being applied in the underfloor area when driving over an obstacle and on the other hand is designed to be extremely light-weight.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Günstige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by an energy storage device having the features of patent claim 1 . Favorable developments of the invention are the subject matter of the dependent claims.

Die erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtung umfasst ein einen elektrischen Energiespeicher aufnehmendes Speichergehäuse, welches in einer Unterflur-Anordnung unterhalb der oberseitigen Bodengruppe des Fahrzeugs angeordnet ist. Erfindungsgemäß weist die Energiespeichereinrichtung hierbei unterhalb des elektrischen Energiespeichers ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Plattenelement auf, mittels welchem schützenswerte Bauteile des Energiespeichers, insbesondere dessen Zellenmodule, beim Lastfall einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung infolge eines Überfahrens eines Hindernisses oder dergleichen vor einer übermäßigen Deformation und Beschädigung geschützt ist. Während demzufolge nicht vorgespannte Strukturen Membranflächen ähneln können, welche erst allmählich Last aufnehmen, ist es bei dem erfindungsgemäßen Plattenelement vorgesehen, durch die Vorspannung eine deutlich höhere Lastaufnahme zu erreichen, so dass das Plattenelement beispielsweise bei gleicher Lastbeaufschlagung weniger deformiert wird beziehungsweise höhere Kräfte bei gleicher Deformation aufnehmen kann.The energy storage device according to the invention comprises a storage housing accommodating an electrical energy storage device, which is arranged in an underfloor arrangement below the upper floor assembly of the vehicle. According to the invention, the energy storage device has a prestressed plate element below the electrical energy storage device, by means of which components of the energy storage device that are worth protecting, in particular its cell modules, are protected from excessive deformation and damage in the event of an accident-related application of force as a result of driving over an obstacle or the like. As a result, structures that are not prestressed can resemble membrane surfaces that only gradually absorb the load, the plate element according to the invention is intended to achieve a significantly higher load absorption through the prestress, so that the plate element is deformed less, for example, with the same load application or higher forces with the same deformation can record.

Die der Erfindung zugrunde liegende Erkenntnis ist demzufolge, dass bei einem vorgespannten Plattenelement zunächst die zur Vorspannung aufgewendete Kraft überwunden werden muss, bevor durch eine weitere Kraft eine Deformation des Plattenelements bewirken kann. Somit wird durch die Vorspannkraft, welche auf das Plattenelement wirkt, die erfindungsgemäß höhere Kraftaufnahme bei gleicher Deformation beziehungsweise geringere Deformation bei gleicher Kraftbeaufschlagung erreicht. Im Ergebnis kann hierdurch ein Plattenelement zum Einsatz kommen, welches insbesondere in der Materialdicke geringer dimensioniert ist als bisher.The finding on which the invention is based is therefore that in the case of a prestressed plate element, the force applied for prestressing must first be overcome before a further force can cause a deformation of the plate element. Thus, due to the prestressing force which acts on the plate element, the higher force absorption according to the invention is achieved with the same deformation or lower deformation with the same force application. As a result, a plate element can be used which, in particular in terms of material thickness, is smaller than before.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Plattenelement innerhalb des Speichergehäuses und unterhalb des elektrischen Energiespeichers angeordnet. Durch eine derartige Anordnung des Plattenelements innerhalb des Speichergehäuses ist der elektrische Energiespeicher, welcher oberhalb des Plattenelements angeordnet ist, besonders günstig beim Überfahren eines Hindernisses oder dergleichen geschützt. Außerdem kann das innerhalb des Speichergehäuses angeordnete Plattenelement besonders günstig vorgespannt werden, beispielsweise indem das Plattenelement etwas größer dimensioniert ist als eine lichte Öffnung einer Rahmenstruktur des Speichergehäuses, so dass das Plattenelement in diese Rahmenstruktur eingespannt und demzufolge eine Vorspannung erzeugt werden kann. Im Ergebnis kann somit ein vorgespanntes Plattenelement geschaffen werden, ohne dass große technische Umgestaltungen des Speichergehäuses erforderlich sind.In a further embodiment of the invention, the plate element is arranged within the storage housing and below the electrical energy storage device. Such an arrangement of the plate element within the storage housing protects the electrical energy storage device, which is arranged above the plate element, in a particularly favorable manner when driving over an obstacle or the like. In addition, the plate element arranged within the storage housing can be particularly favorably prestressed, for example by dimensioning the plate element slightly larger than a clear opening in a frame structure of the storage housing, so that the plate element is clamped in this frame structure and consequently generates a prestress can be. As a result, a prestressed plate element can be created without requiring major technical redesigns of the accumulator housing.

In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann jedoch das Plattenelement auch als Teil eines Gehäuseunterteils des Speichergehäuses ausgebildet sein. In diesem Fall ist demzufolge das Plattenelement nicht innerhalb des Speichergehäuses angeordnet, sondern als Teil des Speichergehäuses ausgebildet. Der Vorteil hierbei ist, dass das Plattenelement einen besonders großen Abstand zum Energiespeicher aufweisen kann und demzufolge auch nach Überwindung der Vorspannkraft hohe Deformationen zugelassen werden können.In an alternative embodiment of the invention, however, the plate element can also be designed as part of a lower housing part of the storage housing. In this case, accordingly, the plate element is not arranged inside the storage housing, but is formed as part of the storage housing. The advantage here is that the plate element can be at a particularly large distance from the energy store and consequently high deformations can be permitted even after the prestressing force has been overcome.

In einer alternativen Ausgestaltung wäre es theoretisch auch denkbar, das vorgespannte Plattenelement in einem Abstand unterhalb des Speichergehäuses anzuordnen. Durch ein derartiges Plattenelement könnte auf besonders günstige Weise eine Beschädigung des Speichergehäuses verhindert werden.In an alternative embodiment, it would also be theoretically conceivable to arrange the prestressed plate element at a distance below the storage housing. Such a plate element could prevent damage to the storage housing in a particularly favorable manner.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Plattenelement mit einer Druckkraft beaufschlagt. Mit anderen Worten wird die Vorspannung auf das Plattenelement dadurch erreicht, dass auf dieses eine Druckkraft ausgeübt wird. Dies kann beispielsweise dadurch erzeugt werden, dass das Plattenelement in eine Rahmenstruktur geklemmt wird, wobei die Öffnung der Rahmenstruktur geringfügig kleiner ausgebildet ist als die Fläche des Plattenelements. Die Vorspannung des Plattenelements kann somit werksseitig beim Fügen der Bauteile des Speichergehäuses erzeugt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, the plate element is subjected to a compressive force. In other words, the prestressing of the plate element is achieved by exerting a compressive force on it. This can be produced, for example, by clamping the plate element into a frame structure, with the opening of the frame structure being made slightly smaller than the area of the plate element. The prestressing of the plate element can thus be generated at the factory when the components of the accumulator housing are joined.

In diesem Zusammenhang hat es sich als weiter vorteilhaft gezeigt, wenn die Druckkraft, mit welcher das Plattenelement beaufschlagt wird, parallel zu einer beziehungsweise in einer durch das Plattenelement gebildeten Ebene wirkt. Hierdurch kann eine Querkraft erzeugt werden, mittels welcher das Plattenelement besonders günstig vorgespannt ist. In this context, it has also been shown to be advantageous if the compressive force applied to the plate element acts parallel to or in a plane formed by the plate element. As a result, a transverse force can be generated, by means of which the plate element is particularly favorably prestressed.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Plattenelement zwischen Rahmenelementen einer Rahmenstruktur, insbesondere des Speichergehäuses, eingespannt ist. Auf diese Art kann das Plattenelement besonders einfach mit einer Druckkraft beaufschlagt werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the panel element is clamped between frame elements of a frame structure, in particular of the storage housing. In this way, the plate element can be subjected to a compressive force in a particularly simple manner.

Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Plattenelement infolge der Vorspannung in Fahrzeughochrichtung nach unten hin ausgewölbt ist. Hierdurch kann einer einwirkenden Kraft, beispielsweise beim Überfahren eines Hindernisses, ein besonders hoher Widerstand entgegengesetzt werden beziehungsweise können hierdurch die Deformationen des Plattenelements besonders gering gehalten werden.Furthermore, it has proven to be advantageous if the plate element is arched downwards as a result of the prestress in the vehicle vertical direction. As a result, an acting force, for example when driving over an obstacle, can be opposed by a particularly high resistance or the deformations of the plate element can be kept particularly low as a result.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.Further features of the invention result from the claims, the figures and the description of the figures. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own.

Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

  • 1 eine schematische Schnittansicht durch die Energiespeichereinrichtung entlang einer in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schnittebene mit einem Speichergehäuse, in welchem ein elektrischer Energiespeicher aufgenommen ist und welches unterhalb einer Bodengruppe der Kraftwagenkarosserie angeordnet ist, wobei unterhalb des Energiespeichers ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Plattenelement innerhalb des Speichergehäuses angeordnet ist;
  • 2 eine weitere schematische Schnittansicht durch die Energiespeichereinrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform, bei welcher das mit einer Vorspannung beaufschlagte Plattenelement als Teil eines Gehäuseunterteils des Speichergehäuses ausgebildet ist;
  • 3 eine schematische Darstellung eines nicht-vorgespannten Feder-Masse-Systems sowie eines Diagramms zu diesem Feder-Masse-System, anhand welchem die Deformation eines nicht-vorgespannten Plattenelement erläutert werden soll; und
  • 4 jeweilige schematische Darstellungen eines vorgespannten Feder-Masse-Systems sowie eines Diagramms zu diesem Feder-Masse-System, anhand welchen die Deformation eines vorgespannten Plattenelements erläutert werden soll.
The invention will now be explained in more detail using a preferred exemplary embodiment and with reference to the drawings. Show it:
  • 1 a schematic sectional view through the energy storage device along a sectional plane running in the vertical direction of the vehicle or in the transverse direction of the vehicle with a storage housing in which an electrical energy storage device is accommodated and which is arranged below an underbody of the motor vehicle body, with a plate element subjected to a prestress being arranged below the energy storage device within the storage housing is;
  • 2 a further schematic sectional view through the energy storage device according to a further embodiment, in which the biased plate element is formed as part of a lower housing part of the storage housing;
  • 3 a schematic representation of a non-prestressed spring-mass system and a diagram of this spring-mass system, on the basis of which the deformation of a non-prestressed plate element is to be explained; and
  • 4 respective schematic representations of a prestressed spring-mass system and a diagram of this spring-mass system, on the basis of which the deformation of a prestressed plate element is to be explained.

1 zeigt in einer schematischen Schnittansicht entlang einer in Fahrzeughochrichtung beziehungsweise in Fahrzeugquerrichtung verlaufenden Schnittebene eine Energiespeichereinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. 1 shows an energy storage device according to a first embodiment in a schematic sectional view along a sectional plane running in the vertical direction of the vehicle or in the transverse direction of the vehicle.

Die Energiespeichereinrichtung umfasst hierbei ein Speichergehäuse 1 mit einem Gehäuseoberteil 2 und einem Gehäuseunterteil 3, innerhalb welchem ein elektrischer Energiespeicher 4 aufgenommen ist. Der elektrische Energiespeicher 4 umfasst vorliegend eine Mehrzahl von Batterie- beziehungsweise Zellenmodulen 5, mittels welchen ein elektrischer Antriebsmotor eines elektrisch antreibbaren Personenkraftwagens mit elektrischer Energie versorgbar ist.The energy storage device here comprises a storage housing 1 with a housing upper part 2 and a housing lower part 3, inside which an electrical energy store 4 is added. In the present case, the electrical energy store 4 comprises a plurality of battery or cell modules 5, by means of which an electric drive motor of an electrically drivable passenger vehicle can be supplied with electrical energy.

Das Speichergehäuse 1 ist vorliegend in einer Unterflur-Anordnung unterhalb einer Bodengruppe 6 der Kraftwagenkarosserie angeordnet. Von dieser Bodengruppe 6 ist vorliegend ein Fahrzeugboden 7 schematisch dargestellt, welcher zu den Fahrzeugaußenseiten hin durch einen jeweiligen Seitenschweller 8 begrenzt ist. Das Gehäuseoberteil 2 und das Gehäuseunterteil 3 sind beispielsweise im Bereich jeweiliger Flansche 9, 10 miteinander verbunden und hierüber auch unterseitig des jeweils seitlich korrespondierenden Seitenschwellers 8 festgelegt. Natürlich kann die Fixierung des Speichergehäuses 1 auch auf andersartige Weise erfolgen. Zudem kann das Speichergehäuse 1 auch an jeweiligen vorderen und hinteren Querträgern befestigt sein.In the present case, the accumulator housing 1 is arranged in an underfloor arrangement below an underbody 6 of the motor vehicle body. A vehicle floor 7 of this floor assembly 6 is shown schematically here, which is bounded towards the outside of the vehicle by a respective side sill 8 . The upper housing part 2 and the lower housing part 3 are connected to one another, for example in the area of the respective flanges 9, 10, and are also fixed via this on the underside of the respective laterally corresponding side sill 8. Of course, the storage housing 1 can also be fixed in a different manner. In addition, the storage case 1 can also be fixed to respective front and rear cross members.

Innerhalb des Speichergehäuses 1 und unterhalb des Energiespeichers 4 ist vorliegend ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Plattenelement 11 angeordnet. Dieses Plattenelement 11 ist beispielsweise als Metallbauteil, beispielsweise als Metallblech, ausgebildet. Ebenso denkbar wäre ein Plattenelement 11 aus Kunststoff, insbesondere aus faserverstärktem Kunststoff. Ebenso denkbar sind beispielsweise Plattenelemente 11 mit einem Sandwichaufbau, wobei auch Hybridbauweisen aus Metall- und Kunststoffschichten oder -teilen denkbar sind. Auch kann das Plattenelement 11 als Wabenstruktur im Sandwichaufbau gebildet sein.In the present case, a plate element 11 subjected to a prestress is arranged inside the storage housing 1 and below the energy storage device 4 . This plate element 11 is designed, for example, as a metal component, for example as sheet metal. A plate element 11 made of plastic, in particular of fiber-reinforced plastic, would also be conceivable. Equally conceivable are, for example, plate elements 11 with a sandwich construction, with hybrid constructions made of metal and plastic layers or parts also being conceivable. The plate element 11 can also be formed as a honeycomb structure in a sandwich construction.

Die Beaufschlagung des Plattenelements 11 mit einer Vorspannung beziehungsweise einer Vorspannkraft erfolgt im vorliegenden Fall beispielsweise dadurch, dass das Plattenelement 11 in seiner Fläche etwas größer ausgebildet ist als eine lichte Öffnung 12 einer Rahmenstruktur 13, welche vorliegend beispielsweise das Gehäuseunterteil 3 außenumfangsseitig verstärkt. Oder mit anderen Worten gesagt: Das Plattenelement 11 ist beispielsweise in seiner Breite in Fahrzeugquerrichtung etwas breiter ausgebildet als der Abstand zwischen jeweiligen Rahmenelementen 14, 15 der Rahmenstruktur 13. Durch Einpressen des Plattenelements 11 in die lichte Öffnung 12 der Rahmenstruktur 13 beziehungsweise zwischen die Rahmenelemente 14, 15 entsteht im vorliegenden Fall eine Wölbung des Plattenelements 11 in Fahrzeughochrichtung nach unten hin. Hierbei ist das Plattenelement 11 auch im mittleren Bereich in einem Abstand zu dem Gehäuseunterteil 3 angeordnet.In the present case, the loading of the plate element 11 with a prestress or a prestressing force takes place, for example, in that the surface of the plate element 11 is designed to be somewhat larger than a clear opening 12 of a frame structure 13, which in the present case, for example, reinforces the housing lower part 3 on the outer circumference. Or to put it another way: the width of the plate element 11 in the transverse direction of the vehicle is, for example, slightly wider than the distance between the respective frame elements 14, 15 of the frame structure 13. By pressing the plate element 11 into the clear opening 12 of the frame structure 13 or between the frame elements 14 , 15, in the present case, the plate element 11 curves downwards in the vertical direction of the vehicle. In this case, the plate element 11 is also arranged at a distance from the lower housing part 3 in the middle region.

Im vorliegenden Fall wird also durch Druckbeaufschlagung mit jeweiligen Druckkräften, welche im Bereich der Rahmenelemente 14, 15 durch entsprechende Pfeile 16, 17 dargestellt sind, erzeugt. Diese Druckkräfte F wirken dabei vorliegend parallel gemäß den Pfeilen 16, 17 zum einen beziehungsweise in einer durch das Plattenelement 11 gebildeten Ebene, welche sich vorliegend etwa horizontal in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Im vorliegenden Fall wirkt die das Plattenelement 11 beaufschlagende Druckkraft F gemäß den Pfeilen 16, 17 jeweils in Fahrzeugquerrichtung von der Außenseite her in Richtung zur Fahrzeugmitte hin. Die Druckkräfte F werden dabei erzeugt, indem das Plattenelement 11 zwischen den Rahmenelementen 14, 15 der Rahmenstruktur 13 des Gehäuseunterteils 3 des Speichergehäuses 1 eingespannt ist.In the present case, pressure is applied with respective compressive forces, which are represented by corresponding arrows 16, 17 in the area of the frame elements 14, 15. These compressive forces F act in parallel according to the arrows 16, 17 on the one hand or in a plane formed by the plate element 11, which extends approximately horizontally in the vehicle transverse direction or in the vehicle longitudinal direction. In the present case, the compressive force F acting on the plate element 11 acts according to the arrows 16, 17 in the transverse direction of the vehicle from the outside towards the center of the vehicle. The compressive forces F are generated in that the plate element 11 is clamped between the frame elements 14 , 15 of the frame structure 13 of the lower housing part 3 of the accumulator housing 1 .

In einer alternativen Ausführungsform wäre es natürlich auch denkbar, dass das Plattenelement 11 zwischen sich am vorderen und hinteren Ende befindenden Quer-Rahmenelementen der Rahmenstruktur 13 eingespannt und befestigt ist. Bei einer derartigen Ausgestaltung wirken durch die Quer-Rahmenelemente entsprechende Längsdruckkräfte in Fahrzeuglängsrichtung, welche ebenfalls eine Auswölbung des Plattenelements 11 in Fahrzeughochrichtung nach unten bewirken.In an alternative embodiment, it would of course also be conceivable for the plate element 11 to be clamped and fastened between transverse frame elements of the frame structure 13 located at the front and rear ends. In such an embodiment, the transverse frame elements act on corresponding longitudinal compressive forces in the longitudinal direction of the vehicle, which also cause the panel element 11 to bulge downwards in the vertical direction of the vehicle.

Zudem kann das beschriebene Plattenelement 11 auch bei einem Speichergehäuse 1 eingesetzt werden, bei welchem der Fahrzeugboden 7 beziehungsweise das Bodenblech der Fahrgastzelle das Gehäuseoberteil 2 bildet, also demzufolge das Speichergehäuse 1 in die Bodengruppe 6 der Karosserie integriert ist, oder bei welchem das Gehäuseoberteil 2 den Fahrzeugboden 7 beziehungsweise das Bodenblech der Fahrgastzelle zumindest partiell bildet.In addition, the plate element 11 described can also be used in a storage housing 1, in which the vehicle floor 7 or the floor panel of the passenger compartment forms the upper housing part 2, i.e. consequently the storage housing 1 is integrated into the floor assembly 6 of the body, or in which the upper housing part 2 is the Vehicle floor 7 or the floor panel of the passenger compartment forms at least partially.

In 2 ist in einer weiteren Schnittansicht entlang einer in Fahrzeugquerrichtung beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung verlaufenden Schnittebene eine alternative Energiespeichereinrichtung unterseitig der Bodengruppe 6 dargestellt. Da die beiden Ausführungsformen zumindest im Wesentlichen identisch sind, soll im Weiteren nur auf die Unterschiede eingegangen werden. Hierbei sind ansonsten in den Figuren gleiche Bezugszeichen für gleiche Bauteile verwendet.In 2 an alternative energy storage device is shown on the underside of the underbody 6 in a further sectional view along a sectional plane running in the vehicle transverse direction or in the vehicle vertical direction. Since the two embodiments are at least essentially identical, only the differences will be discussed below. Otherwise, the same reference numbers are used for the same components in the figures.

Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist bei der Ausführungsform gemäß 2 das Plattenelement 11 nicht als separates Bauteil ausgebildet, sondern als Teil des Gehäuseunterteils 3. Mit anderen Worten ist das Plattenelement 11 als Deckel des Gehäuseunterteils 3 vorgesehen und zwischen den Rahmenelementen 14, 15 der Rahmenstruktur 13 des Gehäuseunterteils 3 eingespannt, so dass wiederum auf das Plattenelement 11 eine in Fahrzeugquerrichtung gemäß den Pfeilen 16, 17 wirkende Druckkraft beziehungsweise Vorspannkraft erzeugt wird, welche bewirkt, dass auch hier das Plattenelement 11 in einem mittleren Bereich in Fahrzeughochrichtung nach unten hin ausgewölbt ist.In contrast to the embodiment according to 1 is in the embodiment according to 2 the plate element 11 is not designed as a separate component, but as part of the lower housing part 3. In other words, the plate element 11 is provided as a cover of the lower housing part 3 and is clamped between the frame elements 14, 15 of the frame structure 13 of the lower housing part 3, so that in turn, a compressive force or prestressing force acting in the transverse direction of the vehicle according to the arrows 16, 17 is generated on the plate element 11, which causes the plate element 11 to also bulge downwards in a central area in the vertical direction of the vehicle.

Sowohl bei der Ausführungsform gemäß 1 als auch bei der Ausführungsform gemäß 2 ist das Plattenelement 11 dabei an den Rahmenelementen 14, 15 der Rahmenstruktur 13 befestigt, beispielsweise mit diesen verschweißt, so dass eine permanente Vorspannung des Plattenelements 11 gegeben ist.Both in the embodiment according to 1 as well as in the embodiment according to 2 the plate element 11 is attached to the frame elements 14, 15 of the frame structure 13, for example welded to them, so that the plate element 11 is permanently prestressed.

Anhand der 3 und 4 soll nun im Weiteren die Funktionsweise des vorgespannten Plattenelements 11 anhand eines nicht-vorgespannten Feder-Masse-Systems (3) und anhand eines vorgespannten Feder-Masse-Systems (4) erläutert werden.Based on 3 and 4 The function of the prestressed plate element 11 is now to be explained below using a non-prestressed spring-mass system ( 3 ) and using a prestressed spring-mass system ( 4 ) are explained.

3 zeigt hierbei in der linken Darstellung eine lineare Feder 18 mit einer sich darauf abstützenden Masse 19 sowie ein Kraft-Deformationsweg-Diagramm der Feder 18. Mit einer Linie f ist dabei zunächst der lineare Verlauf der hier vorgesehenen, linearen Feder 18 im besagten Diagramm abgetragen. Je nach wirkender Kraft, also Größe der Masse 19, lässt sich dabei der Deformationsweg in einen akzeptablen Bereich A bis zu einem bestimmten Deformationswert D und einem nicht akzeptablen Bereich NA rechts des entsprechenden Deformationswertes D unterteilen. Der Deformationswert D kann dabei im Zusammenhang mit dem Plattenelement 11 als derjenige Deformationswert betrachtet werden, um welchen das hier nicht-vorgespannte Plattenelement 11 maximal deformiert werden darf, bevor es zu einer Kraftbeaufschlagung des Energiespeichers 4 beziehungsweise einem Kontakt des Plattenelements 11 mit diesem kommt. 3 shows a linear spring 18 with a mass 19 supported on it and a force-deformation path diagram of the spring 18 in the illustration on the left. The linear course of the linear spring 18 provided here is first plotted in said diagram with a line f. Depending on the acting force, ie size of the mass 19, the deformation path can be subdivided into an acceptable range A up to a specific deformation value D and an unacceptable range NA to the right of the corresponding deformation value D. The deformation value D can be considered in connection with the plate element 11 as the deformation value by which the plate element 11, which is not prestressed here, may be deformed at most before a force is applied to the energy store 4 or the plate element 11 comes into contact with it.

Ziel im vorliegenden Fall ist es demzufolge, die Verformung der Feder 18 beziehungsweise im übertragenen Sinne des Plattenelements 11 im akzeptablen Bereich A beziehungsweise innerhalb des Deformationswerts D, der als akzeptabel gilt, zu halten.The aim in the present case is therefore to keep the deformation of the spring 18 or, in a figurative sense, of the plate element 11 in the acceptable range A or within the deformation value D, which is considered acceptable.

Um diesen akzeptablen Deformationswert D zu halten, darf im vorliegenden Fall bei der Feder 18 beziehungsweise im übertragenen Sinne beim Plattenelement 11 der maximale Kraftwert Fmax eingetragen werden beziehungsweise die Feder 18/das Plattenelement 11 mit der entsprechenden, maximalen Kraft Fmax beaufschlagt werden.In order to maintain this acceptable deformation value D, in the present case the maximum force value Fmax can be entered for the spring 18 or, in a figurative sense, for the plate element 11, or the spring 18/the plate element 11 can be subjected to the corresponding maximum force Fmax.

Ergibt sich im Rahmen der Prüfung der Lastfälle, insbesondere vorliegend beim Überfahren eines Hindernisses, dass beispielsweise eine höhere Kraft Fmax1 oder gar Fmax2 eingetragen werden sollen, so muss - um den akzeptablen Bereich A des Deformationswegs beziehungsweise den besagten Deformationswert D nicht zu überschreiten - die Steifigkeit der Feder 18 beziehungsweise des Plattenelements 11 gemäß den im Diagramm von 3 dargestellten Linien f1 und f2 erhöht werden. Mit anderen Worten bedingt die Eintragung einer höheren Kraft F eine höhere Steifigkeit f der Feder 18 und somit im übertragenen Sinne des Plattenelements 11, um einen akzeptablen Deformationsweg, welcher im Diagramm durch den Deformationswert D angegeben ist, nicht zu überschreiten.If the examination of the load cases, in particular when driving over an obstacle, shows that, for example, a higher force F max1 or even F max2 should be entered, then - in order not to exceed the acceptable range A of the deformation path or the said deformation value D - the stiffness of the spring 18 or the plate element 11 according to the diagram of 3 shown lines f 1 and f 2 are increased. In other words, the application of a higher force F requires a higher rigidity f of the spring 18 and thus, in a figurative sense, of the plate element 11 in order not to exceed an acceptable deformation path, which is indicated by the deformation value D in the diagram.

Übertragen auf ein nicht-vorgespanntes Plattenelement - wie dies im Stand der Technik zum Einsatz kommt - bedeutet dies, dass dessen Steifigkeit f durch Wahl eines andersartigen Werkstoffes oder durch Wahl eines Bauteils mit größerer Wanddicke eine höhere Steifigkeit oder eine gänzlich andere Konstruktion mit Gussstrukturen, Strangpressprofilen oder dergleichen aufweist. Dies bedeutet jedoch im Umkehrschluss eine Verteuerung und/oder Gewichtserhöhung des Plattenelements 11, was gerade bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen von großem Nachteil ist.Applied to a non-prestressed plate element - as is used in the prior art - this means that its stiffness f can be increased by choosing a different material or by choosing a component with a greater wall thickness or a completely different construction with cast structures, extruded profiles or the like. Conversely, however, this means that the plate element 11 is more expensive and/or weighs more, which is a major disadvantage, especially in the case of electrically powered vehicles.

Im Unterschied zu dem in 4 äußerst links nochmals dargestellten Feder-Masse-Modell mit nicht-vorgespannter Feder 18 soll nun im Weiteren anhand des rechts in 4 dargestellten Feder-Masse-Modells eine Feder 20 betrachtet werden, welche mittels einer Fixierung 21 vorgespannt ist. Bei dem analog zum Diagramm gemäß 3 gezeigten Diagramm gemäß 4 ist hierdurch erkennbar, dass infolge der Vorspannung der Feder 20 deren Federkennlinie f aus der Position gemäß 3 in die Position fv um die eingezeichnete Vorspannung V angehoben wird. Im Ergebnis führt dies dazu, dass mittels der vorgespannten Feder 20 anhand der dann relevanten Federkennlinie fv bei entsprechender Kraft F maxV ein Deformationsweg im akzeptablen Bereich A beziehungsweise mit einem Deformationswert D erreicht wird, wie dies bei nicht-vorgespannter Feder bei der deutlich steiferen Feder f2 wird.In contrast to the in 4 The spring-mass model shown again on the extreme left with a non-prestressed spring 18 is now to be explained further on the basis of the right in 4 shown spring-mass model, a spring 20 can be considered, which is prestressed by means of a fixation 21. In the analogous to the diagram according to 3 according to the diagram shown 4 is thereby recognizable that due to the bias of the spring 20 whose spring characteristic f from the position according to 3 is raised to the position f v by the bias voltage V shown. As a result, a deformation path in the acceptable range A or with a deformation value D is achieved by means of the preloaded spring 20 based on the then relevant spring characteristic fv with a corresponding force FmaxV , as is the case with a non-preloaded spring with the significantly stiffer spring f becomes 2 .

Im Ergebnis kann demzufolge durch die vorgespannte Feder 20 bei gleicher Kraft Fmax2 beziehungsweise FmaxV derselbe Deformationswert D beziehungsweise derselbe akzeptable Deformationsweg A erreicht werden, wie im Falle der nicht-vorgespannten Feder gemäß 3 und deren Federkennlinie f2 mit höherer Federsteifigkeit erreicht wird.As a result, the same deformation value D or the same acceptable deformation path A can be achieved by the prestressed spring 20 with the same force F max2 or F maxV as in the case of the non-prestressed spring according to FIG 3 and whose spring characteristic f 2 is achieved with higher spring stiffness.

Übertragen auf das Plattenelement 11 bedeutet dies, dass durch die entsprechende Vorspannung das Plattenelement 11 bei identischer Kraft F denselben Deformationsweg A beziehungsweise Deformationswert D beschreibt wie ein Plattenelement 11, dessen Steifigkeit f durch Materialdickenerhöhung oder ein anderes Material erhöht worden ist. Mit anderen Worten kann durch die Vorspannung des Plattenelements 11 auf eine materialbedingte Steifigkeitserhöhung des Plattenelements 11 durch Erhöhung von dessen Materialdicke oder Wahl eines anderen Materials oder dergleichen verzichtet werden.Transferred to the plate element 11, this means that the plate element 11 with the same force F the same deformation A respect by the appropriate bias wise deformation value D describes how a plate element 11, whose rigidity f has been increased by increasing the material thickness or by using another material. In other words, the prestressing of the plate element 11 means that there is no need for a material-related increase in the rigidity of the plate element 11 by increasing its material thickness or choosing a different material or the like.

Durch das vorgespannte Plattenelement 11 kann somit beim Überfahren eines Hindernisses beziehungsweise eines Eindringen eines Hindernisses von unten her in das Plattenelement 11 dessen Deformation beziehungsweise Intrusion auf einen bestimmten Deformationswert D im akzeptablen Bereich A begrenzt werden, indem das Plattenelement 11 in beschriebener Weise vorgespannt wird.The prestressed plate element 11 can thus be used to limit the deformation or intrusion of the plate element 11 to a specific deformation value D in the acceptable range A when driving over an obstacle or when an obstacle penetrates into the plate element 11 from below by prestressing the plate element 11 in the manner described.

BezugszeichenlisteReference List

11
Speichergehäusestorage enclosure
22
Gehäuseoberteilhousing top
33
Gehäuseunterteilhousing base
44
Energiespeicherenergy storage
55
Batteriemodulebattery modules
66
Bodengruppeunderbody
77
Fahrzeugbodenvehicle floor
88th
Seitenschwellerside skirts
99
Flanschflange
1010
Flanschflange
1111
Plattenelementplate element
1212
Öffnungopening
1313
Rahmenstrukturframe structure
1414
Rahmenelementframe element
1515
Rahmenelementframe element
1616
PfeilArrow
1717
PfeilArrow
1818
FederFeather
1919
MasseDimensions
2020
FederFeather
2121
Fixierungfixation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2468609 A2 [0002]EP 2468609 A2 [0002]

Claims (8)

Energiespeichereinrichtung für einen elektrisch antreibbaren Kraftwagen, mit einem Speichergehäuse (1), in welchem ein elektrischer Energiespeicher (4) aufgenommen ist, dadurch gekennzeichnet, dass unterhalb des elektrischen Energiespeichers (4) ein mit einer Vorspannung beaufschlagtes Plattenelement (11) angeordnet ist.Energy storage device for an electrically drivable motor vehicle, with a storage housing (1) in which an electrical energy store (4) is accommodated, characterized in that a plate element (11) subjected to a prestress is arranged below the electrical energy store (4). Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (11) innerhalb des Speichergehäuses (1) angeordnet ist.energy storage device claim 1 , characterized in that the plate element (11) is arranged within the storage housing (1). Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (11) als Teil eines Gehäuseunterteils (3) des Speichergehäuses (1) ausgebildet ist.energy storage device claim 1 , characterized in that the plate element (11) is formed as part of a lower housing part (3) of the storage housing (1). Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (11) mit einer Druckkraft (F) beaufschlagt ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the plate element (11) is subjected to a compressive force (F). Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckkraft (F) parallel zu einer beziehungsweise in einer durch das Plattenelement (11) gebildeten Ebene wirkt.energy storage device claim 4 , characterized in that the compressive force (F) acts parallel to or in a plane formed by the plate element (11). Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die das Plattenelement (11) beaufschlagende Druckkraft (F) in Fahrzeugquerrichtung wirkt.energy storage device claim 4 or 5 , characterized in that the compressive force (F) acting on the plate element (11) acts in the transverse direction of the vehicle. Energiespeichereinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (11) zwischen Rahmenelementen (14, 15) einer Rahmenstruktur (13), insbesondere des Speichergehäuses (1), eingespannt ist.Energy storage device according to one of Claims 4 until 6 , characterized in that the plate element (11) is clamped between frame elements (14, 15) of a frame structure (13), in particular of the storage housing (1). Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Plattenelement (11) in Fahrzeughochrichtung nach unten hin ausgewölbt ist.Energy storage device according to one of the preceding claims, characterized in that the plate element (11) is arched downwards in the vertical direction of the vehicle.
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Citations (4)

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