DE102009055852B4 - Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit - Google Patents

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Abstract

Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit, die mehrere elektrische Energiespeicherzellen (2) aufweist, die in einem Aufnahmerahmen (1) in Fahrzeuglängsrichtung (x) hintereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Energiespeicherzellen (2) untereinander jeweils durch in Fahrzeugquerrichtung (y) verlaufende Stege (3) voneinander getrennt sind, die beidseitig mit dem Aufnahmerahmen (1) verbunden sind, wobei an den Stegen (3) auf der - in Fahrzeuglängsrichtung (x) gesehen - hinteren Seite eine energieabsorbierende Schicht angebracht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Studien gehen davon aus, dass die Bedeutung von elektrisch angetriebenen Fahrzeugen in den nächsten Jahren sukzessive zunehmen wird. Einen elementaren Bestandteil eines zumindest auch elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bildet dabei die Energiespeichereinheit.
  • Üblicherweise besteht eine solche Energiespeichereinheit aus mehreren Energiespeicherzellen. Dabei kommen elektrochemische Speicherzellen, wie beispielsweise Litium-basierte Batteriezellen oder Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulatoren, oder Doppelschichtkondensatoren zum Einsatz.
  • Aus der DE 10 2007 019 803 A1 und der US 2008/0160396 A1 ist jeweils bereits ein Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit bekannt, die mehrere elektrische Energiespeicherzellen aufweist, die in einem Aufnahmerahmen in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet sind. Dabei sind die einzelnen Energiespeicherzellen untereinander jeweils durch in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Stege voneinander getrennt, die beidseitig mit dem Aufnahmerahmen verbunden sind.
  • Als weiterer Stand der Technik sind die DE 11 2007 002 525 T2 und die US 4 216 839 A zu nennen.
  • Ferner ist es aus der DE 10 2007 010 751 A1 bekannt, mehrere Energiespeicherzellen in einem Gehäuse mit einer Vergussmasse zu fixieren, sodass eine stabile Energiespeichereinheit entsteht.
  • Bei einem Crash wirken auch auf eine solche Energiespeichereinheit sehr hohe Kräfte. Diese Kräfte können so hoch sein, dass Energiespeicherzellen zerstört werden. Wenn die einzelnen Energiespeicherzellen direkt aneinander angrenzen, besteht sogar die Gefahr, dass sich die Energiespeicherzellen bei einem Crash gegenseitig beschädigen.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, ein Kraftfahrzeug mit einer Energiespeichereinheit zu schaffen, die bei einem Crash möglichst nicht beschädigt wird.
  • Diese Aufgabe wird mit einem Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
  • Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug eine elektrische Energiespeichereinheit auf, die aus mehreren elektrischen Energiespeicherzellen besteht. Die Energiespeicherzellen sind in einem Aufnahmerahmen in Fahrzeuglängsrichtung hintereinander angeordnet, wobei die einzelnen Energiespeicherzellen untereinander jeweils durch in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Stege voneinander getrennt sind, die beidseitig mit dem Aufnahmerahmen verbunden sind. Die Stege, die mit dem Aufnahmerahmen verbunden sind, verhindern, dass sich einzelnen Energiespeicherzellen gegenseitig bei einem Crash beschädigen können. Keine Energiespeicherzelle drückt mit ihrer Masse auf eine angrenzende Energiespeicherzelle, vielmehr werden die Massenträgheitskräfte durch die Stege in den Aufnahmerahmen abgeleitet.
  • Neben der Gefahr der Beschädigung einer Energiespeicherzelle durch eine angrenzende Energiespeicherzelle besteht bei sehr abrupten Verzögerungen, wie sie bei einem Crash entstehen können, auch die Gefahr, dass die Energiespeicherzelle aufgrund ihrer eigenen Masse beschädigt wird. Um solche sehr hohen Verzögerungen zu vermeiden, ist an den Stegen auf der - in Fahrzeuglängsrichtung gesehen - hinteren Seite eine energieabsorbierende Schicht angebracht. Bei einer sehr hohen Verzögerung drückt nun die Energiespeicherzelle gegen diese energieabsorbierende Schicht. Diese wird dabei deformiert und nimmt einen Teil der Energie auf. Die Energiespeicherzelle kann sich aufgrund der Deformation der energieabsorbierenden Schicht geringfügig nach vorne verlagern. Auf diese Weise entstehen keine so hohen Spitzenwerte in der Verzögerung mehr, die zu einer Beschädigung einer Energiespeicherzelle durch ihre eigene Masse führen könnten.
  • Bei einem Crash besteht zusätzlich für die Energiespeichereinheit auch eine Beschädigungsgefahr von außen. Deshalb ist es wichtig, die Energiespeichereinheit in der Karosserie des Kraftfahrzeugs an einer Stelle anzuordnen, die auch bei einem schweren Crash möglichst nicht oder nur geringfügig beschädigt wird. Günstigerweise wird dazu die die zumindest eine Energiespeichereinheit auf einem Bodenblech der Karosserie des Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung gesehen mittig angeordnet, wobei sie sich zumindest teilweise auch in den Fahrgastraum hinein erstreckt. Im mittleren Bereich ist die Gefahr einer Beschädigung der Energiespeichereinheit bei einem Seitenaufprall eines anderen Fahrzeugs relativ gesehen am geringsten. Bei einem Frontal- oder Heckcrash dient der vordere bzw. der hintere Abschnitt gezielt als Deformationsbereich, um die eigentliche Fahrgastzelle zu schützen. Entsprechend ist die Energiespeichereinheit bevorzugt so angeordnet, dass sie sich zumindest teilweise in den Fahrgastraum erstreckt. Idealerweise erstreckt sie sich ausschließlich im Fahrgastraum.
  • Bei einem konventionellen, heckangetriebenen Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung im mittleren Bereich der Fahrgastzelle der sogenannte Kardantunnel, in dem die sogenannte Kardanwelle verläuft. Der Kardantunnel ist im Fahrgastraum als deutliche Erhebung wahrnehmbar. Bei einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug ist nun kein Kardantunnel erforderlich. Somit kann anstelle des Kardantunnels dort die Energiespeichereinheit angeordnet werden. Die Energiespeichereinheit kann sogar so geformt und verkleidet sein, dass sie im Fahrgastraum einem Kardantunnel stark ähnelt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
  • In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, anhand dessen die Erfindung im Folgenden näher beschrieben wird. Die einzelnen Figuren zeigen in schematischer Darstellungsweise:
    • 1 eine perspektivische Ansicht einer Energiespeichereinheit ohne Energiespeicherzellen und
    • 2 eine perspektivische Ansicht der Energiespeichereinheit mit Energiespeicherzellen.
  • In 1 ist ein Aufnahmerahmen 1 einer Energiespeichereinheit eines Kraftfahrzeugs dargestellt. In dem Aufnahmerahmen 1 sind - wie in 2 dargestellt - mehrere Energiespeicherzellen 2 in Fahrzeuglängsrichtung x hintereinander angeordnet. Zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen 2 befindet sich jeweils ein Steg 3, der in Fahrzeugquerrichtung y angeordnet ist, und der beidseitig mit dem Aufnahmerahmen 1 verbunden ist. Auf der in Fahrzeuglängsrichtung x gesehen hinteren Seite der Stege 3 ist jeweils eine energieabsorbierende Schicht aus einem elastisch verformbaren Kunststoffschaum. Die einzelnen Energiespeicherzellen 2 sind elektrochemische Speicherzellen, die elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Im Falle eines Crashs können die Trägheitskräfte einer Energiespeicherzelle 2 nicht die angrenzenden Energiespeicherzellen 2 beschädigen, da die Trägheitskräfte bei einer starken Verzögerung von dem Steg 3 vor der Energiespeicherzelle 2 aufgenommen werden. Zudem bewirkt die energieabsorbierende Schicht, dass bei einer starken Verzögerung sich die Energiespeicherzelle 2 geringfügig verlagern kann und dabei die energieabsorbierende Schicht zusammendrückt. Auf diese Weise können Kraftspitzen der Trägheitskraft der Energiespeicherzelle 2 bei der Verzögerung vermieden werden, sodass auch keine Gefahr besteht, dass die Energiespeicherzelle 2 selbst allein aufgrund extrem hoher Trägheitskräfte beschädigt wird.
  • Die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit verhindert Beschädigungen durch die Trägheitskräfte der Energiespeicherzellen 2. Bei den meisten Crashs wirken aber auch von außen sehr hohe Kräfte auf das Kraftfahrzeug ein. Deshalb weisen die heutigen Kraftfahrzeuge üblicherweise eine sehr steife Fahrgastzelle auf, an die vorne ein weicherer Vorderwagen und hinten einer weicherer Hinterwagen angrenzt. Bei einem Frontalcrash deformiert sich gezielt der Vorderwagen und nimmt dabei große Teile der Crashenergie auf. So schützt der Vorderwagen die Fahrgastzelle. Bei einem Heckcrash deformiert sich gezielt der Hinterwagen und nimmt dabei analog große Teile der Crashenergie auf. So schützt der Hinterwagen die Fahrgastzelle. Die Fahrgastzelle selber weist sehr steife Seitenschweller auf, sodass auch bei einem Seitencrash die Passagiere möglichst wenig verletzt werden. Die Seitentüren weisen Crashbalken auf, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und sich mit ihren Enden jeweils an einer Säule der Karosserie abstützen, sodass die in eine Seitentür eingeleiteten Kräfte bei einem Seitencrash in die tragende Karosseriestruktur abgeleitet werden. Dies trägt ebenfalls dazu bei, dass die Passagiere gut geschützt sind.
  • Eine Energiespeichereinheit sollte im Kraftfahrzeug so angeordnet werden, dass sie möglichst auch bei einem Crash nicht von außen beschädigt wird. Deshalb ist die Energiespeichereinheit auf einem Bodenblech der Karosserie des Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung y gesehen mittig angeordnet und erstreckt sich in Fahrzeuglängsrichtung x, sodass sie sich zumindest teilweise auch in die Fahrgastzelle hinein erstreckt. Durch die mittige Anordnung ist die Energiespeichereinheit optimal bei Seitencrashs geschützt. In Fahrzeuglängsrichtung x muss darauf geachtet werden, dass sich die Energiespeichereinheit nicht in den bewusst deformierbaren Abschnitt des Vorder- oder Hinterwagens hinein erstreckt. Daher erstreckt sie sich bevorzugt in den Fahrgastraum hinein. Idealerweise erstreckt sie sich ausschließlich innerhalb der Fahrgastzelle. Dort ist sie besonders gut geschützt. Sie kann sich über die gesamte Länge des Fahrgastraums erstrecken.
  • Wenn mehrere Energiespeichereinheiten benötigt werden, können diese idealerweise nebeneinander angeordnet werden, sodass die insgesamte Längserstreckung nicht größer wird.

Claims (6)

  1. Kraftfahrzeug mit einer elektrischen Energiespeichereinheit, die mehrere elektrische Energiespeicherzellen (2) aufweist, die in einem Aufnahmerahmen (1) in Fahrzeuglängsrichtung (x) hintereinander angeordnet sind, wobei die einzelnen Energiespeicherzellen (2) untereinander jeweils durch in Fahrzeugquerrichtung (y) verlaufende Stege (3) voneinander getrennt sind, die beidseitig mit dem Aufnahmerahmen (1) verbunden sind, wobei an den Stegen (3) auf der - in Fahrzeuglängsrichtung (x) gesehen - hinteren Seite eine energieabsorbierende Schicht angebracht ist.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Energiespeicherzellen (2) miteinander elektrisch verbunden sind.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Energiespeichereinheiten nebeneinander angeordnet sind.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Energiespeichereinheit auf einem Bodenblech der Karosserie des Kraftfahrzeugs in Fahrzeugquerrichtung (y) gesehen mittig angeordnet ist, und sich zumindest teilweise auch in den Fahrgastraum hinein erstreckt.
  5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich die zumindest eine Energiespeichereinheit in Fahrzeuglängsrichtung (x) über die gesamte Länge des Fahrgastraums erstreckt.
  6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Energiespeichereinheit im Fahrgastraum mit Verkleidungs- und Anbauteilen optisch verdeckt ist.
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