WO2023001396A1

WO2023001396A1 - Antriebsbatterie für ein kraftfahrzeug und kraftfahrzeug mit derartiger antriebsbatterie

Info

Publication number: WO2023001396A1
Application number: PCT/EP2021/074261
Authority: WO
Inventors: Thomas Herrmann; Thomas Harsch; Daniel MECKL; Stefan Ullrich; Julian PATSCHEIDER; Savo Asanin
Original assignee: Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
Priority date: 2021-07-23
Filing date: 2021-09-02
Publication date: 2023-01-26
Also published as: CN117546350A; CN117546349A; WO2023001395A1; KR20230172026A

Abstract

Erfindungsgemäß hat eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug ein Antriebsbatteriegehäuse, das eine Deckelwand und eine Bodenwand aufweist. In dem Antriebsbatteriegehäuse sind eine Batteriezellenlage mit einer Vielzahl von Batteriezellen und eine Abstützlage, die zwischen der Batteriezellenlage und der Bodenwand angeordnet ist, angeordnet. Die Batteriezellenlage weist ferner eine Batteriezellenlagenstützstruktur auf, die einen Kollisionslastpfad in Hochrichtung der Antriebsbatterie ausbildet.

Description

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Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit derartiger

Antriebsbatterie

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsbatteriegehäuse.

Ein Kraftfahrzeug mit Elektroantrieb hat üblicherweise eine Antriebsbatterie, die ein Antriebsbatteriegehäuse aufweist, in dem mehrere Batteriemodule mit Batteriezellen, eine Elektrik/Elektronik und eine Kühleinrichtung montiert sind. Das Antriebsbatteriegehäuse ist wiederum unterhalb einer Bodenbaugruppe an einer Fahrzeugkarosserie montiert. Das bekannte Antriebsbatteriegehäuse besteht beispielsweise aus Aluminium und weist seitliche Träger, einen Deckel und einen Boden auf. Die seitlichen Träger sind beispielsweise als Strangpressprofile oder Gussteile ausgeführt. Gegebenenfalls sind noch weitere Längsträger und Querträger in dem Batteriegehäuse vorgesehen, um der Antriebsbatterie eine gewisse Steifigkeit und Kollisionswiderstandsfähigkeit zu verleihen.

Wie in der DE 102017223407 A1 gezeigt ist, hat ein bekanntes Antriebsbatteriegehäuse Längsträger und mehrere Querträger, die zwischen den Längsträgern verlaufen. Ferner hat das Antriebsbatteriegehäuse eine obere Wand und eine untere Wand, die jeweils zumindest mit einer äußeren Trägerstruktur, also den äußeren Längsträgern und den äußeren Querträgern, verbunden sind. Die Längsträger und auch die Querträger sind aus Strangpressprofilen ausgebildet. Das Antriebsbatteriegehäuse ist unterhalb eines Karosseriebodens montiert. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Antriebsbatterie zur Anbringung an einer Bodengruppe eines Kraftfahrzeugs bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Antriebsbatterie zu schaffen, wobei die Antriebsbatterie je Bauraum eine höhere Leistungsdichte und gleichzeitig eine größere Steifigkeit sowie Festigkeit aufweist und wobei die Antriebsbatterie einer Kollision von unten besser widersteht.

Diese Aufgabe wird durch eine Antriebsbatterie bzw. ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Antriebsbatterie gelöst, die bzw. das die Merkmale von Patentanspruch 1 bzw. 8 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.

Erfindungsgemäß hat eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug ein Antriebsbatteriegehäuse, das ein Deckelwand und eine Bodenwand aufweist. In dem Antriebsbatteriegehäuse sind eine Batteriezellenlage mit einer Vielzahl von Batteriezellen und eine Abstützlage, die zwischen der Batteriezellenlage und der Bodenwand angeordnet ist, angeordnet. Die Batteriezellenlage weist ferner eine Batteriezellenlagenstützstruktur auf, die einen Kollisionslastpfad in Hochrichtung der Antriebsbatterie ausbildet.

Durch die Batteriezellelenlagenstützstruktur sind die Batteriezellen besonderes gut gegen eine Kollision von unten, d.h. eine Kollision der Antriebsbatterie in Hochrichtung, geschützt. Eine Kollision von unten findet statt, wenn das Kraftfahrzeug über ein Objekt, beispielsweise einem sogenannten Poller oder dergleichen, fährt und eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs zu gering ist. Die Hochrichtung der Antriebsbatterie verläuft im Wesentlichen senkrecht zu den einzelnen Lagen der Antriebsbatterie, d.h. senkrecht zur Deckelwand, zur Bodenwand, zur Abstützlage und zur Batteriezellenlage.

Bevorzugt sind die Batteriezellen vertikal und nebeneinander angeordnet. Vorteilhaft sind die Batteriezellen nicht in separaten Modulen untergebracht, die wiederum in dem Antriebsbatteriegehäuse untergebracht sind. Hierdurch können mehr Batteriezellen bei gleichem Bauraum untergebracht werden. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Batteriezellenlagenstützstruktur zwischen den Batteriezellen ausgebildet. Im Kollisionslastfall ist die Batteriezellenlagenstützstruktur in Hochrichtung bevorzugt an der Abstützlage sowie an der Deckelwand abgestützt.

Jeder Bestandteil der Batteriezellenlagenstützstruktur, der angrenzend zu einer Batteriezelle ist, bildet somit einen Kollisionslastpfad in Hochrichtung in unmittelbarer Umgebung der Batteriezelle aus. Und jede Batteriezelle hat somit eine angrenzende Batteriezellenlagenstützstruktur. Somit weist jede Batteriezelle der Batteriezellenlage den gleichen Schutz in Hochrichtung der Antriebsbatterie auf. Der Kollisionslastpfad in Hochrichtung besteht somit über eine gesamte Grundfläche der Batteriezellenlage, da die Batteriezellenlagenstützstruktur über die gesamte Grundfläche, nämlich angrenzend zu jeder Batteriezelle, ausgebildet ist.

Durch die Abstützung der Batteriezellenlagenstützstruktur an der Abstützlage sowie an der Deckelwand in Hochrichtung kann die Kollisionslast in Hochrichtung an der Batteriezelle vorbei geleitet werden.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann insbesondere als Mehrkammerstruktur ausgebildet sein, wobei in jeder Kammer der Mehrkammerstruktur jeweils insbesondere eine Batteriezelle aufgenommen ist.

Eine derartige Mehrkammerstruktur ist leicht herstellbar und jede Batteriezelle kann hierdurch im Wesentlichen den gleichen Schutz in Hochrichtung der Antriebsbatterie aufweisen. Jede die Batteriezelle umgebende Kammerwand bildet somit eine Kollisionslastpfad in Hochrichtung in unmittelbarer Umgebung der Batteriezelle aus.

Bevorzugt ist die Batteriezellenlagenstützstruktur derart ausgebildet, dass eine Kollisionslast in Hochrichtung nur auf die Batteriezellenlagenstützstruktur und nicht auf die Batteriezellen wirkt. Dies gilt insbesondere bis zu einer Schwellkollisionslast bis zu der die Batteriezellenlagenstützstruktur nicht verformt wird. D.h. die Kollisionslast in Hochrichtung wirkt zunächst nicht auf die Batteriezellen - bis zu einer möglichen Deformation der Batteriezellenlagenstützstruktur. Dies wird insbesondere dadurch bewirkt, dass die Batteriezellenlagenstützstruktur höher als die Batteriezellen ausgebildet ist.

Hierdurch kann sich die Abstützlage bei einer Kollision in Hochrichtung der Antriebsbatterie verformen und zum Schutz der Batteriezellen Kollisionsenergie abbauen. Die Abstützlage kann sich vorteilhaft an der steiferen Batteriezellenlagenstützstruktur abstützen, während sie Kollisionsenergie abbauend verformt wird. Die Abstützlage kann daher auch als Deformationslage oder Kollisionsschutzlage oder Pollerüberfahrtschutzlage bezeichnet werden. Die Abstützlage hat vorteilhaft die Funktion einer Abstandslage, so dass zwischen der Batteriezellenlage und der Bodenwand ein bestimmter Abstand besteht, so dass bei einer Pollerüberfahrt oder dergleichen, d.h. bei der Kollision von unten, hinreichender Deformationsraum zur Verfügung steht. Ferner kann die Abstützlage vorteilhaft die Funktion einer Entgasungslage haben, die Räume und Ableitungskanäle zur Aufnahme und zum Ableiten von aus den Batteriezellen auströmendem Gas aufweist.

Bevorzugt füllt die Batteriezellenlagenstützstruktur einen Zwischenraum zwischen den Batteriezellen im Wesentlichen aus.

Somit wird ein „freier“ Bereich zwischen den Batteriezellen, der gegebenenfalls auf Grund einer äußeren Form der Batteriezellen, insbesondere bei kreiszylindrischen Batteriezellen, sowieso vorhanden ist, für eine Kollisionslastabstützung genutzt (ohne die Batteriezellen selbst als Kollisionslastabstützung zu nutzen).

Bevorzugt weist die Batteriezellenlagenstützstruktur der Antriebsbatterie, eine höhere Festigkeit und/oder Steifigkeit als die Batteriezellen auf. Die höhere Festigkeit und/oder Steifigkeit der Batteriezellenlagenstützstruktur besteht insbesondere in Hochrichtung der Antriebsbatterie.

Die Batteriezellen an sich, insbesondere deren Batteriezellengehäuse, können hierdurch gegebenenfalls leichter ausgeführt werden, weil die Batteriezellenlagenstützstruktur anstelle der Batteriezellen der Kollisionslast widerstehen kann. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Abstützlage auf einem geringeren Kraftniveau als die Batteriezellenlagenstützstruktur, insbesondere plastisch, verformbar.

Hierdurch kann die Abstützlage durch die Kollisionslast auf einem vorgegebenen Lastniveau vorteilhaft Kollisionsenergie abbauend verformt werden, ohne dass die Batteriezellenlage bzw. die Batteriezellenlagenstützstruktur verformt wird.

Bevorzugt ist die Batteriezellenlagenstützstruktur einstückig ausgebildet oder zumindest besteht die Batteriezellenlagenstützstruktur aus einstückigen Batteriezellenlagenstützstrukturteilen, die jeweils zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen ausgebildet sind.

Hierdurch ist eine Zahl an Bauteilen gering und die Antriebsbatterie kann kostengünstig hergestellt werden.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur weist vorteilhaft Aufnahmeräume - vorstehend als Kammern bezeichnet - zur Aufnahme von jeweils einer Batteriezelle auf. Bevorzugt ist die Form der Aufnahmeräume entsprechend einer äußeren Form der Batteriezellen ausgebildet. Insbesondere erfolgt zwischen dem jeweiligen Aufnahmeraum und der Batteriezelle ein Formschluss. Die Aufnahmeräume können einfach als Durchgangslöcher in der Batteriezellenlagenstützstruktur ausgebildet sein.

Die Batteriezellen können in die Batteriezellenlagenstützstruktur, insbesondere in die vorstehend genannten Aufnahmeräume, eingepresst sein.

Hierdurch sind die Batteriezellen entsprechend in der Batteriezellenlagenstützstruktur befestigt.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur, insbesondere die vorstehend genannten Aufnahmeräume, kann verformbare Vorsprünge aufweisen, die bei einem Einbringen der Batteriezellen in die Batteriezellenlagenstützstruktur elastisch und/oder plastisch verformbar sind.

Hierdurch können die Batteriezellen einfach in der Batteriezellenlagenstützstruktur befestigt werden.

Die Batteriezellen können in die Batteriezellenlagenstützstruktur, insbesondere in die vorstehend genannten Aufnahmeräume, eingeklebt sein.

Die Aufnahmeräume der Batteriezellenlagenstützstruktur können auch einen Anschlag oder Absatz aufweisen, der eine genau Positionierung der Batteriezelle ermöglicht.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann aus einem Kunststoff zum Beispiel durch Extrusion hergestellt sein, so dass die Batteriezellenlagenstützstruktur leicht ist und kostengünstig herstellbar ist. Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann auch durch Spritzguss hergestellt sein. Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann auch aus einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann auch aus einem metallischen Werkstoff, wie Stahl oder Aluminium, zum Beispiel durch Strangpressen hergestellt sein. Auch in diesem Fall ist die Batteriezellenlagenstützstruktur kostengünstig herstellbar. Gegebenenfalls können bei einem metallischen Werkstoff größere Kollisionslasten übertragen bzw. aufgenommen werden.

Die Abstützlage kann aus einem Kunststoff, insbesondere einem geschäumten Kunststoff hergestellt sein.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur ist vorteilhaft kongruent zu der Abstützlage ausgebildet, so dass die Batteriezellenlagenstützstruktur an der Abstützlage, insbesondere im Falle einer Kollision der Bodenwand, besonders gut, nämlich über eine besonders große Fläche, abstützbar ist. Hierdurch ist eine Kollisionslasteinleitung bzw. eine Kollisionslastabstützung an der Batteriezellenlagenstützstruktur verbessert.

Vorteilhaft sind die Bodenwand, die Abstützlage, die Batteriezellenlage, d.h. insbesondere die Batteriezellenlagenstützstruktur und die Deckelwand, miteinander, insbesondere sandwichartig und großflächig, verklebt. Zwischen den genannten Lagen sind damit Klebstofflagen angeordnet. Ferner kann zwischen den Lagen oder in den Lagen ein Zellkontaktierungssystem angeordnet bzw. eingebettet sein.

Durch das sandwichartige Verkleben der Deckelwand, Batteriezellenlage, der Abstützlage und der Bodenwand miteinander hat die Antriebsbatterie insgesamt eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit, so dass keine weitere Trägerkonstruktion innerhalb der Antriebsbatterie bzw. innerhalb des Antriebsbatteriegehäuses erforderlich ist. Alle Lagen der Antriebsbatterie tragen zu einer Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie bei. Die Antriebsbatterie ist derart zum Einbau in das Kraftfahrzeug ausgebildet, dass die Deckelwand oben und die Bodenwand unten ausgebildet ist. Die Bodenwand bildet damit im Einbauzustand bevorzugt einen Unterboden des Kraftfahrzeugs aus. Insgesamt kann man den Aufbau der Antriebsbatterie einschließlich des Antriebsbatteriegehäuses und den Batteriebestandteilen innerhalb des Antriebsbatteriegehäuses als Sandwichverbund bezeichnen - die Antriebsbatterie hat einen Sandwichaufbau.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung ist in der Batteriezellenlagenstützstruktur eine Wärmetauschereinrichtung zur Batteriezellentemperierung ausgebildet.

Zum Beispiel können in der Batteriezellenlagenstützstruktur Hohlräume oder Rohrleitungen zum Durchfluss eines Temperierfluids ausgebildet sein.

Es können auch in der Deckelwand oder in der Abstützlage Wärmetauschereinrichtungen zur Batteriezellentemperierung ausgebildet sein.

Vorteilhaft ist die Batteriezellenlagenstützstruktur als Strangpressprofil mit einer Vielzahl von Durchgangslöchern zur Aufnahme der Batteriezellen ausgebildet.

Dabei kann Batteriezellenlagenstützstruktur für mehrere Batteriezellen einstückig ausgebildet sein und es können für eine gesamte Grundfläche der Batteriezellenlage entsprechend mehrere Batteriezellenlagenstützstrukturelemente nebeneinander und aneinander angrenzend angeordnet sein, wodurch eine Herstellbarkeit der Batteriezellenlagenstützstruktur vereinfacht ist.

Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann auch aus einer Vielzahl von Stützelementen ausgebildet sein. Die Stützelemente können vorteilhaft in den Zwischenräumen zwischen zumindest drei aneinander angrenzenden Batteriezellen angeordnet sein.

Bevorzugt haben die Batteriezellen einen kreiszylindrischen Querschnitt. Dabei sind die Batteriezellen bevorzugt hochkant in der Batteriezellenlage angeordnet.

Jede Batteriezelle kann aus einem Batteriezellengehäuse, in dem ein Zellwickel aufgenommen ist, bestehen. Das Batteriezellengehäuse kann aus einer Zellenumfangswand, einer Zellenbodenwand und einer Zellendeckelwand bestehen.

Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Antriebsbatterie zur Montage an einer Bodengruppe einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Dabei kann die Bodenwand zumindest teilweise einen Unterboden des Kraftfahrzeugs ausbilden.

Vorteilhaft sind die Deckelwand und die Bodenwand durch eine Flanschverbindung miteinander verbunden. Das Antriebsbatteriegehäuse ist bevorzugt fluiddicht ausgeführt.

Die Bodenwand und/oder die Deckelwand können aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung oder einem Stahlwerkstoff oder einem faserverstärkten Kunststoff ausgebildet sein.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Personenkraftfahrzeug oder ein Lastkraftfahrzeug, mit einer Karosserie und mit einer erfindungsgemäßen wie vorstehend beschriebenen Antriebsbatterie, die von unten an einer Bodengruppe der Karosserie des Kraftfahrzeugs montiert ist. Das Kraftfahrzeug hat einen Elektroantrieb mit der Antriebsbatterie als Energiespeicher. Vorteilhaft erstreckt sich die Antriebsbatterie im Wesentlichen über eine gesamte Breite der Bodengruppe, d.h. im Wesentlichen über einen gesamten Bauraum zwischen einem linken Längsträger (Seitenschweller) und einem rechten Längsträger (Seitenschweller) der Karosserie. Ferner kann sich das Antriebsbatteriegehäuse in einem Bereich bzw. über einen möglichst großen Bereich zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs erstrecken. Vorteilhaft erstreckt sich das Antriebsenergiegehäuse von einer vorderen Stirnwand (einer Fahrgastzelle) bzw. von unterhalb der vorderen Stirnwand bis zu vorderen Enden eines linken Radhauses und eines rechten Radhauses. Ferner kann sich das Antriebsbatteriegehäuse bis unterhalb einer zweiten Sitzreihe des Kraftfahrzeugs erstrecken. Anders ausgedrückt kann sich das Antriebsbatteriegehäuse zumindest von einem Bereich zwischen einer vorderen Karosseriesäule (einer A-Säule) und einer hinteren Karosseriesäule (insbesondere einer C-Säule) verläuft und angeordnet ist.

Vorteilhaft ist die Antriebsbatterie derart ausgeführt und mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden, dass die Antriebsbatterie eine Karosseriesteifigkeit für einen Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs erhöht und dass die Antriebsbatterie eine Karosseriefestigkeit für einen Kollisionslastfall des Kraftfahrzeugs erhöht. Dies wird insbesondere durch den sandwichartigen Aufbau der Antriebsbatterie ermöglicht. Durch das sandwichartige Verkleben der Deckelwand, Batteriezellenlage, der Abstützlage und der Bodenwand miteinander hat die Antriebsbatterie insgesamt eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit, so dass keine weitere Trägerkonstruktion innerhalb der Antriebsbatterie erforderlich ist. Alle Lagen der Antriebsbatterie tragen zu einer Steifigkeit und Festigkeit der Antriebsbatterie bei.

Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.

Es folgt eine Kurzbeschreibung der Figuren.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Explosionsansicht von Bestandteilen einer

Antriebsbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. io

Fig. 2 zeigt schematisch eine Schnittansicht der Antriebsbatterie gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 zeigt schematisch eine Perspektivansicht eines Teils einer Karosserie eines Kraftfahrzeugs sowie eine Antriebsbatterie vor einer Montage der Antriebsbatterie an der Karosserie gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Es folgt eine Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 3.

In Figur 2 ist eine Antriebsbatterie 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer Teil-Schnittansicht sehr schematisch gezeigt. Die Antriebsbatterie 1 ist zur Montage an eine Karosserie eines Personenkraftfahrzeug ausgebildet. Die Antriebsbatterie 1 ist ein sogenannter Hochvoltspeicher als Energiespeicher zum Antrieb eines Elektroantriebsmotors des Personenkraftfahrzeugs. Die Antriebsbatterie 1 ist sandwichartig aus mehreren Lagen aufgebaut. Von oben beginnend hat die Antriebsbatterie 1 eine Deckelwand 31 als Teil eines Antriebsbatteriegehäuses 3. Die Deckelwand 31 ist über eine obere Klebstofflage 9 mit einer Oberseite einer Batteriezellenlage 5 flächig verbunden. Ferner ist eine Unterseite der Batteriezellenlage 5 über eine untere Klebstofflage 11 mit einer Abstützlage 7 flächig verbunden. Die Abstützlage 7 ist wiederum an ihrer Unterseite über eine weitere Klebstofflage 13 mit einer Bodenwand 33 des Antriebsbatteriegehäuses 3 verbunden. Die Klebstoff lagen 9, 11, 13 sind in der Figur 2 schematisch durchgängig eingezeichnet, wobei die Klebstoff lagen 9 auch kongruent zu den Stirnseiten der Batteriezellenlagenstützstruktur 52 bzw. zu den Stirnseiten der Abstützlage 7 ausgebildet sein können. Das Antriebsbatteriegehäuse 3 ist selbstverständlich seitlich nicht offen, wie in Fig. 2 dargestellt, sondern die Deckelwand 31 und die Bodenwand 33 sind übereine Flanschverbindung 35 miteinander fluiddicht verbunden, so dass das Antriebsbatteriegehäuse 3 fluiddicht ausgebildet ist. Die Klebstoff lagen 9, 11, 13 sind der Einfachheit halber durchgängig dargestellt - selbstverständlich kann die Klebstofflage kongruent zu den miteinander zu verbindenden Teilen ausgeführt sein.

Die Batteriezellenlage 5 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 51 auf. Jede Batteriezelle 51 besteht einem Batteriezellengehäuse aus Aluminium oder Stahl, in dem ein Zellwickel aufgenommen ist. Die Batteriezellen 51 sind sogenannte Rundzeilen mit einer kreiszylindrischen Form. Die Batteriezellen 51 sind hochkant, d.h. vertikal, in der Batteriezellenlage 5 angeordnet. Ferner weist die Batteriezellenlage 5 eine Batteriezellenlagenstützstruktur 52 auf. Die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 ist zwischen den Batteriezellen 51 angeordnet, wie in Fig. 2 gezeigt ist, und ist höher als Batteriezellen 51, wie ebenfalls aus Fig. 2 deutlich zu erkennen ist.

In der oberen Klebstofflage 9 ist ein nicht weiter dargestelltes Batteriezellenkontaktierungssystem eingebettet, das die Pole der Batteriezellen 51 geeignet miteinander verbindet. Der Klebstoff umgibt Leiterbahnen des Batteriezellenkontaktierungssystems. Beide Pole der Batteriezellen 51 befinden sich an der oberen Stirnseite der Batteriezellen 51.

An der unteren Stirnseite der Batteriezellen 51 sind Entgasungsöffnungen ausgebildet. Komplementär zu den Entgasungsöffnungen der Batteriezellen 51 sind Aussparungen bzw. Entgasungsräume 71 in der Abstützlage 7 ausgebildet. Die Aussparungen können geeignet über Entgasungskanäle miteinander verbunden sein, so dass aus einer Batteriezelle 51 entweichendes Gas über den zugeordneten Entgasungsraum und die Entgasungskanäle der Abstützlage 7 abgeführt werden kann.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, besteht die Abstützlage 7 aus einer wabenartigen Struktur, deren Grundstruktur ein Zylinder mit sechseckiger Grundfläche ist. Die Abstützlage 7 besteht aus Kunststoff und ist durch Extrudieren oder Spritzguss hergestellt. Die Abstützlage 7 kann insbesondere auch aus einem geschäumten Kunststoff bestehen. Die Struktur der Abstützlage 7 ist kongruent zur Struktur der Batteriezellenlagenstützstruktur 52 ausgebildet und ist plastisch deformierbar. Bei einer Bodenkollision der in das Kraftfahrzeug eingebauten Antriebsbatterie 1 wird dabei gegebenenfalls die Bodenwand 33 zusammen mit der Abstützlage 7 verformt und kann damit Kollisionsenergie durch Deformation zum Schutz der Batteriezellenlage 5 abbauen.

In Figur 1 sind die Batteriezellenlage 5 mit den Batteriezellen 51 und der Batteriezellenlagenstützstruktur 52 sowie die Abstützlage 7 ohne das Antriebsbatteriegehäuse 3 und ohne Klebstofflagen in einer Explosionsansicht dargestellt. Wie zu sehen ist, besteht die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 aus einer Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl von kreiszylinderförmigen und nebeneinander angeordneten Kammern 53, deren Durchmesser ungefähr dem Durchmesser einer Batteriezelle 51 entspricht und in diesem Ausführungsbeispiel ein Durchgangsloch ist. Jede Kammer 53 ist zur Aufnahme einer Batteriezelle 51 ausgebildet und ist etwas länger als eine Batteriezelle 51. Die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 besteht aus Kunststoff und ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel durch Extrudieren kostengünstig hergestellt. Die Batteriezellenlagenstützstruktur kann aber auch durch Spritzguss hergestellt sein. Die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 ist einstückig zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen 51 in einer Vielzahl von Kammern 53 ausgebildet (eine Batteriezelle 51 je Kammer 53). Die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 kann auch aus mehreren einstückigen Batteriezellenlagenstützstrukturteilen bestehen, die seitlich aneinander angrenzend angeordnet sind, falls es nicht möglich ist oder nachteilig ist, eine einstückige Batteriezellenlagenstützstruktur 52 über eine gesamte Fläche der Batteriezellenlage 5 herzustellen. Die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 füllt einen gesamten Freiraum zwischen den Batteriezellen 51 aus.

Eine Batteriezelle 51 ist in der zughörigen Kammer 53 durch Kleben fixiert. Alternativ oder zusätzlich können Vorsprünge in Form von Rippen an einer Innenwand der Kammer 53 mit einem Übermaß gegenüber den Batteriezellen 51 ausgebildet sein, wobei die Rippen bei einem Einbringen der Batteriezelle 51 in die Kammer 53 elastisch und/oder plastisch verformt werden und dadurch die Batteriezelle 51 in der Kammer 53 ähnlich einer Presspassung fixiert ist, In Figur 3 ist der Zustand vor einer Montage der Antriebsbatterie 1 an einer Karosserie 100 gezeigt. Die Karosserie 100 ist in Fig. 3 nicht vollständig dargestellt, sondern es im Wesentlichen nur eine Bodengruppe 105 der Karosserie 100 dargestellt. Die Karosserie 100 bzw. die Bodengruppe 105 hat einen linken Seitenschweller 107 und einen rechten Seitenschweller 108, d.h. Längsträger. Die Antriebsbatterie 1 hat ein wie vorstehend beschriebenes Antriebsbatteriegehäuse 3, das über seine gesamte Erstreckung im Wesentlichen eine gleiche Höhe aufweist - mit Ausnahme eines aufgesetzten Zusatzgehäuses 37 im hinteren Bereich Antriebsbatterie 1. In dem Antriebsbatteriegehäuse 3 sind die Batteriezellenlage 5 und die Abstützlage 7 untergebracht, die in Fig. 3 nicht zu sehen sind. In dem Zusatzgehäuse 37 ist zum Beispiel eine Elektrik und Elektronik der Antriebsbatterie 1 untergebracht. Die Antriebsbatterie 1 wird von unten an der Bodengruppe 105 mittels Schraubverbindungen und gegebenenfalls zusätzlich durch Klebeverbindungen montiert. Das montierte Antriebsenergiespeichergehäuse 3 bildet zumindest abschnittsweise einen Boden der Bodengruppe 105 aus und erstreckt sich über eine gesamte Breite der Bodengruppe 105 zwischen dem linken Seitenschweller 107 und dem rechten Seitenschweller 108.

Durch den sandwichartigen Aufbau der Antriebsbatterie 1 und durch die Verklebung der Lagen miteinander hat die Antriebsbatterie 1 eine hohe Biege- und Torsionssteifigkeit. Hierdurch kann die montierte Antriebsbatterie 1 mit der Bodengruppe 105 entsprechend Zusammenwirken, so dass das Kraftfahrzeug insgesamt eine höhere Biege- und Torsionssteifigkeit. Mit anderen Worten kann die Antriebsbatterie 1 durch den oben beschriebenen Aufbau besonders gut eine Karosseriestrukturfunktion übernehmen.

Nachstehend ist eine Funktion und Wirkung der Antriebsbatterie 1 im Falle einer Kollision beschrieben. Wie aus der vorstehenden Beschreibung und insbesondere aus Fig. 3 hervorgeht, bildet die Bodenwand 33 der Antriebsbatterie 1 unter einer Fahrgastzelle einen Unterboden des Kraftfahrzeugs. Falls das Kraftfahrzeug ein Objekt überfährt, dass höher als eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs ist - hierzu gibt es das Standardtestverfahren der Pollerüberfahrt - wirkt eine Kollisionskraft von unten auf die Antriebsbatterie 1 in Fahrzeughochrichtung (die z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem). Der Lastpfad dieser Kollisionskraft verläuft dabei von der Bodenwand 33 über die Abstützlage 7 auf die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 und von der Batteriezellenlagenstützstruktur 52 auf die Deckelwand 31. Die Batteriezellen 51 sind (zumindest solange die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 nicht verformt wird) nicht Bestandteil dieses Lastpfads. Die Abstützlage 7 ist derart ausgebildet, dass sie bei einem geringeren Kraftniveau als die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 plastisch verformt. Damit wird die Abstützlage 7 bei Überschreitung einer Schwelllast Kollisionsenergie abbauend verformt und stützt sich dabei an der Batteriezellenlagenstützstruktur 52 ab, ohne dass die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 selbst und die Deckelwand 31 verformt wird.

Die Batteriezellen 51 selbst sind zunächst, d.h. zu Beginn einer Kollision bzw. solange die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 selbst nicht deformiert wird, nicht Bestandteil des Kollisionslastpfads, da die Kollisionslast über die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 geleitet wird. Mit anderen Worten werden die Batteriezellen 51 bis zu einer bestimmten Kollisionslast - d.h. bis die Batteriezellenlagenstützstruktur 52 selbst plastisch verformt wird - nicht beaufschlagt, so dass die Batteriezellen 51 nicht beschädigt werden. Dabei ist der gesamte Zwischenraum zwischen den Batteriezellen 51 durch die Batteriezellenlagenstützstruktur ausgefüllt und damit ausgenutzt, so dass dieser optimal zur Übertragung der Kollisionslast genutzt werden kann.

Claims

Patentansprüche

1. Antriebsbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug mit einem Antriebsbatteriegehäuse (3), das ein Deckelwand (31) und eine Bodenwand (33) aufweist, wobei in dem Antriebsbatteriegehäuse (3) eine Batteriezellenlage (5) mit einer Vielzahl von, insbesondere vertikal und nebeneinander angeordneten, Batteriezellen ( 51), und eine Abstützlage (7), die zwischen der Batteriezellenlage (5) und der Bodenwand angeordnet ist, angeordnet ist, wobei die Batteriezellenlage eine Batteriezellenlagenstützstruktur (52) aufweist, die einen Kollisionslastpfad in Hochrichtung der Antriebsbatterie (1) ausbildet.

2. Antriebsbatterie nach Patentanspruch 1, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) zwischen den Batteriezellen (51) ausgebildet ist und im Kollisionslastfall in Hochrichtung an der Abstützlage (7) sowie an der Deckelwand (31) abgestützt ist, und wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) insbesondere einen Zwischenraum zwischen den Batteriezellen (51) im Wesentlichen ausfüllt.

3. Antriebsbatterie nach Patentanspruch 1 oder 2, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) derart ausgebildet ist, dass eine Kollisionslast in Hochrichtung, insbesondere zu Beginn einer Kollision, nur auf die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) und nicht auf die Batteriezellen (51) wirkt, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) insbesondere höher als die Batteriezellen (51) ausgebildet ist.

4. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52), insbesondere in Hochrichtung der Antriebsbatterie, eine höhere Festigkeit und/oder Steifigkeit als die Batteriezellen (51) aufweist.

5. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Abstützlage (7) auf einem geringeren Kraftniveau als die Batteriezellenlagenstützstruktur (52), insbesondere plastisch, verformbar ist.

6. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 5, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) einstückig ausgebildet ist oder zumindest aus einstückigen Batteriezellenlagenstützstrukturteilen besteht, die jeweils zur Aufnahme von mehreren Batteriezellen (51) ausgebildet sind, und wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) insbesondere Aufnahmeräume (53) zur formschlüssigen Aufnahme von jeweils einer Batteriezelle (51) aufweist.

7. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei die Batteriezellen (51) in die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) eingepresst sind, und/oder wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) verformbare Vorsprünge aufweist, die bei einem Einbringen der Batteriezellen (51) in die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) elastisch und/oder plastisch verformbar sind.

8. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 7, wobei die Batteriezellen (52) in die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) eingeklebt sind.

9. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) aus einem Kunststoff oder einem metallischen Werkstoff ausgebildet ist, und wobei die Batteriezellenlagenstützstruktur (52) insbesondere durch Extrusion bzw. der Strangpressen hergestellt ist.

10. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, wobei in der Batteriezellenlagenstützstruktur (52) eine Wärmetauschereinrichtung zur Batteriezellentemperierung ausgebildet ist.

11. Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 10, wobei die Antriebsbatterie (1) zur Montage an einer Bodengruppe (105) einer Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet ist und die Bodenwand (31) zumindest teilweise einen Unterboden des Kraftfahrzeugs ausbildet.

12. Kraftfahrzeug mit einer Karosserie und mit einer Antriebsbatterie nach einem der Patentansprüche 1 bis 11 , die von unten an einer Bodengruppe der Karosserie montiert ist, wobei die Antriebsbatterie (1) insbesondere derart ausgeführt und mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden ist, dass die Antriebsbatterie (1) eine Karosseriesteifigkeit für einen Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs erhöht und dass die Antriebsbatterie (1) eine Karosseriefestigkeit für einen Kollisionslastfall des Kraftfahrzeugs erhöht.