DE112017005676T5

DE112017005676T5 - Batterieträgeranordnung

Info

Publication number: DE112017005676T5
Application number: DE112017005676.4T
Authority: DE
Inventors: Mark Rowley
Original assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2016-11-11
Filing date: 2017-11-08
Publication date: 2019-09-05
Also published as: WO2018087131A1; GB2555826B; GB2555826A

Abstract

Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Batterieträgeranordnung (10) für Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge. Die Batterieträgeranordnung (10) umfasst einen Batterieträgerrahmen, der zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen angepasst ist. Der Batterieträgerrahmen umfasst eine obere Abdeckung (12), wobei eine Vielzahl von Montagehalterungen (20a, 20b, 20c, 20d) auf einer Außenfläche der oberen Abdeckung (12) angeordnet sind, wobei die Montagehalterungen (20a, 20b, 20c, 20d) angepasst sind, um den Batterieträgerrahmen während des Gebrauchs abnehmbar mit einem Fahrzeugrahmen zu verbinden.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf eine Batterieträgeranordnung, insbesondere für Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge. Die vorliegende Offenbarung bezieht sich ferner auf ein Verfahren zur Montage eines Batterierahmens, insbesondere an einem Fahrzeugrahmen eines Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeugs. Ein weiterer Aspekt der Erfindung bezieht sich auf ein Fahrzeug, das die Batterieträgeranordnung umfasst.
HINTERGRUND
Angesichts immer höherer Preise für fossile Brennstoffe und strengerer Vorschriften für Fahrzeugemissionen besteht in der Automobilindustrie derzeit der Trend, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren (Elektrofahrzeuge) oder zumindest eine Kombination aus Elektromotor und Verbrennungsmotor (Hybrid-Elektrofahrzeuge) zu ersetzen und damit die Fahrzeugemissionen erheblich zu reduzieren oder zu eliminieren. Elektro- und Hybrid-Elektrofahrzeuge nutzen große Mengen an Strom als Hauptstromquelle für den Antrieb, was zu einem Bedarf an Batterien mit hoher Energiedichte, langer Lebensdauer und Anwendbarkeit auf eine Vielzahl von Umgebungsbedingungen geführt hat. Die Batterien bestehen im Allgemeinen aus Batteriezellen, die in einem Batterieträgerrahmen oder Batteriepack montiert sind, der zur Montage am Fahrzeugrahmen konfiguriert ist. Der Batterieträgerrahmen ist elektrisch mit dem Fahrzeug verbunden, so dass der Motor des Fahrzeugs elektrische Energie aus der Batterie beziehen kann. In einigen Situationen, wie beispielsweise beim regenerativen Bremsen, kann das Fahrzeug elektrische Energie in die Batterie zurückführen.
Derzeit sind die meisten Batterien so konfiguriert, dass sie über einen externen Ladeport aufgeladen werden können, um eine externe Energiequelle, wie beispielsweise das Stromnetz eines Hauses, an die Batteriezellen anzuschließen. Hybrid-Elektrofahrzeuge laden die Batteriezellen über einen integrierten Verbrennungsmotor auf. Eine alternative Möglichkeit, die Energieversorgung zu erreichen, besteht darin, den gesamten Batteriepack gegen einen voll geladenen auszutauschen, was die Ausfallzeiten von Elektrofahrzeugen deutlich reduzieren kann. Der Austausch des gesamten Batterieträgerrahmens ist auch für Wartungszwecke sinnvoll, damit das Fahrzeug weiterfahren kann.
In Anbetracht dessen ist es üblich, den Batterieträgerrahmen so am Fahrzeugrahmen zu befestigen, dass er für Wartungsarbeiten oder zum Austausch gegen einen anderen Tragrahmen mit voll geladenen Batteriezellen ausgetauscht werden kann. Eine Lösung ist die Befestigung des Batterieträgerrahmens an der Unterseite des Fahrzeugrahmens, d.h. am Fahrzeugboden. Zu den Problemen bei der Befestigung des Batterieträgerrahmens an der Unterseite des Fahrzeugrahmens gehören begrenzte Platzverhältnisse, Probleme mit der Dichtigkeit des Batterieträgerrahmens, Lärmschwingungen und Kabelbaumprobleme innerhalb der Fahrzeugrahmenstruktur sowie geringe Toleranzen für die Ausrichtung der entsprechenden Befestigungsstrukturen des Fahrzeugrahmens und des Batterieträgerrahmens.
In Anbetracht dessen ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Batterieträgeranordnung vorzusehen, die vom Fahrzeugrahmen abnehmbar ist und zumindest einige der zuvor beschriebenen Probleme löst.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Ausführungsformen der Erfindung stellen eine Batterieträgeranordnung bereit, ein Fahrzeug umfassend die Batterieträgeranordnung und ein Verfahren zur Befestigung eines Batterierahmens an einem Fahrzeugrahmen, wie in den beigefügten Ansprüchen beansprucht.
Eine Batterieträgeranordnung für Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge, wobei die Trägeranordnung umfasst: einen Batterieträgerrahmen, der eine Grundstruktur und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung der Grundstruktur gegenüberliegt, wobei die Grundstruktur und die obere Abdeckung einen Hohlraum definieren, der zur Aufnahme von mindestens einer Batteriezelle angepasst ist; und mindestens eine Montagehalterung, die auf einer Außenfläche der oberen Abdeckung angeordnet ist, wobei die eine oder die mehreren Montagehalterungen angeordnet sind, um die Verbindung des Batterieträgerrahmens mit einem Fahrzeugrahmen zu ermöglichen, wenn sie in Gebrauch sind.
Die obere Abdeckung kann im Wesentlichen parallel zur Grundstruktur verlaufen.
Der Batterieträgerrahmen kann mindestens eine Seitenwand umfassen, die sich zwischen der Grundstruktur und der oberen Abdeckung erstreckt.
Die eine oder die mehreren Montagehalterungen können angepasst sein, um eine abnehmbare Verbindung des Batterieträgerrahmens mit einem Fahrzeugrahmen zu ermöglichen, wenn er in Gebrauch ist.
Der Hohlraum kann so angeordnet sein, dass er eine Vielzahl von Batteriezellen aufnimmt.
Die Außenfläche der Grundstruktur kann so angepasst sein, dass sie während des Gebrauchs auf eine Fahrfläche ausgerichtet ist.
Die Stützanordnung kann eine Vielzahl von Montagehalterungen umfassen.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Batterieträgeranordnung für Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge offenbart. Die Batterieträgeranordnung umfasst einen Batterieträgerrahmen, der eine Grundstruktur und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung im Wesentlichen parallel zur Grundstruktur angeordnet ist. Der Batterietragrahmen umfasst ferner mindestens eine Seitenwand, die sich zwischen der Grundstruktur und der oberen Abdeckung erstreckt, wobei die Grundstruktur, die obere Abdeckung und die mindestens eine Seitenwand einen Hohlraum bilden, der zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen angepasst ist. Die Außenfläche der Grundstruktur ist so angepasst, dass sie während des Gebrauchs auf eine Fahrfläche ausgerichtet ist. Die Batterieträgeranordnung umfasst eine Vielzahl von Montagehalterungen, die auf einer Außenfläche der oberen Abdeckung angeordnet sind, wobei die Montagehalterungen so angepasst sind, dass sie den Batterieträgerrahmen während des Gebrauchs abnehmbar mit einem Fahrzeugrahmen verbinden.
Durch die auf der Außenfläche der oberen Abdeckung angeordnete Montagehalterung kann die Batterieträgeranordnung abnehmbar mit der Unterseite des Fahrzeugrahmens verbunden werden, indem Befestigungselemente, wie Schrauben oder Bolzen, durch den Fahrzeugrahmenboden nach unten in die Vielzahl der Montagehalterungen eingesetzt werden. Folglich ragen die Befestigungselemente nicht direkt in die obere Abdeckung des Batterieträgerrahmens hinein und bieten somit ein Mittel zur Befestigung des Batterierahmens, ohne dessen Dichtigkeit zu umfassen [sie]. Die obere Abdeckung des Batterieträgerrahmens kann über die Montagehalterungen direkt mit der Unterseite des Fahrzeugrahmens verbunden werden, so dass kleinere Befestigungselemente verwendet werden können. Durch den Einsatz kleinerer Befestigungselemente können die Bauteile innerhalb des Batterierahmens verkleinert werden, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
Darüber hinaus bietet die derartige Befestigung des Batterieträgerrahmens an der Unterseite des Fahrzeugrahmens den zusätzlichen Vorteil, dass die Steifigkeit des Bodens des Fahrzeugrahmens erhöht wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass sich Komponenten, wie z. B. die Halterungen für Fahrzeugsitze, während der Benutzung des Fahrzeugs nicht bewegen oder verziehen, was dazu beiträgt, dass die sichere Position der Fahrzeugsitze beibehalten wird.
Das Befestigen des Batterieträgerrahmens am Fahrzeugrahmen mit Hilfe von Montagehalterungen an der Außenfläche der oberen Abdeckung bietet zusätzlich den Vorteil, dass zum Entfernen des Batterieträgerrahmens aus dem Fahrzeug der Zugang zur inneren Fahrzeugkabine erforderlich ist. Dies trägt zur Verbesserung der Sicherheit des Fahrzeugs bei, da der Batterieträgerrahmen nur dann aus dem Fahrzeug entfernt werden kann, wenn jemand Zugang zur Fahrzeugkabine erhalten hat.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst jede Montagehalterung eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite, wobei die Unterseite zur Außenfläche der oberen Abdeckung des Batterieträgerrahmens gewandt ist, wobei jede Montagehalterung zur Aufnahme eines Befestigungselements angepasst ist, das sich über seine Oberseite durch die Montagehalterung erstreckt. Wie bereits erwähnt, sind die Montagehalterungen daher zur Aufnahme von Befestigungselementen angepasst, die durch den Boden des Fahrzeugrahmens nach unten in die Oberseite der Montagehalterung eingeführt werden. Um die Batterieträgeranordnung am Fahrzeugrahmen zu befestigen, genügt es daher, die Oberseiten der Montagehalterungen an den jeweiligen Befestigungsbohrungen des Fahrzeugrahmens auszurichten.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist mindestens ein Teil der Unterseite von der Außenfläche der oberen Abdeckung beabstandet, so dass zwischen der Unterseite und der Außenfläche der oberen Abdeckung ein Raum zur Aufnahme eines Befestigungselements vorgesehen ist. Gemäß dieser Ausführungsform muss das Befestigungselement, das zur Verbindung der Batterieträgeranordnung mit dem Fahrzeugrahmen verwendet wird, nicht in die obere Abdeckung des Batterieträgerrahmens eindringen. Vielmehr wird das Befestigungselement in einem speziellen Raum aufgenommen, der zwischen der Unterseite der Montagehalterungen und der oberen Abdeckung des Batterieträgerrahmens angeordnet ist. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn der Batterieträgerrahmen häufig ausgetauscht werden muss, da dies zu einem Verschleiß der Montagehalterung und nicht der oberen Abdeckung des Batterieträgerrahmens führt, der durch das Anbringen und Lösen der Batterieträgeranordnung am/vom Fahrzeugrahmen über die Montagehalterung im Wesentlichen unberührt bleibt. Es ist zu beachten, dass die Montagehalterungen abnehmbar an der oberen Abdeckung des Batterieträgerrahmens befestigt werden können, wodurch die Montagehalterungen einzeln austauschbare Verschleißteile sind. Dementsprechend ist es in dieser Ausführungsform nur dann erforderlich, die Montagehalterung und nicht größere Teile des Batterierahmens, wie beispielsweise die gesamte obere Abdeckung, zu ersetzen, wenn eine Wartung der Fahrzeugrahmenverbinder erforderlich ist.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist eine Befestigungsmutter im Raum zwischen der Außenfläche der oberen Abdeckung und der Unterseite der Montagehalterung angeordnet. Die Befestigungsmutter kann somit ein weiteres Verschleißteil sein, das einzeln, d. h. ohne Austausch der gesamten Montagehalterung, ausgetauscht werden kann.
In noch einer weiteren Ausführungsform ist die Befestigungsmutter eine schwimmende Mutter, auch bekannt als schwimmende Ankermutter oder schwimmende Käfigmutter. Da solche schwimmenden Muttern eine Befestigungsmutter und einen Käfig umfassen, wird die Befestigungsmutter innerhalb des Käfigs so aufgenommen, dass die Mutter leicht lose ist. Das heißt, die Mutter ist relativ zum Käfig in jede beliebige vorgegebene Richtung beweglich, um Fehlausrichtungen eines entsprechenden Befestigungsstiftes auszugleichen. Es ist zu beachten, dass die Konstruktion der Befestigungsmutter als schwimmende Mutter die Ausrichtung erleichtert und größere Toleranzen bei der Konstruktion der Batterieträgeranordnung ermöglicht, da die schwimmende Mutter Fehlausrichtungen zwischen dem Fahrzeugrahmen und der Batterieträgeranordnung ausgleicht. Natürlich ist es auch möglich, feste Muttern zu verwenden, wie z. B. eine Mutter, die durch Schweißen fest mit der Unterseite der Montagehalterung verbunden ist.
In einer weiteren Ausführungsform umfasst jede Montagehalterung ein Paar Längsträger, die sich unter der Unterseite erstrecken und angepasst sind, um einen Mutternkäfig zur Aufnahme der Befestigungsmutter zu bilden. In diesem Zusammenhang ist die Befestigungsmutter ein fester Bestandteil der Montagehalterung und kann zusammen mit der Montagehalterung ausgetauscht werden, ohne dass die Befestigungsmutter einzeln wieder angebracht werden muss. Der Käfig der Montagehalterung dient vorzugsweise als Verdrehsicherung für die Befestigungsmutter, kann aber auch eine gewisse Translationsbewegung zulassen, wenn diese als schwimmende Mutter ausgeführt ist.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform umfasst der Batterieträgerrahmen eine Vielzahl von Verstärkungselementen, die sich innerhalb des Hohlraums erstrecken, wobei jede Montagehalterung durch die obere Abdeckung abnehmbar mit einem der Verstärkungselemente verbunden ist. Die Verstärkungselemente im Batterieträgerrahmen erhöhen die strukturelle Integrität und können als Kanäle für Kühlflüssigkeiten verwendet werden, um übermäßige Wärme aus den Batteriezellen abzuführen. Gemäß dieser Ausführungsform werden die Verstärkungselemente ferner als Strukturträger für die Befestigung der Montagehalterungen verwendet. Durch die Befestigung der Montagehalterung an den Verstärkungselementen wird sichergestellt, dass die Last des Batterieträgerrahmens auf die Montagehalterung übertragen werden kann, ohne die obere Abdeckung des Batterieträgerrahmens zu beschädigen. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Montagehalterungen gleichzeitig als Mittel zur Befestigung des Batterieträgerrahmens am Fahrzeugrahmen und als Schließmittel, d. h. zur Befestigung der oberen Abdeckung an den übrigen Teilen des Batterieträgerrahmens, verwendet werden können.
Die Montagehalterungen müssen nicht direkt mit ihrem jeweiligen Verstärkungselement verbunden werden, sondern es können sich andere Teile (z. B. Abstandshalter) zwischen den Verstärkungselementen und den Montagehalterungen befinden. Dementsprechend ist in einer weiteren Ausführungsform jede Montagehalterung über ein Abstandshalterelement mit einem der Verstärkungselemente verbunden, wobei jedes Abstandshalterelement zwischen einer Innenfläche der oberen Abdeckung und einer Oberseite des Verstärkungselements angeordnet ist. Das heißt, die Abstandshalterelemente sind vorteilhaft auf den Verstärkungselementen, d. h. zwischen den Verstärkungselementen des Batterieträgerrahmens und einer Innenfläche der oberen Abdeckung, angeordnet. Dementsprechend bilden die Abstandshalterelemente einen Hohlraum zwischen der oberen Abdeckung und den Trägerelementen, der für elektrische Leitungen, Kühlkanäle usw. verwendet werden kann, die sich innerhalb des Batterieträgerrahmens erstrecken.
Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform weist jedes Abstandshalterelement einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt auf. Wie im Folgenden näher beschrieben, kann das U-förmige Abstandshalterelement verwendet werden, um einen freien Raum zwischen der Unterseite der Montagehalterungen und der Außenfläche der oberen Abdeckung zu vergrößern.
Gemäß einer Ausführungsform der U-förmigen Abstandshalterelemente kann jedes Abstandshalterelement einen mit einem der Verstärkungselemente verbundenen Basisabschnitt und Seitenwandbereiche umfassen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Basisabschnitt zwischen dem Verstärkungselement und der Innenfläche der oberen Abdeckung erstrecken. Der Basisabschnitt jedes Abstandshalterelements kann zur Aufnahme von Befestigungselementen verwendet werden, die das Abstandshalterelement abnehmbar an der Oberseite seines jeweiligen Verstärkungselements befestigen. Die Seitenwandbereiche sind so angeordnet, dass sie mit der Innenfläche der oberen Abdeckung in Kontakt stehen und somit zur Aufnahme von Befestigungselementen verwendet werden können, die sich durch die obere Abdeckung in die Seitenwandbereiche des Abstandshalterelements erstrecken, um die Montagehalterungen abnehmbar am Batterieträgerrahmen zu befestigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfassen Abschnitte der oberen Abdeckung, die sich zwischen den Seitenwandbereichen der Abstandshalterelemente erstrecken, eine Aussparung, die sich in Richtung des Basisabschnitts des Abstandshalterelements erstreckt. Wie zuvor beschrieben, kann die besondere Form des Abstandshalterelements verwendet werden, um Teile der oberen Abdeckung von der Unterseite der Montagehalterung wegzubewegen, um den Raum für die Aufnahme des Befestigungselements der Montagehalterung zu vergrößern.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst die Batterieträgeranordnung eine erste und eine zweite Montagehalterung, die an einem ersten Verstärkungselement befestigt sind, und eine dritte und eine vierte Montagehalterung, die an einem zweiten Verstärkungselement befestigt sind, wobei das erste Verstärkungselement in Längsrichtung vom zweiten Verstärkungselement beabstandet ist. Gemäß diesem Aspekt umfasst die Batterieträgeranordnung mindestens vier Montagehalterungen, um eine drehungsfreie Befestigung des Batterieträgerrahmens am Fahrzeugrahmen zu gewährleisten. Die mindestens vier Montagehalterungen können in den Ecken eines quadratischen Teils der oberen Abdeckung angeordnet sein.
In einer weiteren Ausführungsform ist das erste Verstärkungselement in einer hinteren Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet, wobei das zweite Verstärkungselement in einer vorderen Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet ist. Folglich sind die erste und die zweite Montagehalterung in der hinteren Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet, während die dritte und die vierte Montagehalterung in der vorderen Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet sind. Dies führt zu einer besonders stabilen Befestigung der oberen Abdeckung an den übrigen Teilen des Batterieträgerrahmens, was besonders nützlich ist, um zu verhindern, dass sich die obere Abdeckung durch Gasdrücke, die von den Batteriezellen innerhalb des Tragrahmens erzeugt werden, ausbuchtet.
Ein Aspekt der Erfindung bezieht sich ferner auf ein Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug. In einer Ausführungsform umfasst das Fahrzeug einen Fahrzeugrahmen und eine Batterieträgeranordnung, wie vorstehend beschrieben. Die Batterieträgeranordnung ist über die Vielzahl der Montagehalterung abnehmbar am Fahrzeugrahmen befestigt.
In einer weiteren Ausführungsform ist die Batterieträgeranordnung unterhalb des Fahrzeugrahmens über Befestigungselemente befestigt, die sich durch den Fahrzeugrahmen und in die Befestigungswinkel erstrecken. In einem Beispiel können die Befestigungselemente daher von der Innenseite des Fahrzeugs entfernt werden, insbesondere durch Aussparungen im Teppich (oder andere entsprechende Bodenbeläge des Fahrzeugbodens).
Gemäß einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich jedes der Befestigungselemente durch einen Abschnitt eines Mitteltunnels des Fahrzeugrahmens. Dementsprechend können die Befestigungselemente gleichzeitig zur Befestigung des Batterieträgerrahmens und des Mitteltunnels am Fahrzeugrahmen verwendet werden, wodurch die Anzahl der erforderlichen Befestigungselemente reduziert wird.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Befestigung eines Batterierahmens an einem Fahrzeugrahmen vorgesehen, insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug. Das Verfahren umfasst das Positionieren des Batterierahmens relativ zu dem Fahrzeugrahmen und das Befestigen des Batterierahmens an dem Fahrzeugrahmen durch Einführen von Befestigungselementen durch den Fahrzeugrahmen in eine Montagehalterung, die auf einer oberen Abdeckung des Batterierahmens angeordnet ist.
Eine Trägeranordnung für elektrische Speichervorrichtungen für Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeuge, wobei die Trägeranordnung umfasst: einen Batterieträgerrahmen, der eine Grundstruktur und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung der Grundstruktur gegenüberliegt, wobei die Grundstruktur und die obere Abdeckung einen Hohlraum definieren, der zur Aufnahme mindestens einer elektrischen Speichervorrichtung angepasst ist; und mindestens eine Montagehalterung, die auf einer Außenfläche der oberen Abdeckung angeordnet ist, wobei die eine oder die mehreren Montagehalterungen angeordnet sind, um die Verbindung des Trägerrahmens mit einem Fahrzeugrahmen zu ermöglichen, wenn sie in Gebrauch sind.
Im Rahmen dieser Anwendung ist ausdrücklich vorgesehen, dass die verschiedenen Aspekte, Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen, die in den vorstehenden Absätzen, in den Ansprüchen und/oder in der folgenden Beschreibung und den folgenden Zeichnungen dargelegt sind, und insbesondere deren einzelne Merkmale, unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination übernommen werden können. Das heißt, alle Ausführungsformen und/oder Merkmale einer Ausführungsform können in jeder beliebigen Weise und/oder Kombination kombiniert werden, es sei denn, diese Merkmale sind nicht kompatibel. Der Anmelder behält sich das Recht vor, einen ursprünglich eingereichten Anspruch zu ändern oder einen neuen Anspruch entsprechend einzureichen, einschließlich des Rechts, einen ursprünglich eingereichten Anspruch so zu ändern, dass er von einem anderen Anspruch abhängt und/oder ein Merkmal eines anderen Anspruchs aufnimmt, obwohl er ursprünglich nicht auf diese Weise beansprucht wurde.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen der Erfindung werden nun - lediglich beispielhaft - mit Bezug auf die entsprechenden Zeichnungen beschrieben, in denen:

Die 1a und 1b eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einer Batterieträgeranordnung zeigen;
2 einen perspektivischen Querschnitt entlang einer Querrichtung des Bodenabschnitts eines Fahrzeugrahmens und eine Ausführungsform der Batterieträgeranordnung zeigt;
3 einen Querschnitt der in 2 dargestellten Batterieträgeranordnung zeigt;
4 eine vergrößerte Ansicht von Teilen der in 3 dargestellten Batterieträgeranordnung zeigt;
5 ein perspektivischer Querschnitt des unteren Teils des Fahrzeugrahmens und der in 2 dargestellten Batterieträgeranordnung entlang einer Längsrichtung ist; und
6 einen zweidimensionalen Querschnitt der in 2 dargestellten Ausführungsform entlang einer Längsrichtung zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die 1a und 1b zeigen eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 100 (in 1a wurden die Reifen aus Gründen der Übersichtlichkeit weggelassen) mit einer Trägeranordnung für elektrische Speichervorrichtungen, die eine Batterieträgeranordnung 10 ist. Die Batterieträgeranordnung 10 in 1b ist abnehmbar an einem Bodenabschnitt des Fahrzeugrahmens befestigt. Die Batterieträgeranordnung umfasst eine Vielzahl von Montagehalterungen 20, die auf einem Deckel oder einer oberen Abdeckung eines Batterieträgerrahmens 18 angeordnet sind, um die Batterieträgeranordnung 10 mit dem Fahrzeugrahmen zu verbinden, wie im Folgenden näher beschrieben wird.
2 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der die Batterieträgeranordnung 10 abnehmbar mit dem Bodenabschnitt 1 eines Fahrzeugrahmens verbunden ist. Der Bodenabschnitt 1 des Fahrzeugrahmens kann einen Fahrzeugboden 3 und eine Vielzahl von Querträgern 5 umfassen, die sich in einer seitlichen Richtung des Fahrzeugbodens 3 zur Befestigung von Fahrzeugsitzen erstrecken (nicht dargestellt). Ein Mitteltunnel 7 kann sich entlang einer Längsrichtung des Fahrzeugbodens 3 erstrecken und ist vorzugsweise über eine Vielzahl von Befestigungselementen 8 an einer Oberseite desselben befestigt.
Die Batterieträgeranordnung 10 ist über Montagehalterungen an einer Unterseite des Fahrzeugbodens 3 befestigt, die im Folgenden anhand der 3 bis 6 näher beschrieben werden.
3 zeigt einen perspektivischen Querschnitt der Batterieträgeranordnung 10 gemäß der Ausführungsform von 2, die vom Fahrzeugboden 3 getrennt ist. Die Batterieträgeranordnung 10 umfasst einen Batterieträgerrahmen mit einer Grundstruktur 11 und einer von der Grundstruktur 11 beabstandeten oberen Abdeckung 12. Die obere Abdeckung 12 ist im Wesentlichen parallel zur Grundstruktur 11 angeordnet. Zwischen der Grundstruktur 11 und der oberen Abdeckung 12 erstreckt sich eine Seitenwand 14. Insbesondere erstreckt sich die Seitenwand 14 entlang des äußeren Umfangs des Batterieträgerrahmens. Im Inneren des Batterieträgerrahmens ist ein Hohlraum 15 ausgebildet. Der Hohlraum 15 ist zwischen der Grundstruktur 11, der oberen Abdeckung 12 und der Seitenwand 14 des Trägerrahmens ausgebildet. Eine Außenfläche 111 der Grundstruktur 11 ist angepasst, um auf eine Fahrfläche 101 (z. B. eine Fahrbahnoberfläche, die in 3 nicht dargestellt ist) ausgerichtet zu werden, wenn die Batterieträgeranordnung 10 am Fahrzeugrahmen befestigt ist.
Wie im Folgenden unter Bezugnahme auf die 5 und 6 näher beschrieben, ist der Batterieträgerrahmen so angepasst, dass er eine Vielzahl von elektrischen Speichervorrichtungen oder Batteriezellen in einem Fahrzeug trägt. Dementsprechend ist die Grundstruktur 11 des Batterieträgerrahmens konfiguriert, um das Gewicht der benötigten Batteriezellen zu tragen. Die Batteriezellen werden innerhalb des Hohlraums 15 aufgenommen und können innerhalb einer Vielzahl von Abteilungen angeordnet sein, die durch eine oder mehrere Verstärkungsstrukturen 17 getrennt sind. Jede der Grundstrukturen 11, die obere Abdeckung 12 und/oder die Seitenwand 14 kann einen oder mehrere Kühlkanäle zum Leiten einer Kühlflüssigkeit um die Batteriezellen herum aufweisen, um eine übermäßige Wärmeentwicklung innerhalb der Batterieträgeranordnung zu verhindern.
Die Abdeckung 12 des Batterieträgerrahmens weist eine dem Hohlraum 15 des Trägerrahmens zugewandte Innenfläche 122 und eine dem Hohlraum 15 abgewandte Außenfläche 121 auf. Auf der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 sind mehrere Montagehalterungen angeordnet. In der in 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Batterieträgeranordnung 10 vier Montagehalterungen 20a, 20b, 20c und 20d, die angepasst sind, um den Batterieträgerrahmen während des Gebrauchs abnehmbar mit einem Fahrzeugrahmen zu verbinden.
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht der Montagehalterung 20d, die abnehmbar an der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 befestigt ist. Es versteht sich, dass die verbleibenden Montagehalterungen 20a, 20b und 20c im Wesentlichen identisch sind mit der in 4 dargestellten und mit Bezugnahme darauf beschriebenen Montagehalterung 20d. Die Montagehalterung 20d ist in 4 in einem seitlichen Querschnitt dargestellt und umfasst einen ersten Flanschabschnitt 21 und einen zweiten Flanschabschnitt 22. Ein Brückenabschnitt 23 erstreckt sich zwischen dem ersten und zweiten Flanschabschnitt 21 und 22. Die Montagehalterung 20d umfasst eine Oberseite 25 und eine gegenüberliegende Unterseite 27. Die Unterseite 27 ist der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 zugewandt.
Wie aus der Ausführungsform in 4 ersichtlich, steht die Unterseite 27 der Flanschabschnitte 21 und 22 im montierten Zustand der Montagehalterung 20d mit der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 in Kontakt. Im Gegensatz dazu ist die Unterseite 27 des Brückenabschnitts 23 von der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 beabstandet. Zu diesem Zweck umfasst die Montagehalterung 20d einen ersten und einen zweiten Verbinderabschnitt 28 und 29. Der erste und der zweite Verbindungsabschnitt 28 und 29 erstrecken sich von der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 weg und verbinden den Brückenabschnitt 23 mit dem ersten bzw. dem zweiten Flanschabschnitt 21 und 22. Im Einzelnen verbindet der erste Verbindungsabschnitt 28 den Brückenabschnitt 23 mit dem ersten Flanschabschnitt 21, so dass der Brückenabschnitt 23 von der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung und vom ersten Flanschabschnitt 21 beabstandet ist. Der zweite Verbinderabschnitt 29 wiederum verbindet den Brückenabschnitt 23 mit dem zweiten Flanschabschnitt 22, so dass der Brückenabschnitt 23 auch vom zweiten Flanschabschnitt 22 in einer Richtung weg von der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 beabstandet ist. Der erste und zweite Verbindungsabschnitt erstrecken sich im Wesentlichen senkrecht zum Brückenabschnitt 23 und zu ihrem jeweiligen Flanschabschnitt 21, 22.
Die Unterseite 27 der Montagehalterung 20d ist von der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 zumindest entlang des Brückenabschnitts 23 beabstandet. Infolgedessen wird ein Raum 30 zwischen der Unterseite 27 des Brückenabschnitts 23 und der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 gebildet. Wie aus 4 weiter ableitbar, ist der Raum 30 zur Aufnahme eines Befestigungselements 40 zur Befestigung der Montagehalterung 20d und damit der Batterieträgeranordnung am Fahrzeugboden 3 angepasst. Zu diesem Zweck umfasst die in 4 dargestellte Ausführungsform ferner eine im Raum 30 angeordnete Befestigungsmutter 42. Die Befestigungsmutter 42 sichert das Befestigungselement 40, wie beispielsweise den abgebildeten Befestigungsbolzen, zur sicheren Befestigung der Batterieträgeranordnung 10 am Fahrzeugrahmen.
In der in 4 dargestellten Ausführungsform erstreckt sich das Befestigungselement 40 nach unten durch einen Flanschabschnitt des Mitteltunnels 7, ein Dichtungselement 9 und den Fahrzeugboden 3 und schließlich über eine Öffnung 24 der Montagehalterung 20d in die Mutter 42. Gemäß dieser Ausführungsform wirkt das Befestigungselement 40 als eines der in 2 dargestellten Befestigungselemente 8, das zur Befestigung des Mitteltunnels 7 am Fahrzeugboden 3 dient und gleichzeitig die Batterieträgeranordnung 10 mit dem Boden 3 des Fahrzeugrahmens verbindet.
Aus der Darstellung in 4 ist ersichtlich, dass die Montagehalterungen 20a, 20b, 20c und 20d abnehmbar auf der Außenfläche 121 der oberen Abdeckung 12 angeordnet sind. Gemäß dieser Ausführungsform ist jede Montagehalterung 20a, 20b, 20c und 20d mit einem der Verstärkungselemente 17 verbunden, die sich innerhalb des Hohlraums 15 des Fahrzeugträgerrahmens erstrecken. Zu diesem Zweck ist die in 4 dargestellte Montagehalterung 20d über ein Abstandshalterelement 50, das zwischen der Innenfläche 122 der oberen Abdeckung 12 und einer Oberseite 171 des Verstärkungselements 17 angeordnet ist, abnehmbar am Verstärkungselement 17 befestigt. Die Montagehalterung 20d umfasst jeweils an dem ersten und dem zweiten Flanschabschnitt 21, 22 Befestigungslöcher, die konfiguriert sind, um Befestigungselemente 51 und 52 aufzunehmen, die sich durch die obere Abdeckung 12 des Batterieträgerrahmens in die Seitenwände 54 des Abstandshalterelements 50 erstrecken. Mit anderen Worten: Die Montagehalterung 20d ist abnehmbar mit dem Abstandshalterelement 50 verbunden, das wiederum über ein weiteres Paar Befestigungselemente 56, das sich durch einen Basisabschnitt 55 des Abstandshalterelements 50 erstreckt, abnehmbar mit dem Verstärkungselement 17 verbunden ist. Die Montagehalterung 20d ist über das Abstandshalterelement 50 so mit dem Verstärkungselement 17 verbunden, dass das Gewicht des Batterierahmens durch das Verstärkungselement 17 getragen wird. Daher versteht es sich, dass das Gewicht der Batterieträgeranordnung 10 als solches nicht von der oberen Abdeckung 12, sondern vom Verstärkungselement 17 zusammen mit dem Abstandshalterelement 50 und der Montagehalterung 20d getragen wird.
Das Abstandshalterelement 50 in der Ausführungsform von 4 weist ferner einen U-förmigen Querschnitt auf. Das U-förmige Abstandshalterelement umfasst einen Basisabschnitt 55, der mit der Oberseite 171 des Verstärkungselements 17 verbunden ist, und Seitenwandbereiche 54, die sich im Wesentlichen senkrecht zum Basisabschnitt 55, d. h. von der Oberseite 171 des Verstärkungselements 17 weg erstrecken. Als Folge des U-förmigen Querschnitts des Abstandshalterelements 50 bildet sich zwischen den Seitenwänden 54, dem Basisabschnitt 55 des Abstandshalterelements 50 und der Innenfläche 122 der oberen Abdeckung 12 ein Hohlraum 60. Der Hohlraum 60 bietet somit einen Freiraum zwischen den Seitenwänden 54 des Abstandshalterelements 50, in den sich ein vertiefter Abschnitt der oberen Abdeckung 12 erstreckt, um den Hohlraum 30 zur Aufnahme des Befestigungselements 40 zu vergrößern.
Die 5 und 6 zeigen einen Längsschnitt durch die Batterieträgeranordnung und den Fahrzeugrahmen von 2. Wie bereits erwähnt, kann der Batterieträgerrahmen mehrere Fächer 61, 62, 63 zum Halten einer Vielzahl von Batteriezellen umfassen. Die Fächer 61, 62 und 63 sind durch Verstärkungselemente 17 getrennt, die sich in einer im Wesentlichen seitlichen Richtung des Batterieträgerrahmens erstrecken. Wie dargestellt, sind die seitlichen Verstärkungselemente 17 direkt mit der Grundstruktur 11 des Batterieträgerrahmens verbunden und verbinden sich über das zuvor genannte Abstandshalterelement 50 mit einer Innenfläche der oberen Abdeckung 12.
In der Ausführungsform der 5 und 6 ist die Befestigungsmutter 42 als schwimmende Mutter ausgebildet. Wie dargestellt, umfasst die Montagehalterung 20c ein Paar Längsträger 26a und 26b, die sich unter der Unterseite 23 der Montagehalterung erstrecken und angepasst sind, um einen Mutternkäfig zur Aufnahme der Befestigungsmutter 42 zu bilden. Die Längsträger 26a und 26b sind so konstruiert, dass sie sich um und unter einen Flanschabschnitt der Befestigungsmutter 42 erstrecken, um diese in Längs- und Vertikalrichtung des Batterieträgerrahmens zu halten. Der Mutternkäfig der Montagehalterung 20c ist eingerichtet, um die Befestigungsmutter 42 mit etwas Spiel zu halten, damit sich die Befestigungsmutter 42 leicht in Längs- und/oder Vertikalrichtung bewegen kann.
In der veranschaulichten Ausführungsform wird die Bewegung der Befestigungsmutter 42 in Querrichtung des Batterieträgerrahmens beispielsweise durch die in 4 dargestellten Verbindungsabschnitte 28 und 29 eingeschränkt. Dementsprechend kann sich die Befestigungsmutter 42 in einem Käfig, der aus den Längsträgern 26a, 26b und den Verbindungsabschnitten 28, 29 besteht, bis zu einem gewissen Grad bewegen, um eine Fehlausrichtung zwischen den Befestigungselementen 40 und den Montagehalterungen 20a bis 20d auszugleichen.
In einer alternativen Ausführungsform können die Montagehalterungen vier Längsträger umfassen, die sich unter der Unterseite der Montagehalterung erstrecken, um einen im Wesentlichen quaderförmigen Käfig zu bilden. Die vier Längsträger können dann die Befestigungsmutter in Längs-, Quer- und Vertikalrichtung halten. Mit anderen Worten: Die vier Längsträger der Montagehalterungen können einen Käfig mit schwimmender Mutter bilden, ohne die Verbindungsabschnitte als Seitenanschläge zu nutzen. In einer weiteren Alternative könnte die Befestigungsmutter auch an der Unterseite der jeweiligen Montagehalterung durch Anschweißen der Befestigungsmutter befestigt werden.

Claims

Batterieträgeranordnung für elektrische oder hybride Elektrofahrzeuge, wobei die Trägeranordnung umfasst: einen Batterietragrahmen, der eine Grundstruktur und eine obere Abdeckung umfasst, wobei die obere Abdeckung der Grundstruktur gegenüberliegt, worin die Grundstruktur und die obere Abdeckung einen Hohlraum definieren, der zur Aufnahme mindestens einer Batteriezelle angeordnet ist; und mindestens eine Montagehalterung, die auf einer Außenfläche der oberen Abdeckung angeordnet ist, wobei die eine oder die mehreren Montagehalterungen so angepasst sind, dass sie eine Verbindung des Batterieträgerrahmens mit einem Fahrzeugrahmen ermöglichen, wenn sie in Gebrauch sind.
Batterieträgeranordnung nach Anspruch 1, worin die oder jede Montagehalterung eine Oberseite und eine gegenüberliegende Unterseite umfasst, wobei die Unterseite zur Außenfläche der Oberseite der Abdeckung des Batterieträgerrahmens zeigt, und worin die oder jede Montagehalterung geeignet ist, ein Befestigungselement aufzunehmen, das sich über seine Oberseite durch die Montagehalterung erstreckt.
Batterieträgeranordnung nach Anspruch 2, wobei mindestens ein Abschnitt der Unterseite von der Außenfläche der oberen Abdeckung beabstandet ist, so dass zwischen der Unterseite und der Außenfläche der oberen Abdeckung ein Raum zur Aufnahme eines Befestigungselements vorgesehen ist.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 3, wobei eine Befestigungsmutter im Raum zwischen der Außenfläche der oberen Abdeckung und der Unterseite der Montagehalterung angeordnet ist.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 4, wobei die Befestigungsmutter eine schwimmende Mutter ist.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 4 oder 5, wobei die oder jede Montagehalterung ein Paar von Längsträgern umfasst, die sich unter der Unterseite erstrecken und geeignet sind, einen Mutternkäfig zur Aufnahme der Befestigungsmutter zu bilden.
Die Batterieträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Batterieträgerrahmen ein oder mehrere Verstärkungselemente umfasst, die sich innerhalb des Hohlraums erstrecken, und wobei die oder jeder Befestigungswinkel abnehmbar mit einem Verstärkungselement durch die obere Abdeckung verbunden ist.
Batterieträgeranordnung nach Anspruch 7, wobei die oder jeder Montagewinkel über ein Abstandshalterelement mit einem Verstärkungselement verbunden ist, wobei jedes Abstandshalterelement zwischen einer Innenfläche der oberen Abdeckung und einer Oberseite des Verstärkungselements angeordnet ist.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 8, wobei jedes Abstandhalterelement einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 9, worin das oder jedes Abstandhalterelement einen mit einem Verstärkungselement verbundenen Basisabschnitt und Seitenwandabschnitte umfasst, die sich im Wesentlichen senkrecht zu dem Basisabschnitt zwischen dem Verstärkungselement und der Innenfläche der oberen Abdeckung erstrecken.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 10, wobei die oder jede Montagehalterung lösbar mit den Seitenwandabschnitten ihres Abstandhalterelements mittels Befestigungselementen verbunden ist, die sich durch die obere Abdeckung erstrecken.
Die Batterieträgeranordnung nach Anspruch 10 oder 11, wobei ein oder mehrere Abschnitte der oberen Abdeckung, die sich zwischen den Seitenwandabschnitten der Abstandhalterelemente erstrecken, eine Aussparung aufweisen, die sich zum Basisabschnitt eines Abstandhalterelements erstreckt.
Die Batterieträgeranordnung nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei die Batterieträgeranordnung erste und zweite Montagewinkel umfasst, die an einem ersten Verstärkungselement befestigt sind, und dritte und vierte Montagewinkel, die an einem zweiten Verstärkungselement befestigt sind, wobei das erste Verstärkungselement in Längsrichtung von dem zweiten Verstärkungselement beabstandet ist.
Batterieträgeranordnung nach Anspruch 13, wobei das erste Verstärkungselement in einer hinteren Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet ist, und wobei das zweite Verstärkungselement in einer vorderen Hälfte der Batterieträgeranordnung angeordnet ist.
Die Kombination der Batterieträgeranordnung eines vorangegangenen Anspruchs und mindestens einer Batteriezelle im Hohlraum.
Elektrisches oder hybrides Elektrofahrzeug, umfassend einen Fahrzeugrahmen und eine Batterieträgeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Batterieträgeranordnung abnehmbar am Fahrzeugrahmen durch die oder jede Halterung befestigt ist.
Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug, umfassend die Kombination der Batterieträgeranordnung nach Anspruch 15, wobei die Batterieträgeranordnung abnehmbar am Fahrzeugrahmen durch die oder jede Halterung befestigt ist.
Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 16 oder Anspruch 17, wobei die Batterieträgeranordnung unterhalb des Fahrzeugrahmens über ein oder mehrere Befestigungselemente befestigt ist, die sich durch den Fahrzeugrahmen und in die oder jede Halterung erstrecken.
das elektrische oder hybride elektrische Fahrzeug nach Anspruch 18, wobei sich die oder jedes Befestigungselement durch eine Bodenplatte des Fahrzeugrahmens erstreckt.
Elektro- oder Hybrid-Elektrofahrzeug nach Anspruch 18, wobei sich jedes der oder jedes Befestigungselemente durch einen Abschnitt eines Mitteltunnels des Fahrzeugrahmens erstreckt.
Verfahren zur Befestigung eines Batterierahmens an einem Fahrzeugrahmen eines elektrischen oder hybriden elektrischen Fahrzeugs, wobei das Verfahren umfasst: Positionieren des Batterierahmens in Bezug auf den Fahrzeugrahmen; und Befestigen des Batterierahmens am Fahrzeugrahmen durch Einführen von Befestigungselementen durch den Fahrzeugrahmen in eine Montagehalterung, die auf einer oberen Abdeckung des Batterierahmens angeordnet ist.