WO2023147813A1 - Vehicle, in particular a passenger or utility vehicle - Google Patents

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WO2023147813A1
WO2023147813A1 PCT/DE2023/100057 DE2023100057W WO2023147813A1 WO 2023147813 A1 WO2023147813 A1 WO 2023147813A1 DE 2023100057 W DE2023100057 W DE 2023100057W WO 2023147813 A1 WO2023147813 A1 WO 2023147813A1
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cover layer
battery
battery cells
drive battery
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PCT/DE2023/100057
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Torsten Dreizner
Waldemar Krohmer
Jens Berkan
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Torsten Dreizner
Waldemar Krohmer
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
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    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
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    • B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438—Arrangement under the floor

Definitions

  • cooling channels of the heat exchanger can be provided in the upper cover layer or in the lower cover layer, through which cooling medium, for example a glycol-water mixture, of a cooling circuit can be guided.
  • planar executable cover layers or outer sides of the sandwich structure of the drive battery in combination with the support in the vertical direction of the vehicle by the battery cells preferably glued thereto allow very high pressure loads to be transmitted via the bottom and cover plates of the drive battery. Undesirable bending or bulging of the structural composite of the drive battery is avoided with little effort.
  • the upper cover layer 9 is firmly connected or glued to the upper end regions 6A of the battery cells 6 and the lower cover layer 10 is firmly connected or glued to the lower end regions 6B of the battery cells 6 .
  • the battery cells 6 represent a structural core material of the sandwich structure of the drive battery 2, which is structurally permanently functionally and shear-resistantly connected to the cover layers 9 and 10 in order to enable the functional sandwich effect of the drive battery 2.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Arrangement Or Mounting Of Propulsion Units For Vehicles (AREA)

Abstract

The invention relates to a vehicle (1), in particular a passenger or utility vehicle, comprising a central base (3) having a drive battery (2) with multiple battery cells (6). The drive battery (2) has a sandwich structure, wherein the upper (in relation to a vertical direction (z) of the vehicle) force-receiving cover layer (9) thereof and the lower force-receiving cover layer (10) thereof are each operatively connected to vehicle side sills (4, 5) in which energy-absorbing deformation elements (7, 8) are provided. The cover layers (9, 10) of the drive battery (2) are securely connected to end regions (6A, 6B) of the battery cells (6), such that the battery cells (6) represent a structural core material of the sandwich structure of the drive battery (2). The upper force-receiving cover layer (9) is securely connected to the vehicle side sills (4, 5) in the vehicle vertical direction (z) in the region of the vehicle plane covered by said cover layer and the lower force-receiving layer (10) is securely connected to the vehicle side sills (4, 5) in the vehicle vertical direction (z) in the region of the vehicle plane covered by said cover layer.

Description

FAHRZEUG, INSBESONDERE PERSONEN- ODER NUTZFAHRZEUG VEHICLE, IN PARTICULAR PASSENGER OR COMMERCIAL VEHICLE
Die erfindungsgemäße Technologie betrifft ein Fahrzeug, insbesondere ein Personen- oder Nutzfahrzeug, mit einem Mittelboden, der eine Antriebsbatterie mit mehreren Batteriezellen umfasst. The technology according to the invention relates to a vehicle, in particular a passenger vehicle or commercial vehicle, with a center floor that includes a drive battery with a number of battery cells.
Elektrisch bzw. elektromotorisch angetriebene oder antreibbare Fahrzeuge, wie beispielsweise als Elektro- oder Hybridfahrzeuge ausgeführte Automobile, umfassen typischerweise einen Elektromotor, welcher zur Versorgung mit elektrischer Energie an eine fahrzeugintern angeordnete Antriebsbatterie angeschlossen ist. Eine solche Antriebsbatterie wird auch als Hochvoltspeicher, Traktionsbatterie oder Zyklenbatterie bezeichnet und stellt einen mobilen elektrischen Energiespeicher dar, der vorzugsweise zum Antrieb von Elektrofahrzeugen dient bzw. die Elektromotoren von Elektrofahrzeugen mit Energie versorgt. Vehicles which are driven or can be driven electrically or by an electric motor, such as automobiles designed as electric or hybrid vehicles, typically include an electric motor which is connected to a drive battery arranged inside the vehicle in order to be supplied with electrical energy. Such a drive battery is also referred to as a high-voltage storage device, traction battery or cycle battery and represents a mobile electrical energy storage device which is preferably used to drive electric vehicles or supplies the electric motors of electric vehicles with energy.
Derartige Antriebsbatterien weisen in der Regel eine hohe volumetrische Energiedichte auf und stellen meist sogenannte Litium-Ionen-Akkumulatoren dar, die eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen. Die oftmals zylindrisch ausgeführten Batteriezellen sind auf engstem Raum nebeneinander angeordnet, bilden sogenannte Batteriemodule bzw. Batteriepacks und arbeiten auf Basis hochenergetischer Kathoden-Chem ie. Such drive batteries generally have a high volumetric energy density and are usually so-called lithium-ion accumulators, which include a large number of battery cells. The often cylindrical battery cells are arranged next to each other in a very small space, form so-called battery modules or battery packs and work on the basis of high-energy cathode chemistry.
In bekannten Fahrzeugsystemen werden solche Antriebsbatterien in Rahmenstrukturen angeordnet, die zur mechanischen Stabilisierung und zum Schutz der Antriebsbatterie vorgesehen werden. Des Weiteren verbessert eine solche Rahmenstruktur auch eine mechanische Stabilität des gesamten Fahrzeuges. In known vehicle systems, such drive batteries are arranged in frame structures that are provided for mechanical stabilization and protection of the drive battery. Furthermore, such a frame structure also improves the mechanical stability of the entire vehicle.
Eine solche Rahmenstruktur ist z. B. aus der DE 10 2017 110 978 A1 bekannt, die jedoch durch ein hohes Bauteilgewicht gekennzeichnet ist und aufgrund ihres großen Bauraumbedarfes den Bauraum im Fahrzeug limitiert, der für eine Antriebsbatterie zur Verfügung steht. Der begrenzt für die Antriebsbatterie zur Verfügung stehende Bauraum ist jedoch auch limitierend für die Speicherkapazität einer Antriebsbatterie. Eine niedrige Speicherkapazität wirkt sich letztendlich auch nachteilig auf die mögliche Reichweite eines Elektrofahrzeuges aus. Such a framework is z. B. from DE 10 2017 110 978 A1, which is characterized by a high component weight and limits the space in the vehicle due to its large space requirement, the is available for a drive battery. However, the limited installation space available for the drive battery also limits the storage capacity of a drive battery. A low storage capacity ultimately has a negative effect on the possible range of an electric vehicle.
Ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einem in Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugunten offenen Montageraum für eine Hochvoltbatterie, der in Fahrzeughochrichtung nach fahrzeugoben durch einen Fahrzeugboden und in Fahrzeugquerrichtung durch seitliche, in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Schweller begrenzt ist, ist aus der DE 10 2020 201 410 A1 bekannt. Ein dem Fahrzeugboden zugewandter Batteriedeckel und ein Gehäuseunterteil der Hochvoltbatterie bzw. der Antriebsbatterie begrenzen einen Gehäuseinnenraum, in dem Batteriezellen angeordnet sind. Die Batteriezellen sind prismatisch ausgeführt und in einer Stapelrichtung hintereinander gestapelt. Die Zellengehäuse-Oberseiten der Batteriezellen weisen jeweils einen Abgas-Auslass auf, der im Normalbetrieb von einer Berstscheibe verschlossen ist. Die Hochvoltbatterie ist in etwa auf gleicher Höhe wie die Schweller positioniert und liegt an den Fahrzeugseiten jeweils an den Fahrzeugschwellern an. Zusätzlich ist die Hochvoltbatterie bzw. deren Batteriegehäuse in Fahrzeughochrichtung in etwa im Bereich der Fahrzeugquerebene, die vom Gehäuseunterteil aufgespannt ist, mit den Fahrzeugschwellern verbunden. DE 10 2020 201 410 A1 discloses an electrically powered vehicle with an installation space for a high-voltage battery that is open towards the bottom in the vertical direction of the vehicle and is delimited in the vertical direction of the vehicle towards the top of the vehicle by a vehicle floor and in the transverse direction of the vehicle by side sills running in the longitudinal direction of the vehicle. A battery cover facing the vehicle floor and a lower housing part of the high-voltage battery or the drive battery delimit a housing interior space in which battery cells are arranged. The battery cells have a prismatic design and are stacked one behind the other in a stacking direction. The cell housing tops of the battery cells each have an exhaust gas outlet which is closed by a bursting disc during normal operation. The high-voltage battery is positioned at about the same height as the sills and rests against the vehicle sills on the sides of the vehicle. In addition, the high-voltage battery or its battery housing is connected to the vehicle rocker panels in the vertical direction of the vehicle approximately in the area of the vehicle's transverse plane, which is spanned by the lower housing part.
Die bekannte bodenseitige Karosseriestruktur trägt in Verbindung mit dem Batteriegehäuse der Hochvoltbatterie jedoch nur bedingt zur Verbesserung der Steifigkeit eines Fahrzeuges bzw. eines Elektrofahrzeuges bei. Deshalb sind die Fahrzeuglängsschweller und auch ein Rohbau des Fahrzeuges für die Erzielung einer erforderlichen Fahrzeugfestigkeit mit entsprechender Steifigkeit auszuführen. Dies erhöht einen konstruktiven Aufwand und verursacht unerwünscht hohe Fertigungskosten sowie ein hohes Gesamtgewicht eines Fahrzeuges. Es ist eine bevorzugte Aufgabe der erfindungsgemäßen Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, ein Fahrzeug, insbesondere ein Personen- oder Nutzfahrzeug, mit einem Mittelboden bereitzustellen, der eine Antriebsbatterie mit mehreren Batteriezellen umfasst, welches hinsichtlich mindestens einer der folgenden Faktoren verbessert ist: Herstellungszeit, Herstellungskosten, Komplexität der Herstellung, Bauraumausnutzung, Betriebssicherheit, Nachhaltigkeit , Fahrzeugfestigkeit, Fahrzeuggesamtgewicht und/oder Bauteilzuverlässigkeit. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. However, the known body structure on the bottom side, in conjunction with the battery housing of the high-voltage battery, only makes a limited contribution to improving the rigidity of a vehicle or an electric vehicle. Therefore, the vehicle side skirts and also a body shell of the vehicle must be designed with the appropriate rigidity to achieve the required vehicle strength. This increases the design effort and causes undesirably high manufacturing costs and a high overall weight of a vehicle. It is a preferred object of the technology according to the invention to reduce or eliminate at least one disadvantage of a previously known solution or to propose an alternative solution. In particular, it is a preferred object of the technology disclosed here to provide a vehicle, in particular a passenger or commercial vehicle, with a center floor that includes a traction battery with a plurality of battery cells, which is improved with regard to at least one of the following factors: manufacturing time, manufacturing costs, complexity of the Manufacturing, space utilization, operational safety, sustainability, vehicle strength, total vehicle weight and/or component reliability. Other preferred objects may arise from the beneficial effects of the technology disclosed herein.
Die Aufgabe/n wird/werden gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruches 1 . Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar. The object/s is/are solved by the subject matter of independent patent claim 1 . The dependent claims represent preferred embodiments.
Es wird mithin ein Fahrzeug, insbesondere ein Personen- oder Nutzfahrzeug, mit einem Mittelboden vorgeschlagen, der eine Antriebsbatterie mit mehreren Batteriezellen umfasst. Die Antriebsbatterie weist eine Sandwichstruktur auf, deren in Bezug auf eine Fahrzeughochrichtung obere kraftaufnehmende Decklage und deren untere kraftaufnehmende Decklage jeweils mit Fahrzeug- seitenschwellern in Wirkverbindung steht, in denen energieabsorbierende Deformationselemente vorgesehen sind. A vehicle, in particular a passenger vehicle or commercial vehicle, is therefore proposed with a center floor that includes a drive battery with a number of battery cells. The drive battery has a sandwich structure, the upper force-absorbing cover layer and the lower force-absorbing cover layer, in relation to a vehicle vertical direction, each being operatively connected to vehicle side skirts, in which energy-absorbing deformation elements are provided.
Erfindungsgemäß sind die Decklagen der Antriebsbatterie fest mit Endbereichen der Batteriezellen verbunden, sodass die Batteriezellen einen strukturellen Kernwerkstoff der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie darstellen. Zusätzlich ist die obere kraftaufnehmende Decklage in Fahrzeughochrichtung jeweils im Bereich der von ihr aufgespannten Fahrzeugquerebene und die untere kraftaufnehmende Decklage in Fahrzeughochrichtung jeweils im Bereich der von ihr aufgespannten Fahrzeugquerebene an den Fahrzeugseitenschwellern fest angebunden. According to the invention, the top layers of the drive battery are firmly connected to the end regions of the battery cells, so that the battery cells represent a structural core material of the sandwich structure of the drive battery. In addition, the upper force-absorbing cover layer in the vertical direction of the vehicle is in the area of the vehicle transverse plane spanned by it and the lower force-absorbing cover layer in the vertical direction of the vehicle is in the area of the firmly attached to the vehicle side skirts in the vehicle's transverse plane.
Mit anderen Worten werden der Boden und der Deckel der Sandwich- struktur der Antriebsbatterien direkt auf zwei sogenannten Z-Fahrzeugebenen an die Fahrzeugseitenschweller des Fahrzeuges angebunden, welche jeweils mit einem Energie absorbierenden Deformationselement ausgeführt sind. In other words, the floor and the cover of the sandwich structure of the drive batteries are connected directly to the side skirts of the vehicle on two so-called Z-vehicle levels, which are each designed with an energy-absorbing deformation element.
Die vorgeschlagene strukturelle Ausführung der Antriebsbatterie in Sandwichbauweise mit der erfindungsgemäßen Anbindung der Antriebsbatterie an den Fahrzeugseitenschwellern ermöglicht eine optimale Lasteinleitung und Lastabstützung, insbesondere im Falle eines Fahrzeug-Crashs, in die Deckflächen der Sandwichstruktur. Zusätzlich werden Aufprallkräfte oder auch während eines Betriebes des Fahrzeuges angreifende Belastungen in die Batteriezellenlage eingeleitet und dort abgestützt. Damit weist die Antriebsbatterie und auch der Mittelboden eine hohe Festigkeit gegenüber Knicken und Ausbeulen auf, sodass im Vergleich zu bekannten Fahrzeugsystemen, die mit bekannten Mittelböden und bekannten Antriebsbatterien ausgeführt sind, bei Fahrzeug-Crashs geringere Beschädigungen am Fahrzeug auftreten. The proposed structural design of the drive battery in sandwich construction with the connection of the drive battery to the vehicle side skirts according to the invention enables optimal load introduction and load support, especially in the event of a vehicle crash, in the top surfaces of the sandwich structure. In addition, impact forces or loads occurring during operation of the vehicle are introduced into the battery cell layer and supported there. The drive battery and also the center floor therefore have a high resistance to buckling and buckling, so that less damage occurs to the vehicle in the event of a vehicle crash compared to known vehicle systems that are designed with known center floors and known drive batteries.
Die individuellen Batteriezellen, die als Batterie-Rundzellen oder mit einem anderen geeigneten Zellformat ausgeführt sein können, erzeugen als strukturelles Kernmaterial eine tragfähige Sandwichstruktur. Hierfür sind die Batteriezellen mit dem Deckel bzw. der oberen Decklage der Antriebsbatterie, die dem Hauptboden des Fahrzeuges entsprechen kann, und dem Boden des Fahrzeuges bzw. der unteren Decklage der Antriebsbatterie strukturell dauerhaft funktional und schubsteif verbunden, womit gemeinsam mit den Decklagen der funktionale Sandwich- effekt erzielt wird. The individual battery cells, which can be designed as round battery cells or with another suitable cell format, create a load-bearing sandwich structure as the structural core material. For this purpose, the battery cells are structurally permanently functionally and rigidly connected to the cover or the upper cover layer of the drive battery, which can correspond to the main floor of the vehicle, and the floor of the vehicle or the lower cover layer of the drive battery, which together with the cover layers forms the functional sandwich - effect is achieved.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges, das durch eine geringe Teileanzahl gekennzeichnet ist und mit einfach montierbar ist, ist die obere Decklage der Antriebsbatterie einstückig mit einem oberen Hauptboden des Fahrzeuges ausgeführt. In an advantageous embodiment of the vehicle according to the invention, which is characterized by a small number of parts and with easy is mountable, the upper cover layer of the drive battery is made in one piece with an upper main floor of the vehicle.
Zusätzlich besteht die Möglichkeit, die untere Decklage der Antriebsbatterie zur Vereinfachung der Montage und zur Reduzierung des Gesamtgewichtes des erfindungsgemäßen Fahrzeuges einstückig mit einem Fahrzeugunterboden des Fahrzeuges auszubilden. In addition, there is the possibility of forming the lower cover layer of the drive battery in one piece with a vehicle underbody of the vehicle in order to simplify assembly and to reduce the overall weight of the vehicle according to the invention.
Eine optimale Synergie zwischen Lastabsorption und Lastverteilung wird bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges dadurch erreicht, dass die obere Decklage der Antriebsbatterie jeweils im Bereich von Oberseiten der Deformationselemente und die untere Decklage jeweils mit Unterseiten der Deformationselemente richtungsfest mit den Deformationselementen und damit den Fahrzeugseitenschwellern verbunden sind. An optimal synergy between load absorption and load distribution is achieved in a further embodiment of the vehicle according to the invention in that the upper top layer of the drive battery is connected in the region of the tops of the deformation elements and the bottom top layer is directionally fixed to the undersides of the deformation elements with the deformation elements and thus the vehicle side skirts .
Mit anderen Worten ist die obere Decklage bzw. die obere Fahrzeug-Z- Ebene der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie richtungsfest auf den Oberseiten der Deformationselemente an den Fahrzeugseitenschwellern angebunden. Zusätzlich ist die untere Decklage bzw. die untere Fahrzeug-Z-Ebene der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie richtungsfest an den Unterseiten der Deformationselemente und an den Fahrzeugseitenschwellern angebunden. In other words, the upper cover layer or the upper vehicle Z plane of the sandwich structure of the drive battery is connected in a direction-fixed manner on the upper sides of the deformation elements on the vehicle side sills. In addition, the lower cover layer or the lower vehicle Z-plane of the sandwich structure of the drive battery is connected to the undersides of the deformation elements and to the vehicle side skirts in a direction-fixed manner.
Zur weiteren Verbesserung der strukturellen Festigkeit der Antriebsbatterie können die Batteriezellen über eine adhäsive Vergussmasse, beispielsweise ein Harz mit geringer Dichte und niedriger Wärmeleitfähigkeit, strukturell dauerhaft und schubsteif mit den Decklagen und zusätzlich miteinander in Wirkverbindung stehen. Das Vergießen der Batteriezellen mit einer fest aushärtenden Vergussmasse wie Harz ermöglicht die Erzeugung eines strukturell steifen Gesamtkörpers, mit dem in Kombination mit den seitlich abschließenden Innenprofilen bzw. mit den Lastverteilerprofilen eine sehr gut verteilte Lasteinleitung in das Batteriezellenpaket erzielbar ist, da die Batteriezellen und die dazwischen eingegossene Vergussmasse eine strukturelle Einheit bilden, über die signifikante Druckkräfte übertragen werden können, ohne dass ein Versagen von Batteriezellen durch einen außen an den Batteriezellen anliegenden mechanischen Druck zu erwarten ist. Damit können die Batteriezellen als zusätzlicher Lastpfad verwendet werden. To further improve the structural strength of the drive battery, the battery cells can be structurally durable and shear-resistant with the cover layers and also with each other via an adhesive potting compound, for example a resin with low density and low thermal conductivity. The encapsulation of the battery cells with a hardening encapsulation compound such as resin enables the creation of a structurally rigid overall body, with which, in combination with the laterally closing inner profiles or with the load distributor profiles, a very well distributed load introduction into the battery cell pack can be achieved, since the battery cells and those in between cast potting compound form a structural unit, on the significant Compressive forces can be transmitted without a failure of battery cells by a mechanical pressure applied to the battery cells outside is to be expected. The battery cells can thus be used as an additional load path.
Die hohe Festigkeit der ausgehärteten Vergussmasse und damit des Fahrzeugsbodens mit der Antriebsbatterie kann zu weiteren konstruktivstrukturellen Maßnahmen genutzt werden, indem z. B. andere Baugruppen eines Fahrzeuges mit geringerer Festigkeit und somit leichter ausgeführt werden, wodurch eine weitere Verringerung von Masse und Kosten des Fahrzeugs möglich ist. The high strength of the hardened casting compound and thus of the vehicle floor with the drive battery can be used for further design-structural measures by z. B. other assemblies of a vehicle with lower strength and thus be performed lighter, whereby a further reduction in mass and cost of the vehicle is possible.
Des Weiteren wird auch die Wahrscheinlichkeit eines sogenannten Thermal Runaways und einer Thermal Propagation durch Nutzung eines Vergussharzes mit geringer thermischer Leitfähigkeit und entsprechend eingestelltem Zellabstand verringert, da ein Aufheizen von Nachbarzellen durch defekte Batteriezellen in kritische Bereiche verhindert wird oder zumindest wesentlich verzögert wird. Furthermore, the probability of a so-called thermal runaway and thermal propagation is reduced by using a potting resin with low thermal conductivity and a correspondingly adjusted cell spacing, since heating of neighboring cells by defective battery cells in critical areas is prevented or at least significantly delayed.
Die Vergussmasse, die als Füllmaterial zwischen die individuellen Batteriezellen der Antriebsbatterie und zwischen den Batteriezellen und den Decklagen eingebracht wird und die Batteriezellen vorzugsweise verkapselt, kann zumindest aus zwei Phasen bzw. zwei Füllmaterialien bestehen, nämlich einem aushärtenden Vergussmaterial und sogenannten Hohlglaskugeln. The casting compound, which is introduced as filling material between the individual battery cells of the drive battery and between the battery cells and the cover layers and preferably encapsulates the battery cells, can consist of at least two phases or two filling materials, namely a hardening casting material and so-called hollow glass balls.
Durch die Verwendung von Hohlglaskugeln weist die Vergussmasse vorteilhafterweise eine geringe Dichte, einen niedrigen thermischen Leitwert sowie einen hohen thermischen Widerstand auf. Zudem ist mit einer solchen Vergussmasse vorteilhafterweise eine gute strukturelle Versteifung der Matrixanordnung von Batteriezellen möglich. Gleichzeitig weist eine Antriebsbatterie mit einer derartigen Vergussmasse ein geringes Gesamtgewicht auf, was sich vorteilhaft auf den Energiebedarf des Fahrzeuges auswirkt. Through the use of hollow glass spheres, the casting compound advantageously has a low density, a low thermal conductivity and a high thermal resistance. In addition, good structural reinforcement of the matrix arrangement of battery cells is advantageously possible with such a casting compound. At the same time, a drive battery with such a casting compound has a low overall weight, which has an advantageous effect on the energy requirement of the vehicle.
Bei einer vorteilhaften Ausführung kann ein Nenndurchmesser der Hohlglaskugeln in einem Bereich von 30 m bis 100 pm, vorzugsweise von 50 pm bis 70 pm, liegen, um die Vorteile eines möglichst niedrigen thermischen Leitwerts des Füllmaterials bei gleichzeitig hohem thermischem Widerstand sowie struktureller Festigkeit der Vergussmasse zu erzielen. Das Verhältnis der Wandstärke der Hohlglaskugeln in Relation zu ihrem Nenndurchmesser beeinflusst besonders die thermischen Eigenschaften der Hohlglaskugeln. Hohlglaskugelwandstärken mit einem Wert kleiner als 10 % des Nenndurchmessers sind dünnwandig und wirken aufgrund der resultierenden besonders hohen thermischen Isolationsfähigkeit auch einer möglichen thermischen Propagation zwischen benachbarten Batteriezellen in gewünschtem Umfang entgegen, da die thermische Stabilität der Hohlglaskugeln über den maximal möglichen Temperaturen während des Thermal Runaways liegt. Für einen geringen thermischen Leitwert sowie einen hohen thermischen Widerstand des Füllmaterials können die Hohlglaskugeln z. B. aus einer Glaskeramik auf Siliziumbasis hergestellt sein, deren Wärmeleitfähigkeit kleiner oder gleich 0,1 W/mK ist. Derartige Hohlkugeln sind selbst bei hohen Temperaturen aufgrund ihres geringen Wärmeausdehnungskoeffizienten durch eine gewünscht hohe Formbeständigkeit gekennzeichnet und verbinden sich optimal in einer Matrix aus aushärtbaren, polymerisierenden Kohlenwasserstoffen auch während des morphologischen Durchganges durch die Glastransitions- temperatur. In an advantageous embodiment, a nominal diameter of the hollow glass spheres can be in a range from 30 m to 100 μm, preferably from 50 μm to 70 μm, in order to have the advantages of the lowest possible thermal conductivity of the filling material while at the same time having a high thermal resistance and structural strength of the casting compound achieve. The ratio of the wall thickness of the hollow glass spheres in relation to their nominal diameter particularly influences the thermal properties of the hollow glass spheres. Hollow glass sphere wall thicknesses with a value less than 10% of the nominal diameter are thin-walled and, due to the resulting particularly high thermal insulation capacity, also counteract possible thermal propagation between adjacent battery cells to the desired extent, since the thermal stability of the hollow glass spheres is above the maximum possible temperatures during thermal runaway . For a low thermal conductance and a high thermal resistance of the filling material, the hollow glass spheres z. B. be made of a glass ceramic based on silicon, the thermal conductivity of which is less than or equal to 0.1 W / mK. Such hollow spheres are characterized by a desired high dimensional stability even at high temperatures due to their low coefficient of thermal expansion and combine optimally in a matrix of curable, polymerizing hydrocarbons even during the morphological passage through the glass transition temperature.
Der Hohlglaskugelanteil der Vergussmasse kann bei einer vorteilhaften Ausführung 60 % bis 75 % (in Volumen %) betragen, wobei sich die Vorzüge eines solchen Füllmaterials insbesondere dann ergeben, wenn die Hohlglaskugeln in der ausgehärteten Vergussmasse homogen verteilt sind. Bei weiteren vorteilhaften Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeuges kann die Vergussmasse ein Epoxid-Vergussharz oder Zement umfassen. In an advantageous embodiment, the proportion of hollow glass spheres in the casting compound can be 60% to 75% (in volume %), with the advantages of such a filling material being particularly evident when the hollow glass spheres are homogeneously distributed in the hardened casting compound. In further advantageous embodiments of the vehicle according to the invention, the casting compound can include an epoxy casting resin or cement.
Die vorgeschlagenen Hohlglaskugelanteile in einer Vergussmasse, die einen niedrigen Viskositätsindex aufweist und idealerweise aus der chemischen Familie der Epoxid-Vergussharze oder Zement bestehen, ermöglicht zudem ein gutes Fließverhalten während des Vergießens der Vergussmasse und somit ein gewünscht homogenes Ausfüllen der Kavitäten bzw. Zwischenräume zwischen den einzelnen Batteriezellen. The proposed proportion of hollow glass spheres in a casting compound, which has a low viscosity index and ideally consists of the chemical family of epoxy casting resins or cement, also enables good flow behavior during the casting of the casting compound and thus a desired homogeneous filling of the cavities or spaces between the individual ones battery cells.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn das elektrisch isolierende Füllmaterial bzw. die Vergussmasse nicht oder nur geringfügig hygroskopisch und nicht oder nur schwer entflammbar ist. Furthermore, it is advantageous if the electrically insulating filling material or the casting compound is not hygroscopic or only slightly hygroscopic and not flammable or only with difficulty.
Alternativ hierzu besteht auch die Möglichkeit, eine weniger steife, gummi- oder schaumartige Vergussmasse für die Verbindung der Batteriezellen miteinander sowie mit der oberen Decklage und mit der unteren Decklage vorzusehen. As an alternative to this, there is also the possibility of providing a less rigid, rubber-like or foam-like casting compound for connecting the battery cells to one another and to the upper cover layer and to the lower cover layer.
Die Batteriezellen können zumindest im Bereich von endseitigen Stirnflächen, d.h. einer oberen Stirnfläche oder einer in Fahrzeughochrichtung gesehen unteren Stirnfläche jeweils mit einem Zellentgasungsventil ausgeführt sein, deren Auslassseiten jeweils in eine Kavernenstruktur der Antriebsbatterie münden. Dann sind während eines Havariefalles der Antriebsbatterie entstehende Gase auf definierte Art und Weise aus einer der Batteriezellen oder gleichzeitig aus mehreren Batteriezellen in die Kavernenstruktur einleitbar und in definierten Fahrzeugbereichen aus der Antriebsbatterie ausleitbar und an die Umgebung des Fahrzeuges abgebbar, ohne Fahrzeuginsassen zu gefährden. Damit ist im Schadensfall ein sicheres Ausgasen bzw. ein sogenanntes Venting der einzelnen Batteriezellen möglich. Mit anderen Worten ist dann auf der jeweiligen Stirnfront einer Batteriezelle konstruktiv ein Zellentgasungsventil vorgesehen. Die Kavernenstruktur ermöglicht das sichere und kontrollierte Ausgasen schadhafter Batteriezellen sowie gleichzeitig die Sicherstellung einer schubsteifen Anbindung an die obere Decklage oder an die untere Decklage. Dabei kann die Kavernenstruktur das funktionale Prinzip aufweisen, das dem eines Gewölbebodens ähnlich ist, der auf tragenden Säulen steht. The battery cells can be designed with a cell degassing valve at least in the area of end faces, ie an upper face or a lower face seen in the vertical direction of the vehicle, the outlet sides of which open into a cavern structure of the drive battery. Then, in the event of a breakdown of the drive battery, the gases produced can be fed into the cavern structure in a defined manner from one of the battery cells or simultaneously from several battery cells and discharged from the drive battery in defined vehicle areas and released into the environment of the vehicle without endangering vehicle occupants. In the event of damage, this enables safe outgassing or so-called venting of the individual battery cells. In other words, a cell degassing valve is then structurally provided on the respective end face of a battery cell. The cavern structure enables the safe and controlled outgassing of defective battery cells and at the same time ensures a shear-resistant connection to the upper cover layer or to the lower cover layer. The cavern structure can have the functional principle that is similar to that of a vaulted floor standing on supporting columns.
So besteht die Möglichkeit, dass die Kavernenstruktur bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrzeuges säulenartige Verbindungsbereiche aufweist, die sich zwischen Randbereichen der Batteriezellen und der oberen Decklage oder zwischen Randbereichen der Batteriezellen und der unteren Decklage erstrecken und jeweils mit diesen und vorzugsweise mit der Vergussmasse fest verbunden sind. There is thus the possibility that the cavern structure in a further advantageous embodiment of the vehicle according to the invention has columnar connection areas which extend between the edge areas of the battery cells and the upper cover layer or between the edge areas of the battery cells and the lower cover layer and are fixed to these and preferably to the casting compound are connected.
Die säulenartigen Verbindungsbereiche der Kavernenstruktur können beispielsweise Teil einer Polyamidplatte sein, die mit den Randbereichen der Batteriezellen und mit einer der Decklagen der Antriebsbatterie fest verbunden ist. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Polyamidplatte jeweils mit den Randbereichen der Batteriezellen und einer der Decklagen und vorzugsweise auch mit der Vergussmasse fest verklebt ist. The columnar connection areas of the cavern structure can be part of a polyamide plate, for example, which is firmly connected to the edge areas of the battery cells and to one of the cover layers of the drive battery. There is the possibility that the polyamide plate is firmly bonded to the edge regions of the battery cells and one of the cover layers and preferably also to the casting compound.
Die Batteriezellen bilden ein Batteriezellenpaket, das von strukturellen Lastverteilerprofilen geeigneter Bauform umschlossen sein kann. Die Lastverteilerprofile können sich in Fahrzeughochrichtung zwischen der oberen Decklage und der unteren Decklage und in Fahrzeugquerrichtung zwischen den Seitenschwellern und der Antriebsbatterie bzw. dessen Batteriezellen erstrecken bzw. vorgesehen sein. Dann stellen die Lastverteilerprofile jeweils seitliche Begrenzungen der Antriebsbatterie dar, in deren Bereichen die Antriebsbatterie in Fahrzeughochrichtung zwischen den Decklagen zusätzlich mit den Fahrzeug- seitenschwellern fest verbunden ist. Über die Lastverteilerprofile wird insbesondere im Fahrzeug-Crashfall auf einfache Art und Weise eine Lastverteilung erreicht, sodass von außen wirkende Kräfte in vorteilhafter Weise in das Batteriezellen-Matrix-Paket eingeleitet werden. Die Einbindung der Antriebsbatterie in die Rohbaustruktur des Fahrzeuges erfolgt in Richtung der drei bevorzugten Lastpfade, nämlich in Richtung der Fahrzeug-Z- Ebene der oberen Decklage bzw. der Deckplatte, in Richtung der Ebene, die in Fahrzeugquer- und in Fahrzeuglängsrichtung durch die Batteriezellen aufgespannt wird, und in Richtung der Fahrzeug-Z-Ebene der unteren Decklage bzw. der Bodenplatte. Diese konstruktive Ankopplung der Antriebsbatterie an die Fahrzeugrohbaustruktur verbessert die Steifigkeit des erfindungsgemäßen Fahrzeuges im Vergleich zu bekannten Fahrzeugsystemen, da die Orientierung der Lastpfade, die bei herkömmlichen Konzepten vertikal bzw. in Fahrzeughochrichtung verlaufend vorgesehen sind, bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug horizontal bzw. in Fahrzeuglängs- und Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind. The battery cells form a battery cell pack, which can be enclosed by structural load distribution profiles of suitable design. The load distribution profiles can extend or be provided in the vertical direction of the vehicle between the upper cover layer and the lower cover layer and in the transverse direction of the vehicle between the side sills and the drive battery or its battery cells. Then the load distribution profiles each represent lateral boundaries of the drive battery, in the areas of which the drive battery is also firmly connected to the vehicle side skirts between the top layers in the vertical direction of the vehicle. A load distribution is achieved in a simple manner via the load distribution profiles, particularly in the event of a vehicle crash, so that external forces are advantageously introduced into the battery cell matrix package. The drive battery is integrated into the body shell structure of the vehicle in the direction of the three preferred load paths, namely in the direction of the vehicle Z plane of the upper cover layer or cover plate, in the direction of the plane that spans the battery cells in the vehicle transverse and longitudinal direction and in the direction of the vehicle Z-plane of the lower top layer and the bottom plate, respectively. This constructive coupling of the drive battery to the vehicle shell structure improves the rigidity of the vehicle according to the invention compared to known vehicle systems, since the orientation of the load paths, which are provided in conventional concepts to run vertically or in the vertical direction of the vehicle, are horizontal in the vehicle according to the invention or in the vehicle longitudinal and Vehicle transverse direction are aligned.
Die geometrisch resultierende Gesamtstruktur des Mittelbodens des erfindungsgemäßen Fahrzeuges stellt eine funktionale Sandwichstruktur mit hoher Dicke dar, die zum einen eine extrem hohe Torsions- und Biegesteifigkeit aufweist und zum anderen sehr gut geeignet ist, um in Zusammenarbeit mit einem abgestimmten Deformationsprofil in einem Fahrzeugseitenschweller während eines Fahrzeug-Crashs sehr hohen Aufprallenergien bei gleichzeitig niedrigen Intrusionswerten zu widerstehen. The geometrically resulting overall structure of the center floor of the vehicle according to the invention represents a functional sandwich structure with a high thickness, which on the one hand has extremely high torsional and flexural rigidity and on the other hand is very well suited to, in cooperation with a coordinated deformation profile in a vehicle side skirts during a vehicle -To withstand crashes with very high impact energies and at the same time low intrusion values.
Zudem ist die Crashperformance eines erfindungsgemäß ausgeführten Fahrzeugs weitestgehend unabhängig von der Auftreffposition der Barriere am Fahrzeug, da das erfindungsgemäße Konzept im Bereich des Mittelbodens und damit im Bereich der Antriebsbatterie auf funktionale Lastpfade über Längs- und Querträger verzichtet. In addition, the crash performance of a vehicle designed according to the invention is largely independent of the impact position of the barrier on the vehicle, since the concept according to the invention dispenses with functional load paths via longitudinal and cross members in the area of the center floor and thus in the area of the drive battery.
Die Lasteinleitung ausgehend von den äußeren Deformationselementen der Fahrzeugseitenschweller in die Rohbaustruktur des erfindungsgemäßen Fahrzeuges erfolgt über die drei sehr leistungsfähigen Lastpfade des Hauptbodens, des unteren Fahrzeugbodens und des Batteriezellenpaketes. The load introduction starting from the outer deformation elements of the vehicle side skirts in the shell structure of the invention vehicle takes place via the three very powerful load paths of the main floor, the lower vehicle floor and the battery cell pack.
Zur thermischen Integration können die Batteriezellen mittels Wärmeleitkleber mit der oberen Decklage oder mit der unteren Decklage verklebt sein. Dabei besteht die Möglichkeit, das in die obere Decklage oder in die untere Decklage ein Wärmetauscher integriert ist, um die Batteriezellen der Antriebsbatterie in geeigneter Art und Weise temperieren bzw. kühlen zu können. For thermal integration, the battery cells can be glued to the upper cover layer or to the lower cover layer using thermally conductive adhesive. There is the possibility that a heat exchanger is integrated into the upper cover layer or into the lower cover layer in order to be able to temperature-control or cool the battery cells of the drive battery in a suitable manner.
Hierfür können in der oberen Decklage oder in der unteren Decklage Kühlkanäle des Wärmetauschers vorgesehen sein, durch die Kühlmedium, beispielsweise ein Glykol-Wasser-Gemisch, eines Kühlkreislaufes führbar ist. For this purpose, cooling channels of the heat exchanger can be provided in the upper cover layer or in the lower cover layer, through which cooling medium, for example a glycol-water mixture, of a cooling circuit can be guided.
Der Wärmetauscher kann beispielsweise mit geringem konstruktiven Aufwand durch ein zweites mit Kühlkanälen ausgeprägtes Blech hergestellt werden, das mittels eines geeigneten Schweißverfahrens mit der oberen Deckplatte oder der unteren Deckplatte dicht verbunden ist. The heat exchanger can be produced, for example, with little structural effort using a second metal sheet with cooling channels, which is tightly connected to the upper cover plate or the lower cover plate by means of a suitable welding process.
Die Antriebsbatterie des erfindungsgemäßen Fahrzeuges kann eine sogenannte Hochvolt-Masterbox bzw. eine elektronische Batterie-Management- Einheit umfassen, die in Fahrzeughochrichtung auf der oberen Decklage der Antriebsbatterie angeordnet und beispielsweise mit der oberen Decklage verklebt sein kann. The drive battery of the vehicle according to the invention can include a so-called high-voltage master box or an electronic battery management unit, which can be arranged on the top cover layer of the drive battery in the vertical direction of the vehicle and can be glued to the top cover layer, for example.
Mit anderen Worten kann das Energiespeicher-Sandwich optional durch eine aufgesetzte Hochvolt-Masterbox ergänzt sein. In other words, the energy storage sandwich can optionally be supplemented by an attached high-voltage master box.
Dabei besteht die Möglichkeit, die Hochvolt-Masterbox unterhalb eines Fahrzeuginsassen-Sitzbereiches, vorzugsweise im hinteren Teil des Fahrzeuges unterhalb der Rücksitze anzuordnen und den dort vorhandenen Bauraum zu nutzen. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Hochvolt-Masterbox mit einem Rohbaubereich des Fahrzeuges vorzugsweise über eine Verklebung verbunden bzw. strukturell in den Rohbau des Fahrzeuges durch eine Verklebung integriert ist. There is the possibility of arranging the high-voltage master box below a vehicle occupant seating area, preferably in the rear part of the vehicle below the rear seats, and using the installation space available there. In addition, provision can be made for the high-voltage master box to be connected to a bodyshell area of the vehicle, preferably via an adhesive bond, or to be structurally integrated into the bodyshell of the vehicle by means of an adhesive bond.
Seitenwände der Hochvolt-Masterbox, die jeweils den Fahrzeuglängsseiten zugewandt sind, können gemeinsam mit einem Blech des Rohbaus eine Querträgerstruktur ausbilden, über die die Antriebsbatterie zusätzlich strukturell in den Rohbau eingebunden ist. Side walls of the high-voltage master box, which face the long sides of the vehicle, can form a cross member structure together with a panel of the body shell, via which the drive battery is also structurally integrated into the body shell.
Dann stellt die Verklebung der Hochvolt-Masterbox mit dem Rohbau eine Einbindung in den Rohbau auf einer weiteren Fahrzeug-Z-Ebene der Gesamtenergiespeicherstruktur dar. The bonding of the high-voltage master box to the body shell then represents an integration into the body shell on a further vehicle Z level of the overall energy storage structure.
Generell besteht mit der vorliegend vorgeschlagenen Technologie die Möglichkeit, im Vergleich zu bekannten Fahrzeugen, die im Bereich der Fahrzeugbatterie mit Längsträgern und Querträgern ausgeführt sind, eine Gewichts- und Kostenreduktion zu erreichen. Die extrem hohe strukturelle Stabilität der Antriebsbatterie des erfindungsgemäßen Fahrzeuges ermöglicht eine Lastverteilung von sehr hohen Kräften, wie sie beispielsweise bei Seitencrash- Lastfällen auftreten. Des Weiteren ermöglicht die hohe strukturelle Stabilität der Antriebsbatterie die Anordnung steifer Deformationselemente bei gleichzeitig niedrigen Intrusionswegen der Antriebsbatterie. Damit wird ein Insassenschutz und ein Energiespeicherschutz bei gleichzeitiger Gewichtseinsparung im Vergleich zu Fahrzeugsystemen verbessert, die im Bereich der Antriebsbatterie mit massiven Querträgern ausgeführt sind. In general, with the technology proposed here, there is the possibility of achieving a weight and cost reduction in comparison to known vehicles, which are designed with side members and cross members in the area of the vehicle battery. The extremely high structural stability of the drive battery of the vehicle according to the invention enables a load distribution of very high forces, such as those that occur in side crash load cases. Furthermore, the high structural stability of the drive battery enables the arrangement of stiff deformation elements with simultaneously low intrusion distances of the drive battery. This improves occupant protection and energy storage protection while at the same time saving weight compared to vehicle systems that are designed with solid cross members in the area of the drive battery.
Des Weiteren ist durch die vorgeschlagene Fahrzeugkonstruktion zudem eine nahezu völlige Unabhängigkeit der Crash-Performance vom Auftreffpunkt eines Hindernisses am Fahrzeug gegeben. Das bedeutet, dass unabhängig davon, an welcher Stelle des Fahrzeugs ein Hindernis während eines Unfalls in Fahrzeuglängsrichtung mit dem Fahrzeug kollidiert, jeweils von einer ähnlichen Crash-Performance ausgegangen werden kann. Dies ist der Fall, da der Lastpfad nicht von lokal vorhandenen Querträgerstrukturen in der Antriebsbatterie abhängig ist. Furthermore, due to the proposed vehicle design, the crash performance is almost completely independent of the impact point of an obstacle on the vehicle. This means that regardless of where on the vehicle an obstacle collides with the vehicle in the longitudinal direction of the vehicle during an accident, it always comes from a similar one Crash performance can be assumed. This is the case because the load path does not depend on locally present cross member structures in the traction battery.
Zusätzlich werden eine hohe Torsions- und Biegesteifigkeit des Unterbodens des Fahrzeuges und damit eine verbesserte Fahrstabilität sowie auch verbesserte Lenkungseigenschaften des Fahrzeuges durch die Sandwichstruktur der Antriebsbatterie und deren vorteilhafte Einbindung in die gesamte Fahrzeugstruktur erreicht. In addition, a high torsional and flexural rigidity of the underbody of the vehicle and thus improved driving stability and improved steering properties of the vehicle are achieved through the sandwich structure of the drive battery and its advantageous integration into the overall vehicle structure.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, im Vergleich zu bekannten Fahrzeugen auf diverse Bauteile, wie beispielsweise den Hauptboden des Fahrzeuges, der durch den Deckel bzw. die obere Decklage der Antriebsbatterie gebildet wird, zu verzichten. Dadurch können Kosten und Gewicht eingespart werden. Furthermore, there is the possibility, in comparison to known vehicles, of doing without various components, such as the main floor of the vehicle, which is formed by the cover or the upper cover layer of the drive battery. As a result, costs and weight can be saved.
Da die Batteriezellen bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug in Fahrzeugquerrichtung mit sehr geringem Abstand zu den Fahrzeugseitenschwellern im Mittelboden positionierbar sind und die Batteriezellen bei einem Fahrzeug-Crash gegen eine mechanische Beschädigung beschützt sind, kann ein zwischen den Fahrzeuglängsschwellern zur Verfügung stehender Bauraum effizient und mit vielen Batteriezellen bestückt werden. Dadurch können in dem im Bereich des Mittelbodens zur Verfügung stehenden Bauraum Antriebsbatterien angeordnet werden, die im Vergleich zu bekannten Fahrzeugsystemen durch eine höhere Speicherkapazität gekennzeichnet sind. Since the battery cells in the vehicle according to the invention can be positioned in the vehicle transverse direction at a very small distance from the vehicle side sills in the middle floor and the battery cells are protected against mechanical damage in the event of a vehicle crash, the space available between the vehicle longitudinal sills can be efficiently equipped with many battery cells become. As a result, drive batteries can be arranged in the space available in the area of the middle floor, which are characterized by a higher storage capacity in comparison to known vehicle systems.
Zusätzlich ist durch den kompakten Aufbau des Mittelbodens des erfindungsgemäßen Fahrzeuges, das im Bereich der Antriebsbatterie mit einer integrierten Unterbodenkühlung ausgeführt sein kann, ein geringes Maß bzw. ein geringer Bauraumbedarf in Fahrzeughochrichtung, beispielsweise von etwa 125 mm oder darunter, realisierbar. Im Vergleich dazu weisen aktuell verfügbare Fahrzeugsysteme hier in Fahrzeughochrichtung ein sogenanntes Z-Maß größer als 150 mm auf. Dieses geringere Z-Maß ermöglicht es wiederum, Fahrzeug- insassen in Fahrzeughochrichtung eine größere Kopffreiheit zur Verfügung stellen zu können, die insbesondere bei Limousinenfahrzeugen oftmals begrenzt ist. Bei Sportwagen kann damit auch eine gewünscht niedrige Sitzposition realisiert werden. In addition, the compact design of the center floor of the vehicle according to the invention, which can be designed with integrated underfloor cooling in the area of the drive battery, means that a small dimension or a small installation space requirement in the vertical direction of the vehicle, for example about 125 mm or less, can be implemented. In comparison, currently available vehicle systems have a so-called Z dimension greater than 150 mm in the vertical direction of the vehicle. In turn, this smaller Z dimension makes it possible to to be able to provide occupants with greater headroom in the vertical direction of the vehicle, which is often limited, particularly in the case of sedan vehicles. A desired low seating position can also be achieved in sports cars.
Des Weiteren ermöglichen die plan ausführbaren Decklagen bzw. Außenseiten der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie in Kombination mit der Abstützung in Fahrzeughochrichtung durch die damit jeweils vorzugsweise verklebten Batteriezellen, dass sehr hohe Drucklasten über die Boden- und Deckplatte der Antriebsbatterie übertragbar sind. Dabei wird ein unerwünschtes Ausbiegen oder Ausbeulen des Strukturverbundes der Antriebsbatterie mit geringem Aufwand vermieden. Furthermore, the planar executable cover layers or outer sides of the sandwich structure of the drive battery in combination with the support in the vertical direction of the vehicle by the battery cells preferably glued thereto allow very high pressure loads to be transmitted via the bottom and cover plates of the drive battery. Undesirable bending or bulging of the structural composite of the drive battery is avoided with little effort.
Über die vorgestellten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Fahrzeugs werden jeweils auf konstruktiv einfache Art und Weise eine beidseitige, dauerhafte und strukturelle Anbindung von Batteriezellen an eine Boden- und eine Deckplatte eines Sandwichverbundes sowie eine Kontaktierung und das Venting mittels der Kavernenstruktur oberhalb der Oberseiten der Batteriezellen oder unterhalb der Unterseiten der Batteriezellen ermöglicht. Zusätzlich werden die Batteriezellen als Kernmaterial einer Sandwichstruktur und als eigene lasttragende Strukturen in Verbindung mit dem Vergussharz genutzt. With the presented embodiments of the vehicle according to the invention, a double-sided, permanent and structural connection of battery cells to a bottom and a cover plate of a sandwich composite as well as contacting and venting by means of the cavern structure above the tops of the battery cells or below the Bottoms of the battery cells allows. In addition, the battery cells are used as the core material of a sandwich structure and as their own load-bearing structures in connection with the potting resin.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Anspruches oder der hiervon abhängigen Ansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus Möglichkeiten, einzelne Merkmale, auch soweit sie aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen oder unmittelbar aus der Zeichnung hervorgehen, miteinander zu kombinieren. Die Bezugnahme der Ansprüche auf die Zeichnungen durch Verwendung von Bezugszeichen soll den Schutzumfang der Ansprüche nicht beschränken. Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren der Zeichnung näher erläutert, wobei die Figuren wie auch die nachfolgende Beschreibung nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung dienen. The invention is not limited to the specified combination of features of the independent claim or the claims dependent thereon. In addition, there are possibilities of combining individual features with one another, even if they result from the claims, the following description of embodiments or directly from the drawing. Reference of the claims to the drawings by the use of reference signs is not intended to limit the scope of the claims. The technology disclosed here will now be explained in more detail with reference to the figures of the drawing, with the figures and the following description serving only for illustrative purposes and not for the purpose of limiting the invention.
Es zeigt: It shows:
Fig. 1 eine stark vereinfachte dreidimensionale Darstellung eines elektrisch angetriebenen Fahrzeuges mit einer Antriebsbatterie, welche mehrere Batteriezellen aufweist; und 1 shows a greatly simplified three-dimensional representation of an electrically driven vehicle with a drive battery, which has a plurality of battery cells; and
Fig. 2 eine stark schematisierte Querschnittansicht eines Mittelbodens des Fahrzeuges gemäß Fig. 1. FIG. 2 shows a highly schematized cross-sectional view of a center floor of the vehicle according to FIG.
Bezug nehmend auf Fig. 1 ist stark schematisiert ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug 1 gezeigt, wobei es für die hier offenbarte Technologie unerheblich ist, ob es sich hier um ein reines Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug handelt. Des Weiteren ist es für die hier offenbarte Technologie auch nicht wesentlich, ob das Fahrzeug 1 als Personen- oder Nutzfahrzeug ausgeführt ist. Das Fahrzeug 1 weist zumindest eine Antriebsbatterie 2 auf, die im Bereich eines Mittelbodens 3 an einer Fahrzeugunterseite angeordnet ist und sich in Fahrzeuglängsrichtung x und in Fahrzeugquerrichtung y zwischen Fahrzeug- längsschwellern 4, 5 erstreckt, die in Fig. 2 näher dargestellt sind. Referring to FIG. 1 , an electrically driven vehicle 1 is shown in a highly schematic manner, it being irrelevant for the technology disclosed here whether it is a purely electric vehicle or a hybrid vehicle. Furthermore, it is also not essential for the technology disclosed here whether the vehicle 1 is designed as a passenger vehicle or a commercial vehicle. The vehicle 1 has at least one drive battery 2, which is arranged in the area of a center floor 3 on the underside of the vehicle and extends in the vehicle longitudinal direction x and in the vehicle transverse direction y between the vehicle side sills 4, 5, which are shown in more detail in FIG.
Fig. 2 zeigt eine stark schematisierte Querschnittansicht des Mittelbodens 3 und der damit verbundenen Fahrzeugseitenschweller 4, 5. Die Antriebsbatterie 2 umfasst mehrere Batteriezellen 6, die sich in Fahrzeughochrichtung z erstrecken und als Batterie-Rundzellen ausgeführt sind. In den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 ist jeweils ein energieabsorbierendes Deformationselement 7, 8 vorgesehen, das während eines Fahrzeug-Crashs die Aufprallenergie zumindest teilweise aufnimmt. Die Antriebsbatterie 2 weist eine Sandwichstruktur auf, die in Bezug auf die Fahrzeughochrichtung z eine obere kraftaufnehmende Decklage 9 und eine untere kraftaufnehmende Decklage 10 aufweist, die jeweils mit den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 in Wirkverbindung stehen. Die obere Decklage 9 ist fest mit oberen Endbereichen 6A der Batteriezellen 6 und die untere Decklage 10 ist fest mit unteren Endbereichen 6B der Batteriezellen 6 verbunden bzw. verklebt. Dadurch stellen die Batteriezellen 6 einen strukturellen Kernwerkstoff der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie 2 dar, der mit den Decklagen 9 und 10 strukturell dauerhaft funktional und schubsteif verbunden ist, um den funktionalen Sandwicheffekt der Antriebsbatterie 2 zu ermöglichen. 2 shows a highly schematic cross-sectional view of the center floor 3 and the vehicle side skirts 4, 5 connected thereto. The drive battery 2 comprises a plurality of battery cells 6 which extend in the vehicle vertical direction z and are designed as round battery cells. An energy-absorbing deformation element 7, 8 is provided in each of the vehicle side skirts 4, 5, which at least partially absorbs the impact energy during a vehicle crash. The drive battery 2 has a sandwich structure, which has an upper force-absorbing cover layer 9 and a lower force-absorbing cover layer 10 with respect to the vehicle vertical direction z, which are each operatively connected to the vehicle side sills 4, 5. The upper cover layer 9 is firmly connected or glued to the upper end regions 6A of the battery cells 6 and the lower cover layer 10 is firmly connected or glued to the lower end regions 6B of the battery cells 6 . As a result, the battery cells 6 represent a structural core material of the sandwich structure of the drive battery 2, which is structurally permanently functionally and shear-resistantly connected to the cover layers 9 and 10 in order to enable the functional sandwich effect of the drive battery 2.
Zusätzlich ist die obere kraftaufnehmende Decklage 9 in Fahrzeughochrichtung z im Bereich der von ihr aufgespannten Fahrzeugebene, die einer x-y- Ebene des Fahrzeuges 1 entspricht, und die untere kraftaufnehmende Decklage 10 in Fahrzeughochrichtung z im Bereich der von ihr aufgespannten x-y-Ebene des Fahrzeuges 1 an den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 fest angebunden. Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Decklagen 9 und 10 in diesen vorliegend auch als Fahrzeug-Z-Ebenen bezeichneten Fahrzeugquerebenen mittels Verklebung mit den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 in Wirkverbindung stehen. In addition, the upper force-absorbing top layer 9 is in the vertical direction z of the vehicle in the area of the vehicle plane spanned by it, which corresponds to an x-y plane of the vehicle 1, and the lower force-absorbing top layer 10 in the vertical direction z of the vehicle in the area of the x-y plane of the vehicle 1 spanned by it the vehicle side skirts 4, 5 firmly attached. There is the possibility that the cover layers 9 and 10 in these vehicle transverse planes, also referred to here as vehicle Z-planes, are operatively connected to the vehicle side skirts 4, 5 by means of adhesive bonding.
Die Sandwichstruktur der Antriebsbatterie 2 kann zusätzliche tragende oder auch wärmeisolierende Waben- bzw. Profilstrukturen aufweisen, die wiederum gezielt lokal oder flächendeckend an die obere Decklage 9 und die untere Decklage 10 der Sandwichstruktur lasttragend angebunden sein können. The sandwich structure of the drive battery 2 can have additional load-bearing or heat-insulating honeycomb or profile structures, which in turn can be connected to the upper cover layer 9 and the lower cover layer 10 of the sandwich structure in a load-bearing manner locally or comprehensively.
Bei dem vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 1 wird die gezielte und definierte Nutzung und strukturelle Einbindung der Batterie- Rundzellen 6, hier beispielsweise von ca. 21.700 Batteriezellen, als Kernmaterial für die Sandwichstruktur der Antriebsbatterie 2 im Fahrzeugboden bzw. im Mittelboden 3 vorgesehen. Solche Batteriezellen 6 sind grundsätzlich in elektrifizierten Fahrzeugen vorhanden und weisen aufgrund ihrer Funktions- und Bauweise bereits eine zellspezifische mechanische Struktur und Steifigkeit auf. Die mechanische Struktur und Steifigkeit der bereits vorhandenen Batteriezellen 6 wird mit geringem Aufwand zur Versteifung des Fahrzeuges 1 insgesamt genutzt. In the exemplary embodiment of the vehicle 1 considered here, the targeted and defined use and structural integration of the round battery cells 6, here for example approximately 21,700 battery cells, is provided as the core material for the sandwich structure of the drive battery 2 in the vehicle floor or in the middle floor 3. Such battery cells 6 are basically present in electrified vehicles and already have a cell-specific mechanical structure and rigidity due to their functional and structural design. The mechanical structure and rigidity of the existing battery cells 6 is used with little effort to stiffen the vehicle 1 as a whole.
Zusätzlich entspricht die obere Decklage 9 bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 1 einem Hauptboden des Fahrzeuges 1 , während die untere Decklage 10 den Boden bzw. die Unterseite des Fahrzeuges 1 darstellt. In addition, the upper cover layer 9 in the exemplary embodiment of the vehicle 1 illustrated in the drawing corresponds to a main floor of the vehicle 1 , while the lower cover layer 10 represents the floor or the underside of the vehicle 1 .
Zur Erzielung einer optimalen Lasteinleitung insbesondere während eines Fahrzeugaufpralls in die obere Decklage 9 und in die untere Decklage 10 der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie 2 werden die Decklagen 9 und 10 direkt im Bereich der beiden Fahrzeug-Z-Ebenen an die Fahrzeugseitenschweller 4, 5 angebunden. Des Weiteren wird eine optimale Synergie zwischen einer Lastabsorption und einer Lastverteilung dadurch erreicht, dass die obere Decklage 9 der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie 2 richtungsfest jeweils auf Oberseiten 7A, 8A der Deformationselemente 7, 8 angebunden bzw. mit diesen verklebt ist. Zusätzlich wird die optimierte Synergie auch dadurch erzielt, dass die untere Decklage 10 der Sandwichstruktur im Bereich von Unterseiten 7B, 8B der Deformationselemente 7, 8 mit diesen mittels Verklebungen fest verbunden ist. In order to achieve optimal load introduction, especially during a vehicle impact, into the upper cover layer 9 and into the lower cover layer 10 of the sandwich structure of the drive battery 2, the cover layers 9 and 10 are connected directly to the vehicle side skirts 4, 5 in the area of the two vehicle Z planes. Furthermore, an optimal synergy between load absorption and load distribution is achieved in that the upper cover layer 9 of the sandwich structure of the drive battery 2 is connected in a fixed direction to the upper sides 7A, 8A of the deformation elements 7, 8 or glued to them. In addition, the optimized synergy is also achieved in that the lower cover layer 10 of the sandwich structure in the area of undersides 7B, 8B of the deformation elements 7, 8 is firmly connected to these by means of adhesives.
Zwischen den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 und der Antriebsbatterie 2 sind sogenannte Lastverteilerprofile 11 , 12 vorgesehen, die strukturelle Profile mit einer dafür geeigneten Bauform darstellen. Die Lastverteilerprofile 11 , 12 dienen zur Lastverteilung und zur geeigneten Lasteinleitung der insbesondere im Crashfall von außen wirkenden Kräfte in die Antriebsbatterie 2 bzw. in das Batteriezellenpaket. So-called load distribution profiles 11, 12 are provided between the vehicle side sills 4, 5 and the drive battery 2, which represent structural profiles with a design suitable for this. The load distribution profiles 11, 12 are used for load distribution and for suitable load introduction of the forces acting from the outside, particularly in the event of a crash, into the drive battery 2 or into the battery cell pack.
Dabei besteht die Möglichkeit, dass die Lastverteilerprofile 11 , 12 lediglich in Fahrzeuglängsrichtung x verlaufend zwischen der Antriebsbatterie 2 und den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 vorgesehen sind. Darüber hinaus können auch weitere Lastverteilerprofile im Bereich einer Vorderseite und im Bereich einer Hinterseite der Antriebsbatterie 2 vorgesehen sein, sodass die Antriebsbatterie 2 umfangsseitig vollständig von solchen Lastverteilerprofilen eingefasst ist. There is the possibility that the load distribution profiles 11, 12 running only in the vehicle longitudinal direction x between the drive battery 2 and the Vehicle side skirts 4, 5 are provided. In addition, further load distribution profiles can also be provided in the area of a front side and in the area of a rear side of the drive battery 2, so that the drive battery 2 is completely surrounded on the circumference by such load distribution profiles.
Die Einbindung der Antriebsbatterie 2 in die Rohbaustruktur des Fahrzeuges 1 erfolgt im Bereich von drei Lastpfaden L1 , L2 und L3. Der erste Lastpfad L1 entspricht der x-y-Fahrzeugquerebene, die von der oberen Decklage 9 aufgespannt ist. Der zweite Lastpfad L2 wird durch den Zellverbund der Batteriezellen 6 gebildet, während der dritte Lastpfad L3 in der Fahrzeug-Z-Ebene der unteren Decklage 10 liegt. The integration of the drive battery 2 into the shell structure of the vehicle 1 takes place in the area of three load paths L1, L2 and L3. The first load path L1 corresponds to the x-y vehicle transverse plane, which is spanned by the upper cover layer 9. The second load path L2 is formed by the cell assembly of the battery cells 6, while the third load path L3 lies in the vehicle Z plane of the lower cover layer 10.
Zur weiteren Verbesserung der strukturellen Festigkeit der Antriebsbatterie 2 ist in Kavitäten 13 bzw. Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen 6 und auch zwischen den Batteriezellen 6 und den Lastverteilerprofilen 11 , 12 als Füllmaterial eine Vergussmasse 14 eingebracht. Die Vergussmasse bzw. das Füllmaterial 14 wird beispielsweise mittels Vakuumverguss vergossen und härtet nach dem Verguss-Prozess aus. Dabei besteht das Füllmaterial 14 bei dem vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 1 aus einem Epoxid- Vergussharz, in dem Hohlglaskugeln homogen verteilt angeordnet sind. Die Wärmeleitfähigkeit der Hohlglaskugeln ist vorzugsweise kleiner als 0,1 W/mK. To further improve the structural strength of the drive battery 2 , a casting compound 14 is introduced as a filling material in cavities 13 or intermediate spaces between the battery cells 6 and also between the battery cells 6 and the load distribution profiles 11 , 12 . The casting compound or the filling material 14 is cast by means of vacuum casting, for example, and hardens after the casting process. In this case, the filling material 14 in the exemplary embodiment of the vehicle 1 considered here consists of an epoxy casting resin, in which hollow glass balls are distributed homogeneously. The thermal conductivity of the hollow glass spheres is preferably less than 0.1 W/mK.
Das Füllmaterial 14 ist hinsichtlich seiner Zusammensetzung so gewählt, dass es neben der hohen thermischen Beständigkeit und der thermischen Isolation zwischen den einzelnen Batteriezellen 6 die definierte strukturelle Integrität der Antriebsbatterie 2 verbessert und die gewünschte Übertragung von vorgegebenen Druck-, Zug- und Scherkräften ermöglicht. The filling material 14 is selected in terms of its composition so that, in addition to the high thermal resistance and thermal insulation between the individual battery cells 6, it improves the defined structural integrity of the drive battery 2 and enables the desired transmission of specified compressive, tensile and shearing forces.
Um im Schadensfall ein sicheres Ausgasen bzw. ein sogenanntes Venting der einzelnen Batteriezellen 6 zu ermöglichen, sind im oberen Endbereich 6A der Batteriezellen 6 jeweils in der Zeichnung nicht näher dargestellte sogenannte Zellentgasungsventile vorgesehen, die mit einer sogenannten Kavernenstruktur 15 der Antriebsbatterie 2 in Verbindung stehen. Die Kavernenstruktur 15 ermöglicht das sichere und kontrollierte Ausgasen schadhafter Batteriezellen 6 sowie eine schubsteife Anbindung der Batteriezellen 6 an die obere Decklage 9. Dabei weist die Kavernenstruktur 15 ein funktionales Prinzip auf, das dem eines Gewölbebodens ähnlich ist, der auf tragenden Säulen steht. Im vorliegend betrachteten Ausführungsbeispiel des Fahrzeuges 1 umfasst die Kavernenstruktur 15 säulenartige Verbindungsbereiche 16, die sich zwischen den oberen Endbereichen 6A der Batteriezellen 6 und der oberen Decklage 9 erstrecken und jeweils mit den Endbereichen 6A und der oberen Decklage 9 sowie mit dem Füllmaterial 14 fest verbunden sind. In order to enable safe outgassing or so-called venting of the individual battery cells 6 in the event of damage, so-called cell degassing valves (not shown in detail in the drawing) are provided in the upper end region 6A of the battery cells 6, which are equipped with a so-called cavern structure 15 of the drive battery 2 are connected. The cavern structure 15 enables the safe and controlled outgassing of defective battery cells 6 and a rigid connection of the battery cells 6 to the upper cover layer 9. The cavern structure 15 has a functional principle that is similar to that of a vaulted floor that stands on supporting columns. In the exemplary embodiment of the vehicle 1 considered here, the cavern structure 15 comprises column-like connecting regions 16 which extend between the upper end regions 6A of the battery cells 6 and the upper cover layer 9 and are each firmly connected to the end regions 6A and the upper cover layer 9 and to the filling material 14 .
Diese tragenden säulenartigen Verbindungsbereiche 16 stehen dabei teilweise auch auf den Zwischenräumen bzw. Kavitäten 13 zwischen den Batteriezellen 6, welche sich beispielsweise im Falle von als Batterie-Rundzellen ausgeführten Batteriezellen 6 zwischen diesen aufgrund der Geometrie ergeben und in denen das Füllmaterial 14 vorgesehen ist. Die säulenartigen Verbindungsbereiche 16 sind hier Teil einer vorzugsweise aus Polyamid hergestellten Platte, die oberseitig mit der oberen Decklage 9 und unterseitig mit den Batteriezellen 6 und dem Füllmaterial 14 beispielsweise durch Verklebung fest verbunden ist. These load-bearing, columnar connecting regions 16 also partially stand on the interstices or cavities 13 between the battery cells 6, which result, for example, in the case of battery cells 6 designed as round battery cells between them due to the geometry and in which the filling material 14 is provided. The columnar connecting areas 16 are here part of a plate preferably made of polyamide, which is firmly connected to the upper cover layer 9 on the upper side and to the battery cells 6 and the filling material 14 on the lower side, for example by gluing.
Zur thermischen Integration sind die Batteriezellen 6 mittels eines geeigneten Wärmeleitklebers direkt auf die untere Decklage 10 aufgeklebt, die funktional eine integrierte Kühlung beinhaltet. Diese integrierte Kühlung umfasst einen integrierten Wärmetauscher 17, der konstruktiv durch ein mit Kühlkanälen 18 ausgeprägtes Blech 19 ausgebildet ist, das mittels eines geeigneten Schweißverfahrens mit der unteren Decklage 10 dicht verbunden ist. For thermal integration, the battery cells 6 are glued directly to the lower cover layer 10 by means of a suitable thermally conductive adhesive, which functionally includes integrated cooling. This integrated cooling comprises an integrated heat exchanger 17 which is structurally formed by a metal sheet 19 embossed with cooling channels 18 which is tightly connected to the lower cover layer 10 by means of a suitable welding process.
Die räumliche Orientierung des vorstehend näher beschriebenen Aufbau- Prinzips der Antriebsbatterie 2 kann auch anderweitig flexibel ausgeführt sein. Dabei ist es in einer weiteren Konfiguration des Sandwich-Aufbaus der Antriebsbatterie 2 auch denkbar, dass die Batteriezellen 6 in Fahrzeughochrichtung z auf den Kopf gestellt zwischen der oberen Decklage 9 und der unteren Decklage 10 angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Kavernenstruktur 15 dann in Fahrzeughochrichtung z unten und die Kühlung der Antriebsbatterie 2 oben positioniert ist. The spatial orientation of the structural principle of the drive battery 2 described in more detail above can also be designed to be flexible in other ways. In a further configuration of the sandwich structure of the drive battery 2, it is also conceivable for the battery cells 6 to be placed upside down in the vehicle vertical direction z between the upper cover layer 9 and the lower cover layer 10 are arranged. This means that the cavern structure 15 is then positioned at the bottom in the vehicle vertical direction z and the cooling of the drive battery 2 is positioned at the top.
Die Crash-Sicherheit des Fahrzeuges 1 ist durch den vorstehend näher beschriebenen Aufbau der Antriebsbatterie 2 in Verbindung mit den Fahrzeug- seitenschwellern 4 und 5 weitestgehend unabhängig von einer Auftreffposition einer Barriere während eines Fahrzeug-Crash, da das Konzept auf funktionale Lastpfade über in die Antriebsbatterie 2 integrierte Querträger verzichtet. Bei dem vorstehend beschriebenen Konzept erfolgt die Lasteinleitung von den äußeren Deformationselementen 7, 8 in die Rohbaustruktur des Fahrzeuges 1 über die drei sehr leistungsfähigen Lastpfade L1 bis L3 des Hauptbodens bzw. der oberen Decklage 9, des Batteriezellenverbundes und der unteren Decklage 10. The crash safety of the vehicle 1 is largely independent of the impact position of a barrier during a vehicle crash due to the structure of the drive battery 2 described in more detail above in connection with the vehicle side skirts 4 and 5, since the concept is based on functional load paths in the drive battery 2 integrated cross members omitted. In the concept described above, the load is introduced from the outer deformation elements 7, 8 into the body shell of the vehicle 1 via the three very efficient load paths L1 to L3 of the main floor or the upper cover layer 9, the battery cell assembly and the lower cover layer 10.
Eine Reparaturfähigkeit oder auch ein Austausch der Antriebsbatterie 2 wird durch räumliche Zugänglichkeit aller mit dem Fahrzeugrohbau in Verbindung stehenden Klebeflansche sichergestellt. Ein Auftrennen der Verklebungen ist dann durch physikalisch trennende Hilfsmittel bzw. Werkzeuge, wie eines Trennschleifers, möglich. The ability to repair or replace the drive battery 2 is ensured by spatial accessibility of all adhesive flanges connected to the vehicle body shell. It is then possible to separate the adhesive bonds using physically separating aids or tools, such as a cut-off grinder.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des Fahrzeuges 1 und der Antriebsbatterie 2 sind die obere Decklage 9, die säulenartigen Verbindungsbereiche 16, die Batteriezellen 6 und die untere Decklage 10 fest und stoffschlüssig, insbesondere mittels Verklebung, miteinander verbunden. Des Weiteren sind die obere Decklage 9 und die untere Decklage 10 auch mit den Lastverteilerprofilen 11 , 12 z. B. mittels Verklebung fest verbunden. Zusätzlich sind die Decklagen 9 und 10 jeweils mit den Fahrzeugseitenschwellern 4 und 5 sowie mit deren Deformationselementen 7, 8 schubsteif z. B. mittels Verklebung verbunden, wobei auch zwischen den Lastverteilerprofilen 11 , 12 und den Fahrzeugseitenschwellern 4, 5 Verklebungen vorgesehen sind. Damit wird eine hohe strukturelle Festigkeit des Mittelbodens 3 und auch des Fahrzeuges 1 auf konstruktiv einfache Art und Weise bei gleichzeitig geringem Montageaufwand erzielt. In a preferred embodiment of the vehicle 1 and the drive battery 2, the upper cover layer 9, the columnar connection areas 16, the battery cells 6 and the lower cover layer 10 are firmly and cohesively, in particular by means of gluing, connected to one another. Furthermore, the upper cover layer 9 and the lower cover layer 10 are also connected to the load distribution profiles 11, 12, e.g. B. firmly connected by gluing. In addition, the cover layers 9 and 10 are each connected to the vehicle side skirts 4 and 5 and with their deformation elements 7, 8 shear-resistant z. B. connected by gluing, wherein also between the load distributor profiles 11, 12 and the vehicle side skirts 4, 5 bondings are provided. This results in a high structural strength of the middle floor 3 and also of the vehicle 1 Structurally simple way achieved with low installation effort.
Bezugszeichen Reference sign
1 Fahrzeug 1 vehicle
2 Antriebsbatterie 2 traction battery
3 Mittelboden 3 center shelf
4, 5 Fahrzeugseitenschweller 4, 5 vehicle side skirts
6 Batteriezelle 6 battery cell
6A oberer Endbereich der Batteriezelle 6A upper end area of the battery cell
6B unterer Endbereich der Batteriezelle 6B lower end area of the battery cell
7, 8 Deformationselement 7, 8 deformation element
7A Oberseite des Deformationselementes 77A Top of the deformation element 7
7B Unterseite des Deformationselementes 77B underside of the deformation element 7
8A Oberseite des Deformationselementes 88A Top of the deformation element 8
8B Unterseite des Deformationselementes 88B underside of the deformation element 8
9 obere Decklage 9 top cover layer
10 untere Decklage 10 bottom cover layer
11 , 12 Lastverteilerprofil 11, 12 load balancer profile
13 Kavität 13 cavity
14 Füllmaterial, Vergussmasse 14 filling material, potting compound
15 Kavernenstruktur 15 cavern structure
16 säulenartige Verbindungsbereiche 16 columnar connecting areas
17 Wärmetauscher 17 heat exchanger
18 Kühlkanal 18 cooling channel
19 Blech 19 sheet metal
L1 bis L3 Lastpfad x Fahrzeuglängsrichtung y Fahrzeugquerrichtung L1 to L3 load path x vehicle longitudinal direction y vehicle transverse direction
Fahrzeughochrichtung vehicle elevation

Claims

PATENTANSPRÜCHE Fahrzeug (1 ), insbesondere Personen- oder Nutzfahrzeug, mit einem Mittelboden (3), der eine Antriebsbatterie (2) mit mehreren Batteriezellen (6) umfasst, wobei die Antriebsbatterie (6) eine Sandwichstruktur aufweist, deren in Bezug auf eine Fahrzeughochrichtung (z) obere kraftauf nehm ende Decklage (9) und deren untere kraftaufnehmende Decklage (10) jeweils mit Fahrzeugseitenschwellern (4, 5) in Wirkverbindung stehen, in denen energieabsorbierende Deformationselemente (7, 8) vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Decklagen (9, 10) der Antriebsbatterie (2) fest mit Endbereichen (6A, 6B) der Batteriezellen (6) verbunden sind, sodass die Batteriezellen (6) einen strukturellen Kernwerkstoff der Sandwichstruktur der Antriebsbatterie (2) darstellen, wobei die obere kraftaufnehmende Decklage (9) in Fahrzeughochrichtung (z) jeweils im Bereich der von ihr aufgespannten Fahrzeugquerebene und die untere kraftaufnehmende Decklage (10) in Fahrzeughochrichtung (z) jeweils im Bereich der von ihr aufgespannten Fahrzeugquerebene an den Fahrzeugseitenschwellern (4, 5) fest angebunden sind. Fahrzeug nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die obere Decklage (9) der Antriebsbatterie (2) einstückig mit einem oberen Hauptboden des Fahrzeuges ausgeführt ist. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere Decklage (10) der Antriebsbatterie (2) einstückig mit einem Fahrzeugunterboden des Fahrzeugs (1 ) ausgebildet ist. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die obere Decklage (9) der Antriebsbatterie (2) jeweils im Bereich von Oberseiten (7A, 8A) der Deformationselemente (7, 8) und die untere Decklage (10) jeweils mit Unterseiten (7B, 8B) der Deformationselemente (7, 8) richtungsfest mit den Deformationselementen (7, 8) verbunden sind. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (6) über eine adhäsive Vergussmasse (14) strukturell dauerhaft und schubsteif mit den Decklagen (9, 10) und auch miteinander fest in Wirkverbindung stehen. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Vergussmasse (14) ein Harz mit geringer Dichte und niedriger Wärmeleitfähigkeit vorgesehen ist. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergussmasse (14) Hohlglaskugeln umfasst. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (6) zumindest im Bereich von endseitigen Stirnflächen jeweils mit einem Zellentgasungsventil ausgeführt sind, deren Auslassseiten jeweils in eine Kavernenstruktur (15) der Antriebsbatterie (2) münden. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavernenstruktur (15) säulenartige Verbindungsbereiche (16) aufweist, die sich zwischen Randbereichen der Batteriezellen (6) und der oberen Decklage (9) oder zwischen Randbereichen der Batteriezellen (6) und der unteren Decklage (10) erstrecken und jeweils mit diesen und vorzugsweise mit der Vergussmasse (14) fest verbunden sind. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Fahrzeughochrichtung (z) zwischen der oberen Decklage (9) und der unteren Decklage (10) und in Fahrzeugquerrichtung (y) zwischen den Fahrzeugseitenschwellern (4, 5) und der Antriebsbatterie (2) Lastverteilerprofile (11 , 12) vorgesehen sind, die jeweils eine seitliche Begrenzung der Antriebsbatterie (2) darstellen und in deren Bereich die Antriebsbatterie (2) zusätzlich mit den Fahrzeugseitenschwellern (4, 5) fest verbunden ist. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (6) zur thermischen Integration mittels eines Wärmeleitklebers mit der oberen Decklage (9) oder mit der unteren Decklage (10) verklebt sind, wobei in die obere Decklage (9) oder in die untere Decklage (10) ein Wärmetauscher (17) integriert ist. Fahrzeug nach wenigstens einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der oberen Decklage (9) oder in der unteren Decklage (10) Kühlkanäle (18) des Wärmetauschers (17) vorgesehen sind, durch die Kühlmedium eines Kühlkreislaufes führbar ist. PATENT CLAIMS Vehicle (1), in particular a passenger vehicle or commercial vehicle, with a central floor (3) which comprises a drive battery (2) with a plurality of battery cells (6), the drive battery (6) having a sandwich structure whose vertical direction ( z) the upper, force-absorbing cover layer (9) and its lower, force-absorbing cover layer (10) are in operative connection with vehicle side skirts (4, 5), in which energy-absorbing deformation elements (7, 8) are provided, characterized in that the cover layers (9 , 10) of the drive battery (2) are firmly connected to end regions (6A, 6B) of the battery cells (6), so that the battery cells (6) represent a structural core material of the sandwich structure of the drive battery (2), the upper load-bearing cover layer (9) in the vehicle vertical direction (z) in each case in the area of the vehicle transverse plane spanned by it and the lower force-absorbing cover layer (10) in the vehicle vertical direction (z) in the area of the vehicle transverse plane spanned by it are firmly attached to the vehicle side skirts (4, 5). Vehicle according to claim 1, characterized in that the upper cover layer (9) of the drive battery (2) is made in one piece with an upper main floor of the vehicle. Vehicle according to claim 1 or 2, characterized in that the lower cover layer (10) of the drive battery (2) is formed in one piece with a vehicle underbody of the vehicle (1). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the upper cover layer (9) of the drive battery (2) each in the region of tops (7A, 8A) of the deformation elements (7, 8) and the lower cover layer (10) each with undersides (7B, 8B) of the deformation elements ( 7, 8) are directionally fixed to the deformation elements (7, 8). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the battery cells (6) are structurally permanently and rigidly connected to the cover layers (9, 10) and also to one another via an adhesive casting compound (14). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that a resin with low density and low thermal conductivity is provided as the casting compound (14). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the casting compound (14) comprises hollow glass spheres. Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the battery cells (6) are each designed with a cell degassing valve, at least in the area of end faces, whose outlet sides each open into a cavern structure (15) of the drive battery (2). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the cavern structure (15) has columnar connecting areas (16) which are located between edge areas of the battery cells (6) and the upper cover layer (9) or between edge areas of the battery cells (6) and the extend lower cover layer (10) and are each firmly connected to these and preferably to the casting compound (14). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that in the vehicle vertical direction (z) between the upper cover layer (9) and the lower cover layer (10) and in the vehicle transverse direction (y) between the vehicle side sills (4, 5) and the drive battery (2 ) Load distribution profiles (11, 12) are provided, each representing a lateral boundary of the drive battery (2) and in the area of which the drive battery (2) is also firmly connected to the vehicle side skirts (4, 5). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that the battery cells (6) are bonded to the upper cover layer (9) or to the lower cover layer (10) for thermal integration by means of a thermally conductive adhesive, with the upper cover layer (9) or a heat exchanger (17) is integrated into the lower cover layer (10). Vehicle according to at least one of the preceding claims, characterized in that cooling channels (18) of the heat exchanger (17) are provided in the upper cover layer (9) or in the lower cover layer (10), through which cooling medium of a cooling circuit can be guided.
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