EP3811435A1 - Batteriekasten mit verstärkungselement - Google Patents

Batteriekasten mit verstärkungselement

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Publication number
EP3811435A1
EP3811435A1 EP19756116.0A EP19756116A EP3811435A1 EP 3811435 A1 EP3811435 A1 EP 3811435A1 EP 19756116 A EP19756116 A EP 19756116A EP 3811435 A1 EP3811435 A1 EP 3811435A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery box
battery
reinforcing element
motor vehicle
profile segment
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19756116.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Werner Schmidt
Alexander ZEISER-RASUMAK
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Linde and Wiemann SE and Co KG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Linde and Wiemann SE and Co KG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG, Linde and Wiemann SE and Co KG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Publication of EP3811435A1 publication Critical patent/EP3811435A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to a battery box with a reinforcing element according to the preamble of claim 1.
  • batteries electrical energy stores
  • battery cells can be formed by rechargeable secondary cells, which are usually called
  • the individual cells of the electrical energy store are electrically connected to one another to form the so-called battery with the intended operating voltage and energy capacity.
  • Battery boxes in which the individual battery cells are accommodated are provided for large series production. Each individual battery cell is mechanically connected to the battery box to prevent slipping during operation.
  • the battery box is particularly intended for installation or attachment in or on a motor vehicle, for example a passenger car or a truck, in particular in the floor area.
  • the battery box serves as a modular assembly that simplifies the series production of a vehicle.
  • the battery box protects the
  • the battery cells can be screwed to the battery box within the battery box.
  • connecting elements which are called screw nodes, screw points, screw domes or screw blocks, can be connected to a base plate of the battery box.
  • the individual battery cells are then screwed to the connecting elements.
  • the bottom plate of the battery box also serves to seal the
  • the floor pan is usually made closed, and the aforementioned connecting elements are joined to the inside of the floor pan.
  • a generic battery box for vehicle batteries is known from DE 10 2016 1 15 037 A1. There are many such battery boxes
  • Battery box in particular as a barrier for crash loads acting from the side and from below.
  • the frame can forward the crash loads in support structures that are located inside or under the battery compartment. In the event of a lateral crash, however, the lowest possible intrusion of the frame into the interior of the battery case should be achieved in order not to damage the battery elements.
  • the battery box or its frame should take up as little installation space as possible and the inside of the housing should be as little as possible
  • Support structures can be arranged, which is a conflict of objectives with the crash request.
  • a battery case with lateral reinforcement is known from DE 10 2016 1 15 037 A1.
  • the battery box has a side wall construction with a box profile forming an inner region, which at least partially has side walls of the battery box. Furthermore, a separate reinforcement structure is provided for the lateral reinforcement of the battery box.
  • Known interior forming box which at least partially provides side walls of the battery holder and at least a first cover and
  • the battery receptacle has at least a first bottom.
  • the battery receptacle also provides one or more longitudinal stiffening elements and one or more transverse stiffening elements in its interior, which form compartments for the battery elements.
  • DE 10 2008 059 972 A1 discloses a battery with a plurality of individual cells connected in series and / or in parallel with one another and a cooling plate arranged on the pole side of the individual cells.
  • the individual cells are arranged in a battery housing with a housing cover in such a way that a free space is formed between an underside of the individual cells and a bottom of the battery housing.
  • a plurality of support elements each arranged between and / or under the individual cells protrude into this free space.
  • DE 10 2014 224 545 A1 relates to a memory cell assembly for a
  • the housing also has an outer side member, which is used to absorb a lateral collision load, in particular plastic
  • the memory cells are clamped by means of a pressure plate which extends essentially parallel to the longitudinal member. Furthermore, a side member support body is arranged in a space between the pressure plate and the side member, on which the side member in the case of plastic
  • An arrangement of at least one is also from DE 10 2010 050 826 A1
  • the housing also has a
  • Energy absorption area which is designed to be deformable in the event of a collision for energy absorption.
  • DE 10 2010 030 535 A1 discloses a motor vehicle with a side sill, which has at least one inner shell and one outer shell which are connected to one another on two flanges running in the longitudinal direction of the vehicle and which, seen in cross section, enclose a cavity therebetween. At least one energy absorber is arranged in the cavity.
  • Motor vehicle which contains an insert which has a stepped honeycomb structure which is intended to reduce the extent of penetration in the direction of a battery pack.
  • a carrier which contains a first plate and a second plate, which defines a cavity in connection with the first plate.
  • An insert is mounted within the cavity, which has an outer section with a bending stiffness S1 adjacent to the first sheet.
  • the insert also has an inner portion with a bending stiffness S2 greater than S1, with the beam progressively collapsing in response to an impact on the first sheet.
  • Frame profile are added, which can be optimized for load handling in the event of a crash.
  • Extruded frame profiles of battery boxes are often provided with ribs that are positioned and dimensioned for load bearing. These composite steel profiles often create narrow gaps between the sub-profiles. These are susceptible to crevice corrosion.
  • electric vehicles can be provided with a battery which is fixed to the underbody, in particular between a main tunnel and the sill arrangement on both sides of the vehicle, and which has an electric battery
  • Acceleration peak caused especially if the acceleration peak is of longer duration. If the rocker assembly is too rigid, acceleration of the battery pack caused by a side impact can produce a longer peak of significant duration and can damage the internal battery connections
  • structural components can be installed on the motor vehicle, which consist of an at least partially hollow profile segment and which have a plurality of fastening means on the
  • Motor vehicle body are attached. These structural components form, among other things, the part of crash structures which ensure the stability of the motor vehicle in the event of an accident and which are intended to prevent the effects of an impact from motor vehicle components hidden in the vehicle.
  • Structural components of this type deform in the event of an impact by the kinetic energy which acts on the motor vehicle in the event of an impact
  • the term “profile” is to be understood here in such a way that the profile can be a one-part as well as preferably multi-part profile, for example can have one or more sections per battery case side.
  • the object of the present invention is to create a battery box for a motor vehicle, the energy absorption capacity of which is further improved in the event of a collision, taking into account a low weight.
  • the invention provides a battery case for a motor vehicle for receiving battery cells, with a structural frame with at least two structural components joined together at the ends. Each structural component has at least one partially hollow profile segment which is essentially L-shaped in cross section. At least one reinforcing element for absorbing impact energy in the event of an impact is arranged within at least one of the profile segments.
  • the reinforcing element is a molded part with a plurality of open cells which are adjacent to one another and are arranged essentially parallel to one another with their longitudinal extension.
  • the open cells are with their
  • These structural reinforcements through the reinforcing elements are suitable to withstand transverse forces, for example in the event of side crashes, such as a pole impact.
  • the reinforcing element can preferably completely fill the cavity of the battery box at least in the transverse direction of the vehicle, so that particularly effective protection of the battery is ensured in the event of an impact.
  • Structural component achieved, which causes a locally occurring accident, ie an intrusion, to be distributed over a greater length of the structural component by means of the reinforcing element.
  • the force introduced by the impact is transmitted to these reinforcing elements, so that they are deformed within the profile segment and thereby apply additional deformation energy, so that at least part of the impact energy is absorbed thereby.
  • the battery case experiences a deformation in the transverse direction, ie in the direction of the vehicle transverse direction, due to a side impact.
  • a pile impact a certain limitation of its deformation, so that a deformation of the reinforcing element is favored in itself and thus further by compressing the reinforcing element
  • Collision energy can be reduced before the profile segment or parts of the battery case penetrates into the battery cells.
  • Energy absorption capacity of the battery box can be increased without the battery cells in the battery box being damaged during the lateral collision load.
  • a plurality of open cells are arranged adjacent to one another and with their longitudinal extension essentially parallel to one another, the open cells with their longitudinal extension essentially parallel to one another in the assembled state of the battery box in the motor vehicle
  • Vehicle transverse direction are aligned. These open cells have the shortest possible support on the outer walls of the profile. This is because the area of the necessary joining gaps is reduced as much as possible to the width of the weld seam plus a joining tolerance, so that undesired gap corrosion can be largely avoided.
  • the reinforcement element In the event of a side impact, the reinforcement element is deformed in a targeted manner by compressing the open cells. For this reason
  • the open cells are designed as honeycomb chambers with a polygonal or hexagonal cross section. To minimize the risk of crevice corrosion, the
  • honeycomb structure with transverse chambers used.
  • the honeycomb structure means that there are fewer areas in the component that are susceptible to crevice corrosion. Because of the few gaps that occur between sheet metal sections, the risk of crevice corrosion decreases compared to large areas lying on top of one another
  • the reinforcing element has a relatively low weight and can also absorb very high forces.
  • the longitudinal extent of the honeycomb chambers essentially corresponds to that
  • the structure of the honeycomb chambers can be designed in such a way that it can be deliberately compressed from a defined limit load. This can be achieved by a suitable choice of the size of the honeycombs, the wall thicknesses between the individual honeycombs and the material used for the reinforcing element. The amount of energy absorbed can also be specifically determined in this way.
  • the high section modulus of the reinforcing element that can be represented in this way therefore enables comparatively smaller wall thicknesses and thus overall weight optimization. It is also important that the reinforcement elements are well connected to the side frame of the battery box and thus form a so-called “crash box”. It is also important that the structural components have no unnecessary interruptions in their course, such as holes or strong notches, which would lead to a weakening of the component. This must be taken into account when laying the media lines, such as cables, lines or cooling ducts during assembly.
  • the open cells have a wave-shaped or meandering cross-sectional shape or alternatively are formed by adjacent and essentially parallel tubes, so that even with these alternative configurations, high protection of the battery cells with a simultaneous reduction in the risk of the formation of crevice corrosion is given.
  • Open cells designed in this way are also sufficiently stiff with a relatively low weight in order to bring about the most complete possible deformation of the profile segment with the reinforcing element in the transverse direction by compressing the cellular network in the event of a side crash.
  • the reinforcing element is provided in the horizontal and / or in the vertical region of the L-shaped profile segment.
  • the transverse reinforcements can be positioned in the vertical, horizontal or in both areas of the L-profile.
  • the vertical area of the L-profile forms the height of the battery box from the floor to the lid, the horizontal area usually takes up the screw positions to the vehicle sill.
  • Reinforcement element in the assembled state of the battery box in the motor vehicle is non-positively and / or positively fastened in the profile segment, in particular welded. This has the advantage that any vibrations and noises caused thereby can be successfully reduced or avoided during regular operation.
  • the profile segment is attached to the fastening element, in particular arranged in a fastening section
  • the battery cells can be screwed to the battery box within the battery box.
  • connecting elements that include Screw knots, screw points,
  • Screw domes or screw blocks are called, are connected to a base plate of the battery box. The individual battery cells are then screwed to the connecting elements.
  • fastening points for connecting the profile segment to the vehicle sill are provided in the horizontal state of the L-shaped profile segment in the assembled state.
  • the profile segment fulfills a double function.
  • Reinforcing element essentially made of cold-worked, high-strength steel, preferably up to a quality of more than 1,500 MPa.
  • the reinforcing element can generally be roll-formed or stamped and, if necessary, is coated with zinc for corrosion protection. It can also be provided that the reinforcing element 4 is melt hardened. It can also
  • the reinforcing element is quench-hardened. It is also conceivable that the L-shaped profile segment with reinforcing element is produced in a rolling process, in particular that the rolling direction will run in the direction of the longitudinal extent of the open cells.
  • Figure 1 shows a battery box in a perspective view with L-shaped
  • Figure 2 is a perspective view of a profile segment
  • FIG. 3 shows a side sectional view according to FIG. 2
  • Figure 4 is a perspective view of a profile segment
  • FIG. 5 shows a side sectional view according to FIG. 4.
  • Fig. 1 is a battery box 10 for a motor vehicle for receiving
  • a structural frame 1 is in the present
  • Structural components 2 are formed, each structural component 2 having at least one partially hollow profile segment 3 which is essentially L-shaped in cross section. Of course, other profile shapes also fall within the scope of the invention.
  • the battery box 10 is usually arranged below a passenger compartment between the front and rear axles of a motor vehicle with an electric drive.
  • the battery cells 15 are used to store electrical energy for the electrical drive of the motor vehicle.
  • the profile segment 3 has a fastening section 11 for screwing the structural component 1 or the battery box 10 to the motor vehicle body by means of fastening means 12.
  • the horizontal region 8 of the L-shaped profile segment 3 can be used to fasten the battery box 10 on
  • Vehicle sill 5 is provided in the assembled state in the horizontal region 8 of the L-shaped profile segment 3.
  • FIG. 1 schematically shows a pile test body 14, which is intended to symbolize an obstacle to a side impact.
  • a reinforcing element 4 for absorbing impact energy, in particular in the event of a side impact, is arranged within at least one of the profile segments 3.
  • the reinforcing element 4 is a molded part with a plurality of open cells 13. These open cells 13 are adjacent to one another and are arranged with their longitudinal extension essentially parallel to one another in the profile segment 3.
  • the reinforcing element 4 with the open cells 13 is provided in the assembled state in the vertical region 9 of the L-shaped profile segment 3.
  • 4 shows an embodiment in which the open cells 13 in the horizontal region of the L-shaped profile segment 3 are arranged.
  • the open cells can also be provided in the horizontal region 8 as well as in the vertical region 9 of the L-shaped one
  • Profile segments 3 are arranged.
  • the open cells 1 3 are essentially parallel to one another with their longitudinal extent
  • Vehicle transverse direction aligned This is the case both when the open cells 13 are arranged in the horizontal region 8 of the profile segment 3 and when the open cells 13 are arranged in the vertical region 9 of the profile segment 3 or, of course, in both regions 8, 9.
  • the open cells 13 are designed as honeycomb chambers 6 with a polygonal or hexagonal cross section.
  • the honeycomb structure means that there are fewer areas in the component that are susceptible to crevice corrosion. The risk of crevice corrosion is reduced due to the small number of gaps between sheet metal sections.
  • the reinforcing element 4 has a relatively low weight and can also absorb very high forces.
  • the longitudinal extent of the honeycomb chambers 6 essentially corresponds to that
  • the structure of the honeycomb chambers 6 is designed such that it can be deliberately compressed from a defined limit load. This can be achieved by a suitable choice of the size of the honeycombs, the wall thicknesses between the individual honeycombs and the material used for the reinforcing element 4. The amount of energy absorbed can also be specifically determined in this way.
  • Dimensioning of the honeycomb structure in its width, height, length and wall thickness as well as the outer skin of the L-shaped profile segment can are preferably optimized in an iterative calculation process. It is also conceivable that an optimal solution is generated by specifying the boundary conditions of individual parameters by means of a computer-aided calculation process.
  • the open cells 13 are wave-shaped or meandering
  • Tubes aligned essentially parallel to one another are formed.
  • the reinforcing element 4 is connected to the
  • the reinforcing element 4 has a
  • Clamping connection is held in a clamping area within the horizontal 8 and / or vertical area 9 of the L-profile.
  • the horizontal region 8 of the profile segment is first deformed and then, depending on whether the reinforcement element 4 is arranged in the horizontal region 8 or vertical region 9 or in both regions 8, 9, it is applied to the reinforcement element 4 acting force transmitted practically over the entire length of the battery box 10 in the direction of the longitudinal extent on the profile segment 3.
  • the distribution of the force on the one hand supports the reinforcing element 4 at a plurality of points along the longitudinal direction of the profile segment 3.
  • the structural component 1 can also be deformed in a larger region of the profile segment 3 along the longitudinal direction, since a plurality of fastening means 12 when the reinforcing element 4 is displaced can be moved within the profile segment 3 and thus perform deformation work.
  • the function of the reinforcement structure is essentially based on the fact that the reinforcement element 4 in the form of the open cells 1 3 is supported on the profile segment 3, there in the horizontal 8 and / or vertical region 9, so that local impingement, for example of a pile Test body 14 distributed over a larger area of the structural frame 1.
  • a pile Test body 14 distributed over a larger area of the structural frame 1.
  • the reinforcing element 4 can preferably the cavity of the battery box 1 0 at least in
  • Structural component 1 reached, which causes a locally occurring
  • Structural profile 1 or the battery box 10 to provide a reinforcement profile in the form of the reinforcement element 4, which can act where an impact takes place.
  • the reinforcing element can be used in both the longitudinal and
  • Transverse region of a structural frame 1 may be provided and is mainly made of high-strength steel.
  • the reinforcing element 4 is essentially made of cold-worked, high-strength steel, preferably up to a quality of more than 1500 MPa.
  • the reinforcing element can generally be roll-formed or stamped and, if necessary, is coated with zinc for corrosion protection. It can also be provided that the reinforcing element 4 is quench-hardened.
  • the structural frame 1 can be part of a battery box 10, which is indicated in FIG. 1.
  • the battery box 10 can also have a cover which rests on the structural frame 1 and is sealed by a seal.

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Batteriekasten für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von Batteriezellen mit einem Strukturrahmen mit wenigstens zwei endseitig aneinander gefügten Strukturbauteilen. Jedes Strukturbauteil weist wenigstens ein teilweise hohl ausgebildetes und im Querschnitt im Wesentlichen L-förmiges Profilsegment auf. Innerhalb wenigstens eines der Profilsegmente ist ein Verstärkungselement zur Aufnahme von Aufprallenergie bei einem Aufprall angeordnet. Das Verstärkungselement ist ein Formteil mit einer Mehrzahl von offenen Zellen, die aneinander angrenzend und mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Im montierten Zustand des Batteriekastens im Kraftfahrzeug sind die offenen Zellen mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.

Description

Bezeichnung: Batteriekasten mit Verstärkungselement
Die Erfindung betrifft einen Batteriekasten mit Verstärkungselement nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 .
Bekannte Elektrofahrzeuge weisen als elektrische Energiespeicher verwendete Einheiten auf, nachfolgend als Batterien bezeichnet. Diese sind bei einem modularen Aufbau oftmals in einzelne, separate Zellen gegliedert, nachfolgend als Batteriezellen bezeichnet. Beispielsweise können derartige Batteriezellen durch wiederaufladbare Sekundärzellen gebildet sein, die man in der Regel als
Akkumulator bezeichnet. Die einzelnen Zellen des elektrischen Energiespeichers werden elektrisch miteinander zur sogenannten Batterie mit der vorgesehenen Betriebsspannung und Energiekapazität verschaltet.
Für die Großserienproduktion werden Batteriekästen vorgesehen, in welchen die einzelnen Batteriezellen aufgenommen sind. Jede einzelne Batteriezelle wird mit dem Batteriekasten mechanisch verbunden, um ein Verrutschen während des Betriebes zu verhindern. Der Batteriekasten ist insbesondere zum Einbau oder Anbau in bzw. an ein Kraftfahrzeug, beispielsweise ein Personenkraftwagen oder einen Lastkraftwagen, insbesondere im Bodenbereich, vorgesehen. Der
Batteriekasten dient einerseits als modulare Baugruppe, die die Serienfertigung eines Fahrzeugs vereinfacht. Andererseits schützt der Batteriekasten die
Batteriezellen vor Umwelteinflüssen sowie vor Beschädigung durch mechanische Einwirkungen, wie sie beispielsweise bei einem Unfall auftreten können.
Beispielsweise können die Batteriezellen innerhalb des Batteriekastens mit dem Batteriekasten verschraubt werden. Dazu können Verbindungselemente, die u.a. Schraubknoten, Schraubpunkte, Schraubdome oder Schraubklötze genannt werden, mit einem Bodenblech des Batteriekastens verbunden werden. Die einzelnen Batteriezellen werden dann mit den Verbindungselementen verschraubt. Das Bodenblech des Batteriekastens dient auch zur Abdichtung des
Batteriekastens an dessen Unterseite. Das Bodenblech wird in der Regel geschlossen ausgeführt, und die vorgenannten Verbindungselemente werden an die Innenseite des Bodenbleches gefügt.
Aus der DE 10 2016 1 15 037 A1 ist ein gattungsgemäßer Batteriekasten für Fahrzeugbatterien bekannt. An derartige Batteriekästen bestehen vielfältige
Anforderungen. So müssen sie primär das Gewicht der Batterieelemente, das heißt üblicherweise in Modulen zusammengefasste Batteriezellen, tragen. Hierzu ist in der Regel eine Art Seitenwand oder Rahmen vorgesehen, welcher der Anbindung vieler Bauteile des Batteriegehäuses selber und auch zur direkten oder indirekten Anbindung des Batteriekastens an einer Fahrzeugkarosserie des Kraftfahrzeuges dient.
Derartige Batterieelemente sollen im Falle eines Unfalls oder sonstigen
Fahrzeugschäden vor Beschädigungen geschützt werden. Dabei dient der
Batteriekasten insbesondere als Barriere für von der Seite und von unten wirkende Crash-Lasten. Dabei kann der Rahmen die Crash-Lasten in Trägerstrukturen, welche sich innerhalb oder unter dem Batterieraum befinden, weiterleiten. Bei einem seitlichen Crash soll jedoch eine möglichst geringe Intrusion des Rahmens in das Innere des Batteriekastens erzielt werden, um die Batterieelemente nicht zu beschädigen.
Insgesamt soll der Batteriekasten bzw. dessen Rahmen möglichst wenig Bauraum beanspruchen und im Gehäuseinneren sollten möglichst wenig innere
Trägerstrukturen angeordnet sein, was ein Zielkonflikt mit der Crash-Anforderung darstellt.
Aus der DE 10 2016 1 15 037 A1 ist ein Batteriekasten mit seitlicher Verstärkung bekannt. Der Batteriekasten weist eine Seitenwandkonstruktion mit einem einen Innenbereich bildenden Kastenprofil auf, welches zumindest teilweise Seitenwände des Batteriekastens bereitstellt. Ferner ist eine separate Verstärkungsstruktur zur seitlichen Verstärkung des Batteriekastens vorgesehen.
Aus der DE 10 2016 1 10 335 A1 ist eine Batterieaufnahme mit einem einen
Innenbereich bildenden Kasten bekannt, welcher zumindest teilweise Seitenwände der Batterieaufnahme bereitstellt und zumindest einen ersten Deckel und
zumindest einen ersten Boden aufweist. Die Batterieaufnahme sieht ferner in ihrem Innenbereich ein oder mehrere Längsversteifungselemente und ein oder mehrere Querversteifungselemente vor, welche Fächer für die Batterieelemente bilden.
Aus der DE 10 2008 059 972 A1 ist eine Batterie mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten Kühlplatte bekannt. Die Einzelzellen sind in einem Batteriegehäuse mit einem Gehäusedeckel derart angeordnet, dass zwischen einer Unterseite der Einzelzellen und einem Boden des Batteriegehäuses ein Freiraum gebildet ist. Eine Mehrzahl jeweils zwischen und/oder unter den Einzelzellen angeordneter Stützelemente ragen in diesen Freiraum hinein.
Die DE 10 2014 224 545 A1 betrifft eine Speicherzellen-Baueinheit für ein
Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und einem Gehäuse, in dem Speicherzellen angeordnet sind. Das Gehäuse weist ferner einen äußeren Längsträger auf, der zur Absorption einer seitlichen Kollisionslast durch insbesondere plastische
Verformung ausgebildet ist. Die Speicherzellen sind mittels einer Druckplatte verspannt, die sich im Wesentlichen parallel zu dem Längsträger erstreckt. Ferner ist in einem Raum zwischen der Druckplatte und dem Längsträger ein Längsträger- Abstützkörper angeordnet, an dem der Längsträger im Fall der plastischen
Verformung des Längsträgers abstützbar ist.
Auch aus der DE 10 2010 050 826 A1 ist eine Anordnung zumindest einer
Traktionsbatterie in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug bekannt, wobei die Batterie zwischen den Achsen des Kraftfahrzeugs und zwischen
längsverlaufenden, seitlichen Schwellern am Unterboden des Fahrzeugaufbaus mit einem definierten Abstand zu den Schwellern in einem Batteriekasten gelagert ist. Ein wirksamer Schutz der Traktionsbatterie bei einem Seitencrash des
Kraftfahrzeugs soll dadurch erzielt werden, dass die Batterie durch in einem
Seitencrashfall wirksame Mittel zusätzlich vor Beschädigung geschützt ist.
Aus der DE 10 2013 204 765 A1 ist eine Speicherzellenbaueinheit für ein
Kraftfahrzeug mit einem Elektroantrieb und einem Gehäuse bekannt, in dem Speicherzellen angeordnet sind. Das Gehäuse weist ferner einen
Energieabsorptionsbereich auf, der im Falle einer Kollision zur Energieabsorption verformbar ausgebildet ist.
Aus der DE 10 2010 030 535 A1 ist ein Kraftfahrzeug mit einem Seitenschweller bekannt, welcher zumindest eine Innenschale und eine Außenschale aufweist, die an zwei, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufenden Flanschen miteinander verbunden sind und dazwischen im Querschnitt gesehen einen Hohlraum umschließen. In dem Hohlraum ist zumindest ein Energieabsorber angeordnet.
Gemäß der DE 20 2016 107 206 U1 ist eine Schwelleranordnung für ein
Kraftfahrzeug vorgesehen, die einen Einsatz enthält, welcher eine abgesetzte Wabenstruktur aufweist, die das Ausmaß des Eindringens in Richtung eines Batteriepacks reduzieren soll. Insoweit ist ein Träger bekannt, der ein erstes Blech und ein zweites Blech enthält, das in Verbindung mit dem ersten Blech einen Hohlraum definiert. Ein Einsatz ist innerhalb des Hohlraums montiert, der benachbart zum ersten Blech einen äußeren Abschnitt mit einer Biegesteifigkeit S1 aufweist. Der Einsatz weist auch einen inneren Abschnitt mit einer Biegesteifigkeit S2 auf, die größer ist als S1 , wobei der Träger als Reaktion auf einen Aufprall auf das erste Blech progressiv kollabiert.
Gattungsgemäße Batteriekästen sind heute meist so aufgebaut, dass sie einen Rahmen aufweisen, der durch eine L-Form gekennzeichnet ist. Der horizontale Bereich des L-Schenkels ist meist unter dem Fahrzeugschweller angeordnet und in ihm sind die Befestigungspunkte zum Schweller angeordnet. Bei Stahlwalzprofilen können längs aneinander gesetzte Profile zu einem
Rahmenprofil gefügt werden, welches dadurch für die Lastaufnahme beim Crash optimiert werden kann. Stranggepresste Rahmenprofile von Batteriekästen sind häufig mit Rippen versehen die zur Lastaufnahme positioniert und dimensioniert sind. Bei diesen zusammengesetzten Stahlprofilen entstehen häufig enge Spalte zwischen den Teilprofilen. Diese sind anfällig für Spaltkorrosion.
Wie erwähnt, können Elektrofahrzeuge mit einer am Unterboden, insbesondere zwischen einem Haupttunnel und der Schwelleranordnung an beiden Seiten des Fahrzeugs befestigten Batterie versehen sein, die einen elektrischen
Traktionsmotor mit Strom versorgt. Diese Batterien für Hybrid-Elektrofahrzeuge können durch einen Aufprall beschädigt werden, wenn der Aufprall ei ne
Beschleunigungsspitze verursacht, insbesondere wenn die Beschleunigungsspitze von längerer Dauer ist. Wenn die Schwelleranordnung zu starr ist, kann eine durch einen Seitenaufprall verursachte Beschleunigung des Batteriepacks eine längere Spitze von erheblicher Dauer erzeugen und kann einen Schaden an den internen Batterieverbindungen verursachen
Aus diesem Grund können Strukturbauteile an dem Kraftfahrzeug verbaut werden, welche aus einem wenigstens teilweise hohl ausgebildeten Profilsegment bestehen, und welche mit mehreren Befestigungsmitteln an der
Kraftfahrzeugkarosserie angebracht werden. Diese Strukturbauteile bilden unter anderem den Teil von Crash-Strukturen, welche im Falle eines Unfalls für die Stabilität des Kraftfahrzeugs sorgen und welche die Einwirkungen eines Aufpralls von in dem Fahrzeug verborgenen Kraftfahrzeugkomponenten abhalten sollen.
Derartige Strukturbauteile verformen sich bei einem Aufprall, um die kinetische Energie, die bei dem Aufprall auf das Kraftfahrzeug einwirkt, durch die
Umwandlung in Verformungsarbeit zu absorbieren. Bei der Verwendung von Hohlprofilen für derartige Strukturbauteile kann es
Vorkommen, dass das Profil ab einer bestimmten Belastung kollabiert und bei einer weiteren Verformung nur noch wenig Verformungsarbeit geleistet werden kann. Zudem können das Profil durchsetzende Befestigungsmittel die Struktur des Strukturbauteils schwächen, weshalb Strukturbauteile mit Befestigungselementen grundsätzlich massiver ausgelegt werden müssen. Dies widerspricht jedoch
Anforderungen hinsichtlich des Leichtbaus bei modernen Kraftfahrzeugen.
Aus diesem Grund können innerhalb der Profile Rippen oder dergleichen
vorgesehen sein, welche die bei dem Aufprall auf das Kraftfahrzeug einwirkende kinetische Energie zumindest teilweise absorbieren.
In bekannter Weise ist es bei gewalzten Profilen, die Energie in Querrichtung aufnehmen sollen, schwierig, Querlastpfade, z.B. Rippen, darzustellen ohne Materialdopplungen in Längsrichtung zu generieren, welche wiederum zu
unerwünschter Spaltkorrosion führen würde.
Im Übrigen soll der Begriff "Profil" vorliegend so verstanden werden, dass das Profil ein sowohl einteiliges als auch bevorzugt mehrteiliges Profil sein kann, beispielsweise einen oder mehrere Abschnitte pro Batteriekastenseite aufweisen kann.
Ausgehend von den zuvor beschriebenen Nachteilen liegt der Erfindung die
Aufgabe zugrunde, einen Batteriekasten für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, dessen Energieabsorptionsfähigkeit im Falle einer Kollision unter Berücksichtigung eines geringen Gewichts weiter verbessert ist.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Batteriekasten für ein Kraftfahrzeug mit Verstärkungselement nach Anspruch 1 . Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung sieht einen Batteriekasten für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von Batteriezellen vor, mit einem Strukturrahmen mit wenigstens zwei endseitig aneinander gefügten Strukturbauteilen. Jedes Strukturbauteil weist wenigstens ein teilweise hohl ausgebildetes und im Querschnitt im Wesentlichen L-förmiges Profilsegment auf. Innerhalb wenigstens eines der Profilsegmente ist wenigstens ein Verstärkungselement zur Aufnahme von Aufprallenergie bei einem Aufprall angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist das Verstärkungselement ein Formteil mit einer Mehrzahl von offenen Zellen, die aneinander angrenzend und mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Im montierten Zustand des Batteriekastens im Kraftfahrzeug sind die offenen Zellen mit ihrer
Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet.
Diese Strukturverstärkungen durch die Verstärkungselemente sind geeignet, Querkräfte, beispielsweise bei Seitencrashes, wie einem Pfahlaufprall,
aufzunehmen, um eine Beaufschlagung der im Batteriekasten angeordneten
Batteriezellen durch Intrusion zu vermeiden. Denn beim Einwirken hoher Kräfte wird zumindest ein Teil der Kräfte vom Verstärkungselement aufgenommen. Das Verstärkungselement kann nicht ausweichen, bevor es Kräfte in
Fahrzeugquerrichtung aufnimmt. Das Verstärkungselement kann bevorzugt den Hohlraum des Batteriekastens zumindest in Fahrzeugquerrichtung vollständig ausfüllen, so dass ein besonders effektiver Schutz der Batterie bei einem Aufprall gewährleistet ist.
Durch das Verstärkungselement wird eine gezielte Verstärkung des
Strukturbauteils erreicht, die bewirkt, dass eine lokal auftretende Unfalleinwirkung, d.h. eine Intrusion, mittels des Verstärkungselementes über eine größere Länge des Strukturbauteils verteilt wird. Dabei wird die durch den Aufprall eingeleitete Kraft auf diese Verstärkungselemente übertragen, so dass diese innerhalb des Profilsegmentes verformt werden und dabei zusätzliche Verformungsenergie aufbringen, so dass zumindest ein Teil der Aufprallenergie dadurch absorbiert wird. Durch die erfindungsgemäße Anordnung des Verstärkungselements im Profilsegment erfährt der Batteriekasten bei einer Verformung in Querrichtung, d.h. in Richtung der Fahrzeugquerrichtung, aufgrund eines Seitenaufpralles,
beispielsweise eines Pfahlaufpralles, eine gewisse Begrenzung seiner Verformung, so dass eine Verformung des Verstärkungselementes in sich begünstigt ist und damit durch das Zusammendrücken des Verstärkungselementes weitere
Kollisionsenergie abgebaut werden kann, bevor das Profilsegment bzw. Teile des Batteriekastens in die Batteriezellen eindringt. Somit kann die
Energieabsorptionsfähigkeit des Batteriekastens vergrößert werden, ohne dass die Batteriezellen in dem Batteriekasten bei der seitlichen Kollisionslast beschädigt werden.
Deshalb werden erfindungsgemäß eine Mehrzahl von offenen Zellen aneinander angrenzend und mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, wobei im montierten Zustand des Batteriekastens im Kraftfahrzeug die offenen Zellen mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur
Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind. Diese offenen Zellen weisen eine möglichst kurze Auflage an den Außenwänden des Profils auf. Denn die Fläche der notwendigen Fügespalte wird möglichst auf die Breite der Schweißnaht plus einer Fügetoleranz verringert, so dass unerwünschte Spaltkorrosion weitestgehend vermieden werden kann.
Bei einem Seitenaufprall wird das Verstärkungselement gezielt deformiert, indem die offenen Zellen zusammengedrückt werden. Aus diesem Grund wird
Aufprallenergie durch das zellenförmige Netzwerk absorbiert, so dass die
Batteriezellen vor einer Beschädigung bei einem Aufprall besser geschützt sind. Damit beeinträchtigt eine Verformung des Verstärkungselements nicht den Bereich, in dem die Batteriezellen angeordnet sind. Das Verstärkungselement kann damit eine Kollisionsenergie abbauen, ohne die Batteriezellen oder damit verbundene Einrichtungen zu beschädigen. Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die offenen Zellen als Wabenkammern mit einem polygonalen oder sechseckigen Querschnitt ausgebildet. Zur Minimierung des Spaltkorrosionsrisikos wird daher die
Wabenstruktur mit Querkammern eingesetzt. Durch die Wabenstruktur sind weniger Bereiche in dem Bauteil vorhanden, die für Spaltkorrosion anfällig sind. Aufgrund der wenigen dabei entstehenden Spalte zwischen Blechabschnitten sinkt das Spaltkorrosionsrisiko gegenüber großflächig aufeinander liegenden
Blechabschnitten.
Aufgrund dieser Wabenkammern weist das Verstärkungselement ein relativ geringes Eigengewicht auf und kann zugleich sehr hohe Kräfte aufnehmen. Die Längserstreckung der Wabenkammern entspricht im Wesentlichen der
Fahrzeugquerrichtung. Denn insbesondere bei einem Seitenaufprall erfolgt eine hohe Belastung auf die Kraftfahrzeugstruktur im Wesentlichen in
Fahrzeugquerrichtung. Bei in dieser Richtung wirkenden Kräften wird das
Verstärkungselement bzw. werden die Wände zwischen den einzelnen
Wabenkammern in Fahrzeugquerrichtung zusammengestaucht.
Die Struktur der Wabenkammern kann so ausgelegt werden, dass sie sich ab einer definierten Grenzlast gezielt zusammenstauchen lässt. Dies kann durch geeignete Wahl der Größe der Waben, der Wanddicken zwischen den einzelnen Waben und dem verwendeten Material für das Verstärkungselement erreicht werden. Auch die Menge der dabei absorbierten Energie lässt sich so gezielt festlegen.
Dabei ist es möglich durch Optimierung ein günstiges Verhältnis von Größe der Querverstärkungen (Breite/Flöhe/Länge) und Wandstärke dieser zu ermitteln. Die Optimierung zielt darauf ab, den zur Verfügung stehenden Bauraum im
Kraftfahrzeug möglichst vollständig auszunutzen. Das dadurch darstellbare hohe Widerstandsmoment des Verstärkungselements ermöglicht daher vergleichsweise geringere Wandstärken und damit insgesamt eine Gewichtsoptimierung. Weiterhin ist es wichtig, dass die Verstärkungselemente gut an den Seitenrahmen des Batteriekastens angebunden sind und somit eine sogenannten„Crashbox“ bilden. Ferner ist es wichtig, dass die Strukturbauteile in ihrem Verlauf keine unnötigen Unterbrechungen, wie beispielsweise Löcher oder starke Kerben aufweisen, welche zu einer Schwächung des Bauteils führen würden. Dies ist bei der Verlegung der Medienstränge, wie Kabel, Leitungen oder Kühlkanäle bei der Montage zu beachten.
Vorteilhafterweise kann zudem vorgesehen sein, dass die offenen Zellen eine wellen- oder mäanderförmige Querschnittsform aufweisen oder alternativ durch aneinander angrenzende und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete Röhrchen gebildet sind, so dass auch bei diesen alternativen Ausgestaltungen ein hoher Schutz der Batteriezellen bei gleichzeitiger Verringerung des Risikos für die Bildung von Spaltkorrosion gegeben ist. Auch derart ausgebildete offene Zellen sind bei verhältnismäßig geringem Gewicht hinreichend steif ausgebildet, um eine möglichst vollständige Verformung des Profilsegments mit Verstärkungselement in Querrichtung durch Zusammendrücken des zellenförmigen Netzwerkes bei einem Seitencrash zu bewirken.
Zudem kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement im horizontalen und/oder im vertikalen Bereich des L-förmigen Profilsegments vorgesehen ist. Positioniert können die Querverstärkungen im vertikalen, im horizontalen oder in beiden Bereichen des L-Profils sein. Der vertikale Bereich des L-Profils bildet die Höhe des Batteriekastens vom Boden bis zum Deckel, der horizontale Bereich nimmt üblicherweise die Schraubpositionen zum Fahrzeugschweller auf. Natürlich kann für eine noch bessere Absorption der Aufprallenergie auch vorgesehen sein, dass die offenen Zellen sowohl im horizontalen Bereich als auch im vertikalen Bereich des L-förmigen Profilsegments angeordnet sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Verstärkungselement im montierten Zustand des Batteriekastens im Kraftfahrzeug kraftschlüssig und/oder formschlüssig im Profilsegment befestigt, insbesondere verschweißt. Dies hat den Vorteil, dass während des regulären Betriebs gegebenenfalls auftretende Vibrationen und dadurch verursachte Geräusche erfolgreich vermindert oder vermieden werden können.
Gemäß einer weiteren Variante ist das Profilsegment über, insbesondere in einem Befestigungsabschnitt angeordnete, Befestigungsmittel mit der
Kraftfahrzeugkarosserie verbindbar. Beispielsweise können die Batteriezellen innerhalb des Batteriekastens mit dem Batteriekasten verschraubt werden. Dazu können Verbindungselemente, die u.a. Schraubknoten, Schraubpunkte,
Schraubdome oder Schraubklötze genannt werden, mit einem Bodenblech des Batteriekastens verbunden werden. Die einzelnen Batteriezellen werden dann mit den Verbindungselementen verschraubt.
Zudem kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, dass Befestigungspunkte zur Verbindung des Profilsegments mit dem Fahrzeugschweller im Montagezustand im horizontalen Bereich des L-förmigen Profilsegments vorgesehen sind. Auf diese Weise erfüllt das Profilsegment eine Doppelfunktion.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das
Verstärkungselement im Wesentlichen aus kalt zu verarbeitendem höherfestem Stahl, vorzugsweise bis zu einer Güte von mehr als 1 500 MPa hergestellt. Das Verstärkungselement kann in der Regel walzprofiliert oder gestanzt sein und ist bei Bedarf für den Korrosionsschutz mit Zink beschichtet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 4 schmelzgehärtet ist. Es kann auch
vorgesehen sein, dass Verstärkungselement abschreckgehärtet ist. Es ist ebenfalls denkbar, dass das L-förmige Profilsegment mit Verstärkungselement in einem Walzverfahren hergestellt wird, insbesondere, dass die Walzrichtung in Richtung der Längserstreckung der offenen Zellen verlaufen wird.
Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines
Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.
Dabei zeigen zum Teil schematisch:
Figur 1 einen Batteriekasten in perspektivischer Ansicht mit L-förmigen
Profilsegmenten,
Figur 2 eine perspektivische Darstellung eines Profilsegments mit
Verstärkungselement im vertikalen Teil des Profilsegments,
Figur 3 eine seitliche Schnittdarstellung gemäß Fig. 2,
Figur 4 eine perspektivische Darstellung eines Profilsegments mit
Verstärkungselement im horizontalen Teil des Profilsegments und
Figur 5 eine seitliche Schnittdarstellung gemäß Fig. 4.
Gleiche oder gleichwirkende Bauteile werden in den nachfolgend dargestellten Figuren der Zeichnung anhand einer Ausführungsform mit Bezugszeichen versehen, um die Lesbarkeit zu verbessern.
In Fig. 1 ist ein Batteriekasten 10 für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von
Batteriezellen 15 gezeigt. Ein Strukturrahmen 1 wird im vorliegenden
Ausführungsbeispiel durch jeweils zwei endseitig aneinander gefügte
Strukturbauteile 2 gebildet, wobei jedes Strukturbauteil 2 wenigstens ein teilweise hohl ausgebildetes und im Querschnitt im Wesentlichen L-förmiges Profilsegment 3 aufweist. Selbstverständlich fallen auch andere Profilformen in den Bereich der Erfindung. Der Batteriekasten 10 wird in der Regel unterhalb einer Fahrgastzelle zwischen Vorder- und Hinterachse eines Kraftfahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb angeordnet. Die Batteriezellen 15 dienen zur Speicherung von elektrischer Energie für den elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs.
Das Profilsegment 3 weist einen Befestigungsabschnitt 1 1 zur Verschraubung des Strukturbauteils 1 bzw. des Batteriekastens 10 mittels Befestigungsmittel 12 mit der Kraftfahrzeugkarosserie auf. Insbesondere der horizontale Bereich 8 des L- förmigen Profilsegments 3 kann zur Befestigung des Batteriekastens 10 am
Kraftfahrzeug, insbesondere im Bereich des Kraftfahrzeugschwellers 5, dienen. Hierzu ist das Profilsegment 3 über Befestigungsmittel 12 mit der
Kraftfahrzeugkarosserie verbindbar. Wie aus Fig. 1 , 2 und 4 hervorgeht, sind Befestigungspunkte 7 zur Verbindung des Profilsegments 3 mit dem
Fahrzeugschweller 5 im Montagezustand im horizontalen Bereich 8 des L-förmigen Profilsegments 3 vorgesehen.
Fig. 1 zeigt schematisch einen Pfahl-Prüfkörper 14, welcher ein Hindernis für einen Seitenaufprall symbolisieren soll.
Wie Fig. 2 bis 5 zeigen, ist innerhalb wenigstens eines der Profilsegmente 3 ein Verstärkungselement 4 zur Aufnahme von Aufprallenergie, insbesondere bei einem Seitenaufprall angeordnet.
Aus den Fig. 2 und 4 geht ferner hervor, dass das Verstärkungselement 4 ein Formteil mit einer Mehrzahl von offenen Zellen 13 ist. Diese offenen Zellen 13 sind aneinander angrenzend und mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zueinander im Profilsegment 3 angeordnet.
Gemäß der Ausführungsvariante nach Fig. 2 ist das Verstärkungselement 4 mit den offenen Zellen 13 im Montagezustand im vertikalen Bereich 9 des L-förmigen Profilsegments 3 vorgesehen. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform, bei welcher die offenen Zellen 13 im horizontalen 8 Bereich des L-förmigen Profilsegmentes 3 angeordnet sind. Natürlich kann für eine noch bessere Absorption der Aufprallenergie auch vorgesehen sein, dass die offenen Zellen sowohl im horizontalen Bereich 8 als auch im vertikalen Bereich 9 des L-förmigen
Profilsegments 3 angeordnet sind.
Im montierten Zustand des Batteriekastens 1 0 im Kraftfahrzeug sind die offenen Zellen 1 3 mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur
Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet. Dies ist der Fall sowohl bei Anordnung der offenen Zellen 1 3 im horizontalen Bereich 8 des Profilsegments 3 als auch bei einer Anordnung der offenen Zellen 1 3 im vertikalen Bereich 9 des Profilsegments 3 oder natürlich in beiden Bereichen 8, 9.
Gemäß des vorliegenden Ausführungsbeispiels sind die offenen Zellen 1 3 als Wabenkammern 6 mit einem polygonalen oder sechseckigen Querschnitt ausgebildet. Durch die Wabenstruktur sind weniger Bereiche in dem Bauteil vorhanden, die für Spaltkorrosion anfällig sind. Aufgrund der wenigen dabei entstehenden Spalte zwischen Blechabschnitten sinkt das Spaltkorrosionsrisiko.
Aufgrund dieser Wabenkammern 6 weist das Verstärkungselement 4 ein relativ geringes Eigengewicht auf und kann zugleich sehr hohe Kräfte aufnehmen. Die Längserstreckung der Wabenkammern 6 entspricht im Wesentlichen der
Fahrzeugquerrichtung. Die Struktur der Wabenkammern 6 ist derart ausgelegt, dass sie sich ab einer definierten Grenzlast gezielt zusammenstauchen lässt. Dies kann durch geeignete Wahl der Größe der Waben, der Wanddicken zwischen den einzelnen Waben und dem verwendeten Material für das Verstärkungselement 4 erreicht werden. Auch die Menge der dabei absorbierten Energie lässt sich so gezielt festlegen.
Dabei ist es möglich durch Optimierung ein günstiges Verhältnis von Größe der Querverstärkungen (Breite/Höhe/Länge) und Wandstärke zu ermitteln. Die
Auslegung der Wabenstruktur in ihrer Breite, Höhe, Länge und der Wandstärke sowie ebenfalls auch der Außenhaut des L-förmigen Profilsegments kann vorzugsweise in einem iterativen Berechnungsprozess optimiert werden. Es ist auch denkbar, dass durch Vorgabe der Randbedingungen einzelner Parameter mittels eines computergestützten Berechnungsprozesses eine optimale Lösung generiert wird.
In einer nicht gezeigten alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die offenen Zellen 13 eine wellen- oder mäanderförmige
Querschnittsform aufweisen oder durch aneinander angrenzende und im
Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete Röhrchen gebildet sind.
Für eine besonders feste Verbindung ist das Verstärkungselement 4 mit dem
Kraftfahrzeug im montierten Zustand des Batteriekastens 10 im Kraftfahrzeug kraftschlüssig und/oder formschlüssig im Profilsegment 3 befestigt, insbesondere verschweißt, indem es durch eine Schweißnaht an dem Profilsegment 3 festgelegt ist.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 4 über eine
Klemmverbindung in einem Klemmbereich innerhalb des horizontalen 8 und/oder vertikalen Bereiches 9 des L-Profils gehalten wird. Kombinationen dieser
Befestigungsvarianten sind ebenfalls möglich.
Im Falle eines Aufpralls, insbesondere eines Seitenaufpralles, wird zunächst der horizontale Bereich 8 des Profilsegments verformt und dann, je nachdem ob das Verstärkungselement 4 im horizontalen Bereich 8 oder vertikalen Bereich 9 oder in beiden Bereichen 8,9 angeordnet ist, wird die auf das Verstärkungselement 4 einwirkende Kraft praktisch über die gesamt Länge des Batteriekastens 10 in Richtung der Längserstreckung auf das Profilsegment 3 übertragen. Durch die Verteilung der Kraft wird einerseits das Verstärkungselement 4 an einer Vielzahl von Punkten entlang der Längsrichtung des Profilsegments 3 abgestützt.
Zusätzlich kann eine Verformung des Strukturbauteils 1 ebenfalls in einem größeren Bereich des Profilsegmentes 3 entlang der Längsrichtung erfolgen, da bei Verschiebung des Verstärkungselementes 4 mehrere Befestigungsmittel 12 innerhalb des Profilsegmenteses 3 verschoben werden können und diese somit Verformungsarbeit leisten.
Die Funktion der Verstärkungsstruktur beruht im Wesentlichen darauf, dass sich das Verstärkungselement 4 in Form der offenen Zellen 1 3 an dem Profilsegment 3, dort im horizontalen 8 und/oder vertikalen Bereich 9, abstützt, so dass dadurch die lokale Beaufschlagung, bspw. eines Pfahl-Prüfkörpers 14 auf einen größeren Bereich des Strukturrahmens 1 verteilt. Im Fall der Intrusion eines Pfahl- Prüfkörpers 14 würde zumindest ein Teil der Kräfte vom Verstärkungselement 4 aufgenommen werden. Denn das Verstärkungselement 4 kann nicht ausweichen, bevor es Kräfte in Fahrzeugquerrichtung aufnimmt. Das Verstärkungselement 4 kann bevorzugt den Hohlraum des Batteriekastens 1 0 zumindest in
Fahrzeugquerrichtung vollständig ausfüllen.
Durch das Verstärkungselement 4 wird eine gezielte Verstärkung des
Strukturbauteils 1 erreicht, die bewirkt, dass eine lokal auftretende
Unfalleinwirkung, d. h. eine Intrusion, mittels des Verstärkungselementes 4 über eine größere Länge des Strukturbauteils 1 verteilt wird. Dabei wird die durch den Aufprall eingeleitete Kraft auf diese Verstärkungselemente 4 übertragen, so dass diese innerhalb des Profilsegmentes 3 verformt werden und dabei zusätzliche Verformungsenergie aufbringen, so dass zumindest ein Teil der Aufprallenergie dadurch absorbiert wird. Mit anderen Worten wird bei einem Seitenaufprall das Verstärkungselement 4 gezielt deformiert, indem die offenen Zellen 1 3
zusammengedrückt werden. Aus diesem Grund wird Aufprallenergie durch das zellenförmige Netzwerk absorbiert, so dass die Batteriezellen vor einer
Beschädigung bei einem Aufprall besser geschützt sind.
Diese offenen Zellen 1 3 weisen eine möglichst kurze Auflage an den
Außenwänden des Profilsegments 3 auf. Denn die Fläche der notwendigen
Fügespalte wird möglichst auf die Breite der Schweißnaht plus einer Fügetoleranz verringert, so dass unerwünschte Spaltkorrosion weitestgehend vermieden werden kann. Es versteht sich, dass die einzelnen Merkmale der hier dargestellten Varianten untereinander austauschbar und auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sind, so dass sich aus den hier dargestellten Eigenschaften die Erfindung auch
Unterkombinationen ergeben, die im Rahmen der Erfindung mit erfasst sind.
Der grundsätzliche Gedanke der Erfindung liegt darin, zur Verstärkung des
Strukturprofils 1 bzw. des Batteriekastens 10 ein Verstärkungsprofil in Form des Verstärkungselementes 4 vorzusehen, welches dort wirken kann, wo ein Aufprall stattfindet. Das Verstärkungselement kann sowohl im Längs- als auch im
Querbereich eines Strukturrahmens 1 vorgesehen sein und ist vornehmlich aus hochfestem Stahl gefertigt. Das Verstärkungselement 4 ist im Wesentlichen aus kalt zu verarbeitendem höherfestem Stahl, vorzugsweise bis zu einer Güte von mehr als 1500 MPa hergestellt. Das Verstärkungselement kann in der Regel walzprofiliert oder gestanzt sein und ist bei Bedarf für den Korrosionsschutz mit Zink beschichtet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Verstärkungselement 4 abschreckgehärtet ist.
Der Strukturrahmen 1 kann Teil eines Batteriekastens 10 sein, der in der Figur 1 angedeutet ist. Der Batteriekasten 10 kann dabei auch einen Deckel aufweisen, der auf dem Strukturrahmen 1 aufliegt und über eine Dichtung abgedichtet ist.
Bezugszeichenliste
1 Strukturrahmen
2 Strukturbauteil
3 Profilsegment
4 Verstärkungselement
5 Fahrzeugschweller
6 Wabenkammer
7 Befestigungspunkt
8 Horizontaler Bereich des Profilsegments
9 Vertikaler Bereich des Profilsegments
1 0 Batteriekasten
1 1 Befestigungsabschnitt
1 2 Befestigungsmittel
1 3 offene Zellen
14 Pfahl-Prüfkörper
1 5 Batteriezellen

Claims

Patentansprüche
1. Batteriekasten (10) für ein Kraftfahrzeug zur Aufnahme von Batteriezellen mit einem Strukturrahmen (1) mit wenigstens zwei endseitig aneinander gefügten Strukturbauteilen (2), wobei jedes Strukturbauteil (2)
wenigstens ein teilweise hohl ausgebildetes und im Querschnitt im
Wesentlichen L-förmiges Profilsegment (3) aufweist und innerhalb wenigstens eines der Profilsegmente (3) ein Verstärkungselement (4) zur Aufnahme von Aufprallenergie bei einem Aufprall angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4) ein
Formteil mit einer Mehrzahl von offenen Zellen (13) ist, die aneinander angrenzend und mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, wobei im montierten Zustand des
Batteriekastens (10) im Kraftfahrzeug die offenen Zellen (13) mit ihrer Längserstreckung im Wesentlichen parallel zur Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind.
2. Batteriekasten (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Zellen (13) als Wabenkammern (6) mit einem polygonalen oder sechseckigen Querschnitt ausgebildet sind.
3. Batteriekasten (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Zellen (13) eine wellen- oder mäanderförmige Querschnittsform aufweisen.
4. Batteriekasten (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die offenen Zellen (13) durch aneinander angrenzende und im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtete Röhrchen gebildet sind.
5. Batteriekasten (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4) im Montagezustand im horizontalen (8) und/oder im vertikalen Bereich (9) des L-förmigen Profilsegments (3) vorgesehen ist.
6. Batteriekasten (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4) im montierten
Zustand des Batteriekastens (10) im Kraftfahrzeug kraftschlüssig und/oder formschlüssig im Profilsegment (3) befestigt, insbesondere verschweißt ist.
7. Batteriekasten (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Profilsegment (3) über Befestigungsmittel (12) mit der Kraftfahrzeugkarosserie verbindbar ist.
8. Batteriekasten (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Befestigungspunkte (7) zur Verbindung des
Profilsegments (3) mit dem Fahrzeugschweller (5) im Montagezustand im horizontalen Bereich (8) des L-förmigen Profilsegments (3) vorgesehen sind.
9. Batteriekasten (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4) im Wesentlichen aus höherfesten Stählen, vorzugsweise bis zu einer Güte von mehr als 1500 MPa hergestellt ist und /oder mit Zink für einen Korrosionsschutz beschichtet ist.
1 0. Batteriekasten (1 0) nach ei nem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verstärkungselement (4) abschreckgehärtet 5ist.
EP19756116.0A 2018-08-21 2019-08-01 Batteriekasten mit verstärkungselement Withdrawn EP3811435A1 (de)

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DE102018120268.7A DE102018120268A1 (de) 2018-08-21 2018-08-21 Batteriekasten mit Verstärkungselement
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EP19756116.0A Withdrawn EP3811435A1 (de) 2018-08-21 2019-08-01 Batteriekasten mit verstärkungselement

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