WO2019201751A1 - Speicherzellenbaueinheit für ein kraftfahrzeug mit einem elektrischen antrieb - Google Patents

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WO2019201751A1
WO2019201751A1 PCT/EP2019/059328 EP2019059328W WO2019201751A1 WO 2019201751 A1 WO2019201751 A1 WO 2019201751A1 EP 2019059328 W EP2019059328 W EP 2019059328W WO 2019201751 A1 WO2019201751 A1 WO 2019201751A1
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cell assembly
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Christian Paul
Simon HABERL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • Memory cell assembly for a motor vehicle with an electric drive
  • the present invention relates to a memory cell package for a
  • traction battery which is used to store electrical energy for an electric drive of the
  • Electric motor vehicle serves.
  • Such a traction battery is composed of battery cells, which in turn are combined into battery modules.
  • Battery cells or battery modules are housed in a housing which serves to protect the battery cells and includes devices that serve the air conditioning and control of the battery cells. For example, such is
  • Battery assembly arranged with a housing in a bottom region of a motor vehicle between the front and rear axle of the motor vehicle.
  • DE 10 2013 204 765 A1 describes a memory cell assembly for storing electrical energy for driving an electric motor of a motor vehicle. The case is from below with a left
  • DE 10 2013 008 428 A1 shows a motor vehicle with a traction battery arranged centrally on an underside of the motor vehicle. Between a housing of the traction battery and each side sill each have a deformation element over an entire length of the housing extends. The two
  • Deformation elements are as extruded profiles with a rectangular
  • Cross-section formed, which extend in the vehicle longitudinal direction.
  • Memory cell assembly has a high Kollisionsenergyabsorption impart with a low weight and low space.
  • the memory cell assembly has a housing and at least one longitudinal carrier, which forms a side wall of the housing or is arranged adjacent to the side wall of the housing.
  • the longitudinal member is designed as a hollow carrier which has at least one cavity which extends in the longitudinal direction of the longitudinal member and has a closed cross-section.
  • a reinforcing element is arranged, which extends over a large part of the length of the longitudinal member.
  • the reinforcing element has a
  • Multi-chamber structure with a plurality of adjacent chambers on.
  • the reinforcing element is designed in particular for absorbing collision energy in the event of a collision, in particular a side collision, of the motor vehicle.
  • the reinforcing element can be deformed by brittle and / or plastic failure in the course of the collision, in which the longitudinal member is deformed.
  • the memory cell assembly which has a traction battery that is a drive battery, is designed for a motor vehicle with an electric drive.
  • the motor vehicle is preferably a passenger vehicle with, in particular, two axles and, for example, four wheels.
  • the longitudinal member extends in a longitudinal direction of the memory cell assembly and thus preferably in a longitudinal direction, ie a main direction of travel, of the motor vehicle.
  • the memory cell assembly is preferably a separate unit from a body shell and on a body or the body shell
  • the memory cell assembly thus does not constitute a so-called body-integrated memory cell assembly in which components of the body form a housing of the memory cell assembly.
  • the side member is preferably not part of a body shell of the
  • the reinforcing element is preferably a part which is formed separately from the longitudinal carrier or separately manufactured.
  • the reinforcing element may be made of a different material than the longitudinal member and may be the multi-chamber structure of
  • Reinforcement element can be easily manufactured.
  • the reinforcing element can substantially completely fill the cavity of the longitudinal carrier in a section perpendicular to the longitudinal direction of the longitudinal carrier. In this way, the reinforcing element can be easily mounted without play in the cavity. Furthermore, this maximizes the collision energy absorbing effect.
  • the cavity of the longitudinal member preferably has a rectangular shape.
  • the side rail may have a multi-cavity profile in which the reinforcing element is disposed in a single or multiple cavities.
  • the housing preferably consists of side walls and a bottom wall, so a bottom, and an upper wall, so a lid.
  • the multi-chamber structure is composed of a multiplicity of adjoining chambers having a triangular, in particular an equilateral triangular, cross-section, and / or a quadrilateral, in particular square, cross-section, and / or a hexagonal, in particular a regularly hexagonal, cross-section (FIG. formed according to a (honeycomb) honeycomb structure) and / or a circular cross-section.
  • a wall thickness of the multi-chamber structure is preferably 1 to 4 mm, for example 1, 5 mm to 2.5 mm.
  • Multi-chamber structure transverse, in particular substantially perpendicular, to the chambers, a ratio of an area of the walls between the chambers to an area of the chambers in a range of 0.002 to 0.05.
  • the longitudinal member is preferably designed for attachment to a lower side of the motor vehicle, in particular on a side skirt of the motor vehicle.
  • the longitudinal member is an extruded profile, which is in particular made of a light metal, for example aluminum or an aluminum alloy.
  • the chambers of the reinforcing element extend parallel to a longitudinal direction of the longitudinal member.
  • the chambers can in particular over an entire length of the reinforcing element.
  • the longitudinal direction is, for example, a direction parallel to the x-direction in FIG.
  • the chambers of the reinforcing element may be parallel to a transverse direction, in particular a direction substantially perpendicular to
  • the chambers can extend over an entire width of the reinforcing element.
  • the transverse direction is, for example, a direction parallel to the y-direction in FIG.
  • the reinforcing element can advantageously be produced by means of an injection molding process or a pultrusion process.
  • the reinforcing element is advantageously made of a plastic, for example a fiber-reinforced plastic.
  • the plastic can be one
  • thermosetting or a thermoplastic material thermosetting or a thermoplastic material.
  • the fibers, glass fibers, basalt fibers, ceramic fibers, carbon fibers, polyester fibers, nylon fiber, polyethylene fibers aramid fibers or natural fibers may be.
  • the fibers may preferably be short fibers or long fibers.
  • the reinforcing element consists of a plurality of reinforcing element segments, in particular in the longitudinal direction of the reinforcing element segment.
  • the reinforcing element segments can form fit with each other by means of corresponding connecting means be connected.
  • the reinforcing element segments may be connected to one another via a dovetail connection.
  • Connecting devices such as a dovetail-shaped
  • Projection and a dovetail-shaped groove or receptacle may be integrally formed on the reinforcing element segments, in particular on end portions of the reinforcing element segments.
  • a sufficiently long reinforcing element can be formed independently of a manufacturing method of the reinforcing element.
  • a compound of the reinforcing element segments facilitates insertion of the
  • Reinforcing element in the cavity and optionally inhibits a relative movement of the reinforcing element segments to each other.
  • the reinforcing element has integral clamping devices for frictional connection of the
  • Such a clamping device may be an elastically deformable projection, in particular a spring element, which is elastically biased into the cavity after introduction of the reinforcing element and clamps the reinforcing element in the cavity.
  • the clamping device may be integrally formed on the reinforcing element.
  • the reinforcing element can be fixed by simple means in the cavity of the longitudinal member. A movement of the reinforcing element in the cavity is thereby prevented.
  • the side rail is preferably connected to the side wall of the housing.
  • the longitudinal member is in particular an integral part of
  • the invention further relates to a motor vehicle with an electric drive with a memory cell assembly as described above.
  • Memory cell assembly is between a front axle and a rear axle of the Motor vehicle mounted on an underside of the motor vehicle and the longitudinal member extends parallel to a longitudinal direction of the motor vehicle.
  • the memory cell assembly preferably has a left side rail and a right side rail.
  • the left side member is preferably a left one
  • Assigned side skirts and the right side member is preferably associated with a right side skirts.
  • the left side member is advantageously attached to the left side sill, while the right side member is advantageously attached to the right side sill.
  • the longitudinal members may be designed such that they reinforce the associated side skirts of the motor vehicle.
  • the entire memory cell assembly may be attached to the motor vehicle via its lateral side rails.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a memory cell package according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a memory cell package according to a first embodiment of the present invention.
  • Fig. 2 is a schematic sectional view of the memory cell assembly taken approximately along a line A-A in Fig. 1, i. along a vehicle transverse direction and a vehicle vertical direction, according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic sectional view of a detail of FIG.
  • Fig. 4 is a schematic perspective view of a reinforcing member
  • FIG. 5 is a schematic sectional view of a detail of FIG.
  • Fig. 6 is a schematic perspective view of a reinforcing member
  • FIGS. 1 and 2 schematically show a memory cell assembly for a
  • the memory cell assembly forms a
  • Traction battery i. a drive battery, the motor vehicle with electric drive.
  • the memory cell assembly has a housing 1 with a right side member 3 and a left side member 4. Between the right side member 3 and the left side member 4 are spaced apart from each other cross member. The right side member 3 and the left side member 4 form side walls of the housing 1.
  • the housing 1 serves to receive and protect battery cells or
  • Battery modules consisting of battery cells and control devices, cooling devices and electrical wiring and forms together with these components, the memory cell assembly.
  • the housing 1 is designed to protect these components substantially against gases and liquids tight.
  • the memory cell assembly is arranged in the floor area of the motor vehicle between a front axle and a rear axle of the motor vehicle. Between the cross members of the housing are the battery modules, not shown
  • the longitudinal members 3, 4 are designed for mounting on an underside of the side skirts 9 of the body of the motor vehicle, as shown in Fig. 3.
  • the memory cell assembly forms an assembly which is mountable from below to the body of the motor vehicle.
  • the side members 3, 4 complement the
  • Side skirts 9 in their function as a structural support of the body and as a load path in a lateral collision of the motor vehicle. As well as the Side skirts 9 serve the side members 3, 4 of the absorption of collision energy by deformation.
  • the housing 1 is made of aluminum or an aluminum alloy according to the first embodiment.
  • the longitudinal members 3, 4 are formed as hollow profiles in the extrusion process.
  • Each side member 3, 4 has a plurality of cavities, as can be better seen in the sectional view of Figure 3.
  • a reinforcing member 7 is received, which is shown in Fig. 4 in a perspective view.
  • the reinforcing element 7 has a
  • Multi-chamber structure consisting of a plurality of hollow chambers with a regular hexagonal cross-section.
  • Multi-chamber structure a honeycomb structure.
  • the reinforcing element 7 consists of five corresponding honeycomb, but it may consist of a different number of honeycomb.
  • the honeycombs extend over an entire length of the reinforcing element 7.
  • the reinforcing element 7 extends over almost the entire length of the
  • the hollow chambers of the reinforcing element 7 extend in the longitudinal direction of the reinforcing element 7 and des
  • the reinforcing element 7 is made of a plastic in a pultrusion process.
  • the plastic contains reinforcing fibers, in particular short fibers,
  • the plastic may be a thermoset or thermoplastic.
  • Reinforcing element 7 fills in cross section almost the entire cavity of the longitudinal member 3.4.
  • the reinforcing element 7 is inserted into the longitudinal member 3.4 and fixed there by suitable means.
  • a wall thickness of the honeycomb is between 1 mm to 4 mm, preferably 2 mm.
  • a ratio of the wall surface to the hollow chamber surface is preferably 0.002 mm - 0.05 mm, for example 0.0032 mm.
  • FIG. 1 shows, by way of example, a collision obstacle 100 in the form of a pile, which strikes the body on one side of the motor vehicle.
  • the collision direction is shown with an arrow.
  • the collision obstacle 100 thus strikes the side member 3, 4 and the overlying side sill 9.
  • the collision load is introduced inter alia in the side members 3, 4, wherein the side member 3, 4 is supported on the cross members of the housing 1.
  • predetermined load levels fails the side member and is substantially plastically deformed.
  • the reinforcing element 7 is also deformed, which are located in one of the cavities of the side member 3, 4.
  • a predetermined amount of collision energy can be absorbed without deforming the region of the housing 1 in which the aforementioned battery cells are located.
  • the components within the housing 1 are protected from damage in the collision.
  • the memory cell assembly can be sufficiently easily performed with sufficient collision energy absorbing ability.
  • a memory cell package according to the second embodiment is constructed identical to the memory cell package according to the first embodiment except for a gain element 7 '.
  • the reinforcing member 7 ' is composed of a multichamber structure having a plurality of hollow chambers having a regular hexagonal cross section.
  • the multi-chamber structure of the second embodiment has a honeycomb structure.
  • the honeycombs of the reinforcing element 7 'of the second embodiment extend in the vehicle transverse direction, ie in the y-direction according to the known vehicle coordinate system.
  • the honeycombs thus extend transversely or perpendicular to the longitudinal direction of the longitudinal member 3, 4 or a cavity 5 of the longitudinal member 3, 4.
  • the reinforcing element 7 ' extends over almost the entire length of the cavity of the longitudinal member 3, 4th
  • the reinforcing element 7 ' is in one
  • the reinforcing element 7 ' can in this case consist of several segments, which are joined together according to the length of the cavity of the longitudinal member 3, 4.
  • a connecting device for the positive connection of the individual segments is integrally formed integrally on the segments.
  • the connecting device consists for example of a dovetail-shaped projection at one end of the reinforcing element segment and a correspondingly shaped
  • the reinforcing element 7 ' according to the second embodiment has a molded clamping element, which allows a reliable positioning of the reinforcing element 7' in the cavity 5 of the longitudinal member.
  • the clamping element may be an elastically deformable nose, which is elastically deformed during insertion of the reinforcing element 7 'into the cavity 5 and presses against a wall of the cavity 5 and thus the reinforcing element 7' non-positively and frictionally fixed in the cavity 5.

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Abstract

Die erfindungsgemäße Speicherzellenbaueinheit hat ein Gehäuse und zumindest einen Längsträger, der eine Seitenwand des Gehäuses ausbildet oder angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Der Längsträger ist als Hohlträger ausgebildet, der zumindest einen Hohlraum aufweist, der sich in Längsrichtung des Längsträgers erstreckt und einen geschlossenen Querschnitt hat. In dem Hohlraum ist ein Verstärkungselement angeordnet, das sich über einen Großteil der Länge des Längsträgers erstreckt. Das Verstärkungselement weist eine Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern auf.

Description

Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicherzellenbaueinheit für ein
Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit.
Bekannte Elektrofahrzeuge weisen eine sogenannte Traktionsbatterie auf, die zur Speicherung von elektrischer Energie für einen Elektroantrieb des
Elektrokraftfahrzeugs dient. Eine derartige Traktionsbatterie ist aus Batteriezellen aufgebaut, die wiederum zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die
Batteriezellen bzw. Batteriemodule sind in einem Gehäuse untergebracht, das zum Schutz der Batteriezellen dient und Vorrichtungen enthält, die der Klimatisierung und Steuerung der Batteriezellen dient. Beispielsweise ist eine derartige
Batteriebaugruppe mit einem Gehäuse in einem Bodenbereich eines Kraftfahrzeugs zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.
Beispielsweise ist in der DE 10 2013 204 765 A1 eine Speicherzellenbaueinheit zum Speichern von elektrischer Energie für den Antrieb eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Gehäuse ist von unten mit einem linken
Seitenschweller und einem rechten Seitenschweller verbunden. Im Falle einer Seitenkollision wird eine Kollisionsenergie durch Verformung des betroffenen Seitenschwellers und einer daran angrenzenden Seitenwand des Gehäuses der Speicherzellenbaueinheit abgebaut. Zum Schutz der in dem Gehäuse
untergebrachten Speicherzellen sind benachbarte zu den Seitenwänden des Gehäuses Deformationszonen ausgebildet. Ferner zeigt die DE 10 2013 008 428 A1 ein Kraftfahrzeug mit einer mittig an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Traktionsbatterie. Zwischen einem Gehäuse der Traktionsbatterie und jedem Seitenschweller erstreckt sich jeweils ein Deformationselement über eine gesamte Länge des Gehäuses. Die beiden
Deformationselemente sind als Strangpressprofile mit einem rechteckigen
Querschnitt ausgebildet, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit zu schaffen, wobei die
Speicherzellenbaueinheit bei einem geringen Gewicht und geringem Bauraum eine hohe Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit besitzt.
Diese Aufgabe wird durch eine Speicherzellenbaueinheit gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.
Die erfindungsgemäße Speicherzellenbaueinheit hat ein Gehäuse und zumindest einen Längsträger, der eine Seitenwand des Gehäuses ausbildet oder angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Der Längsträger ist als Hohlträger ausgebildet, der zumindest einen Hohlraum aufweist, der sich in Längsrichtung des Längsträgers erstreckt und einen geschlossenen Querschnitt hat. In dem Hohlraum ist ein Verstärkungselement angeordnet, das sich über einen Großteil der Länge des Längsträgers erstreckt. Das Verstärkungselement weist eine
Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern auf.
Durch das Verstärkungselement wird eine Biegesteifigkeit des Längsträgers erhöht. Zudem wird damit ein Kraftniveau erhöht, bei dem der Längsträger verformt wird. Insgesamt wird damit mit einfachen Mitteln bei geringem Gewicht eine
Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit des Längsträgers vergrößert, wodurch die Bestandteile in dem Gehäuse bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs besser geschützt sind. Das Verstärkungselement ist insbesondere zur Absorption von Kollisionsenergie im Falle einer Kollision, insbesondere einer Seitenkollision, des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Hierzu kann das Verstärkungselement im Verlaufe der Kollision, bei dem der Längsträger verformt wird, durch sprödes und/oder plastisches Versagen verformt werden.
Die Speicherzellenbaueinheit, die eine Traktionsbatterie also eine Antriebsbatterie aufweist, ist für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ein Personenkraftfahrzeug mit insbesondere zwei Achsen und beispielsweise vier Rädern.
Der Längsträger erstreckt sich in eine Längsrichtung der Speicherzellenbaueinheit und damit bevorzugt in eine Längsrichtung, also eine Hauptfahrtrichtung, des Kraftfahrzeugs.
Die Speicherzellenbaueinheit ist bevorzugt eine von einem Karosserierohbau getrennte Einheit und an einer Karosserie bzw. dem Karosserierohbau
insbesondere lösbar montierbar. Die Speicherzellenbaueinheit stellt somit keine sogenannte karosserieintegrierte Speicherzellenbaueinheit dar, bei der Bestandteile der Karosserie ein Gehäuse der Speicherzellenbaueinheit bilden. Damit ist auch der Längsträger bevorzugt kein Bestandteil eines Karosserierohbaus des
Kraftfahrzeugs.
Das Verstärkungselement ist bevorzugt ein von dem Längsträger getrennt ausgebildetes bzw. getrennt hergestelltes Teil.
Hierdurch kann das Verstärkungselement aus einem anderen Werkstoff als der Längsträger hergestellt sein und kann die Mehrkammerstruktur des
Verstärkungselements leicht hergestellt werden.
Das Verstärkungselement kann in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des Längsträgers den Hohlraum des Längsträgers im Wesentlichen vollständig füllen. Hierdurch kann das Verstärkungselement leichter spielfrei in dem Hohlraum befestigt werden. Ferner ist hierdurch die kollisionsenergieabsorbierende Wirkung maximiert.
Der Hohlraum des Längsträgers hat bevorzugt eine rechteckige Form.
Der Längsträger kann ein Profil mit mehreren Hohlräumen haben, bei dem in einem einzigen oder mehreren Hohlräumen das Verstärkungselement angeordnet ist.
Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Seitenwänden sowie einer unteren Wand, also einem Boden, und einer oberen Wand, also einem Deckel.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Speicherzellenbaueinheit ist die Mehrkammerstruktur aus einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern mit einem dreieckigen, insbesondere einem gleichseitig dreieckigen, Querschnitt, und/oder einem viereckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt, und/oder einem sechseckigen, insbesondere einem regelmäßig sechseckigen, Querschnitt (entsprechend einer (Bienen-)wabenstruktur) und/oder einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.
Eine Wandstärke der Mehrkammerstruktur beträgt bevorzugt 1 bis 4 mm, beispielsweise 1 ,5 mm bis 2,5 mm.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt bei einem Querschnitt der
Mehrkammerstruktur quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu den Kammern, ein Verhältnis einer Fläche der Wände zwischen den Kammern zu einer Fläche der Kammern in einem Bereich von 0,002 bis 0,05.
Ferner ist der Längsträger bevorzugt zur Befestigung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem Seitenschweller des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Längsträger ein Strangpressprofil, das insbesondere aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist.
Bevorzugt erstrecken sich die Kammern des Verstärkungselements parallel zu einer Längsrichtung des Längsträgers. Dabei können sich die Kammern insbesondere über eine gesamte Länge des Verstärkungselements. Die Längsrichtung ist beispielsweise eine Richtung parallel zu der x-Richtung im
Fahrzeugkoordinatensystem.
Alternativ können sich die Kammern des Verstärkungselements parallel zu einer Querrichtung, insbesondere einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur
Längsrichtung, des Längsträgers erstrecken. Dabei können sich die Kammern über eine gesamte Breite des Verstärkungselements erstrecken. Die Querrichtung ist beispielsweise eine Richtung parallel zu der y-Richtung im
Fahrzeugkoordinatensystem.
Das Verstärkungselement ist vorteilhaft mittels eines Spritzgussverfahrens oder eines Pultrusionsverfahrens herstellbar.
Ferner ist das Verstärkungselement vorteilhaft aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet. Der Kunststoff kann ein
duroplastischer oder ein thermoplastischer Kunststoff sein.
Bei einem faserverstärktem Kunststoff können die Fasern, Glasfasern, Basaltfasern, Keramikfasern, Kohlenstofffasern Polyesterfasern, Nylonfaser, Polyethylenfasern Aramidfasern oder auch Naturfasern sein.
Die Fasern können bevorzugt Kurzfasern oder Langfasern sein.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Verstärkungselement aus mehreren Verstärkungselementsegmenten, insbesondere in Längsrichtung des Verstärkungselementsegments. Die Verstärkungselementsegmente können formschlüssig mittels entsprechender Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Verstärkungselementsegmente über eine Schwalbenschwanzverbindung miteinander verbunden sein. Die
Verbindungseinrichtungen, beispielsweise ein schwalbenschwanzförmiger
Vorsprung und eine schwalbenschwanzförmige Nut bzw. Aufnahme, können integral an den Verstärkungselementsegmenten, insbesondere an Endabschnitten der Verstärkungselementsegmente, angeformt sein.
Hierdurch kann unabhängig von einem Herstellverfahren des Verstärkungselements ein hinreichend langes Verstärkungselement ausgebildet werden. Eine Verbindung der Verstärkungselementsegmente erleichtert eine Einbringung des
Verstärkungselements in den Hohlraum und unterbindet gegebenenfalls eine Relativbewegung der Verstärkungselementsegmente zueinander.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Verstärkungselement integrale Klemmeinrichtungen zur kraftschlüssigen Verbindung des
Verstärkungselements mit dem Längsträger auf. Eine derartige Klemmeinrichtung kann ein elastisch verformbarer Vorsprung, insbesondere ein Federelement, sein, der nach Einbringung des Verstärkungselements in den Hohlraum elastisch vorgespannt ist und das Verstärkungselement in dem Hohlraum verklemmt. Die Klemmeinrichtung kann integral an dem Verstärkungselement angeformt sein.
Hierdurch kann das Verstärkungselement mit einfachen Mitteln in dem Hohlraum des Längsträgers fixiert werden. Eine Bewegung des Verstärkungselements in dem Hohlraum wird hierdurch unterbunden.
In dem Fall, in dem Längsträger angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist, ist der Längsträger bevorzugt mit der Seitenwand des Gehäuses verbunden. Der Längsträger ist insbesondere integraler Bestandteil der
Speicherzellenbaueinheit.
Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit einer wie vorstehend beschriebenen Speicherzellenbaueinheit. Die
Speicherzellenbaueinheit ist zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs montiert und der Längsträger erstreckt sich parallel zu einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs.
Die Speicherzellenbaueinheit hat bevorzugt einen linken Längsträger und einen rechten Längsträger. Der linke Längsträger ist bevorzugt einem linken
Seitenschweller zugeordnet und der rechte Längsträger ist bevorzugt einem rechten Seitenschweller zugeordnet. Der linke Längsträger ist vorteilhaft an dem linken Seitenschweller befestigt, während der rechte Längsträger vorteilhaft an dem rechten Seitenschweller befestigt ist. Die Längsträger können derart ausgebildet sein, dass sie den zugeordneten Seitenschweller des Kraftfahrzeugs verstärken.
Somit kann die gesamte Speicherzellenbaueinheit über deren seitliche Längsträger an dem Kraftfahrzeug befestigt sein.
Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen.
Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Speicherzellenbaueinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht der Speicherzellenbaueinheit ungefähr entlang einer Linie A-A in Fig. 1 , d.h. entlang einer Fahrzeugquerrichtung und einer Fahrzeughochrichtung, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Einzelheit der
Speicherzellenbaueinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 4 ist eine schematische Perspektivansicht eines Verstärkungselements
gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer Einzelheit einer
Speicherzellenbaueinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Fig. 6 ist eine schematische Perspektivansicht eines Verstärkungselements
gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 6.
In Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Speicherzellenbaueinheit für ein
Kraftfahrzeug mit zumindest einem Elektroantrieb gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Speicherzellenbaueinheit bildet eine
Traktionsbatterie, d.h. eine Antriebsbatterie, des Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb. Die Speicherzellenbaueinheit hat ein Gehäuse 1 mit einem rechten Längsträger 3 und einem linken Längsträger 4. Zwischen dem rechten Längsträger 3 und dem linken Längsträger 4 verlaufen beabstandet zueinander Querträger. Der rechte Längsträger 3 und der linke Längsträger 4 bilden Seitenwände des Gehäuses 1.
Das Gehäuse 1 dient zur Aufnahme und zum Schutz von Batteriezellen bzw.
Batteriemodulen bestehend aus Batteriezellen sowie Steuerungseinrichtungen, Kühleinrichtungen und elektrischer Verkabelung und bildet zusammen mit diesen Bestandteilen die Speicherzellenbaueinheit. Das Gehäuse 1 ist zum Schutz dieser Bestandteile im Wesentlichen gegenüber Gasen und Flüssigkeiten dicht ausgeführt. Die Speicherzellenbaueinheit ist im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs zwischen einer Vorderachse und eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Zwischen den Querträgern des Gehäuses sind die nicht gezeigten Batteriemodule
angeordnet.
Die Längsträger 3, 4 sind zur Montage an einer Unterseite der Seitenschweller 9 der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet, wie auch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Speicherzellenbaueinheit bildet eine Baugruppe, die von unten an die Karosserie des Kraftfahrzeugs montierbar ist. Dabei ergänzen die Längsträger 3, 4 die
Seitenschweller 9 in ihrer Funktion als Strukturträger der Karosserie sowie als Lastpfad bei einer seitlichen Kollision des Kraftfahrzeugs. Ebenso wie die Seitenschweller 9 dienen die Längsträger 3, 4 der Absorption von Kollisionsenergie durch Verformung.
Das Gehäuse 1 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt. Dabei sind die Längsträger 3, 4 als Hohlprofile im Strangpressverfahren ausgebildet. Jeder Längsträger 3, 4 weist mehrere Hohlräume auf, wie in der Schnittansicht von Figur 3 besser zu sehen ist. In einem Hohlraum 5 ist ein Verstärkungselement 7 aufgenommen, das in Fig. 4 in einer Perspektivansicht gezeigt ist. Das Verstärkungselement 7 hat eine
Mehrkammerstruktur bestehend aus einer Vielzahl von Hohlkammern mit einem regelmäßig sechseckigen Querschnitt. Mit anderen Worten hat die
Mehrkammerstruktur einen wabenförmigen Aufbau. Im vorliegenden ersten
Ausführungsbeispiel besteht das Verstärkungselement 7 aus fünf entsprechenden Waben, es kann jedoch aus einer anderen Anzahl von Waben besteht. Die Waben erstrecken sich über eine gesamte Länge des Verstärkungselements 7. Das Verstärkungselement 7 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des
Hohlraums des Längsträgers 3, 4. Die Hohlkammern des Verstärkungselements 7 erstrecken sich in Längsrichtung des Verstärkungselements 7 bzw. des
Längsträgers 3, 4, d.h. in x-richtung des Kraftfahrzeugs. Das Verstärkungselement 7 ist aus einem Kunststoff in einem Pultrusionsverfahren hergestellt. Gegebenenfalls enthält der Kunststoff verstärkenden Fasern, insbesondere Kurzfasern,
beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern. Bei dem Kunststoff kann es sich um einen duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff handeln. Das
Verstärkungselement 7 füllt im Querschnitt nahezu den gesamten Hohlraum des Längsträgers 3,4 aus. Das Verstärkungselement 7 ist in den Längsträger 3,4 eingeschoben und dort mit geeigneten Mitteln fixiert.
Eine Wandstärke der Waben beträgt zwischen 1 mm bis 4 mm, bevorzugt 2 mm. In einem Schnitt entlang der Fahrzeughochrichtung und Fahrzeugquerrichtung, d.h. ein Querschnitt in y- und z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem, beträgt ein Verhältnis der Wandfläche zur Hohlkammerfläche bevorzugt 0,002 mm - 0,05 mm, beispielsweise 0,0032 mm. io
Im Folgenden ist eine Funktion der Speicherzellenbaueinheit im Falle einer Seitenkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis erläutert. In Figur 1 ist beispielhaft ein Kollisionshindernis 100 in Form eines Pfahls gezeigt, der auf einer Seite des Kraftfahrzeugs auf die Karosserie trifft. Die Kollisionsrichtung ist mit einem Pfeil dargestellt. Das Kollisionshindernis 100 trifft somit auf den Längsträger 3, 4 sowie den darüber liegenden Seitenschweller 9. Hierbei wird die Kollisionslast unter anderem in den Längsträger 3, 4 eingeleitet, wobei sich der Längsträger 3, 4 an den Querträgern des Gehäuses 1 abstützt. Bei Überschreitung eines
vorgegebenen Lastniveaus versagt der Längsträger und wird im Wesentlichen plastisch verformt. Hierdurch wird ebenso das Verstärkungselement 7 verformt, das sich in einem der Hohlräume des Längsträger 3, 4 befinden. Durch Verformung des Verstärkungselements 7, das spröde oder plastisch versagt, wird weitere
Kollisionsenergie zum Schutz des Gehäuses 1 abgebaut. Hierdurch kann ein vorgegebenes Ausmaß an Kollisionsenergie absorbiert werden, ohne dass der Bereich des Gehäuses 1 verformt wird, in dem sich die vorgenannten Batteriezellen befinden. Somit werden die Bestandteile innerhalb des Gehäuses 1 bei der Kollision vor einer Beschädigung geschützt.
Durch das Verstärkungselement 7 kann die Speicherzellenbaueinheit hinreichend leicht bei ausreichender Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit ausgeführt werden.
Unter Bezugnahme auf Figuren 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Eine Speicherzellenbaueinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist abgesehen von einem Verstärkungselement 7‘ identisch zu der Speicherzellenbaueinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Somit wird zur Vermeidung einer redundanten Beschreibung im
Folgenden lediglich auf die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Wie in Figur 6 gezeigt ist, besteht das Verstärkungselement 7‘ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus einer Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl von Hohlkammern mit einem regelmäßig sechseckigen Querschnitt. Damit hat auch die Mehrkammerstruktur des zweiten Ausführungsbeispiels einen wabenförmigen Aufbau. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Waben des Verstärkungselements 7‘ des zweiten Ausführungsbeispiels in Fahrzeugquerrichtung, also in die y-Richtung gemäß dem bekannten Fahrzeugkoordinatensystem. Die Waben erstrecken sich also quer bzw. senkrecht zur Längsrichtung des Längsträgers 3, 4 bzw. eines Hohlraums 5 des Längsträgers 3, 4. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Verstärkungselement 7‘ über nahezu die gesamte Länge des Hohlraums des Längsträgers 3, 4. Das Verstärkungselement 7‘ ist in einem
Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Das Verstärkungselement 7'kann hierbei aus mehreren Segmenten bestehen, die entsprechend der Länge des Hohlraums des Längsträgers 3, 4 aneinander gefügt werden. Hierfür ist eine Verbindungseinrichtung zum formschlüssigen Verbinden der einzelnen Segmente integral an den Segmenten angeformt. Die Verbindungseinrichtung besteht beispielswiese aus einem schwalbenschwanzförmigen Vorsprung an einem Ende des Verstärkungselementsegments und einer entsprechend geformten
schwalbenschwanzförmigen Nut an dem anderen Ende des
Verstärkungselementsegments. Dementsprechend kann eine gewünschte Zahl an Verstärkungselementsegmenten entsprechend einer gewünschten Länge des Verstärkungselements aneinander zuverlässig befestigt werden. Zusätzlich hat das Verstärkungselement 7‘ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein angeformtes Klemmelement, das ein zuverlässiges Positionieren des Verstärkungselements 7‘ in dem Hohlraum 5 des Längsträgers ermöglicht. Das Klemmelement kann eine elastisch verformbare Nase sein, die beim Einführen des Verstärkungselements 7‘ in den Hohlraum 5 elastisch verformt wird und gegen eine Wand des Hohlraums 5 drückt und somit das Verstärkungselement 7‘ kraft- und reibschlüssig in dem Hohlraum 5 fixiert.

Claims

Patentansprüche
1. Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit einem Gehäuse (1 ), einem Längsträger (3, 4), der eine Seitenwand des Gehäuses (1 ) ausbildet oder angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses (1 ) angeordnet ist, wobei der Längsträger (3, 4) als Hohlträger ausgebildet ist, der zumindest einen Hohlraum (5) aufweist, der sich in Längsrichtung des Längsträgers (3, 4) erstreckt und einen geschlossenen Querschnitt hat, wobei in dem Hohlraum (5) ein Verstärkungselement (7, 7‘) angeordnet ist, das sich über einen Großteil der Länge des Längsträgers (3) erstreckt und das eine Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern aufweist, und wobei das
Verstärkungselement (7, 7‘) zur Absorption von Kollisionsenergie im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist.
2. Speicherzellenbaueinheit nach Patentanspruch 2, wobei die
Mehrkammerstruktur aus einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern mit einem dreieckigen, insbesondere einem gleichseitig dreieckigen, Querschnitt, einem viereckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt, einem sechseckigen, insbesondere einem regelmäßig sechseckigen, Querschnitt und/oder einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet ist.
3. Speicherzellenbaueinheit nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei bei einem Querschnitt der Mehrkammerstruktur quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu den Kammern, ein Verhältnis einer Fläche der Wände zwischen den Kammern zu einer Fläche der Kammern in einem Bereich von 0,002 bis 0,05 liegt.
4. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Längsträger (3, 4) zur Befestigung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem Seitenschweller (9) des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist.
5. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei der Längsträger (3, 4) ein Strangpressprofil, insbesondere aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ist.
6. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Kammern des Verstärkungselements (7) sich parallel zu einer Längsrichtung des Hohlraums (5) erstrecken.
7. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die Kammern des Verstärkungselements (7‘) sich parallel zu einer Querrichtung des Hohlraums (5) erstrecken.
8. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei das Verstärkungselement (7, 7‘) mittels eines Spritzgussverfahrens oder eines Pultrusionsverfahrens hergestellt ist.
9. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei das Verstärkungselement (7, 7‘) aus mehreren Verstärkungselementsegmenten besteht, die insbesondere formschlüssig miteinander verbunden sind.
10. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei das Verstärkungselement (7, 7‘) integrale Klemmeinrichtungen zur kraftschlüssigen und/oder reibschlüssigen Befestigung des Verstärkungselements (7, 7‘) in dem Hohlraum (5) des Längsträgers (3, 4) aufweist.
11. Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei der Längsträger angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist und mit der Seitenwand des Gehäuses verbunden ist, wobei der Längsträger insbesondere integraler Bestandteil der Speicherzellenbaueinheit ist.
12. Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit einer
Speicherzellenbaueinheit nach einem der Patentansprüche 1 bis 1 1 , wobei die Speicherzellenbaueinheit zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs montiert ist und der
Längsträger (4, 5) sich parallel zu einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs erstreckt.
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