EP4727782A1 - ALS GROßGUSSTEIL HERGESTELLTES BATTERIEGEHÄUSE FÜR EIN KRAFTFAHRZEUG SOWIE KRAFTFAHRZEUG MIT EINEM SOLCHEN BATTERIEGEHÄUSE - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug mit einem Bodenabschnitt (20), der eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Breite und eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Länge aufweist, und mit mindestens einer Seitenwand (22), die sich außenseitig des Bodenabschnitts (20) in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckt, um einen Innenraum zur Anordnung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen auf dem Bodenabschnitt (20) mindestens einseitig seitlich zu begrenzen, wobei ferner mindestens eine, sich von dem Bodenabschnitt (20) nach oben oder von dem Bodenabschnitt (20) gegenüber dem Bereich des Innenraums nach außen erstreckende Zusatzwand (26) als Schutzelement ausgebildet ist.

Description

Beschreibung

Als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug sowie Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse

Die Erfindung betrifft ein als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug, das sich über einen Großteil der sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckenden Fahrzeugbreite eines Kraftfahrzeuges erstreckt, für welches das Batteriegehäuse vorgesehen ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem solchen Batteriegehäuse.

Mit dem Großteil der Fahrzeugbreite ist eine Breite von mindestens 50 Prozent, vorzugsweise mindestens 70 Prozent, weiter bevorzugt mindestens 80 Prozent und besonders bevorzugt mindestens 90 Prozent gemeint.

Aus KR 1020200126843 A ist ein Batteriegehäusedeckel für ein Kraftfahrzeug bekannt, der als Aluminium-Gussteil hergestellt ist. Dieser Batteriegehäusedeckel weist eine Nut für eine Dichtung, Schrauböffnungen und Anschraubpunkte auf, die angeformt sind.

Aus DE 102017 011 994 B3 sind eine Energiespeichereinheit für ein Kraftfahrzeug, eine Befestigungsanordnung einer solchen Energiespeichereinheit an einem Aufbau eines Kraftfahrzeuges sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichereinheit bekannt. Dabei ist die Energiespeichereinheit reversibel lösbar an einem Aufbau des Kraftfahrzeugs befestigt oder befestigbar, wobei die Energiespeichereinheit auch einen Tragrahmen aufweist. Der Tragrahmen ist durch Längsträgerelemente und Querträgerelemente gebildet, die einzeln hergestellt und miteinander zu einer leiterartigen Struktur verbunden sind. Die Längsträgerelemente und Querträgerelemente sind teilweise als Lastpfade ausgelegt. Auf ein als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse wird in der Druckschrift nicht Bezug genommen.

Aus DE 102020210202 A1 sind ein Batteriegehäuse für ein Batteriemodul sowie ein Batteriemodul mit einem Batteriegehäuse und einem Fahrzeug bekannt. Dieses Batteriegehäuse weist die Größe eines Batteriemoduls auf und ist im Vergleich zu einem Kraftfahrzeug eher klein. Es ist offenbart, dass das Batteriegehäuse in Sandwichbauweise mittels eines Druckgussteils erstellt sein kann und in den Gehäuse-Seitenwandungen Strukturen zur Erhöhung der Crashsicherheit und Temperierungsflächen vorgesehen sein können. Auf als Großgussbauteile hergestellte Batteriegehäuse wird in der Druckschrift nicht Bezug genommen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse zur Verfügung zu stellen, die eine einfache Herstellung und Montage ermöglichen und welche ein sicheres Anordnen und Betreiben von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen in dem Batteriegehäuse ermöglichen.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Ein erfindungsgemäßes, als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug umfasst einen Bodenabschnitt, der eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Breite und eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Länge aufweist. Ferner ist mindestens eine Seitenwand ausgebildet, die sich außenseitig des Bodenabschnitts in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckt, um einen Innenraum zur Anordnung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen auf dem Bodenabschnitt mindestens einseitig seitlich zu begrenzen. Darüber hinaus ist mindestens eine, sich von dem Bodenabschnitt nach oben oder von dem Bodenabschnitt gegenüber dem Bereich des Innenraums nach außen erstreckende Zusatzwand als Schutzelement ausgebildet. Insgesamt ergibt sich damit eine als Großgussteil und damit einstückig hergestellte Aufnahmestruktur für Batteriezellen und/oder Batteriemodulen, die mit dem Bodenabschnitt und der mindestens einen Seitenwand nicht nur einen geschützten Aufnahmeraum für Batteriezellen und/oder Batteriemodulen zur Verfügung stellt, sondern zusätzlich mindestens ein, einstückig mit dem Batteriegehäuse ausgebildetes Schutzelement aufweist. Ein derartiges Batteriegehäuse kann mit hoher Präzision hergestellt werden und weist gegenüber aus Einzelteilen gebildeten Batteriegehäusen den Vorteil auf, dass es sehr geringe Fertigungstoleranzen aufweist. Montagetoleranzen und montagebedingte Fehler entfallen. Zusammenfassend entsteht ein integrales Batteriegehäuse, welches eine sichere Anordnung und ein sicheres Betreiben von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen ermöglicht. Ferner werden weniger Fügetechnik bzw. weniger Fügeoperationen für die Herstellung der erfindungsgemäßen Batteriegehäuse benötigt. Darüber hinaus ergibt sich bei erfindungsgemäßen Batteriegehäusen eine bessere Recyclingfähigkeit. Unter einem Bodenabschnitt im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine plattenartig ausgebildete Struktur mit einer ebenen Oberfläche zur Anordnung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen verstanden. Der Bodenabschnitt weist vorzugsweise eine rechteckige Grundform auf.

Unter einer Seitenwand im Sinne der Erfindung wird insbesondere eine sich von dem Bodenabschnitt außenseitig nach oben erstreckende Struktur verstanden, die ein sicheres seitliches Umschließen von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen ermöglicht. Vorzugsweise ist die Höhe der Seitenwand so gewählt, dass diese mindestens der Höhe der Batteriezellen und/oder der Batteriemodule entspricht, so dass die Batteriezellen und/oder Batteriemodule in Hochrichtung vollständig von der Seitenwand überragt werden. Vorzugsweise ist eine umlaufende Seitenwand vorgesehen. Es kann aber auch nur seitlich außenseitig jeweils eine Seitenwand vorgesehen sein, die sich jeweils in Fahrzeuglängsrichtung erstreckt. Dies ist insbesondere dann vor Vorteil, wenn der Bodenabschnitt vorder- und/oder rückseitig von anderen Elementen eingefasst ist, welche die Funktion einer Vorderwand und/oder einer Rückwand übernehmen können.

In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses erstreckt sich die mindestens eine Zusatzwand von dem Bodenabschnitt in Fahrzeughochrichtung nach oben und ist als ein sich vollständig durch den Innenraum erstreckender Lastpfad ausgebildet. In diesem Fall ergibt sich aufgrund des resultierenden Lastpfades eine besondere hohe Steifigkeit des Batteriegehäuses. Diesbezüglich wird insbesondere auf die Möglichkeit verwiesen, einen Längs-Lastpfad durch Ausbildung einer sich vollständig über die Fahrzeuglängsrichtung des Bodenabschnitts erstreckende Zusatzwand zu erzielen. Analog kann ein Quer-Lastpfad durch Ausbildung einer sich vollständig über die Fahrzeugquerrichtung des Bodenabschnitts erstreckende Zusatzwand erzielt werden. Auch Schräg-Lastpfade lassen sich mit Hilfe einer Zusatzwand erzielen, insbesondere indem eine sich diagonal durch ein Batteriegehäuse erstreckende Zusatzwand ausgebildet ist. Als Lastpfad im Sinne der Erfindung werden sämtliche Zusatzwände verstanden, die sich von einer ersten Anbindungsstelle zu einer Seitenwand bis zu einer zweiten Anbindungsstelle einer Seitenwand des Batteriegehäuses erstrecken. Aus herstellungstechnischen Gründen bevorzugt sind linear ausgebildete Zusatzwände und bogenförmig ausgebildete Zusatzwände mit einer ungefähr gleichförmigen Krümmung. Mit solchen Zusatzwänden wird auch eine gute Lastverteilung erreicht. In einer anderen praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses, die alternativ oder in Ergänzung zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsformen realisiert sein kann, erstreckt sich die mindestens eine Zusatzwand außenseitig des Bodenabschnitts in Fahrzeugquerrichtung nach außen und ist als Crashelement ausgebildet. In diesem Fall können in dem Batteriegehäuse angeordnete Batteriezellen und/oder Batteriemodule mit Hilfe der als Crashelement ausgebildeten Zusatzwand wirksam vor Intrusionskräften geschützt werden, insbesondere wenn die Zusatzwand zur effizienten Absorption von kinetischer Energie ausgelegt ist. Dies kann insbesondere dadurch realisiert sein, dass die Zusatzwand als eine sich über mindestens 5 cm, bevorzugt mindestens 10 cm und weiter bevorzugt mindestens 15 cm gegenüber der Seitenwand nach außen erstreckende Crashstruktur ausgebildet ist.

Es wird darauf hingewiesen, dass die Wanddicke einer wie vorstehend beschriebenen Crashstruktur variabel gestaltet sein kann, zum einen um die Herstellung im Gießverfahren zu vereinfachen, zum anderen aber auch zur Auslegung des Crashverhaltens. So kann beispielsweise eine von außen in Richtung Fahrzeugmitte hin zunehmende Wanddicke, insbesondere eine kontinuierlich zunehmende Wanddicke vorgesehen sein. Bevorzugt sind Schrägen zur Erhöhung der Wanddicke mit Winkeln von Zusatzwänden gegenüber der in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) orientierten Mittelachse zwischen 2° und 20°, insbesondere zwischen 3° und 10°.

Eine weitere Möglichkeit, das Crashverhalten der sich in Fahrzeugquerrichtung nach außen erstreckenden Zusatzwände zu beeinflussen, besteht darin, diese durch Löcher, Fasen, Perforationen oder sonstige konstruktive Gestaltungsmöglichkeiten vorzuschwächen bzw. ein bestimmtes Bauteilversagen sicherzustellen. Diesbezüglich wird insbesondere auf konstruktive Möglichkeiten zum Sicherstellen von Faltenbeulen oder Crushing verwiesen.

Vorzugsweise ist auf jeder in Fahrzeugquerrichtung nach außen weisenden Seite eine Zusatzwand als Crashelement ausgebildet, oder es sind mehrere Zusatzwände als Crashelemente ausgebildet. Bevorzugt ist sowohl auf der rechten als auch auf der linken Seite des Batteriegehäuses jeweils die gleiche Zusatzwand als Crashelement ausgebildet, so dass sich beidseitig die gleiche Schutzwirkung ergibt. Es können auch auf einer Seite oder auf beiden Seiten mehrere Zusatzwände vorgesehen sein, beispielsweise zwei, drei oder mehr parallel zueinander angeordnete Zusatzwände, so dass sich eine in einer Ansicht von vorne gabelartige Geometrie ergibt, bei welcher jede Zusatzwand einen Gabelzinken bildet. Dabei sind die jeweiligen Zusatzwände (Gabelzinken) vorzugsweise derart gestaltet, dass sich bei einer Krafteinwirkung von außen auf die jeweiligen Stirnseiten ein kontrolliertes Stauchverhalten oder Versagensverhalten durch Faltenbeulen oder Crushing ergibt, um möglichst viel Energie durch Verformung bzw. Zerstörung zu absorbieren.

Der Vollständigkeit halber wird darauf hingewiesen, dass sich die vorstehend in Verbindung mit der rechten und linken Fahrzeugseite beschriebenen Maßnahmen alternativ oder in Ergänzung analog auch im Bereich einer Fahrzeugvorderseite und/oder einer Fahrzeugrückseite realisieren lassen.

Wenn die mindestens eine, als Crashelement ausgebildete Zusatzwand aus einer Vielzahl geschlossener Substrukturen gebildet ist, kann eine Crashstruktur bereitgestellt werden, die einerseits ein nur geringes Gewicht aufweist, aber andererseits auch hohe Energie absorbieren kann. Unter geschlossenen Substrukturen werden insbesondere Hohlstrukturen verstanden, welche eine geschlossene Form aufweisen, beispielsweise eine polygonförmige oder runde Form. Dabei werden unter einer runden Form nicht nur kreisrunde Geometrien, sondern auch ovale oder anders geformte Strukturen verstanden, die keine Richtungsänderungen in Form von Ecken aufweisen.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses sind die Substrukturen unmittelbar aneinander angrenzend derart angeordnet, dass sich eine weitgehend homogene Gesamtstruktur ergibt. In diesem Zusammenhang wird insbesondere auf quadratische, wabenförmige, rechteckige oder runde Strukturen verwiesen, die unmittelbar aneinander angrenzend eine weitgehend homogene Gesamtstruktur ergeben. In diesem Fall werden von außen einwirkende Kräfte, wie sie insbesondere bei einem Seitenaufprall auftreten können, über die gesamte Länge unabhängig von der Aufprallposition ungefähr gleich aufgenommen.

Alternativ können die Substrukturen auch durch Verbindungsstrukturen derart zueinander beabstandet sein, dass sich eine inhomogene Gesamtstruktur ergibt. Eine solche Gestaltung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn mit Hilfe der Inhomogenität der Existenz anderer, sich nur über einen Teil der Länge des Batteriegehäuses erstreckender Schutzstrukturen Rechnung getragen werden soll, um unter Nutzung dieser Schutzstrukturen die Substrukturen besonders gewichtssparend zu gestalten. In diesem Fall können die Substrukturen dort in einem Fahrzeug, wo bereits andere Schutzstrukturen sind, beispielsweise im Bereich einer A-Säule, einer B- Säule oder einer sonstigen Schutzstruktur, weniger dicht angeordnet sein und dort in einem Fahrzeug, wo keine anderen Schutzstrukturen sind, mit höherer Dichte angeordnet sein, um so insgesamt eine ungefähr gleichmäßige Schutzwirkung gegenüber seitlich auf das Batteriegehäuse einwirkenden Kräften zu erzielen.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses, die alternativ oder in Ergänzung zu den vorstehenden Ausführungsformen realisiert sein kann, ist in der mindestens einen Zusatzwand zumindest teilweise ein Fluidkanal ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass der Fluidkanal für eine aktive Kühlung von in dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen und/oder Batteriemodulen genutzt werden kann. Der Kanal kann durch Anordnung von einem verlorenen Kern oder durch Anordnung von mehreren verlorenen Kernen vollständig in einer Zusatzwand oder mehreren Zusatzwänden ausgebildet sein. Der Vollständigkeit halber wird auch darauf verwiesen, dass innerhalb des Fluidkanals auch strömungsleitende Elemente ausgebildet oder angeordnet sein können, insbesondere Finnen oder sonstige, den Fluidkanal strömungstechnisch beeinflussende Elemente. Alternativ oder in Ergänzung dazu können innerhalb der Fluidkanals auch strukturversteifend Elemente ausgebildet oder angeordnet sein.

Eine besonders einfache Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses mit mindestens einem Fluidkanal ergibt sich, wenn der Fluidkanal durch Ausbildung eines einseitig offenen Hohlraums in der Zusatzwand und durch fluiddichtes Verschließen des Hohlraums mit mindestens einem separaten Element gebildet ist. In diesem Fall ist die gießtechnische Herstellung auch ohne verlorene Kerne möglich und insoweit vereinfacht. Ferner ermöglicht es der einseitig offene Hohlraum die nachträgliche Anordnung von Zusatzelementen wie z.B. Finnen, bevor der Hohlraum mit dem separaten Element verschlossen wird.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses ist mindestens eine Zusatzwand als Längs-Lastpfad ausgebildet ist und es ist mindestens eine Zusatzwand als Quer-Lastpfad ausgebildet. In diesem Fall ergibt sich durch die beiden sich kreuzenden Lastpfade eine besonders eigensteife Struktur, welche hohen Crashanforderungen gerecht wird.

Alternativ oder in Ergänzung dazu ist mindestens ein sich durch die Seitenwand und mindestens einer Zusatzwand erstreckender Fluidpfad ausgebildet. In diesem Fall können die Seitenwand, vorzugsweise beide, sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Seitenwände und eine oder mehrere Zusatzwände, vorzugsweise alle als Quer-Lastpfade ausgebildeten Zusatzwände, als Kanalstruktur insoweit genutzt werden, als Fluid über eine der Seitenwände einbringbar ist, das Fluid zum Kühlen der in dem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen und/oder Batteriemodule durch die Zusatzwände geleitet und aus der anderen der Seitenwände wieder ausgeleitet wird. In diesem Fall ist mit Hilfe der Seitenwände und mit Hilfe von einer Zusatzwand oder mehrerer Zusatzwände eine Kanalstruktur gebildet.

Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einem wie vorstehend beschriebenen Batteriegehäuse, wobei sich das Batteriegehäuse über einen Großteil der Breite des Kraftfahrzeuges erstreckt. Unter einem Großteil der Breite des Kraftfahrzeuges wird in diesem Zusammenhang insbesondere mindestens 50 Prozent der gesamten maximalen Breite des Kraftfahrzeuges verstanden. Vorzugsweise erstreckt sich das Batteriegehäuse weitestgehend (d.h. zu mindestens 80 Prozent) über den Bereich zwischen den Seitenschwellern eines Kraftfahrzeuges, besonders bevorzugt vollständig über den Bereich zwischen den Seitenschwellern.

In Absolutmaßen beträgt die Breite eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses vorzugsweise mindestens 500 mm, bevorzugt mindestens 800 mm, weiter bevorzugt mindestens 1.000 mm und besonders bevorzugt mindestens 1.200 mm.

Die Länge eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses beträgt vorzugsweise mindestens 750 mm, bevorzugt mindestens 1.000 mm, weiter bevorzugt mindestens 1.200 mm, weiter bevorzugt mindestens 1.500 mm und besonders bevorzugt mindestens 2.000 mm.

Die Wandstärke eines erfindungsgemäßen Batteriegehäuses beträgt vorzugsweise mindestens 2 mm. Sofern Hohlräume für Fluidkanäle vorgesehen sind, weisen diese vorzugsweise eine Mindestbreite von 2 mm auf, bevorzugt mindestens 3 mm oder sogar mindestens 5 mm. Die Höhe eines Fluidkanals wird vorzugsweise mindestens so gewählt, dass sich der Fluidkanal in Hochrichtung (z-Richtung) mindestens über die gleiche Höhe erstreckt wie ein benachbart angeordnetes Batteriemodul oder eine benachbart angeordnete Batteriezelle. In Absolutwerten beträgt die Höhe vorzugsweise mindestens 5 mm, weiter bevorzugt mindestens 8 mm und besonders bevorzugt mindestens 10 mm.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Rohbau eines Kraftfahrzeuges mit einem Batteriegehäuse, das sich vollständig über den Bereich zwischen den Seitenschwellern erstreckt in einer isometrischen Darstellung von schräg oben, Fig. 2 ein Batteriegehäuse mit in Zusatzwänden ausgebildeten Fluidkanälen in einer Längsschnittdarstellung,

Fig. 3 ein Batteriegehäuse mit als Crashelementen ausgebildeten Zusatzwänden in einer Querschnittdarstellung,

Fig. 4 eine als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit geschlossenen Substrukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3,

Fig. 5 eine weitere als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit geschlossenen Substrukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3,

Fig. 6 eine weitere als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit geschlossenen Substrukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3,

Fig. 7 eine als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit zwei separaten Reihen Substrukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3,

Fig. 8 eine weitere als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit zueinander beabstandeten, geschlossenen Substrukturen und Verbindungsstrukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3 und

Fig. 9 eine weitere als Crashelement ausgebildete Zusatzwand mit zueinander beabstandeten, geschlossenen Substrukturen und die Substrukturen umgehenden offenen Strukturen analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3.

Figur 1 zeigt einen Rohbau 10 eines Kraftfahrzeuges mit zwei vorderen Radhäusern 12, zwei hinteren Radhäusern 14 und sich zwischen den Radhäusern 12, 14 in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstreckenden Seitenschwellern 16. In der gezeigten Ausführungsform erstreckt sich über die vollständige, sich Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstreckende Länge der Seitenschweller 16 und über die vollständige, sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckende Breite ein Batteriegehäuse 18. Dieses Batteriegehäuse 18 weist eine rechteckige Grundform mit Bodenabschnitt 20 auf, der ebenfalls eine rechteckige Grundform aufweist. Außenseitig des Bodenabschnitts 20 ist eine umlaufende Seitenwand 22 mit einem vorderseitigen Abschnitt 28, einem rückseitigen Abschnitt 30, einem linken Abschnitt 32 und einem rechten Abschnitt 34 ausgebildet. Die jeweiligen Abschnitte 28, 30, 32, 34 sind als ebene, plattenförmige Elemente mit einer ebenen, ungekrümmten Oberfläche ausgebildet. Zwischen dem vorderseitigen Abschnitt 28 der Seitenwand 22 und dem rückseitigen Abschnitt 30 der Seitenwand 22 ist eine zentrale Zusatzwand 26 ausgebildet, die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstreckt. Diese Zusatzwand 26 ist als Längs-Lastpfad 24 ausgebildet.

Ferner sind zwischen dem in Fahrtrichtung betrachtet linken Abschnitt 32 der Seitenwand 22 und dem rechten Abschnitt 34 der Seitenwand 22 mehrere, als Quer- Lastpfade 36 ausgebildete Zusatzwände 26 ausgebildet, die sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstrecken. Sowohl der Bodenabschnitt 20 als auch die Seitenwand 22 als auch die Zusatzwände 26 sind einstückig als Großgussbauteil ausgebildet. In der gezeigten Ausführungsform ist das als Großgussbauteil gebildete Batteriegehäuse 18 aus Aluminium hergestellt.

Das Batteriegehäuse 18 kann alternativ auch aus anderen gießfähigen Werkstoffen hergestellt werden, wobei neben Aluminium insbesondere noch auf Magnesium, Graphit und auf Kunststoffe verwiesen wird. Alle genannten Werkstoffe weisen ein relativ geringes volumenspezifisches Gewicht auf. Die Werkstoffe Aluminium, Magnesium und Graphit haben den weiteren Vorteil, dass diese sehr gut wärmeleitend sind, was insbesondere für die Abfuhr von Wärme aus in dem Batteriegehäuse 18 angeordneten Batteriezellen und/oder Batteriemodulen vorteilhaft ist. Eine verbesserte Wärmeabfuhr bei Batteriegehäusen 18 aus Kunststoffen kann erzielt werden, wenn in dem jeweiligen Kunststoff Additive aus gut wärmeleitfähigen Werkstoffen zugesetzt werden, insbesondere metallische Additive.

In den Figuren 2 bis 9 sind weitere Ausführungsformen bzw. Details solcher Ausführungsformen gezeigt, wobei für identische oder zumindest funktionsgleiche Elemente jeweils die gleichen Bezugszeichen wie in Figur 1 bzw. einer jeweils zuvor beschriebenen Ausführungsform verwendet werden. Es wird darauf hingewiesen, dass Details einzelner Ausführungsformen, soweit dies die Logik nicht verbietet, beliebig miteinander kombinierbar sind, um aus Einzelheiten unterschiedlicher Ausführungsformen weitere Ausführungsformen abzuleiten.

Diese Kombinationsmöglichkeiten werden im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als für den Fachmann offensichtlich angesehen und daher nicht zusätzlich in allen variierbaren Varianten beschrieben. Figur 2 zeigt eine Längsschnitt-Darstellung durch ein Batteriegehäuse 18, das insoweit ähnlich konstruiert ist wie das in Figur 1 gezeigte Batteriegehäuse 18, als es ebenfalls eine Seitenwand 22 mit einem vorderseitigen Abschnitt 28 und einem rückseitigen Abschnitt 30 aufweist. Ebenfalls sind mehrere, sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckende Zusatzwände 26 vorgesehen, die als Quer-Lastpfade 36 ausgebildet sind.

Aus der Schnittdarstellung ist gut erkennbar, dass sowohl in den sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckenden Seitenwänden 22 als auch in den Zusatzwänden 26 jeweils ein in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) nach oben offener Hohlraum 38 ausgebildet ist. Der einseitig nach oben offene Hohlraum 38 ist oberseitig durch ein Deckelelement 40 verschlossen, indem dieses Deckelement 40 dichtend mit dem Batteriegehäuse 18 verbunden ist. Die Verbindung ist in der gezeigten Ausführungsform durch Dichtschweißen realisiert, was durch die schematisch dargestellten Schweißstellen 42 visualisiert ist. Dazu ist das Deckelelement 40, welches in der gezeigten Ausführungsform als ebene dünne Platte ausgebildet ist, vorzugsweise unabhängig von seiner geometrischen Gestaltung, aus dem gleichen Werkstoff hergestellt wie das Batteriegehäuse 18, hier aus Aluminium. Dies ist hinsichtlich der Verbindungstechnik vorteilhaft, insbesondere wenn die Elemente flüssigkeitsdicht miteinander verschweißt werden.

Hinsichtlich der Schweißverfahren zum Dichtschweißen wird insbesondere auf Laserschweißen und auf Rühr-Reibschweißen verwiesen. Alternativ kann auch mit anderen stoffschlüssigen Fertigungsverfahren eine Verbindung zwischen Deckelelement 40 und Batteriegehäuse 18 hergestellt werden, insbesondere durch Verkleben.

Durch die in der Seitenwand 22 und in den Zusatzwänden 26 ausgebildeten einseitig offenen Hohlräume 38 und das oberseitige Verschließen mittels des Deckelelements 40 sind sich in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung) erstreckende Fluidkanäle 50 gebildet. Analog dazu sind optional auch in dem linken Abschnitt und in dem rechten Abschnitt der Seitenwand 22 sowie in ggf. vorhandenen weiteren Zusatzwänden 26 entsprechende Fluidkanäle (nicht gezeigt) ausgebildet. Insbesondere durch Herstellen von fluidalen Verbindungen zwischen den Fluidkanälen 50, beispielsweise mittels weiteren Fluidkanälen (nicht gezeigt), die sich in Fahrzeuglängsrichtung (x-Richtung) erstrecken, können ein oder mehrere, durch die Wände 22, 26 des Batteriegehäuses 18 führende Fluidpfade gebildet sein. In Figur 2 ist ferner erkennbar, dass in dem Batteriegehäuse 18 Aufnahmebereiche zur Anordnung von Batteriemodulen 44 vorgesehen sind. Dazu ist die sich in Fahrzeughochrichtung (z-Richtung) erstreckende Höhe des Batteriegehäuses 18 größer gewählt als die Höhe der Batteriemodule 44, um diese vollständig in den Aufnahmebereichen anordnen zu können.

Unterseitige Auflageflächen 46 für die Batteriemodule 44 sind nur außenseitig vorgesehen. Zwischen den Auflageflächen 46 ist jeweils eine Ausnehmung 48 in dem Batteriegehäuse 18 vorgesehen. Diese kann entweder für Kühlfluidströmungen genutzt werden und/oder es können wärmeleitende Elemente oder Werkstoffe (nicht dargestellt), insbesondere Wärmeleitpads oder Wärmeleitpasten, in diesen Ausnehmungen 48 angeordnet werden, um den Wärmeübergang von den Batteriemodulen 44 auf das Batteriegehäuse 18 zu verbessern.

In Figur 2 nicht dargestellt sind optional mögliche, in dem Batteriegehäuse 18 ausgebildete Anbindungspunkte zum Einschrauben oder Durchschrauben, beispielsweise um die Batteriemodule 44 mit dem Batteriegehäuse 18 zu verschrauben oder um das Batteriegehäuse 18 mit Elementen einer Fahrzeugkarosserie zu verschrauben. Bei der in Figur 2 dargestellten Ausführungsform sind die Batteriemodule 44 mit Fließformschrauben 52 unmittelbar in den Aluminiumwerkstoff des Batteriegehäuses 18 eingeschraubt.

Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Batteriegehäuses 18, das in einer Querschnittdarstellung, d.h. geschnitten in Fahrzeugquerrichtung (y-Richtung), gezeigt ist. Das Batteriegehäuse 18 weist einen Bodenabschnitt 20 und eine Seitenwand 22 mit einem linken Abschnitt 32 und einem rechten Abschnitt 34 auf. Mittig zwischen den genannten Seitenwandabschnitten 32, 34 ist eine Zwischenwand 26 als Längs-Lastpfad 24 ausgebildet, die sich über die vollständige Länge des Bodenabschnitts 20 erstreckt, d.h. von dem nicht dargestellten vorderseitigen Seitenwandabschnitt bis zu dem ebenfalls nicht dargestellten hinterseitigen Seitenwandabschnitt.

Ausgehend von der Außenseite der gezeigten Seitenwandabschnitte 32, 34 erstrecken sich jeweils außenseitig des Bodenabschnitts 20 in Fahrzeugquerrichtung nach außen drei Zusatzwände 26. Die Zusatzwände 26 sind in der gezeigten Ausführungsform parallel zueinander angeordnet, so dass sich eine, in der in Figur 3 gezeigten Ansicht von vorne, gabelartige Geometrie mit jeweils drei Gabelzinken auf jeder Seite ergibt.

Nicht dargestellt sind optional zwischen den sich außenseitig der Seitenwandabschnitte 32, 34 erstreckenden Zusatzwänden 26 ausgebildete Stützstrukturen, wie z.B. Stützrippen, Stützflächen oder sonstige Stützelemente, welche einstückig angeformt oder als separate Elemente montiert sein können. Solche Stützelemente können ein kontrolliertes Crashverhalten der Zusatzwände 26 bei von außen einwirkenden Kräften verbessern, indem vermieden wird, dass die äußeren Zusatzwände 26 nach außen ausknicken. Die Wahrscheinlichkeit, dass die Zusatzwände 26 in einem Crashfall als Einheit funktionsfähig bleiben und durch Aufnahme maximaler Verformungsenergie effizient kinetische Energie absorbieren, wird so deutlich erhöht.

Ebenfalls nicht dargestellt in Figur 3 ist ein Deckelelement (nicht gezeigt). Ein solches ist jedoch ebenfalls vorgesehen, insbesondere um das Batteriegehäuse 18 oberseitig zu verschließen.

Die Figuren 4 bis 9 zeigen verschiedene Möglichkeiten, wie als Crashelement ausgebildete Zusatzwände 26 mit geschlossenen Substrukturen 54 analog zu der Darstellung in Figur 3 in einer Ansicht gemäß dem Pfeil IV in Figur 3 im Detail gestaltet sein können.

Dabei handelt es sich bei den Gestaltungen der Figuren 4 bis 6 um aus Zusatzwänden 26 gebildete Substrukturen 54, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Es ergibt sich dementsprechend eine Art geschlossenes Netz aus unmittelbar aneinander angrenzenden Substrukturen 54.

Bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform sind als Substrukturen 54 einfache Rechteckstrukturen mit vier rechtwinklig zueinander angeordneten Seiten vorgesehen, die in regelmäßigen Reihen als Gitterstruktur angeordnet sind.

Bei der in Figur 5 gezeigten Ausführungsform sind als Substrukturen 54 wabenförmige Elemente vorgesehen. Diese Ausführungsform ist etwas komplexer in der Geometrie, weist aber ein besseres Crashverhalten und eine höhere Schubsteifigkeit auf.

Bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform sind als Substrukturen 54 Rechteckstrukturen vorgesehen, die zwar ähnlich wie in Figur 4 in unmittelbar aneinander angrenzenden Reihen angeordnet sind. Anders als bei der in Figur 4 gezeigten Ausführungsform ist bei der in Figur 6 gezeigten Ausführungsform unmittelbar aneinander angrenzende Reihen jedoch jeweils um einen halben Seitenlängenabstand versetzt zueinander angeordnet. Dadurch ergibt sich gegenüber der Variante aus Figur 4 eine verbesserte Schubsteifigkeit und ein ebenfalls verbessertes Crashverhalten. Die in Figur 7 gezeigten Ausführungsform besteht aus zwei Reihen von unmittelbar aneinander grenzenden Substrukturen 54 in Form von Rechtecken, wobei die Reihen in einem bestimmten Abstand parallel zueinander angeordnet sind. Durch Wahl eines geeigneten Abstandes kann so eine gewichtsreduzierte Gestaltung realisiert werden, insbesondere um in bestimmten Fahrzeugbereichen, in welchen zusätzlicher Schutz durch weitere Karosserieelemente bereits gegeben ist (z.B. im Bereich von Fahrzeugsäulen, wie z.B. A-Säule oder B-Säule), durch Substrukturen 54 kein unnötiges Zusatzelement mit einem entsprechenden Bauteilgewicht vorzusehen. Alternativ oder in Ergänzung kann durch Beabstandung der Reihen voneinander dem Umstand Rechnung getragen werden, dass Hindernisse, die potentiell von außen auf ein Kraftfahrzeug einwirken, wie z.B. ein Baumstamm, Pfahl etc., üblicherweise eine gewisse Mindestausdehnung aufweisen. Dementsprechend kann es auch nur im Sinne des Leichtbaus sinnvoll sein, die in Figur 7 gezeigte konstruktive Gestaltung mit einem gewissen Abstand zwischen einzelnen Reihen zu wählen.

Bei den in den Figuren 8 bis 9 gezeigten Ausführungsformen sind aus den Zusatzwänden 26 nur teilweise Substrukturen 54 gebildet.

Bei beiden Ausführungsformen sind als Substrukturen 54 exemplarisch Rechteckstrukturen dargestellt.

Die in Figur 8 gezeigte Ausführungsform weist als Substrukturen 54 jeweils eine einzelne Rechteckstruktur auf, die von einer Position mittig jeder Seite des Rechtecks einfache lineare Verbindungswände 56 zu einer benachbarten Rechteckstruktur oder zu einer oberen Wand 58 oder zu einer unteren Wand 60 aufweist. Die Bereiche, in welchen die Verbindungswände 56 an die Substruktur 54 angrenzen, können als Profilknoten oder Gussknoten bezeichnet werden, weil dort bei der gießtechnischen Herstellung das Material in verschiedene Richtung möglichst gleichmäßig fließen muss/soll.

Die in Figur 9 gezeigte Ausführungsform weist als Substrukturen 54 jeweils zwei aneinander gereihte Rechteckstrukturen auf, die beabstandet zu einer oberen Wand 58 und einer unteren Wand 60 angeordnet sind. Von der oberen Wand 58 und von der unteren Wand 60 erstrecken sich jeweils weitere Einzelwände 62 senkrecht zu diesen in Richtung der Zwischenräume zwischen den Rechteckstrukturen.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.

Bezugszeichenliste

Rohbau vorderes Radhaus hinteres Radhaus

Seitenschweller

Batteriegehäuse

Bodenabschnitt

Seitenwand

Längs-Lastpfad

Zusatzwand vorderseitiger Abschnitt der Seitenwand rückseitiger Abschnitt der Seitenwand linker Abschnitt der Seitenwand rechter Abschnitt der Seitenwand

Quer-Lastpfad

Hohlraum

Deckelelement

Schweißstelle

Batteriemodul

Auflagefläche

Ausnehmung

Fluidkanal

Fließformschrauben

Substruktur

Verbindungswand obere Wand untere Wand

Einzelwand

Claims

Ansprüche

1. Als Großgussteil hergestelltes Batteriegehäuse für ein Kraftfahrzeug mit einem Bodenabschnitt (20), der eine sich in Fahrzeugquerrichtung erstreckende Breite und eine sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckende Länge aufweist, und mit mindestens einer Seitenwand (22), die sich außenseitig des Bodenabschnitts (20) in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckt, um einen Innenraum zur Anordnung von Batteriezellen und/oder Batteriemodulen auf dem Bodenabschnitt (20) mindestens einseitig seitlich zu begrenzen, wobei ferner mindestens eine, sich von dem Bodenabschnitt (20) nach oben oder von dem Bodenabschnitt (20) gegenüber dem Bereich des Innenraums nach außen erstreckende Zusatzwand (26) als Schutzelement ausgebildet ist.

2. Batteriegehäuse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Zusatzwand (26) von dem Bodenabschnitt (20) in Fahrzeughochrichtung nach oben erstreckt und als sich vollständig durch den Innenraum erstreckender Lastpfad ausgebildet ist.

3. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich die mindestens eine Zusatzwand (26) außenseitig des Bodenabschnitts (20) in Fahrzeugquerrichtung nach außen erstreckt und als Crashelement ausgebildet ist.

4. Batteriegehäuse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder in Fahrzeugquerrichtung nach außen weisenden Seite eine Zusatzwand (26) als Crashelement ausgebildet ist oder mehrere Zusatzwände (26) als Crashelemente ausgebildet sind.

5. Batteriegehäuse nach einem der beiden vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine, als Crashelement ausgebildete Zusatzwand (26) aus einer Vielzahl geschlossener Substrukturen (54) gebildet ist.

6. Batteriegehäuse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Substrukturen (54) unmittelbar aneinander angrenzend derart angeordnet sind, dass sich eine weitgehend homogene Gesamtstruktur ergibt oder, dass die Substrukturen (54) durch Verbindungsstrukturen derart zueinander beabstandet sind, dass sich eine inhomogene Gesamtstruktur ergibt.

7. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der mindestens einen Zusatzwand (26) zumindest teilweise ein Fluidkanal (50) ausgebildet ist.

8. Batteriegehäuse nach dem vorstehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der Fluidkanal (50) durch Ausbildung eines einseitig offenen Hohlraums (38) in der Zusatzwand (26) und durch fluiddichtes Verschließen des Hohlraums (38) mit mindestens einem separaten Element gebildet ist.

9. Batteriegehäuse nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Zusatzwand (26) als Längs- Lastpfad (24) ausgebildet ist und mindestens eine Zusatzwand (26) als Quer-Lastpfad (36) ausgebildet ist und/oder ein sich durch die Seitenwand (22) und mindestens eine Zusatzwand (26) erstreckender Fluidpfad ausgebildet ist.

10. Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäuse (18) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei sich das Batteriegehäuse (18) über einen Großteil der Breite des Kraftfahrzeuges erstreckt.