DE102021109394A1

DE102021109394A1 - Antriebsbatteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102021109394A1
Application number: DE102021109394.5A
Authority: DE
Inventors: Bernd Nurtsch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2021-04-14
Filing date: 2021-04-14
Publication date: 2022-10-20
Also published as: CN116888814A; WO2022218776A1; US20240039103A1

Abstract

Eine erfindungsgemäßes Antriebsbatteriegehäuse für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug hat eine Grundplatte und eine Haube. Die Haube ist an der Grundplatte befestigt. Die Grundplatte und die Haube bilden ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse. Die Grundplatte ist lasttragend und/oder lastaufnehmend ausgebildet und die Haube ist im Wesentlichen nicht lasttragend und/oder laustaufnehmend ausgebildet. Ferner ist die Grundplatte bevorzugt aus einem Kunststofffaserverbundwerkstoff ausgebildet.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Antriebsbatteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug.
Ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb hat üblicherweise eine Antriebsbatterie, die ein Antriebsbatteriegehäuse aufweist, in dem Batteriemodule bzw. Batteriezellen, eine Elektrik/Elektronik und eine Kühleinrichtung angeordnet sind. Das Antriebsbatteriebehäuse ist wiederum unterhalb einer Bodenbaugruppe an einer Fahrzeugkarosserie montiert. Das bekannte Antriebsbatteriegehäuse besteht beispielsweise aus Aluminium und weist seitliche Träger, eine Deckel und einen Boden auf. Die seitlichen Träger sind beispielsweise als Strangpressprofile oder Gussteile ausgeführt.
Wie in der DE 10 2017 223 407 A1 gezeigt ist, hat ein bekanntes Antriebsbatteriegehäuse Längsträger und mehrere Querträger, die zwischen den Längsträgern verlaufen. Ferner hat das Antriebsbatteriegehäuse eine obere Wand und eine untere Wand, die jeweils zumindest mit einer äußeren Trägerstruktur, also den äußeren Längsträgern und den äußeren Querträgern, verbunden sind. Die Längsträger und auch die Querträger sind aus Strangpressprofilen ausgebildet.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Antriebsbatteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsbatteriegehäuse zu schaffen, wobei das Antriebsgehäuse einfacher aufgebaut ist, kostengünster herzustellen ist und ein geringes Gewicht bei hinreichender Steifigkeit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Antriebsbatteriegehäuse gelöst, das die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt. Ferner wird diese Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Antriebsbatteriegehäuse gemäß Patentanspruch 10 gelöst.
Eine erfindungsgemäßes Antriebsbatteriegehäuse für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug hat eine Grundplatte und eine Haube. Die Haube ist an der Grundplatte befestigt. Die Grundplatte und die Haube bilden ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse. Die Grundplatte ist lasttragend und/oder lastaufnehmend ausgebildet und die Haube ist im Wesentlichen nicht lasttragend und/oder laustaufnehmend ausgebildet. Ferner ist die Grundplatte bevorzugt aus einem Kunststofffaserverbundwerkstoff ausgebildet.
Durch diesen Aufbau einer lastragenden/lastaufnehmenden Grundplatte und einer einer lediglich hinreichend eigensteifen Haube, kann das Gewicht des Batteriegehäuses veringert werden und können auch die Herstellkosten gesenkt werden. Der einfache Aufbau von Grundplatte und Haube erlaubt zudem größere Toleranzabweichungen der Bestandteile als bei dem herkömmlichen Aufbau des Antriebsbatteriegehäuses. Durch das geschlossene Gehäuse ist das Innere des Batteriegehäuses vor Umwelteinflüssen geschützt. Durch den zweiteiligen Aufbau des Antriebsbatteriegehäuses aus Grundplatte und Haube kann ferner eine Dichtigkeit des Antriebsbatteriegehäuses einfacher hergestellt werden.
Lasttragend bzw. lastaufnehmend bedeutet, dass die Grundplatte Kollisionslasten des Kraftfahrzeugs oder/und Lasten, die im dem Fahrbetrieb des Kraftfahrzeug entstehen (Betriebslasten), aufnehmen und übertragen kann. Dahingegen ist die Haube nichtlasttragend bzw. nichtlastaufnehmend ausgeführt, d.h. die Haube ist nicht ausgelegt, um Kollsionslasten oder Betriebslasten des Kraftfahrzeugs aufzunehmen und zu übertragen. Die Haube ist bevorzugt zumindest hinreichend eigensteif jedoch nicht zur Erhöhung einer Karosseriesteifigkeit oder Kollisionsfestigkeit des Kraftfahrzeugs ausgelegt.
Die Grundplatte des Antriebsbatteriegehäuses ist bevorzugt derart angeordnet, dass sie sich im Einbauzustand am Kraftfahrzeug im Wesentlichen parallel zu einer x-y-Ebene des Kraftfahrzeugs, d.h. parallel zu einer Längsrichtung und einer Querrichtung des Kraftfahrzeugs, erstreckt. Die Haube kann sich dabei von der Grundplatte nach oben oder nach unten erstrecken.
Die Haube kann mit der Grundplatte verklebt sein. Die Haube kann jedoch auch alternativ oder zusätzlich mit Schrauben oder ähnlichen Befestigungsmitteln mit der Grundplatte verbunden sein. Zwischen der Grundplatte und der Haube kann eine Dichtung angeordnet sein.
Die Haube ist im Einbauzustand des Antriebsbatterieghäuses an dem Kraftfahrzeug bevorzugt nicht unmittelbar mit dem Kraftfahrzeug verbunden, sondern ist lediglich über die Grundplatte mit dem Kraftfahrzeug verbunden.
Bevorzugt ist die Haube über ein Tiefziehverfahren aus einem metallischen Werkstoff, z.B. Stahl oder Aluminium, hergestellt. Die Haube kann jedoch auch aus einem Kunstoff hergestellt sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Grundplatte im Wesentlichen eben ausgebildet. Hierdurch kann die Grundplatte einfach und ohne aufwendige Umformverfahren hergestellt werden.
Ferner kann das Antriebsbatteriegehäuse fluiddicht, d.h. dicht gegenüber Flüssigkeit oder Gasen, ausgebildet sein. Dies schließt jedoch nicht aus, dass das Antriebsbatteriegehäuse eine gezielte Belüftung bzw. Entlüftung aufweisen kann.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung hat die Grundplatte einen mehrlagigen Aufbau. Ein mehrlagiger Aufbau wird auch Sandwichaufbau genannt. Die mehreren Lagen sind dabei stoffschlüssig verbunden. Ferner kann sich im Kern des Sandwichaufbaus eine sogenannte Abstandsschicht befinden, die nicht aus einem Vollmaterial gebildet ist sondern Freiräume aufweist. Eine solche Abstandsschicht kann eine Wellenstruktur oder eine Wabenstruktur aufweisen.
Hierdurch kann eine Torsions- und Biegesteifigkeit der Grundplatte bei möglichst geringem Gewicht erhöht werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist auf der Grundplatte eine Versteifungsstruktur befestigt.
Hierdurch wird die Grundplatte bzw. das Antriebsbatteriegehäuse weiter versteift.
Die Versteifungsstruktur kann eine Halterungsfunktion für Bestandteile der Batterie, d.h. Batteriezellen, Batteriemodule, Elektrik/Elektronik, Themperiereinrichtungen (insbesondere Kühleinrichtungen) usw., aufweisen.
Die Versteifungsstruktur kann vorteilhaft mit der Grundplatte stoffschlüssig verbunden sein.
Die Versteifungsstruktur kann ein Träger sein. Der Träger kann in Längsrichtung des Antriebsbatteriegehäuses oder in Querrichtung des Antriebsbatteriegehäuses angeordnet sein. Die Längsrichtung des Antriebsbatteriegehäuses entspricht der Längsrichtung des Kraftfahrzeugs (x-Richtung) im Einbauzustand des Antriebsbatteriegehäuses. Die Querrichtung des Antriebsbatteriegehäuses entspricht dementsprechend der Querrichtung des Kraftfahrzeugs (y-Richtung) im Einbauzustand des Antriebsbatteriegehäuses.
Der Träger kann als T-Träger, insbesondere als Doppel-T-Träger, ausgebildet sein.
Auch hierdurch wird eine Steifigkeit des Antriebsbatteriegehäueses weiter erhöht. Ein Doppel-T-Träger erhöht eine Steifigkeit und ermöglicht zusätzliche Befestigungsmöglichkeiten für Bestandteile der Antriebsbatterie.
Die Versteifungsstruktur kann auch aus mehreren Trägern ausgebildet sein, die beispielsweise parallel zueinander angeordnet sind.
In den Freiräumen zwischen den Trägenr bzw. seitlich des Trägers/der Träger können Batteriezellen bzw. Batteriemodule bestehend aus mehreren Batteriezellen angeordnet sein.
Die Versteifungsstruktur kann auch eine gitterartige oder wabenartige Struktur sein, in der Batteriezellen oder Batteriemodule bestehend aus mehreren Batteriezellen aufgenommen sind.
Vorteilhaft ist die Versteifungsstruktur nicht oder zumindest nicht stoffschlüssig mit der Haube verbunden.
Batteriezellen bzw. Batteriemodule oder andere Bestandteile der Batterie können an der Versteifungsstruktur oder/und an der Grundplatte befestigt sein.
Besonders vorteilhaft ist die Grundplatte derart ausgebildet, dass sie an eine Karosserie des Kraftfahrzeugs anbindbar ist. Mit anderen Worten weist die Grundplatte Karosserieanbindungsmittel auf.
Vorteilhaft ist das Antriebsbatteriegehäuse, insbesondere die Grundplatte, derart ausgebildet, dass es in die Karosserie des Kraftfahrzeug integrierbar ist.
Dabei ist das Antriebsbatteriegehäuse bevorzugt nur über die Grundplatte an der Karosserie befestigt.
Hierdurch sind lediglich Bauteiltoleranzen der Grundplatte für eine Anbindung an die Karosserie des Fahrzeugs relevant. Bauteiltoleranzen der Haube spielen hierfür vorteilhaft keine Rolle.
Bevorzugt versteift die Grundplatte die Karosserie.
Damit trägt die Grundplatte des Antriebsbatteriegehäuses zu einer Steifigkeit der Karosserie bei und übernimmt damit die Aufgabe eines tragenden Karosseriebestandteils.
Die Grundplatte ist gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einstückig ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Kraftfahrzeug, insbesondere einem Personenkraftfahrzeug, mit einem wie vorstehend beschriebenen Antriebsbatteriegehäuse.
Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figur.

1 zeigt schematisch eine Schnittansicht eines Antriebsbatteriegehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Es folgt einer Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung unter Bezugnahme auf 1.
In 1 ist ein Antriebsbatteriegehäuse 1 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug, gezeigt. Das Antriebsbatteriegehäuse 1 hat eine Grundplatte 3 und eine Haube 5. Die Haube 5 ist an der Grundplatte 3 befestigt. Die Grundplatte 3 und die Haube 5 bilden ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse. Im Wesentlichen geschlossen bedeutet, das das Gehäuse im Wesentlichen fluiddicht ausgeführt ist, was nicht ausschließt, dass das Gehäuse eine gezielte Entlüftungs- oder Belüftungseinrichtung mittels eines Ventils oder dergleichen aufweist. Die Grundplatte 3 ist lasttragend und/oder lastaufnehmend ausgebildet. Die Haube 5 ist hingegen im Wesentlichen nicht lasttragend und/oder laustaufnehmend ausgebildet sondern ist lediglich mit einer hinreichenden Eigensteifigkeit versehen. Die Steifigkeit und Festigkeit des Antriebsbatteriegehäuses 1 ist demnach im Wesentlichen durch die Grundplatte 3 gebildet, während die Haube 5 lediglich zu einem geschlossenen und fluiddichten Innenraum des Antriebsbatteriegehäuses 1 beiträgt.
Die Grundplatte 3 ist aus einem Kunststofffaserverbundwerkstoff ausgebildet. Als Kunststoffmatrix kann hierbei ein thermoplastischer oder duroplastischer Kunststoff verwendet sein. Als verstärkende Fasern können Endlosfasern, Langfasern oder Kurzfasern verwendet sein. Bevorzugt sind Kohlenstofffasern verwendet, da diese eine besonders gute Zugfestigkeit bei geringem Gewicht aufweisen. Es ist jedoch auch der Einsatz anderer Fasern, wie Glasfasern oder organische Fasern, möglich. Die Grundplatte 3 kann aus einem sogenanntem Organoblech ausgebildet sein. Die Grundplatte 3 kann auch sandwichartig aus mehreren gleichen oder unterschiedlichen Lagen bzw. Schichten aufgebaut sein. Die Grundplatte 3 ist im Wesentlichen eben ausgebildet.
Die Haube 5 ist über einen umlaufenden Flansch 51 an der Grundplatte 3 befestigt. Insbesondere ist der Flansch 51 mit der Grundplatte 3 mittels Schrauben 53 verschraubt. Zwischen dem Flansch 51 und der Grundplatte 3 ist eine Dichtung 9 (oder eine Kleberaupe aus einem Klebstoff) angeordnet. Die Haube 5 ist als tiefgezogenes Blech ausgebildet.
Auf der Grundplatte 3 sind als Versteifungsstruktur T-Träger 7 geklebt, die parallel zueinander angeordnet sind und sich in Längsrichtung des Antriebsbatterie 1 erstrecken. Die T-Träger sind lediglich mit der Grundplatte 3 und nicht mit der Haube 5 verbunden. Um eine hinreichenden Torsions- und Biegesteifigkeit zu erzielen hat die Grundplatte 3 eine deutlich größere Wandstärke als die Haube 5. Zusätzlich erhöhen die T-Träger 7 die Torsions- und Biegesteifigkeit der Grundplatte 3.
Die Grundplatte 3 ist über entsprechende Befestigungslöcher 31 an ihren Rändern unterhalb eines Fahrzeuginnenraums mit einer Bodengruppe einer Karosserie des Kraftfahrzeugs verschraubt. Dabei erstreckt sich die Grundplatte 3 im Wesentlichen über eine gesamte Breite oder zumindest über fast die gesamte Breite der Bodengruppe. Ferner erstreckt sich die Grundplatte 3 über einen Bereich in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs.
Zwischen den T-Trägern 7 und seitlich der T-Träger 7 sind Batteriemodule 11 mit Batteriezellen angeordnet. Die Batteriemodule 11 sind unmittelbar an der Grundplatte 3 oder der Versteifungsstruktur 7 jedoch nicht an der Haube 5 befestigt. Ebenso sind weitere Bestandteile der Batterie, wie ein Kühlsystem und eine Leistungselektrik/-elektronik, in dem Antriebsbatteriegehäuse 1 untergebracht und entweder unmittelbar an der Grundplatte 3 oder an der Versteifungsstruktur 7 befestigt.
Das Antriebsbatteriegehäuse 1 kann mit der Haube 5 nach oben gerichtet oder mit der Haube 5 nach unten gerichtet an der Bodenbaugruppe des Kraftfahrzeugs befestigt sein. Eine Höhe der Haube 5 ist entsprechend einer Höhe der zu verwendeten Batteriemodule 11 bzw. Batteriezellen ausgebildet. So kann unter Verwendung der gleichen Grundplatte 3 und der gleichen Versteifungsstruktur und unter Verwendung einer höheren Haube 5 mit einfachen Mitteln ein höheres Antriebsbatteriegehäuse 1 geschaffen werden. Die Versteifungsstruktur kann dabei mit entsprechenden Versteifungsstrukturadaptern in einer Höhe angepasst werden. Zum Beispiel könnte auf einen Doppel-T-Träger ein weiterer T-Träger oder Doppel-Träger aufgesetzt werden. Dies hat Vorteile hinsichtlich eines modulartigen Aufbaus des Antriebsgehäuses bei unterschiedlich hohen Fahrzeugtypen, wobei die Grundplatte als Gleichteil verwendet werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102017223407 A1 [0003]

Claims

Antriebsbatteriegehäuse für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Grundplatte (3) und einer Haube (5), wobei die Haube (3) an der Grundplatte (3) befestigt ist, wobei die Grundplatte (3) und die Haube (5) ein im Wesentlichen geschlossenes Gehäuse bilden, wobei die Grundplatte (3) lasttragend und/oder lastaufnehmend ausgebildet ist und die Haube (5) im Wesentlichen nicht lasttragend und/oder laustaufnehmend ausgebildet ist, und wobei die Grundplatte (3) insbesondere aus einem Kunststofffaserverbundwerkstoff ausgebildet ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach Patentanspruch 1, wobei die Grundplatte (3) im Wesentlichen eben ausgebildet ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei das Antriebsbatteriegehäuse (1) fluiddicht ausgebildet ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Grundplatte (3) einen mehrlagigen Aufbau hat.
Antriebsbatteriegehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei auf der Grundplatte (3) eine Versteifungsstruktur (7) befestigt ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach Patentanspruch 5, wobei die Versteifungsstruktur einen Träger (7), insbesondere mehrere Träger, die beispielsweise zueinander parallel zueinander angeordnet sind, aufweist.
Antriebsbatteriegehäuse nach Patentanspruch 5 oder 6, wobei die Versteifungsstruktur (7) nicht oder zumindest nicht stoffschlüssig mit der Haube (5) verbunden ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei die Grundplatte (3) an eine Karosserie des Kraftfahrzeugs anbindbar ist.
Antriebsbatteriegehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die Grundplatte (3) einstückig ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug mit einem Antriebsbatteriegehäuse nach einem der Patentansprüche 1 bis 9.