EP4753950A1 - Integration eines motors/verstelleinheit in ein batteriegehäuse eines elektrischen fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein batterieelektrisches Fahrzeug, aufweisend eine Hohlraumstruktur aus einer Vielzahl entlang einer Fahrzeug-Querachse und zueinander parallel ausgerichteter und aneinander anliegend aneinandergereihter und aneinander gefügter Querträger (1) zur Aufnahme von Batteriezellen in einem jeweiligen Hohlraum der Querträger (1), wobei die Hohlraumstruktur in einem dem Fondfußraum zugeordneten Bereich eine Aufnahmeschnittstelle (3) zur solchen Aufnahme einer elektrischen Maschine und/oder einer Verstelleinheit für ein verstellbares aerodynamisches Element und/oder einer Venturieinheit aufweist, dass die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit in das Batteriegehäuse integriert ist.

Description

Integration eines Motors/Verstelleinheit in ein Batteriegehäuse eines elektrischen Fahrzeugs

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein batterieelektrisches Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug mit einem solchen Batteriegehäuse.

Im Gegensatz zu Fahrzeugen, insbesondere Personenkraftwagen, mit Verbrennungsmotor, bei denen in einem Tank flüssiger Treibstoff mit relativ hoher Energiedichte mitgeführt werden kann, ist bei batterieelektrischen Fahrzeugen eine entsprechend große Batterie mitzuführen, die in ihrem Volumen dasjenige eines Tanks für flüssigen Treibstoff typischerweise deutlich überschreitet. Es entsteht daher das Problem, die Batterie möglichst so im Fahrzeug anzuordnen, dass die Schwerpunktlage im Fahrzeug nicht zu hoch über dem Boden liegt, da dies die Fahrdynamik negativ beeinflussen würde, gleichzeitig jedoch der Komfort im Innenraum des Fahrzeugs nicht zu sehr darunter beispielsweise leidet, dass eine im Bodenbereich angeordnete Batterie den Fußraum insbesondere für im Fahrzeug-Fond sitzende Passagiere zu weit verkleinert. Zudem ist bei der Konstruktion eines Batteriegehäuses der Batterie, welches dazu dient, die einzelnen Batteriezellen aufzunehmen, auf strenge mechanische Vorgaben zu achten, insbesondere auf ausreichend hohe Steifigkeit zur Aufnahme externer Lasten bei gleichzeitiger komplexer Anforderung bezüglich von Kollisionsfällen des Fahrzeugs.

Die DE 102018 131 824 A1 betrifft in diesem Zusammenhang ein Batteriegehäuse mit einer durch einen Boden und Seitenwände gebildeten Wannenstruktur, wobei in den Boden des Batteriegehäuses ein Profil integriert ist, welches Profil in einem quer zu seiner Längserstreckung betrachteten Querschnitt zwei Schenkel aufweist, die durch einen parallel zum Boden verlaufenden Steg verbunden sind, wobei die Schenkel und der Steg an der Unterseite des Bodens eine tunnelartige Ausnehmung mit jeweils einer Mündung an gegenüberliegenden seitlichen Abschlüssen für ein Rohr, insbesondere ein Abgasrohr einer Brennkraftmaschine bilden, wobei das Profil ein einen Obergurt und einen davon beabstandeten, die tunnelförmige Ausnehmung begrenzenden Untergurt aufweisendes Hohlkammerprofil ist.

Die WO 2021/003299 A1 betrifft außerdem einen Rahmen eines Fahrzeugbatteriepacks für ein Fahrzeug, umfassend: Einen Sockel mit einer Länge und einer Breite;

Seitenelemente auf gegenüberliegenden Seiten des Sockels, die sich über die Länge des Sockels erstrecken und an einem Umfang des Sockels befestigt sind; und Querträger, die sich über die Breite des Sockels zwischen den Längsträgern erstrecken; wobei jedes der Längsglieder einen profilierten Körper aufweist, der eine Seitenwand mit einer den Querträgern zugewandten ersten Fläche und einer gegenüberliegenden zweiten Fläche aufweist; und eine Polymerverstärkung, die an dem profilierten Körper angebracht ist und der zweiten Oberfläche der Seitenwand des profilierten Körpers zugewandt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Konstruktion eines batterieelektrischen Fahrzeugs im Bereich der Batteriestruktur mit einem Batteriegehäuse möglichst Bauraum-optimal zu auszulegen.

Die Erfindung ergibt sich aus den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein batterieelektrisches Fahrzeug, aufweisend eine Hohlraumstruktur gebildet aus einer Vielzahl entlang einer Fahrzeug-Querachse und zueinander parallel ausgerichteter und aneinander anliegend aneinandergereihter und aneinander gefügter Querträger zur Aufnahme von Batteriezellen, ggf. in Batteriemodulen zusammengefasst, in einem jeweiligen Hohlraum der Querträger, wobei die Hohlraumstruktur in einem dem Fondfußraum zugeordneten Bereich eine Aufnahmeschnittstelle zur solchen Aufnahme einer elektrischen Maschine oder einer Verstelleinheit, insbesondere für ein verstellbares aerodynamisches Element, oder einer Venturieinheit aufweist, dass die elektrische Maschine oder die Verstelleinheit oder die Venturieinheit in das Batteriegehäuse integriert ist.

Die elektrische Maschine umfasst bevorzugt einen elektrischen Motor, der weiterhin bevorzugt auch in einem Generatorbetrieb zum Aufnehmen eines externen Drehmoments für die Erzeugung und Rückspeisung elektrischer Energie in die Batterie des elektrischen Fahrzeugs betrieben werden kann. Die Verstelleinheit dagegen dient insbesondere zum aktorischen Verstellen eines aerodynamischen Elements im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs. Die Venturieinheit ist ein spezielles aerodynamisches Element, ebenfalls anzuordnen im Bereich des Unterbodens des Fahrzeugs.

Typischerweise befindet sich daher die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit, wenn sie an der Aufnahmeschnittstelle angeordnet ist, bereits in einem Nassbereich, der zum Boden des Fahrzeugs nicht gesondert abgedichtet ist. Die gesonderte Abdichtung erfolgt typischerweise erst nach oben zu einer Fahrgastzelle hin, dem Trockenbereich.

Während für die oben genannte Fußgarage bewusst eine Lücke zwischen den Querträgern vorgesehen werden kann, kann dennoch in einem Mittelbereich im Fondfußraum, als Verlängerung der Mittelkonsole zwischen den Vordersitzen, Bauraum genutzt werden, um die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit in das Batteriegehäuse zu integrieren und dabei die Strukturelemente des Batteriegehäuses zur Aufnahme aktiv zu nutzen. Das Batteriegehäuse weist somit mehrere Zwecke gleichzeitig auf, der zur Verfügung stehende Bauraum wird optimal genutzt.

Die Querträger sind bevorzugt Strangpressprofile, können jedoch auch konstruktiv alternativ ausgeführt werden. Bevorzugt sind die Querträger miteinander verschweißt oder anders so fest miteinander verbunden, um die notwendigen mechanischen Anforderungen an das Batteriegehäuse erfüllen zu können, insbesondere bei dynamischen Lasten während der Fahrt des Fahrzeugs mit einer solchen Batterie sowie bei Kollisionen des Fahrzeugs mit Objekten in der Umgebung, wie sie bei Verkehrsunfällen typischerweise auftreten.

Im in ein Fahrzeug eingebauten Zustand des Batteriegehäuses, bestückt mit Batteriezellen, liegt die Aufnahmeschnittstelle im Bereich eines Fußraums eines Fahrzeug-Fonds. Wird die elektrische Maschine bzw. die Verstelleinheit bzw. die Venturieinheit in einen Längsträger zwischen einem jeweils daran anliegenden vorderen und hinteren Querträger und zur Fahrzeug-Querachse mittig integriert, so wird zwar die Lücke zwischen den Querträgern mittig durch den Längsträger ausgefüllt, links und rechts neben dem Längsträger bleibt jedoch eine Vertiefung bestehen, in die die Füße von einem an einem linken oder rechten Rücksitz jeweils neben einer Fahrzeugtüre sitzenden Insassen bequem abgelegt werden kann, da andernfalls das Batteriegehäuse auf Kosten der Tiefe im Fußraum oder der Sitzposition der Fahrzeuginsassen geht und damit der Komfort im Fond tendenziell abnimmt. Es können jedoch auch Fahrzeugmodelle so konstruiert werden, dass insbesondere bei einer tiefliegenden Batterie oder einem höheren Fahrzeug mit dem besagten Batteriegehäuse oder einem entsprechend flachen Batteriegehäuse dies nicht notwendig ist, und somit die Aufnahmeschnittstelle in einen regulären Querträger installiert werden kann, und auf einen Längsträger damit verzichtet werden kann, da der Querträger mit der Aufnahmeschnittstelle mit den übrigen Querträgern wie oben erläutert entsprechend verbunden werden kann, insbesondere durch Verschweißen der Querträger miteinander, um mechanische Anforderungen erfüllen zu können. Auch andere Füge-Verfahren sind möglich, wie beispielsweise Nieten, Kleben oder Clinchen.

Die Aufnahmeschnittstelle, bzw. ein Längsträger mit der Aufnahmeschnittstelle wenn ein solcher vorgesehen wird, ist für die Integration so ausgelegt, dass es den Trägheitskräften der Massen und anderer externer Belastungen standhält sowie die bei einer Kollision auftretenden Lasten berücksichtigt. Zu diesem Zweck ist das Batteriegehäuse auch im Bereich der Aufnahmeschnittstelle entsprechend fest ausgeführt, um so die regulären dynamischen Kräfte und Momente während einer Fahrt des Fahrzeugs sowie die Belastungen bei einer Kollision anforderungsgerecht aufnehmen bzw. dissipieren zu können. Damit einhergehend wird außerdem vorteilhaft die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit in einem geschützten Bereich untergebracht, beispielsweise in einem als Strangpressprofil ausgebildeten Längsträger zwischen einem vorderen und hinteren jeweils angrenzenden Querträger.

Außerdem kann vorteilhaft eine vorgegebene Bodengrenzlinie immer noch eingehalten werden, da das Batteriegehäuse weder nach oben noch nach unten im Bereich der Aufnahmeschnittstelle ein abstehendes Element aufweisen muss, um die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit aufnehmen zu können. Die Aufnahmeschnittstelle weist bevorzugt Anbindungspunkte auf, die in das Strangpressprofil des Batteriegehäuses integriert sind.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Aneinanderreihung der Querträger für den Bereich des Fondfußraums unterbrochen, wobei in der durch die Unterbrechung entstehende Lücke zwischen Querträgern vor der Lücke und Querträgern hinter der Lücke ein Längsträger angeordnet ist, wobei der Längsträger zwei an den Längsträger anliegende Querträger mechanisch miteinander verbindet, und wobei der Längsträger die Aufnahmeschnittstelle aufweist und einen Hohlraum zur Aufnahme der elektrischen Maschine und/oder der Verstelleinheit und/oder der Venturieinheit in seinem Hohlraum aufweist.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform schließen der Längsträger und die vor sowie die hinter dem Längsträger sich anschließenden Querträger planar zu einer gemeinsamen Ebene nach oben in Richtung der Fahrgastzelle miteinander ab, oder der Längsträger überschreitet nicht eine Höhe der Querträger nach oben in Richtung der Fahrgastzelle.

Beiden Fällen ist gemeinsam, dass der Längsträger nicht über eine Ebene an den Oberseiten der Querträger absteht, d.h. dass der Längsträger nicht über diese Ebene hinausragt. Damit wird eine einheitliche Höhe der Querträger auch durch die Integration des Längsträgers zur Aufnahme der elektrischen Maschine und/oder der Verstelleinheit und/oder der Venturieinheit nicht überschritten. Gegebenenfalls kann der Längsträger sogar niedriger ausgebildet sein als die Höhe der Querträger, dies kann jedoch zu Einbußen in der mechanischen Verbindung zwischen Querträgern, welche an dem Längsträger unmittelbar anliegen, und dem Längsträger führen. Hierbei ist auf die individuelle Konstruktion eines Fahrzeugtyps und den entsprechenden mechanischen Anforderungen Rücksicht zu nehmen.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Längsträger bezüglich einer Fahrzeug-Querachse mittig angeordnet, sodass links und rechts des Längsträgers Vertiefungen mit der Funktion einer Fußgarage bestehen. Die jeweilige Fußgarage nutzt eine Lücke zwischen den Querträgern, sodass möglichst nicht die Querträger zu einer verringerten Tiefe des Fußraums im Fondbereich des Fahrzeugs führen, was zu vermindertem Komfort für die Passagiere auf Rücksitzen des Fahrzeugs führen würde.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist der Längsträger als Strangpressprofil ausgebildet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist einer der Querträger im dem Fondfußraum zugeordneten Bereich die Aufnahmeschnittstelle auf.

Gemäß einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Aufnahmeschnittstelle nach oben in Richtung der Fahrgastzelle abgedichtet.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die Querträger aneinandergefügte Strangpressprofile. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform sind die elektrische Maschine oder die Verstelleinheit oder die Venturieinheit mittels Blindnietmuttern oder Gewindebolzen oder mittels eines Gewindes mit der Aufnahmeschnittstelle verbunden.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einem Batteriegehäuse wie oben und im Folgenden beschrieben.

Vorteile und bevorzugte Weiterbildungen des vorgeschlagenen Fahrzeugs ergeben sich durch eine analoge und sinngemäße Übertragung der im Zusammenhang mit dem vorgeschlagenen Batteriegehäuse vorstehend gemachten Ausführungen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der - gegebenenfalls unter Bezug auf die Zeichnung - zumindest ein Ausführungsbeispiel im Einzelnen beschrieben ist. Gleiche, ähnliche und/oder funktionsgleiche Teile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Es zeigen:

Fig. 1 : Eine Draufsicht auf ein Batteriegehäuse mit einem als Strangpressprofil ausgebildeten Längsträger gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 2: Eine Unteransicht des Batteriegehäuses der Fig. 1.

Fig. 3: Ein Batteriegehäuse gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Darstellungen in den Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich.

Fig. 1 zeigt, aus einer perspektivischen Draufsicht, ein Batteriegehäuse für ein batterieelektrisches Fahrzeug. Dabei wird eine Hohlraumstruktur aus einer Vielzahl entlang einer Fahrzeug-Querachse und zueinander parallel ausgerichteter und aneinander anliegend aneinandergereihter und aneinander geschweißter Querträger 1 aus metallischen Strangpressprofilen zur Aufnahme von Batteriezellen (in einem jeweiligen Hohlraum der Querträger 1) gebildet. Repräsentativ ist in der Fig. 1 nur einer der Querträger 1 unter der Vielzahl der Querträger 1 als solcher bezeichnet. Die Hohlräume der Querträger 1 verlaufen entlang der Fahrzeug-Querachse, die senkrecht zur Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs ist und in Fig. 1 von rechts oben nach links unten verläuft. Die Hauptfahrtrichtung des Fahrzeugs, in das das Batteriegehäuse bestückt mit einer Vielzahl von Batteriezellen, insbesondere eingebettet in Zellmodulen/Batteriemodulen eingebaut ist, ist in der Fig. 1 nach links unten gerichtet. Der Bereich rechts oben des Batteriegehäuses, in dem die Aufnahmeschnittstelle 3 in einem Längsträger 5 vorgesehen ist, liegt daher in einem Bereich der Batteriestruktur, der im in ein Fahrzeug eingebauten Zustand der Batteriestruktur im Fondbereich des Fahrzeugs liegt. Da die Aufnahmeschnittstelle 3 im ebenfalls als metallisches Strangpressprofil ausgeführten Längsträger mittig bezüglich einer Querachse des Fahrzeugs angeordnet ist, besteht links und rechts des Längsträgers eine Vertiefung, um eine jeweilige Fußgarage für einen Insassen an einem linken Rücksitz und einen weiteren Insassen an einem rechten Rücksitz des Fahrzeugs zu bilden. Der Längsträger 5 und die vor sowie die hinter dem Längsträger 5 sich anschließenden Querträger 1 sind dabei planar zu einer gemeinsamen Ebene nach oben in Richtung der Fahrgastzelle, das heißt sie sind gleich hoch in Richtung der Fahrgastzelle.

Fig. 2 zeigt das Batteriegehäuse der Fig. 1 wiederum perspektivisch, jedoch aus einer Unteransicht. Die Blickrichtung fällt daher vom Boden aus in Richtung der Fahrgastzelle. Hierbei ist die Aufnahmeschnittstelle 3 von unten sichtbar, an der mittels Nieten, Schweißverbindungen, Schrauben oder Ähnlichem eine elektrische Maschine und/oder eine Verstelleinheit für ein verstellbares aerodynamisches Element und/oder eine Venturieinheit angeordnet wird.

Fig. 3 zeigt ein alternatives Batteriegehäuse, bei dem ein in dem Fondfußraum zugeordneten Bereich liegender Querträger 1 die Aufnahmeschnittstelle 3 aufweist. Die perspektivische Ansicht ist dabei analog zur Fig. 1 ausgerichtet, d. h. die Blickrichtung fällt von oben von einer Fahrgastzelle in Richtung des Bodens. Hierbei sind die Querträger 1 durchgehend aneinandergereiht, es wird keine Lücke in einem, einem Fondbereich des Fahrzeugs zugeordneten, Bereich der Batteriestruktur durch Auslassung einer oder mehrerer der Querträger 1 wie in der Ausführungsform der Fig. 1 gebildet. Vielmehr werden bei der Herstellung dieses Batteriegehäuses die gleichen oder unterschiedliche Querträger 1 aneinandergereiht und aneinandergefügt, und in dem einem Fondbereich des Fahrzeugs zugeordneten Bereich wird lediglich bevorzugt die Unterseite der darin befindlichen Querträger 1 so modifiziert, dass die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit darin eingeführt werden kann und durch eine entsprechende Aufnahmeschnittstelle 3 mittels Blindnietmuttern, Gewindebolzen oder Ähnlichem fixiert werden kann. Obwohl die Erfindung im Detail durch bevorzugte Ausführungsbeispiele näher illustriert und erläutert wurde, ist die Erfindung nicht durch die offenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen. Es ist daher klar, dass eine Vielzahl von Variationsmöglichkeiten existiert. Es ist ebenfalls klar, dass beispielhaft genannte Ausführungsformen wirklich nur Beispiele darstellen, die nicht in irgendeiner Weise als Begrenzung etwa des Schutzbereichs, der Anwendungsmöglichkeiten oder der Konfiguration der Erfindung aufzufassen sind. Vielmehr versetzen die vorhergehende Beschreibung und die Figurenbeschreibung den Fachmann in die Lage, die beispielhaften Ausführungsformen konkret umzusetzen, wobei der Fachmann in Kenntnis des offenbarten Erfindungsgedankens vielfältige Änderungen, beispielsweise hinsichtlich der Funktion oder der Anordnung einzelner, in einer beispielhaften Ausführungsform genannter Elemente, vornehmen kann, ohne den Schutzbereich zu verlassen, der durch die Ansprüche und deren rechtliche Entsprechungen, wie etwa weitergehende Erläuterungen in der Beschreibung, definiert wird.

Bezugszeichenliste

1 Querträger

3 Aufnahmeschnittstelle

5 Längsträger

7 Fußgarage

Claims

Patentansprüche

1. Batteriegehäuse für ein batterieelektrisches Fahrzeug, aufweisend eine Hohlraumstruktur, insbesondere bestehend aus einer Vielzahl entlang einer Fahrzeug- Querachse und zueinander parallel ausgerichteter und aneinander anliegend aneinandergereihter und aneinander gefügter Querträger (1) zur Aufnahme von Batteriezellen in einem jeweiligen Hohlraum der Querträger (1), wobei die Hohlraumstruktur eine Aufnahmeschnittstelle (3) zur solchen Aufnahme einer elektrischen Maschine und/oder einer Verstelleinheit für ein verstellbares aerodynamisches Element und/oder einer Venturieinheit aufweist, dass die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Venturieinheit in das Batteriegehäuse integriert ist.

2. Batteriegehäuse nach Anspruch 1 , wobei die Aneinanderreihung der Querträger (1) für den Bereich des Fondfußraums unterbrochen ist, wobei in der durch die Unterbrechung entstehende Lücke zwischen Querträgern (1) vor der Lücke und Querträgern (1) hinter der Lücke ein Längsträger (5) angeordnet ist, wobei der Längsträger (5) zwei an den Längsträ- ger (5) anliegende Querträger (1) mechanisch miteinander verbindet, und wobei der Längsträger (5) die Aufnahmeschnittstelle (3) aufweist und einen Hohlraum zur Aufnahme der elektrischen Maschine und/oder der Verstelleinheit und/oder der Venturieinheit in seinem Hohlraum aufweist.

3. Batteriegehäuse nach Anspruch 2, wobei der Längsträger (5) und die vor sowie die hinter dem Längsträger (5) sich anschließenden Querträger (1) planar zu einer gemeinsamen Ebene nach oben in Richtung der Fahrgastzelle miteinander abschließen, oder wobei der Längsträger (5) eine Höhe der Querträger (1) nach oben in Richtung der Fahrgastzelle nicht überschreitet.

4. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 3, wobei der Längsträger (5) bezüglich einer Fahrzeug-Querachse mittig angeordnet ist, sodass links und rechts des Längsträgers (5) Vertiefungen mit der Funktion einer Fußgarage (7) bestehen.

5. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Längsträger (5) als Strangpressprofil ausgebildet ist.

6. Batteriegehäuse nach Anspruch 1, wobei einer der Querträger (1) im dem Fondfußraum zugeordneten Bereich die Aufnahmeschnittstelle (3) aufweist.

7. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Aufnahmeschnittstelle (3) nach oben in Richtung der Fahrgastzelle abgedichtet ist.

8. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Querträger (1) aneinandergefügte Strangpressprofile sind.

9. Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrische Maschine und/oder die Verstelleinheit und/oder die Ventu- rieinheit mittels Blindnietmuttern und/oder Gewindebolzen und/oder mittels eines Gewindes mit der Aufnahmeschnittstelle (3) verbunden ist.

10. Fahrzeug mit einem Batteriegehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche.