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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsbatteriegehäuse.
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Ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb hat üblicherweise eine Antriebsbatterie, die ein Antriebsbatteriegehäuse aufweist, in dem mehrere Batteriemodule mit Batteriezellen, eine Elektrik/Elektronik und eine Kühleinrichtung montiert sind. Das Antriebsbatteriegehäuse ist wiederum unterhalb einer Bodenbaugruppe an einer Fahrzeugkarosserie montiert. Das bekannte Antriebsbatteriegehäuse besteht beispielsweise aus Aluminium und weist seitliche Träger, einen Deckel und einen Boden auf. Die seitlichen Träger sind beispielsweise als Strangpressprofile oder Gussteile ausgeführt. Gegebenenfalls sind noch weitere Längsträger und Querträger in dem Batteriegehäuse vorgesehen, um der Antriebsbatterie eine gewisse Steifigkeit und Kollisionswiderstandsfähigkeit zu verleihen.
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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. Das Antriebsbatteriegehäuse ist unterhalb eines Karosseriebodens montiert.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsbatterie bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Antriebsbatterie zu schaffen, wobei die Antriebsbatterie je Bauraum eine höhere Leistungsdichte und gleichzeitig eine größere Steifigkeit sowie Festigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsbatterie bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Antriebsbatterie gelöst, die bzw. das die Merkmale von Patentanspruch 1 bzw. 12 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
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Erfindungsgemäß hat die Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug ein Antriebsbatteriegehäuse, das eine Deckelwand und eine Bodenwand aufweist. In dem Antriebsbatteriegehäuse sind eine Batteriezellenlage mit einer Vielzahl von vertikal und nebeneinander angeordneten Batteriezellen und eine Abstützlage, die auch Entgasungslage, Abstandslage oder Deformationslage genannt werden kann, angeordnet. Die Batteriezellenlage ist mittels einer oberen Klebstofflage mit der Deckelwand und mittels einer unteren Klebstofflage mit der Abstützlage, insbesondere großflächig, d.h. über ihre gesamte Oberfläche, verklebt. Die Abstützlage ist ferner mittels einer weiteren Klebstofflage mit der Bodenwand verklebt.
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Hierdurch ist eine in Höhenrichtung, d.h. in Z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem, sehr kompakte und bauraumsparende Antriebsbatterie geschaffen. Im Verhältnis zur Gesamthöhe der Antriebsbatterie können die Batteriezellen relativ hoch ausgeführt werden, wodurch eine Speicherkapazität der Antriebsbatterie erhöht ist. Durch das sandwichartige Verkleben der Deckelwand, Batteriezellenlage, der Abstützlage und der Bodenwand miteinander hat die Antriebsbatterie insgesamt eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit, so dass keine weitere Trägerkonstruktion innerhalb der Antriebsbatterie erforderlich ist. Alle Lagen der Antriebsbatterie tragen zu einer Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie bei. Die Antriebsbatterie ist derart zum Einbau in das Kraftfahrzeug ausgebildet, dass die Deckelwand oben und die Bodenwand unten ausgebildet ist. Die Bodenwand bildet damit im Einbauzustand bevorzugt einen Unterboden des Kraftfahrzeugs aus.
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Die Abstützlage hat die Funktion einer Abstandslage, so dass zwischen der Batteriezellenlage und der Bodenwand ein bestimmter Abstand besteht, so dass bei einer Pollerüberfahrt oder dergleichen, d.h. bei einer Kollision von unten, hinreichender Deformationsraum zur Verfügung steht. Hierfür ist die Abstützlage ausgelegt, Kollisionsenergie durch Deformation hinreichend abzubauen. Durch das Verkleben der Abstützlage trägt diese trotz ihrer Deformationsfähigkeit zu einer Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie bei.
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Gemäß einer Weiterbildung ist die Batteriezellenlage aus einer Vielzahl von Batteriezellen ausgebildet, wobei jede Batteriezelle aus einem Batteriezellengehäuse und einem Zellwickel besteht, der in dem Batteriezellengehäuse aufgenommen ist. Eine obere Stirnseite der Batteriezellengehäuse ist jeweils mit der Deckelwand verklebt und eine untere Stirnseite der Batteriezellengehäuse ist jeweils mit der Abstützlage verklebt.
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Die Vielzahl von Batteriezellengehäuse bilden somit eine Mehrkammerstruktur, die ähnlich einer wabenartigen Struktur ist und die eine Biegesteifigkeit und Torsionssteifigkeit durch die Verbklebung mit den anderen Lagen der Antriebsbatterie erheblich erhöhen.
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Die Batteriezellengehäuse sind dünnwandig und aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Stahl ausgebildet.
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Benachbarte Batteriezellengehäuse können untereinander an der Mantelfläche miteinander verklebt sein.
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Die Batteriezelle kann eine sogenannte Rundzelle, d.h. kreiszylindrisch, oder auch eine sogenannte prismatische Zelle, d.h. im Wesentlichen quaderförmig, sein.
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Alternativ zu der Ausführungsform mit voneinander getrennten Batteriezellengehäusen kann die Batteriezellenlage auch aus einer integral ausgebildeten Mehrkammerstruktur - die quer, insbesondere senkrecht, zur Ebene der Deckelwand bzw. der Bodenwand verläuft - mit einer Vielzahl von vertikalen Kammern ausgebildet sein, in denen jeweils ein Zellwickel oder auch mehrere Zellwickel aufgenommen sind. Eine obere Stirnseite der Mehrkammerstruktur ist hierbei mit der Deckelwand verklebt und eine untere Stirnseite der Mehrkammerstruktur ist mit der Abstützlage verklebt. Die Mehrkammerstruktur kann beispielsweise durch Strangpressen hergestellt sein. Die einzelnen Kammern können einen quadratischen oder anderen vieleckigen Querschnitt, beispielsweise ähnlich Bienenwaben, aufweisen.
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Die integral ausgebildete Mehrkammerstruktur kann der Antriebsbatterie eine noch größere Steifigkeit bei geringerem Gewicht verleihen. Ferner können hierdurch auf der gleichen Fläche eine größere Anzahl an Zellwickeln untergebracht werden.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung hat die Antriebsbatterie ein Batteriezellenkontaktierungssystem, das in die obere Klebstofflage und/oder in die untere Klebstofflage eingebettet ist.
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In der Klebstofflage ist das Batteriezellenkontaktierungssystem geschützt - beispielsweise vor Korrosion geschützt - untergebracht. Gleichzeitig kann hierdurch das Batteriezellenkontaktierungssystem zu der oben beschriebenen Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie beitragen.
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Das Batteriezellenkontaktierungssystem ist bevorzugt mit beiden Kontaktierungspolen in die obere Klebstofflage eingebettet. Hierdurch ist das Batteriezellenkontaktierungssystem besonders gut geschützt unterbracht. Insbesondere ist es dabei bei Kollisionen der Bodenwand besser geschützt.
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Weiterhin ist vorteilhaft in jeder Batteriezelle in der der Abstützlage zugewandten Seite eine Entgasungsöffnung ausgebildet.
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Somit sind die Entgasungsöffnungen der Batteriezellen nach unten hin ausgerichtet und nicht in Richtung der Deckelwand und damit einer Fahrgastzelle im Einbauzustand der Antriebsbatterie. Nach unten hin gibt es mehr Raum zum Ableiten der Gase und es kann besser verhindert werden, dass Gase in Richtung der Fahrgastzelle strömen.
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Im Fall, dass die Entgasungsöffnungen der Batteriezellen an deren Unterseite ausgebildet sind, also der Abstützlage zugewandt, ist in der Abstützlage bevorzugt jeweils im Bereich der Entgasungsöffnung eine Aussparung, d.h. ein Entgasungsraum bzw. Freiraum, vorgesehen. Benachbarte Aussparungen können geeignet durch Entgasungskanäle miteinander verbunden sein, so dass aus einer Batteriezelle entweichendes Gas leicht weitergeleitet werden kann und ausreichend Raum zur Verfügung hat.
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Die Abstützlage kann aus einem geschäumten Material, insbesondere einem geschäumten Kunststoff, beispielsweise geschäumten Polyurethan, ausgebildet sein.
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Ein geschäumtes Material ist leicht, kann aber bei vollflächiger Verklebung mit den benachbarten Lagen trotzdem hinreichend zur Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie beitragen. Ferner kann das geschäumte Material sehr gut zum Abbau von Kollisionsenergie durch Verformung dienen.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung kann die Deckelwand als Wärmetauscher zur Temperierung der Batteriezellenlage ausgebildet sein.
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Hierbei kann die Deckelwand auch als Temperierungsfläche für die Fahrgastzelle bei montierter Antriebsbatterie genutzt werden.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Abstützlage als Wärmetauscher zur Temperierung der Batteriezellenlage ausgebildet.
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Ferner können alternativ oder zusätzlich zwischen den Batteriezellen Wärmetauschvorrichtungen vorgesehen sein. Die Wärmetauschvorrichtungen können an Mantelflächen, also nicht an den Stirnseiten, der Batteriezellen Wärmetauschvorrichtungen vorgesehen sein. Dies wird auch Zwischenzelltemperierung genannt.
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Durch die Temperierung über die Mantelfläche kann eine höhere Temperierleistung verwirklicht werden, so dass die Antriebsbatterie schneller die gewünschte Soll-Arbeitstemperatur erreicht und bei erhöhter Leistungsentnahme entsprechend schnell gekühlt werden kann, so dass die Soll-Arbeitstemperatur nicht überschritten wird.
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Die Deckelwand und die Bodenwand sind bevorzugt über eine Flanschverbindung miteinander verbunden. Durch eine entsprechende Dichtung, beispielsweise an der Flanschverbindung, kann hierbei ein fluiddichtes Antriebsbatteriegehäuse ausgebildet sein. Hierfür können die Deckelwand und/oder die Bodenwand wannenförmig ausgebildet sein bzw. Bestandteil einer Wanne sein.
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An einer Innenseite der Bodenwand kann eine Hitzeschutzlage, beispielsweise eine Glimmerplatte, angeordnet sein. Die Bodenwand kann mit der Hitzeschutzlage verklebt oder anderweitige integral mit der Hitzeschutzlage ausgebildet sein. Die Hitzeschutzlage ist wiederum bevorzugt mit der Abstützlage verklebt.
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Die Hitzeschutzlage dient als Hitzeschutz für die Bodenwand, insbesondere falls heiße Gase aus den Batteriezellen austreten. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn die Bodenwand aus Aluminium, einer Aluminiumlegierung oder faserverstärktem Kunststoff besteht. Ferner kann dies von Vorteil sein, wenn Entgasungsöffnungen der Batteriezellen an einer Unterseite, beispielsweise einer unteren Stirnseite, der Batteriezellen angeordnet sind.
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Die Deckelwand und/oder die Bodenwand können aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung oder aus Stahl bestehen. Die Deckelwand und/oder die Bodenwand können aber auch aus einem faserverstärkten Kunststoff, beispielsweise einem kohlefaserverstärkten Kunststoff, bestehen.
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Die Deckelwand und/oder die Bodenwand können jeweils innenseitig mit einer Elektroisolationslage, beispielsweise in Form einer Beschichtung, versehen sein. Das ist dann von Vorteil, wenn eine elektrische Isolierung zur Deckelwand und/oder Bodenwand erforderlich ist und die Deckelwand und/oder Bodenwand elektrisch leitend sind.
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Die obere, untere und/oder weitere Klebstofflage können aus wärmeleitendem Klebstoff bestehen, wenn ein verbesserter Wärmeaustausch zur Abführung oder Zuführung von Wärme zu den Batteriezellen erforderlich ist.
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Bevorzugt ist die Antriebsbatterie zur Montage an einer Bodengruppe einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, wobei die Bodengruppe einen linken Längsträger und einen rechten Längsträger aufweist, wobei die Antriebsbatterie bzw. das Antriebsbatteriegehäuse von unten an der Bodengruppe montiert ist, und wobei die Deckelwand zumindest abschnittsweise einen Boden der Bodengruppe ausbildet. Die Bodenwand bildet bevorzugt einen Unterboden des Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Antriebsbatterie kann derart ausgeführt und mit der Bodengruppe verbunden sein, dass die Antriebsbatterie eine Karosseriesteifigkeit für einen Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erhöht und dass die Antriebsbatterie eine Karosseriefestigkeit für einen Kollisionslastfall des Kraftfahrzeugs erhöht.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, mit einer wie verstehen beschriebenen Antriebsbatterie.
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Das Kraftfahrzeug hat einen Elektroantrieb. Eine Karosserie des Kraftfahrzeugs weist eine Bodengruppe mit einem linken Längsträger und einem rechten Längsträger auf. Derartige Karosserielängsträger werden auch als Seitenschweller oder äußere, untere Längsträger bezeichnet. Die Antriebsbatterie weist ein Antriebsbatteriegehäuse auf, wobei die Antriebsbatterie bzw. das Antriebsbatteriegehäuse von unten an der Bodengruppe montiert ist. Die montierte Antriebsbatterie bzw. das montierte Antriebsbatteriegehäuse bildet zumindest abschnittsweise einen Boden der Bodengruppe aus.
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Hierdurch ersetzt die Antriebsbatterie den Boden der Bodengruppe. Hierdurch wird das Kraftfahrzeug, d.h. die Karosserie, insbesondere die Bodengruppe, leichter und benötigt weniger Bauteile. Ferner kann ein Bauraum in Fahrzeughöhenrichtung (Z-Richtung) hierdurch verringert werden bzw. es können höhere Batteriezellen eingebaut werden.
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Vorteilhaft erstreckt sich die Antriebsbatterie im Wesentlichen über eine gesamte Breite der Bodengruppe, d.h. im Wesentlichen über einen gesamten Bauraum zwischen dem linken Längsträger und dem rechten Längsträger.
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Hierdurch können hinreichen Batteriezellen in der Antriebsbatterie untergebracht werden und es kann ein hinreichend großer Teil des Bodens der Bodengruppe ersetzt werden.
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Ferner kann sich das Antriebsbatteriegehäuse in einem Bereich bzw. über einen möglichst großen Bereich zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs erstrecken. Vorteilhaft erstreckt sich das Antriebsenergiegehäuse von einer vorderen Stirnwand (einer Fahrgastzelle) bzw. von unterhalb der vorderen Stirnwand bis zu vorderen Enden eines linken Radhauses und eines rechten Radhauses. Ferner kann sich das Antriebsbatteriegehäuse bis unterhalb einer zweiten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs erstrecken. Anders ausgedrückt kann sich das Antriebsbatteriegehäuse zumindest von einem Bereich zwischen einer vorderen Karosseriesäule (einer A-Säule) und einer hinteren Karosseriesäule (insbesondere einer C-Säule) verläuft und angeordnet ist.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung bilden die Antriebsbatterie und die Bodengruppe zusammenwirkend einen fluiddichten Boden einer Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs aus. Insbesondere erfolgt nur durch die Zusammenwirkung des Antriebsbatteriegehäuses und der Bodengruppe eine Fluiddichtigkeit der Fahrgastzelle nach unten hin - ohne das Antriebsbatteriegehäuse hätte die Bodengruppe keinen fluiddichten Boden, bzw. die Bodengruppe alleine ist nach unten hin nicht fluiddicht.
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Das Antriebsbatteriegehäuse ersetzt also die Funktion eines durchgängigen fluiddichten Bodens der Bodengruppe. Der Begriff „fluiddicht“ schließt in diesem Zusammenhang übrigens nicht aus, dass die Bodengruppe oder das Antriebsspeichergehäuse zusammenwirkend mit der Bodengruppe verschließbare Öffnungen für eine Leitungsdurchführung, einen Wasserablauf oder dergleichen aufweist. „Fluiddicht“ bedeutet insbesondere „flüssigkeitsdicht“.
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Zwischen dem Antriebsbatteriegehäuse und der Bodengruppe kann eine Dichtung oder ein dichtender Klebstoff geeignet angeordnet sein, so dass das montierte Antriebsbatteriegehäuse die Bodengruppe nach unten hin vollständig abdichtet.
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Die Dichtung kann beispielsweise aus Butyl ausgebildet sein. Die Dichtung kann als Flachdichtung, Lippendichtung oder Profildichtung ausgebildet sein.
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Vorteilhaft hat das Antriebsbatteriegehäuse einen umlaufenden Dichtflansch, der auch gleichzeitig ein Montagflansch sein kann, mit einer durchgängig umlaufenden Dichtfläche zur Abdichtung des Antriebsspeichergehäuses gegenüber der Bodengruppe.
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Der umlaufende Dichtflansch befindet sich vorteilhaft in einer Ebene, d.h. in einer Ebene parallel zu einer xy-Ebene eines Fahrzeugkoordinatensystems. Hierdurch ist eine Dichtigkeit besser herstellbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann die Bodengruppe eine vordere Querträgerstruktur und eine hintere Querträgerstruktur aufweisen, wobei die Antriebsbatterie an dem linken Längsträger und an dem rechten Längsträger sowie an der vorderen Querträgerstruktur und an der hinteren Querträgerstruktur montiert ist. Der vorstehend genannte Dichtflansch liegt in diesem Fall an entsprechenden Flanschdichtflächen der Längsträger und der Querträgerstrukturen an.
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Vorteilhaft hat die Bodengruppe zwischen der vorderen Querträgerstruktur und der hinteren Querträgerstruktur zumindest einen weiteren Querträger, der jeweils mit dem linken Längsträger und dem rechten Längsträger verbunden ist bzw. zwischen dem linken Längsträger und dem rechten Längsträger verläuft. Der weitere Querträger kann ein Sitzquerträger oder einen Fersenblechquerträger sein. Vorteilhaft hat die Bodengruppe mehrere weitere Querträger, zwischen denen jeweils ein Freiraum ausgebildet ist, so dass die Bodengruppe nach unten hin offen ist. Der oder die Sitzquerträger sind vorteilhaft im Bereich hinter der Stirnwand bis zu einer B-Säule angeordnet und dienen einer Befestigung einer vorderen Sitzreihe, d.h. von Vordersitzen sowie einer Kollisionsfestigkeit der Bodengruppe in Querrichtung. Der Fersenblechquerträger ist üblicherweise im Bereich eines vorderen Endes einer zweiten Sitzreihe angeordnet dient der Befestigung der zweiten Sitzreihen sowie ebenfalls einer Kollisionsfestigkeit der Bodengruppe in Querrichtung.
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Bevorzugt ist die Antriebsbatterie an dem weiteren Querträger, insbesondere mittels einer Schraubverbindung, montiert. Zusätzlich oder alternativ kann die Antriebsbatterie mit dem Querträger durch eine Klebeverbindung verbunden sein, d.h. verklebt sein.
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Hierdurch kann eine Gesamtsteifigkeit der Bodengruppe mit der Antriebsbatterie weiter erhöht werden und auch ein Schwingungsverhalten des Kraftfahrzeugs im Fahrbetrieb positiv beeinflusst werden. Ferner unterstützt hierdurch die Antriebsbatterie die Querträger bzw. Querträgerstrukturen gegen ein Knicken bei einer seitlichen Kollision.
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Gemäß einer weiteren Weiterbildung weist die Bodengruppe zwischen der vorderen Querträgerstruktur und der hinteren Querträgerstruktur oder zwischen der vorderen Querträgerstruktur und einem weiteren Querträger kein Bodenblech auf - mit anderen Worten ist die Bodengruppe vorteilhaft ohne Bodenblech ausgebildet bzw. ist bodenblechfrei. Somit ist ein größerer Bereich der Bodengruppe offen ausgebildet.
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Der Ausdruck „offen ausgebildet“ bedeutet, dass ein freier, offener Bereich ausgebildet ist, der eine Durchgangsöffnung bildet, so dass die Bodengruppe nach unten hin offen ausgebildet ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Bodengruppe zwischen dem linken Längsträger und dem rechten Längsträger zumindest einen weiteren Längsträger, der mit der vorderen Querträgerstruktur und/oder der hinteren Querträgerstruktur verbunden ist, aufweisen. Der weitere Längsträger kann beispielsweise in der Mitte angeordnet sein und dort einen Mitteltunnel ausbilden.
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Die Bodengruppe weist vorteilhaft überhaupt kein Bodenblech auf.
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Ein Bodenblech ist üblicherweise ein einschaliges Bauteil, insbesondere ein flächiges Bauteil, gegebenenfalls ein einlagiges Bauteil, das kein Hohlprofil oder dergleichen aufweist bzw. ausbildet und daher keinen Karosserieträger ausbildet.
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Bevorzugt sind 40 bis 85 % der Fläche zwischen dem rechten Längsträger und dem linken Längsträger sowie der vorderen Querträgerstruktur und der hinteren Querträgerstruktur offen, d.h. ohne Bodenblech und ohne Querträger, ausgebildet.
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Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
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Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.
- 1 zeigt schematisch eine Schnittansicht einer Antriebsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 2 zeigt schematisch eine Perspektivansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Karosserie und einer Antriebsbatterie vor einer Montage des Antriebsbatterie an der Karosserie gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 3 zeigt schematisch eine Schnittansicht des Kraftfahrzeugs mit der Karosserie und der montierten Antriebsbatterie gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
- 4 zeigt schematisch eine Perspektivansicht von unten des Kraftfahrzeugs mit der Karosserie ohne der Antriebsbatterie.
- 5 zeigt schematisch eine Perspektivansicht von oben des Kraftfahrzeugs mit der Karosserie und der montierten Antriebsbatterie gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1 bis 5.
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In 1 ist eine Antriebsbatterie 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Schnittansicht sehr schematisch gezeigt. Die Antriebsbatterie 1 ist zur Montage an eine Karosserie eines Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Der Antriebsbatterie 1 ist ein sogenannter Hochvoltspeicher zum Antrieb eines Elektroantriebsmotors des Personenkraftfahrzeugs. Die Antriebsbatterie 1 ist sandwichartig aus mehreren Lagen aufgebaut. Von oben beginnend hat die Antriebsbatterie 1 eine Deckelwand 35 als Teil eines Antriebsbatteriegehäuses 3. Die Deckelwand 35 ist über eine obere Klebstofflage 9 mit einer Oberseite einer Batteriezellenlage 5 flächig verbunden. Ferner ist eine Unterseite der Batteriezellenlage 5 über eine untere Klebstofflage 11 mit einer Abstützlage 7 flächig verbunden. Die Abstützlage 7 ist wiederum an ihrer Unterseite über eine weitere Klebstofflage 13 mit einer Bodenwand 33 des Antriebsbatteriegehäuses 3 verbunden.
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Die Batteriezellenlage 5 besteht aus einer Vielzahl von Batteriezellen. Jede Batteriezelle 51 besteht wiederum aus einem Batteriezellengehäuse 53 aus Aluminium oder Stahl, in dem ein Zellwickel 55 aufgenommen ist. Die Batteriezellen 51 sind sogenannte Rundzeilen mit einer kreiszylindrischen Form. Die Batteriezellen 51 sind hochkant, d.h. vertikal, in der Batteriezellenlage 5 angeordnet, so dass sie mit ihren Mantelflächen aneinander angrenzen. Die oberen Stirnseiten der Batteriezellen 51 sind jeweils mit der Klebstofflage 9 und damit mit der Deckelwand 35 verbunden. Die unteren Stirnseiten der Batteriezellen 51 sind jeweils mit der Klebstofflage 11 und damit mit der Abstützlage 7 verbunden.
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In der oberen Klebstofflage 9 ist ein nicht weiter dargestelltes Batteriezellenkontaktierungssystem eingebettet, das die Pole der Batteriezellen 51 geeignet miteinander verbindet. Der Klebstoff umgibt Leiterbahnen des Batteriezellenkontaktierungssystems. Beide Pole der Batteriezellen 51 befinden sich an der oberen Stirnseite der Batteriezellen 51.
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An der unteren Stirnseite der Batteriezellen 51 sind Entgasungsöffnungen ausgebildet. Komplementär zu den Entgasungsöffnungen der Batteriezellen 51 sind Aussparungen bzw. Entgasungsräume in der Abstützlage 7 ausgebildet. Entsprechend hat auch die Klebstofflage 11 Aussparungen. Die Aussparungen sind geeignet über Entgasungskanäle miteinander verbunden, so dass aus einer Batteriezelle 51 entweichendes Gas über die Entgasungskanäle der Abstützlage 7 abgeführt werden kann.
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Die Abstützlage 7 besteht aus einem geschäumten Polyurethan und ist deformierbar. Bei einer Bodenkollision der in das Kraftfahrzeug eingebauten Antriebsbatterie 1 wird dabei gegebenenfalls die Bodenwand 33 zusammen mit der Abstützlage 7 verformt und kann damit Kollisionsenergie durch Deformation zum Schutz der Batteriezellenlage 5.
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In 2 ist der Zustand vor einer Montage der Antriebsbatterie 1 an einer Karosserie 100 gezeigt. Die Karosserie 100 ist in 1 nicht vollständig dargestellt, sondern im Wesentlichen nur eine Bodengruppe 105 der Karosserie 100. Die Karosserie 100 bzw. die Bodengruppe 105 hat einen linken Seitenschweller 107 und einen rechten Seitenschweller 108, d.h. Längsträger. Antriebsbatterie 1 hat ein wie vorstehend beschriebenes Antriebsbatteriegehäuse 3, das über seine gesamte Erstreckung im Wesentlichen eine gleiche Höhe aufweist - mit Ausnahme eines aufgesetzten Zusatzgehäuses im hinteren Bereich Antriebsbatterie 1. In dem Antriebsbatteriegehäuse 3 ist die Batteriezellenlage 5 untergebracht. In dem Zusatzgehäuse ist zum Beispiel eine Leistungselektrik untergebracht. Die Antriebsbatterie 1 wird von unten an der Bodengruppe 105 mittels Schraubverbindungen 121, 123 und gegebenenfalls zusätzlich durch Klebeverbindungen montiert.
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In 3 ist eine sehr schematische Schnittansicht entlang einer y-Richtung und einer z-Richtung der Karosserie 100 gezeigt. Der Schnitt verläuft durch eine Fahrgastzelle 109 des Kraftfahrzeugs. Unten Links und unten Rechts in der 2 sind die Seitenschweller 107, 108 dargestellt, an denen von unten das Antriebsbatteriegehäuse 3 mittels Schraubverbindungen 121 montiert ist. Insbesondere ist das Antriebsbatteriegehäuse 3 an seinem umlaufenden Flansch 34, 36 mit einer dazwischen angeordneten Dichtung 19 an der Bodengruppe 105 montiert. Ferner ist in der Schnittansicht ein Querträger 115, 116, 117, 118 der Bodengruppe 105 schematisch dargestellt. Das Antriebsenergiespeichergehäuse 3 ist mit dem Querträger 115, 116, 117, 118 mittels Schraubverbindungen 123 verbunden und zusätzlich verklebt.
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Das montierte Antriebsenergiespeichergehäuse 3 bildet zumindest abschnittsweise einen Boden der Bodengruppe 105 aus und erstreckt sich über eine gesamte Breite der Bodengruppe 105 zwischen dem linken Seitenschweller 107 und dem rechten Seitenschweller 108. Durch die Dichtung 19 ist die Fahrgastzelle 109 nach unten hin dicht.
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Durch den sandwichartigen Aufbau der Antriebsbatterie 1 und der Verklebung der Lagen miteinander hat die Antriebsbatterie 1 eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit. Hierdurch kann die montierte Antriebsbatterie 1 mit der Bodengruppe 105 entsprechend zusammenwirken, so dass das Kraftfahrzeug insgesamt eine höhere Biege- und Torsionssteifigkeit. Mit anderen Worten kann die Antriebsbatterie 1 durch den oben beschriebenen Aufbau besonders gut eine Karosseriestrukturfunktion übernehmen.
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In 4 ist lediglich die Bodengruppe 105 ohne die Antriebsbatterie 1 in einer Perspektivansicht von unten gezeigt. Wie in 4 gezeigt ist, hat die Bodengruppe 105 hinter vorderen Radhäusern bzw. hinter einer Vorderachse eine vordere Querträgerstruktur 111 mit einer sogenannten vorderen Stirnwand, die die Fahrgastzelle nach vorne hin zu einem Fahrzeugvorderwagen begrenzt und vordere Enden der Seitenschweller 107 und 108 miteinander verbindet. Ferner hat die Bodenbaugruppe 105 vor hinteren Radhäusern bzw. vor einer Hinterachse eine hintere Querträgerstruktur 113, die hintere Enden der Seitenschweller 107 und 108 miteinander verbindet und die im Bereich einer nicht dargestellten hinteren Rücksitzbank, die eine zweiten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs bildet, angeordnet ist. Die Bodengruppe 105 weist ferner zwischen der vorderen Querträgerstruktur 111 und der hinteren Querträgerstruktur 113 weitere Querträger, wie die Sitzquerträger 115, 116, 117 im Bereich einer vorderen Sitzreihe und einer B-Säule der Karosserie 100 auf. Im Bereich der hinteren Sitzreihe ist ein Fersenblechquerträger 118, der ebenfalls einen weiteren Querträger bildet, angeordnet. Alle Querträger 115, 116, 117, 118 verlaufen zwischen dem linken Seitenschweller 107 und dem rechten Seitenschweller 108 und sind mit diesen verbunden. Der Bereich zwischen den Seitenschwellern 107 und 108 sowie den jeweiligen Querträgerstrukturen 111 und 113 bzw. den weiteren Querträger 115, 116, 117, 118 ist offen. Die Bodengruppe 105 ist ohne Bodenblech zwischen diesen Trägern ausgebildet.
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In 5 ist die Bodengruppe 105 mit der montierten Antriebsbatterie 1 in einer Perspektivansicht von schräg oben gezeigt. Die schraffierten Flächen zwischen den Seitenschwellern 107 und 108 sowie der vorderen Querträgerträgerstruktur 111 und der hinteren Querträgerstruktur 113 der Bodengruppe 105 zeigen eine Oberseite der Antriebsbatterie 1, insbesondere des Antriebsbatteriegehäuses 3 und des Zusatzgehäuses 37, in den offenen Bereichen zwischen den jeweiligen Trägern der Bodengruppe 105. Die Oberseite der Antriebsbatterie 1 bildet in den schraffierten Bereichen einen Boden der Fahrgastzelle 109 und ersetzt somit ein herkömmliches Bodenblech. Wie ferner in 5 zu sehen ist, erstreckt sich der Antriebsbatterie 1 von einer vorderen Querträgerstruktur 111 mit einer Stirnwand bis zu einer hinteren Querträgerstruktur 113, die hintere Enden der Seitenschweller 107 und 108 miteinander verbindet, d.h. bis zu einem hinteren Radhaus der Bodengruppe 105 unterhalb einer Rücksitzbank, die die zweite Sitzreihe bildet.
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Insgesamt liegt ein Montagedichtflansch 36 des Antriebsbatteriegehäuses 3 ringsum umlaufend dichtend an den entsprechenden Bestandteilen der Bodengruppe 105 an, so dass das Antriebsbatteriegehäuses 3 und die Bodengruppe 105 zusammenwirkend einen fluiddichten Boden der Fahrgastzelle 109 des Kraftfahrzeugs ausbilden. Der umlaufende Montagedichtflansch 36 befindet sich in diesem Ausführungsbeispiel in einer Dichtebene.
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Die Bodengruppe 105 hat im Vergleich zu einer herkömmlichen Bodengruppe einer Karosserie kein Bodenblech und damit Freiräume zwischen den benachbarten Querträgern/Querträgerstrukturen. Diese Freiräume sind durch das Antriebsbatteriegehäuse 3 bzw. das Zusatzgehäuse 37 verschlossen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind 65% der Bodengruppe 105 zwischen der vorderen Querträgerstruktur 111 und dem Fersenblechträger 118 ohne das Antriebsbatteriegehäuse 3 zwischen den Seitenschwellern 107, 108 und den Querträgerstrukturen 111 und 113 nach unten hin offen.
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Die Antriebsbatterie 1 weist zusätzlich zu dem Antriebsbatteriegehäuse 3 das Zusatzgehäuse 37 auf, das im hinteren Bereich des Antriebsbatteriegehäuse 3, im Bereich unter der Rücksitzbank, also hinter dem Fersenblechquerträger 118, auf das Antriebsbatteriegehäuse 3 aufgesetzt ist. In dem Zusatzgehäuse 37 sind Elektrik- und Elektronikkomponenten der Antriebsbatterie 1 untergebracht, wie beispielsweise eine Leistungselektronik. Das Zusatzgehäuse 37 ragt in den Zwischenraum zwischen dem Fersenblechquerträger 118 und der hinteren Querträgerstruktur 113 hinein. Eine Oberseite des Antriebsbatteriegehäuse 3 ist im Wesentlichen eben ausgebildet. Wie in 3 zu erkennen ist, ist es aus einem Gehäuseunterteil 33 und einem Gehäuseoberteil 35 ausgebildet, wobei das Gehäuseunterteil 33 einen Gehäuseunterteilflansch 34 und das Gehäuseoberteil 35 einen Gehäuseoberteilflansch 36 aufweist, wobei Gehäuseunterteil 33 und das Gehäuseoberteil 35 über den Gehäuseunterteilflansch 34 und den Gehäuseoberteilflansch 36 miteinander verbunden sind, und wobei der Gehäuseoberteilflansch 36 zur Montage des Antriebsbatteriegehäuses 33 an der Bodengruppe 105 ausgebildet ist. Zwischen dem Gehäuseoberteilflansch 36 und dem Gehäuseunterteilflansch 34 ist eine Dichtung 37 angeordnet. Ferner ist zwischen dem Gehäuseoberteilflansch 36 und der Bodenbaugruppe 105 die Dichtung 19 angeordnet.
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Das Antriebsbatteriegehäuse 3 ist über die Schraubverbindungen 21 über den Montagedichtflansch 34, 36 mit der Bodengruppe 105 verbunden. Ferner ist das Antriebsenergiespeichergehäuse 3 bzw. das Gehäuseoberteil 35 mit den Querträgern 115, 116, 117, 118 über die Schraubverbindungen 23 verbunden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017223407 A1 [0003]
