DE102017104360A1

DE102017104360A1 - Batteriegehäuse

Info

Publication number: DE102017104360A1
Application number: DE102017104360.8A
Authority: DE
Inventors: Alexander Günther
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2017-03-02
Filing date: 2017-03-02
Publication date: 2018-09-06
Also published as: US10723234B2; CN110313082B; CN110313082A; US20190337402A1; WO2018158363A1

Abstract

Ein Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug umfasst ein wannenartig ausgebildetes Gehäuseteil 1 mit mehreren mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelementen 5, 5.1, 8, 9 und ein an den Trägerelementen 5, 5.1, 8, 9 abgestütztes Bodenteil 10. Das Gehäuseteil 1 dient zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule. Das Bodenteil 10 ist in Längs- und/oder Quererstreckung in seiner Spannweite zwischen jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelementen 5, 5.1, 8, 9 zur Außenseite des Gehäuseteils 1 weisend konvex gekrümmt ist.

Description

Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit einem wannenartig ausgebildeten Gehäuseteil, umfassend mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Trägerelemente und ein an den Trägerelementen abgestütztes Bodenteil, zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule.
Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, Flurförderfahrzeuge oder dergleichen werden Batteriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner wiederaufladbarer Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich üblicherweise um Hochvoltbatterien. Ein Batteriemodul kann aus einer oder mehreren Batterien bestehen. An die Unterbringung der für einen Betrieb eines solchen Fahrzeuges notwendigen Batteriemodule sind gewisse Anforderungen gestellt. Hierzu zählt auch das Verhalten eines solchen Batteriegehäuses im Falle eines Aufpralls, die sogenannte Crashperformance ebenso wie das Gewicht. Zudem ist man bestrebt, die Herstellung derartiger Batteriegehäuse möglichst einfach zu gestalten.
Hergestellt werden derartige Batteriegehäuse in aller Regel aus Metallbauteilen, beispielsweise Aluminium- oder Stahlbauteilen, wobei auch Batteriegehäuse bekannt sind, die aus unterschiedlichen Metallen hergestellt sind. Um die notwendige Anzahl an Batteriemodulen unterzubringen, können derartige Batteriegehäuse recht groß dimensioniert sein. Diese werden zumeist im Bereich des Bodens des Fahrzeuges untergebracht. Batteriegehäuse mit Größen von 2,0 m x 1,5 m sind keine Seltenheit.
Ein solches Batteriegehäuse umfasst ein wannenartig ausgebildetes Gehäuseteil, welches beispielsweise durch einen Rahmen oder einer Rahmenstruktur und einen daran angeschlossenen Boden oder durch ein entsprechendes, tiefgezogenes oder gekantetes Bauteil bereitgestellt werden kann. In die Wannenstruktur ist ein Gefache zur Unterteilung eingesetzt. Jedes Fach dient zur Aufnahme typischerweise eines Batteriemoduls. Ausgebildet wird ein solches Gefache durch Vorsehen zumindest einer parallel zu dem einen Rand verlaufenden Längsstrebe, die mit ihrem beiden Enden jeweils an die Wandinnenseiten der Wannenstruktur angeschlossen ist. Zur weiteren Unterteilung sind mehrere, jeweils mit Abstand zueinander angeordnete, parallel verlaufende Querstreben vorgesehen, wobei jeweils zwei Querstreben einander zur Längsachse der Längsstrebe einander gegenüberliegend angeordnet sind. Die Querstreben sind mit ihrer einen Stirnseite an eine Seitenfläche der Längsstrebe und mit ihrer anderen Stirnseite an die Innenwand der Wannenstruktur oder eine weitere Längsstrebe angeschlossen. Die Verbindung der Streben miteinander sowie der Streben mit der Innenwand der Wannenstruktur des Gehäuseteils erfolgt durch einen Fügeprozess, wobei es sich bei diesen Verbindungen typischerweise um Schweißverbindungen handelt.
Derartige Batteriegehäuse werden aufgrund der notwendigen Zugänglichkeit und ihrer Größe gerne an dem Unterboden der Karosseriebodengruppe angeordnet. Fahrzeugseitige Aufsetzer wirken aus diesem Grunde unmittelbar auf das Batteriegehäuse. Um eine Beschädigung der in einem solchen Batteriegehäuse enthaltenen Batteriemodule zu vermeiden, werden Unterbodenverkleidungen und/oder Schutzbügel eingesetzt, die sich über das Batteriegehäuse erstrecken. Derartige Schutzbauteile sind aus harten, widerstandsfähigen Materialien, etwa Stahl oder auch aus Titan hergestellt. In jedem Fall wird durch diese das Gewicht des Fahrzeuges erhöht. Zudem wird die verbleibende Bodenfreiheit durch diese zusätzlichen Schutzanbauteile reduziert. Zwar kann ein Schutz eines solchen Batteriegehäuses auch durch eine flachbauende Platte bereitgestellt werden, wenn die Bodenfreiheit nicht übermäßig eingeschränkt werden soll. In einem solchen Fall werden Titanplatten zum Schutze der Batteriemodule verwendet. Auch Sandwichmodule mit einem Aluminiumschaumkern werden zum Schutz von Batteriegehäusen verwendet. Allerdings sind die Kosten derartiger Bauteile recht hoch.
Ausgehend von dem vorstehend diskutierten Stand der Technik liegt der Erfindung daher die Aufgabe zu Grunde, ein Batteriegehäuse vorzuschlagen, welches einen wirksamen Schutz der darin aufgenommenen Batteriemodule bereitstellt, jedoch kostengünstig herstellbar ist und die Höhe/Dicke des Batteriegehäuses nicht nennenswert erhöht und damit die Bodenfreiheit eines mit einem solchen Batteriegehäuse ausgerüsteten Fahrzeuges nicht nennenswert beeinträchtigt.
Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genanntes gattungsgemäßes Batteriegehäuse, bei dem das Bodenteil in Längs- und/oder Quererstreckung in seiner Spannweite zwischen jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelementen zur Außenseite des Gehäuseteils weisend konvex gekrümmt ist.
Bei diesem Batteriegehäuse ist das Bodenteil strukturiert und übernimmt den gewünschten Schutz der darin aufgenommenen Batteriemodule bei Aufsetzern. Zu diesem Zweck ist das Bodenteil jeweils zwischen zwei mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelementen einachsig oder auch zweiachsig gekrümmt, und zwar konvex in Richtung zur Außenseite des Gehäuseteils weisend. Konvex bedeutet in diesem Zusammenhang jede Ausbildung, die geeignet ist eine eingeleitete Kraft in die umliegenden Trägerelemente abzuleiten. Beispielsweise auch, dass die Krümmung „linear“, d.h. zur Außenseite des Gehäuseteils spitz zulaufend nach Art einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes ausgebildet sein kann. Innerhalb des Batteriegehäuses ist das Bodenteil somit zwischen zwei Trägerelementen gekrümmt, durch welche Krümmung der Abstand von der Innenseite des Bodenteils zu einer in dem Batteriegehäuse enthaltene Batteriemodul vergrößert ist. Von Besonderheit bei diesem Batteriegehäuse ist, dass die ohnehin vorhandenen Trägerelemente, wie beispielsweise Rahmenteile und/oder Längs- und Querstreben zum mechanischen Schutz der zwischen diesen Trägerelementen angeordneten Batteriemodule ausgelegt sind. Dieses gilt für die Trägerelemente in Richtung ihrer Höhe (z-Richtung) des Batteriegehäuses, jedoch insbesondere in der Ebene (x-y-Ebene), um die darin aufgenommenen Batteriemodule bei einem Frontal- oder Seitenaufprall zu schützen. Diese Steifigkeit der Trägerelemente wird bei diesem Batteriegehäuse in geschickter Weise genutzt, indem das Bodenteil zwischen zwei benachbarten Trägerelementen nach außen konvex gekrümmt ist. Das Bodenteil ist an die Trägerelemente, zwischen denen sich die Spannweite der Wölbung erstreckt, abgestützt bzw. angeschlossen, und zwar kraftschlüssig in Richtung der Krümmung und somit in x- und/oder y-Richtung.
Dieses in der vorstehend beschriebenen Weise strukturierte Bodenteil kann Teil einer Bodengruppe sein, die ein oder mehrere weitere Teile, beispielsweise eine die Wannenstruktur unterseitig begrenzende Bodenplatte und/oder ein außenseitiges Abschlussteil oder auch andere Teile umfassen kann. Gleichzeitig kann dieses Bodenteil auch mehrteilig ausgebildet sein und/oder sich jeweils unterhalb wenigstens eines Teilbereichs wenigstens eines Batteriemoduls erstrecken. Dadurch ist es beispielsweise ermöglicht, dass etwaige Fahrzeugplattformen flexibel erweitert beziehungsweise ergänzt werden können ohne dafür zusätzliche Werkzeuge zur Verfügung stellen zu müssen.
Bei kleineren Batteriegehäusen, deren Wannenstruktur nicht durch Längs- und/oder Querstreben unterteilt ist, erstreckt sich die Spannweite der Krümmung in zumindest einer Richtung - Längs- oder Querrichtung des Batteriegehäuses - zwischen den einander gegenüberliegenden Rahmenteilen. In vielen Fällen wird man aufgrund der Größe des Batteriegehäuses die Wannenstruktur durch ein Gefache, typischerweise gebildet aus zumindest einer Längsstrebe und mehreren quer dazu verlaufenden Querstreben in einzelne Batteriemodulfächer unterteilen. Diese Streben stellen ebenfalls Trägerelemente dar. In einem solchen Fall erstreckt sich die Spannweite der Krümmung des Bodenteils jeweils zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Trägerelementen.
Die Krümmung des Bodenteils in Richtung zur Außenseite des Batteriegehäuses zwischen zwei benachbart zueinander angeordneten Trägerelementen bewirkt, dass die durch einen auf die Krümmung einwirkenden Aufsetzer in das Bodenteil induzierte Kraft in die diesen gekrümmten Abschnitt begrenzenden Trägerelemente eingeleitet wird. Das Bodenteil ist zu diesem Zweck an die Trägerelemente schub- und zugfest angeschlossen. Zudem bewirkt der Abstand des Bodenteils aufgrund seiner Wölbung von dem oder den Batteriemodulen, dass das Bodenteil zumindest in einem gewissen Ausmaße deformiert (eingedrückt) werden kann, ohne dass ein oberhalb des Bodenteils befindliches Batteriemodul beschädigt werden würde. Somit wird durch diese Maßnahme zugleich ein gewisser Deformationsweg zur Verfügung gestellt. Die Folge ist, dass bei diesem Batteriegehäuse sehr viel mehr Energie abgebaut werden kann, bevor eine Beschädigung von dem im Batteriegehäuse befindlichen Batteriemodulen zu befürchten ist, als dieses bei herkömmlichen Batteriegehäusen ohne einen solchen Schutz der Fall ist. Da bei diesem Batteriegehäuse grundsätzlich keine zusätzlichen Bauteile benötigt werden, sondern der gewünschte mechanische Schutz gegenüber Krafteinwirkungen von unten durch die besondere Strukturierung des Bodenteils und seine Abstützung an den Trägerelementen selbst bewirkt wird, ist das Bodenteil nicht nennenswert teurer als ein herkömmliches unstrukturiertes. Dies vor allem vor dem Hintergrund, dass eine derartige Ausgestaltung gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen geringere Blechdicken ermöglicht, wodurch ein Auffahrschutz mit geringem Gewicht realisiert werden kann.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Außenseite des strukturierten Bodenteils durch ein Abschlussteil verblendet ist. Das Abschlussteil, was im Bereich der Scheitel der Krümmungen des Bodenteils mit diesem verbunden sein kann, dient zur Optimierung der Aerodynamik und zur Vermeidung oder Reduzierung einer Geräuschbildung. Ein solches Abschlussteil erhöht zudem die Steifigkeit der Bodengruppe des Gehäuseteils des Batteriegehäuses.
Zur weiteren Erhöhung einer möglichen Kraftaufnahme von in z-Richtung, aber auch in x- und/oder y-Richtung auf das Batteriegehäuse einwirkenden Kräften ist das Bodenteil, wenn in seiner einen oder mehreren Spannweiten einachsig gekrümmt, in Querrichtung zu der Krümmung mit Versteifungsstrukturen versehen. Bevorzugt erstrecken sich diese Versteifungsstrukturen wenigstens zwischen zwei Trägerelementen, so dass eine eingeleitete Kraft optimal von einem Trägerelement auf das andere Trägerelement übertragen werden kann. Hierbei kann es sich beispielsweise um eine wellenförmige Versteifungsstruktur handeln. Diese Versteifungsstruktur überlagert die vorbeschriebene konvexe Krümmung zwischen zwei Trägerelementen.
Ein solches Gehäuseteil eines Batteriegehäuses kann bezüglich der vorbeschriebenen Struktur der Bauteile aus Stahlblechbauteilen hergestellt sein. Dann können die einzelnen Bauteile durch Laser- oder Punktschweißen miteinander verbunden sein. Das beschriebene Konzept des Aufbaus des Batteriegehäuses lässt sich ebenso mit anderen Materialen realisieren, wozu auch faserverstärkte Kunststoffe zu zählen sind.
In einer Ausgestaltung zur Auslegung des Bodenteils ist vorgesehen, dass dieses im Bereich seiner Krümmungen eine sich ändernde Materialstärke aufweist. Diese ist im Bereich der Scheitel der Krümmungen am geringsten und nimmt in Richtung zu den Anbindungspunkten an die Trägerelemente hinzu. Bei einem aus Stahlblech hergestellten Bodenteil kann diese Materialreduzierung durch den Umformprozess zum Ausbilden der gekrümmten Segmente vorgenommen werden.
Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

1: Eine perspektivische Ansicht eines Gehäuseteils eines Batteriegehäuses mit abgenommenen Deckel,
2: eine perspektivische Ansicht auf die Oberseite eines Bodenteils als Teil des in 1 gezeigten Gehäuseteils,
3: einen Schnitt entlang der Linie A - A der 1,
4: einen Schnitt entlang der Linie B - B der 1,
5: eine Unteransicht des Gehäuseteils der 1 mit abgenommenem Bodenteil,
6: eine Darstellung entsprechend derjenigen der 3 zum Darstellen einer Krafteinwirkung von außen auf die Bodengruppe und
7: ein Kraft-Weg-Diagramm zum Darstellen des Energieabbaus mit einem Batteriegehäuse mit dem Gehäuseteil des in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels in einer Gegenüberstellung mit einem herkömmlichen Batteriegehäuse.

Ein Gehäuseteil 1 als Teil eines Batteriegehäuses für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug umfasst einen umlaufenden Rahmen 2 sowie eine Bodengruppe 3, von der in 1 eine obere Bodenplatte 4 erkennbar ist. Der Rahmen 2 ist aus mehreren Profilsegmenten 5, 5.1 aufgebaut, welche Profilsegmente 5, 5.1 durch Eckverbinder 6 miteinander verbunden sind. Bei den Profilsegmenten 5, 5.1 handelt es sich bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel um geschlossene Kastenprofile. Durch den Rahmen 2 und die die Rahmenöffnung unterseitig verschließende Bodengruppe 3 mit ihrer Bodenplatte 4 ist eine Wannenstruktur 7 ausgebildet. In die Wannenstruktur 7 ist ein aus einer Längsstrebe 8 und quer dazu verlaufenden Querstreben 9 gebildetes Gefache eingesetzt. Die Längsstrebe 8 erstreckt sich zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Profilsegmenten 5.1 und ist an die Innenwand dieser Profilsegmente 5.1 angeschlossen. Die Querstreben 9 sind mit ihrem einen Ende an die Innenwand der Profilsegmente 5 und mit ihrem anderen Ende an die Längsstrebe 8 angeschlossen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den vorbeschriebenen Elementen um Stahlblechteile, die miteinander durch Punktschweißen verbunden sind. Die Querstreben 9 sind mit unterseitig abgekanteten Verbindungsflanschen zusätzlich mit der Bodenplatte 4 verschweißt.
Durch das Gefache sind in der Wannenstruktur 7 mehrere Fächer bereitgestellt, in die jeweils ein Batteriemodul einsetzbar ist. Die Höhe der Streben 8, 9 ist geringer als die Höhe des umlaufenden Rahmens 2. Dieses ermöglicht, dass über die Streben 8, 9 hinweg Kabel zwischen den Batteriemodulen geführt werden können.
Neben dem Gehäuseteil 1 verfügt das Batteriegehäuse über einen in den Figuren nicht dargestellten Deckel, der auf die in 1 erkennbare Oberseite aufgesetzt und mit dem Rahmen 2 verschraubt wird. Der Verschluss durch das Deckelteil ist abgedichtet.
Das Gehäuseteil 1 verfügt in seiner Bodengruppe 3 neben der Bodenplatte 4 über ein Verstärkungsteil 10 als Bodenteil. Dieses ist in einer Draufsicht in 2 gezeigt. Die in dieser Figur nicht gezeigte Bodenplatte 4 befindet sich oberhalb der in 2 erkennbaren Oberseite des Verstärkungsteils 10. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Bodengruppe 3 des Weiteren ein Abschlussteil 11. Dieses ist ebenfalls wannenförmig ausgeführt. In diesem ist das Verstärkungsteil 10, wie in 2 erkennbar, angeordnet. Das Abschlussteil 11 ist an die Unterseite des Rahmens 2 mit seinem umlaufenden, nach außen abragenden Flansch 12 verbunden, und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch-Punktschweißungen oder Klebungen. Damit eine bessere Wartung bzw. ein Austausch von beschädigten Bauteilen vorgenommen werden kann, ist an dieser Stelle aber auch eine entsprechende Anbindung mittels lösbaren Befestigungselementen, wie beispielsweise Schrauben oder Nieten denkbar.
Das Verstärkungsteil 10 ist im Zuge eines Umformprozesses strukturiert worden, und zwar in Richtung seiner Längserstreckung (x-Richtung) sowie in seiner Querrichtung (y-Richtung). In x-Richtung ist das Verstärkungsteil 10 in seiner Spannweite zwischen jeweils zwei Querstreben 9 als Trägerelemente nach außen und somit zum Abschlussteil 11 weisend konvex gekrümmt. In der Flucht der Querstreben 9 sind in der Strukturierung Stützflächen 13 vorgesehen, durch die zwei benachbart zueinander angeordnete, in x-Richtung gekrümmte Segmente des Verstärkungsteils 10 voneinander getrennt sind. Die Stützflächen 13 wirken gegen die Unterseite der Bodenplatte 4 unterhalb der Querstreben 9. Das Verstärkungsteil 10 ist zudem in y-Richtung strukturiert und zwar bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel durch eine Wellenstruktur, wie diese an der in 2 vorderen Stirnseite des Verstärkungsteils 10 erkennbar ist. Durch diese Wellenstruktur erhält das Verstärkungsteil 10 eine zusätzliche Versteifung. Nicht gezeigt, aber auch vorstellbar, ist an dieser Stelle, dass die konvexe beziehungsweise die wellenförmige Strukturierung in der jeweils anderen Richtung ausgebildet ist. Nicht gezeigt ist ebenso ein Ausführungsbeispiel, bei dem das Verstärkungsteil auch modular aufgebaut sein kann. Dies bedeutet, dass dieses Verstärkungsteil auch mehrteilig ausgebildet sein kann und/oder sich jeweils unterhalb wenigstens eines Teilbereichs wenigstens eines Batteriemoduls erstreckt.
Parallel zu den Profilsegmenten 5 verlaufen in x-Richtung des Verstärkungsteils 10 zwei Anbindungsstege 14. Diese befinden sich in Höhe der Stützflächen 13. In diese sind mit Abstand zueinander angeordnete Befestigungsöffnungen 15 eingebracht, durch die zum Verschrauben des Verstärkungsteils 10 mit dem Abschlussteil 11 an der Bodenplatte 4 Schraubbolzen hindurchgreifen.
Die Spannweite der Krümmung des Verstärkungsteils 10 in x-Richtung erstreckt sich jeweils über ein Fach des Gefaches. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind in x-Richtung sechs Batteriemodulaufnahmefächer vorgesehen. Somit verfügt das Verstärkungsteil 10 in x-Richtung über sechs in der vorbeschriebenen Art und Weise gekrümmte Bereiche. Bezüglich der Fächer ist die x-Erstreckung die kürzere, verglichen mit der Erstreckung eines Faches in y-Richtung. In aller Regel wird man die jeweils kürzere Erstreckung eines solchen Faches innerhalb eines Gefaches als diejenige Erstreckung wählen, in dessen Richtung die Krümmung des Verstärkungsteils 10 vorgesehen ist. Gleichwohl ist grundsätzlich ebenfalls möglich, die Krümmung, wenn eine einachsige Krümmung vorgesehen ist, in die andere Richtung verlaufen zu lassen.
Die gesamte Bodengruppe 3 mit dem als Bodenteil eingesetzten Verstärkungsteil 10 ist in der Schnittdarstellung der 3 sichtbar. Die Bodenplatte 4 trägt unterseitig Kühlpaneele 16 die an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen sind. Der in 3 gezeigte Schnitt erstreckt sich über ein Fach der Wannenstruktur 7 in x-Richtung des Gehäuseteils 1. Dieses Fach ist einerseits durch ein Profilsegment 5.1 und andererseits durch eine Querstrebe 9 begrenzt. An die Unterseite der Bodenplatte 4 unterhalb einer Querstrebe 9 befindet sich ein an die Bodenplatte 4 angeschweißter Gewindezapfen 17. Dieser greift durch eine Befestigungsöffnung 15 des Verstärkungsteils 10. In dem Abschlussteil 11 befindet sich in der Flucht der Gewindezapfen 17 jeweils eine Öffnung 18, durch die eine Mutter auf den Gewindezapfen 17 aufgesetzt und dadurch das Verstärkungsteil 10 an die Bodenplatte 4 schub- und zugfest angeschlossen werden kann. Oberhalb des Gewindezapfens 17 befindet sich eine Querstrebe 9, die mit Verbindungsflanschen 19 an der Oberseite der Bodenplatte 4 befestigt ist. Somit erfolgt eine Krafteinleitung von dem Verstärkungsteil 10 über diesen Anschluss an die Bodenplatte 4 in die Querstreben 9 hinein.
Die nach außen gerichtete konvexe Krümmung des Verstärkungsteils 10 ist in der 3 deutlich zu erkennen. Darin ist die Krümmung mit dem Bezugszeichen 20 kenntlich gemacht. Der in 3 gezeigte Schnitt zeigt zudem den nächsten Scheitel 21 der Querwellung, der der Krümmung 20 folgt. Die eingebrachte Querwellung, deren Wellen sich in x-Richtung erstrecken und in y-Richtung benachbart angeordnet sind, trägt dabei durch die eingebrachte Versteifungsstruktur zu einer signifikanten Verbesserung der Crashperformance des gesamten Batteriegehäuses in x-Richtung bei. Dies vor allem deshalb, da durch die eingebrachte Wellenstruktur der gegenüber den Querträgerabständen größere Abstand zwischen Längsträger 8 und Profilsegmenten 5 kompensiert werden kann. Mitunter konnten gegenüber herkömmlichen Ausführungsformen dadurch etwaige Eindringtiefen um mehr als 50% reduziert werden.
Das Verstärkungsteil 10 grenzt mit seiner in 2 erkennbaren Stirnseite an die Innenwand des Profilsegmentes 5.1. Eine zusätzliche Befestigung an dieser Stelle an der Bodenplatte 4 ist nicht erforderlich. Hier ist es ausreichend, dass das mit dem Verstärkungsteil 10 verbundene Abschlussteil 11 mit seinem Flansch 12 mit der Unterseite des Profilsegmentes 5.1 verbunden ist.
4 zeigt einen Schnitt durch das Gehäuseteil 1 zum Darstellen der Wellung in y-Richtung des Verstärkungsteils 10. Das Verstärkungsteil 10 ist mit der Unterseite seiner in 4 erkennbaren abgeflachten Wellentäler 22 mit dem Abschlussteil 11 verschweißt. Die Kühlpaneele 16 sind an Sammler angeschlossen, von denen in 4 ein Sammler 23 im Schnitt erkennbar ist.
5 zeigt das Gehäuseteil 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten auf die Bodenplatte 4 mit seinen Kühlpaneelen 16, und zwar ohne Verstärkungsteil 10 und Abschlussteil 11. Erkennbar sind die von der Bodenplatte 4 abragenden Gewindezapfen 17, an denen das Verstärkungsteil 10 zusammen mit dem Abschlussteil 11 bodenplattenseitig befestigt werden.
Durch die Bodengruppe 3 des Gehäuseteils 1 und insbesondere seines Verstärkungsteils 10 ist eine relativ große Energiemenge absorbierbar, bevor das Verstärkungsteil 10 an die Kühlpaneele 16 gelangt oder sogar die Bodenplatte 4 eingedrückt wird. Befindet sich das mit einem Deckel verschlossene Gehäuseteil 1 als Batteriegehäuse unterhalb der Bodengruppe eines Fahrzeuges kann eine solche Krafteinwirkung die Folge eines bodenseitigen Aufsetzers sein. Diese wirkt wie durch den Blockpfeil in 6 angedeutet, auf die Bodengruppe 3 und zunächst auf die konvexen Scheitel der Krümmung 20. Der nach außen gerichteten konvexen Krümmung zwischen zwei Trägerelementen - in 3 dem Profilsegment 5.1 sowie der Querstrebe 9 -, zwischen denen sich die Spannweite der Krümmung 20 erstreckt, wird die auf den Scheitel der Krümmung 20 einwirkende Kraft in die ohnehin stabilen und gegenüber einer Kraftaufnahme neben der z-Richtung zudem aber auch - in x-y-Richtung stabilen Trägerelemente 5.1, 9 eingeleitet (durch Blockpfeile angedeutet). Dieses erfolgt an dem Profilsegment 5.1 über die an der in die Wannenstruktur 7 weisenden Wand des Profilsegmentes 5.1 anliegende Stirnfläche des Versteifungsteils 10 und im Bereich der Querstrebe 9 über den vorbeschriebenen Schraubanschluss an die Gewindezapfen 17. Ausgenutzt wird bei diesem Konzept die in Folge der Krümmung erfolgende Weiterleitung der in z-Richtung einwirkenden Kraft in die Querträger. Der Abstand des Verstärkungsteils 10 in diesem Bereich von der Unterseite der Bodenplatte 4 und damit von den auf der Oberseite befindlichen Batteriemodulen erlaubt aufgrund des bereitgestellten Deformationsweges die Aufnahme einer großen Energiemenge, bevor die Krümmung 20 deformiert und an die Kühlpaneele 16 herangedrückt worden ist. Allgemein kann festgestellt werden, dass die Steifigkeit am Scheitelpunkt der Krümmung am geringsten ist und in Richtung der Querträger 9 zunimmt, wohingegen das Biegemoment sich dazu konträr verhält. Dadurch bedingt wird beim größten zu erwartenden Biegemoment, dem Scheitelpunkt der Krümmung, der maximale Deformationsweg zur Verfügung gestellt. In Kombination mit dem sich zu den Querträgern 9 hin verringernden Biegemoment und der gleichzeitigen Steigerung der Steifigkeit an diesen Stellen ist die Einleitung der auftretenden Kräfte in die Querträger 9 gewährleistet. Insofern wird bei diesem Konzept im Unterschied zu vorbekannten Batteriegehäusen ein gewisser Deformationsweg in Richtung der Höhe/Dicke und somit in z-Richtung des Batteriegehäuses zugelassen.
Das in 6 gezeigte Diagramm zeigt in einer Gegenüberstellung den Energieabbau in einem Batteriegehäuse mit einem Gehäuseteil 1 gemäß der Erfindung (gestrichelt) in einer Gegenüberstellung mit dem Energieabbau in einem Batteriegehäuse mit einem herkömmlichen Bodenteil und somit ohne einem erfindungsgemäßen Verstärkungsteil 10. Der dargestellte Energieabbau betrifft eine Krafteinwirkung von unten auf die Bodengruppe, wie dieses schematisiert in 5 gezeigt ist.
Das herkömmliche Batteriegehäuse kann aufgrund seiner auf besondere Starrheit ausgelegten Versteifung zwar auf kurzer Strecke eine höhere Kraft aufnehmen. Ist dieser Weg jedoch überschritten, steht eine Beschädigung oder Zerstörung der Batteriemodule zu befürchten. Von Entscheidung ist nicht ein möglichst hohes Kraftniveau, sondern die Größe der abgebauten Energie, was zum Schutze der in einem Batteriegehäuse enthaltenen Batteriemodule wesentlich ist. In den in 6 gezeigten Kurven ist der abgebaute Energiebetrag die unter der jeweiligen Kurve befindliche Fläche. Aufgrund des durch die Konzeption des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses mit seinem durch das Verstärkungsteil 10 geschaffenen Deformationsweg, den die Krümmung 20 bei gleichzeitigem Energieabbau zurücklegen kann, kann ein sehr viel größerer Energiebetrag abgebaut werden, bevor die Kühlpaneele und/oder die Batteriemodule in Mitleidenschaft gezogen werden. Die Fläche unter der den Energieabbau mit dem erfindungsgemäßen Bodenteil zeigenden Kurve ist mehr als doppelt so groß wie die unter der den Energieabbau darstellenden Kurve mit einem herkömmlichen Bodenteil. Entsprechend mehr Energie kann bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul mit seinem Gehäuseteil 1 zerstörungsfrei in Bezug auf die darin enthaltenen Kühlpaneele und insbesondere die Batteriemodule aufgenommen werden.
Das Vorstehende ist das Ergebnis der geschickten Kombination des Bereitstellens eines Energieabbauweges über die Deformation in Zusammenwirkung mit der in dem Gehäuseteil zur Verfügung gestellten Kraftaufnahme über die Trägerelemente. Aus der Beschreibung des Ausführungsbeispiels wird erkennbar, dass die signifikante Erhöhung der zerstörungsfrei für die Batteriemodule und die Kühlpaneele aufnehmbare Energie ohne eine nennenswerte Gewichtszunahme durch besonders stabile oder teure Bauteile bewirkt wird.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, die Erfindung im Rahmen der geltenden Ansprüche umzusetzen, ohne dass diese im Einzelnen im Rahmen dieser Ausführung dargelegt werden müssten.
Bezugszeichenliste

1: Gehäuseteil
2: Rahmen
3: Bodengruppe
4: Bodenplatte
5,5.1: Profilsegment
6: Eckverbinder
7: Wannenstruktur
8: Längsstrebe
9: Querstrebe
10: Verstärkungsteil
11: Abschlussteil
12: Flansch
13: Stützfläche
14: Anbindungssteg
15: Befestigungsöffnung
16: Kühlpaneele
17: Gewindezapfen
18: Öffnung
19: Verbindungsflansch
20: Krümmung
21: Scheitel
22: Wellental
23: Sammler

Claims

Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug mit einem wannenartig ausgebildeten Gehäuseteil, umfassend mehrere mit Abstand zueinander angeordnete Trägerelemente (5, 5.1, 8, 9) und ein an den Trägerelementen (5, 5.1, 8, 9) abgestütztes Bodenteil (10), zur Aufnahme eines oder mehrerer Batteriemodule, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (10) in Längs- und/oder Quererstreckung in seiner Spannweite zwischen jeweils zwei mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelementen (5, 5.1, 8, 9) zur Außenseite des Gehäuseteils (1) weisend konvex gekrümmt ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerelemente (5, 5.1, 8, 9) als Profile ausgeführt sind.
Batteriegehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mit Abstand zueinander angeordneten Trägerelemente des Gehäuseteils einander bezüglich der Wannenstruktur (7) gegenüberliegende Rahmenteile (5, 5.1) sind.
Batteriegehäuse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in die Wannenstruktur (7) ein oder mehrere, an die Rahmenteile (5, 5.1) angeschlossene Längs- und/oder Querstreben (8, 9) als weitere Trägerelemente eingesetzt sind und dass das Bodenteil (10) jeweils zwischen zwei benachbarten Trägerelementen (5, 5.1, 9) in seiner Spannweite zur Außenseite des Gehäuses (1) weisend konvex gekrümmt ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (10) in seiner Spannweite zwischen zwei Trägerelementen (5, 5.1, 8, 9) einachsig gekrümmt ist und in Querrichtung zur Krümmungsrichtung Versteifungsstrukturen aufweist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Querstrukturierung als Wellenform ausgeführt ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich diese Versteifungsstrukturen wenigstens zwischen zwei Trägerelementen erstrecken.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die gekrümmte Spannweite des Bodenteils (10) zwischen zwei benachbarten Trägerelementen (5, 5.1, 8, 9) in einen Anbindungsabschnitt übergeht, mit dem das Bodenteil an das jeweilige Trägerelement angeschlossen ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (10) ein umgeformtes Stahlblech- oder Aluminiumbauteil ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des Bodenteils (10) durch ein Abschlussteil (11) verblendet ist.
Batteriegehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Abschlussteil ein Stahlblechteil oder ein Aluminiumblechteil ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (10) unterhalb einer Bodenplatte (4) Teil einer Bodengruppe (3) ist.
Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Bodenteil (10) mehrteilig ausgebildet ist und/oder sich jeweils unterhalb wenigstens eines Teilbereichs wenigstens eines Batteriemoduls erstreckt.
Batteriegehäuse nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (4) unterseitig Kühlpaneele (16) trägt.