WO2018166895A1 - Batterieaufnahme mit verstärkungsstruktur und verwendung - Google Patents

Batterieaufnahme mit verstärkungsstruktur und verwendung Download PDF

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WO2018166895A1
WO2018166895A1 PCT/EP2018/055818 EP2018055818W WO2018166895A1 WO 2018166895 A1 WO2018166895 A1 WO 2018166895A1 EP 2018055818 W EP2018055818 W EP 2018055818W WO 2018166895 A1 WO2018166895 A1 WO 2018166895A1
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battery holder
reinforcing structure
reinforcing
holder according
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Joachim Quandt
Erik Hilfrich
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Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
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Definitions

  • the invention relates to a battery holder for receiving battery elements.
  • the battery holder In the event of an accident, the battery holder must be able to withstand considerable mechanical loads, which can act on the sides, frontally, backwards or even from below. These loads must not create large deformations inside the battery holder to prevent damage to the battery or individual battery elements.
  • German patent application DE 10 2009 037 138 A1 discloses a battery box for a battery in an electric vehicle, which consists of an upper shell and a lower shell, and a shell of a metallic material which at least partially surrounds the lower shell.
  • the lower shell may have a rib structure in the bottom area.
  • a battery housing which has a plurality of cross members, which traverse the battery case and distribute at least a portion of the load occurring, the first or second side the vehicle undergoes a lateral impact.
  • the battery case has a lower and an upper plate.
  • the cross member may be formed of superposed upper and lower elements.
  • the present invention has the object to provide an improved battery receptacle, which in particular can meet the mechanical requirements in the event of a crash.
  • a battery receptacle for receiving battery elements, in particular for an electric vehicle, with an interior forming a frame which at least partially sidewalls of the battery receptacle, with a lid, with a bottom, and at least a side member and at least one cross member in the interior of the battery receptacle
  • Battery receptacle for forming compartments for the battery elements solved, wherein one or more reinforcing profiles comprehensive reinforcing structure above the at least one longitudinal member and / or the at least one cross member is at least partially detachably connected to the battery receptacle.
  • the required tightness can be ensured by the cover provided and the bottom, while the at least one provided longitudinal member or cross member can achieve a certain mechanical stability.
  • the at least one longitudinal carrier and the at least one cross member at least partially form the compartments for the battery elements, a similar stability for all battery elements can be achieved.
  • the invention now makes use of the fact that even in a side crash of a vehicle, the loads are usually introduced above the battery case in the body. It was recognized that even with a side impact of the sidewalls providing frame of the battery holder is mainly loaded above or from above with lateral forces. Because previous frame not the extremely high bending moments
  • Reinforcement profiles comprehensive reinforcement structure above the at least one longitudinal member and / or the at least one cross member before, which is at least partially detachably connected to the battery holder.
  • a Battery receptacle are provided, which can better meet the mechanical requirements in the event of a crash, especially in a side impact, with low weight. Because the reinforcing structure forms a load path lying in the top of the battery housing, so that on the one hand the attacking lateral forces can be effectively supported and, on the other hand, the (slender) longitudinal and transverse beams can be prevented from buckling laterally.
  • the at least partially detachable connection that efficient assembly and disassembly of the battery holder can be achieved.
  • this can simplify the replacement of battery elements or only be made possible, especially if they are used from above.
  • an assembly of the reinforcing structure may also be possible only after the battery elements have been inserted, which would not be possible or would be possible only to a limited extent, for example, with exclusively used welding methods.
  • a plurality of attachment points are provided, via which the reinforcing structure is in each case detachably connected.
  • a releasable connection can be achieved in particular by a positive and / or non-positive connection.
  • the releasable connection is a screw connection.
  • Reinforcement structure for example, in some areas can not be detachable or permanently connected to the battery receptacle.
  • the battery receptacle for example, the
  • Reinforcement structure detachably connected to the at least one longitudinal carrier and / or cross member, but inseparable from the lid.
  • the reinforcing structure is completely or exclusively detachably connected.
  • a side member runs in Longitudinal direction (ie in particular longitudinal to the direction of travel) and a cross member in the transverse direction (that is, in particular transversely to the direction of travel) with respect to the
  • At least two, three or four longitudinal members are provided.
  • At least two, three, four, five, six, seven or eight cross members are provided.
  • the one or more reinforcing profiles of the reinforcing structure run in particular substantially parallel to the at least one longitudinal and / or transverse beam.
  • at least one reinforcing profile is provided that extends substantially in the longitudinal direction.
  • at least one reinforcing profile is provided that extends substantially in the longitudinal direction.
  • Reinforced profile provided that extends substantially in the transverse direction.
  • the one or more reinforcing profiles of the reinforcing structure thus run in particular substantially horizontally relative to the installation position
  • the reinforcing structure is therefore preferably a substantially horizontally arranged structure.
  • the one or more reinforcing profiles of the reinforcing structure is made of sheet metal, in particular sheet steel.
  • a high-strength steel preferably a high-strength steel having a tensile strength of at least 780 MPa, may be provided.
  • Reinforcing structure preferably substantially in the longitudinal direction and / or in the transverse direction.
  • a diagonal course is also conceivable.
  • the fact that the reinforcing structure is arranged above the at least one longitudinal carrier and / or the at least one transverse carrier is understood in relation to the installation position of the battery holder (for example in the vehicle).
  • the one or more reinforcing profiles of the reinforcing structure, the one or more side members and / or the one or more cross members may be formed continuously or in several parts. It is also conceivable that the one or more reinforcement profiles of the reinforcement structure, the one or more side members and / or the one or more cross members are double-walled.
  • a battery element is understood in particular to be a (rechargeable) storage device for electrical energy on an electrochemical basis. It can be a
  • Battery element for example, one or more (interconnected) primary cells or one or more (interconnected) secondary cells.
  • Battery element for example, one or more (interconnected) primary cells or one or more (interconnected) secondary cells.
  • a battery element so in particular a battery pack or a
  • the battery holder can accommodate, for example, two, three, four or more (preferably at least ten, more preferably at least 20) battery elements.
  • a compartment is preferably provided for each male battery element.
  • the number of compartments formed thus preferably corresponds to the number of the battery elements to be accommodated.
  • the battery elements can be used in particular from above into the corresponding compartments.
  • a battery element can for this purpose have connection tabs.
  • the battery holder is in particular for installation or mounting in or on a
  • Electric vehicle such as a passenger vehicle or a commercial vehicle
  • the frame forming the inner area which in any case partially provides the side walls (for example, four side walls) of the battery receptacle, is preferably produced from non-structured or slightly structured metal sheets or profiles.
  • the side walls provided by the frame are substantially planar, which facilitates sealing of the frame by the lid and bottom, and also can facilitate tying other elements, such as the at least one longitudinal member and the at least one cross member.
  • the side walls are preferably substantially vertical (based on the installation position of the
  • the lid and the bottom are preferably formed substantially plate-shaped and preferably extend substantially horizontally
  • the bottom and / or the lid is formed as a metal sheet, in particular steel sheet.
  • the frame is made of sheet metal, in particular sheet steel.
  • the sheet thickness may preferably be selected such that the sheet thickness of the front and / or rear side walls (in relation to the installation position of the
  • Battery receptacle is greater than the sheet thickness of the lateral side walls.
  • the tightness can be achieved particularly easily by the fact that the base is materially connected to the frame providing the side walls, in particular soldered or glued, or a welding method with additional material is used.
  • the lid can also be bonded to the frame, in particular adhesively bonded. However, it is preferred if the lid is detachably connected to the battery holder.
  • a particularly advantageous connection of a reinforcing profile can be achieved if flanges are provided for connection to one or both ends of a reinforcing profile.
  • One or more reinforcement profiles may extend substantially the entire length or width of the battery receptacle. Alternatively or additionally, however, it is conceivable that one or more reinforcing profiles of the reinforcing structure are arranged only locally. For example, it is conceivable that such a local reinforcement profile has a length of 100 mm or less. However, it has been shown that a local reinforcement profile should have a length of at least 30mm.
  • the reinforcing structure is arranged in the region between the at least one longitudinal carrier and / or the at least one transverse carrier on the one hand and the lid on the other hand.
  • the reinforcing structure is arranged exclusively in the region between the at least one longitudinal carrier and / or the at least one transverse carrier on the one hand and the lid on the other hand.
  • the reinforcing structure fills the space between the at least one longitudinal member and / or the at least one cross member on the one hand and the lid on the other hand in the vertical direction at least in sections. This leads to a particularly advantageous support of the lid and thus to a particularly good
  • the reinforcing structure at least partially on the lid.
  • the reinforcing structure can be connected to the lid.
  • Reinforcement structure as round tube, as rectangular profile, as C-profile, as
  • Multi-chamber profile in particular two-chamber profile and / or as a hat profile
  • the one or more reinforcing profiles are produced as edge part or as roll profile. If a hat profile is provided, for example, an upwardly or downwardly open hat profile can be used.
  • the reinforcing structure in particular, in order to enable or make effective the cabling necessary for battery elements, at least one receptacle, in particular a local interruption, a recess and / or an embossing, for receiving a wiring. If a recess or embossment is provided, this is preferably provided on the underside of the corresponding reinforcing profile. This allows the wiring in particular between the two receptacles, in particular a local interruption, a recess and / or an embossing, for receiving a wiring. If a recess or embossment is provided, this is preferably provided on the underside of the corresponding reinforcing profile. This allows the wiring in particular between the
  • the reinforcing structure is thereby at least partially detachable to the
  • the reinforcing structure is detachably connected to the at least one longitudinal carrier on which at least one cross member, on the frame and / or on the lid of the battery holder.
  • a connection of Reinforcement structure on the side member, cross member, frame and / or cover creates the necessary security against lateral buckling in the crash.
  • a detachable connection of the reinforcing structure to a side member, to a cross member and / or to the frame is advantageous in that as a result, as a rule, no additional
  • a detachable connection of the reinforcing structure to the lid has the advantage that the arrangement of the one or more reinforcing profiles is independent of the position of side members,
  • the releasable connection is watertight.
  • a non-detachable connection may be possible in some areas, for example, if the reinforcing structure is not wider than the side members, cross member or the frame.
  • the partially non-detachable connection can be easier to implement in terms of manufacturing technology and reduces the assembly effort.
  • the frame of the battery holder comprises a stiffening structure and / or a console, wherein the reinforcing structure is detachably connected to the stiffening structure of the frame of the battery holder and / or the console of the frame of the battery holder.
  • the stiffening structure and / or the console can be provided in the interior area within the side walls provided by the frame.
  • the console is for example an angle element, which seen in cross-section in the
  • the stiffening structure of the frame is preferably arranged circumferentially around the frame.
  • the stiffening structure is or comprises a meandering structure.
  • the cover together with the reinforcing structure on the at least one Longitudinal support and / or the at least one cross member detachably connected, an efficient assembly and disassembly can be made possible.
  • the fasteners are preferably insoluble, in particular
  • a weld nut, a weld stud, a press-fit nut or a press-fit bolt is provided.
  • a corresponding fastening element is provided at each attachment point.
  • Reinforcement structure may have one or more recesses for weight reduction. Despite the recesses, a sufficient crash performance can be achieved.
  • At least part of the reinforcing structure extends directly above the at least one cross member and / or the at least one longitudinal member.
  • the entire reinforcing structure runs directly above the at least one cross member and / or the at least one longitudinal member. This allows a simultaneous support of both the lid and the respective longitudinal or cross member.
  • the width of the one or more reinforcing profiles of the Reinforcement structure at most the width of each arranged below at least one longitudinal member and / or at least one cross member.
  • Reinforcement structure is substantially circumferentially along the frame and / or formed at least partially substantially lattice-shaped.
  • Battery receptacle continue when the reinforcing structure is disposed in a dry area of the battery holder.
  • the drying area is formed for example by the inner area between the frame, lid and bottom. This allows
  • Materials such as ultra-high-strength steels, are used for the reinforcement structure, which would not be possible in the wet area. This further improves the crash performance and also saves weight.
  • the battery receptacle continues to circulate around the frame, in particular
  • connection flange has.
  • the connection flange may be supported against the frame at least partially in the region of the one or more cross members and / or the one or more longitudinal members.
  • the connection flange can the Assembly or connection of the battery receptacle (about below a vehicle) serve and also form a first barrier in the event of a crash and in particular introduce the loads in the different crash structures.
  • the outer floor can provide effective underbody protection. Furthermore, this may be advantageous to arrange a cooling device or a part thereof between the first floor and the second floor.
  • the floors can be connected in particular by means of weld nuts or welding studs.
  • the (inner) floor is connected to the frame and / or the outer floor to the peripheral connecting flange.
  • the battery holder further battery elements, which are arranged in the subjects on.
  • the battery elements can be inserted from above into the corresponding compartments and connected from above to the battery holder. This allows easy installation and better accessibility during maintenance.
  • the battery elements are connected from above to adjacent cross member, side member, the reinforcing structure and / or the lid. In this case, adjacent battery elements can for example be connected separately or at least partially share a connection point.
  • the battery elements in the upper region horizontally spanning connection tabs, via which the battery elements are connected.
  • attachment tabs engage over the cross members, side members and / or the reinforcement structure and are then preferably attached thereto
  • each case two adjacent battery elements at least partially share a connection point.
  • the reinforcing structure is connected to a respective attachment point in each case together with two adjacent connection tabs on a transverse or longitudinal member.
  • the battery elements on at least two opposite sides offset in height connecting tabs.
  • the reinforcing structure is connected at a respective attachment point in each case together with the cover to a cross member or side member.
  • the reinforcing profiles of the reinforcing structure of a high-strength steel in particular a high-strength steel with a
  • the above-mentioned object is also achieved by using a battery holder according to the invention for a
  • Electric vehicles is suitable.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an exemplary battery holder with
  • FIG. 3a, b are schematic representations of further embodiments
  • Fig. 4a-d are schematic representations of different embodiments
  • Fig. 5a, b are schematic representations of different inventive
  • Fig. 6a, b are schematic representations of different inventive
  • Fig. 1 shows a schematic representation of an exemplary first
  • Battery receptacle 1 with an inner region 2 forming a frame 4 and with longitudinal and transverse beams 6, but initially without cover and inventive
  • the battery holder 1 is suitable for receiving battery elements (not shown) and can be used in particular for an electric vehicle and be arranged in the region of the vehicle floor.
  • the frame 4 represents the preferably formed of sheet steel Side walls of the battery holder 1 ready and is made of little textured profiles.
  • the battery holder 1 has a base 8 formed of, for example, sheet steel. Such a battery holder can be used in the context of the embodiments described in the other figures.
  • the battery holder 1 has in its inner region 2 in this case, two side members 6 and eight cross member 6.
  • the longitudinal and transverse beams 6 compartments 10 are formed for the battery elements. In this case, three times nine compartments 10 are formed, which thus can accommodate a total of 27 battery elements.
  • a wave-shaped or meandering reinforcement 4a is arranged circumferentially along the side walls provided by the frame 4.
  • Embodiments of the invention battery recordings in section.
  • one or more reinforcing profiles 14 comprehensive reinforcing structure 16 is connected above the longitudinal and / or cross member 6 releasably connected to the battery holder 1.
  • a lid 18 and an additional outer bottom 8b are respectively provided.
  • the reinforcing profiles 14 of the reinforcing structure are exemplified in FIGS. 2a, b, c as rectangular profiles. These can for example be provided exclusively directly above the transverse and / or longitudinal members (FIG. 2 a) or above, but only laterally offset from the transverse and / or longitudinal members (FIG. 2 b). It is also conceivable that the reinforcing profiles 14 are arranged both directly above and above and laterally offset (Fig. 2c). In FIGS. 2d to 2f, the reinforcing profiles 14 are now each arranged directly above the longitudinal and / or transverse beams 6. According to FIG. 2 d, the reinforcing profiles 14 of the reinforcing structure 16 are provided as (downwardly open) C-profiles.
  • the width of the reinforcing profiles 14 of the reinforcing structure 16 at most equal to the width of each arranged below the longitudinal and / or cross member 6. The same applies to the rectangular profiles shown in FIG. 2e.
  • the reinforcing profiles 14 of the reinforcing structure 16 are each provided as an upwardly open hat profile.
  • the reinforcing structure 16 fills the space between the longitudinal beam 6 and / or cross member 6 on the one hand and the lid 18 on the other hand in the vertical direction.
  • the reinforcing structure 16 thus abuts both the longitudinal member 6 and / or cross member 6 and the lid 18.
  • Fig. 3a, b shows schematic representations of further embodiments of battery recordings according to the invention in section.
  • the frame 4 the bottom 8, the additional, outer bottom 8b and the lid 18 and a transverse or longitudinal beam 6 of the battery holder 1 are shown.
  • the frame 4 also comprises, as already shown in Fig. 1, a meandering stiffening structure 4a and a console 4b. Furthermore, a surrounding the frame 4 An effetsflansch 20 is provided.
  • Fig. 3a is the embodiment shown in Fig. 3a is the
  • Reinforcement 14 detachably connected to the console 4b of the frame 4. This can be done by means of a screw, which is indicated by dashed lines.
  • a reinforcing profile 14 of the reinforcing structure 16 does not have to extend over the entire battery receptacle 1, but can also be provided only locally. It can do that
  • Reinforcing profile 14 for example, have a length of 30mm to 100mm. The detachable connection is not shown here.
  • FIGS. 4a-d are schematic representations of different
  • Battery receptacle shown how they can be used in a battery holder according to the invention application.
  • the detachable connection is realized in this case in each case by a screw connection.
  • FIG. 4a the connection shown in Fig. 3a of the reinforcing profile 14 to a bracket 4b of a frame 4 is shown in plan view.
  • the frame 4 has here as
  • Fixing elements such as press-nuts or weld nuts 22 on.
  • Fig. 4b is shown in section, as the reinforcing profile 14 can be detachably connected to a longitudinal or transverse support 6.
  • Fig. 4c is shown in section, as the reinforcing profile 14 is detachably connected together with two adjacent battery elements 26 to a longitudinal or transverse support 6.
  • Attachment point as a fastener a press nut or nut 22 on.
  • a screw 23 can then through the reinforcing profile 14 and the
  • connection tabs of the adjacent battery elements 24 are screwed into the press nut or nut 22. Also in this case, the reinforcing profile 14 in the region of the attachment point on a recess.
  • Fig. 4d is shown in section, as the lid 18 together with the
  • Reinforcement structure 14 which is formed in this case as a hat profile, is detachably connected to the longitudinal or cross member 6.
  • the longitudinal or cross member 6 has at the attachment point shown as a fastener turn one Press-in nut or nut 22 on.
  • a screw 23 can then be screwed through the lid 18 and the reinforcing profile 14 into the press-in nut or weld nut 22.
  • Fig. 5a, b shows a schematic representation of different
  • the reinforcing structure 16 may be substantially circumferentially formed along the frame 4, resulting in a stabilization with low weight.
  • two reinforcing profiles 14 extend in the longitudinal direction and two reinforcing profiles 14 transverse direction, so that a substantially rectangular geometry results.
  • the reinforcing structure 16 may in any case be partially formed in a lattice-shaped manner.
  • the reinforcing profiles 14 may in principle extend over the entire length or width of the battery holder 1 (as here the extending in the transverse direction of reinforcement profiles).
  • the reinforcement profiles 14 may extend over only a portion of the entire length or width of the battery receptacle 1 (such as the longitudinally extending reinforcement profiles).
  • Reinforcing profiles 14 are interrupted or formed in several parts (as here the extending in the longitudinal direction reinforcing profiles).
  • the longitudinally extending reinforcing profiles are arranged in the horizontal direction in each case approximately centrally between the longitudinal members.
  • the reinforcing profiles running in the transverse direction are each arranged approximately centrally between the cross members in the horizontal direction (cf. also FIG.
  • FIG. 6a, b shows schematic representations of different inventive embodiments of battery holders according to the invention 1 in section.
  • FIG. 6a firstly shows the arrangement of the reinforcing structure 16 already shown in FIG. 5a with reinforcing profiles 14 revolving around only in the edge area.
  • Fig. 6b is a longitudinal section of a reinforcing profile 14, a receptacle in the form of a recess 28 for receiving a wiring shown.
  • a receptacle can also be provided by an interruption or embossing of the reinforcement profile.

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterieaufnahme zur Aufnahme von Batterieelementen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einem einen Innenbereich (2) bildenden Rahmen (4), welcher zumindest teilweise Seitenwände der Batterieaufnahme (1) bereitstellt, mit einem Deckel (18), mit einem Boden (8, 8b), und mit zumindest einem Längsträger (6) und zumindest einem Querträger (6) in dem Innenbereich (2) der Batterieaufnahme (1) zur Bildung von Fächern (10) für die Batterieelemente, wobei eine ein oder mehrere Verstärkungsprofile (14) umfassende Verstärkungsstruktur (16) oberhalb des zumindest einen Längsträgers (6) und/oder des zumindest einen Querträgers (6) lösbar an die Batterieaufnahme (1) angebunden ist. Zudem betrifft die Erfindung eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Batterieaufnahme für ein Kraftfahrzeug.

Description

Batterieaufnahme mit Verstärkungsstruktur und Verwendung
Die Erfindung betrifft eine Batterieaufnahme zur Aufnahme von Batterieelementen.
Die zunehmende Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Automobilen, und der gleichzeitige Kundenwunsch an eine hohe Reichweite solcher Fahrzeuge erfordern die Entwicklung leistungsfähiger Batteriekonzepte.
Für die Integration von Batterien in die Fahrzeuge spielen nicht nur die primären, elektrischen Anforderungen eine entscheidende Rolle, sondern zudem auch die sekundären, mechanischen Anforderungen. Letztere müssen insbesondere deshalb erfüllt werden, um auch im Crashfall eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten zu können. Dabei kommt der Batterieaufnahme eine besondere Bedeutung zu.
Die Batterieaufnahme muss im Falle eines Unfalles erhebliche mechanische Lasten aushalten können, welche sowohl seitlich, frontal, rückwärtig oder auch von unten einwirken können. Diese Lasten dürfen im Inneren der Batterieaufnahme keine großen Deformationen erzeugen, damit keine Beschädigung der Batterie oder einzelner Batterieelemente auftritt.
Hinzu kommen die bereits angesprochenen elektrischen Anforderungen, welche insbesondere in einer ausreichenden elektromagnetischen Abschirmung zu sehen ist. Ferner spielen weitere Aspekte eine wichtige Rolle, welche beispielsweise in einer ausreichenden Dichtigkeit und einer Möglichkeit zu einer wirtschaftlichen
Montierbarkeit und Demontierbarkeit zu sehen sind.
Insbesondere die Faktoren der guten Montierbarkeit bzw. Demontierbarkeit, des geringen Gewichts, der einfachen Herstellung und der geforderten Crashperformance stellen einen Zielkonflikt dar. Dies ist dadurch zu begründen, dass für das Aufnehmen von Crashlasten eine strukturelle Verstärkungsmaßnahme notwendig ist, die aber bei geringem Bauraum häufig nicht prozesssicherer und einfach zu montieren zu gestalten ist.
Beispielsweise offenbart die deutsche Offenlegungsschrift DE 10 2009 037 138 AI einen Batteriekasten für eine Batterie in einem Elektrofahrzeug, welcher aus einer Oberschale und einer Unterschale, sowie einer Schale aus einem metallischen Material, welche die Unterschale zumindest abschnittsweise umgibt, besteht. Die Unterschale kann im Bodenbereich eine Rippenstruktur aufweisen.
Um bei geringem Gewicht eine hohe Sicherheit bei Seitenaufprällen zu ermöglichen, ist beispielsweise aus der Patentschrift US 9,045,030 B2 ein Batteriegehäuse bekannt, welches eine Mehrzahl von Querträgern aufweist, welche das Batteriegehäuse queren und zumindest einen Teil der auftretenden Last verteilen, die die erste oder zweite Seite des Fahrzeugs bei einem seitlichen Aufprall erfährt. Das Batteriegehäuse weist dabei ein unteres und ein oberes Blech auf. Die Querträger können dabei aus übereinander verlaufenden oberen und unteren Elementen ausgebildet sein.
Es hat sich allerdings gezeigt, dass bekannte Batterieaufnahmen die mechanischen Anforderungen, insbesondere im Falle eines Seitenaufpralls, unter den weiteren Bedingungen eines geringen Gewichts und einer einfachen Montage bzw. Demontage nicht zufriedenstellend erfüllen können.
Vor dem Hintergrund dieses Stands der Technik stellt sich der vorliegenden Erfindung die Aufgabe, eine verbesserte Batterieaufnahme anzugeben, welche insbesondere den mechanischen Anforderungen im Crashfall gerecht werden kann.
Gemäß einer ersten Lehre der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Batterieaufnahme zur Aufnahme von Batterieelementen, insbesondere für ein Elektrofahrzeug, mit einem einen Innenbereich bildenden Rahmen, welcher zumindest teilweise Seitenwände der Batterieaufnahme bereitstellt, mit einem Deckel, mit einem Boden, und mit zumindest einem Längsträger und zumindest einem Querträger in dem Innenbereich der
Batterieaufnahme zur Bildung von Fächern für die Batterieelemente, gelöst, wobei eine ein oder mehrere Verstärkungsprofile umfassende Verstärkungsstruktur oberhalb des zumindest einen Längsträgers und/oder des zumindest einen Querträgers zumindest bereichsweise lösbar an die Batterieaufnahme angebunden ist.
Durch den vorgesehenen Deckel und den Boden kann zunächst insbesondere die erforderliche Dichtheit gewährleistet werden, während der zumindest eine vorgesehene Längsträger bzw. Querträger eine gewisse mechanische Stabilität erreichen kann.
Dadurch, dass der zumindest eine Längsträger und der zumindest eine Querträger zumindest teilweise die Fächer für die Batterieelemente bilden, kann eine ähnliche Stabilität für alle Batterieelemente erreicht werden.
Die Erfindung macht sich nun zunutze, dass auch bei einem Seitencrash eines Fahrzeugs die Lasten meist oberhalb des Batteriegehäuses in die Karosserie eingeleitet werden. Es wurde erkannt, dass auch bei einem Seitencrash der die Seitenwände bereitstellende Rahmen der Batterieaufnahme vor allem oben oder von oben mit seitlichen Kräften belastet wird. Weil bisherige Rahmen die extrem hohen Biegemomente nicht
zufriedenstellend abstützen konnten, entstanden im oberen Bereich hohe Intrusionen in die Fächer für die Batterieelemente. Im Rahmen der Erfindung wurde erkannt, dass Verstärkungen im Boden der Batterieaufnahme nur eingeschränkt im Lastenpfad liegen und daher nur wenig unterstützen können. Ebenfalls wurde erkannt, dass im
Innenbereich angeordnete Längsträger und/oder Querträger häufig ungleichförmig belastet werden und dadurch dazu neigen, auszuknicken. Die Erfindung macht nun von dieser Erkenntnis Gebrauch und entgegen diesen bisherigen Ansätzen, den Boden, den Rahmen bzw. die Seitenwände und/oder den Innenraum weiter zu verstärken, wendet sich die Erfindung nun in eine neue Richtung und sieht eine ein oder mehrere
Verstärkungsprofile umfassende Verstärkungsstruktur oberhalb des zumindest einen Längsträgers und/oder des zumindest einen Querträgers vor, welche zumindest bereichsweise lösbar an die Batterieaufnahme angebunden ist. Im Ergebnis kann eine Batterieaufnahme bereitgestellt werden, welche den mechanischen Anforderungen im Crashfall, insbesondere bei einem Seitenaufprall, bei geringem Gewicht besser gerecht werden kann. Denn die Verstärkungsstruktur bildet einen oben im Batteriegehäuse liegenden Lastpfad, sodass zum einen die angreifenden seitlichen Kräfte selbst effektiv abgestützt und zum anderen die (schlanken) Längs- und Querträger vor einem seitlichen Ausknicken bewahrt werden können.
Gleichzeit wird durch die zumindest bereichsweise lösbare Anbindung erreicht, dass eine effiziente Montage und auch Demontage der Batterieaufnahme erreicht werden kann. Insbesondere kann hierdurch das Ersetzen von Batterieelementen vereinfacht oder auch erst ermöglicht werden, insbesondere wenn diese von oben eingesetzt werden. Zudem kann eine Montage der Verstärkungsstruktur auch erst nach Einsetzen der Batterieelemente möglich sein, was beispielsweise mit ausschließlich verwendeten Schweißverfahren nicht oder nur bedingt möglich wäre. Beispielsweise sind mehrere Befestigungspunkte vorgesehen, über die die Verstärkungsstruktur jeweils lösbar angebunden ist.
Eine lösbare Verbindung kann insbesondere durch eine formschlüssige und/oder kraftschlüssige Verbindung erreicht werden. Besonders bevorzugt ist die lösbare Verbindung eine Schraubverbindung.
Unter einer bereichsweise lösbaren Anbindung wird verstanden, dass die
Verstärkungsstruktur beispielsweise auch bereichsweise nicht lösbar oder unlösbar an die Batterieaufnahme angebunden sein kann. Beispielsweise ist die
Verstärkungsstruktur lösbar an den zumindest einen Längsträger und/oder Querträger angebunden, jedoch unlösbar an den Deckel. Ebenfalls ist es jedoch auch möglich, dass die Verstärkungsstruktur vollständig oder ausschließlich lösbar angebunden ist.
Unter Längs- bzw. Querträgern werden Elemente verstanden, welche zur Versteifung und damit Stabilität der Batterieaufnahme beitragen. Dabei verläuft ein Längsträger in Längsrichtung (das heißt insbesondere längs zur Fahrtrichtung) und ein Querträger in Querrichtung (das heißt insbesondere quer zur Fahrtrichtung) in Bezug auf die
Einbauposition der Batterieaufnahme. Beispielsweise ist der mindestens eine
Längsträger und/oder der mindestens eine Querträger aus Blech, insbesondere
Stahlblech hergestellt.
Beispielsweise sind zumindest zwei, drei oder vier Längsträger vorgesehen.
Beispielsweise sind zumindest zwei, drei, vier, fünf, sechs, sieben oder acht Querträger vorgesehen.
Das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur verlaufen dabei insbesondere im Wesentlichen parallel zu dem zumindest einen Längs- und/oder Querträger. Beispielsweise ist zumindest ein Verstärkungsprofil vorgesehen, dass im Wesentlichen in Längsrichtung verläuft. Beispielsweise ist zumindest eine
Verstärkungsprofil vorgesehen, dass im Wesentlichen in Querrichtung verläuft. Das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur verlaufen also insbesondere im Wesentlichen horizontal bezogen auf die die Einbauposition
(beispielsweise im Fahrzeug). Die Verstärkungsstruktur ist also vorzugsweise eine im Wesentlichen horizontal angeordnete Struktur. Beispielsweise ist das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur aus Blech, insbesondere Stahlblech hergestellt. Dabei kann insbesondere ein hochfester Stahl, vorzugsweise ein hochfester Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa vorgesehen sein. Allerdings ist ebenfalls denkbar, Verstärkungsprofile aus Aluminium oder
faserverstärktem Kunststoff vorzusehen.
Weiterhin verlaufen das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der
Verstärkungsstruktur vorzugsweise im Wesentlichen in Längsrichtung und/oder in Querrichtung. Allerdings ist ein diagonaler Verlauf ebenfalls denkbar. Dass die Verstärkungsstruktur oberhalb des zumindest einen Längsträgers und/oder des zumindest einen Querträgers angeordnet ist, wird in Bezug auf die Einbauposition der Batterieaufnahme (beispielsweise im Fahrzeug) verstanden.
Das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur, das eine oder die mehreren Längsträger und/oder der eine oder die mehreren Querträger können dabei durchgehend oder mehrteilig ausgebildet sein. Ebenfalls ist denkbar, dass das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur, der eine oder die mehreren Längsträger und/oder der eine oder die mehreren Querträger doppelwandig ausgebildete sind.
Unter einem Batterieelement wird dabei insbesondere ein (wiederaufladbarer) Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis verstanden. Dabei kann ein
Batterieelement beispielsweise eine oder mehrere (zusammengeschaltete) Primärzellen oder eine oder mehrere (zusammengeschaltete) Sekundärzellen umfassen. Unter einem Batterieelemente wird also insbesondere auch ein Akkupack oder eine
Akkumulatorzelle verstanden.
Die Batterieaufnahme kann beispielsweise zwei, drei, vier oder mehr (vorzugsweise mindestens zehn, weiterhin bevorzugt mindestens 20) Batterieelemente aufnehmen. Dabei ist bevorzugt für jedes aufzunehmende Batterieelement ein Fach vorgesehen. Die Anzahl der gebildeten Fächer entspricht also bevorzugt der Anzahl der aufzunehmenden Batterieelemente. Dabei sind die Batterieelemente insbesondere von oben in die entsprechenden Fächer einsetzbar. Ein Batterieelement kann hierzu Anbindungslaschen aufweisen.
Die Batterieaufnahme ist insbesondere zum Einbau oder Anbau in bzw. an ein
Elektrofahrzeug, beispielsweise ein Personenfahrzeug oder ein Nutzfahrzeug
vorgesehen. Der den Innenbereich bildende Rahmen, welcher jedenfalls teilweise die Seitenwände (beispielsweise vier Seitenwände) der Batterieaufnahme bereitstellt, ist dabei bevorzugt aus nicht oder wenig strukturierten Blechen oder Profilen hergestellt. Mit anderen Worten sind die durch den Rahmen bereitgestellten Seitenwände im Wesentlichen plan, was das Abdichten des Rahmens durch den Deckel und Boden vereinfacht und zudem ein Anbinden von weiteren Elementen, etwa des zumindest einen Längsträgers und des zumindest einen Querträgers vereinfachen kann. Die Seitenwände verlaufen dabei bevorzugt im Wesentlichen vertikal (bezogen auf die Einbauposition der
Batterieaufnahme). Der Deckel und der Boden sind bevorzugt im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet und verlaufen bevorzugt im Wesentlichen horizontal
(bezogen auf die Einbauposition). Beispielsweise ist der Boden und oder der Deckel als Metallblech, insbesondere Stahlblech ausgebildet.
Bevorzugt ist auch der Rahmen aus Metallblech, insbesondere Stahlblech hergestellt. Dabei kann die Blechdicke bevorzugt so gewählt werden, dass die Blechdicke der vorderen und/oder hinteren Seitenwände (in Bezug auf die Einbauposition der
Batterieaufnahme) größer ist als die Blechdicke der seitlichen Seitenwände.
Die Dichtheit kann besonders einfach dadurch erreicht werden, dass der Boden mit dem die Seitenwände bereitstellenden Rahmen stoffschlüssig verbunden, insbesondere verlötet oder geklebt ist oder ein Schweißverfahren mit Zusatzwerkstoff zum Einsatz kommt. Der Deckel kann ebenfalls stoffschlüssig mit dem Rahmen verbunden, insbesondere verklebt sein. Allerdings ist es bevorzugt, wenn der Deckel lösbar an die Batterieaufnahme angebunden ist.
Eine besonders vorteilhafte Anbindung eines Verstärkungsprofils kann erreicht werden, wenn an einem oder beiden Enden eines Verstärkungsprofils abgestellte Flansche zur Anbindung vorhanden sind. Ein oder mehrere Verstärkungsprofile können sich im Wesentlichen über die gesamte Länge oder Breite der Batterieaufnahme erstrecken. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch denkbar, dass ein oder mehrere Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur nur lokal angeordnet sind. Beispielsweise ist denkbar, dass ein solches lokales Verstärkungsprofil eine Länge von 100mm oder weniger aufweist. Es hat sich allerdings gezeigt, dass ein lokales Verstärkungsprofil eine Länge von mindestens 30mm haben sollte.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme ist die Verstärkungsstruktur im Bereich zwischen dem zumindest einen Längsträger und/oder dem zumindest einen Querträger einerseits und dem Deckel andererseits angeordnet. Hierdurch können die von oberhalb des Batteriegehäuses eingeleiteten Lasten auf den Rahmen abgefangen werden. Insbesondere kann erreicht werden, dass die Verstärkungsstruktur keinen oder nur geringfügig mehr Bauraum benötigt. Denn häufig ist konstruktionsbedingt (beispielsweise zur Wärmeableitung und/oder
Kabelführung) ein gewisser Zwischenraum unterhalb des Deckels vorhanden. Dieser kann durch die oben beschriebene Erkenntnis nun zur verbesserten Crashperformance bei einem Seitenaufprall genutzt werden. Vorzugsweise ist die Verstärkungsstruktur ausschließlich im Bereich zwischen dem zumindest einen Längsträger und/oder dem zumindest einen Querträger einerseits und dem Deckel andererseits angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme füllt die Verstärkungsstruktur den Bauraum zwischen dem zumindest einen Längsträger und/oder dem zumindest einen Querträger einerseits und dem Deckel andererseits in vertikaler Richtung zumindest abschnittsweise aus. Dies führt zu einer besonders vorteilhaften Abstützung des Deckels und damit zu einer besonders guten
Crashperformance.
Um eine effektive Abstützung des Deckels gegen von oben eingeleiteten Kräften zu erreichen, liegt gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme die Verstärkungsstruktur zumindest bereichsweise an dem Deckel an. Dabei kann die Verstärkungsstruktur an den Deckel angebunden sein.
In Hinblick auf eine effektive Kraftaufnahme bei günstiger Herstellung und geringem Gewicht sind gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Batterieaufnahme das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile der
Verstärkungsstruktur als Rundrohr, als Rechteckprofil, als C-Profil, als
Mehrkammerprofil, insbesondere Zweikammerprofil und/oder als Hutprofil
ausgebildet. Diese Profile zeigen für den vorliegenden Einsatzzweck ein besonders günstiges Verhältnis aus Gewicht und Stabilität. Sind mehrere Verstärkungsprofile vorgesehen, können auch verschiedene Profilarten vorgesehen sein. Besonders bevorzugt werden das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile als Kantteil oder als Rollprofil hergestellt. Ist ein Hutprofil vorgesehen, kann beispielsweise ein nach oben oder nach unten offenes Hutprofil verwendet werden.
Insbesondere um die bei Batterieelementen notwendige Verkabelung zu ermöglichen oder effektiv zu gestalten, weist die Verstärkungsstruktur gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme zumindest eine Aufnahme, insbesondere eine lokale Unterbrechung, eine Aussparung und/oder eine Verprägung, zur Aufnahme einer Verkabelung auf. Ist eine Aussparung oder Verprägung vorgesehen, ist diese vorzugsweise an der Unterseite des entsprechenden Verstärkungsprofils vorgesehen. Dadurch kann die Verkabelung insbesondere zwischen dem
Verstärkungsprofil und dem darunter angeordneten Längsträger bzw. Querträger vorgesehen werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme ist die Verstärkungsstruktur dadurch zumindest bereichsweise lösbar an die
Batterieaufnahme angebunden, dass die Verstärkungsstruktur an dem zumindest einen Längsträger, an dem zumindest einen Querträger, an dem Rahmen und/oder an dem Deckel der Batterieaufnahme lösbar angebunden ist. Eine Anbindung der Verstärkungsstruktur an Längsträger, Querträger, Rahmen und/oder Deckel erzeugt die im Crash notwendige Sicherheit gegen seitliches Ausknicken. Eine lösbare Anbindung der Verstärkungsstruktur an einem Längsträger, an einem Querträger und/oder an dem Rahmen ist insofern vorteilhaft, dass hierdurch in der Regel keine zusätzliche
Abdichtung der Anbindung notwendig ist. Hingegen hat eine lösbare Anbindung der Verstärkungsstruktur an den Deckel den Vorteil, dass die Anordnung des einen oder der mehreren Verstärkungsprofile unabhängig von der Position von Längsträgern,
Querträgern und dem Rahmen erfolgen kann. Zudem leistet auf diese Weise der Deckel einen zusätzlichen Beitrag zur Stabilität. Vorzugsweise ist die lösbare Verbindung wasserdicht ausgebildet. An den Längsträger, Querträger und/oder Rahmen kann bereichsweise auch eine nicht lösbare Verbindung möglich sein, beispielsweise wenn die Verstärkungsstruktur nicht breiter ist als die Längsträger, Querträger bzw. der Rahmen. Die bereichsweise nicht lösbare Verbindung kann fertigungstechnisch einfacher umsetzbar sein und reduziert den Montageaufwand.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme umfasst der Rahmen der Batterieaufnahme eine Versteifungsstruktur und/oder eine Konsole, wobei die Verstärkungsstruktur an die Versteifungsstruktur des Rahmens der Batterieaufnahme und/oder die Konsole des Rahmens der Batterieaufnahme lösbar angebunden ist. Hierdurch kann eine Anbindung der Versteifungsstruktur an den Rahmen erfolgen, ohne jedoch eine Abdichtung der Verbindungsstelle erforderlich zu machen, da die Versteifungsstruktur und/oder die Konsole im Innenbereich innerhalb der durch den Rahmen bereitgestellten Seitenwände vorgesehen sein kann. Die Konsole ist beispielsweise ein Winkelelement, welches im Querschnitt gesehen einen im
Wesentlichen rechten Winkel aufweist. Die Versteifungsstruktur des Rahmens ist vorzugsweise um den Rahmen umlaufend angeordnet. Beispielsweise ist oder umfasst die Versteifungsstruktur eine mäanderförmige Struktur.
Ist gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme der Deckel gemeinsam mit der Verstärkungsstruktur an dem zumindest einen Längsträger und/oder dem zumindest einen Querträger lösbar angebunden, kann eine effiziente Montage und Demontage ermöglicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme weist die Verstärkungsstruktur, der Rahmen, der zumindest eine Längsträger und/oder der zumindest eine Querträger, zumindest ein Befestigungselement, insbesondere eine Mutter oder einen Bolzen, zur lösbaren Anbindung der Verstärkungsstruktur auf. Dabei sind die Befestigungselemente jedoch vorzugsweise unlösbar, insbesondere
stoffschlüssig, mit der Struktur verbunden. Beispielsweise ist eine Schweißmutter, ein Schweißbolzen, eine Einpressmutter oder ein Einpressbolzen vorgesehen. Vorzugsweise ist ein entsprechendes Befestigungselement an jedem Befestigungspunkt vorgesehen.
Es hat sich gezeigt, dass zur weiteren Gewichtsoptimierung gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme die
Verstärkungsstruktur eine oder mehrere Aussparungen zur Gewichtreduktion aufweisen kann. Trotz der Aussparungen kann eine ausreichende Crashperformance erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme verläuft zumindest ein Teil der Verstärkungsstruktur direkt oberhalb des zumindest einen Querträgers und/oder des zumindest einen Längsträgers. Hierunter wird verstanden, dass die Verstärkungsstruktur im Quer- bzw. Längsschnitt gesehen nicht seitlich versetzt zum jeweiligen Längs- oder Querträger verläuft, sondern vertikal direkt darüber. Vorzugsweise verläuft die gesamte Verstärkungsstruktur direkt oberhalb des zumindest einen Querträgers und/oder des zumindest einen Längsträgers. Dies ermöglicht eine gleichzeitige Abstützung sowohl des Deckels als auch des jeweiligen Längs- oder Querträgers.
Um den Einbau von Batterieelementen nicht zu erschweren oder behindern, entspricht vorzugswiese die Breite des einen oder der mehreren Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur höchstens der Breite des jeweils darunter angeordneten zumindest einen Längsträgers und/oder zumindest einen Querträgers.
Um die durch die Querträger und/oder Längsträger erreichte Stabilität effektiv zu ergänzen, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn gemäß einer bevorzugten
Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme zumindest ein Teil der Verstärkungsstruktur zwischen zumindest zwei Querträgern und/oder zumindest zwei Längsträgern verläuft. Ein entsprechendes Verstärkungsprofil verläuft dann bezüglich der vertikalen Lage oberhalb, bezüglich der horizontalen Lage jedoch zwischen
Querträgern und/oder Längsträgern.
Um von oben bzw. im oberen Bereich auf die Batterieaufnahme einwirkende seitliche Lasten zu kompensieren, hat es sich gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme als vorteilhaft herausgestellt, wenn die
Verstärkungsstruktur im Wesentlichen entlang des Rahmens umlaufend und/oder zumindest bereichsweise im Wesentlichen gitterförmig ausgebildet ist.
Besonders bevorzugt ist es gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen
Batterieaufnahme weiterhin, wenn die Verstärkungsstruktur in einem Trockenbereich der Batterieaufnahme angeordnet ist. Der Trockenbereich ist beispielsweise durch den Innenbereich zwischen Rahmen, Deckel und Boden gebildet. Hierdurch können
Werkstoffe, etwa ultrahochfeste Stähle, für die Verstärkungsstruktur eingesetzt werden, welche im Nassbereich nicht möglich wären. Dies verbessert die Crashperformance weiterhin und spart zudem Gewicht.
Zur weiteren Verbesserung der Crashperformance kann vorgesehen sein, dass die Batterieaufnahme weiterhin einen insbesondere um den Rahmen umlaufenden
Anbindungsflansch aufweist. Der Anbindungsflansch kann sich zumindest teilweise im Bereich des einen oder der mehreren Querträger und/oder des einen oder der mehreren Längsträger gegen den Rahmen abstützen. Der Anbindungsflansch kann der Montage oder Anbindung der Batterieaufnahme (etwa unterhalb eines Fahrzeugs) dienen und zudem eine erste Barriere im Crashfall bilden und insbesondere die Lasten in die unterschiedlichen Crashstrukturen einleiten.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Batterieaufnahme einen zusätzlichen
(äußeren) Boden aufweist, welcher zumindest abschnittsweise unterhalb des (inneren) Bodens angeordnet ist. Der äußere Boden kann einen effektiven Unterbodenschutz bereitstellen. Weiterhin kann dies vorteilhaft sein, um zwischen dem ersten Boden und dem zweiten Boden eine Kühleinrichtung oder ein Teil hiervon anzuordnen. Die Böden können insbesondere mittels Schweißmuttern oder Schweißbolzen verbunden sein. Beispielsweise ist der (innere) Boden an den Rahmen angebunden und/oder der äußere Boden an den umlaufenden Anbindungsflansch.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterieaufnahme weist die Batterieaufnahme weiterhin Batterieelemente, welche in den Fächern angeordnet sind, auf.
Beispielsweise können die Batterieelemente von oben in die entsprechenden Fächer eingesetzt werden und von oben an die Batterieaufnahme angebunden werden. Dies ermöglicht eine einfache Montage und eine bessere Zugänglichkeit im Wartungsfall. Beispielsweise werden die Batterieelemente von oben an angrenzende Querträger, Längsträger, die Verstärkungsstruktur und/oder den Deckel angebunden. Dabei können benachbarte Batterieelemente beispielsweise separat angebunden werden oder sich zumindest teilweise eine Anbindungsstelle teilen.
Bevorzugt weisen die Batterieelemente im oberen Bereich horizontal ausgreifende Anbindungslaschen auf, über die die Batterieelemente angebunden werden.
Beispielsweise greifen die Anbindungslaschen über die Querträger, Längsträger und/oder die Verstärkungsstruktur und werden dann vorzugsweise an diese
angebunden. Besonders bevorzugt teilen sich (insbesondere jeweils zwei) benachbarte Batterieelemente zumindest teilweise eine Anbindungsstelle. Beispielsweise wird die Verstärkungsstruktur an einem jeweiligen Befestigungspunkt jeweils gemeinsam mit zwei benachbarten Anbindungslaschen an einem Quer- oder Längsträger angebunden. Hierzu kann es vorteilhaft sein, wenn die Batterieelemente an zumindest zwei gegenüberliegenden Seiten in der Höhe versetzte Anbindungslaschen aufweisen.
Beispielsweise wird die Verstärkungsstruktur an einem jeweiligen Befestigungspunkt jeweils gemeinsam mit dem Deckel an einem Querträger oder Längsträger angebunden.
Zur weiteren Verbesserung der Crashperformance, bestehen gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung, wie bereits ausgeführt, die Verstärkungsprofile der Verstärkungsstruktur aus einem hochfesten Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl mit einer
Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa, aus Aluminium oder faserverstärktem
Kunststoff.
Gemäß einer zweiten Lehre der Erfindung wird die eingangs genannte Aufgabe auch durch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Batterieaufnahme für ein
Elektrofahrzeug gelöst. Es hat sich gezeigt, dass die beschriebene Batterieaufnahme eine hohe Crashperformance bei gleichzeitig geringem Gewicht und einfacher Herstellbarkeit bereitstellen kann und somit optimal für die Bedingungen beim Einsatz in
Elektrofahrzeugen geeignet ist.
Im Weiteren soll die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert werden. Die Zeichnung zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Batterieaufnahme mit
Boden, Rahmen und Längs- und Querträgern in perspektivischer Ansicht; Fig. 2a-f schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Batterieaufnahmen im Schnitt;
Fig. 3a,b schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele
erfindungsgemäßer Batterieaufnahmen im Schnitt;
Fig. 4a-d schematische Darstellungen unterschiedlicher Ausführungsbeispiele
lösbarer Anbindungen der Verstärkungsstruktur an eine
Batterieaufnahme;
Fig. 5a, b schematische Darstellungen unterschiedlicher erfindungsgemäßer
Ausführungsbeispiele von Verstärkungsstrukturen in Draufsicht; und
Fig. 6a,b schematische Darstellungen unterschiedlicher erfindungsgemäßer
Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Batterieaufnahmen im Schnitt.
In der nachfolgenden Beschreibung der verschiedenen erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiele werden Bauteile und Elemente mit gleicher Funktion und gleicher Wirkungsweise mit denselben Bezugszeichen versehen, auch wenn die Bauteile und Elemente bei den verschiedenen Ausführungsbeispielen in ihrer Dimension oder Form Unterschiede aufweisen können.
Fig. 1 zeigt zunächst eine schematische Darstellung einer beispielhaften
Batterieaufnahme 1 mit einem einen Innenbereich 2 bildenden Rahmen 4 und mit Längs- und Querträgern 6, jedoch zunächst ohne Deckel und erfindungsgemäße
Verstärkungsstruktur in perspektiveischer Ansicht. Die Batterieaufnahme 1 ist zur Aufnahme von Batterieelementen (nicht dargestellt) geeignet und kann insbesondere für ein Elektrofahrzeug verwendet werden und im Bereich des Fahrzeugbodens angeordnet werden. Der Rahmen 4 stellt die vorzugsweise aus Stahlblech gebildeten Seitenwände der Batterieaufnahme 1 bereit und ist aus wenig strukturierten Profilen hergestellt. Weiterhin weist die Batterieaufnahme 1 einen aus beispielsweise Stahlblech gebildeten Boden 8 auf. Eine derartige Batterieaufnahme kann im Rahmen der in den weiteren Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele verwendet werden.
Die Batterieaufnahme 1 weist in ihrem Innenbereich 2 in diesem Fall zwei Längsträger 6 und acht Querträger 6 auf. Es sind jedoch auch andere Konfigurationen denkbar. Durch die Längs- und Querträger 6 werden Fächer 10 für die Batterieelemente gebildet. In diesem Fall sind drei mal neun Fächer 10 ausgebildet, welche somit insgesamt 27 Batterieelemente aufnehmen können.
Im Innenbereich 2 des Rahmens 4 ist umlaufend entlang der durch den Rahmen 4 bereitgestellten Seitenwände eine wellen- oder mäanderförmige Verstärkung 4a angeordnet.
Fig. 2a bis 2f zeigen nun schematische Darstellungen unterschiedlicher
Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Batterieaufnahmen im Schnitt. Dabei ist jeweils eine ein oder mehrere Verstärkungsprofile 14 umfassende Verstärkungsstruktur 16 oberhalb der Längs- und/oder Querträger 6 lösbar an die Batterieaufnahme 1 angebunden. Ebenfalls sind jeweils ein Deckel 18 und ein zusätzlicher, äußerer Boden 8b vorgesehen.
Die Verstärkungsprofile 14 der Verstärkungsstruktur sind in den Fig. 2a, b, c beispielhaft als Rechteckprofile ausgebildet. Diese können beispielsweise ausschließlich direkt oberhalb der Quer- und/oder Längsträger vorgesehen sein (Fig. 2a) oder oberhalb, aber ausschließlich seitlich versetzt zu den Quer- und/oder Längsträgern (Fig. 2b). Ebenfalls ist denkbar, dass die Verstärkungsprofile 14 sowohl direkt oberhalb als auch oberhalb und seitlich versetzt angeordnet sind (Fig. 2c). In den Fig. 2d bis 2f sind die Verstärkungsprofile 14 nun jeweils direkt oberhalb der Längs- und/oder Querträger 6 angeordnet. Gemäß Fig. 2d sind die Verstärkungsprofile 14 der Verstärkungsstruktur 16 als (nach unten geöffnete) C-Profile vorgesehen. Dabei ist vorteilhaft, dass die Breite der Verstärkungsprofile 14 der Verstärkungsstruktur 16 höchstens der Breite des jeweils darunter angeordneten Längs- und/oder Querträgers 6 entspricht. Das gleiche gilt für die in Fig. 2e dargestellten Rechteckprofile. In Fig. 2f sind die Verstärkungsprofile 14 der Verstärkungsstruktur 16 jeweils als nach oben geöffnete Hutprofile vorgesehen.
In den in Fig. 2 dargestellten Fällen füllt die Verstärkungsstruktur 16 den Bauraum zwischen dem Längsträger 6 und/oder Querträger 6 einerseits und dem Deckel 18 andererseits in vertikaler Richtung aus. Die Verstärkungsstruktur 16 liegt also sowohl an dem Längsträger 6 und/oder Querträger 6 als auch an dem Deckel 18 an.
Fig. 3a, b zeigt nun schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Batterieaufnahmen im Schnitt. In Fig. 3a, b sind jeweils der Rahmen 4, der Boden 8, der zusätzliche, äußere Boden 8b und der Deckel 18 und ein Quer- oder Längsträger 6 der Batterieaufnahme 1 dargestellt. Der Rahmen 4 umfasst zudem, wie bereits in Fig. 1 dargestellt, eine meanderförmige Versteifungsstruktur 4a und eine Konsole 4b. Weiterhin ist ein um den Rahmen 4 umlaufender Anbindungsflansch 20 vorgesehen. In dem in Fig. 3a dargestellten Ausführungsbeispiel ist das
Verstärkungsprofil 14 lösbar an die Konsole 4b des Rahmens 4 angebunden. Dies kann mittels einer Schraubverbindung erfolgen, welche gestrichelt angedeutet ist. In dem in Fig. 3b gezeigten Ausführungsbeispiel ist gezeigt, dass ein Verstärkungsprofil 14 der Verstärkungsstruktur 16 sich nicht über die gesamte Batterieaufnahme 1 erstrecken muss, sondern auch lediglich lokal vorgesehen sein kann. Dabei kann das
Verstärkungsprofil 14 beispielsweise eine Länge von 30mm bis 100mm aufweisen. Die lösbare Verbindung ist hier nicht dargestellt. In den Fig. 4a-d sind schematische Darstellungen unterschiedlicher
Ausführungsbeispiele lösbarer Anbindungen der Verstärkungsstruktur an eine
Batterieaufnahme gezeigt, wie sie in einer erfindungsgemäßen Batterieaufnahme Anwendung finden können. Die lösbare Anbindung wird in diesem Fall jeweils durch eine Schraubverbindung realisiert.
In Fig. 4a ist die in Fig. 3a gezeigte Anbindung des Verstärkungsprofils 14 an eine Konsole 4b eines Rahmens 4 in Draufsicht gezeigt. Der Rahmen 4 weist hier als
Befestigungselemente beispielsweise Einpressmuttern oder Schweißmuttern 22 auf.
In Fig. 4b ist im Schnitt dargestellt, wie das Verstärkungsprofil 14 an einen Längs- oder Querträger 6 lösbar angebunden sein kann. Dabei weist der Längs- oder Querträger 6 an dem gezeigten Befestigungspunkt als Befestigungselement in diesem Fall einen
Einpressbolzen oder Schweißbolzen 24 auf. Hierzu weist das Verstärkungsprofil 14 im Bereich des Befestigungspunktes eine Aussparung auf. Über eine Mutter 25 kann die Anbindung erfolgen.
In Fig. 4c ist im Schnitt dargestellt, wie das Verstärkungsprofil 14 gemeinsam mit zwei benachbarten Batterieelementen 26 an einen Längs- oder Querträger 6 lösbar angebunden ist. Hierzu weist der Längs- oder Querträger 6 an dem gezeigten
Befestigungspunkt als Befestigungselement eine Einpressmutter oder Schweißmutter 22 auf. Eine Schraube 23 kann dann durch das Verstärkungsprofil 14 und die
Anbindungslaschen der benachbarten Batterieelemente 24 in die Einpressmutter oder Schweißmutter 22 geschraubt werden. Auch in diesem Fall weist das Verstärkungsprofil 14 im Bereich des Befestigungspunktes eine Aussparung auf.
In Fig. 4d ist im Schnitt dargestellt, wie der Deckel 18 gemeinsam mit der
Verstärkungsstruktur 14, welche in diesem Fall als Hutprofil ausgebildet ist, an dem Längs- oder Querträger 6 lösbar angebunden ist. Der Längs- oder Querträger 6 weist an dem gezeigten Befestigungspunkt als Befestigungselement wiederum eine Einpressmutter oder Schweißmutter 22 auf. Eine Schraube 23 kann dann durch den Deckel 18 und das Verstärkungsprofil 14 in die Einpressmutter oder Schweißmutter 22 geschraubt werden.
Fig. 5a, b zeigt nun eine schematische Darstellungen unterschiedlicher
erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele von Verstärkungsstrukturen in Draufsicht. Wie in Fig. 5a dargestellt, kann die Verstärkungsstruktur 16 im Wesentlichen entlang des Rahmens 4 umlaufend ausgebildet sein, was zu einer Stabilisierung bei geringem Gewicht führt. Hierzu verlaufen zwei Verstärkungsprofile 14 in Längsrichtung und zwei Verstärkungsprofile 14 Querrichtung, sodass sich eine im Wesentlichen rechteckige Geometrie ergibt.
Wie in Fig. 5b dargestellt, kann die Verstärkungsstruktur 16 jedenfalls bereichsweise auch im Wesentlichen gitterförmig ausgebildet sein. Die Verstärkungsprofile 14 können sich zwar grundsätzlich über die gesamte Länge oder Breite der Batterieaufnahme 1 erstrecken (wie hier die sich in Querrichtung erstreckenden Verstärkungsprofile). Wie ebenfalls dargestellt, können sich die Verstärkungsprofile 14 jedoch auch nur über einen Teil der gesamten Länge oder Breite der Batterieaufnahme 1 erstrecken (wie hier die sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungsprofile). Ebenfalls können die
Versstärkungsprofile 14 unterbrochen oder mehrteilig ausgebildet sein (wie hier die sich in Längsrichtung erstreckenden Verstärkungsprofile). In diesem Beispiel sind die in Längsrichtung verlaufenden Verstärkungsprofile in horizontaler Richtung jeweils etwa mittig zwischen den Längsträgern angeordnet. Ebenfalls sind die in Querrichtung verlaufenden Verstärkungsprofile in horizontaler Richtung jeweils etwa mittig zwischen den Querträgern angeordnet (vgl. auch Fig. 2b).
Fig. 6a, b zeigt schematische Darstellungen unterschiedlicher erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Batterieaufnahmen 1 im Schnitt. In Fig. 6a ist zunächst die bereits in Fig. 5a dargestellte Anordnung der Verstärkungsstruktur 16 mit lediglich im Randbereich umlaufenden Verstärkungsprofilen 14 dargestellt. In Fig. 6b ist im Längsschnitt eines Verstärkungsprofils 14 eine Aufnahme in Form einer Aussparung 28 zur Aufnahme einer Verkabelung dargestellt. Eine derartige Aufnahme kann jedoch auch durch eine Unterbrechung oder Verprägung des Verstärkungsprofils bereitgestellt werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Batterieaufnahme zur Aufnahme von Batterieelementen, insbesondere für ein Elektrofahrzeug,
mit einem einen Innenbereich (2) bildenden Rahmen (4), welcher zumindest teilweise Seitenwände der Batterieaufnahme (1) bereitstellt,
mit einem Deckel (18),
mit einem Boden (8, 8b), und
mit zumindest einem Längsträger (6) und zumindest einem Querträger (6) in dem Innenbereich (2) der Batterieaufnahme (1) zur Bildung von Fächern (10) für die Batterieelemente,
wobei eine ein oder mehrere Verstärkungsprofile (14) umfassende
Verstärkungsstruktur (16) oberhalb des zumindest einen Längsträgers (6) und/oder des zumindest einen Querträgers (6) zumindest bereichsweise lösbar an die Batterieaufnahme (1) angebunden ist.
Batterieaufnahme nach Anspruch 1, wobei die Verstärkungsstruktur (16) im Bereich zwischen dem zumindest einen Längsträger (6) und/oder dem
zumindest einen Querträger (6) einerseits und dem Deckel (18) andererseits angeordnet ist.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsstruktur (16) den Bauraum zwischen dem zumindest einen Längsträger (6) und/oder dem zumindest einen Querträger (6) einerseits und dem Deckel (18) andererseits in vertikaler Richtung zumindest
abschnittsweise ausfüllt. Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsstruktur (16) zumindest bereichsweise an dem Deckel
(18) anliegt.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das eine oder die mehreren Verstärkungsprofile (14) der
Verstärkungsstruktur (16) als Rundrohr, als Rechteckprofil, als C-Profil, als Mehrkammerprofil, insbesondere Zweikammerprofil und/oder als Hutprofil ausgebildet sind.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsstruktur (16) zumindest eine Aufnahme (28),
insbesondere eine lokale Unterbrechung, eine Aussparung und/oder eine Verprägung, zur Aufnahme einer Verkabelung aufweist.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsstruktur (16) dadurch zumindest bereichsweise lösbar an die Batterieaufnahme (1) angebunden ist, dass die Verstärkungsstruktur (16) an dem zumindest einen Längsträger (6), an dem zumindest einen Querträger (6), an dem Rahmen (4) und/oder an dem Deckel (18) der Batterieaufnahme (1) lösbar angebunden ist.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Rahmen der Batterieaufnahme eine Versteifungsstruktur (4a) und/oder eine Konsole (4b) umfasst, wobei die Verstärkungsstruktur (16) an die
Versteifungsstruktur (4a) des Rahmens (4) der Batterieaufnahme (1) und/oder die Konsole (4b) des Rahmens (4) der Batterieaufnahme (1) lösbar angebunden ist. Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Deckel (18) gemeinsam mit der Verstärkungsstruktur (16) an dem zumindest einen Längsträger (6) und/oder dem zumindest einen Querträger (6) lösbar angebunden ist.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Batterieaufnahme (1), insbesondere der Rahmen (4), der zumindest eine Längsträger (6) und/oder der zumindest eine Querträger (6), zumindest ein Befestigungselement (22, 24), insbesondere einen Bolzen oder eine Mutter, zur lösbaren Anbindung der Verstärkungsstruktur aufweist.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein Teil der Verstärkungsstruktur (16) direkt oberhalb des zumindest einen Querträgers (6) und/oder des zumindest einen Längsträgers (6) verläuft.
Batterieaufnahme nach Anspruch 11,
wobei die Breite des einen oder der mehreren Verstärkungsprofile (14) der Verstärkungsstruktur (16) höchstens der Breite des jeweils darunter
angeordneten zumindest einen Längsträgers (6) und/oder zumindest einen Querträgers (6) entspricht.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei zumindest ein Teil der Verstärkungsstruktur (16) zwischen zumindest zwei Querträgern (6) und/oder zumindest zwei Längsträgern (6) verläuft.
Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verstärkungsstruktur (16) im Wesentlichen entlang des Rahmens (4) umlaufend und/oder zumindest bereichsweise im Wesentlichen gitterförmig ausgebildet ist.
15) Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsstruktur (16) in einem Trockenbereich (2) der
Batterieaufnahme (1) angeordnet ist.
16) Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Batterieaufnahme (1) weiterhin Batterieelemente, welche in den Fächern (10) angeordnet sind, aufweist.
17. Batterieaufnahme nach Anspruch 16,
wobei benachbarte Batterieelemente sich zumindest teilweise eine
Anbindungsstelle teilen.
18. Batterieaufnahme nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Verstärkungsprofile (14) der Verstärkungsstruktur (16) aus einem hochfesten Stahl, insbesondere einem hochfesten Stahl mit einer Zugfestigkeit von mindestens 780 MPa, aus Aluminium oder faserverstärktem Kunststoff bestehen.
19. Verwendung einer Batterieaufnahme (1) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche für ein Kraftfahrzeug.
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