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Die Erfindung betrifft ein Nutzfahrzeug, insbesondere einen Trailer mit einem Batteriekasten gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Trailer (oder Sattelanhänger, Sattelauflieger oder im englischen Semitrailer genannt) werden beispielsweise im Güterkraftverkehr oder in der Landwirtschaft zu Transport- und Arbeitszwecken eingesetzt. Sie galten lange Zeit als unmotorisierte Nutzfahrzeuge und werden meistens über einen Königszapfen an einer Sattelkupplung einer dieselmotorisierten Sattelzugmaschine gelagert und mitgeführt. Trailer weisen ein durch Quer- und Längsträger aufgebautes Fahrgestell auf und sind für gewöhnlich mehrachsig ausgebildet (in der Regel 2 bis 3 Achsen).
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Während der fortschreitenden Entwicklung der Elektromobilität haben sich inzwischen Konzepte herausgestellt, die den Trailer zur Unterstützung der Zugmaschine mit einer zusätzlichen Antriebseinheit ausstatten. Dabei kann beispielsweise eine der ein, zwei oder drei Trailerachsen mit einer Elektromotor-Getriebeeinheit ausgestattet sein. Dadurch eröffnet sich die Möglichkeit, je nach Bedarf, die Zugmaschine in Antriebs- und Verzögerungsphasen zu unterstützen und damit die Gesamtenergieeffizienz des Nutzfahrzeuges zu verbessern.
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Für die Energieversorgung eines solchen Trailers sind systembedingt groß dimensionierte Hoch Volt Batteriemodule notwendig. Die HV-Batteriemodule müssen entsprechend an einem Fahrgestell des Trailers sicher gelagert werden.
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In diesem Zusammenhang ergeben sich insbesondere bauraumtechnische Problemstellungen. Ferner muss die Batterielagerung aufgrund der Hochvoltkomponenten erhöhten Sicherheitsanforderungen gerecht werden. Zudem sind die an die strukturelle Integrität des Batteriekastens gestellten Anforderung hoch. Die im Batteriekasten aufgenommenen Batteriemodule müssen gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit und Staub effektiv geschützt werden. Der Schutz der elektrischen Komponenten und die elektromagnetische Abschirmung der elektrischen Komponenten bedingen dabei eine sehr steife Struktur. Das Fahrgestell des Trailers hat jedoch gegenüber dem Batteriekasten hinsichtlich der Anforderungen wesentlich größere Freiheiten. Insbesondere verwindungsweiche Fahrgestelle bedingen große Herausforderung für die Anbindung des steifen Batteriekastens.
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Im Stand der Technik werden verschiedene Ausführungsvarianten für Batteriekästen und Befestigungskonstruktionen zur Aufnahme und Fixierung eines Batteriekastens an einer Unterseite eines Trailer-Fahrgestells vorgeschlagen.
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Darunter werden beispielsweise Ausführungsformen vorgeschlagen, die eine unmittelbare stoffschlüssige Fixierung des Batteriekastens an dem Fahrgestell des Trailers vorsehen. Weiter lassen sich beispielsweise Ausführungen identifizieren, die zur Aufnahme des Batteriekastens unmittelbar am Fahrgestell des Trailers in Fahrzeughochrichtung teleskopierbare Befestigungselemente vorsehen, worüber der Batteriekasten mit dem Fahrgestell des Trailers fixiert wird.
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Die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen weisen jedoch insbesondere für Trailer mit elektrischen Unterstützungsantrieben diverse Nachteile auf. So kommt es beispielsweise aufgrund fahrdynamischer Lasten zu Bewegungen und/oder Verwindungen und/oder Vibrationen am Fahrgestell des Trailers, die direkt auf den Batteriekasten übertragen werden. Dies führt unter anderen zu einer Destabilisierung der gesamten Batteriekastenstruktur. Ferner sind die im Stand der Technik vorgeschlagenen Lösungen für Batteriekästen nicht ausreichend vor Umwelteinflüssen geschützt. Im Umkehrschluss bedeutet dies auch, dass die Umgebung des Batteriekastens gleichermaßen durch die Hochvoltkomponenten der HV-Batteriemodule beispielsweise durch elektromagnetische Felder belastet wird.
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Weiter sind die vorgeschlagenen Lösungen nicht steif genug ausgebildet und oftmals relativ schwer, wobei sich nur eine bestimmte vordefinierte Batteriedimension über die vorgeschlagenen Batteriekästen aufnehmen lassen. Aufgrund der kantigen Außenstruktur und der relativ großen Außenmaße der Batteriekästen steigen zudem die Luftwiderstandskräfte an einer Unterseite des Fahrgestells an. Zudem bieten die Batteriekästen keinen ausreichenden Seitenanfahr- bzw. Unterfahrschutz und können sich bei einem Aufprall stark verformen. Dies kann wiederum bis zu einem Abreißen des Batteriekastens vom Fahrgestell führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und einen verbesserten Batteriekasten für Nutzfahrzeuge und insbesondere für angetriebene Trailer bereitzustellen.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 20.
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Bei einem Nutzfahrzeug, insbesondere bei einem Trailer zum Ankoppeln an eine Sattelzugmaschine, umfassend ein beispielsweise durch Quer- und Längsträger gebildetes Fahrgestell, an dessen Unterseite mindestens ein, insbesondere zwei oder drei Trailerachsen angeordnet sind, wobei wenigstens eine Trailerachse mit einer elektrischen Antriebseinheit zum Antreiben und Verzögern des Nutzfahrzeugs bzw. Trailers ausgestattet ist, und wenigstens einen an der Unterseite angeordneten Batteriekasten zur Aufnahme wenigstens eines elektrischen Batteriemoduls,
ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Batteriekasten mit dem Fahrgestell, insbesondere mit seinem Längsträgern, verbunden ist, wobei der Batteriekasten derart am Fahrgestell gelagert ist, wobei er von dem Fahrgestell des Trailers mechanisch entkoppelt ist.
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Aufgrund der erfindungsgemäßen Lagerung des Batteriekastens am Fahrgestell wird der Batteriekasten von den restlichen Elementen des Nutzfahrzeugs mechanisch entkoppelt. Dafür können beispielsweise sogenannte Silent-Lager zwischen dem Fahrgestell und dem Batteriekasten angeordnet werden. Dadurch wird die Übertragung von fahrdynamischen Lasten auf die Batteriestruktur unterbunden. Dies führt zu einer signifikanten Steigerung der mechanischen Festigkeit und Stabilität im Bereich des Batteriekastens. Gleichzeitig wird durch diese Maßnahme, die gesamte Fahrdynamik des Nutzfahrzeugs bzw. des angetriebenen Trailers verbessert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Trailer an der Unterseite des Fahrgestells Stützfüße zum Auf- und Absatteln auf, wobei der Batteriekasten in einem Zwischenraum zwischen den Stützfüßen und der bzw. den Trailerachsen angeordnet ist. Der Zwischenraum wird dabei insbesondere zwischen der vordersten Trailerachse und den Stützfüßen in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung gebildet. Dieser Zwischenraum bietet sich vor allen aus bauraumtechnischen Aspekten für die Anordnung des Batteriekastens und für die Anbindung an den elektrischen Antrieb an. Mit vorderster Trailerachse ist dabei die Achse des Trailers gemeint, die in Fahrzeuglängsrichtung betrachtet den Stützfüßen am nächsten kommt. Vorzugsweise erstreckt sich der Batteriekasten dabei in einer Fahrzeuglängsrichtung derart, dass im Wesentlichen der gesamte Zwischenraum zwischen den Stützfüßen und der vorerdersten Trailerachse in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung durch den Batteriekasten gefüllt wird.
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In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt, dass die geometrischen Abmessungen des Batteriekastens an die geometrischen Abmessungen des Fahrgestells und insbesondere an die geometrischen Abmessungen der Fahrgestellaussenkanten angepasst sind. Dadurch werden grundsätzlich alle gesetzlichen Anforderungen und insbesondere die von der Europäischen Wirtschaftskommission (ECE) veröffentlichte ECE R-73-Verordnung hinsichtlich der zu erfüllenden Erfordernisse eines Seitenanfahrschutzes berücksichtigt. Vorzugsweise ist der Seitenanfahrschutz in den Batteriekasten integrierbar. Dadurch wird zusätzlich Bauraum eingespart und der Batteriekasten wird zusätzlich an seinen Seitenbereichen verstärkt.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform weist der Batteriekasten eine Käfigstruktur zur Aufnahme von elektrischen Batteriemodulen auf, wobei die Käfigstruktur modularisiert ausgebildet ist. Modularität im Sinne der Erfindung bedeutet unter anderen die Aufteilung der ganzen Käfigstruktur in einzelne Module, die bei geeigneter Form und Funktion zusammengefügt oder über entsprechende Schnittstellen interagieren können. Dadurch entsteht ein für unterschiedliche Batteriedimensionen geeignetes Baukastensystem. Dies bedeutet im Umkehrschluss auch, dass einzelne Module der Käfigstruktur anwendungsspezifisch durch alternative Module ersetzt werden können. Dabei können Module die das Grundgerüst bzw. den äußeren Rahmen der Käfigstruktur bestimmen, beibehalten werden, so dass beispielsweise die Größe eines Innenraums des Batteriekastens in einer Fahrzeughochrichtung kostengünstig und mit relativ wenig Aufwand angepasst werden kann.
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Die modulare Käfigstruktur weist dabei vorzugsweise einen oberen Rahmen aus Quer- und Längselementen auf, wobei die modulare Käfigstruktur einen parallel zum oberen Rahmen angeordneten unteren Rahmen aus Quer- und Längselementen aufweist. Weiter bevorzugt, sind der obere und der untere Rahmen der modularen Käfigstruktur an Eckbereichen durch vier Ecktraversen lösbar miteinander fixiert, wobei die Ecktraversen zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen angeordnet sind und sich in Fahrzeughochrichtung erstrecken. Die Ecktraversen können vorzugsweise je nach Batteriekapazität und Energiebedarf modular ausgewechselt werden, wobei der obere und untere Rahmen für jede mögliche Ecktraverse universell einsetzbar sind. Dadurch können beispielsweise kürzere Ecktraversen eingesetzt werden, wenn weniger Batteriemodule aufgenommen werden müssen.
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Bevorzugterweise weist die modulare Käfigstruktur dabei im fixierten Zustand der Rahmen und Ecktraversen zwei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Längswände auf, wobei die modulare Käfigstruktur im fixierten Zustand zwei in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Querwände aufweist. Durch die universell einsetzbaren oberen und unteren Rahmen, den wechselbaren Ecktraversen und den im fixierten Zustand gebildeten Längs- und Querwänden der modularen Käfigstruktur, entsteht ein solides Grundgerüst und ein Innenbereich für die Aufnahme der Batteriemodule. Gleichzeitig versteifen die Ecktraversen die Rahmenstruktur des Batteriekastens.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante sieht die Erfindung vor, dass die modulare Käfigstruktur eine vordere Anbaustruktur zur Verbesserung der Aerodynamik des Trailers aufweist, wobei die vordere Anbaustruktur über einen Fortsatz der Längswände gebildet ist. Dabei wird bevorzugt, dass sich die vordere Anbaustruktur und damit der Fortsatz an den Längswänden in Fahrzeuglängsrichtung bis zu den Stützfüßen hin erstreckt. Dadurch wird erhöhten Luftwiderstandskräften und Druckgradienten an der Unterseite im Bereich der strömungsbelasteten Querwand der modularen Käfigstruktur entgegengewirkt, weil durch die vordere Anbaustruktur weniger Luftströme und Verwirbelungen an die strömungsbelastete Querwand des Batteriekastens gelangen. Die Strömungen werden dadurch vorteilhafterweise entlang der vorderen Anbaustruktur und den Längswänden der modularen Käfigstruktur geführt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante, ist die vordere Anbaustruktur der modularen Käfigstruktur durch einen oberen und einen unteren Rahmenfortsatz gebildet, die lösbar an den Längselementen des oberen und unteren Rahmens fixiert sind, wobei die oberen und unteren Rahmenfortsätze mit verkürzten Seitenwandelementen fixiert sind. Vorzugsweise sind die verkürzten Seitenwandelemente parallel zu den Ecktraversen der oberen und unteren Rahmenfortsätze angeordnet. Vorzugsweise sind die verkürzten Seitenwandelemente in Bezug auf die Höhe der Ecktraversen kürzer ausgebildet. Dadurch stellt sich an der Unterseite des Batteriekastens ein schräger Verlauf ein, der die Aerodynamik und Strömungsführung zusätzlich optimiert. Durch die kürzere Ausbildung des Seitenwandelements erstreckt sich dabei insbesondere der untere Rahmenfortsatz nicht nur in Fahrzeuglängsrichtung wie der obere Rahmenfortsatz, sondern zusätzlich in Fahrzeughochrichtung. Alternativ können weitere Formen und Elemente an der vorderen Anbaustruktur und/oder an den relevanten Bereichen des Batteriekastens ausgebildet sein, die den Luftwiderstand reduzieren. Die durch obere und untere Fortsätze gebildete vordere Anbaustruktur bildet gleichzeitig in der Gesamtbetrachtung mit den Längswänden einen sicheren und den gesetzlichen Anforderungen entsprechenden Seitenanfahr- bzw. Unterfahrschutz.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die modulare Käfigstruktur eine hintere Anbaustruktur zum Aufnehmen und Anschließen von Batterienebenaggregaten auf. Diese können unter anderen Stromrichter, Spannungsrichter, Steuerungselemente, Batteriemanagementgeräte etc. sein. Vorzugsweise ist die hintere Anbaustruktur durch einen oberen und einen unteren Rahmenfortsatz gebildet, die lösbar mit den Längselementen des oberen und unteren Rahmens fixiert sind, wobei die oberen und unteren Rahmenfortsätze lösbar mit einem hinteren Anbaurahmen aus Quer- und Hochelementen fixiert sind. Dadurch entsteht vorteilhafterweise ein hinterer Aufnahmebereich am Batteriekasten, worüber die Batterienebenaggregate aufgenommen und gelagert werden können und weitestgehend vor unerwünschten Einflüssen geschützt sind. Zudem verstärkt und versteift die hintere Anbaustruktur die modulare Käfigstruktur zusätzlich. Durch die gewählte Positionierung sind die Nebenaggregate vorteilhafterweise zwischen der elektrischen Antriebseinheit und den elektrischen Batteriemodulen angeordnet. Dies vereinfacht die Anbindung von entsprechenden Anschlussleitungen erheblich. Die durch obere und untere Rahmenfortsätze gebildete hintere Anbaustruktur bildet gleichzeitig in der Gesamtbetrachtung mit den Längswänden und mit der vorderen Anbaustruktur einen sicheren und den gesetzlichen Anforderungen entsprechenden Seitenanfahr- bzw. Unterfahrschutz, der sich insbesondere In Fahrzeuglängsrichtung zwischen den Stützfüßen des Trailers und den Trailerachsen erstreckt.
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In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Längselemente des oberen und des unteren Rahmens durch wenigstens zwei, vorzugsweise durch wenigstens drei mittig im Bereich der Längswände angeordnete Seitenwandtraversen lösbar miteinander fixiert sind, wobei die Seitenwandtraversen zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen angeordnet sind und sich in Fahrzeughochrichtung erstrecken. Die Seitenwandtraversen versteifen die modulare Käfigstruktur und schützen zusätzlich die im Innenraum des Batteriekastens angeordneten Batteriemodule im Bereich des Seitenanfahrschutzes. Die mittige Anordnung im Bereich der Längswände erweist sich hinsichtlich der mechanischen Festigkeit als besonders vorteilhaft, weil in dem Bereich die größten Biegespannungen zu erwarten sind.
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Vorzugsweise können alle Ecktraversen und Seitenwandtraversen jeweils zwei an den Verbindungsstellen zu den oberen und unteren Rahmen angeordnete Verstärkungselemente aufweisen, wobei die Verstärkungselemente insbesondere dreieckig ausgebildet sind. Dabei wird weiter bevorzugt, dass die dreieckigen Verstärkungselemente mit einem Schenkel an den Ecktraversen und Seitenwandtraversen anliegen, wohingegen ein weiterer Schenkel der dreieckigen Verstärkungselemente am oberen und unteren Rahmen der Käfigstruktur anliegt. Aufgrund der Verstärkungselemente wird insbesondere die Krafteinleitung und Übertragung im Bereich der Ecktraversen und Seitenwandtraversen verbessert. Die dynamisch auftretenden Lasten können dadurch über den oberen Rahmen der modularen Käfigstruktur in die jeweiligen Traversen eingeleitet werden ohne mechanische Spannungsspitzen an den Übergangsbereichen zu erzeugen.
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Um die Anschlussleitungen in kompakter und geeigneter Weise verstauen zu können, ohne den Innenraum für die Aufnahme der Batteriemodule zu beeinträchtigen, weist die modulare Käfigstruktur bevorzugterweise an jeder ihrer Längswände wenigstens zwei Führungselemente zum Führen und Lagern von Anschlussleitungen auf, wobei die Führungselemente lösbar an den Seitenwandtraversen der Längswände und an den Längselementen des oberen Rahmens fixiert sind. Vorzugsweise sind die Anschlussleitungen dabei entlang der Längs- und Querwände angeordnet und umgeben dabei die im Innenraum des Batteriekastens angeordneten Batteriemodule. Die Anschlussleitungen sind vorzugsweise hakenförmig ausgebildet und derart um die Batteriemodule herum angeordnet, dass von dem jeweiligen Batteriemodul aus, der kürzeste Weg entlang der Quer- und Längswände in Richtung der hinteren Anbaustruktur gewählt wird. Im Bereich der hinteren Anbaustruktur können die Anschlussleitungen dann an die jeweiligen Batterienebenaggregate angeschlossen werden.
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Um den Grund des Batteriekastens zu verstärken und ein stabiles Fundament zum Tragen der Batteriemodule und zum weiteren Versteifen der Käfigstruktur zu schaffen, weist die modulare Käfigstruktur bevorzugterweise einen mittleren Längsträger auf, der parallel zu den Längselementen des unteren Rahmens angeordnet ist, wobei der mittlere Längsträger stirnseitig an den Querelementen des unteren Rahmens aufliegt und fixiert ist. Weiter vorzugsweise ist der mittlere Längsträger stirnseitig an die Querelemente des unteren Rahmens formangepasst ausgebildet. Dadurch kann der mittlere Längsträger den unteren Rahmen in Fahrzeughochrichtung und Fahrzeuglängsrichtung begrenzen bzw. teilweise umschließen und auf dem unteren Rahmen aufliegen. Beim Fixieren des mittleren Längsträgers wird dadurch ein fester Sitz über entsprechende Flächenpressungen erzeugt. Der mittlere Längsträger teilt den Innenraum des Batteriekastens dabei in zwei gleich große Bereiche zur modularen Aufnahme der Batteriemodule zwischen den vorgesehenen Quertraversen auf.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung ist mittig im Bereich der Querwände der modularen Käfigstruktur jeweils wenigstens eine weitere Seitenwandtraverse angeordnet, wobei die Seitenwandtraversen senkrecht und in Fahrzeugquerrichtung fluchtend zu dem mittleren Längsträger an den Quer- und Längselementen des oberen und unteren Rahmens lösbar fixiert sind. Die weiteren Seitenwandtraversen versteifen insbesondere die Querwände der Käfigstruktur. Dabei ist eine einzige Seitenwandtraverse ausreichend, weil die Querwände ohnehin verhältnismäßig kurz ausgebildet sind und dadurch eine höhere Steifigkeit aufweisen. Dadurch werden Material- und Fertigungskosten eingespart. Gleichzeitig wird das Gesamtgewicht der Käfigstruktur durch die Einsparung reduziert.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die modulare Käfigstruktur wenigstens zwei seitliche Längsträger aufweist, die parallel und benachbart zu den Längselementen des oberen Rahmens angeordnet sind, wobei die seitlichen Längsträger stirnseitig an den Querelementen des oberen Rahmens aufliegen und fixiert sind. Weiter vorzugsweise sind die seitlichen Längsträger stirnseitig an die Querelemente des oberen Rahmens formangepasst ausgebildet. Dadurch können die seitlichen Längsträger den oberen Rahmen in Fahrzeughoch- und Fahrzeuglängsrichtung begrenzen und teilweise umschließend auf dem oberen Rahmen aufliegen. Die seitlichen Längsträger bieten sich vorteilhafterweise zu Fixierzwecken an der Unterseite des Fahrgestells an und Tragen den Großteil des Batteriekastens bzw. der modularen Käfigstruktur. Durch die in Bezug auf den mittleren Längsträger seitlich versetzte Anordnung der seitlichen Längsträger stellt sich ein mechanisches Gleichgewicht ein und die modulare Käfigstruktur wird zusätzlich im Bereich der Längswände verstärkt. Vorzugsweise können der mittlere und die seitlichen Längsträger der modularen Käfigstruktur massiver ausgebildet sein als die Eck- und Seitenwandtraversen.
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Vorzugsweise sieht die modulare Käfigstruktur zur modularen Aufnahme und Fixierung der elektrischen Batteriemodule wenigstens acht, vorzugsweise wenigstens sechszehn Quertraversen vor, die sich in Fahrzeugquerrichtung erstrecken und lösbar an den Ecktraversen und/oder an den Seitenwandtraversen fixiert sind. Vorzugsweise sind die Quertraversen in Fahrzeughochrichtung in gleichbleibenden Abständen angeordnet. Dadurch können die Batteriemodule seitlich an den Quertraversen fixiert und übereinandergestapelt werden. Insgesamt entsteht durch die hohe Anzahl der Quertraversen, der Seitenwandtraversen und Ecktraversen eine sehr steife Käfigstruktur, die ein mechanisches Fachwerk ausbildet. Die im Innenraum positionierten Batteriemodule werden im Falle eines Aufpralls effektiv durch die mechanische Fachwerksstruktur geschützt.
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Dabei wird besonders bevorzugt, dass sich die Quertraversen in Fahrzeugquerrichtung bis zum mittleren Längsträger erstrecken, wobei der mittlere Längsträger wenigstens zwei Seitenwandtraversen zur Fixierung der Quertraversen aufweist. Durch diese bevorzugte Ausgestaltung sind die Quertraversen in Fahrzeugquerrichtung kürzer ausgebildet, wodurch die gesamte modulare Käfigstruktur zusätzlich versteift wird. Dabei sind die zwei Seitenwandtraversen des mittleren Längsträgers vorzugsweise gegenüberliegend zu zwei Seitenwandtraversen der Längswände angeordnet. Dadurch werden die Kräfte gleichmäßiger verteilt und die Quertraversen werden parallel zu den Querelementen des oberen und unteren Rahmens gerade und sauber geführt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsvariante der Erfindung sind der mittlere Längsträger und die seitlichen Längsträger identisch zueinander ausgebildet. Vorzugsweise sind alle vier Ecktraversen der modularen Käfigstruktur identisch zueinander ausgebildet. Weiter vorzugsweise sind alle Seitenwandtraversen der modularen Käfigstruktur identisch zueinander ausgebildet. Dies unterstützt vor allen eine einfache Fertigung und eine einfache Montage des Batteriekastens. Dadurch, dass die jeweiligen Module bzw. Elemente identisch zueinander ausgebildet sind, bedarf es keiner besonderen Positionierung oder Vorjustierung bei der Montage. Gleichzeitig werden Fertigungsaufwand und Fertigungskosten eingespart. Zudem eröffnet sich dadurch die Möglichkeit, die modulare Käfigstruktur nach Bedarf zusätzlich mit Traversen auszustatten oder aber bewusst Traversen wegzulassen.
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Bevorzugterweise ist die modulare Käfigstruktur an einer der Unterseite des Fahrgestells abgewandten Seite des unteren Rahmens und des mittleren Längsträgers mit einer Blechplatte fixiert, wobei die Blechplatte an ihrer der Unterseite zugewandten Seite Öffnungen zum Fixieren weiterer Käfigstrukturelemente aufweist. Die Blechplatte ist dabei vorzugsweise senkrecht zu den Quer- und Längswänden der modularen Käfigstruktur angeordnet und bildet einen Boden für den Batteriekasten aus. Die Öffnungen bieten sich vorteilhafterweise zu Fixierzwecken an, weil die untersten Quertraversen zur Aufnahme der Batteriemodule zusätzlich an der Blechplatte fixiert werden können. Die Blechplatte schafft gleichzeitig ein sicheres Grundfundament für den Innenraum der Käfigstruktur.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die modulare Käfigstruktur eine der Blechplatte parallel gegenüberliegende Deckelseite auf. In diesem Zusammenhang ist besonders bevorzugt, dass die Deckelseite, die Längs- und Querwände und die vordere und hintere Anbaustruktur der modularen Käfigstruktur, mit einer Blechverkleidung verkleidet sind. Diese Maßnahme sorgt für einen Rundumschutz des Batteriekastens bzw. der modularen Käfigstruktur. Die Blechverkleidung bildet einen geschlossenen Innenraum, der vorteilhafterweise für eine optimale Abschirmung des Batteriekastens sorgt und den Innenraum sowie die darin angeordneten Batteriemodule unter anderen vor Schmutz, Feuchtigkeit, Staub, Wärme, UV-Strahlung, Vibrationen etc. schützt. Die Blechverkleidung schützt die Batteriemodule zusätzlich vor Seitenaufprällen. Ferner entsteht durch die Blechverkleidung ein sogenannter Faraday'scher Käfig. Ein Faraday'scher Käfig ist eine allseitig geschlossene Hülle aus einem elektrischen Leiter (vorliegend Blechverkleidung), die als elektrische bzw. elektromagnetische Abschirmung wirkt. Bei äußeren statischen oder quasistatischen elektrischen Feldern bleibt der innere Bereich infolge der Influenz Feld frei. Bei zeitlich veränderlichen Vorgängen wie elektromagnetischen Wellen beruht die Abschirmwirkung auf den sich in der leitfähigen Blechverkleidung ausbildenden Wirbelströmen, die dem äußeren elektromagnetischen Feld entgegenwirken. Dadurch wird gleichzeitig auch die Umwelt des Batteriekastens signifikant vor elektromagnetischer Strahlung und weiteren Einflüssen geschützt. Andernfalls wäre die Umgebung des Batteriekastens aufgrund der Hochvoltkomponenten im Innenraum starken elektromagnetischen Strahlungen ausgesetzt. Zudem gewährleistet die Blechverkleidung zusätzlich, insbesondere im Bereich der Längswände der modularen Käfigstruktur, dass die gesetzlichen Anforderungen an einen Seitenanfahrschutz erfüllt sind. Vorzugsweise kann die Blechverkleidung wenigstens einen Leichtmetallwerkstoff umfassen. Weiter vorzugsweise können die modulare Käfigstruktur und jeweils all ihre Einzelmodule wenigstens einen Leichtmetallwerkstoff umfassen. Dadurch wird neben der Abschirmwirkung das Gewicht des Batteriekastens optimiert.
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Um eine optimale elektromagnetische Abschirmung zu erzielen und gleichzeitig den Innenraum des Batteriekastens optimal vor äußeren Einflüssen zu schützen, ist nach einer Ausführungsform der Erfindung bevorzugt, dass die Blechverkleidung und die Käfigstruktur an sämtlichen Schnitt- und Kontaktstellen zusätzlich abgedichtet sind. Vorzugsweise sind die relevanten Stellen mit einer witterungsbeständigen Klebdichtmasse, insbesondere mit Sikaflex, abgedichtet. Dadurch bleibt die Struktur trotz erhöhten Feuchtigkeitsverhältnissen und starken Witterungszuständen sicher abgedichtet. Alternativ kann an den relevanten Stellen auch Karosseriedichtband zur Abdichtung eingesetzt werden.
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Nach einer weiteren wichtigen Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die modulare Käfigstruktur an den Längsträgern des Fahrgestells aufhängbar ausgebildet ist, wobei im aufgehängten Zustand der Käfigstruktur, der Abstand zwischen den seitlichen Längsträgern in Fahrzeugquerrichtung größer ist, als der Abstand zwischen den beiden Längsträgern des Fahrgestells. Diese Form der Ausgestaltung bietet sich insbesondere aus konstruktiver und mechanischer Sicht an. Dadurch, dass die Fahrgestelle von Trailern zwischen ihren Längsträgern mehrere Querträger aufweisen, ist der Bauraum entsprechend beschränkt. Durch den größeren Abstand der seitlichen Längsträger, kann der Batteriekasten entsprechend über die seitlichen Längsträger an dem Fahrgestell aufgehängt und fixiert werden.
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Zur sicheren Aufhängung und Fixierung der modularen Käfigstruktur bzw. des Batteriekastens, sind bevorzugterweise an den seitlichen Längsträgern jeweils wenigstens drei, vorzugsweise wenigstens vier Fixierelemente an den Längsträgern des Fahrgestells vorgesehen, wobei die Fixierelemente in Fahrzeuglängsrichtung verteilt und in gleich großen Abständen auf den seitlichen Längsträgern angeordnet sind. Dabei ist bevorzugt, dass die Fixierelemente entlang der Fahrzeugquerrichtung auf einer Achse zueinander gegenüberliegend auf den seitlichen Längsträgern angeordnet sind. Dabei ist bevorzugt, dass jede der Fixierelemente wenigstens vier Krallen aufweist, wobei die Krallen die seitlichen Längsträger wenigstens teilweise umgreifen. Durch die teilweise umgreifenden Krallen der Fixierelemente entsteht ein besonders sicherer und fester Sitz der Fixierelemente auf den seitlichen Längsträgern. Dadurch, dass die einzelnen Fixierelemente gegenüberliegend und in gleichen Abständen auf den seitlichen Längsträgern fixiert sind, entsteht eine gleichmäßige mechanische Aufhängung an den Längsträgern des Fahrgestells.
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In diesem Kontext ist weiter bevorzugt, dass an den Längsträgern des Fahrgestells zu den Fixierelementen korrespondierende Aufnahmeprofile fixiert sind, wobei die Aufnahmeprofile parallel zu der Unterseite angeordnet sind und sich von den Längsträgern des Fahrgestells aus in Richtung der Längswände erstrecken. Vorzugsweise sind dabei auf den Fixierelementen zu den Aufnahmeprofilen korrespondierende Aufsetzplatten fixiert, wobei die Aufsetzplatten parallel zu der Unterseite des Fahrgestells angeordnet sind und sich von den Fixierelementen aus in Richtung der Längsträger des Fahrgestells erstrecken. Dadurch, dass die Aufnahmeprofile und die Aufsetzplatten aufeinander zu ragen, entsteht eine sichere Lagerung und Aufhängung über die Aufsetzplatten der Fixierelemente. Beim Aufhängen der Käfigstruktur können die Aufsetzplatten aufgrund der speziellen Anordnung einfach und schnell, sowie formschlüssig auf Silentblöcke aufgesetzt und fixiert werden. Dadurch wird die Gewichtslast des gesamten Batteriekastens gleichmäßig über die Fixierelemente und die seitlichen Längsträger aufgenommen und die Übertragung von Vibrationen und Schwingungen minimiert.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsvariante weisen die Aufsetzplatten an ihren Oberseiten Versteifungsstreben auf, wobei die Aufsetzplatten über seitliche Nuten, die in Fahrzeugquerrichtung verlaufen, an den Fixierelementen befestigt sind. Vorzugsweise weisen die Fixierelemente zu den seitlichen Nuten der Aufsetzplatte korrespondierende schlitzförmige Ausnehmungen auf. Dies vereinfacht die Montage und Justierung der Aufsetzplatten effektiv.
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Um eine einfache und sichere mechanische Entkopplung des Batteriekastens vom Fahrgestell des Trailers zu gewährleisten, sieht eine bevorzugte Ausführungsvariante der Erfindung vor, dass in den Aufnahmeprofilen Silentblöcke für die mechanische Entkopplung des Batteriekastens fixiert sind, wobei die Aufsetzplatten auf die Silentblöcke formschlüssig aufgesetzt und lösbar mit diesen fixiert sind. Silentblöcke sind relativ kostengünstige Verbindungselemente und eignen sich besonders gut für die vorliegende Lagerung. Sie weisen typischerweise eine Zwischenschicht aus Gummi auf. Dadurch werden die fahrdynamisch auftretenden Bewegungen und Vibrationen zwischen dem Batteriekasten und dem Fahrgestell des Trailers effektiv gedämpft. Im Unterschied zu einer sogenannten Silentbuchse (auch Gummilager genannt) beinhalten Silentblöcke keine Drehlager und lassen dementsprechend keine Drehbewegungen zwischen den verbundenen Teilen zu. Vorzugsweise weisen die Silentblöcke eine Grundplatte zum Einsetzen in die Aufnahmeprofile auf.
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Vorzugsweise weisen die Aufnahmeprofile eine Aufnahmeplatte und zwei Seitenschürzen auf, wobei die Seitenschürzen schlitzförmige Ausnehmungen aufweisen, die senkrecht zu den Längsträgern des Fahrgestells ausgebildet sind. Über die schlitzförmigen Ausnehmungen können die Aufnahmeprofile in Fahrzeugquerrichtung auf einen geeigneten Abschnitt der Längsträger des Fahrgestells formschlüssig eingesetzt und fixiert werden. Dadurch entsteht ein fester Sitz der Aufnahmeprofile auf den Längsträgern. Vorzugsweise kann es sich bei den Aufnahmeprofilen um eine Schweißkonstruktion handeln. Weiter vorzugsweise liegen die Grundplatten der Silentblöcke auf den Aufnahmeplatten der Aufnahmeprofile auf und sind lösbar mit diesen fixiert, wobei sich die Grundplatten insbesondere in Fahrzeughochrichtung erstrecken und massiver ausgebildet sind als die Aufnahmeplatten der Aufnahmeprofile. Die Grundplatten der Silentblöcke stabilisieren die Lagerung und bieten einen festen Untergrund für die Aufhängung der Aufsetzplatten und Fixierelemente. Sie steigern die mechanischen Festigkeitswerte im Bereich der Aufhängung des Batteriekastens.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, sind die elektrischen Batteriemodule HV-Traktionsbatteriemodule, wobei die HV-Traktionsbatteriemodule Betriebsspannungen von wenigstens 600 V, vorzugsweise von wenigstens 800 V realisieren können. Nutzfahrzeuge weisen prinzipbedingt ein sehr hohes Systemgewicht auf, weshalb für eine ausreichende Energieversorgung des elektrischen Traktionsantriebes leistungsstarke Hoch Volt Traktionsbatteriemodule eingesetzt werden müssen. Gleichzeitig kann die Stromintensität beim Beladen und/oder Entladen der Batteriemodule durch das hohe Spannungsniveau phasenweise gesenkt werden. Die Vermeidung von Stromspitzen wirkt sich insbesondere positiv auf den Stressfaktor der Batteriemodule aus, wodurch die Batteriemodule weitestgehend geschont werden. In der Gesamtbetrachtung kann sich diese Maßnahme je nach Streckenprofil und Beladung des Trailers positiv auf die Lebensdauer der Batteriemodule auswirken.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die HV-Traktionsbatteriemodule in Fahrzeughochrichtung an den Quertraversen fixiert und übereinandergestapelt angeordnet sind, wobei jede der HV-Traktionsbatteriemodule eine Energiekapazität von wenigstens 30 kWh, vorzugsweise von wenigstens 33,33 kWh aufweist. Entsprechend des begrenzten Bauraums an der Unterseite des Fahrgestells und dem momentanen Entwicklungsstand der Batterietechnik, wird dadurch für den Trailer Antrieb ausreichend elektrische Energie bereitgestellt.
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Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante, kann die modulare Käfigstruktur durch die Quertraversen bis zu drei in Fahrzeughochrichtung übereinandergestapelte Ebenen mit jeweils bis zu sechs HV-Traktionsbatteriemodulen aufnehmen. Vorzugsweise kann dabei jede der HV-Traktionsbatteriemodule eine Energiekapazität von wenigstens 33,33 kWh aufweisen.
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Gemäß einer bevorzugten speziellen Ausführungsform sieht die Erfindung vor, dass die modulare Käfigstruktur drei in Fahrzeughochrichtung übereinandergestapelte Ebenen mit jeweils sechs HV-Traktionsbatteriemodulen pro Ebene aufweist. Dabei ist bevorzugt, dass die insgesamt achtzehn HV-Traktionsbatteriemodule eine Gesamtenergiekapazität von 600 kWh aufweisen. Jedes einzelne HV-Traktionsbatteriemodul der insgesamt achtzehn HV-Traktionsbatteriemodule weist dabei vorzugsweise eine Energiekapazität von 33,33 kWh auf. In dieser Ausgestaltungsvariante sind insgesamt vier Ecktraversen, zehn Seitenwandtraversen, nämlich sechs Seitenwandwandtraversen an den Längswänden und vier Seitenwandtraversen auf Höhe des mittleren Längsträgers, und sechszehn Quertraversen vorgesehen. Die Quertraversen erstrecken sich dabei vorzugsweise jeweils zwischen den Längswänden und dem mittleren Längsträger. Durch diese Konfiguration wird der zur Verfügung stehende Bauraum gänzlich und optimal ausgenutzt. Dadurch wird eine ausreichende Energiekapazität für voll beladene Trailer erreicht. Zudem werden durch diese Konfiguration maximale Steifigkeitswerte erzielt, weil die maximale Anzahl an Traversen verbaut ist.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten speziellen Ausführungsvariante, weist die modulare Käfigstruktur zwei in Fahrzeughochrichtung übereinandergestapelte Ebenen mit jeweils fünf HV-Traktionsbatteriemodule pro Ebene auf. Dabei ist bevorzugt, dass die zehn HV-Traktionsbatteriemodule eine Gesamtenergiekapazität von 300 kWh aufweisen. Jedes einzelne HV-Traktionsbatteriemodul der insgesamt zehn HV-Traktionsbatteriemodule weist dabei vorzugsweise eine Energiekapazität von 30 kWh auf. Bei dieser Konfiguration kommt die vorteilhafte Modularität der Erfindung zum Vorschein. Nach dieser Ausführungsvariante sind die Ecktraversen und Seitenwandtraversen in Fahrzeughochrichtung vorzugsweise kürzer ausgebildet. Dadurch werden Bauraum und Materialkosten eingespart. Der obere und untere Rahmen ist vorzugsweise universell einsetzbar, das heißt die Elemente des oberen und unteren Rahmens der modularen Käfigstruktur werden für jede mögliche Batteriekastenhöhe übernommen und unabhängig von der Größe der Traversen eingesetzt. Da der Aufbau in Fahrzeuglängsrichtung unverändert bleibt, können der mittlere und die seitlichen Längsträger ebenfalls übernommen werden. Diese Konfiguration bietet sich beispielsweise für den Einsatz bei kleineren Nutzfahrzeugen bzw. Trailern an. Ferner könnte die Konfiguration bei regelmäßig halb beladenen Trailern zum Einsatz kommen.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
- 1. eine schematische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Trailers mit einem Batteriekasten;
- 2a eine schematische Schrägansicht einer modularen Käfigstruktur des Batteriekastens von 1;
- 2b eine schematische Schrägansicht der modularen Käfigstruktur von 2a mit integrierten Batteriemodulen;
- 3a eine schematische Schrägansicht einer alternativen Ausführungsform einer modularen Käfigstruktur;
- 3b eine schematische Schrägansicht der Käfigstruktur von 3a mit integrierten Batteriemodulen;
- 4 eine schematische Schrägansicht der modularen Käfigstruktur von 2b mit aufgezogener Blechverkleidung;
- 5a eine schematische Darstellung eines Aufnahmeprofils für die Aufhängung des Batteriekastens;
- 5b eine schematische Darstellung eines in das Aufnahmeprofil von 5a eingesetzten Silentblocks für die Aufhängung des Batteriekastens;
- 5c eine schematische Darstellung eines Fixierelements mit einer Aufsetzplatte für die Aufhängung des Batteriekastens.
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1 zeigt einen allgemein mit 20 bezeichneten Trailer und einen allgemein mit 10 bezeichneten Batteriekasten, der an einem Fahrgestell 21 des Trailers 20 positioniert ist.
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Der Trailer 20 erstreckt sich in einer Fahrzeuglängsrichtung L und umfasst ein durch Quer- und Längsträger gebildetes Fahrgestell 21. Der Batteriekasten 10 ist an den Längsträgern des Fahrgestells 21 gelagert und wird mechanisch vom Trailer 20 und vom Fahrgestell 21 entkoppelt. An einer Unterseite 22 des Fahrgestells 21, sind neben dem Batteriekasten 10 drei Trailerachsen 23 angeordnet. Dabei ist die mittlere der drei Trailerachsen 23 mit einer elektrischen Antriebseinheit 25 zum Antreiben und Verzögern des Trailers 20 ausgestattet. Zudem weist der Trailer 20 auf der den Trailerachsen 23 gegenüberliegenden Seite des Batteriekastens 10 Stützfüße 24 zum Auf- und Absatteln des Trailers 20 auf, wobei der Batteriekasten 10 in einem Zwischenraum zwischen den Stützfüßen 24 und den Trailerachsen 23 angeordnet ist. Wie man erkennt, ist der Batteriekasten 10 zwischen der vordersten der drei Trailerachsen 23 und den Stützfüßen 24 positioniert und füllt diesen Zwischenraum im Wesentlichen ganz aus.
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Der Batteriekasten 10 weist eine Längswand S3 auf, die in eine vordere Anbaustruktur 30 und eine in eine hintere Anbaustruktur 40 übergeht. Ferner umfasst der Batteriekasten 10 eine modulare Käfigstruktur 1 zur Aufnahme von elektrischen Batteriemodulen.
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Durch Hinzunahme von 2a und 2b werden die Details der modularen Käfigstruktur 1 und die genaue Anordnung der elektrischen Batteriemodule ersichtlich.
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In 2a wird der grundlegende Aufbau der Käfigstruktur 1 ohne eingesetzte Batteriemodule beleuchtet. Die modulare Käfigstruktur 1 weist einen oberen Rahmen 2 aus Quer- und Längselementen auf, wobei die modulare Käfigstruktur 1 einen parallel zum oberen Rahmen 2 angeordneten unteren Rahmen 3 aus Quer- und Längselementen aufweist. Der obere und der untere Rahmen 2, 3 der modularen Käfigstruktur 1 sind an ihren Eckbereichen durch vier Ecktraversen 7 lösbar miteinander fixiert, wobei die Ecktraversen 7 zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen 2, 3 angeordnet sind und sich in Fahrzeughochrichtung H erstrecken.
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Im fixierten Zustand weist die modulare Käfigstruktur 1 zwei in Fahrzeuglängsrichtung L verlaufende Längswände S3, S4 und zwei in Fahrzeugquerrichtung Q verlaufende Querwände S1, S2 auf. Die Abmessungen der Quer- und Längswände S1, S2, S3, S4 ist derart gewählt, dass die geometrischen Abmessungen des Batteriekastens 10 an die geometrischen Abmessungen des Fahrgestells 21 und insbesondere an die geometrischen Abmessungen der Fahrgestellaussenkanten angepasst sind.
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Die modulare Käfigstruktur 1 weist eine vordere Anbaustruktur 30 zur Verbesserung der Aerodynamik des Trailers 20 auf, über einen Fortsatz der Längswände S3, S4 gebildet ist. Die vordere Anbaustruktur 30 der modularen Käfigstruktur 1 wird dabei durch einen oberen und einen unteren Rahmenfortsatz 31, 33 gebildet, die lösbar an den Längselementen des oberen und unteren Rahmens 2, 3 fixiert sind. Dabei sind die oberen und unteren Rahmenfortsätze 31, 33 mit verkürzten Seitenwandelementen 32 fixiert. Wie man erkennt sind die verkürzten Seitenwandelemente 32 parallel zu den Ecktraversen 7 der oberen und unteren Rahmenfortsätze 31, 33 angeordnet. Durch die kürzere Ausbildung des Seitenwandelement 32, erstrecken sich die unteren Rahmenfortsätze 33 der Längswände S3, S4 zusätzlich in Fahrzeuglängs- und in Fahrzeughochrichtung L, H.
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Die modulare Käfigstruktur 1 weist weiter eine hintere Anbaustruktur 40 zum Aufnehmen und Anschließen von Batterienebenaggregaten auf. Diese können unter anderen Stromrichter, Spannungsrichter, Steuerungselemente, Batteriemanagementgeräte etc. sein. Dabei ist die hintere Anbaustruktur 40 durch einen oberen und einen unteren Rahmenfortsatz 41, 43 gebildet, die lösbar mit den Längselementen des oberen und unteren Rahmens 2, 3 fixiert sind. Die hintere Anbaustruktur weist zudem einen hinteren Anbaurahmen 44 auf, der parallel zur Querwand S2 angeordnet ist und lösbar mit den oberen und unteren Rahmenfortsätzen 41, 43 fixiert ist.
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Die Längselemente des oberen und des unteren Rahmens 2, 3 sind dabei durch drei mittig im Bereich der Längswände S3, S4 angeordnete Seitenwandtraversen 8 lösbar miteinander fixiert. Die Seitenwandtraversen 8 sind senkrecht zwischen dem oberen und dem unteren Rahmen 2, 3 angeordnet und erstrecken sich in Fahrzeughochrichtung H. Die Seitenwandtraversen 8 sind an den Längswänden S3, S4 auf einer Achse gegenüberliegend zueinander angeordnet.
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An den Ecktraversen 7 und Seitenwandtraversen 8 sind jeweils zwei an den Verbindungsstellen zu den oberen und unteren Rahmen 2, 3 angeordnete Verstärkungselemente 14 vorgesehen, wobei die Verstärkungselemente 14 dreieckig ausgebildet sind. Die dreieckigen Verstärkungselemente 14 liegen jeweils mit einem Schenkel an den Ecktraversen 7 und Seitenwandtraversen 8 an, wohingegen ein weiterer Schenkel der dreieckigen Verstärkungselemente 14 am oberen und unteren Rahmen 2, 3 der modularen Käfigstruktur 1 anliegt.
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Für die Aufnahme und Führung von Anschlussleitungen der Batteriemodule, weist die modulare Käfigstruktur 1 bevorzugterweise an jeder ihrer Längswände S3, S4 wenigstens zwei hakenförmige Führungselemente 9 auf, wobei die Führungselemente 9 lösbar an den Seitenwandtraversen 8 der Längswände S3, S4 und an den Längselementen des oberen Rahmens 2 fixiert sind.
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Ferner weist die modulare Käfigstruktur 1 einen mittleren Längsträger 5 auf, der parallel zu den Längselementen des unteren Rahmens 3 angeordnet ist und den Innenraum des Batteriekastens in zwei gleich große Bereiche aufteilt. Der mittlere Längsträger 5 liegt stirnseitig an den Querelementen des unteren Rahmens 3 auf und ist lösbar mit diesen fixiert. Dabei ist der mittlere Längsträger 5 stirnseitig an die Querelemente des unteren Rahmens 3 formangepasst. Mittig im Bereich der Querwände S1, S2 der modularen Käfigstruktur 1 ist jeweils eine weitere Seitenwandtraverse 8 angeordnet, wobei die Seitenwandtraversen 8 senkrecht und in Fahrzeugquerrichtung Q fluchtend zu dem mittleren Längsträger 5 an den Quer- und Längselementen des oberen und unteren Rahmens 2, 3 lösbar fixiert sind.
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Die modulare Käfigstruktur 1 weist weiter zwei seitliche Längsträger 6 auf, die parallel und benachbart zu den Längselementen des oberen Rahmens 2 angeordnet sind, wobei die seitlichen Längsträger 6 stirnseitig an den Querelementen des oberen Rahmens 2 aufliegen und lösbar fixiert sind. Die seitlichen Längsträger 6 sind stirnseitig an die Querelemente des oberen Rahmens 2 formangepasst. Wie man erkennt, sind der mittlere Längsträger 5 und die seitlichen Längsträger 6 der modularen Käfigstruktur 1 massiver ausgebildet, als die Eck- und Seitenwandtraversen 7, 8 und als die Rahmenelemente des oberen und unteren Rahmens 2, 3. Dabei sind der mittlere längsträger 5 und die seitlichen Längsträger 6 identisch zueinander ausgebildet.
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Die modulare Käfigstruktur 1 weist weiter an einer der Unterseite 22 des Fahrgestells 21 abgewandten Seite des unteren Rahmens 3 und des mittleren Längsträgers 5 eine Blechplatte 4 auf. Die Blechplatte 4 ist dabei an ihrer der Unterseite 22 zugewandten Seite mit Öffnungen 13 zum Fixieren weiterer Käfigstrukturelemente versehen. Die Blechplatte 4 ist senkrecht zu den Quer- und Längswänden S1, S2, S3, S4 der modularen Käfigstruktur 1 angeordnet und bildet einen Boden für den Batteriekasten 10 aus. Parallel und gegenüberliegend zu der Blechplatte 4, weist die modulare Käfigstruktur 1 eine Deckelseite S5 auf.
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Ferner ist die modulare Käfigstruktur 1 an den Längsträgern des Fahrgestells 21 aufhängbar ausgebildet und weist zu diesem Zwecke an den seitlichen Längsträgern 6 jeweils vier Fixierelemente 60 auf. Die Fixierelemente 60 sind in Fahrzeuglängsrichtung L verteilt und in gleich großen Abständen auf den seitlichen Längsträgern 6 angeordnet. Dabei sind die Fixierelemente 60 entlang der Fahrzeugquerrichtung Q auf einer Achse gegenüberliegend zueinander auf den seitlichen Längsträgern 6 angeordnet.
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Durch eine Zusammenschau von 2a und 2b wird ersichtlich, dass die modulare Käfigstruktur zur Aufnahme und Fixierung der elektrischen Batteriemodule sechszehn Quertraversen 12 aufweist, die sich in Fahrzeugquerrichtung Q erstrecken und lösbar an den Ecktraversen 7 und/oder an den Seitenwandtraversen 8 fixiert sind. Die Quertraversen 12 sind im Innenbereich der Käfigstruktur 1 in Fahrzeughochrichtung H in gleichbleibenden Abständen angeordnet.
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Die Batteriemodule sind Hoch Volt Traktionsbatteriemodule 50 (kurz HV-Traktionsbatteriemodule). Die HV-Traktionsbatteriemodule 50 sind seitlich mit ihren Querseiten an den Quertraversen 12 lösbar fixiert und übereinandergestapelt angeordnet. Die Quertraversen 12 erstrecken sich jeweils bis zum mittleren Längsträger 5. Aus diesem Grund sind auf dem Längsträger 5 zwei weitere senkrechte Seitenwandtraversen 8 angeordnet, um die Quertraversen 12 fixieren zu können. Die zwei weiteren Seitenwandtraversen 8 des mittleren Längsträgers 8 sind dabei gegenüberliegend zu zwei Seitenwandtraversen 8 der Längswände S3, S4 angeordnet. Die zwei weiteren Seitenwandtraversen 8 sind in 2b aufgrund der HV-Traktionsbatteriemodule 50 nicht erkennbar. In 2a kann man sie ansatzweise erkennen.
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Wie man in 2b erkennt, weist die modulare Käfigstruktur 1 drei in Fahrzeughochrichtung H übereinandergestapelte Ebenen mit jeweils sechs HV-Traktionsbatteriemodulen 50 pro Ebene auf. Jedes einzelne HV-Traktionsbatteriemodul 50 der insgesamt achtzehn HV-Traktionsbatteriemodule 50 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Energiekapazität von 33,33 kWh auf. Daraus resultiert eine Gesamtenergiekapazität von 600 kWh. Ferner sind Anschlussleitungen 51 entlang der Längs- und Querwände der modularen Käfigstruktur 1 angeordnet und umgeben dabei die im Innenraum des Batteriekastens angeordneten HV-Traktionsbatteriemodule 50.
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In einer Zusammenschau von 3a und 3b wird die Modularität des Batteriekastens 10 veranschaulicht. Die Figuren zeigen einen in Fahrzeughochrichtung H kürzer ausgebildete modulare Käfigstruktur 1. Bis auf die Seitenwandtraversen 8 und die Ecktraversen 7, ist jedes einzelne zuvor beschriebene Modulelement der Ausführungsform von 2a und 2b modular und identisch übernommen. Lediglich die Ecktraversen 7 und die Seitenwandtraversen 8 sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in Fahrzeughochrichtung H kürzer ausgebildet.
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Wie insbesondere in 3b beleuchtet wird, weist die modulare Käfigstruktur 1 dabei zwei in Fahrzeughochrichtung H übereinandergestapelte Ebenen mit jeweils fünf HV-Traktionsbatteriemodulen 50 pro Ebene auf. Jedes einzelne HV-Traktionsbatteriemodul 50 der insgesamt zehn HV-Traktionsbatteriemodule 50 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine Energiekapazität von 30 kWh auf. Daraus resultiert eine Gesamtenergiekapazität von 300 kWh. Ferner sind Anschlussleitungen 51 entlang der Längs- und Querwände der modularen Käfigstruktur 1 angeordnet und durch die Führungselemente 9 hindurchgeführt. Die Anschlussleitungen 51 sind derart durch die Führungselemente 9 hindurchgeführt, dass sie dabei die im Innenbereich der Käfigstruktur 1 angeordneten HV-Traktionsbatteriemodule 50 umgeben.
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In 4 wird die in 2b gezeigte Ausführungsform mit einer zusätzlichen Blechummantelung gezeigt. Die HV-Traktionsbatteriemodule 50 sind im Innenraum des Batteriekastens 10 bzw. der modularen Käfigstruktur 1 platziert. Wie man erkennt sind die Querwände S1, S2, die Längswände S3, S4, die Deckelseite S5, sowie die vordere und hintere Anbaustruktur 30, 40 der modularen Käfigstruktur 1, allesamt mit einer Blechverkleidung 15 verkleidet. Dabei sind alle durch die Verkleidung entstehenden Schnitt- und Kontaktstellen zusätzlich mit einer witterungsbeständigen Klebdichtmasse abgedichtet.
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5a bis 5c beleuchtet die Detailausgestaltungen der Fixierelemente 60. Jedes Fixierelement 60 weist vier Krallen 64 auf, wobei die Krallen 64 formschlüssig auf die seitlichen Längsträger 6 gesetzt sind bzw. diese wenigstens teilweise umgreifen. An den Längsträgern des Fahrgestells 21 sind zu den Fixierelementen 60 korrespondierende Aufnahmeprofile 62 fixiert, wobei die Aufnahmeprofile 62 parallel zu der Unterseite 22 angeordnet sind und sich von den Längsträgern des Fahrgestells 21 aus in Richtung der Längswände S3, S4 erstrecken.
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Auf den Fixierelementen 60 sind dabei zu den Aufnahmeprofilen 62 korrespondierende Aufsetzplatten 61 fixiert, wobei die Aufsetzplatten 61 parallel zu der Unterseite 22 des Fahrgestells 21 angeordnet sind und sich von den Fixierelementen 60 aus in Richtung der Längsträger des Fahrgestells 21 erstrecken. Die Aufsetzplatten 61 weisen an ihren Oberseiten Versteifungsstreben 65 auf, wobei die Versteifungsstreben 65 in Fahrzeugquerrichtung Q verlaufen.
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In den Aufnahmeprofilen 62 sind Silentblöcke 63 für die mechanische Entkopplung des Batteriekastens 10 fixiert, wobei die Aufsetzplatten 61 auf die Silentblöcke 63 formschlüssig aufgesetzt und lösbar mit diesen fixiert sind. Die Silentblöcke 63 weisen eine Grundplatte 68 auf, die auf den Aufnahmeplatten 69 der Aufnahmeprofile 62 aufliegen und lösbar mit diesen fixiert sind. Die Grundplatten 68 erstrecken sich weiter als die Aufnahmeplatten 69 in Fahrzeughochrichtung H und sind massiver ausgebildet als die Aufnahmeplatten 69 der Aufnahmeprofile 68.
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Die Aufnahmeprofile 62 weisen jeweils eine Aufnahmeplatte 69 und zwei Seitenschürzen 70 auf, wobei die Seitenschürzen 70 schlitzförmige Ausnehmungen 71 aufweisen, die senkrecht zu den Längsträgern des Fahrgestells 21 ausgebildet sind. Über die schlitzförmigen Ausnehmungen 71 können die Aufnahmeprofile 62 in Fahrzeugquerrichtung Q auf einen geeigneten Abschnitt der Längsträger des Fahrgestells 21 formschlüssig eingesetzt und fixiert werden.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- L
- Fahrzeuglängsrichtung
- Q
- Fahrzeugquerrichtung
- H
- Fahrzeughochrichtung
- S1
- Querwand
- S2
- Querwand
- S3
- Längswand
- S4
- Längswand
- S5
- Deckelseite
- 1
- Modulare Käfigstruktur
- 2
- Oberer Rahmen
- 3
- Unterer Rahmen
- 4
- Blechplatte
- 5
- Mittlerer Längsträger
- 6
- Seitliche Längsträger
- 7
- Ecktraversen
- 8
- Seitenwandtraversen
- 9
- Führungselemente
- 10
- Batteriekasten
- 12
- Quertraversen
- 13
- Öffnungen Blechplatte
- 14
- Verstärkungselemente
- 15
- Blechverkleidung
- 20
- Trailer
- 21
- Fahrgestell
- 22
- Unterseite
- 23
- Trailerachsen
- 24
- Stützfüße
- 25
- elektrische Antriebseinheit
- 30
- Vordere Anbaustruktur
- 31
- Oberer Rahmenfortsatz
- 32
- Verkürztes Seitenwandelement
- 33
- Unterer Rahmenfortsatz (schräg)
- 40
- Hintere Anbaustruktur
- 41
- Oberer Rahmenfortsatz
- 43
- Unterer Rahmenfortsatz
- 44
- Hinterer Anbaurahmen
- 50
- HV-Traktionsbatteriemodul
- 51
- Anschlussleitungen Batterie
- 60
- Fixierelemente
- 61
- Aufsetzplatte
- 62
- Aufnahmeprofil
- 63
- Silentblöcke
- 64
- Kralle
- 65
- Versteifungsstrebe
- 68
- Grundplatte Silentblöcke
- 69
- Aufnahmeplatte
- 70
- Seitenschürzen
- 71
- Ausnehmung Seitenschürzen
