DE102014213615A1 - Mounting system for the mechanical attachment of a vehicle battery to a vehicle body of a vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für die mechanische Befestigung einer Fahrzeugbatterie mit einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, umfassend eine batterieseitige Führungsvorrichtung, welche mechanisch fest mit der Fahrzeugbatterie verbindbar ist, eine karosserieseitige Führungsvorrichtung, welche mechanisch fest mit der Fahrzeugkarosserie verbindbar ist, und welche mechanisch reibschlüssig mit der batterieseitige Führungsvorrichtung gekoppelt ist, ein elektrisch ansteuerbares Aktuatorsystem mit mindestens einem elektrisch ansteuerbaren Aktor, welcher zwischen der batterieseitigen Führungsvorrichtung und der karosserieseitigen Führungsvorrichtung zur Vermittlung der reibschlüssigen Kopplung angeordnet ist, mindestens eine Steuerspule, welche in der Nähe des mindestens einen elektrisch ansteuerbaren Aktors angeordnet ist, und eine Steuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Höhe eines Steuerstroms durch die mindestens eine Steuerspule einzustellen, so dass um die Steuerspule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches die geometrische Ausdehnung des elektrisch ansteuerbaren Aktors steuert.The invention relates to a fastening system for the mechanical attachment of a vehicle battery to a vehicle body of a vehicle, comprising a battery-side guide device which is mechanically fixed to the vehicle battery, a body-side guide device which is mechanically fixed to the vehicle body connected, and which mechanically frictionally engaged with the battery-side guide device is coupled, an electrically controllable actuator system with at least one electrically controllable actuator, which is arranged between the battery-side guide device and the body-side guide device for mediating the frictional coupling, at least one control coil, which is arranged in the vicinity of the at least one electrically controllable actuator, and a control device configured to adjust the magnitude of a control current through the at least one control coil so that a magnetic field is generated around the control coil, which controls the geometric extent of the electrically controllable actuator.
Description
Technisches GebietTechnical area
Die Erfindung betrifft ein Befestigungssystem für die mechanische Befestigung einer Fahrzeugbatterie mit einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, insbesondere einer Traktionsbatterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug wie einem Elektroauto oder einer Hybridauto.The invention relates to a fastening system for the mechanical fastening of a vehicle battery to a vehicle body of a vehicle, in particular a traction battery in an electrically driven vehicle such as an electric car or a hybrid car.
Stand der TechnikState of the art
Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge weisen Traktionsbatterien auf, die die notwendige elektrische Energie zum Antrieb des Fahrzeugs speichern. Derartige Traktionsbatterien haben eine hohe Speicherkapazität zur Gewährleistung einer hohen Reichweite für die Fahrzeuge, so dass die Masse der Traktionsbatterien mehrere hundert Kilogramm aufweisen kann. Insbesondere im Falle einer Fahrzeugkollision oder eines Aufpralls des Fahrzeugs kann es zu hohen Verzögerungen kommen, die aufgrund der hohen Masse der Traktionsbatterien dann eine starke Schubkraft auf die Fahrzeugkarosserie ausüben.Electric vehicles and hybrid vehicles have traction batteries that store the necessary electrical energy to drive the vehicle. Such traction batteries have a high storage capacity to ensure a high range for the vehicles, so that the mass of the traction batteries can have several hundred kilograms. In particular, in the event of a vehicle collision or an impact of the vehicle, it can lead to high delays, which then exert a strong pushing force on the vehicle body due to the high mass of the traction batteries.
Die Art der Befestigung der Traktionsbatterie an der Fahrzeugkarosserie spielt daher eine entscheidende Rolle beim Stabilitätsverhalten des Fahrzeugs im Falle einer Kollision. Während einer Kollision – oder im allgemeinen während eines ungewöhnlichen Verzögerungsvorgangs wie etwa einer Notbremsung – werden alle massebehafteten Objekte des Fahrzeugs bzw. im Inneren des Fahrzeugs wie etwa Insassen oder Gepäck einer impulsartigen Beschleunigung ausgesetzt, die eine umso größere Beschleunigungskraft bedingt, je höher die Masse des verzögerten Objekts ist. Entscheidend für den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Gesamtsystems Fahrzeug sind daher die Zeitverläufe der Beschleunigung der einzelnen Objekte, ihr jeweiliger Massebeitrag, ihre Kinematik und der energetische Anteil an der Gesamtbilanz der kinetischen Energie.The manner of attaching the traction battery to the vehicle body therefore plays a crucial role in the stability behavior of the vehicle in the event of a collision. During a collision - or in general during an unusual deceleration process such as emergency braking - all mass objects of the vehicle or inside the vehicle such as passengers or luggage are subjected to a pulse-like acceleration, which causes a greater acceleration force, the higher the mass of delayed object is. Decisive for the temporal course of the acceleration of the total vehicle system are therefore the time courses of the acceleration of the individual objects, their respective mass contribution, their kinematics and the energetic part of the total balance of the kinetic energy.
Um bei einer Fahrzeugkollision den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung des Gesamtsystems günstig zu beeinflussen, sind Verbindungssysteme zwischen Fahrzeugbatterie und Fahrzeugkarosserie bekannt, die die Batterie inklusive ihrer Trägerkonstruktion temporär und kontrolliert von der Fahrzeugkarosserie mechanisch abzukoppeln. Durch die Abkopplung wird erreicht, dass die Batteriemasse während der Fahrzeugkollision eine eigene Bewegungstrajektorie durchläuft, und dadurch die Beschleunigungskräfte auf die Batterie günstiger gestaltet werden.In order to favorably influence the time course of the acceleration of the overall system in a vehicle collision, connection systems between the vehicle battery and the vehicle body are known, which mechanically and temporarily disconnect the battery including its support structure from the vehicle body in a controlled manner. The decoupling ensures that the battery mass undergoes its own movement trajectory during the vehicle collision, and thus the acceleration forces on the battery are made more favorable.
Die Druckschrift
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In allen vorstehend genannten Ansätzen im Stand der Technik kann jedoch die tatsächliche Verzögerung der Fahrzeugbatterie im Verlauf des Abbremsvorgangs des Fahrzeugs bei einem Aufprall nicht aktiv beeinflusst werden. Es besteht daher ein Bedarf an flexiblen Lösungen für die Sicherung einer Fahrzeugbatterie gegenüber der Fahrzeugkarosserie im Falle eines Aufpralls, die es erlauben, während einer Fahrzeugkollision auf den zeitlichen Verzögerungsverlauf der Fahrzeugbatterie aktiv Einfluss zu nehmen.However, in all of the above prior art approaches, the actual deceleration of the vehicle battery may not be actively affected in the course of the vehicle's deceleration event upon impact. There is therefore a need for flexible solutions for securing a vehicle battery to the vehicle body in the event of an impact, which allow to actively influence the time delay curve of the vehicle battery during a vehicle collision.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung schafft daher gemäß einem ersten Aspekt ein Befestigungssystem für die mechanische Befestigung einer Fahrzeugbatterie mit einer Fahrzeugkarosserie eines Fahrzeugs, umfassend eine batterieseitige Führungsvorrichtung, welche mechanisch fest mit der Fahrzeugbatterie verbindbar ist, eine karosserieseitige Führungsvorrichtung, welche mechanisch fest mit der Fahrzeugkarosserie verbindbar ist, und welche mechanisch reibschlüssig mit der batterieseitigen Führungsvorrichtung gekoppelt ist, ein elektrisch ansteuerbares Aktuatorsystem mit mindestens einem elektrisch ansteuerbaren Aktor, welcher zwischen der batterieseitigen Führungsvorrichtung und der karosserieseitigen Führungsvorrichtung zur Vermittlung der reibschlüssigen Kopplung angeordnet ist, mindestens eine Steuerspule, welche in der Nähe des mindestens einen elektrisch ansteuerbaren Aktors angeordnet ist, und eine Steuervorrichtung, welche dazu ausgelegt ist, die Höhe eines Steuerstroms durch die mindestens eine Steuerspule einzustellen, so dass um die Steuerspule ein Magnetfeld erzeugt wird, welches die geometrische Ausdehnung des elektrisch ansteuerbaren Aktors steuert.The present invention therefore according to a first aspect provides a fastening system for the mechanical fastening of a vehicle battery to a vehicle body of a vehicle, comprising a battery-side guide device, which is mechanically fixedly connected to the vehicle battery, a body-side guide device, which is mechanically fixed to the vehicle body, and which is mechanically frictionally coupled to the battery-side guide device, an electrically controllable actuator with at least one electrically controllable actuator, which is arranged between the battery-side guide device and the body-side guide device for conveying the frictional coupling, at least one control coil, which in the vicinity of at least one electrically controllable actuator is arranged, and a control device which is adapted to the height of a control current through the min At least set a control coil, so that a magnetic field is generated around the control coil, which controls the geometric extent of the electrically controllable actuator.
Gemäß einem zweiten Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Fahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie, einer Fahrzeugkarosserie und einem Befestigungssystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, wobei die batterieseitige Führungsvorrichtung mechanisch fest mit der Fahrzeugbatterie verbunden ist, und wobei die karosserieseitige Führungsvorrichtung mechanisch fest mit der Fahrzeugkarosserie verbunden ist.According to a second aspect, the present invention provides a vehicle with a vehicle battery, a vehicle body and a fastening system according to the first aspect of the invention, wherein the battery-side guide device is mechanically fixedly connected to the vehicle battery, and wherein the body-side guide device is mechanically fixedly connected to the vehicle body ,
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, den zeitlichen Verlauf der Beschleunigung einer Fahrzeugbatterie gegenüber der Fahrzeugkarosserie des die Fahrzeugbatterie beinhaltenden Fahrzeugs aktiv durch ein elektrisch betriebenes Aktuatorsystem zu beeinflussen. Durch das elektrisch betriebene Aktuatorsystem kann der Grad einer temporären mechanischen Entkopplung der Fahrzeugbatterie gegenüber der Fahrzeugkarosserie während eines Aufpralls des Fahrzeugs gesteuert werden. Dies erfolgt mittels einer Einstellung der mechanischen Reibung der Fahrzeugbatterie gegenüber ihrem Führungs- bzw. Befestigungssystem mit der Fahrzeugkarosserie über elektrische Ansteuersignale.One idea of the present invention is to actively influence the time profile of the acceleration of a vehicle battery relative to the vehicle body of the vehicle battery-containing vehicle by means of an electrically operated actuator system. By the electrically operated actuator system, the degree of temporary mechanical decoupling of the vehicle battery from the vehicle body during a collision of the vehicle can be controlled. This is done by means of an adjustment of the mechanical friction of the vehicle battery with respect to its guiding or fastening system with the vehicle body via electrical control signals.
Durch das erfindungsgemäße Befestigungssystem kann die Sicherheit der Insassen des Fahrzeugs sowie der Schutz der Traktionsbatterie in günstigem Maße erhöht werden. Durch das schnell reagierende, einstellbare und regelbare elektrisch betriebene Aktuatorsystem kann die Beschleunigung der Traktionsbatterie während einer Fahrzeugkollision optimal geregelt werden.By the fastening system according to the invention, the safety of the occupants of the vehicle and the protection of the traction battery can be increased to a reasonable extent. Due to the fast reacting, adjustable and adjustable electrically operated actuator system, the acceleration of the traction battery can be optimally controlled during a vehicle collision.
Dazu werden für das elektrisch betriebene Aktuatorsystem elektromagnetisch gesteuerte Aktoren auf der Basis von magnetostriktiven Materialien oder Formgedächtnislegierungen eingesetzt, deren geometrische Ausdehnung über die Stärke eines über den Aktoren anliegenden Magnetfelds gesteuert werden kann. Die Dauer und Intensität des über den Aktoren anliegenden Magnetfelds kann über eine zentrale Steuereinrichtung berechnet werden, die hierfür von Beschleunigungssensoren des Fahrzeugs und/oder der Fahrzeugbatterie ermittelte Momentanwerte der Beschleunigung heranziehen kann. Zur Kompensation von temperaturabhängigen Änderungen der Geometrie und von Reibfaktoren kann eine aktuelle Temperatur der relevanten Reibflächen aus einer Messung oder aus einem in der Steuerung integrierten thermischen Modell in der zentralen Steuereinrichtung berücksichtigt werden.For this purpose, electromagnetically controlled actuators based on magnetostrictive materials or shape memory alloys are used for the electrically operated actuator system, the geometrical extent of which can be controlled by the strength of a magnetic field applied across the actuators. The duration and intensity of the magnetic field applied across the actuators can be calculated via a central control device, which can use the instantaneous acceleration values determined for this purpose by acceleration sensors of the vehicle and / or the vehicle battery. To compensate for temperature-dependent changes in geometry and friction factors, a current temperature of the relevant friction surfaces from a measurement or from a thermal model integrated in the control can be taken into account in the central control device.
Dadurch dass die Aktoren in geeigneter Weise zwischen Führungs- bzw. Lagerungselemente des Befestigungssystems der Fahrzeugbatterie mit der Fahrzeugkarosserie montiert sind, führt die temporär steuerbare Änderung der geometrischen Ausdehnung der Aktoren zu einer temporär steuerbaren Änderung des Reibungskoeffizienten der Reibungskraft zwischen den jeweiligen Führungs- bzw. Lagerungselementen. Dies wiederum bedingt eine temporär steuerbare Änderung des mechanischen Kopplungsgrades der Fahrzeugbatterie mit der Fahrzeugkarosserie.The fact that the actuators are mounted in a suitable manner between guide or bearing elements of the fastening system of the vehicle battery to the vehicle body, the temporarily controllable change in the geometric extent of the actuators leads to a temporarily controllable change in the friction coefficient of the friction force between the respective guide or storage elements , This in turn requires a temporarily controllable change of the mechanical coupling degree of the vehicle battery with the vehicle body.
Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems können die batterieseitige Führungsvorrichtung mindestens eine erste Führungsplatte und die karosserieseitige Führungsvorrichtung mindestens eine zweite, mit der mindestens einen ersten Führungsplatte planparallel verzahnte Führungsplatte aufweisen.According to one embodiment of the fastening system according to the invention, the battery-side guide device can have at least one first guide plate and the body-side guide device at least one second, with the at least one first guide plate plane-parallel toothed guide plate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems kann der elektrisch ansteuerbare Aktor eine Aktorplatte aufweisen, welche zwischen der mindestens einen ersten Führungsplatte und der mindestens einen zweiten Führungsplatte angeordnet ist und deren Dicke in Abhängigkeit von dem um die Steuerspule erzeugten Magnetfeld variierbar ist.According to a further embodiment of the fastening system according to the invention, the electrically controllable actuator may have an actuator plate, which is arranged between the at least one first guide plate and the at least one second guide plate and whose thickness is variable in dependence on the magnetic field generated by the control coil.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems kann der elektrisch ansteuerbare Aktor eine magnetorheologische Flüssigkeit aufweisen.According to a further embodiment of the fastening system according to the invention, the electrically controllable actuator can have a magnetorheological fluid.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems können die batterieseitige Führungsvorrichtung eine erste Führungsplatte und die karosserieseitige Führungsvorrichtung eine zweite, auf der ersten Führungsplatte planparallel aufliegende Führungsplatte aufweisen. According to an alternative embodiment of the fastening system according to the invention, the battery-side guide device, a first guide plate and the body-side guide device may have a second, on the first guide plate plane-parallel resting guide plate.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems kann der elektrisch ansteuerbare Aktor eine Aktorplatte aufweisen, welche zwischen der mindestens einen ersten Führungsplatte und der mindestens einen zweiten Führungsplatte angeordnet ist und deren Dicke in Abhängigkeit von dem um die Steuerspule erzeugten Magnetfeld variierbar ist.According to a further embodiment of the fastening system according to the invention, the electrically controllable actuator may have an actuator plate, which is arranged between the at least one first guide plate and the at least one second guide plate and whose thickness is variable in dependence on the magnetic field generated by the control coil.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems können die erste Führungsplatte und die zweite Führungsplatte an ihren Berührungsflächen jeweils mindestens einen in fluidischer Verbindung miteinander stehenden Hohlraum aufweisen, und der elektrisch ansteuerbare Aktor kann eine magnetorheologische Flüssigkeit aufweisen, mit welcher die Hohlräumen befüllt sind.According to a further embodiment of the fastening system according to the invention, the first guide plate and the second guide plate each have at least one in fluid communication with each other at their contact surfaces cavity, and the electrically controllable actuator may comprise a magnetorheological fluid, with which the cavities are filled.
Gemäß einer weiteren alternativen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems können die batterieseitige Führungsvorrichtung einen Führungszylinder und die karosserieseitige Führungsvorrichtung einen den Führungszylinder im Inneren koaxial aufnehmenden Hohlzylinder aufweisen.According to a further alternative embodiment of the fastening system according to the invention, the battery-side guide device can have a guide cylinder and the body-side guide device has a hollow cylinder which accommodates the guide cylinder in the interior in a coaxial manner.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Befestigungssystems kann der elektrisch ansteuerbare Aktor eine Aktorplatte aufweisen, welche um die Mantelfläche des Führungszylinders herum angeordnet ist, und deren Dicke in Abhängigkeit von dem um die Steuerspule erzeugten Magnetfeld variierbar ist.According to a further embodiment of the fastening system according to the invention, the electrically controllable actuator may have an actuator plate, which is arranged around the lateral surface of the guide cylinder, and whose thickness is variable in dependence on the magnetic field generated by the control coil.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Befestigungssystems kann die Aktorplatte jeweils aus einer Formgedächtnislegierung bestehen.According to further embodiments of the fastening system according to the invention, the actuator plate can each consist of a shape memory alloy.
Weitere Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen.Further features and advantages of embodiments of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Es zeigen:Show it:
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen im Allgemeinen gleichartige oder gleich wirkende Komponenten. Die in den Figuren gezeigten schematischen Darstellungen sind nur beispielhafter Natur, die aus Gründen der Übersichtlichkeit idealisiert abgebildet sind. Es versteht sich, dass die dargestellten Komponenten lediglich zur Veranschaulichung von Prinzipien und funktionellen Aspekten der vorliegenden Erfindung dienen.Like reference numerals generally designate like or equivalent components. The schematic representations shown in the figures are only exemplary in nature, which are idealized for reasons of clarity. It is understood that the illustrated components are merely illustrative of principles and functional aspects of the present invention.
Ausführliche Beschreibung von Ausführungsformen Detailed description of embodiments
Das Befestigungssystem
Die Führungsvorrichtungen
Im Falle einer Fahrzeugkollision des sich in Richtung des Pfeils v bewegenden Fahrzeugs mit der Fahrzeugbatterie
Der Reibungskoeffizient der zwischen den Führungsvorrichtungen
Die Führungsvorrichtungen
Im Falle einer Fahrzeugkollision des sich in Richtung des Pfeils v bewegenden Fahrzeugs mit der Fahrzeugbatterie
Der Reibungskoeffizient der zwischen den Führungsvorrichtungen
Auf den unterseitigen Plattenflächen der Führungsplatten
Das Kopplungssystem R weist daher weiterhin eine Steuereinrichtung C auf, welche über Steuerspulen oder Solenoide S ein Magnetfeld im Umfeld der Aktorplatten
Durch einen gesteuerten Eingriff mit dem Steuerstrom durch die Steuerspulen S kann die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Momentanwerten der Beschleunigung der Fahrzeugbatterie
Alternativ zu der Ausführung mit einer Aktorplatte
Auf der unterseitigen Plattenfläche der Führungsplatte
Das Kopplungssystem R weist weiterhin eine Steuereinrichtung C auf, welche über Steuerspulen oder Solenoide S ein Magnetfeld im Umfeld der Aktorplatten
Es können dabei mehrere Steuerspulen S vorgesehen sein, die einzeln und individuell durch die Steuereinrichtung C mit Steuerstrom versorgt werden können. Die Steuerspulen S können dabei jeweils in Hohlräumen
Alternativ zu der Ausführung mit einer Aktorplatte
Durch einen gesteuerten Eingriff mit dem Steuerstrom durch die Steuerspulen S kann die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Momentanwerten der Beschleunigung der Fahrzeugbatterie
Auf den Mantelfläche des inneren Zylinders
Das Kopplungssystem R weist daher weiterhin eine Steuereinrichtung C auf, welche über Steuerspulen oder Solenoide S ein Magnetfeld im Umfeld der Aktorplatten
Durch einen gesteuerten Eingriff mit dem Steuerstrom durch die Steuerspulen S kann die Steuereinrichtung in Abhängigkeit von Momentanwerten der Beschleunigung der Fahrzeugbatterie
Alternativ zu der Ausführung mit einer Aktorplatte
In den
Magnetorheologische Flüssigkeiten umfassen Suspensionen magnetisch polarisierbarer Partikeln wie etwa Carbonyleisenpartikel, die in einer Trägerflüssigkeit suspendiert sind. Die Partikel magnetorheologischer Flüssigkeiten sind so dimensioniert, dass sich die magnetorheologische Flüssigkeit beim Anlegen eines Magnetfelds graduell verfestigt, das heißt, dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit in Abhängigkeit vom anliegenden Magnetfeld ansteigt.Magnetorheological fluids include suspensions of magnetically polarizable particles, such as carbonyl iron particles, suspended in a carrier fluid. The particles of magnetorheological fluids are dimensioned so that the magnetorheological fluid gradually solidifies upon application of a magnetic field, that is, that the viscosity of the magnetorheological fluid increases in response to the applied magnetic field.
Magnetorheologische Elastomere umfassen eine magnetisch aktive Partikel, die in einer Elastomermatrix dispergiert sind. Bei diesen Elastomeren können die viskoelastischen oder dynamisch-mechanischen Eigenschaften durch Anlegen eines äußeren Magnetfeldes schnell und reversibel verändert werden.Magnetorheological elastomers comprise a magnetically active particle dispersed in an elastomeric matrix. In these elastomers, the viscoelastic or dynamic mechanical properties can be changed quickly and reversibly by applying an external magnetic field.
Im Falle der magnetorheologische Flüssigkeit
Die magnetorheologischen Elastomere
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Legal Events
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---|---|---|---|
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