WO2015113579A1 - Kraftfahrzeug mit strukturintegrierten batterieelementen - Google Patents

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WO2015113579A1
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    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle having a plurality of battery elements according to the preamble of patent claim 1.
  • the storage of electrical energy plays an increasingly important role in motor vehicles.
  • the battery cells which are used in motor vehicles for storing energy are then arranged in then large battery systems.
  • These battery systems usually have a plurality of battery elements and are installed in the vehicle in the area of low force application. Thus, either the battery size is limited or the battery elements must be protected by massive reinforcing measures. This then leads to a considerable increase in weight. Solutions are known which describe so-called crashworthy battery systems. These battery systems consist of modules with e.g. a trapezoidal shape and thus allow a force-killing, verbundverformende shift in which the battery elements are not destroyed. Additional energy can be dissipated via additional crash profiles.
  • FR 2 961 442 describes a battery assembly which absorbs energy in an accident under deformation. There wedge-shaped battery elements are moved against each other.
  • a battery device is known in which the battery cells are arranged in a two-sheath structure. An energy absorption takes place here by a deformation of the outer shell with simultaneous displacement of the battery cells, which are arranged in the inner shell instead.
  • DE 10 2008 010 822 A1 also discloses a deformable battery housing, which is designed to be deformable when a force is applied to the battery housing while maintaining the shape of individual battery elements.
  • a battery pack is proposed, which has a multiplicity of battery elements, between which deformation elements are arranged. These deformation elements are located in intermediate spaces between the battery elements, so that the battery elements move under deformation of the deformation elements in the case of an external force. This deformation absorbs kinetic energy.
  • DE 10 2011 106 090 A1 relates to an arrangement of battery modules in a vehicle floor of a vehicle. At least two adjacent battery modules here have respective sliding surfaces, along which the two adjacent battery modules are displaceable relative to each other as a result of a force application. This allows the battery modules to dodge in a crash without being destroyed.
  • DE 10 2010 034 925 A1 also relates to an energy storage arrangement in a floor area of a vehicle. In this case, a subfloor mounting plate fixes the energy storage carrier and thus the energy storage to a subfloor construction of the vehicle. A cover plate in the floor area of the vehicle covers at least the energy storage medium-off media-to-vehicle interior.
  • An inventive motor vehicle has a plurality of battery elements, which are present in modules of a first and a second type, each with a plurality of battery elements.
  • the battery elements are arranged so as to be displaceable relative to one another in a composite as a function of a force effect in a composite-forming manner.
  • the displacement of the battery elements is thus force-destructive and destructive to the individual battery elements.
  • a module of the first kind can therefore also be an arrangement of several, in particular uniform, module elements each with its own geometry.
  • a module of the second type the arrangement of the battery elements is dependent on a force nondestructively displaceable only shape preserving. This means that the modules of the second kind can only be moved as a whole, ie as a whole.
  • the module is designed for maximum stability. Should nevertheless such large forces act on the module that the module is deformed, the module is destroyed, that is, the housing of the module and / or at least one battery element contained in the module is destroyed.
  • battery elements are installed as modules of the first kind and in the second region of the motor vehicle with increased compared to the first region of the motor vehicle increased rigidity, in which the body of the motor vehicle is designed to retain shape in an accident, battery elements are installed as modules of the second kind ,
  • the battery system thus consists of two different subsystems.
  • the first region which is designed for maximum energy absorption upon application of force, in particular for example by the presence of so-called energy absorption elements
  • a displacement of the battery modules is permitted and serves in a second region of the motor vehicle, which is designed for maximum rigidity in particular close to frame parts of the motor vehicle or in or on the security or passenger compartment is located as a structural reinforcement.
  • the first areas may therefore also be so-called crash areas, which are also referred to as "crumple zone" or deformation zone.
  • the battery elements make a significant contribution to vehicle safety by one hand, they can absorb energy and on the other hand serve in their formation as modules of the second kind as a structural reinforcement of the motor vehicle.
  • the synergy effect can save weight.
  • the entire energy Contents of the motor vehicle so the amount of total storable in the motor vehicle electrical energy can be increased, as well as in areas that were previously not suitable for security reasons especially for battery elements, battery elements can be arranged.
  • the storage capacity per volume in modules of the first type may be lower here than in modules of the second type. This has the advantage that deformation elements or the like can be provided between the battery elements in the modules of the first type.
  • the battery elements are preferably high-voltage battery elements.
  • it may also be battery elements, which supply a sole drive motor of the motor vehicle with the energy required for the drive. This has the advantage that the destruction of the battery elements which is particularly dangerous in the case of high-voltage battery elements can be prevented, and thus the safety of the occupants remains ensured.
  • a module of the second kind is arranged on a frame of the motor vehicle and / or is part of the frame. Since the frame of a body is characterized by a particular rigidity, thus the synergy effect between the rigidity of the body and the battery modules of the second kind, as described above, particularly stands out. In an arrangement on the frame of the motor vehicle so the battery elements would be particularly well protected and at the same time they contribute to the rigidity of the body.
  • the module can be frictionally connected to the frame. If the module is part of the frame, this is above all a weight saving. It can be provided that a module of the second kind is arranged along a vehicle longitudinal member and / or connects two vehicle longitudinal members in the manner of a cross member.
  • a corresponding cross member may be designed weaker or the stability in the transverse direction be increased with the same design of the cross member, and thus weight can be saved.
  • a module of the second type in particular on at least one surface oriented in or counter to the direction of travel of the motor vehicle, is connected to a vehicle longitudinal member and even serves as a longitudinal member replacement in one area.
  • the battery module is thus itself a supporting part of the body. This results in a weight and space savings.
  • two modules of the first type are arranged adjacent to a module of the second type.
  • a module of the first type adjoins modules of the second type on two opposite sides. This is provided in particular in a direction transverse to the direction of travel. This has the advantage that when a force is applied to one of the modules of the second type, this force is distributed over a large area to the module of the first type, so that a displacement of the two modules of the second type leads to the greatest possible loss of power by the module of the first type. Also, the security in the area above the modules of the second kind is increased.
  • At least one module is non-positively connected to a vehicle underbody.
  • This has the advantage that the properties of the vehicle underbody can be supported with regard to its behavior in particular in the event of an accident by the modules.
  • the stability of the vehicle underbody in the relevant area is thus increased, in particular, when connecting to a module of the first type, the energy absorption capacity of the vehicle underbody is increased. Both contribute to increasing the reliability of the motor vehicle.
  • modules of the second type are arranged under a seating area of the motor vehicle.
  • The has the advantage that the seating area is additionally reinforced in its stability, so that the living space of occupants of the motor vehicle in the event of an accident is even better preserved.
  • modules of the first type are arranged under a tunnel area between two seating areas of the motor vehicle. This has the advantage that the passenger compartment can absorb additional energy, but the seating areas need not be deformed for this additional absorption. Thus, a full occupancy of the occupants' living space is possible even with additional energy absorption by the passenger compartment.
  • a module of the first type and a module of the second type is arranged in the front carriage, and in particular the module of the first type is located in a deformation zone of the motor vehicle.
  • This has the advantage that the energy absorption capacity of the motor vehicle in the front of the vehicle, especially in the deformation zone, and thus the reliability is increased.
  • the construction of battery elements, especially high-voltage battery elements in the front of the vehicle while maintaining the safety of the occupants or in compliance with the relevant safety regulations is possible.
  • a module of the first type and a module of the second type can also be arranged in the rear section.
  • Fig. 1 is a plan view of a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • Fig. 2 is a plan view of a schematic representation of another
  • Embodiment of a motor vehicle according to the invention Embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • FIG. 1 shows a plan view of a schematic representation of an embodiment of a motor vehicle according to the invention.
  • a motor vehicle 1 here has two longitudinal members 5, between which a plurality of battery modules of the first type 3 and a plurality of battery modules of the second type 4 are arranged. To the side members 5, the modules of the second type 4 close.
  • the modules of the second type 4 are compact arrangements of battery elements 2, ie battery cells, which are embedded in a longitudinal and transverse support structure by a frame 11 of the modules.
  • the frame 11 serves primarily to make the module of the second type 4 so stiff that it can be displaced as a whole in the case of a force application and the individual battery elements 2 are not damaged.
  • the modules of the second type 4 can be used simultaneously as a vehicle structure reinforcement.
  • modules of the second type 4 are located in or under seat regions 6 of motor vehicle 1 on vehicle longitudinal members 5. These are arranged directly adjacent to longitudinal members 5 and extend below seat regions 6 of motor vehicle 1 parallel to direction of travel F. In the classic vehicle design, the vehicle structure under the seats should be made very stiff in order to preserve the living space for the occupant. By integrating the modules of the second type 4 in the area this can be additionally strengthened. Between the modules of the second type 4 and the vehicle longitudinal members 5, one or more energy-absorbing elements 8 are provided in the present example.
  • the cross members of the frame 11 of the modules of the second type 4 transversely to the direction of travel, ie to extend, so that between the two longitudinal beams 5 an additional bracing in the manner of a body cross member arises.
  • a module of the first type 3 is arranged in the example shown.
  • the composite deformation displaceability of the individual components of the module of the first type 3 results in the present case from the trapezoidal shape of said individual components or module elements.
  • the module of the first type 3 is located in the present case under the so-called tunnel area 7 of the passenger compartment.
  • the tunnel area 7 serves as a deformation zone in the classic vehicle design.
  • the behavior of the modules 3, 4 in the subfloor corresponds to the overlying vehicle structure.
  • the modules of the second type 4 are displaced as a whole and deform the module of the first type 3 located in the middle.
  • energy absorbed by the module of the first type 3 is absorbed by other components of the body would have to be.
  • the longitudinal or cross member structure of the frame 11 of the modules of the second type 4 can be frictionally connected to the body, for example the underbody, in particular screwed.
  • a screw connection here speaks the possibility of non-destructive disassembly of the modules of the second type 4.
  • modules of the first type 3 and second-4 modules increase the reliability and stability of the motor vehicle 1.
  • a module of the second type 4 and a module of the first type 3 are arranged between the longitudinal members 5.
  • the module of the second type 4 that is to say the more compact battery element arrangement, is oriented transversely to the vehicle direction F, so that, for example, it mechanically couples the two side members 5 in the manner of a cross member.
  • the module of the first type 3 is arranged parallel to the module of the second type 4, specifically in the rear area 10 behind and in the front carriage 9 in front of the second type module 4.
  • the second type module 4 is thus positioned between the passenger compartment and the first type module.
  • the module of the first type 3 can first be force-displacing and verbundverformend move and then forward remaining forces to the module of the second type 4.
  • a module of the first type 3 would be arranged between a module of the second type 4 and the passenger compartment.
  • battery elements 2 only under the passenger compartment or in the rear 10 or in the front 9 and any combination of different areas.
  • Fig. 2 shows a plan view of a schematic representation of another embodiment of a motor vehicle.
  • the arrangement of the battery elements te 2 or the modules of the first type 3 and the modules of the second type 4 in the front 9 and rear 10 takes place here as shown in Fig. 1 and described.
  • the side members 5 are partially replaced by modules of the second type 4.
  • one of the four longitudinal members 5 is anchored in each case to a side of two modules of the second type 4 facing in the direction of travel F and counter to the direction of travel F.
  • the sill 12 In a side impact so the sill 12 is pressed into the module of the first type 3, which shifts verbundverformend and converts kinetic energy.
  • the acting force is thus partially converted by a deformation of the sill 12 and other body parts of the motor vehicle 1 and by the displacement of the battery elements 2, which are arranged in the module of the first type 3, in a deformation. If the acting force exceeds the absorption capacity of the sill 12 and the module of the first type 3, a force acts on the module of the second type 4 lying behind it. This is shifted accordingly under deformation of the longitudinal members 5 as a whole, since the frame 11 of the module of the second type 4 is designed to be very stable.
  • the central module of the first type 3 will be deformed between the two modules of the second type 4.
  • energy is absorbed.
  • excess energy is also forwarded here to the second adjacent module of the second type 4 and thereby converted into a deformation. Since the modules of the second kind 4 each are arranged under the seating area 6, the living area of the occupants is best protected by the stability of the modules of the second type 4 here.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug (1) mit einer Mehrzahl von Batterieelementen (2), welche in Modulen einer ersten Art (3) und einer zweiten Art (4) mit jeweils mehreren Batterieelementen (2) vorliegen, wobei in einem Modul erster Art (3) die Batterieelemente in einem Verbund abhängig von einer Krafteinwirkung verbundverformend relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind und in einem Modul zweiter Art (4) die Anordnung der Batterieelemente (2) abhängig von einer Krafteinwirkung zerstörungsfrei nur formbeibehaltend verschiebbar ist, wobei in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugs (1) mit im Vergleich zu einem zweiten Bereich der Kraftfahrzeugs (1) geringer Steifigkeit, in dem eine Karosserie des Kraftfahrzeugs (1) auf eine kräftevernichtende Deformation bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente (2) als Module erster Art (3) eingebaut sind und in dem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugs (1) mit im Vergleich zu dem ersten Bereich des Kraftfahrzeugs (1) erhöhter Steifigkeit, in dem die Karosserie des Kraftfahrzeugs (1) auf ein Formbeibehalten bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente (2) als Module zweiter Art (4) eingebaut sind, um die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs (1) zu erhöhen und das Gewicht zu reduzieren.

Description

Kraftfahrzeug mit strukturintegrierten Batterieelementen
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Batterieelementen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Die Speicherung von elektrischer Energie spielt in Kraftfahrzeugen eine immer größer werdende Rolle. Die Batteriezellen, welche in Kraftfahrzeugen zur Speicherung von Energie eingesetzt werden, sind in dann oft großen Batteriesystemen angeordnet. Diese Batteriesysteme verfügen meist über eine Mehrzahl von Batterieelemente und werden im Fahrzeug im Bereich geringer Kraftbeaufschlagung eingebaut. So ist entweder die Batteriegröße begrenzt oder die Batterieelemente müssen durch massive Armierungsmaßnahmen geschützt werden. Dies führt dann zu einem erheblichen Mehrgewicht. Es sind Lösungen bekannt, die sogenannte crashtaugliche Batteriesysteme beschreiben. Diese Batteriesysteme bestehen aus Modulen mit z.B. einer Trapezform und erlauben somit eine kräftevernichtende, verbundverformende Verschiebung, bei welcher die Batterieelemente nicht zerstört werden. Über zusätzliche Crashprofile kann weitere Energie abgebaut werden.
So beschreibt beispielsweise die FR 2 961 442 eine Batterieanordnung, welche bei einem Unfall unter Verformung Energie absorbiert. Es werden dort keilförmige Batterieelemente gegeneinander verschoben. Aus der DE 10 2008 059 973 A1 ist eine Batterievorrichtung bekannt, bei welcher die Batteriezellen in einem Zweihüllenaufbau angeordnet sind. Eine Energieabsorption findet hier durch eine Verformung der Außenhülle bei gleichzeitiger Verschiebung der Batteriezellen, welche in der Innenhülle angeordnet sind, statt. Auch die DE 10 2008 010 822 A1 offenbart ein deformierbares Batteriege- häuse, welches dazu ausgelegt ist, bei einer Krafteinwirkung auf das Batteriegehäuse unter Beibehaltung der Form einzelner Batterieelemente deformierbar zu sein. In der DE 10 2010 033 806 A1 ist ein Batteriepack vorgeschlagen, der über eine Vielzahlen an Batterieelementen verfügt, zwischen welchen Deformationselemente angeordnet sind. Diese Deformationselemente befinden sich in Zwischenräumen zwischen den Batterieelementen, so dass sich bei einer äußeren Krafteinwirkung die Batterieelemente unter Verformung der Deformationselemente verschieben. Diese Verformung absorbiert kinetische Energie.
Die DE 10 2011 106 090 A1 betrifft eine Anordnung von Batteriemodulen in einem Fahrzeugboden eines Fahrzeuges. Wenigstens zwei benachbarte Batteriemodule weisen hier jeweilige Gleitflächen auf, entlang welcher die beiden benachbarten Batteriemodule infolge einer Kraftbeaufschlagung relativ zueinander verschiebbar sind. Dadurch können die Batteriemodule bei einem Crash ausweichen, ohne dass sie zerstört werden. Auch die DE 10 2010 034 925 A1 betrifft eine Energiespeicheranordnung in einem Bodenbereich eines Fahrzeugs. Hierbei fixiert eine Unterbodenmontageplatte den Energiespeicherträger und damit den Energiespeicher an einer Unterbodenkonstruktion des Fahrzeugs. Eine Abdeckplatte in dem Bodenbereich des Fahrzeugs deckt mindestens den Energiespeicherträger mediendicht zum Fahrzeuginnenraum hin ab.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Betriebssicherheit eines Kraftfahrzeugs mit einer Mehrzahl von Batterieelementen zu erhöhen und gleichzeitig im Vergleich zu bestehenden Lösungen Gewicht zu sparen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen, der Beschreibung und den Figuren. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug verfügt über eine Mehrzahl von Batterieelementen, welche in Modulen einer ersten und einer zweiten Art mit jeweils mehreren Batterieelementen vorliegen. Dabei sind in einem Modul erster Art die Batterieelemente in einem Verbund abhängig von einer Krafteinwirkung verbundverformend relativ zueinander verschiebbar angeordnet. Das Verschieben der Batterieelemente erfolgt also kräftevernichtend und für die einzelnen Batterieelemente zerstörungsfrei. Dies kann beispielsweise auf eine oder mehrere der bekannten Weisen, wie sie eingangs beschrieben wurden, erfolgen. Ein Modul erster Art kann also auch eine Anordnung mehrer, insbesondere gleichförmiger, Modulelemente mit je einem eigenen Ge- häuse und mehreren Batterieelementen beinhalten. In einem Modul zweiter Art ist die Anordnung der Batterieelemente abhängig von einer Krafteinwirkung zerstörungsfrei nur formbeibehaltend verschiebbar. Das heißt die Module zweiter Art können nur insgesamt, also als Ganzes, verschoben wer- den. Das Modul ist also auf eine größtmögliche Stabilität ausgelegt. Sollten dennoch so große Kräfte auf das Modul wirken, dass das Modul verformt wird, so wird das Modul zerstört, das heißt das Gehäuse des Moduls und/oder zumindest ein in dem Modul enthaltenes Batterieelement wird zerstört.
Um die Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs zu erhöhen und gleichzeitig Gewicht zu sparen, ist hier vorgesehen, dass in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugs mit im Vergleich zu einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugs geringer Steifigkeit, in dem eine Karosserie des Kraftfahrzeugs auf eine kräftevernichtende Deformation bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente als Module erster Art eingebaut sind und in dem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugs mit im Vergleich zu dem ersten Bereichs des Kraftfahrzeugs erhöhter Steifigkeit, in dem die Karosserie des Kraftfahrzeugs auf ein Formbeibehalten bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente als Module zweiter Art eingebaut sind. Das Batteriesystem besteht also aus zwei verschiedenen Untersystemen. Dadurch lässt es in dem ersten Bereich, der auf eine maximale Energieabsorption bei Kraftbeaufschlagung ausgelegt ist, insbesondere beispielsweise durch ein Vorhandensein von sogenannten Energieabsorptionselementen, eine Verschiebung der Batteriemodule zu und dient in einem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugs, welcher auf eine maximale Steifigkeit ausgelegt ist und sich insbesondere nahe an Rahmenteilen des Kraftfahrzeugs beziehungsweise in oder an der Sicherheits- beziehungsweise Fahrgastzelle befindet als Strukturverstärkung. Bei den ersten Bereichen kann es sich also auch um sogenannte Crashbereiche, welche auch als „Knautschzone" oder Deformationszone bezeichnet werden, handeln.
Das hat den Vorteil, dass sich Synergieeffekte zwischen der Karosserie und den Batterieelementen dahingehend ergeben, dass Funktionen der Karosserie teilweise von den Modulen erster und zweiter Art der Batterieelemente übernommen werden können. Damit leisten die Batterieelemente eine maßgeblichen Beitrag zur Fahrzeugsicherheit indem sie einerseits Energie absorbieren können und andererseits in ihrer Ausformung als Module zweiter Art als Strukturverstärkung des Kraftfahrzeugs dienen. Über den Synergieeffekt lässt sich zudem noch Gewicht sparen. Auch kann der gesamte Energie- inhalt des Kraftfahrzeugs, also der Betrag der insgesamt im Kraftfahrzeug speicherbaren elektrischen Energie, erhöht werden, da auch in Bereichen, die insbesondere aus Sicherheitsgründen bisher nicht für Batterieelemente geeignet waren, Batterieelemente angeordnet werden können.
Insbesondere kann hier die Speicherkapazität pro Volumen in Modulen erster Art geringer sein als in Modulen zweiter Art. Das hat den Vorteil, dass zwischen den Batterieelementen in den Modulen erster Art Deformationselemente oder Ähnliches vorgesehen sein können.
Bevorzugt handelt es sich bei den Batterieelementen um Hochvolt- Batterieelemente. Insbesondere kann es sich auch Batterieelemente handeln, welche einen alleinigen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs mit der für den Antrieb erforderlichen Energie versorgen. Das hat den Vprteil, dass die bei Hochvolt-Batterieelementen besonders gefährliche Zerstörung der Batterieelemente verhindert werden kann, und somit die Sicherheit der Insassen gewährleistet bleibt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Modul zwei- ter Art an einem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und/oder Teil des Rahmens ist. Da der Rahmen einer Karosserie sich durch eine besondere Steifigkeit auszeichnet, tritt somit der Synergieeffekt zwischen der Steifigkeit der Karosserie und den Batteriemodulen zweiter Art, wie sie oben beschrieben ist, besonders hervor. Bei einer Anordnung an dem Rahmen des Kraftfahrzeugs wären also die Batterieelemente besonders gut geschützt und gleichzeitig tragen diese zur Steifigkeit der Karosse bei. Insbesondere kann das Modul kraftschlüssig mit dem Rahmen verbunden werden. Ist das Modul Teil des Rahmens, so bringt dies vor allem eine Gewichtsersparnis mit sich. Hierbei kann vorgesehen sein, dass ein Modul zweiter Art an einem Fahrzeuglängsträger entlang angeordnet ist und/oder zwei Fahrzeuglängsträger nach Art eines Querträgers verbindet. Dies bringt den Vorteil einer spezifischen Verstärkung in Längs- beziehungsweise Querrichtung des Fahrzeugs. Da der Fahrzeuglängsträger sehr lang ist, können so besonders viele Batte- rieelemente an diesem angebracht sein und zur Betriebssicherheit des Fahrzeugs beitragen. Über die Verbindung zweier Fahrzeuglängsträger durch ein Modul nach Art eines Querträgers kann ein entsprechender Querträger schwächer ausgelegt werden beziehungsweise die Stabilität in Querrichtung bei gleichbleibender Auslegung des Querträgers erhöht werden, und somit Gewicht eingespart werden.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass ein Modul zweiter Art, insbesondere an zumindest einer in oder entgegen der Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs orientierten Fläche, mit einem Fahrzeuglängsträger verbunden ist und selbst in einem Bereich als Längsträgerersatz dient. Das Batteriemodul ist also selbst ein tragendes Teil der Karosserie. Das zieht ein Gewichts- und Platzersparnis nach sich.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass, insbesondere quer zu einer Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs, benachbart zu einem Modul zweiter Art zwei Module erster Art angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass das Modul zweiter Art durch die Module erster Art nach Art eines Puffers geschützt ist. Damit ist eine Beschädigung der Batterieelemente im Modul erster Art wenigerwahr- scheinlich.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Modul erster Art an zwei gegenüberliegenden Seiten an Module zweiter Art angrenzt. Dies ist insbesondere in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung vorgesehen. Das hat den Vorteil, dass bei einer Krafteinwirkung auf eines der Module zweiter Art diese Kraft großflächig auf das Modul erster Art verteilt wird, so dass ein Verschieben eines der beiden Module zweiter Art zu einem größtmöglichen Kraftverzehr durch das Modul erster Art führt. Auch wird so die Sicherheit in dem Raumbereich über den Modulen zweiter Art erhöht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass zumindest ein Modul kraftschlüssig mit einem Fahrzeugunterboden verbunden ist. Das hat den Vorteil, dass die Eigenschaften des Fahrzeugunterbodens be- züglich seines Verhaltens bei insbesondere einem Unfall durch die Module unterstützt werden kann. Insbesondere bei einem Verbinden mit einem Modul zweiter Art wird so die Stabilität des Fahrzeugunterbodens in dem betreffenden Bereich erhöht, insbesondere bei einem Verbinden mit einem Modul erster Art wird so das Energieabsorptionsvermögen des Fahrzeugunterbo- dens erhöht. Beides trägt zu einem Erhöhen der Betriebssicherheit des Kraftfahrzeugs bei.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass unter einem Sitzbereich des Kraftfahrzeugs Module der zweiten Art angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass der Sitzbereich in seiner Stabilität zusätzlich verstärkt wird, so dass der Lebensraum von Insassen des Kraftfahrzeugs im Falle eines Unfalls noch besser erhalten wird. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass unter einem Tunnelbereich zwischen zwei Sitzbereichen des Kraftfahrzeugs Module der ersten Art angeordnet sind. Das hat den Vorteil, dass die Fahrgastzelle zusätzliche Energie absorbieren kann, jedoch die Sitzbereiche für diese zusätzliche Absorption nicht verformt werden müssen. Damit ist ein voller Er- halt des Lebensraums der Insassen auch bei zusätzlicher Energieabsorption durch die Fahrgastzelle möglich.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass ein Modul erster Art und ein Modul zweiter Art im Vorderwagen angeordnet ist, und sich ins- besondere das Module erster Art in einer Deformationszone des Kraftfahrzeugs befindet. Das hat den Vorteil, dass das Energieabsorptionsvermögen des Kraftfahrzeugs im Vorderwagen, insbesondere in der Deformationszone, und damit die Betriebssicherheit erhöht wird. Außerdem ist so überhaupt erst der Verbau von Batterieelementen, insbesondere von Hochvolt- Batterieelementen, im Vorderwagen unter Wahrung der Sicherheit der Insassen bzw. unter Einhaltung der relevanten Sicherheitsvorschriften möglich. Gerade die Anordnung von Batterieelementen im Vorderwagen bringt hier den Vorteil einer erheblichen Erhöhung des im Kraftfahrzeug installierten Energieinhaltes. Analog kann auch ein Modul erster Art und ein Modul zwei- ter Art im Hinterwagen angeordnet sein.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, sowie anhand der Figuren. Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs; und
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung eines weiteren
Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
Gleiche oder funktionsgleiche Komponenten sind hier mit den identischen Bezugszeichen versehen. Fig. 1 zeigt eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs. Ein Kraftfahrzeug 1 verfügt hier über zwei Längsträger 5, zwischen denen mehrere Batteriemodule der ersten Art 3 und mehrere Batteriemodule der zweiten Art 4 ange- ordnet sind. An die Längsträger 5 schließen sich die Module der zweiten Art 4 an. Bei den Modulen der zweiten Art 4 handelt es sich um kompakte Anordnungen von Batterieelementen 2, also Batteriezellen, die durch einen Rahmen 11 der Module in eine Längs- und Querträgerstruktur eingebettet sind. Der Rahmen 11 dient vorrangig dazu, das Modul zweiter Art 4 so steif auszuführen, dass dieses im Falle einer Kraftbeaufschlagung als Ganzes verschoben werden kann und die einzelnen Batterieelemente 2 nicht beschädigt werden. Durch die stabile Ausführung können die Module zweiter Art 4 gleichzeitig als Fahrzeugstrukturverstärkung verwendet werden. Dazu ist es beispielsweise möglich, die Längs- und Querträger des Rahmens 11 , ^ welche im gezeigten Beispiel senkrecht aufeinander stehen und das Gehäuse des Moduls zweiter Art 4 bilden, mit einem Fahrzeugunterboden zu ver- schrauben.
Im vorliegenden Beispiel befinden sich in beziehungsweise unter Sitzberei- chen 6 des Kraftfahrzeugs 1 an den Fahrzeuglängsträgern 5 Module der zweiten Art 4. Diese sind hier unmittelbar benachbart zu den Längsträgern 5 angeordnet und erstrecken sich unter den Sitzbereichen 6 des Kraftfahrzeugs 1 parallel zur Fahrtrichtung F. In der klassischen Fahrzeugauslegung soll die Fahrzeugstruktur unter den Sitzen sehr steif ausgeführt werden, um den Lebensraum für den Insassen zu erhalten. Durch die Integration der Module zweiter Art 4 in den Bereich kann dieser zusätzlich verstärkt werden. Zwischen den Modulen zweiter Art 4 und den Fahrzeuglängsträgern 5 sind im vorliegenden Beispiel noch jeweils ein oder mehrere energieabsorbierende Elemente 8 vorgesehen. Um eine zusätzliche Verstärkung zu realisieren ist es im vorliegenden Beispiels auch möglich, die Querträger des Rahmens 11 der Module der zweiten Art 4 quer zur Fahrtrichtung fortzuführen, also zu verlängern, so dass zwischen den beiden Längsträgern 5 eine zusätzliche Verstrebung nach Art eines Karosserie-Querträgers entsteht. Zwischen den beiden Modulen zweiter Art 4, welche an den Längsträgern 5 angebracht sind, ist im gezeigten Beispiel ein Modul erster Art 3 angeordnet. Die verbundverformende Verschiebbarkeit der Einzelkomponenten des Moduls erster Art 3 resultiert im vorliegenden Fall aus der Trapezform besagter Einzelkomponenten oder Moduleelemente. Das Modul erster Art 3 befindet sich vorliegend unter dem sogenannten Tunnelbereich 7 der Fahrgastzelle. Der Tunnelbereich 7 dient in der klassischen Fahrzeugauslegung als Deformationszone. Somit entspricht das Verhalten der Module 3, 4 im Unterboden dem der darüber liegenden Fahrzeugstruktur. Im Falle eines Seitencrashs, also eines seitlichen Aufpralls, werden die Module zweiter Art 4 als Ganzes verschoben und verformen das in der Mitte liegende Modul erster Art 3. Dabei wird durch das Modul erster Art 3 Energie absorbiert, welche sonst von anderen Komponenten der Karosserie abgefangen werden müsste. Zur Erhöhung der Steifigkeit in den Sitzbereichen 6 kann die Längs- beziehungs- weise Querträgerstruktur des Rahmens 11 der Module zweiter Art 4 kraftschlüssig mit der Karosserie, beispielsweise dem Unterboden, verbunden, insbesondere verschraubt werden. Für eine Verschraubung spricht hier die Möglichkeit einer zerstörungsfreien Demontage der Module zweiter Art 4. Zusätzlich zu der Implementierung im Unterboden unter einer Fahrgast- oder Sicherheitszelle kann auch im Hinterwagenbereich 10 oder im Vorderwagen 9 eine Anordnung von Modulen erster Art 3 und von Modulen zweiter Art 4 die Betriebssicherheit und Stabilität des Kraftfahrzeugs 1 erhöhen. Im gezeigten Beispiel ist jeweils ein Modul der zweiten Art 4 und ein Modul der ersten Art 3 zwischen den Längsträgern 5 angeordnet. In der gezeigten Ausführung ist das Modul der zweiten Art 4, also die kompaktere Batterieelementenanordnung, quer zur Fahrzeugrichtung F orientiert, so dass es beispielsweise die beiden Längsträger 5 jeweils nach Art eines Querträgers mechanisch miteinander koppelt. Das Modul erster Art 3 ist dabei parallel zu dem Modul zweiter Art 4 angeordnet, und zwar im hinteren Bereich 10 hinter und im Vorderwagen 9 vor dem Modul zweiter Art 4. Das Modul zweiter Art 4 ist also jeweils zwischen Fahrgastzelle und Modul erster Art positioniert. Im Falle eines Unfalles in oder entgegen der Fahrtrichtung F kann sich das Modul erster Art 3 zunächst kräftevernichtend und verbundverformend verschieben und dann verbleibende Kräfte an das Modul zweiter Art 4 weiterleiten. Je nach Abstimmung des Verhaltens der Karosserie des Kraftfahrzeugs 1 ist es auch möglich diese Anordnung zu vertauschen. Dann wäre jeweils ein Modul erster Art 3 zwischen einem Modul zweiter Art 4 und der Fahrgastzelle angeordnet. Natürlich ist es auch möglich, Batterieelemente 2 nur unter der Fahr- gastzelle oder im Hinterwagen 10 oder im Vorderwagen 9 sowie jeder Kombination der unterschiedlichen Bereiche unterzubringen.
Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs. Die Anordnung der Batterieelemen- te 2 beziehungsweise der Module erster Art 3 und der Module zweiter Art 4 im Vorderwagen 9 und Hinterwagen 10 erfolgt hier wie in Fig. 1 dargestellt und beschrieben. Im mittleren Bereich des Kraftfahrzeugs, also im Bereich der Fahrgastzelle, weicht der Aufbau hier jedoch deutlich von dem zuvor ge- zeigten ab. Es werden die Längsträger 5 nämlich teilweise durch Module der zweiten Art 4 ersetzt. Dabei ist hier jeweils einer der insgesamt vier Längsträger 5 jeweils an einer in Fahrtrichtung F und entgegen der Fahrtrichtung F weisenden Seite von zwei Modulen zweiter Art 4 verankert. Dies erfolgt auf beiden Seiten im Bereich der Fahrgastzelle des Kraftfahrzeugs 1 , und die beiden Module zweiter Art 4 sind über verlängerte Querträgerstrukturen ihrer jeweiligen Rahmen 11 , wie sie bereits bei der Beschreibung zu Fig. 1 angedeutet wurden, miteinander nach Art eines Querträgers verbunden. Damit wird die Stabilität und Steifigkeit zwischen den Längsträgern 5 erhöht. Zwischen den beiden Modulen zweiter Art 4 ist hier wieder wie aus Fig. 1 be- kannt ein Modul erster Art 3 angeordnet. Zusätzlich zu diesem zentralen Modul erster Art 3, welches also wieder zwischen zwei Sitzbereichen 6 in einem Tunnelbereich 7 angeordnet ist, sind die beiden Module zweiter Art 4 jedoch auch an ihren Außenseiten, also in einer Richtung quer zur Fahrtrichtung F von jeweils einem Modul erster Art 3 benachbart. Dieses Modul erster Art 3 befindet sich dann jeweils zwischen dem besagten Modul zweiter Art 4 und einem Schweller 12, welcher an der Außenseite des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist.
Bei einem seitlichen Aufprall wird also der Schweller 12 in das Modul erster Art 3 gedrückt, welches sich dabei verbundverformend verschiebt und kinetische Energie umwandelt. Die einwirkende Kraft wird also teilweise durch ein Verformen des Schwellers 12 sowie weiterer Karosserieteile des Kraftfahrzeugs 1 und durch- das Verschieben der Batterieelemente 2, welche in dem Modul erster Art 3 angeordnet sind, in eine Verformung überführt. Übersteigt die einwirkende Kraft das Absorptionsvermögen von dem Schweller 12 und dem Modul erster Art 3, wirkt auch auf das dahinter liegende Modul zweiter Art 4 eine Kraft. Dieses wird entsprechend unter Verformung der Längsträger 5 insgesamt verschoben, da der Rahmen 11 des Moduls zweiter Art 4 sehr stabil ausgelegt ist. Als Folge wird wiederum das zentrale Modul erster Art 3 zwischen den beiden Modulen zweiter Art 4 verformt werden. Dabei wird wiederum Energie absorbiert. Gegebenenfalls wird überschüssige Energie auch hier an das zweite benachbarte Modul zweiter Art 4 weitergeleitet und dabei in eine Verformung umgesetzt. Da die Module zweiter Art 4 jeweils unter dem Sitzbereich 6 angeordnet sind, wird der Lebensbereich der Insassen hier durch die Stabilität der Module zweiter Art 4 bestmöglich geschützt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Kraftfahrzeug (1 ) mit einer Mehrzahl von Batterieelementen (2), welche in Modulen einer ersten Art (3) und einer zweiten Art (4) mit jeweils mehreren Batterieelementen (2) vorliegen, wobei in einem Modul erster Art (3) die Batterieelemente in einem Verbund abhängig von einer Krafteinwirkung verbundverformend relativ zueinander verschiebbar angeordnet sind und in einem Modul zweiter Art (4) die Anordnung der Batterieelemente (2) abhängig von einer Krafteinwirkung zerstörungsfrei nur formbeibehaltend verschiebbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
- in einem ersten Bereich des Kraftfahrzeugs (1) mit im Vergleich zu einem zweiten Bereich der Kraftfahrzeugs (1) geringer Steifigkeit, in dem eine Karosserie des Kraftfahrzeugs (1) auf eine kräftevernichtende Deformation bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente
(2) als Module erster Art
(3) eingebaut sind und
- in dem zweiten Bereich des Kraftfahrzeugs (1) mit im Vergleich zu dem ersten Bereich des Kraftfahrzeugs (1 ) erhöhter Steifigkeit, in dem die Karosserie des Kraftfahrzeugs (1) auf ein Formbeibehalten bei einem Unfall ausgelegt ist, Batterieelemente (2) als Module zweiter Art (4) eingebaut sind. (
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Modul zweiter Art (4) an einem Rahmen des Kraftfahrzeugs angeordnet ist und/oder Teil des Rahmens ist.
Kraftfahrzeug (1) nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Modul zweiter Art (4) an einem Fahrzeuglängsträger (5) entlang angeordnet ist und/oder zwei Fahrzeuglängsträger (5) nach Art eines Querträgers verbindet.
Kraftfahrzeug (1) nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Modul zweiter Art
(4), insbesondere an zumindest einer in oder entgegen der Fahrtrichtung (F) des Kraftfahrzeugs (1) orientierten Fläche, mit einem Fahrzeuglängsträger (5) verbunden ist und selbst in einem Bereich als Längsträgerersatz dient.
5. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass,
insbesondere quer zur Fahrtrichtung (F), benachbart zu einem Modul zweiter Art (4) zwei Module erster Art (3) angeordnet sind.
6. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Modul erster Art (3) an zwei gegenüberliegenden Seiten an Module zweiter Art (4) angrenzt.
7. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Modul (3, 4) kraftschlüssig mit einem Fahrzeugunterboden verbunden ist.
8. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
unter einem Sitzbereich (6) des Kraftfahrzeugs (1 ) Module der zweiten Art (4) angeordnet sind.
9. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
unter einem Tunnelbereich (7) zwischen zwei Sitzbereichen (6) des Kraftfahrzeugs (1 ) Module der ersten Art (3) angeordnet sind.
10. Kraftfahrzeug (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Modul erster Art (3) und ein Modul zweiter Art (4) im Vorderwagen (9) angeordnet ist, und sich insbesondere das Module erster Art (3) in einer
Deformationszone des Kraftfahrzeugs (1) befindet.
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