DE102021122968B4

DE102021122968B4 - Schutzplatte mit Schadensdetektion, ein diese aufweisendes Batteriesystem und dazugehöriges Schadensdetektionsverfahren

Info

Publication number: DE102021122968B4
Application number: DE102021122968.5A
Authority: DE
Inventors: Teiwen Fehse; Philipp Kellner; Christopher Volkmer
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-09-06
Filing date: 2021-09-06
Publication date: 2024-03-28
Anticipated expiration: 2041-09-07
Also published as: DE102021122968A1

Abstract

Schutzplatte (1) für eine Bauteilgruppe (2), insbesondere für eine Batterie eines Fahrzeugs, aufweisend:eine erste Schicht (4) und mindestens eine zweite Schicht (5), zwischen welchen eine kompressible Schicht (6) angeordnet ist;wobei in der Schutzplatte (1) eine Abstandsmesseinrichtung (7) zum Bestimmen eines Abstandes (a) zwischen der ersten Schicht (4) und der zweiten Schicht (5) integriert ist oder an dieser angeordnet ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft vornehmlich eine Schutzplatte mit einer integrierten Schadensdetektion für eine Bauteilgruppe und ein dazugehöriges Schadensdetektionsverfahren auf Basis der Schutzplatte. Die hierin beschriebene Schutzplatte kann insbesondere zum Schutz einer im Unterboden eines Fahrzeugs angeordneten Bauteilgruppe verwendet werden, etwa einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein die Schutzplatte aufweisendes Batteriesystem sowie ein voll- oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug mit einem solchem Batteriesystem.
Beim Betrieb von Fahrzeugen kann es vorkommen, dass eine mechanische Beschädigung von im Unterboden angeordneten Bauteilgruppen nicht bemerkt wird und dadurch zum Sicherheitsrisiko wird. Das liegt daran, dass zum einen ist die Unterseite des Fahrzeugs für den Fahrer unter normalen Umständen offensichtlich nicht sichtbar ist. Zum anderen kann die bei einem Unterbodenlastfall, z.B. beim Aufsetzen auf einem Poller oder beim Einschlag eines Gegenstandes, welcher von der Straße aufgewirbelt wird, auf das Fahrzeug wirkende Beschleunigung zu gering sein, so dass ein solches Ereignis von einer karosseriefesten beschleunigungsbasierten Crash-Erkennung nicht detektiert wird.
Insbesondere Hochvoltenergiespeicher für Elektro- und Hybridfahrzeuge, welche zur Optimierung der fahrdynamischen Eigenschaften üblicherweise im Unterboden verbaut werden, sind als neuralgische Punkte einer Fahrzeugarchitektur vor mechanischen Einflüssen zu schützen. Bei einer niedrigen Positionierung des Hochvoltspeichers im Fahrzeug ist ein mechanischer Schutz auf der Unterseite des Fahrzeugs unerlässlich. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, einen im Fahrzeug tief positionierten Hochvoltenergiespeicher durch eine oder mehrere Batterieschutzplatten, die zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und der Bodenfreiheitslinie positioniert sind, vor mechanischen Einflüssen von unten zu schützen. So offenbart Druckschrift DE 10 2017 002 583 A1 beispielsweise eine Vorrichtung zur Schadenserkennung für ein Fahrzeug, welches in einem Deformationsbereich eine Fahrzeugstruktur und eine HV-Komponente aufweist. Die Vorrichtung nutzt eine Abstands-Messeinrichtung, welche einen Sender, einen Empfänger und eine Steuerungseinheit umfasst, mittels derer zur Detektion einer ungewollten Deformation ein Abstand bzw. dessen Änderung zwischen der Fahrzeugstruktur und der HV-Komponente oder ein Abstand bzw. dessen Änderung innerhalb der HV-Komponente ermittelbar ist. Druckschrift DE 10 2019 207 435 A1 beschreibt einen Unterfahrschutz für ein Fahrzeug, welcher am Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist und aus wenigstens drei Lagen, nämlich einer dem befahrenen Gelände benachbarten Außenlage, einer dem Fahrzeuginneren benachbarten Innenlage und einer einen definierten Abstand zwischen Außenlage und Innenlage erzeugenden Zwischenlage besteht. Dabei sind die Lagen so beschaffen, dass bei Überschreiten einer definierten Krafteinwirkung vom befahrenen Gelände her auf die Außenlage zuerst die Zwischenlage und/oder die Außenlage und die Zwischenlage unter Verringerung des Abstandes zwischen Außenlage und Innenlage deformiert werden, wobei die Außenlage und die Innenlage und/oder an der Außenlage und/oder der Innenlage direkt oder indirekt angeordnete Elemente Teile eines elektrischen Schaltkreises sind oder auf Teile eines elektrischen Schaltkreises einwirken. Dadurch ist eine Annäherung der Außenlage und der Innenlage und/oder der direkt oder indirekt daran angeordneten Elemente als eine Veränderung der elektrischen Eigenschaften des elektrischen Schaltkreises detektierbar und somit auch die erfolgte Deformation.
Druckschrift DE 20 2000 005 525 U1 offenbart eine Batterie-Anordnung für ein Kraftfahrzeug, mit einer Batterie, welche ein Batteriegehäuse und eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweist, wobei die Batteriezellen in dem Batteriegehäuse angeordneten sind, einer Schutzplatte, welche zumindest an einer Seite der Batterie angeordnet ist, und einer Schadensdetektionsvorrichtung, welche ein Schadensindikatormittel aufweist, wobei das Schadensindikatormittel an der Schutzplatte angeordnet ist. Dabei ist das Schadensindikatormittel in die Schutzplatte eingebettet ist.
Vor diesem Hintergrund kann die Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit welcher im Unterboden von Fahrzeugen angeordnete Bauteilgruppen, insbesondere ein Hochvoltspeicher eines Hybrid oder Elektrofahrzeugs, zuverlässig geschützt werden kann.
Diese Aufgabe wird mittels eines Schutzsystems für eine Bauteilgruppe, eines dieses aufweisenden Batteriesystems sowie eines Verfahrens zum Bestimmen einer Beschädigung der Bauteilgruppe gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine vollautomatische sensorbasierte Detektion eines möglichen durch einen Unterbodenlastfall entstandenen Schadens und vor allem des Schadensausmaßes mit großen Vorteilen verbunden ist. Dadurch kann die Sicherheit des Fahrzeugs erheblich erhöht werden und/oder es kann das Gewicht der im Unterboden des Fahrzeugs angeordneten Schutzplatte zum Schutz der entsprechenden Bauteilgruppe reduziert werden. Folglich handelt es sich bei der Grundform der Erfindung um eine Schutzplatte für eine Bauteilgruppe, insbesondere einen Hochvoltspeicher eines Fahrzeugs mit einer sensorbasierten automatisierten Deformationserkennung.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schutzplatte mit mindestens drei Schichten, wovon zumindest eine innenliegende Schicht kompressibel ist und jeweils mindestens eine im Wesentlichen nicht oder wenig kompressible Schicht oberhalb und unterhalb der kompressiblen Schicht angeordnet ist. In oder an der oberen und/oder unteren Schicht ist eine Abstandsermittlungseinrichtung vorgesehen, welche mindestens zwei, bevorzugt eine Mehrzahl (also z.B. drei, vier, fünf, zehn oder mehr) von Sensoren aufweisen kann, die in der Lage sind, räumliche Abstände zu messen. Insbesondere können die Sensoren der Abstandsermittlungseinrichtung in oder an den nicht oder wenig kompressiblen Schichten oder aber auch an oder in der kompressiblen Schicht angeordnet sein. An jeder Stelle der Schutzplatte, an der ein entsprechender Abstandssensor angeordnet ist, kann eine Abstandsmessung der beiden äußeren bzw. außen liegenden Schichten ermittelt/überwacht werden. Durch kontinuierliches, intervallweises oder ereignisbasiertes Auswerten der Abstände an unterschiedlichen Positionen innerhalb der Schutzplatte kann bei einem Lastfall die Deformation der Schutzplatte und damit möglicherweise eine Einwirkung auf die zu schützende Bauteilgruppe, etwa das Batteriesystem eines Fahrzeugs, bestimmt werden. Insbesondere kann mittels der erfindungsgemäßen Schutzplatte auf den Verlauf eines auftretenden Unterbodenlastfalls und die Stärke der Bauteilgruppenbeschädigung rückgeschlossen werden. Im Falle einer Traktionsbatterie kann so der Fahrer über eine mögliche Beschädigung des Batteriesystems unmittelbar nach dem Schadensereignis informiert werden.
Hinsichtlich ihrer zahlreichen möglichen Anwendungsgebiete betrifft die vorliegende Erfindung insbesondere eine Schutzplatte für ein Batteriesystem eines Elektrofahrzeugs, welches im Unterboden des Fahrzeugs angeordnet ist und zur Fahrbahnseite hin durch die erfindungsgemäße Schutzplatte geschützt ist.
In verschiedenen Ausführungsbeispielen wird eine Schutzplatte für eine Bauteilgruppe, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs bereitgestellt. Die Schutzplatte weist eine erste Schicht und mindestens eine zweite Schicht auf, zwischen welchen eine kompressible Schicht angeordnet ist. Ferner weist die Schutzplatte eine Abstandsmesseinrichtung zum Bestimmen eines Abstandes zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht, wobei die Abstandsmesseinrichtung in Schutzplatte integriert oder an dieser angeordnet ist.
Bei der zu schützenden Bauteilgruppe kann es sich um eine Teilgruppe einer übergeordneten Vorrichtung handeln, in der die Bauteilgruppe integriert oder eingebaut ist.
Die Schutzplatte kann bei ihrer Verwendung an einem Großteil der zu schützenden Fläche/Seite der Bauteilgruppe in einem Abstand zu der Bauteilgruppe angeordnet sein. Die Schutzplatte weist einen mehrschichtigen Aufbau auf mit zwei im Wesentlichen nicht kompressible Schichten und einer dazwischen angeordneten kompressiblen Schicht. Die Abstandsermittlungseinrichtung kann derart in oder an der ersten und/oder zweiten Schicht angeordnet bzw. intergiert sein, dass sie vor Umwelteinflüssen, Feuchtigkeit, etc. geschützt ist. Bei Bedarf kann die Abstandsermittlungseinrichtung eine beliebige zweckmäßige, mitunter von der Größe der Schutzplatte abhängige Anzahl von Sensoren aufweisen, z.B. 10, 20 oder 40, die in Abständen zueinander in der Schutzplatte verteilt sind. Die für die Implementierung der Abstandsermittlungseinrichtung verwendeten Sensoren können nach einem beliebigen Wirkprinzip funktionieren und können etwa kapazitiven, optischen, induktiven oder akustischen (insbesondere Ultraschall) Sensoren entsprechen. Ferner kann die Abstandsmessung durch Messen des elektrischen Widerstands der kompressiblen Schicht erfolgen. Aus Redundanzgründen können mehrere Wirkprinzipien miteinander in einem Sensor vereint sein oder entsprechend mehrere Sensoren gleichzeitig verwendet werden.
Bei der ersten und zweiten Schicht kann es sich um nicht oder wenig kompressible/komprimierbare Schichten handeln, welche jedoch relativ leicht (im Querschnitt als eindimensionale Linien betrachtet) biegbar sind, insbesondere im Vergleich zur dazwischen angeordneten kompressiblen Schicht. Die erste und zweite Schicht können im Wesentlichen gleich beschaffen sein. Die kompressiblen Schicht kann eine größere Dicke aufweisen als die erste und/oder zweite Schicht. Ferner kann es sich bei dieser um eine Schicht handeln, welche (im Querschnitt als eindimensionale Linie betrachtet) leichter biegbar als kompressibel ist und im Vergleich zu der ersten und zweiten Schicht schwieriger zu komprimieren ist als die die erste und zweite Schicht (im Querschnitt als eindimensionale Linie betrachtet) zu biegen sind. Anders ausgedrückt kann es sich bei der ersten und zweiten Schicht im Wesentlichen jeweils um eine Schicht handeln, welche (im Querschnitt als eindimensionale Linie betrachtet) auf eine Biegedeformation hin ausgelegt ist und im Wesentlichen keine Volumenkompression erfährt. Die kompressible Schicht kann hingegen einer Schicht entsprechen, bei der es nach einer Verformung bis zum Kontakt der Schutzplatte mit der Bauteilgruppe zu einer Kompression kommt. Anders ausgedrückt kann die erfindungsgemäße Schutzplatte so ausgelegt sein, dass bei einem Einsatz im Unterboden zum Schutz einer Traktionsbatterie im Unterbodenlastfall die Schutzplatte zuerst bis auf Anlage mit dem Batteriesystem durchbiegt und die kompressible Schicht im Wesentlichen erst nach Anlage mit dem Batteriesystem komprimiert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schutzplatte kann diese ferner eine Auswerteeinheit aufweisen, welche drahtgebunden oder drahtlos mit der Abstandsmesseinrichtung gekoppelt und eingerichtet ist, auf Basis des von der Abstandsmesseinrichtung ermittelten Abstandes eine möglicherweise vorliegende Deformation der Schutzplatte zu detektieren. Die Auswerteeinheit kann beispielsweise einem Schaltkreis bzw. einem elektronischen Modul entsprechen und in der übergeordneten Einrichtung oder der zu schützenden Bauteilgruppe angeordnet sein und muss insbesondere nicht zwingend an der Schutzplatte angeordnet sein. Aus dem Grad der ermittelten Deformation der Schutzplatte kann eine Beschädigung der Schutzplatte, etwa eine Bauteilgruppenintrusion, und damit - je nach Deformationsgrad der Schutzplatte und ihrem Abstand zur Bauteilgruppe - eine mögliche Beschädigung der Bauteilgruppe detektiert werden. Da die Schutzplatte im Verwendungsfall überwiegend in einem Abstand zur Bauteilgruppe angeordnet sein kann, muss daher eine Deformation der Schutzplatte nicht grundsätzlich auch einer Beschädigung der Bauteilgruppe entsprechen. Bevorzugt kann die Schutzplatte dort an der Bauteilgruppe anliegen, wo diese eine im Wesentlichen senkrecht zur Schutzplatte verlaufende Stützstruktur aufweist, in welche die Schutzplatte im Lastfall eine Kraft einleiten kann. Eine Beschädigung der Bauteilgruppe kann im Prinzip dann angenommen werden, wenn im Lastfall die auf die Schutzplatte einwirkende Kraft darin eine derart tiefe bzw. starke Deformation hervorruft, dass diese bis zur Bauteilgruppe „durchschlägt“, d.h. wenn die Schutzplatte, insbesondere ihre der Bauteilgruppe zugewandte äußere Schicht, in Kontakt mit der Bauteilgruppe kommt. Der Grad der Verformung der Schutzplatte kann für die Bestimmung einer möglicherweisen Beschädigung der Bauteilgruppe ausschlaggebend sein, da eine Krafteinwirkung, welche die Schutzplatte zwar verformt, jedoch ihre Energie beim Deformationsprozess der Schutzplatte dissipiert oder sogar zu einer nur leichten Deformation der kompressiblen Schicht führt, üblicherweise nicht zu einer nennenswerten Beschädigung der Bauteilgruppe führen wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schutzplatte kann die Auswerteeinheit ferner eingerichtet sein, auf Basis des ermittelten Abstandes der ersten und der zweiten Schicht zueinander eine auf die Schutzplatte einwirkende Druckverteilung zu bestimmen. Daraus kann, sofern die Krafteinwirkung bis zur Bauteilgruppe „durchschlägt“, eine auf die Bauteilgruppe einwirkende Druckverteilung bestimmt werden. Bei dieser Bestimmung können zusätzlich die Materialeigenschaften der kompressiblen Schicht, die Abmessung des komprimierten Bereichs und die Kinematik der sich einander annähernden ersten und zweiten Schicht ermittelt und berücksichtigt werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schutzplatte kann die kompressible Schicht ein Schaummaterial aufweisen und die erste und zweite Schicht können bevorzugt (und insbesondere unabhängig von der kompressiblen Schicht) jeweils einen faserverstärkten Kunststoff aufweisen. Bei dem Schaummaterial kann es sich um einen schockabsorbierenden bzw. stoßdämpfenden Schaumstoff handeln (z.B. einen thermoplastischen Schaumstoff auf EVA-Basis (EVA: Ethylen-Vinylacetat-Copolymer)).
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Schutzplatte können der Kompressionsmodul der kompressiblen Schicht und die Biegesteifigkeit der ersten und zweiten Schicht so aufeinander abgestimmt sein, dass eine Krafteinwirkung auf die die erste oder zweite Schicht zu einer Deformation der Schutzplatte führt, bei der die kompressible Schicht zunächst im Wesentlichen keine nennenswerte Kompression erfährt. Anders ausgedrückt verformt sich die Schutzplatte bei einer Krafteinwirkung so, dass zu Beginn der Krafteinwirkung auf die Schutzplatte und beispielsweise bis zur Anlage der kompressiblen Schicht an die zu schützende Bauteilgruppe der Intrusionsgrad an der kompressiblen Schicht geringer ist als ihr Biegegrad im Querschnitt, annäherungsweise als eindimensionale Linie betrachtet.
Erfindungsgemäß wird ferner ein Batteriesystem für ein voll- oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt, welches eine Batterie (ein Batteriesystem), umfassend ein Batteriegehäuse und darin angeordnete Batteriemodule sowie die zuvor beschriebene erfindungsgemäße Schutzplatte für eine Bauteilgruppe aufweist, wobei es sich bei der Bauteilgruppe um die Batterie handelt. Bei Einsatz zum Schutz der Batterie in einem Elektrofahrzeug ist diese in Fahrzeuglage unter der Batterie angeordnet. Selbstverständlich können zum Schutz der Batterie mehrere Schutzplatten zwischen dem Hochvoltenergiespeicher und der Bodenfreiheitslinie angeordnet sein, um diesen vor mechanischen Einflüssen von unten, also von der Fahrbahnseite her, zu schützen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriesystems kann die Schutzplatte zumindest teilweise in einem Abstand zu dem Batteriegehäuse angeordnet sein. Hierbei kann zwischen derjenigen der ersten und zweiten Schicht, die dem Batteriesystem zugewendet ist, und dem Batteriesystem an einem Großteil der zwischen diesen beiden Komponenten liegenden Fläche ein Abstand vorliegen. Dieser gezielt herbeigeführte Abstand kann als Pufferzone bei Intrusionen in die Schutzplatte wirken, so dass ein Energieeintrag in die Schutzplatte nicht unmittelbar zu einer Vorformung bzw. Schädigung der Batterie führt. Die Schutzplatte kann bevorzugt an Positionen, an denen eine in Fahrzeuglage vertikale Struktur im Batteriegehäuse angeordnet ist, in die die Schutzplatte eine Kraft einleiten kann, mit dem Batteriegehäuse direkt oder über Materialstege in Kontakt stehen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriesystems kann zwischen der Schutzplatte und den Batteriemodulen mindestens eine Kühlplatte zur Kühlung der Batterie angeordnet sein. Die Kühlplatte, welche auch eine Anzahl von parallel angeordneten Kühlsegmenten aufweisen kann, wovon jedes einem Batteriemodul zugeordnet ist, kann beispielsweise zwischen dem Batteriegehäuse und der Schutzplatte angeordnet sein. Dabei kann die Schutzplatte an der Kühlplatte anliegen oder in einem Abstand dazu (z.B. 1 cm) angeordnet sein. Durch einen Abstand der Schutzplatte von der Batterie und/oder der Kühlplatte kann eine leichte Beschädigung der Schutzplatte und ggf. der Kühlplatte besser von einer Beschädigung der Batterie unterschieden werden. Die Kühlplatte kann beispielsweise als ein Peltier-Element eingerichtet sein.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Bestimmen einer Beschädigung einer Bauteilgruppe mittels der zuvor beschriebenen erfindungsgemäßen Schutzplatte bereitgestellt, bei dem die Beschädigung auf Basis des detektierten Abstandes zwischen der ersten und zweiten Schicht der Schutzplatte ermittelt wird. Bei der Bauteilgruppe kann es sich insbesondere um eine Hochvoltbatterie eines Elektrofahrzeugs handeln.
In verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung wird ferner ein voll- oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitgestellt, welches das zuvor beschriebene Batteriesystem aufweist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Fahrzeugs kann das Batteriegehäuse eine Mehrzahl von lasttragenden Batteriemodulgehäusen aufweisen, welche direkt an die Karosserie des Fahrzeugs befestigt sind, beispielsweise in diese verschraubt sind.
Durch Einsatz des erfindungsgemäßen Batteriesystems in einem Fahrzeug kann zwischen verschiedenen Schweregraden von Beschädigungen am Batteriesystem unterschieden werden. Dabei kann konkret zwischen zumindest zwei der folgenden Beschädigungsstufen unterschieden werden:

i) es liegt keine Deformation der Schutzplatte vor, so dass von einem intakten Batteriesystem ausgegangen werden kann - es sind keine Maßnahmen erforderlich;
ii) es wurde eine leichte Beschädigung nur an der Schutzplatte detektiert - hierbei kann beim nächsten Fahrzeugservice die betroffene Schutzplatte getauscht werden;
iii) es wurde eine Beschädigung an der Schutzplatte detektiert, welche auch eine Beschädigung der Kühlung zur Folge hat - hierbei kann dem Fahrer ein Hinweis angezeigt werden, dass eine Werkstatt aufzusuchen ist;
iv) es wurde eine Beschädigung an der Schutzplatte detektiert, welche auch eine Beschädigung der Batterie zur Folge hat - hier kann der Fahrer per Hinweis aufgefordert werden, dass Fahrzeug abzustellen;
v) es wurde eine Beschädigung an der Schutzplatte detektiert, welche eine schwerwiegende Beschädigung der Batterie zur Folge hat - hier kann der Fahrer per Hinweis aufgefordert werden, dass Fahrzeug umgehend abzustellen und zu verlassen.

Um möglichst viele der oben genannten Beschädigungsstufen systemseitig unterscheiden zu können, können Steifigkeit und Festigkeit von Batteriesystem und Schutzplatte, speziell der komprimierbaren Schicht der Schutzplatte, aufeinander geeignet abgestimmt werden.
Mit Hilfe der durch die Sensoren des erfindungsgemäßen Schutzsystems erhaltenen Informationen können je nach Schweregrad der festgestellten Beschädigung die Insassen und/oder eine Werkstatt und/oder die Feuerwehr informiert werden und/oder ein Notruf abgesetzt werden und/oder Warnsignale an weitere Verkehrsteilnehmer gesendet werden (z.B. über vernetze Fahrzeuge und/oder die Warnblinkanlage) und/oder Hochvoltverbindungen im Fahrzeug aktiv getrennt werden.
Die vollautomatische Überwachung der Form der Schutzplatte in einem Fahrzeug, also ob diese beispielsweise durch bodenseitige Krafteinwirkung deformiert ist, welche die Echtzeiterfassung eines möglichen durch einen Bodenlastfall entstandenen Schadens und vor allem des Schadensausmaßes ermöglicht, ist mit einigen Vorteilen verbunden. So kann zum einen eine hohe Fahrzeugsicherheit durch Echtzeitüberwachung und Insasseninformation erreicht werden. Ferner kann Gewicht durch passgenaue mechanische Auslegung des Batteriesystems (oder allgemein der entsprechenden Bauteilgruppe) eingespart werden, da wegen der Schadensdetektionsmöglichkeit eine gewichtsintensive Dimensionierung des Batteriesystems aufgrund unbekannter Beschädigungszustände nicht mehr erforderlich ist. Insgesamt kann so durch passgenaue mechanische Auslegung der Komponenten eine Reduktion des notwendigen Schutzbauraums erreicht werden. Letztendlich ergeben sich auch Nachhaltigkeitsvorteile, da kein unnötiger Tausch von Schutzplatte oder Batterieteilen erforderlich ist.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Gesamtheit der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.

1 zeigt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Schutzplatte.
2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Batteriesystems.
3A-3C veranschaulichen das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Schutzplatte anhand eines beispielhaften Deformationsverhalten.

In 1 ist eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schutzplatte 1 veranschaulicht, wobei hier zusätzlich zum besseren Verständnis auch die zu schützende Bauteilgruppe 2 dargestellt ist. Die Schutzplatte 1 weist einen mehrschichtigen Aufbau auf und ist im gezeigten Beispiel in einem Abstand 8 zu der Bauteilgruppe 2 an dieser angeordnet ist. Eine potenziell schädigende Krafteinwirkung ist bei dem Gesamtaufbau von unten zu erwarten. Die Schutzplatte 1 weist zwei im Wesentlichen nicht kompressible Schichten, nämlich die erste Schichten 4 und die zweite Schicht 5, und eine dazwischen angeordnete kompressible Schicht 6 auf, wobei die Schichten in ihrer Gesamtheit eine Sandwich-Struktur bilden. Die erste Schicht 4 kann hier auch als eine obere Schicht und die zweite Schicht 6 als eine untere Schicht angesehen werden. An jeder innenliegenden Oberfläche der ersten und zweiten Schicht 4, 5 ist ein Teil einer Abstandsbestimmungseinrichtung 7 angeordnet, mittels welcher der Abstand a zwischen der ersten und zweiten Schicht 4, 5 ermittelt bzw. überwacht werden kann. Abstandsbestimmungseinrichtung 7 kann, wie bereits erwähnt, eine für den angedachten Zweck geeignete Anordnung von Sensoren aufweisen. Die Auswerteeinheit, welche die von der Abstandsbestimmungseinrichtung 7 ausgegebenen Signale empfängt und auswertet, um so den Abstand a zu ermitteln bzw. überwachen ist in der Figur nicht explizit dargestellt.
Aufbauend auf dem in 1 gezeigten allgemeinen Ausführungsbeispiel der Schutzplatte 1 für eine Bauteilgruppe 2 ist in 2 ein diese aufweisendes Batteriesystems 21 eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs gezeigt. Das Batteriesystem 21 weist eine Batterie auf umfassend ein Batteriegehäuse 22, in das Batteriemodule eingebracht und gefestigt werden (in 2 nicht explizit gezeigt), sowie die bereits anhand 1 beschriebene Schutzplatte, welche in 2 am Boden des Batteriegehäuses 22 anliegt.
Das Batteriegehäuse 22 weist im gezeigten Beispiel eine Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Batteriemodulgehäusen 23 auf, welche jeweils eine vertikale (in Bezug auf die darunter angeordnete Schutzplatte 1 und zugleich in Bezug auf die Fahrzeuglage) Struktur 24 aufweisen, die eine Trennwand innerhalb eines Batteriemodulgehäuses 23 darstellt. Dadurch wird das Batteriemodulgehäuse 23 in Kompartimente 25 unterteilt, welche Bauraum für die Batteriemodule bereitstellen. An jedem Batteriemodulgehäuse 23 sind Kühlplatten 27 angeordnet, wobei im gezeigten Beispiel jeweils eine Kühlplatte 27 im Bereich eines Kompartiments 25 des Batteriemodulgehäuses 23 an diesem angeordnet ist. Die größeren Bereiche zwischen den Kühlplatten 26 fallen mit Bereichen zusammen, in denen die vertikale Struktur 24 mit der Außenwand des Batteriemodulgehäuses 23 verbunden ist und entsprechen Stützbereichen 26 der Schutzplatte 1 am Batteriesystem 21. In den Stützbereichen 26 besteht eine Verbindung zwischen der Schutzplatte 1 und dem Batteriegehäuse 22, wobei dazwischen je nach Ausführung des Batteriegehäuses 22 ein Distanzstück angeordnet sein kann.
Die vertikale Struktur 24 entspricht einem Element, über das die Schutzplatte 3 im Lastfall (Lasteinleitung von außen auf die Schutzplatte 1 ist durch den großen Pfeil 28 angedeutet) eine Kraft in das Batteriegehäuse 22 einleiten kann. Im gezeigten Beispiel liegt die Schutzplatte 1 unmittelbar am Batteriegehäuse 22 und dem die Kühlplatten 27 enthaltenden Bauteil an. Wie bereits erwähnt kann jedoch in anderen Ausführungsbeispielen hier ein Abstand zur Schutzplatte 1 vorgesehen sein (siehe Abstand 8 in 1).
In den 3A-3C ist das Funktionsprinzip der erfindungsgemäßen Schutzplatte 1 anhand eines beispielhaften Deformationsverhaltens der Schutzplatte 1 im Falle einer externen Lasteinleitung 28. Die zur Bezeichnung die Komponenten der Schutzplatte 1 verwendeten Bezugszeichen entsprechen denen, die Bereits in Zusammenhang mit 1 verwendet worden sind. In der in 3A gezeigten Ausgangsposition ist die Schutzplatte 1 in einem Abstand 8 von der Bauteilgruppe 2 angeordnet zum Schutz vor unerwünschten Lasteinträgen von unten. Die Schutzplatte 1 hat hier eine unverformte Dicke, welche dem Abstand zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 5 entspricht. Die entsprechenden Sensoren der Abstandsermittlungseinrichtung sind in den 3A-3C nicht explizit dargestellt.
In 3B findet ein Lasteintrag 28 von unten auf die Schutzplatte 1 ein, welcher beispielsweise einem durch den Fahrer übersehenem Poller entsprechen kann. Die Schutzplatte 1 erfährt durch den Lasteintrag 28 zunächst eine Deformation, bei der sie sich in Richtung der Bauteilgruppe 2 verbiegt, also der Abstand 8 zu Null wird. Bis dahin erfährt die kompressible Schicht 6 keine nennenswerte Kompression. Erst bei Anlage der Schutzplatte 1 an der Bauteilgruppe 2 erfolgt eine Kompression der kompressiblen Schicht 6, so dass der Abstand a zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 5 geringer wird. Bis zum Kontakt der Schutzplatte 1 mit der Bauteilgruppe ist die Schutzplatte 1 so konfiguriert, dass sie sich zunächst im Wesentlichen als Ganzes gemäß der Krafteinwirkung 28 verbiegt. Bei dem in 3B gezeigte Szenario kann im Falle einer Batterie das Kühlsystem, welches dann am unteren Rand der Bauteilgruppe 2 angeordnet wäre, möglicherweise beschädigt sein. Die Batterie (also die Bauteilgruppe 2) selbst ist hier unversehrt.
Wenn der Lasteintrag 28 stark genug ist, kann es zu dem in 3C gezeigten Szenario kommen, bei dem die kompressible Schicht 6 nach Anlage der Schutzplatte 1 an die Bauteilgruppe 2 komprimiert wird - je nach stärke der Krafteinwirkung sogar komplett zusammengerückt wird, so dass der Abstand a zwischen der ersten Schicht 4 und der zweiten Schicht 5 praktisch null wird. Bei dem in 3C gezeigte Szenario kann im Falle einer Batterie von einem beschädigten Kühlsystem ausgegangen werden und es können möglicherweise auch Batteriemodule innerhalb des Batteriesystems beschädigt sein.
Bezugszeichenliste

1: Schutzplatte
2: Bauteilgruppe
4: erste Schicht
5: zweite Schicht
6: kompressible Schicht
7: Abstandsmesseinrichtung
8: Abstand Schutzplatte 1 zu der Bauteilgruppe 2
a: Abstand zwischen der ersten und zweiten Schicht 4, 5
21: Batteriesystem
22: Batteriegehäuse
23: lasttragendes Batteriemodulgehäuse
24: vertikale Struktur
25: Kompartiment
26: Kühlplatte
27: Kühlplatte
28: Lasteinleitung

Claims

Schutzplatte (1) für eine Bauteilgruppe (2), insbesondere für eine Batterie eines Fahrzeugs, aufweisend: eine erste Schicht (4) und mindestens eine zweite Schicht (5), zwischen welchen eine kompressible Schicht (6) angeordnet ist; wobei in der Schutzplatte (1) eine Abstandsmesseinrichtung (7) zum Bestimmen eines Abstandes (a) zwischen der ersten Schicht (4) und der zweiten Schicht (5) integriert ist oder an dieser angeordnet ist.
Schutzplatte (1) gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend: eine Auswerteeinheit, welche drahtgebunden oder drahtlos mit der Abstandsmesseinrichtung (7) gekoppelt und eingerichtet ist, auf Basis des von der Abstandsmesseinrichtung ermittelten Abstandes eine möglicherweise vorliegende Deformation der Schutzplatte (1) zu detektieren.
Schutzplatte (1) gemäß Anspruch 2, wobei die Auswerteeinheit ferner eingerichtet ist, auf Basis des ermittelten Abstandes (a) der ersten und der zweiten Schicht (4, 5) zueinander eine auf die Schutzplatte (1) einwirkende Druckverteilung zu bestimmen.
Schutzplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die kompressible Schicht (6) ein Schaummaterial aufweist und die erste und zweite Schicht (4, 5) bevorzugt jeweils einen faserverstärkten Kunststoff aufweisen.
Schutzplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Kompressionsmodul der kompressiblen Schicht (6) und die Biegesteifigkeit der ersten und zweiten Schicht (4, 5) so aufeinander abgestimmt sind, dass eine Krafteinwirkung auf die die erste oder zweite Schicht (4, 5) zu einer Deformation der Schutzplatte (1) führt, bei der die kompressible Schicht (6) zunächst im Wesentlichen keine Kompression erfährt.
Batteriesystem (21) eines voll- oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs, aufweisend: eine Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse (22) und darin angeordnete Batteriemodule; die Schutzplatte (1) für eine Bauteilgruppe (2) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Bauteilgruppe (2) um die Batterie handelt, wobei die Schutzplatte (1) in Fahrzeuglage unter der Batterie angeordnet ist.
Batteriesystem (21) gemäß Anspruch 6, wobei die Schutzplatte (1) zumindest teilweise in einem Abstand zu dem Batteriegehäuse (22) angeordnet ist.
Batteriesystem (21) gemäß Anspruch 6, wobei zwischen der Schutzplatte (1) und den Batteriemodulen mindestens eine Kühlplatte (27) zur Kühlung der Batterie angeordnet ist.
Verfahren zum Bestimmen einer Beschädigung einer Bauteilgruppe mittels der Schutzplatte (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Beschädigung auf Basis des detektierten Abstandes zwischen der ersten und zweiten Schicht (4, 5) der Schutzplatte (1) ermittelt wird.
Voll- oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug, aufweisend ein Batteriesystem (21) gemäß einem der Ansprüche 6 bis 8.
Voll- oder teilelektrisch angetriebenes Fahrzeug gemäß Anspruch 10, wobei das Batteriegehäuse (22) eine Mehrzahl von lasttragenden Batteriemodulgehäusen (23) aufweist, welche direkt an die Karosserie des Fahrzeugs befestigt sind.