DE102018130503A1

DE102018130503A1 - Anordnung zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018130503A1
Application number: DE102018130503.6A
Authority: DE
Inventors: Johannes Hasselbach
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-11-30
Filing date: 2018-11-30
Publication date: 2020-06-04

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Abstützanordnung zum Aufprallschutz für einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, umfassend:- einen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher;- eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil dieser mit einem im Kraftfahrzeug über dem Energiespeicher angeordneten Fahrzeugbodenabschnitt, in den ein in der Fahrzeugkarosserie ausgebildeter Lastpfad mündet; und- ein oder mehrere zwischen dem Energiespeicher und dem Fahrzeugbodenabschnitt angeordnete, sich entlang des Fahrzeugbodenabschnitts erstreckende längliche steife Abstützprofile, die in jeweils zugehörige längliche Einbuchtungen des Fahrzeugbodenabschnitts eintauchen, wobei die Einbuchtungen auf der vom Energiespeicher abgewandten Seite des Fahrzeugbodenabschnitts lokale Erhöhungen bilden,- wobei mindestens eines der Abstützprofile zur Abstützung des Lastpfades als dessen Teil oder eine im Wesentlichen parallele und/oder unmittelbare Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts ausgebildet ist und insbesondere außerhalb einer mittigen Fahrzeugbodenlängsachse oder diese kreuzend verläuft.

Description

Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Schutz eines elektrischen Energiespeichers, insbesondere eines Hochvoltspeichers, in einem Kraftfahrzeug, wie z. B. einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug. Insbesondere richtet sich die Erfindung auf Schutzmaßnahmen gegen eine mechanische Beschädigung und elektrische Kontaktierung elektrischer Speicherzellen und stromführender Elemente des Energiespeichers im Falle eines Unfalls.
Technischer Hintergrund
Elektrische Energiespeicher, wie z.B. Hochvoltspeicher (HVS), aus mehreren elektrisch miteinander verschalteten und zu kompakten Modulen und Modulreihen zusammengefassten elektrischen Speicherzellen werden in Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antrieb, wie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen, als Quellen elektrischer Antriebsenergie verwendet. Eine bekannte Einbaulage eines Energiespeichers ist beispielsweise in Form eines großflächigen Flachspeichers, der sich unter dem Fahrzeugboden im Bereich der Fahrgastzelle erstreckt.
Eine Verformung eines über dem Energiespeicher liegenden, den Fahrzeugboden bildenden Karosserieteils bei einem Unfall, die zu einer mechanischen Beschädigung oder einer elektrischen Kontaktierung der elektrischen Speicherzellen durch die Karosserie führen würde, muss weitgehend verhindert werden. Jedoch sind aussteifenden Karosseriestrukturen unmittelbar über dem Flachspeicher durch deren insgesamt zu minimierende vertikale Abmessung (z-Maßkette) Grenzen gesetzt, damit eine erforderliche Speicherhöhe und zugleich eine möglichst geringe Fahrzeughöhe und -Masse sowie eine im Hinblick auf die Ergonomie und Insassenkomfort erforderliche Fahrzeugbodenlage erreicht sein können. Zudem ist für die HVS-Montage in der Regel eine sogenannte Fügeumluft zwischen dem HVS und dem Fahrzeugboden einzuhalten.
Daher schlägt beispielsweise DE 10 2012 203 892 A1 vor, zur Erhöhung einer Gesamtsteifigkeit der Fahrzeugkarosserie einen in Fahrzeugquerrichtung mittig unter einer Bodenstruktur der Karosserie im Bereich der Fahrgastzelle angebrachten Energie- bzw. Hochvoltspeicher als ein tragendes Karosseriebauteil auszubilden. Spezifisch werden für den Energiespeicher tragende Gehäusewände mit einem in Fahrzeugquerrichtung mittig verlaufenden Längssteg beschrieben, der sich im Inneren des Energiespeichers über dessen gesamte Höhe und Länge erstreckt. Zur Vermeidung unerwünschter Schwingungen des schweren Energiespeichers wird der Längssteg an einem W-förmigen Stegblech angebunden, das oberhalb des Längsstegs in einer in Fahrzeugquerrichtung mittigen kleinen Ausbuchtung der Bodenstruktur verläuft. Durch das steife Gehäuse des Hochvoltspeichers zusammen mit dem Längssteg wird eine homogene Lastableitung für verschiedene Unfallarten gewährleistet.
Andererseits ist es zu einer gezielten Kraftaufnahme beispielsweise für einen Frontalaufprall bekannt, in der Fahrzeugkarosserie zwei obere Längs-Lastpfade jeweils deutlich abseits der mittigen Fahrzeuglängsachse vorzusehen, die im Vorderwagen z. B. als Motorlängsträger in einem vertikalen Versatz nach unten in den Fahrzeugboden hinein vor dem darunter angeordneten Flachspeicher laufen. Zudem wird z. B. bei einem Frontalaufprall typischerweise über einen unteren Längs-Lastpfad und über die Vorderachse ebenfalls eine Last von vorne in den Bodenbereich eingeleitet. Bei einer derartigen Lasteinleitung aus dem Vorderwagen kann allerdings ein Risiko bestehen, dass der Energiespeicher bei einem Unfall durch die Rohkarosserie von vorne und von oben beaufschlagt wird. Schutzmaßnahmen für die gegen Beaufschlagung sensitiven elektrischen Speicherzellen im HVS benötigen einen zusätzlichen z-Bauraum; versteifende Zusatz-Strukturen führen zudem zu einem Mehrgewicht. Beides ist aber im Kraftfahrzeug zu minimieren.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung zum Schutz eines Energiespeichers, insbesondere eines Hochvoltspeichers, in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, bereitzustellen, die einen effektiven Schutz des Energiespeichers vor Beschädigung im Falle eines Unfalls bei gleichzeitiger Einhaltung vorbestimmter Anforderungen an die vertikale Maßkette und/oder die Ergonomie und den Insassenkomfort bietet.
Offenbarung der Erfindung
Diese Aufgabe wird durch eine Abstützanordnung gemäß Anspruch 1 sowie ein entsprechendes Kraftfahrzeug gemäß den nebengeordneten Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Alle in den Ansprüchen und der Beschreibung für die Abstützanordnung genannten weiterführenden Merkmale und Wirkungen gelten auch in Bezug auf das Kraftfahrzeug, wie auch umgekehrt.
Gemäß einem ersten Aspekt ist eine Abstützanordnung zum Aufprallschutz eines Energiespeichers, insbesondere eines Hochvoltspeichers, für ein Kraftfahrzeug, beispielsweise für ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug zu dessen Versorgung mit Antriebsenergie, vorgesehen. Die Abstützanordnung umfasst erstens einen Energiespeicher, insbesondere einen Hochvoltspeicher. Ferner umfasst die Abstützanordnung eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil dieser mit einem im Kraftfahrzeug in vertikaler Richtung (in einem gängigen Fahrzeugkoordinatensystem auch z-Richtung genannt) über dem Energiespeicher angeordneten Fahrzeugbodenabschnitt, in den ein in der Fahrzeugkarosserie zur gerichteten Kraftaufnahme im Falle eines Unfalls ausgebildeter Lastpfad mündet. Ferner umfasst die Abstützanordnung ein oder mehrere sich entlang des Fahrzeugbodenabschnitts erstreckende längliche steife Abstützprofile, die zwischen dem Energiespeicher und dem sich oberhalb von diesem erstreckenden Fahrzeugbodenabschnitt (insbesondere auf, unter oder in einem Deckel des Energiespeichers) angeordnet sind und jeweils in eine zugehörige längliche Einbuchtung, insbesondere Verprägung, des Fahrzeugbodenabschnitts eintauchen, wobei die Einbuchtungen auf der vom Energiespeicher abgewandten Seite des Fahrzeugbodenabschnitts lokale Erhöhungen bilden.
Mindestens eines dieser Abstützprofile ist zur Abstützung des genannten Lastpfades als dessen Teil oder eine im Wesentlichen parallele und/oder unmittelbare Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts ausgebildet. Der Lastpfad kann z. B. als ein oberer oder unterer Längs-Lastpfad (beispielsweise kommend aus dem Vorderwagen und daher nachfolgend Vorderwagen-Lastpfad genannt) ausgebildet sein. Insbesondere kann das genannte mindestens eine Abstützprofil außerhalb einer mittigen Fahrzeugbodenlängsachse oder diese kreuzend verlaufen, wobei die mittige Fahrzeugbodenlängsachse im Kraftfahrzeug vertikal unter einer mittigen Fahrzeuglängsachse parallel zu dieser verläuft.. (Hierin bedeutet „im Wesentlichen“ insbesondere eine herstellungs- oder konstruktionsbedingte mögliche Abweichung von bis zu etwa 10 bis 20 % von betreffenden Raumrichtungen, Abmessungen oder Anteilen.) Neben dem mindestens einen zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildeten Abstützprofil kann die Abstützanordnung - muss jedoch nicht - noch weitere, zusätzliche Abstützprofile der oben allgemeiner angegebenen Art aufweisen.
Das mindestens eine zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildete Abstützprofil ist also ausgebildet und in Bezug auf den Fahrzeugbodenabschnitt angeordnet, so dass es die über den jeweiligen in der Fahrzeugkarosserie vorgesehenen Lastpfad (auch Unfalllastpfad oder Crashlastpfad genannt) in den Fahrzeugbodenabschnitt bei einem Unfall eingeleitete Beaufschlagung der (Roh-)Karosserie gezielt abstützt, d. h. die Aufprallkräfte, die bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs den Weg über den betreffenden Lastpfad nehmen, an der Stelle und in der Richtung robust auffängt, an/in der sie in den Fahrzeugbodenabschnitt eingeleitet werden. Dadurch kann insbesondere eine Verbiegung oder ein Ausknicken des Fahrzeugbodenabschnitts, die den darunter liegenden Energiespeicher beschädigen könnten, gezielt und damit am effektivsten verhindert werden. Anders als im obigen Stand der Technik folgen die Positionierung und die Geometrie eines solchen Abstützprofils somit nicht einfach dem Verlauf einer internen Versteifungsstruktur des Energiespeichers (wie einem mittigen Längssteg) und auch nicht zwangsläufig dem Verlauf einer mittigen Fahrzeubodenglängsachse, sondern einer spezifischeren durch den Lastpfad vorgegebenen Richtung.
Durch das Eintauchen eines jeden Abstützprofils in eine zugehörige lokale Einbuchtung, wie z. B. eine in der genannten z-Richtung nach unten offene im Querschnitt U-förmige Verprägung, des Fahrzeugbodenabschnitts, deren horizontaler Verlauf demjenigen des Abstützprofils entspricht, wird beispielsweise eine maximale Profilhöhe bei vorgegebener Gesamt-z-Maßkette ermöglicht. Durch die entsprechende Erhöhung des Fahrzeugbodens nach oben nur lokal über dem Abstützprofil können dessen Auswirkungen auf die Fahrzeuginnenraum-Maßkette, die z. B. die Bodenverkleidung, Ergonomie, Akustik und vieles mehr betreffen können, minimiert werden. Insbesondere können die Geometrie und Position des jeweiligen Abstützprofils bezüglich des Fahrzeugbodenabschnitts auf die Minimierung derartiger Auswirkungen hin optimiert sein. Die Abstützanordnung der hierin dargelegten Art kann sich auch beispielsweise gezielt ausschließlich in bei einem Unfall besonders beanspruchten Bereichen des Fahrzeugbodens erstrecken.
Der Energiespeicher kann insbesondere einen Hochvoltspeicher der eingangs erwähnten Art für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, wie ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, darstellen und sich beispielsweise in Form eines großflächigen Flachspeichers aus mehreren zu kompakten Modulen und Modulreihen verschalteten und zusammengefassten elektrischen Speicherzellen im Bereich der Fahrgastzelle, z. B. im Wesentlichen parallel zum Fahrzeugbodenabschnitt, erstrecken. Es kann aber auch ein beliebiger andersartiger Energiespeicher sein, der ebenfalls gegen eine Beschädigung im Falle eines Unfalls zu schützen ist.
Ein Abstützprofil der hierin dargelegten Art kann sich entlang des Fahrzeugbodenabschnitts über eine beliebige zur hierin beschriebenen Schutzfunktion für den Energiespeicher geeignete Länge erstrecken, z. B. etwa über ein Viertel, Drittel, eine Hälfte oder eine gesamte Länge in Richtung der Fahrzeugbodenlängsachse (bei einem Längsprofil) oder Breite in hierzu senkrechter Richtung (bei einem Querprofil) des Fahrzeugbodenabschnitts oder darüber hinaus. Es kann aus jedem zur geschilderten Funktion geeigneten Material, insbesondere aus Metall etc., gefertigt sein.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Abstützprofil zur Abstützung eines oben erwähnten oberen Vorderwagen-Lastpfads ausgebildet und erstreckt sich als dessen Teil oder im Wesentlichen parallele Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts, so dass dieses Abstützprofil bei einem Frontalaufprall über den genannten Lastpfad nach unten und horizontal schräg und/oder in Fahrzeugbodenlängsrichtung eingeleitete Aufprallkräfte aufnimmt, um deren Einwirkung auf elektrische Speicherzellen des Energiespeichers oder eine sonstige Beschädigung des Energiespeichers zu verhindern. Dieses Abstützprofil bildet somit eine logische Fortsetzung und Abstützung eines solchen, insbesondere als Motorlängsträger-Lastpfad ausgebildeten Lastpfades in den Bodenbereich des Kraftfahrzeugs.
In einem Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Insassensitzen kann sich ein solches Abstützprofil insbesondere im Wesentlichen mittig unter einem Insassensitz (beispielsweise für den Fahrer oder einen Beifahrer unter einem Vordersitz) in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken. Neben einer besonders effektiven Schutzwirkung einer derartigen mittigen Anordnung des steifen Abstützprofils unter dem Insassensitz kann eine entsprechende lokale Erhöhung des Fahrzeugbodens und/oder lokale Reduzierung anderer Bodenschichten insbesondere auch im Hinblick auf die Ergonomie und/oder eine akustische Dämmschicht besonders gut tolerierbar sein. Alternativ oder zusätzlich kann das Gleiche analog auch im hinteren Teil des Fahrzeugbodenabschnitts für den Fall eines Heckaufpralls vorgesehen sein.
Gemäß einer Weiterbildung der obigen Ausführungsform weist die Abstützanordnung zwei oder mehr derartige Abstützprofile zur Abstützung jeweils eines der entsprechend zwei oder mehr zugehörigen Frontalaufprall- oder Heckaufprall-Lastpfade auf, wie z. B. für den Fahrer und einen oder mehrere Beifahrer auf Vordersitzen und/oder für mehrere Fahrgäste im Fond des Kraftfahrzeugs.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung erstreckt sich mindestens eines der Abstützprofile transversal, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, zur Fahrzeugbodenlängsrichtung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts. Es kann sich dabei insbesondere um ein oder mehrere zur Abstützung jeweils eines Seitenaufprall-Lastpfades, z. B. als dessen Teil oder im Wesentlichen parallele Fortsetzung, ausgebildete Abstützprofile oder aber um oben erwähnte zusätzliche Abstützprofile handeln. Insbesondere durch eine Kombination mit der obigen Ausführungsform kann dadurch ein besonders effektiver Aufprallschutz für den Energiespeicher und auch die Fahrgastzelle für alle Unfallarten, d. h. aus allen Richtungen, erzielt werden.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung stützt sich mindestens eines der Abstützprofile auf im Energiespeicher vorhandenen internen Versteifungsstrukturen, wie z. B. Quer- oder Längsspanten, -Stegen oder -Streben, ab, so dass bei einem Unfall über dieses Abstützprofil eingeleitete Aufprallkräfte von den Versteifungsstrukturen aufgefangen werden, um deren Einwirkung auf elektrische Speicherzellen des Energiespeichers oder eine sonstige Beschädigung des Energiespeichers zu verhindern. Hierzu kann ein solches Abstützprofil in horizontaler Richtung z. B. transversal, insbesondere rechtwinklig, zu den internen Versteifungsstrukturen des Energiespeichers ausgerichtet sein und diese somit in einer Art überbrücken. Es kann sich hierbei sowohl um ein zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildetes als auch um ein zusätzliches Abstützprofil im obigen Sinne handeln. Bei dieser Ausgestaltung kann mit einer geringen Anzahl interner Versteifungsstrukturen und daher einem großen verfügbaren Speicherplatz im Energiespeicher gleichzeitig ein zuverlässiger Aufprallschutz gegen von außen einwirkende Kräfte gewährleistet sein.
In einer hierzu alternativen oder zusätzlichen Ausführung kann sich das Abstützprofil (oder die Abstützprofile) auch maßgeblich oder anteilig auf vorbestimmten gegenüber einer Beaufschlagung weniger sensitiven Bereichen des Energiespeichers abstützen. Gemeint sind Bereiche des Energiespeichers, welche die zu erwartenden Reaktionskräfte ertragen können, ohne einen kritischen Zustand (insbesondere einen Kurzschluss bzw. elektrische Kontaktierung elektrischer Speicherzellen) zu erzeugen.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung erstreckt sich mindestens eines der Abstützprofile brückenförmig über dem Energiespeicher, insbesondere über den elektrischen Speicherzellen des Energiespeichers, so dass eine Durchbiegung oder sonstige Verformung dieses Abstützprofils bei einem Unfall zu keiner Krafteinwirkung auf einen dadurch überbrückten Bereich des Energiespeichers und insbesondere zu keiner Kontaktierung der elektrischen Speicherzellen führt. Hierzu kann sich ein solches Abstützprofil beispielsweise in obiger Weise auf im Energiespeicher vorhandenen internen Versteifungsstrukturen und/oder vorbestimmten weniger sensitiven Bereichen abstützen, sodass die Letzteren als Brückenpfeiler für die Krafteinleitung dienen. Alternativ oder zusätzlich kann es eine Form und Struktur besitzen, die eine Verformung in einer Richtung weg vom überbrückten Bereich begünstigen. Auch hier kann es sich sowohl um ein zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildetes als auch um ein zusätzliches Abstützprofil im obigen Sinne handeln.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist eine Position, Dimensionierung und/oder geometrische Form der jeweiligen lokalen Erhöhung des Fahrzeugbodenabschnitts im Hinblick auf die Ergonomie oder den Insassenkomfort des Fahrzeuginnenraums, insbesondere im Hinblick auf die Ausgestaltung einer akustischen Dämmschicht, optimiert. Auch hier kann es sich sowohl um ein zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildetes als auch um ein zusätzliches Abstützprofil im obigen Sinne handeln.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist mindestens eines der Abstützprofile ein Hohlprofil. Dadurch kann insbesondere dessen Masse bei gleichzeitig sehr hohen Steifigkeit reduziert werden, zudem kann der Hohlraum als Knautschzone zur gezielten Verformung und Kraftableitung nach innen dienen. Alternativ kann das Abstützprofil aber auch ein Vollprofil oder bezüglich einer Profillängsrichtung seitlich teils offenes Profil darstellen, was wiederum Vorteile für dessen Festigkeit und/oder Fähigkeit zur Kraftaufnahme haben kann. Auch hier kann es sich sowohl um ein zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildetes als auch um ein zusätzliches Abstützprofil im obigen Sinne handeln.
Bei einer spezifischen Ausgestaltung ist zwischen mindestens einem der Abstützprofile und dem Fahrzeugbodenabschnitt eine nachgiebige Puffer-Zwischenschicht, beispielsweise aus einem Elastomer, angeordnet. Diese kann sich insbesondere nur innerhalb oder in einem Teilbereich der jeweiligen lokalen vertikalen Einbuchtung erstrecken und damit unter der wie weiter oben beschrieben gewährleisteten Berücksichtigung der Gesamt-z-Maß-/Toleranzketten für eine direkte mechanische Ankopplung des Energiespeichers an den Fahrzeugboden sorgen, um beispielsweise Blechschwingungen des an einigen wenigen Zugankern im Kraftfahrzeug aufgehängten Energiespeichers zu beruhigen. Auch hier kann es sich sowohl um ein zur Abstützung eines Lastpfades ausgebildetes als auch um ein zusätzliches Abstützprofil im obigen Sinne handeln.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug, vorgesehen, das eine Abstützanordnung der hierin dargelegten Art umfasst, wobei die oben genannte mittige Fahrzeugbodenlängsachse vertikal unter einer mittigen Fahrzeuglängsachse und parallel zu dieser verläuft.
Figurenliste
Die obigen Aspekte der Erfindung und deren Ausführungsformen und spezifische Ausgestaltungen werden nachfolgend anhand der in den beigefügten Zeichnungen dargestellten Beispiele näher erläutert. Die Zeichnungen sind rein schematisch, sie sind insbesondere nicht als maßstabsgetreu zu lesen. Ähnliche oder einander entsprechende Elemente sind darin mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Es zeigen:

1a eine perspektivische Ansicht einer Abstützanordnung gemäß der obigen Ausführungsform zum Aufprallschutz eines Energiespeichers in einem Kraftfahrzeug schräg von der Seite (y-Schnitt im gängigen Fahrzeugkoordinatensystem);
1b eine vereinfachte perspektivische Teildarstellung der Abstützanordnung der 1a ohne einen der Vorderwagen-Lastpfade und teilweise im Querschnitt schräg von oben (x-Schnitt im gängigen F ahrzeugkoord inatensystem);
1c eine weitere vereinfachte perspektivische Teildarstellung der Abstützanordnung der 1a ohne vordere Lastpfad- und Befestigungselemente schräg von vorne;
2 einen schematischen Längsschnitt der Abstützanordnung der 1a mit dem darunter angeordneten Energiespeicher; und
3 eine weitere perspektivische Ansicht der Abstützanordnung der 1a mit teils im Längsschnitt dargestellten internen Versteifungsstrukturen eines darunter angeordneten Energiespeichers.

Beschreibung von Ausführungsformen
Alle weiter oben in der Beschreibung und in den nachfolgenden Ansprüchen erwähnten verschiedenen Ausführungsformen, Varianten und spezifischen Ausgestaltungsmerkmale der Abstützanordnung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und des Kraftfahrzeugs gemäß dem weiteren Aspekt können bei den in den 1 bis 3 gezeigten Beispielen implementiert sein. Sie werden daher nachfolgend nicht alle nochmals wiederholt. Das Gleiche gilt entsprechend für die weiter oben bereits angegebenen Begriffsdefinitionen und Wirkungen in Bezug auf einzelne Merkmale, die in den 1 bis 3 gezeigt sind.
1a zeigt in einer schematischen perspektivischen Ansicht eine Abstützanordnung 1 gemäß der obigen Ausführungsform zum Aufprallschutz eines Energiespeichers, insbesondere eines Hochvoltspeichers, in einem Kraftfahrzeug (nicht gezeigt) schräg von der Seite. Der Energiespeicher selbst ist in 1a-1c einfachheitshalber nicht dargestellt, seine Umrisse sind in 2 und 3 angedeutet.
Die Abstützanordnung 1 weist einen sich im Kraftfahrzeug über dem Energiespeicher erstreckenden Fahrzeugbodenabschnitt 2 auf, der in diesem Beispiel Teil einer Rohkarosserie des Kraftfahrzeugs im Bereich der Fahrgastzelle ist. Ferner umfasst die Abstützanordnung 1 mindestens ein zwischen dem Energiespeicher und dem Fahrzeugbodenabschnitt 2 (in 1a rein beispielhaft unter einem Deckel 3 des Energiespeichers) angeordnetes steifes Abstützprofil 4, das von unten in eine zugehörige lokale vertikale Einbuchtung mit einer entsprechenden Erhöhung 2a des Fahrzeugbodenabschnitts 2 auf der anderen Seite eintaucht (vgl. 1b, wo das Abstützprofil 4 rein beispielhaft als Hohlprofil dargestellt ist).
Das in 1a gezeigte Abstützprofil 4 ist zur Abstützung eines Lastpfades 5a und/oder 5b ausgebildet und verläuft in 1a entlang des Fahrzeugbodenabschnitts 2 außerhalb einer mittigen Fahrzeugbodenlängsachse (nicht gezeigt), d. h. außerhalb einer mittigen Position der Fahrzeugquerrichtung (y₀ im gängigen Fahrzeugkoordinatensystem). Der Lastpfad 5a und/oder 5b (die gestrichelte Linie des Lastpfades 5b deutet z. B. eine mögliche Richtung seiner weiteren Erstreckung in den Fahrzeugbodenabschnitt 2 an) ist in diesem Beispiel ein oberer Vorderwagen-Lastpfad des Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Motorlängsträger-Lastpfad, und das zu dessen Abstützung ausgebildete Abstützprofil 4 ist ausgebildet und erstreckt sich als dessen im Wesentlichen parallele Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts 2, so dass es bei einem Frontalaufprall über den Lastpfad 5a und/oder 5b nach unten und in Fahrzeuglängsrichtung eingeleitete Aufprallkräfte aufnimmt, um deren Einwirkung auf elektrische Speicherzellen des Energiespeichers oder eine sonstige Beschädigung des Energiespeichers effektiv zu verhindern. Dieses Abstützprofil 4 bildet somit im Hinblick auf die Krafteinleitung eine parallele und/oder unmittelbare Fortsetzung und somit Abstützung des Motorlängsträger-Lastpfades 5a-5b in den Bodenbereich des Kraftfahrzeugs. Insbesondere kann sich das Abstützprofil 4 im Kraftfahrzeug im Wesentlichen mittig unter einem Insassensitz (beispielsweise jeweils ein Abstützprofil 4 für den Fahrer und einen Beifahrer auf einem Vordersitz) erstrecken. Die Abstützanordnung 1 kann, wie weiter oben im Detail dargelegt, neben dem in 1a gezeigten Abstützprofil 4 eine beliebige geeignete Anzahl weiterer Abstützprofile einer ähnlichen oder anderen Ausgestaltung der hierin dargelegten Art aufweisen.
Ferner ist in 1a rein beispielhaft eine nachgiebige Puffer-Zwischenschicht 6 zwischen dem Abstützprofil 4, bzw. dem in diesem Beispiel darüber angeordneten Deckel 3 des Energiespeichers, und dem Fahrzeugbodenabschnitt 2 angeordnet. Diese sorgt für eine direkte mechanische Ankopplung des Energiespeichers bzw. in 1a dessen Deckels 3 an den Fahrzeugbodenabschnitt 2, um beispielsweise Blechschwingungen des an Zugankern aufgehängten Energiespeichers (vgl. 2) zu beruhigen. Die nachgiebige Puffer-Zwischenschicht 6 hat in 1a rein beispielhaft einen ungefähr rechteckigen Querschnitt und erstreckt sich rein beispielhaft über die gesamte Länge des Abstützprofils 4 in einer eigens hierzu vorgesehenen Nut 3a im Deckel 3 des Energiespeichers. Sie kann aus jedem geeigneten Material, beispielsweise einem Elastomer, z. B. durch Einspritzen hergestellt sein.
Im vorderen Teil der 1a sind diverse Befestigungselemente zum Anbringen der Abstützanordnung 1 und des Energiespeichers im Kraftfahrzeug zu sehen, die weiter unten anhand der 2 erläutert werden.
1b zeigt eine vereinfachte perspektivische Teildarstellung der Abstützanordnung 1 der 1a zur besseren Übersichtlichkeit ohne Lastpfad 5a-5b und teilweise im Querschnitt schräg von oben, um das Eintauchen des Abstützprofils 4 in die zugehörige Einbuchtung mit einer entsprechenden lokalen vertikalen Erhöhung 2a des Fahrzeugbodenabschnitts 2 auf der anderen Seite zu verdeutlichen. In diesem Beispiel sind die Einbuchtung und die Erhöhung 2a als eine nach unten offene U-förmige Verprägung des Fahrzeugbodenabschnitts 2 ausgebildet, deren horizontaler Verlauf demjenigen des Abstützprofils 4 entspricht. Durch die Erhöhung des Fahrzeugbodens nach oben nur lokal über dem Abstützprofil 4 können dessen Auswirkungen auf eine Fahrzeuginnenraum-Maßkette, die z. B. die Bodenverkleidung, Ergonomie, Akustik und vieles mehr betreffen können, minimiert werden.
Wie man in 1b ferner erkennt, ist das Abstützprofil 4 in diesem Beispiel als ein Hohlprofil ausgebildet, was beispielsweise zur Gewichtsreduktion bei vergleichbarer Steifigkeit des Abstützprofils 4 und/oder zur Verformungsmöglichkeit ins Innere des Hohlprofils bei Lasteinleitung beitragen kann.
1c zeigt eine weitere vereinfachte perspektivische Teildarstellung der Abstützanordnung 1 der 1a zur besseren Übersichtlichkeit ohne einen der in 1a gezeigten Vorderwagen-Lastpfade schräg von vorne, um die anhand der 1a und 1b beschriebene gegenseitige Anordnung des Abstützprofils 4, des Deckels 3 des Energiespeichers 7 (siehe 2), des Lastpfads 5a und des Fahrzeugbodenabschnitts 2 nochmals aus der anderen Perspektive zu veranschaulichen.
2 zeigt einen schematischen Längsschnitt der Abstützanordnung 1 der 1a mit dem darunter angeordneten Energiespeicher 7 (z. B. Hochvoltspeicher in Flachbauweise unter der Fahrgastzelle) in einem Kraftfahrzeug (nicht dargestellt). Wie in Bezug auf 1a-1c beschrieben, weist die Abstützanordnung 1 mindestens ein beispielsweise zwischen dem Energiespeicher 7 und dem Fahrzeugbodenabschnitts 2 direkt unter dem Deckel 3 des Energiespeichers angeordnetes Abstützprofil 4 zur Abstützung des Motorlängsträger-Lastpfads 5a/5b.
Die Module des Energiespeichers 7 können im Kraftfahrzeug z. B. an einer zugehörigen Befestigungseinrichtung 8 mittelst einer Befestigungsschraube 9 am in 2 gezeigten Zuganker 7a aufgehängt sein. Wie in 2 angedeutet, können die Befestigungseinrichtung 8 und die Befestigungsschraube 9 rein beispielhaft in einer platz- und gewichtsparenden Weise gleichzeitig auch zur Befestigung des Abstützprofils 4 (im in 2 dargestellten Ausschnitt rein beispielhaft über dessen Fuß 4b) verwendet werden (Der Schraubenkopf ist durch ein Kreuz angedeutet).
3 zeigt eine weitere perspektivische Ansicht der Abstützanordnung 1 der 1a-2 mit teils im Fahrzeuglängsschnitt dargestellten internen Versteifungsstrukturen des darunter angeordneten Energiespeichers 7 (vgl. 2, in 3 ist der Energiespeicher 7 durch dessen Bodenplatte 7b angedeutet).
Bei der in 3 gezeigten Ausgestaltung stützt sich das Abstützprofil 4 auf internen Versteifungsstrukturen 10a, 10b und 10c (in diesem Beispiel Querspanten) des Energiespeichers 7 (siehe 2) ab, so dass bei einem Unfall über dieses Abstützprofil 4 (in 3 rein beispielhaft über dessen Füße 4b und 4c und die Befestigungseinrichtung 8 in die Versteifungsstrukturen 10b und 10c) eingeleitete Aufprallkräfte von den Versteifungsstrukturen 10a, 10b und 10c aufgefangen werden, um deren Einwirkung auf elektrische Speicherzellen des Energiespeichers 7 oder dessen sonstige Beschädigung zu verhindern. Hierzu ist das Abstützprofil 4 in horizontaler Richtung rechtwinklig zu den internen Versteifungsstrukturen 10a, 10b und 10c des Energiespeichers 7 ausgerichtet, sodass es diese überbrückt. Die Versteifungsstrukturen 10a, 10b und 10c dienen dabei als Brückenpfeiler für die Krafteinleitung aus dem darauf abgestützten Abstützprofil 4. Letzteres ist auch brückenförmig über dem Energiespeicher 7 ausgebildet (beispielsweise in einer der weiter oben im Detail beschriebenen verschiedenen Weisen), so dass eine Durchbiegung oder sonstige Verformung dieses Abstützprofils 4 bei einem Unfall zu keiner Krafteinwirkung auf einen dadurch überbrückten Bereich des Energiespeichers 7 und insbesondere zu keiner Kontaktierung der elektrischen Speicherzellen führt. In einer alternativen Ausführung kann die Abstützung auf vorbestimmten Bereichen des Energiespeichers erfolgen, welche die zu erwartenden Reaktionskräfte abstützen können, ohne einen kritischen Zustand (z.B. Kurzschluss) zu generieren.
Bezugszeichenliste

1: Abstützanordnung
2: Fahrzeugbodenabschnitt
2a: lokale Erhöhung des Fahrzeugbodenabschnitts
3: Deckel des Energiespeichers
3a: Nut im Deckel des Energiespeichers
4: Abstützprofil
4b, 4c: Füße des Abstützprofils
5a, 5b: Lastpfad
6: nachgiebige Puffer-Zwischenschicht
7: Energiespeicher
7a: Zuganker
7b: Bodenplatte
8: Befestigungseinrichtung
9: Befestigungsschraube
10a-c: interne Versteifungsstrukturen des Energiespeichers

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012203892 A1 [0004]

Claims

Abstützanordnung (1) zum Aufprallschutz für einen Energiespeicher (7), insbesondere eines Hochvoltspeichers, für ein Kraftfahrzeug, umfassend: - den Energiespeicher (7), insbesondere den Hochvoltspeicher; - eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil dieser mit einem sich in einem Kraftfahrzeug über dem Energiespeicher (7) erstreckenden Fahrzeugbodenabschnitt (2), in den ein in der Fahrzeugkarosserie zur gerichteten Kraftaufnahme im Falle eines Unfalls ausgebildeter Lastpfad (5a, 5b) mündet; und - ein oder mehrere zwischen dem Energiespeicher (7) und dem Fahrzeugbodenabschnitt (2) angeordnete, sich entlang des Fahrzeugbodenabschnitts (2) erstreckende längliche steife Abstützprofile (4), die in jeweils zugehörige längliche Einbuchtungen des Fahrzeugbodenabschnitts (2) eintauchen, wobei die Einbuchtungen auf der vom Energiespeicher (7) abgewandten Seite des Fahrzeugbodenabschnitts (2) lokale Erhöhungen (2a) bilden, - wobei mindestens eines der Abstützprofile (4) zur Abstützung des Lastpfades (5a, 5b) als dessen Teil oder eine im Wesentlichen parallele und/oder unmittelbare Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts (2) ausgebildet ist und insbesondere außerhalb einer mittigen Fahrzeugbodenlängsachse oder diese kreuzend verläuft.
Abstützanordnung (1) nach Anspruch 1, bei der - der Lastpfad (5a, 5b) ein oberer Vorderwagen-Lastpfad, insbesondere ein Motorlängsträger-Lastpfad, ist und das mindestens eine Abstützprofil (4) zur Abstützung des Lastpfades (5a, 5b) ausgebildet ist und sich als dessen im Wesentlichen parallele Fortsetzung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts (2) erstreckt, so dass es bei einem Frontalaufprall über den Lastpfad (5a, 5b) nach unten und in Fahrzeugbodenlängsrichtung eingeleitete Aufprallkräfte aufnimmt, um eine Beschädigung des Energiespeichers (7) zu verhindern.
Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich mindestens eines der Abstützprofile (4) transversal, insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig, zur Fahrzeugbodenlängsrichtung entlang des Fahrzeugbodenabschnitts (2) erstreckt und insbesondere zur Abstützung eines Seitenaufprall-Lastpfades, vorzugsweise als dessen Teil oder im Wesentlichen parallele Fortsetzung, ausgebildet ist.
Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich mindestens eines der Abstützprofile (4) auf im Energiespeicher (7) vorhandenen internen Versteifungsstrukturen (10a, 10b, 10c) und/oder auf vorbestimmten gegenüber einer Beaufschlagung weniger sensitiven Bereichen des Energiespeichers abstützt, so dass bei einem Unfall über dieses Abstützprofil (4) eingeleitete Aufprallkräfte von den Versteifungsstrukturen (10a, 10b, 10c) und/oder den vorbestimmten Bereichen aufgefangen werden, um eine Beschädigung des Energiespeichers (7) zu verhindern.
Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der sich mindestens eines der Abstützprofile (4) brückenförmig über dem Energiespeicher (7), insbesondere über den elektrischen Speicherzellen des Energiespeichers, erstreckt, so dass eine Verbiegung oder sonstige Verformung dieses Abstützprofils (4) bei einem Unfall zu keiner Krafteinwirkung auf einen dadurch überbrückten Bereich des Energiespeichers (7) und insbesondere zu keiner Kontaktierung der elektrischen Speicherzellen führt.
Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - mindestens eines der Abstützprofile (4) ein Hohlprofil ist.
Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der - zwischen mindestens einem der Abstützprofile (4) und dem Fahrzeugbodenabschnitt (2) eine nachgiebige Puffer-Zwischenschicht (6) angeordnet ist.
Kraftfahrzeug, umfassend: - eine Abstützanordnung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mittige Fahrzeugbodenlängsachse vertikal unter einer mittigen Fahrzeuglängsachse parallel zu dieser verläuft.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 mit mehreren Insassensitzen, wobei die Abstützanordnung (1) zwei oder mehr Abstützprofile (4) zur Abstützung eines jeweils zugehörigen Lastpfades (5a, 5b), der insbesondere jeweils als ein Motorlängsträger-Lastpfad ausgebildet ist, aufweist, und wobei sich die zwei oder mehr Abstützprofile (4) insbesondere jeweils im Wesentlichen mittig unter einem Insassensitz in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.