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Die Erfindung betrifft einen Unterfahrschutz für eine Traktionsbatterieanordnung eines Kraftfahrzeugs, der ein plattenartiges Strukturelement mit einer der Traktionsbatterieanordnung zuzuwendenden Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite umfasst. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterieanordnung, die im Unterboden des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist.
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Bei einem elektrisch betriebenen Kraftfahrzeug befindet sich eine für den Antrieb eines Elektromotors vorgesehene Traktionsbatterie beispielsweise in einer Bodenstruktur des Kraftfahrzeugs unterhalb eines Insassenraums. Hierbei wurde vorgeschlagen, die Traktionsbatterie durch einen Unterfahrschutz zu schützen, der Teil einer kompletten Schutzanordnung für die Unterseite des Kraftfahrzeugs sein kann.
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Eine Detektion von Schäden am Unterfahrschutz und auch von Schäden an der Traktionsbatterie selbst sowie von diversen Zuständen und/oder Störfällen innerhalb des Zwischenraums zwischen der Traktionsbatterie und dem Unterfahrschutz ist sinnvoll, um frühzeitig auf einen Schadens- oder Störfall reagieren zu können. Eine schnelle Reaktion auf einen Schadens- oder Störfall kann unter Umständen die Traktionsbatterieanordnung vor gravierenderen Schäden schützen.
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Im Stand der Technik wurden verschiedene Möglichkeiten vorgeschlagen, Schäden an einem Unterfahrschutz zu detektieren.
DE 10 2020 126 565 A1 und
DE 10 2018 129 158 A1 offenbaren jeweils einen Unterfahrschutz, der mit einer Anzahl an Sensoren ausgebildet ist, um im Falle eines Bodenaufsetzfalls den Auftreffort am Unterfahrschutz zu lokalisieren und die Kraft, die zum Schaden und/oder Deformation führt, auszuwerten.
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Allerdings können diverse Ereignisse und Zustände, insbesondere Störfälle und/oder Fehlerfälle, mit einer derartigen, speziellen Sensorik nicht detektiert werden. Je nach Anordnung von Komponenten der oberhalb des Unterfahrschutzes angeordneten Traktionsbatterieanordnung kann sich diese Problematik noch verstärken. Zu beachten ist hierbei beispielsweise die Lage der Entgasungsposition, der Zellpole und von Kühlkomponenten. Beschädigungen oder andere, ggf. auf Dauer Schäden herbeiführenden Zustände, die keine unmittelbaren Folgen auf den Betrieb der Traktionsbatterieanordnung oder des Kraftfahrzeugs haben, bleiben unbemerkt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Möglichkeit, Schäden und/oder Störfälle am Unterfahrschutz, der Unterseite der Traktionsbatterie und auch des dazwischenliegenden Zwischenraums zu erfassen und gegebenenfalls darauf zu reagieren, anzugeben.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einem Unterfahrschutz der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Strukturelement wenigstens eine eine Aufnahme bildende Durchgangsöffnung von der Oberseite zu der Unterseite aufweist, in der ein Sensormodul mittels eines Befestigungsmittels von unten lösbar angebracht ist, welches wenigstens einen zur Oberseite hin messenden Sensor umfasst.
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Der Unterfahrschutz für die Traktionsbatterieanordnung, der eine Bodenstruktur bzw. einen Unterboden, die bzw. der die Traktionsbatterieanordnung trägt, untergrundseitig abschließen kann, umfasst also, wie grundsätzlich bekannt, zunächst ein plattenartiges Strukturelement, das als ein Schutzelement bezeichnet werden kann. Das Strukturelement kann hierbei insbesondere zumindest im Wesentlichen plattenförmig sein und erstreckt sich im Verbauzustand unterhalb der Traktionsbatterieanordnung, diese idealerweise vollständig überdeckend und die Traktionsbatterieanordnung untergrundseitig schützend. Das Strukturelement kann mit weiteren Strukturelementen, die insbesondere nach vorne, nach hinten und/oder zu den Seiten anschließen können, eine Schutzanordnung bilden, die auch der aerodynamischen Optimierung an der Unterseite des Kraftfahrzeugs dienen kann. Das plattenartige Strukturelement des Unterfahrschutzes schützt die Traktionsbatterieanordnung insbesondere vor Wasser, Schmutz und dergleichen, die von außen eindringen können, sowie Schäden, die durch einen fahrzeugunterseitigen leichten bis moderaten Aufprall, wie durch das Überfahren eines Hindernisses auf der Fahrbahn oder einem Bordstein, entstehen können.
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Das plattenartige Strukturelement weist erfindungsgemäß wenigstens eine eine Aufnahme bildende Durchgangsöffnung auf, die sich von der Oberseite zu der Unterseite erstreckt. In die Aufnahme ist ein Sensormodul von unten her eingeführt und dort mittels des Befestigungsmittels lösbar befestigt. Das Sensormodul umfasst wenigstens einen Sensor, bevorzugt mehrere Sensoren, der zur Oberseite hin misst, mithin für die oberhalb des Strukturelements angeordnete Traktionsbatterieanordnung relevante Ereignisse und Zustände erfassen kann. Gleichzeitig ist der wenigstens eine Sensor auch vor äußeren, untergrundseitigen Einflüssen geschützt. Im Fall von mehreren Sensoren kann das Sensormodul auch als „Multisensoreinheit“ bezeichnet werden. Mehrere Sensoren weisen den Vorteil auf, unterschiedliche Zustandsgrößen und somit eine größere Anzahl relevanter Zustände und/oder diese robuster detektieren zu können.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung bringt eine Vielzahl von Vorteilen mit sich. So kann auf Defekte an der Sensorik vereinfacht reagiert werden, indem Sensormodule aufgrund der lösbaren Befestigungsmittel einfach ausgebaut und repariert bzw. ersetzt werden können. Ferner ist eine Ergänzung bzw. ein Austausch von Sensoren auf besonders einfache Weise möglich, beispielsweise um durch ein „Upgrade“ eine bessere Detektion von Zuständen zur Traktionsbatterie hin zu erreichen. Die als Durchgangsöffnung ausgestaltete Aufnahme bietet bei entnommenem Sensormodul mit besonderem Vorteil auch Zugang zur Traktionsbatterieanordnung bzw. dem zwischen der Traktionsbatterieanordnung und dem Strukturelement bestehenden Zwischenraum, so dass Inspektion, Wartung, Reparatur und das Beseitigen von Fehlerfällen und/oder nachteiligen Zuständen vereinfacht werden. Beispielsweise kann hierzu ein Endoskop oder dergleichen durch die Durchgangsöffnung in den Zwischenraum eingeführt werden. Eine Demontage des kompletten Strukturelements kann in vielen Fällen entfallen.
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Mit besonderem Vorteil kann das Sensormodul eine Tragstruktur aufweisen, in oder an der der wenigstens eine Sensor verbaut ist. Die Tragstruktur kann eine geschlossene, eine unterseitige Schutzoberfläche des Schutzelements fortsetzende und/oder an diese allseitig anschließende Unterseitenfläche aufweisen. Auf diese Weise wird die Schutzwirkung des Strukturelements über die gesamte Unterseite trotz der wenigstens einen mit dem Sensormodul gefüllten Aufnahme aufrechterhalten.
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Insbesondere kann das Sensormodul einen, insbesondere umlaufenden und/oder als Teil der Tragstruktur ausgebildeten, unterseitigen Kragen aufweisen, der an der Unterseite des Strukturelements benachbart der Durchgangsöffnung anliegt. Der Kragen kann bevorzugterweise den Rand der Aufnahme abdecken. Ergänzend kann der Kragen als Angriffspunkt des Befestigungsmittels dienen, mit denen das Sensormodul an das Strukturelement lösbar angebracht ist, wobei der Kragen beispielsweise geeignete Bohrungen für Schraubverbindungen und/oder Rastmittel und/oder Aufnahmen für Rastmittel aufweisen kann.
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Das Befestigungsmittel kann beispielsweise als wenigstens eine, insbesondere mehrere, Schraubverbindungen realisiert sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Befestigungsmittel Rastmittel umfassen. Rastmittel erlauben ein einfaches Lösen oder Anbringen des Sensormoduls an das Strukturelement, beispielsweise durch anclipsen oder dergleichen. Zum Lösen kann beispielsweise ein beim Anbringen rastendes Sperrmittel per Hand oder mittels eines entsprechenden Werkzeugs wieder gelöst werden. Als Rastmittel können Clipmittel und/oder Schwalbenschwanzverbindungen und/oder Tannenbaumverbindungen genutzt werden.
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Vorzugsweise kann der Unterfahrschutz ein, insbesondere im Anlagebereich des Kragens vorgesehenes, Dichtmittel zur Abdichtung zwischen Sensormodul und Strukturelement aufweisen. Das Dichtmittel ist somit zur Abdichtung zwischen Unterseite und Oberseite bei in die Aufnahme eingesetztem Sensormodul vorgesehen. Mittels eines Dichtmittels zwischen Sensormodul und Strukturelement kann der Eintritt von Flüssigkeiten und Schmutz von außen verhindert werden. Als Dichtmittel kann beispielsweise ein O-Ring und/oder eine Formdichtung und/oder eine Flachdichtung eingesetzt werden. Insbesondere Flachdichtungen und O-Ringe können vorteilhaft bei einem Kragen zwischen diesem und dem Strukturelement in einer horizontalen Dichtfläche, insbesondere in einer entsprechenden kragenseitigen und/oder strukturelementseitigen Vertiefung, angeordnet werden und somit beispielsweise ein Heraus- oder Herunterfallen verbessert vermeiden. Weist der Kragen des Sensormoduls für das Befestigungsmittel geeignete Bohrungen auf, kann das Dichtmittel mit zu den Bohrungen deckungsgleichen Löchern ausgebildet sein.
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In diesem Zusammenhang sei bereits angemerkt, dass eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung auch vorsehen kann, dass das Sensormodul einen mittels einer Ventilanordnung verschließbaren Fluidpfad zur Entwässerung und/oder Entgasung von der Oberseite zu der Unterseite aufweisen kann. Auf diese Weise können gezielt gegebenenfalls schädliche und/oder störende Gase und Flüssigkeiten, beispielsweise aus Batteriezellen der Traktionsbatterie ausgetretene Gase und/oder eingedrungenes Wasser oder Kühlwasser, beispielsweise aus einem Zwischenraum zwischen dem Unterfahrschutz und der Traktionsbatterieanordnung nach außen abgeführt werden, trotzdem das Dichtmittel verlässlich das Eindringen von außen durch die Durchgangsöffnung verhindert.
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Wie bereits angedeutet, kann das Sensormodul vorzugsweise wenigstens zwei unterschiedliche Sensoren, die zur Messung unterschiedlicher Messgrößen ausgebildet sind, aufweisen. Neben einer verbesserten Detektion vielfältiger relevanter Ereignisse und/oder Zustände, insbesondere von Fehlerfällen und/oder Störfällen, ermöglicht das Vorsehen von wenigstens zwei unterschiedlichen Sensoren in dem Sensormodul den Vorteil, dass sich die Sensoren an einer gemeinsamen Lokalität befinden, wodurch ein einfacher Austausch oder eine Reparatur von defekten Sensoren weiter gefördert wird.
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Zur konkreten Ausgestaltung der Sensoren existiert eine Vielzahl von Möglichkeiten, um unterschiedliche relevante Zustände, Ereignisse, Fehlerfälle und Störfälle erfassen zu können. So kann zweckmäßigerweise, wie im Folgenden noch genauer erläutert werden wird, ein auf dem Sensormodul angebrachter mechanischer Wegsensor einen Aufprall des Unterfahrschutzes mit einem Hindernis auf der Fahrbahn erfassen und ein ebenso auf denselben Sensormodul angebrachter Flüssigkeitssensor das Vorliegen von Flüssigkeit, Wasser, messen, wenn der Aufprall stark genug war, um einen Durchbruch in das Strukturelement zu schlagen und schließlich Wasser durch das Loch in den Zwischenraum eindringen konnte. Ferner kann beispielsweise ein Thermometer Temperaturschwankungen, insbesondere im Bereich einer Kühlkomponente beziehungsweise der Traktionsbatterie erfassen, und/oder ein Drucksensor einen möglichen Anstieg eines Gasdrucks im Zwischenraum als Folge einer defekten Traktionsbatterie registrieren. Selbstverständlich können auch andere und/oder weitere Sensoren genutzt werden, um Ereignisse und Zustände auf der Unterseite der Traktionsbatterieanordnung, dem Unterfahrschutz und in dem Zwischenraum zu erfassen.
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Das Strukturelement kann vorzugsweise eine Verkabelungsstruktur, die wenigstens eine Datenleitung und/oder eine Stromversorgungsleitung, insbesondere für den wenigstens einen Sensor, umfasst, und strukturelementseitige, der Aufnahme zugeordnete Kontaktierungsmittel zur Verbindung mit sensormodulseitigen Kontaktierungsmitteln aufweisen. Über die elektrische Verkabelungsstruktur kann eine Stromversorgung des Sensormoduls über ein Bordnetz des Kraftfahrzeugs erfolgen und/oder es können Steuersignale und/oder Sensordaten des wenigstens einen Sensors des wenigstens einen Sensormoduls mittels Datenleitungen ausgetauscht und/oder zu kraftfahrzeugseitigen und/oder traktionsbatterieanordnungsseitigen und/oder unterfahrschutzseitigen Steuereinrichtungen überführt werden. Die strukturelementseitigen und die sensormodulseitigen Kontaktierungsmittel können voneinander lösbar sein, sodass weiterhin ein einfacher Ein- und Ausbau des Sensormoduls gewährleistet werden kann. Beim Einsetzen des Sensormoduls in die Aufnahme kann vorgesehen sein, dass automatisch eine Verbindung der Kontaktierungsmittel herstellbar ist, beispielsweise über einen Steck- und/oder Pinsystem. In einer Weiterbildung kann das Sensormodul wenigstens einen Steckplatz, der wiederum mit der elektrischen Verkabelungsstruktur verbunden werden kann, für wenigstens einen des wenigstens einen Sensors umfassen, so dass wenigstens einer des wenigstens einen Sensors einfach an das Sensormodul anzubringen ist, wodurch dann auch eine Verbindung zur wenigstens einer Datenleitung und/oder einer Stromversorgungsleitung zustande kommen kann.
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Die Datenleitung kann als ein Bus ausgebildet sein, insbesondere auch ein mit einem Bussystem des Kraftfahrzeugs koppelbarer und/oder an ein Steuergerät des Kraftfahrzeugs anschließbarer Bus. Bei dem Bus kann es sich um einen CAN-Bus handeln. Die Stromleitungen können auch wenigstens teilweise von einer in dem Unterfahrschutz vorgesehenen Unterfahrschutzbatterie, insbesondere Notfallbatterie bei Ausfall einer externen Energieversorgung, verbunden sein. Die Sensormodule können auch eigene Unterfahrschutzbatterien aufweisen.
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In vorteilhafter Weiterbildung kann der Unterfahrschutz eine Steuereinrichtung zur wenigstens teilweisen Auswertung von Sensordaten und/oder Ansteuerung wenigstens eines des wenigstens einen Sensors umfassen. Die Steuereinrichtung kann wenigstens eine Steuereinheit umfassen. Auf diese Weise ist eine zumindest teilweise Auswertung der Sensordaten des wenigstens einen Sensors und/oder eine Ansteuerung des wenigstens einen Sensors und/oder gegebenenfalls vorgesehener Aktoren, wie beispielsweise der erwähnten Ventilanordnung, bereits vor Ort in dem Unterfahrschutz möglich, so dass schnelle Reaktionen denkbar sind und eine robustere Ausgestaltung gegeben ist, da für zumindest einen Teil der Verarbeitungsvorgänge weniger Übertragungswege und/oder Komponenten erforderlich sind. Zudem kann zumindest im Hinblick auf einige Funktionen, die dank des wenigstens einen Sensors mittels des Unterfahrschutzes bereitgestellt werden können, weitgehende Autarkie erreicht werden.
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In einer Weiterbildung kann die Steuereinrichtung wenigstens eine als Teil wenigstens eines des wenigstens einen Sensormoduls vorgesehene Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheit kann an die Stromversorgung des Sensormoduls mit angeschlossen sein. Hierbei kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens eine Datenleitung zwischen der Steuereinheit und wenigstens einem des wenigstens einen Sensors vorgesehen ist. Durch die lokale Datenverarbeitung wird die Robustheit erhöht; zudem kann, insbesondere im Fall der Auswertung von Sensordaten, auch zu kommunizierendes Datenvolumen reduziert werden. Durch die Integration der Steuereinheit in das Sensormodul kann ferner auch eine Reparatur und/oder ein Austausch der Steuereinheit vereinfacht werden, da aufgrund der Lösbarkeit der Befestigungsmittel und der Modularität einfacher, gezielter Zugang besteht.
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Alternativ oder ergänzend kann die Steuereinrichtung wenigstens eine als Teil des Strukturelements verbaute Steuereinheit umfassen. In diesem Ausführungsbeispiel kann die Steuereinheit mit einer Stromversorgungsleitung des Strukturelements verbunden sein. Dabei kann die Steuereinheit beispielsweise gemeinsam mit der und somit eingebunden in die Verkabelungsstruktur vorgesehen werden. Eine derartige Ausgestaltung kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn die Steuereinheit eine Vermittlerrolle zwischen dem Unterfahrschutz und dem restlichen Kraftfahrzeug übernimmt und/oder als Kommunikationseinheit des Unterfahrschutzes fungiert.
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Wenigstens eine der wenigstens einen Steuereinheit kann, ungeachtet der Position, in der sie sich befindet, bevorzugterweise über wenigstens eine Datenleitung mit einer Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung und/oder mit einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden sein. Bei entsprechenden von den Sensordaten registrierten Ereignissen und relevanten Zuständen, insbesondere Fehler- und/oder Störfällen, können dementsprechend die Sensordaten über die Steuereinheit zu einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs gesendet werden, woraufhin von dort gesteuert geeignete Maßnahmen ausgelöst werden können. Beispielsweise kann ein Nutzer durch geeignete Signale und/oder eine Mitteilung über ein Infotainmentsystem des Kraftfahrzeugs informiert werden. Bei besonders schweren Schäden und/oder gravierenden Störfällen, die die Funktionsfähigkeit der Traktionsbatterieanordnung gefährden, können die Sensordaten über die Steuereinheit zu einer Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung übertragen werden, um beispielsweise eine modifizierte Ansteuerung der Traktionsbatterieanordnung zu ermöglichen, insbesondere durch Systembegrenzungen bis hin zur Abschaltung.
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In einer Weiterbildung kann wenigstens eine der wenigstens einen Steuereinheit zur zumindest teilweisen Auswertung der Sensordaten wenigstens eines des wenigstens einen Sensors des Sensormoduls und
- - zur, insbesondere ausschließlichen, Weiterleitung wenigstens eines Teils des Auswertungsergebnisses zur weiteren Auswertung und/oder Verarbeitung und/oder
- - zur Ansteuerung wenigstens eines Aktors wenigstens eines des wenigstens einen Sensormoduls in Abhängigkeit des Auswertungsergebnisses ausgebildet sein.
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Die teilweise Auswertung der Sensordaten in einer Steuereinheit vor Ort kann das zu übertragende Datenvolumen reduzieren. Hierbei kann auch eine Vorauswahl getroffen werden, welche Sensordaten von der auswertenden Steuereinheit zu weiteren Steuereinheiten und/oder Steuereinrichtungen der Traktionsbatterieanordnung und/oder des Kraftfahrzeugs versendet werden. Beispielsweise kann eine Weiterleitung von Sensordaten bei einem Fluidsensor nur dann erfolgen, wenn auch tatsächlich ein zu detektierendes Fluid gemessen wurde und/oder wenn eine bestimmte Konzentration des zu detektierenden Fluids überschritten wurde. Bei einer Temperaturmessung durch einen Temperatursensor kann es sinnvoll sein, nur bestimmte Temperaturüberschreitungen weiterzuleiten. Auch andere Arten von Vorauswertungen sind denkbar, um das zu übertragende Datenvolumen zu reduzieren, beispielsweise Mittelwertbildungen über bestimmte Messintervalle und dergleichen.
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Hierbei kann, allgemein gesagt, vorgesehen sein, dass eine zentrale Steuereinheit, insbesondere ein Master (Mster-Steuereinheit), die Auswertung der Sensordaten für alle Sensoren und Sensormodule des Unterfahrschutzes übernimmt, die beispielsweise als Teil eines bestimmten Sensormoduls oder an dem Strukturelement angeordnet sein kann. Denkbar ist es aber auch, bei mehreren Sensormodulen jedes Sensormodul mit einer die Sensordaten dieses Sensormoduls auswertenden Steuereinheit zu versehen, um die Sensormodule teilautark und/oder möglichst austauschbar zu gestalten. Dies kann analog bei Ansteuerung wenigstens eines Aktors durch wenigstens eine der wenigstens einen Steuereinheit gelten.
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Die Ansteuerung eines Aktors, beispielsweise einer Ventilanordnung, kann bevorzugt basierend auf einem Auswertungsergebnis der Auswertung erfolgen, beispielsweise bei Erfüllung eines in der ansteuernden und gegebenenfalls auch auswertenden Steuereinheit vorliegenden Maßnahmenkriteriums. Beispielsweise kann, wie im Folgenden noch genauer erläutert werden wird, ein Aktor zur Entgasung und/oder Entwässerung bei Detektion eines Gases oder einer Flüssigkeit durch einen entsprechenden Fluidsensor angesteuert werden. Dies hat den Vorteil, dass äußerst schnell und robust auf ein Ereignis bzw. einen Zustand, beispielsweise einen Fehlerfall und/oder Störfall, reagiert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung kann der Unterfahrschutz mehrere, über das Strukturelement räumlich verteilte Sensormodule in jeweiligen Aufnahmen aufweisen. Zweckmäßigerweise können mehrere unterschiedliche Sensormodule mit die gleiche Messgröße betreffenden Sensoren versehen sein, was es insbesondere ermöglicht, einem Ereignis und/oder einem Zustand, beispielsweise einem Fehlerfall und/oder einem Störfall, eine Ortsinformation zuzuordnen. Hierzu können die Aufnahmen und die in ihnen verbauten Sensormodule zweckmäßigerweise insbesondere zumindest im Wesentlichen gleichmäßig über den Unterfahrschutz verteilt sein. Den Sensordaten des wenigstens einen Sensors des jeweiligen Sensormoduls kann dabei entsprechend eine Positionsinformation zugeordnet sein, die angibt, von welchem Sensormodul sie stammen. In diesem Zusammenhang kann, wie bereits dargelegt, jedes Sensormodul wenigstens eine Steuereinheit umfassen. Die Steuereinheiten der Sensormodule, falls vorgesehen, und/oder der wenigstens eine Sensor der Sensormodule können zweckmäßigerweise, insbesondere über wenigstens eine Datenleitung der Verkabelungsstruktur, mit einer zentralen Steuereinheit, insbesondere einem Master, der Steuereinrichtung des Unterfahrschutzes und/oder mit einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs verbunden sein, wo auch die Ortsinformation ermittelt werden kann.
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In einer Weiterbildung kann wenigstens einer des wenigstens einen Sensors zur Messung von permanenten Verformungen und/oder reversiblen Verformungs- und Rückverformungswegen des Strukturelements wenigstens in vertikaler Richtung und/oder als mechanischer Wegsensor und/oder wenigstens eines des wenigstens einen Sensors als Widerstandssensor zur Messung des elektrischen Widerstands der einer leitfähigen, ausgedehnten Leiterstruktur, insbesondere wenigstens eines Teils der Verkabelungsstruktur, ausgebildet sein.
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Der mechanische Wegsensor kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass er mit einem in Richtung der Traktionsbatterieanordnung ragenden Stempelelement oder Pin ausgestattet ist. Durch ein Ereignis, beispielsweise das Überfahren eines Hindernisses auf einer Fahrbahn, kann der Unterfahrschutz zumindest temporär eingedrückt werden bzw. allgemein seinen Abstand zur Traktionsbatterieanordnung ändern. Der mechanische Wegsensor kann die Veränderung mittels der Bewegung des Stempelelements oder Pins registrieren- Zweckmäßigerweise kann das verschiebbare Stempelelement beziehungsweise der verschiebbare Pin selbst im Falle einer Rückverformung des Unterfahrschutzes in der nun veränderten Position verbleiben, um die aufgetretene Verformung zu dokumentieren. Somit können bei mehreren Einflüssen dieser Art Rückschlüsse auf den Verformungsweg gezogen werden. Zudem kann auch dann, wenn zum Zeitpunkt der Verschiebung keine Messung aufgenommen wurde, beispielsweise aufgrund eines stromlosen Zustands, der Einfluss noch festgestellt werden, sobald wieder gemessen werden kann, beispielsweise nach einem Systemstart. Allgemein kann auf eine Eindringtiefe des Unterfahrschutzes in Richtung der Traktionsbatterieanordnung geschlossen werden.
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Bevorzugt in Kombination mit der Verkabelungsstruktur, die wenigstens teilweise als Leiterstruktur verwendet werden kann, aber auch bei Vorsehen anderer Leiterstrukturen auf dem Strukturelement kann auch ein als Widerstandssensor ausgeführter Sensor Verformungen des Unterfahrschutzes detektieren, die weiter von dem wenigstens einen Sensormodul entfernt auftreten. Durch mechanische Beanspruchung oder auch Unterbrechungen der Leiterstruktur bei größeren Schäden können über einen veränderten elektrischen Widerstand der Stromversorgungsleitungen mechanische Einflüsse auf den Unterfahrschutz erkannt werden.
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Des Weiteren kann es von Vorteil sein, wenn einer des wenigstens einen Sensors ein Flüssigkeitssensor und/oder ein Gassensor und/oder ein Drucksensor ist, und/oder das Sensormodul, insbesondere als Aktor, eine Ventilanordnung zur Entwässerung und/oder Entgasung eines Zwischenraumes zwischen der Traktionsbatterieanordnung und dem Unterfahrschutz aufweist. Ein Flüssigkeitssensor kann beispielsweise austretendes Kühlmittel aus der Traktionsbatterieanordnung, eingedrungenes Wasser oder übermäßig auftretendes Kondenswasser detektieren. Um diese Flüssigkeiten aus den Zwischenraum abzuführen, kann eine Ventilanordnung, mittels derer ein Fluidpfad geöffnet respektive geschlossen werden kann, zur Entwässerung vorgesehen sein, die als Aktor bei einer Detektion von Flüssigkeiten offen geschaltet wird und ein Ventil zur Entwässerung öffnet. Sensordaten des Gassensors und/oder des Drucksensors können auf eine entgasende Traktionsbatterie oder eine propagierende Zelle innerhalb der Traktionsbatterieanordnung hinweisen, woraufhin die Ventilanordnung öffnen kann und eine Entgasung über den Fluidpfad von dem Zwischenraum zu der Unterseite des Unterfahrschutzes herbeiführen kann. Selbstverständlich können im Falle von gravierenden Störfällen, wie dem Austreten des Kühlmittels, der Entgasung der Traktionsbatterie oder Gasbildung aufgrund einer propagierenden Zelle in der Traktionsbatterie, die entsprechenden Sensordaten, beispielsweise über wenigstens eine Steuereinheit, an eine Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung und/oder des Kraftfahrzeugs übermittelt werden.
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Neben dem Unterfahrschutz betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterieanordnung, die im Unterboden des Kraftfahrzeugs vorgesehen ist, und einem Unterfahrschutz gemäß der vorliegenden Erfindung. Sämtliche Vorteile und Anmerkungen bezüglich des erfindungsgemäßen Unterfahrschutzes lassen sich entsprechend auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen.
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Dabei sei noch angemerkt, dass die bereits beschriebenen Auswertungs- und/oder Verarbeitungsvorgänge und/oder die Durchführung von Maßnahmen im Kontext des Kraftfahrzeugs insgesamt von einer Steueranordnung ausgeführt werden können, die aus einer Steuereinrichtung des Unterfahrschutzes und wenigstens einer Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs, beispielsweise wenigstens einem Steuergerät, gebildet ist.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den folgenden Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen schematisch:
- 1 eine Prinzipdarstellung eines Abschnittes eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Unterfahrschutzes,
- 2 eine Prinzipdarstellung eines Abschnittes eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Unterfahrschutzes,
- 3 eine Prinzipdarstellung eines Ausführungsbeispiels eines Wegsensors in einer Grundstellung,
- 4 eine Prinzipdarstellung des Wegsensors in einer verschobenen Stellung, und
- 5 eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
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1 zeigt eine Prinzipdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines Unterfahrschutzes 1 für eine Traktionsbatterieanordnung 2 eines nicht im Detail gezeigten Kraftfahrzeugs. Der Unterfahrschutz 1 umfasst ein plattenartiges Strukturelement 3 mit einer der Traktionsbatterieanordnung 2 zugewandten Oberseite und einer gegenüberliegenden Unterseite.
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Das Strukturelement 3 des Unterfahrschutzes 1 schützt die Traktionsbatterieanordnung 2 vor Wasser und Schmutz, die von außen eindringen können, sowie wenigstens teilweise vor Schäden, die durch das Überfahren eines Hindernisses auf der Fahrbahn oder einem ungünstig gelegenen Bordstein entstehen können.
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Das Strukturelement 3 weist eine eine Aufnahme bildende Durchgangsöffnung 4 von der Oberseite zu der Unterseite auf. Die Durchgangsöffnung 4 kann im Falle zur Wartung, Inspektion und/oder Reparatur der Unterseite der Traktionsbatterieanordnung 2 oder eines Zwischenraumes 14 zwischen der Traktionsbatterieanordnung 2 und dem Unterfahrschutz 1 genutzt werden, ohne dass das gesamte Strukturelement 3 aufwendig abgenommen werden muss. Beispielsweise kann eine Inspektion mithilfe eines Endoskops, das durch die Durchgangsöffnung 4 eingeführt werden kann, durchgeführt werden.
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In der durch die Durchgangsöffnung 4 gebildeten Aufnahme ist ein Sensormodul 5 lösbar mittels Befestigungsmitteln 6, hier als Schraubverbindungen dargestellt, lösbar angebracht. Alternativ oder zusätzlich können als Befestigungsmittel 6 geeignete Rastmittel genutzt werden, beispielsweise Clipssysteme oder Schwalbenschwanzverbindungen beziehungsweise Tannenbaumverbindungen.
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Das Sensormodul 5 weist einen umlaufenden unterseitigen Kragen 7 auf, der an der Unterseite des Strukturelements 3 benachbart der Durchgangsöffnung 4 anliegt. Der Kragen 7 in diesem Beispiel kann bevorzugterweise den Rand der Durchgangsöffnung 4 abdecken. Zusätzlich kann der Kragen 7 als ein geeigneter Bereich zur Anbringung der Befestigungsmittel 6 vorgesehen sein, mit denen das Sensormodul 5 an das Strukturelement 3 angebracht werden kann, wie beispielsweise durch geeignete Bohrungen für Schraubverbindungen. Zwischen dem Kragen 7 und dem Strukturelement 3 ist vorliegend ein Dichtmittel 8, beispielsweise ein Dichtring (O-Ring) oder eine Flachdichtung, vorgesehen, um trotz der Durchgangsöffnung 4 mit dem Sensormodul 5 eine Abdichtung des Zwischenraums 14 nach außen zu gewährleisten.
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Das Sensormodul 5 weist eine Tragstruktur 9 auf, in oder an der vorliegende zwei Sensoren 10, 11 verbaut sind, wobei die Tragstruktur 9 eine geschlossene, eine unterseitige Schutzoberfläche 12 des Strukturelements 3 fortsetzende Unterseitenfläche 13 aufweist. Um einen ähnlichen Schutz gewährleisten zu können, kann es von Vorteil sein, wenn die Tragstruktur 9 zumindest im nach unten gewandten Bereich aus demselben Material wie das Strukturelement 3 besteht.
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Die, wie in diesem Beispiel, an der Tragstruktur 9 verbauten, unterschiedlichen Sensoren 10, 11 sind zur Messung von unterschiedlichen Messgrößen ausgebildet. Es können auch weitere Sensoren 10, 11 vorgesehen werden. Die Sensoren 10, 11 können beispielsweise aus der Gruppe umfassend einen Kraftsensor, einen mechanischen Wegsensor, einen Widerstandssensor, einen Temperatursensor, einen Flüssigkeitssensor, einen Gassensor und einen Drucksensor gewählt sein und messen zur Oberseite hin.
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Beispielsweise kann ein auf dem Sensormodul 3 angebrachter Kraftsensor oder mechanischer Wegsensor eine Kollision des Unterfahrschutzes 1 mit einem Hindernis auf der Fahrbahn erfassen. Wenig später kann ebenso ein auf demselben Sensormodul 3 angebrachter Flüssigkeitssensor Wasser messen, wenn der Aufprall stark genug war, um einen Durchbruch in das Strukturelement 3 zu schlagen und Wasser durch das Loch in den Zwischenraum 14 eindringen konnte. Ferner kann beispielsweise ein Thermometer (Temperatursensor) Temperaturschwankungen erfassen, insbesondere seitens einer Kühlplatte 15 oder der Traktionsbatterie 16 (bzw. von Batteriezellen) der Traktionsbatterieanordnung 2, die in einem hier nur angedeuteten Batterierahmen gehaltert sein können. Der Übersichtlichkeit halber sind einzelne Batteriezellen der Traktionsbatterie 16 nicht gezeigt. Ein Drucksensor kann einen möglichen Anstieg eines Gasdrucks als Folge einer defekten Traktionsbatterie 16 im Zwischenraum 14 registrieren. Selbstverständlich kann auch eine Vielzahl weiterer Sensoren 10, 11 genutzt werden, um Ereignisse und Zustände auf der Unterseite der Traktionsbatterieanordnung 2, für den Unterfahrschutz 1 und den Zwischenraum 14 zu erfassen.
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Eine elektrische Verkabelungsstruktur 17, umfassend wenigstens eine nur angedeutete Datenleitung 18 sowie wenigstens eine nur angedeutete Stromversorgungsleitung 19, führt seitens des Strukturelements 3 zu dem Sensormodul 5. Die Datenleitung 18 kann als ein Bus ausgebildet sein. Ein strukturelementseitiges Kontaktierungsmittel 20 verbindet sich beim Einsetzen des Sensormoduls 5 automatisch mit einem sensormodulseitigen Kontaktierungsmittel 21. Die strukturelementseitigen und die sensormodulseitigen Kontaktierungsmittel 20, 21 sind voneinander lösbar, sodass weiterhin ein einfacher Ein- und Ausbau des Sensormoduls 5 gewährleistet werden kann. Über die Leitungen 18, 19 können die Sensoren 10, 11 sowie andere Komponenten des Sensormoduls 5 mit Strom versorgt werden und/oder eine Kommunikation ermöglicht werden, beispielsweise mit einer kraftfahrzeugseitigen Steuereinrichtung wie einem Steuergerät.
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Der Unterfahrschutz 1 weist ferner auch eine Steuereinrichtung 22 auf, die vorliegend eine Steuereinheit 23 des Sensormoduls 5 umfasst, die auch über die Verkabelungsstruktur 17 versorgt werden kann und kommunizieren kann. Die Steuereinheit 23 ist zur wenigstens teilweisen Auswertung von Sensordaten und/oder zur Ansteuerung der Sensoren 10, 11 ausgebildet. Sie kann in anderen Ausführungsbeispielen auch gemeinsam mit der Verkabelungsstruktur 17 auf dem Strukturelement 3 vorgesehen sein.
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Das Sensormodul 5 weist vorliegend als einen Aktor auch eine Ventilanordnung 24 auf, mittels welcher ein Fluidpfad 25 von dem Zwischenraum 14 zur Unterseite geöffnet und geschlossen werden kann. Detektiert beispielsweise wenigstens einer der Sensoren 10, 11, beispielsweise ein Flüssigkeitssensor und/oder ein Gassensor und/oder ein Drucksensor, ein Fluid, das Schäden verursachen könnte, beispielsweise eingedrungenes Wasser, gelecktes Kühlwasser oder Batteriegase, wie durch Auswertung von dessen Sensordaten mittels der Steuereinheit 23 festgestellt werden kann, kann die Steuereinheit 23 die Ventilanordnung 24 zum Öffnen ansteuern und somit eine Entwässerung und/oder Entgasung direkt vor Ort vornehmen.
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Die Steuereinheit 23 ist über die Datenleitung 18 mit einer hier nicht näher gezeigten Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung 2 und/oder des Kraftfahrzeugs, beispielsweise einem Steuergerät, verbunden. Bei zumindest einem Teil der mittels der Sensordaten detektierten Fehler- und/oder Störfällen können dementsprechend die, insbesondere ausgewerteten und/oder in ihrer Datenmenge reduzierten, Sensordaten von der Steuereinheit 23 zu der Steuereinrichtung gesendet werden, wo, insbesondere auch weitere, Maßnahmen eingeleitet werden können. Beispielsweise kann der Nutzer durch geeignete Signale und/oder eine Mitteilung informiert werden. Bei besonders schweren Schäden und/oder gravierenden Störfällen, die die Integrität der Traktionsbatterieanordnung 2 gefährden, können die Sensordaten über die Steuereinheit 23 von der Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung 2 genutzt werden, um den Betrieb der Traktionsbatterieanordnung 2 entsprechend anzupassen, insbesondere die Traktionsbatterieanordnung 2 durch Systembegrenzung bis hin zur Abschaltung zu schützen.
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Auch allgemein kann die Steuereinheit 23 durch die zumindest teilweise Auswertung der Sensordaten der Sensoren 10, 11 des Sensormoduls 5 das Datenvolumen der an die kraftfahrzeugseitige Steuereinrichtung zu übertragenen Informationen reduzieren. Dort kann auch eine weitere Auswertung und/oder Verarbeitung erfolgen. Insbesondere kann auch eine Vorauswahl getroffen werden, welche Sensordaten von der Steuereinheit 23 zu der Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung 1 und/oder des Kraftfahrzeugs übertragen werden.
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Die Prinzipdarstellung in 2 zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Unterbodenschutzes mit mehreren Sensormodulen 5. Entsprechend weist das Strukturelement 3 mehrere jeweils eine Aufnahme bildende Durchgangsöffnungen 4 auf. Die hier nicht näher gezeigte Struktur der Sensormodule 5 kann der der 1 entsprechen.
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Gemäß 2 weist die Steuereinrichtung 22 allerdings mehrere Steuereinheiten 23 auf, nämlich jeweils als Teil der Sensormodule 5 vorgesehene Steuereinheiten 23 sowie eine strukturelementseitige Steuereinheit 23. Die als Teil der Sensormodule 5 vorgesehenen Steuereinheiten 23 können zur wenigstens teilweisen Auswertung von Sensordaten und/oder zur Ansteuerung der Sensoren 10, 11/Aktoren des jeweiligen Sensormoduls 5 vorgesehen sein. Die strukturelementseitige Steuereinheit 23 dient als ein Master (Master-Steuereinheit 26).
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In den Steuereinheiten 23 der Sensormodule kann eine Vorauswertung der Sensordaten, insbesondere Vorabauswahl, erfolgen. In jedem Fall können die Sensordaten entweder seitens der Steuereinheit 23 des jeweiligen Sensormoduls 5 mit einer den Verbauort angebenden Positionsinformation oder aufgrund der sendenden Steuereinheit 23 mit einer den Verbauort angebenden Positionsinformation versehen. Dies hat den Vorteil, dass Ereignisse und Zustände, beispielsweise Schäden und Störfälle, genauer geortet werden können, beispielsweise eine zugeordnete Ortsinformation ermittelt werden kann. Beispielsweise kann das räumliche Ausmaß eines Schadens genauer abgeschätzt werden. Die Master-Steuereinheit 26, welche selbst auswerten/verarbeiten oder auch lediglich weiterleiten kann, kann über eine Datenleitung 18 mit der hier nicht abgebildeten Steuereinrichtung der Traktionsbatterieanordnung 2 und/oder des Kraftfahrzeugs verbunden sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann die Master-Steuereinheit 26 auch wegfallen und die weitere Auswertung kann gänzlich im Kraftfahrzeug erfolgen.
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Die Prinzipdarstellungen in 3 und 4 zeigen jeweils eine beispielhafte Ausführung eines Wegsensors 27 als Sensor 10, 11 eines Sensormoduls 5. Der Wegsensor 27 kann mit einem in Richtung der Oberseite hin ragenden Stempelelement 28 ausgebildet sein. Der Wegsensor 27 in diesem Beispiel kann der Messung von permanenten Verformungen und/oder reversiblen Verformungs- und Rückverformungswegen des Strukturelements 3 in vertikaler Richtung dienen. 3 zeigt den Wegsensor in einem Grundzustand, wobei sich das Stempelelement 28 auf der Höhe der oberen gestrichelten Linie befindet.
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Durch ein Ereignis, beispielsweise das Überfahren eines Hindernisses auf einer Fahrbahn, kann der Unterfahrschutz 1 zumindest temporär eingedrückt werden beziehungsweise seinen Abstand zu der Traktionsbatterieanordnung 2 ändern. Das verschiebbare Stempelelement 28 wird dann entlang der in 4 eingezeichneten Verschiebungsrichtung auf die Höhe der unteren gestrichelten Linie gedrückt und bleibt selbst im Falle einer Rückverformung des Unterfahrschutzes 1 in der dann verschobenen Position stehen. Der mechanische Wegsensor 27 kann nach diesem Ereignis einen geänderten Wert ausgeben, zum Beispiel einen geänderten Widerstand. Somit können Rückschlüsse auf den Verformungsweg und gegebenenfalls auf die Eindringtiefe des Unterfahrschutzes 1 in Richtung der Traktionsbatterieanordnung 2 gezogen werden. Der Wegsensor 27 hat den Vorteil, dass bei Ereignissen in einem stromlosen Zustand bei einem nachfolgendem Systemstart eine veränderte Stellung erhalten bleibt und ausgegeben werden kann.
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5 zeigt schließlich schematisch ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 29, bei dem die Traktionsbatterieanordnung in einer Bodenstruktur (Unterboden 30) unterhalb eines Innenraums 31 angeordnet ist und durch einen erfindungsgemäßen Unterfahrschutz 1 geschützt wird.
