WO2017012850A1

WO2017012850A1 - Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen fahrzeug

Info

Publication number: WO2017012850A1
Application number: PCT/EP2016/065748
Authority: WO
Inventors: Bernd Dörrige; Kevin TORNER
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2016-07-05
Publication date: 2017-01-26
Anticipated expiration: 2018-01-22
Also published as: DE102015213860A1; DE102015213860B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, mit einer Traktionsbatterie (23), die in einem, von einem Fahrzeug-Unterboden (1) begrenzten, bodenseitig offenen Batterieraum eingesetzt ist, der in einen Batteriehauptraum (7), der von einem im Unterboden (1) integrierten Mitteltunnel (5) begrenzt ist, und in zumindest einen davon in Fahrzeugquerrichtung (y) seitlich abragenden Batterieteilraum (9) aufgeteilt ist, wobei in den Batteriehaupt und -teilräumen (7, 9) jeweils konturangepasst ein Batteriehauptsegment (33) und ein Batterieteilsegment (35) angeordnet sind, die zumindest einen Inneneck bereich (37) einschließen. Erfindungsgemäß ist zur Erhöhung einer Seitenaufprallfestigkeit der Traktionsbatterie (23) in einem Seitencrash zumindest ein Versteifungselement (39) vorgesehen, das die Batteriehaupt- und/oder -teilsegmente (33, 35) unter Überbrückung des Inneneckbereiches (37) kraftübertragend miteinander verbindet.

Description

Beschreibung

Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug

Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen, zweispurigen Fahrzeug nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Die Traktionsbatterie eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs kann bauraumgünstig in einem Fahrzeug-Rohbau angeordnet sein, der ursprünglich für verbrennungsspezifische

Komponenten eines herkömmlichen Antriebs ausgelegt ist.

Aus der DE 10 201 1 1 15 763 A1 ist ein solcher Fahrzeug-Rohbau bekannt, in dem eine gattungsgemäße Batterieanordnung eingebaut ist. Demzufolge ist die Traktionsbatterie in einem, von einem Fahrzeug-Unterboden begrenzten sowie bodenseitig offenen Batterieraum eingesetzt. Dieser ist aufgeteilt in einen Batteriehauptraum, der von einem im Unterboden integrierten, in einer Fahrzeuglängsmittelebene liegenden Mitteltunnel begrenzt ist, und in davon in Fahrzeugquerrichtung seitlich abragende Batterieteilräume. In den Batteriehaupt- und -teilräumen sind jeweils konturangepasste Batteriehaupt- und -teilsegmente eingesetzt. Die Traktionsbatterie ist insgesamt in etwa doppel-T-förmig ausgeführt, und zwar mit einem mittleren, sich in der Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Batteriehauptsegment, von dem insgesamt vier, beidseitig in der Fahrzeugquerrichtung abragende Batterieteilsegmente ausgebildet sind, die in den korrespondierenden Batterieteilräumen unterhalb von

Fahrzeugsitzen und/oder einer Rücksitzbank des Fahrzeuges angeordnet sind.

In der DE 10 201 1 1 15 763 A1 erstrecken sich die seitlich auskragenden Batterieteilsegmente in der Fahrzeugquerrichtung nicht bis unmittelbar zum seitlich äußeren Bodenschweiler.

Vielmehr sind die Batterieteilsegmente zum Schutz vor einem Seitencrash davon beabstandet, und zwar unter Bildung eines Deformationsfreiraumes. Bei einer Seitenkollision, zum Beispiel einem Pfahlseitencrash, wird somit zunächst - unter Abbau von Crashenergie - der seitliche Bodenschweller in den Deformationsfreiraum hinein verformt, ohne dass dabei die seitlich abragenden Batterieteilsegmente beschädigt werden. Dies geht jedoch mit einer Reduzierung der Traktionsbatteriegröße einher, was den Reichweitenanforderungen des elektrisch betriebenen Fahrzeugs entgegensteht. Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug bereitzustellen, die im Vergleich zum Stand der Technik vergrößert ist und in einfacher Weise einen zuverlässigen Schutz vor einem Seitencrash gewährleistet.

Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Bevorzugte

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.

Die Erfindung beruht auf dem Sachverhalt, dass es im obigen Stand der Technik aufgrund der speziellen Traktionsbatterie-Geometrie (das heißt der Doppel-T-Form) im Pfahlseitencrash zu einem Knicken/Verbiegen der Traktionsbatterie um eine Vertikalachse kommen kann, was zu einer Batterie-Beschädigung führt. Vor diesem Hintergrund ist gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 zur Steigerung der Seitenaufprallfestigkeit der Traktionsbatterie zumindest ein Versteifungselement vorgesehen, das die Batteriehaupt- und/oder -teilsegmente unter Überbrückung eines zwischengeordneten Inneneckbereiches kraftübertragend

miteinander verbindet. Das Versteifungselement stellt im Seitenkollisionsfall einen zusätzlichen Kraftpfad bereit, über den Aufprallkräfte eingeleitet und zur crashabgewandten Fahrzeug-Seite übergeleitet werden können, wodurch sich die Seitenaufprallfestigkeit der Traktionsbatterie erhöht.

Aufgrund der erhöhten Seitenaufprallfestigkeit kann - im Vergleich zum oben genannten Stand der Technik - auf die Bereitstellung eines Deformationsfreiraumes zwischen den seitlich abragenden Batterieteilsegmenten und dem seitlichen äußeren Fahrzeug-Bodenschweller verzichtet werden. Die Batterieteilsegmente der Traktionsbatterie können daher - im Gegensatz zum obigen Stand der Technik - bis unmittelbar an den seitlichen Bodenschweiler herangeführt werden. Auf diese Weise ist die Traktionsbatterie-Größe gesteigert, wodurch sich eine im Vergleich zum Stand der Technik größere Fahrzeug-Reichweite ergibt, und sind außerdem aktuelle Crashanforderungen erfüllt.

In einer technischen Umsetzung kann das Versteifungselement beispielhaft eine

Versteifungsstrebe aufweisen, die die Batteriehaupt- und/oder -teilsegmente fachwerkartig miteinander verbindet. Alternativ oder zusätzlich kann das Versteifungselement ein flächiges Schubfeldelement aufweisen, das den Inneneckbereich der Traktionsbatterie im Wesentlichen geschlossenflächig überbrückt. Im Hinblick auf eine gute Krafteinleitung im Seitenkollisionsfall ist es bevorzugt, wenn das Versteifungselement sowohl mit dem Versteifungsstrebe als auch mit dem Schubfeldelement aufgebaut ist. Das Schubfeldelement kann sich somit bevorzugt vollflächig zwischen der Versteifungsstrebe sowie den Batteriehaupt- und/oder -teilsegmenten erstrecken.

Unter Ausnutzung der Bauraumverhältnisse im Fahrzeug-Rohbau kann die Traktionsbatterie neben dem entlang der Fahrzeugmittellängsachse langgestreckten Batteriehauptsegment insgesamt vier Batterieteilsegmente aufweisen. Diese ragen spiegelbildlich beidseitig vom mittleren Batteriehauptsegment ab. Die Batterieteilsegmente können bauraumgünstig unterhalb von Fahrzeugsitzen und/oder einer Rücksitzbank angeordnet sein, wodurch sich in einer Ansicht von oben eine Doppel-T-Form der Traktionsbatterie ergibt.

Die Traktionsbatterie kann ein Batteriegehäuse aufweisen, in dem Batteriezellenpakete angeordnet sind. Das Batteriegehäuse kann wiederum aus einer bodenseitigen Unterschale sowie einer deckseitigen Oberschale zusammengesetzt sein. Zur weiteren Aussteifung kann das Batteriegehäuse rahmenförmig umlaufende Tragprofilteile aufweisen, die beispielhaft außenseitig an der Unterschale befestigt sind. Bevorzugt sind sowohl die Tragprofilteile als auch die Versteifungsstreben Bestandteil der oben erwähnten Fachwerkstruktur. In der Fachwerkstruktur können die Tragprofilteile sowie die Versteifungsstreben an entsprechenden Knotenstellen kraftübertragend zusammenlaufen. Zur weiteren Steigerung der

Seitenaufprallfestigkeit können Freiräume zwischen den Tragprofilteilen und den

Versteifungsstreben mittels der Schubfeldelemente geschlossenflächig überbrückt sein.

Das zumindest eine Versteifungselement kann ein separates Anbauteil sein, das an der Traktionsbatterie montierbar ist und gegebenenfalls nachrüstbar ist. Alternativ dazu kann das Versteifungselement ein materialeinheitlicher und/oder einstückiger Bestandteil des

Batteriegehäuses sein, das heißt an seiner Unterschale oder seiner Oberschale integriert sein.

Wie oben erwähnt, sind die Batteriehaupt- und -teilräume von dem Fahrzeug-Bodenblech begrenzt. Beispielhaft kann der zumindest eine Batterieteilraum durch eine im

Fahrzeugbodenblech ausgebildete, nach unten offene Aufnahmeschale begrenzt sein. Die Aufnahmeschale kann sich seitlich nach außen unmittelbar am Mitteltunnel anschließen. Auf dem oberen Schalenboden der Aufnahmeschale ist ein Fahrzeugsitz/eine Rücksitzbank abstützbar.

Der obere Schalenboden der Aufnahmeschale kann in der Fahrzeuglängsrichtung an einer Fußraumbegrenzungswand stufenartig in einen vertikal nach unten versetzten Fußraumboden übergehen. Unter Ausnutzung dieser Bodenblech-Geometrie kann die Bauhöhe der im Batterieteil- oder -hauptraum angeordneten Tragprofilteile oder Versteifungselemente größer sein als die Bauhöhe der außerhalb des Batterieteil- oder -hauptraumes angeordneten

Tragprofilteile oder Versteifungselemente, die unterhalb des Fußraumbodens verlaufen.

Dadurch ist unter effizienter Ausnutzung der gegebenen Bauraumverhältnisse die

Seitenaufprallfestigkeit der Traktionsbatterie gesteigert. Das Versteifungselement kann außerdem mit einem Freigang beabstandet unterhalb vom Fahrzeugbodenblech verlaufen, das heißt funktionell unabhängig vom Bodenblech sein.

Die vorstehend erläuterten und/oder in den Unteransprüchen wiedergegebenen vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen der Erfindung können - außer zum Beispiel in den Fällen eindeutiger Abhängigkeit oder unvereinbarer Alternativen - einzeln oder aber auch in beliebiger Kombination miteinander zur Anwendung kommen.

Die Erfindung und ihre vorteilhaften Aus- und/oder Weiterbildungen sowie deren Vorteile sind nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 in einer Ansicht von oben eine Übersichtsskizze auf ein Fahrzeugbodenblech mit gestrichelt angedeuteter Außenkontur eines zweispurigen, elektrisch betriebenen Fahrzeugs;

Fig. 2 bis 4 jeweils teilweise Schnittdarstellungen entlang der Schnittebenen l-l, II-II und III-III aus der Fig. 1 ;

Fig. 5 in einer perspektivischen Ansicht eine Traktionsbatterie in Alleinstellung.

In der Fig. 1 ist ein Fahrzeug-Bodenblech 1 eines elektrisch angetriebenen, zweispurigen Kraftfahrzeuges von oben gezeigt, während die Außenkontur des Fahrzeugs lediglich gestrichelt angedeutet ist. Das Bodenblech 1 ist im Hinblick auf ein einfaches Verständnis der Erfindung stark vereinfacht dargestellt. So weist das Bodenblech 2 in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich gegenüberliegende Bodenschweiler 3 sowie einen in der Vertikalrichtung z nach unten offenen Mitteltunnel 5 auf, der sich in der Fahrzeuglängsrichtung x mittig erstreckt. Der

Mitteltunnel 5 definiert einen in der Fahrzeuglängsrichtung x langgestreckten Batteriehauptraum 7 (Fig. 2), der in der Fahrzeugquerrichtung y beidseitig mit Batterieteilräumen 9 seitlich erweitert ist. In der Fig. 2 ist der Batterieteilraum 9 durch eine im Fahrzeug-Bodenblech 1 ausgebildete, nach unten offene vordere Aufnahmeschale 1 1 begrenzt. Auf deren oberen Schalenboden 13 (Fig. 2 bis 4) ist ein in der Fig. 3 angedeuteter Fahrzeugsitz 15 positionierbar. Der in der Fig. 3 angedeutete Fahrzeugsitz 15 ist über Sitzschienen 17 auf dem Schalenboden 13 der

Aufnahmeschale 1 1 abgestützt. Auf der in der Fahrzeuglängsrichtung x hinteren

Aufnahmeschale 1 1 kann demgegenüber eine nicht gezeigte Rücksitzbank positioniert sein. Wie aus der Fig. 3 hervorgeht, ist der obere Schalenboden 13 der Aufnahmeschale 1 1 in der Fahrzeuglängsrichtung x nach vorne und nach hinten an einer in etwa vertikalen

Fußraumbegrenzungswand 19 mit einem Fußraumboden 21 verlängert, der gegenüber dem oberen Schalenboden 13 vertikal nach unten versetzt ist.

In den Batteriehaupt- und -teilräumen 7, 9 ist eine Traktionsbatterie 23 eingesetzt, die in der Fig. 5 in Alleinstellung gezeigt ist. Demzufolge weist die Traktionsbatterie 23 ein außenseitiges Batteriegehäuse 25 auf, das aus einer Unterschale 27 und einer Oberschale 29

zusammengesetzt ist. Im Batteriegehäuse 25 sind in an sich bekannter Weise

Batteriezellenpakete 31 gestapelt.

Wie aus der Fig. 5 hervorgeht, ist die Grundform der Traktionsbatterie 23 in einer Ansicht von oben betrachtet in etwa eine Doppel-T-Form, und zwar mit einem mittleren langgestreckten Batteriehauptsegment 33, das in Einbaulage im korrespondierenden Batteriehauptraum 7 positioniert ist, und in jeweils vier beidseitig spiegelbildlich davon abragenden

Batterieteiisegmenten 35 ausgebildet, die in den Batterieteilräumen 9 positioniert sind. Aufgrund der oben erwähnten Doppel-T-Form der Traktionsbatterie 23 ergeben sich zwischen den Batterieteil- und -hauptsegmenten 33, 35 jeweils Inneneckbereiche 37 (Fig. 5) . Diese sind in der Fig. 5 jeweils durch Versteifungselemente 39 überbrückt, um die Seitenaufprallfestigkeit zu steigern. Die Versteifungselemente 43 sind in der Zusammenbaulage über einen Freigang f (Fig. 3 oder 4) vom Fahrzeugbodenblech beabstandet.

Gemäß der Fig. 5 ist das Batteriegehäuse 25 an seiner Unterschale 27 zusätzlich durch rahmenförmig umlaufende Tragprofilteile 41 versteift. Die Tragprofilteile 41 folgen in der Fig. 5 im Wesentlichen der Doppel-T-Form der Traktionsbatterie 23.

Wie aus der Fig. 5 weiter hervorgeht, sind die Versteifungselemente 39 jeweils aus

Versteifungsstreben 43 und Schubfeldelementen 45 aufgebaut. Die Versteifungsstreben 43 und die gehäuseseitigen Tragprofilteile 41 laufen an Knotenstellen K unter Bildung einer Fachwerkstruktur kraftübertragend zusammen. Demgegenüber erstrecken sich die Schubfeldelemente 45 geschlossenflächig sowie kraftübertragend zwischen den Tragprofilteilen 41 und den Versteifungsstreben 43.

In den Fig. 2 bis 5 bildet die Unterschale 27 der Traktionsbatterie 23 zusammen mit den umlaufenden Tragprofilteilen 41 und den Schubfeldelementen 45 sowie den

Versteifungsstreben 43 eine einteilige Baueinheit. Anstelle dessen können die

Versteifungselemente 39 auch separate Anbauteile sein, die gegebenenfalls an einer bereits eingebauten Traktionsbatterie 23 nachgerüstet werden können. Die Traktionsbatterie 23 ist über nicht dargestellte Anbindungsstellen an der Unterseite des Fahrzeugbodenblechs 1 montiert.

In der Fig. 3 variieren die Bauhöhen h-i, h₂ der Tragprofilteile 41 und der Versteifungsstreben 43. So ist unter Ausnutzung der Bauraumverhältnisse die Bauhöhe hi der im Batterieteil- oder - hauptraum 7, 9 angeordneten Tragprofilteile 41 oder Versteifungselemente 39 größer als die Bauhöhe h₂ der außerhalb der Batterieräume 7, 9, das heißt zum Beispiel unterhalb des Fußraumbodens 21 verlaufenden Tragprofilteile 41 oder Versteifungselemente 43.

Durch die mittels der Versteifungselemente 39 erhöhte Seitenaufprallfestigkeit der

Traktionsbatterie 23 können die seitlich abragenden Batterieteilräume 9 bis unmittelbar an einen Fahrzeuglängsträger 47 (Fig. 2) bzw. den Bodenschweiler 3 herangeführt werden, und zwar ohne Zwischenschaltung eines zusätzlichen Deformationsfreiraumes, wie es in der DE 10 201 1 1 15 763 A1 der Fall ist. Auf diese Weise können die Batterieteilräume 9 in der

Fahrzeugquerrichtung betrachtet vergrößert werden, wodurch auch die Batteriegröße ansteigt. In einem, in der Fig. 1 angedeuteten Pfahlseitencrash werden mittels der zusätzlichen

Versteifungselemente 39 zusätzliche Kraftpfade bereitgestellt, mit deren Hilfe die

Seitenaufprallkräfte weitgehend ohne Beschädigung der Traktionsbatterie 23 zur

crashabgewandten Seite der Traktionsbatterie 23 übertragen werden können.

Claims

Patentansprüche

1 . Batterieanordnung in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug, mit einer Traktionsbatterie (23), die in einem, von einem Fahrzeug-Unterboden (1 ) begrenzten, bodenseitig offenen Batterieraum eingesetzt ist, der in einen Batteriehauptraum (7), der von einem im

Unterboden (1 ) integrierten Mitteltunnel (5) begrenzt ist, und in zumindest einen davon in Fahrzeugquerrichtung (y) seitlich abragenden Batterieteilraum (9) aufgeteilt ist, wobei in den Batteriehaupt und -teilräumen (7, 9) jeweils konturangepasst ein

Batteriehauptsegment (33) und ein Batterieteilsegment (35) angeordnet sind, die zumindest einen Inneneckbereich (37) einschließen, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung einer Seitenaufprallfestigkeit der Traktionsbatterie (23) in einem Seitencrash zumindest ein Versteifungselement (39) vorgesehen ist, das die Batteriehaupt- und/oder - teilsegmente (33, 35) unter Überbrückung des Inneneckbereiches (37) kraftübertragend miteinander verbindet.

2. Batterieanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das

Versteifungselement (39) eine Versteif u ngsstrebe (43) aufweist, die die Batteriehaupt- und/oder -teilsegmente (33, 35) fachwerkartig miteinander verbindet.

3. Batterieanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das

Versteifungselement (39) ein Schubfeldelement (45) aufweist, das den Inneneckbereich (37) der Traktionsbatterie (23) im Wesentlichen geschlossenflächig überbrückt, und dass insbesondere sich das Schubfeldelement (45) vollflächig zwischen der Versteifungsstrebe (43) sowie den Batteriehaupt- und/oder -teilsegmenten (33, 35) erstreckt.

4. Batterieanordnung nach Anspruch 1 , 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die

Traktionsbatterie (23) insgesamt vier beidseitig in der Fahrzeugquerrichtung (y) vom Batteriehauptsegment (33) abragende Batterieteilsegmente (35) aufweist, die in korrespondierende Batterieteilräume (7, 9) unterhalb von Fahrzeugsitzen (15) und/oder einer Rücksitzbank angeordnet sind.

5. Batterieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (23) ein Batteriegehäuse (25) aufweist, in dem Batteriezellenverbunde (31 ) angeordnet sind, und dass das Batteriegehäuse (25) eine bodenseitige Unterschale (27Q und eine deckseitige Oberschale (29) aufweist, und dass insbesondere das Versteifungselement (39) materialeinheitlich und/oder einstückig in der Unterschale (27) oder Oberschale (29) integriert ist.

6. Batterieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (39) ein separates Anbauteil ist, das an der Traktionsbatterie (23) montierbar ist.

7. Batterieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 5 oder 6, dadurch

gekennzeichnet, dass zur Versteifung der Traktionsbatterie (23) das Batteriegehäuse (25) rahmenförmig umlaufende Tragprofilteile (41 ) aufweist, und dass insbesondere die Tragprofilteile (41 ) und die Versteifungsstrebe (43) an Knotenstellen (K) kraftübertragend zusammenlaufen, und/oder dass sich das Schubfeldelement (45) kraftübertragend zwischen dem Tragprofilteil (41 ) und der Versteifungsstrebe (43) erstreckt.

8. Batterieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass der Batterieteilraum (9) durch eine im Fahrzeugbodenblech (1 ) ausgebildete, nach unten offene Schale (1 1 ) begrenzt ist, deren oberer Schalenboden (13) in der Fahrzeuglängsrichtung (x) an einer Fußraumbegrenzungswand (19) stufenartig in einen vertikal nach unten versetzten Fußraumboden (21 ) übergeht, und dass unter Ausnutzung der Bauraumverhältnisse die Bauhöhe (hi) der im Batterieteil- oder - hauptraum (7, 9) angeordneten Tragprofilteile (41 ) oder Versteifungselemente (39) größer ist als die Bauhöhe (h₂) der unterhalb des Fußraumbodens (21 ), das heißt außerhalb des Batterieteil- oder -hauptraumes (7, 9), angeordneten Tragprofilteile (41 ) oder

Versteifungselemente (39).

9. Batterieanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch

gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (39) mit einem Freigang (f) beabstandet unterhalb vom Fahrzeugbodenblechteil (1 ) angeordnet ist.