DE102019127588B3 - Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug umfassend eine solche Energiespeicheranordnung - Google Patents

Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug umfassend eine solche Energiespeicheranordnung Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung (20) für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs anordenbare Schutzvorrichtung (30) und wenigstens ein oberhalb der Schutzvorrichtung (30) angeordnetes Batteriemodul (40), das wenigstens ein lasttragendes Batteriemodulgehäuse (42) und wenigstens ein im Inneren des Batteriemodulgehäuses (42) angeordnetes Batteriezellenpaket aufweist. Das Batteriemodulgehäuse (42) umfasst wenigstens zwei vertikal angeordnete Gehäusewände (44). Die Schutzvorrichtung (30) umfasst eine Schutzplatte (32) und wenigstens zwei oberhalb der Schutzplatte (32) angeordnete Lasteinleitungselemente (34). Die Lasteinleitungselemente (34) umfassen jeweils eine Stützfläche (36), die orthogonal zu den vertikal angeordneten Gehäusewänden (44) verläuft und unterhalb der vertikal angeordneten Gehäusewände (44) angeordnet ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Energiespeicheranordnung, insbesondere eine Hochvolt-Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug und ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug umfassend eine solche Energiespeicheranordnung.
  • Solche Energiespeicheranordnungen sind in der Regel vor mechanischen Einflüssen zu schützen. Wird die Energiespeicheranordnung in einer niedrigen Position im Kraftfahrzeug angeordnet, ist ein mechanischer Schutz auf der Unterseite des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten, im Kraftfahrzeug niedrig positionierten Energiespeicheranordnungen werden in der Regel durch eine oder mehrere Batterieschutzplatten vor mechanischen Einflüssen geschützt, die zwischen Batteriemodulen der Energiespeicheranordnung und einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs positioniert sind. Zwischen den einzelnen Batteriemodulen werden zusätzliche Längs- und/oder Querträger vorgesehen, deren Hauptfunktion die Aufnahme von Lasten mit Wirkrichtung parallel zur Fahrbahnebene ist. Die Schutzplatten werden dabei unter Lasteinwirkung zum Teil auf Biegung belastet. Die Träger zwischen den Batteriemodulen fungieren dabei als Lasteinleitungselemente, die geeignet sind, Lasten von der Schutzplatte in die Karosserie einzuleiten. Eine solche Energiespeicheranordnung ist beispielsweise aus der Druckschrift WO 2018/149762 A1 bekannt.
  • DE 10 2018 129 158 A1 offenbart eine Sicherheitsvorrichtung für eine Batterie. Die Batterie verfügt über mehrere Batteriemodule. Unterhalb der Batteriemodule erstreckt sich ein Unterbodenteil. Im Bereich des Unterbodenteils sind Streben zur Versteifung des Unterbodenteils vorgesehen. Diese Streben verfügen über Stützflächen, diese erstrecken sich unterhalb von Strukturen zwischen den Batteriemodulen.
  • DE 10 2017 215 315 A1 offenbart eine Batterieanordnung gezeigt, die mehrere Batteriemodule umfasst, wobei unterhalb der Batteriemodule pyramidenförmige Bereiche eines Unterbodenschutzes angeordnet sind.
  • CN 110 176 566 A1 offenbart eine Batterie, wobei unterhalb der Batterie Pufferelemente angeordnet sind.
  • DE 10 2017 103 653 A1 und DE 10 2016 125 697 A1 offenbaren weiteren Stand der Technik.
  • Unter der Annahme einer Lasteinwirkung auf die Batterieschutzplatte infolge eines Einfederns des Fahrzeugfahrwerks und konsekutiven Aufsetzens der Batterieschutzplatte auf einen fahrbahnfesten Gegenstand führt eine Erhöhung der Dicke der Schutzplatte bei gleichbleibendem Gesamtbauraum (Schutzplattendicke und Deformationsweg) zu einer Erhöhung der durch die Schutzplatte aufgenommenen Crashenergie und zu einer Reduzierung der durch das Fahrwegwerk abgebauten Crashenergie, da eine Erhöhung der Schutzplattendicke den Federweg des Fahrwerks reduziert. Daher ist in der Regel der benötigte Gesamtbauraum der Batterieschutzplatte nur unwesentlich durch eine Erhöhung der Schutzplattendicke reduzierbar.
  • Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeicheranordnung bereitzustellen, die sich durch einen geringen Bauraumbedarf auszeichnet. Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeicheranordnung mit einer lasttragenden Struktur vorzuschlagen, die sich durch eine Verkürzung der Biegelänge der Schutzplatte auszeichnet.
  • Die Aufgabe wird durch eine Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1 und ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 7 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung umfasst eine oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs anordenbare Schutzvorrichtung und wenigstens ein oberhalb der Schutzvorrichtung angeordnetes Batteriemodul, das wenigstens ein lasttragendes Batteriemodulgehäuse und wenigstens ein im Inneren des Batteriemodulgehäuses angeordnetes Batteriezellenpaket aufweist. Das Batteriemodulgehäuse umfasst wenigstens zwei vertikal angeordnete Gehäusewände. Die Schutzvorrichtung umfasst eine Schutzplatte und wenigstens zwei oberhalb der Schutzplatte angeordnete Lasteinleitungselemente. Die Lasteinleitungselemente umfassen jeweils eine Stützfläche, die orthogonal zu den vertikal angeordneten Gehäusewänden verläuft und unterhalb der vertikal angeordneten Gehäusewände angeordnet ist.
  • Die Begriffe oberhalb und unterhalb beziehen sich auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Energiespeicheranordnung im Kraftfahrzeug in vertikaler Richtung. Der Begriff vertikal bezieht sich ebenfalls auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Energiespeicheranordnung im Kraftfahrzeug.
  • Das Batteriemodulgehäuse kann mit der Schutzvorrichtung, insbesondere mit den Lasteinleitungselementen der Schutzvorrichtung in unmittelbarer Berührung stehen. Alternativ kann das Batteriemodulgehäuse mittelbar mit der Schutzvorrichtung verbunden sein, beispielsweise über eine Karosserie des Kraftfahrzeugs. Dabei können die Lasteinleitungselemente durch einen Luftspalt von dem Batteriemodulgehäuse beabstandet sein.
  • Stehen die Lasteinleitungselemente nicht in unmittelbarer Berührung mit dem Batteriemodulgehäuse, so sind sie derart unterhalb der vertikalen Gehäusewände des Batteriemodulgehäuses angeordnet, dass sie im Falle einer Deformation der Schutzvorrichtung bedingt durch einen Fahrzeugunfall mit dem Batteriemodulgehäuse im Bereich der vertikalen Gehäusewände in Berührung kommen.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Batteriemodulgehäuse wenigstens drei vertikal anordenbare Gehäusewände, wobei wenigstens eine der Gehäusewände als Trennwand ausgebildet ist, die das Batteriemodulgehäuse in wenigstens zwei Kammern unterteilt, in welchen jeweils ein Batteriezellenpaket angeordnet ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist das Batteriemodulgehäuse als Strangpressprofil ausgebildet. Das heißt, dass das Batteriemodulgehäuse mittels eines Strangpressverfahrens hergestellt ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind die Lasteinleitungselemente im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet und bilden ein Wellblech.
  • Alternativ dazu weisen die Lasteinleitungselemente im Wesentlichen die Form eines Hutprofils auf.
  • Gemäß einer weiteren alternativen Ausgestaltung sind die Lasteinleitungselemente als in einem In-Situ-Prozess an der Schutzplatte angespritzte Dome ausgebildet.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug umfassend eine erfindungsgemäße Energiespeicheranordnung, wobei die Schutzvorrichtung der Energiespeicheranordnung oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Batteriemodul oberhalb der Schutzvorrichtung angeordnet ist, und wobei das Batteriemodulgehäuse derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Gehäusewände des Batteriemodulgehäuses vertikal angeordnet sind.
  • Einzelheiten und weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Energiespeicheranordnung und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs werden anhand dreier nachfolgend beschriebener Ausführungsbeispiele erläutert. Dabei veranschaulicht:
    • 1: eine Schnittansicht der anmeldungsgemäßen Energiespeicheranordnung nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 2: eine perspektivische Ansicht einer Schutzvorrichtung der Energiespeicheranordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 3: eine weitere Schnittansicht der anmeldungsgemäßen Energiespeicheranordnung nach dem ersten Ausführungsbeispiel;
    • 4: eine Schnittansicht der anmeldungsgemäßen Energiespeicheranordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel; und
    • 5: eine Schnittansicht der anmeldungsgemäßen Energiespeicheranordnung nach einem dritten Ausführungsbeispiel.
  • Die Anmeldung betrifft eine Energiespeicheranordnung 20, insbesondere eine Hochvolt-Energiespeicheranordnung und ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektro- und/oder Hybridfahrzeug umfassend eine solche Energiespeicheranordnung 20.
  • Solche Energiespeicheranordnungen 20 sind in der Regel vor mechanischen Einflüssen zu schützen. Wird die Energiespeicheranordnung 20 in einer niedrigen Position im Kraftfahrzeug angeordnet, ist ein mechanischer Schutz auf der Unterseite des Kraftfahrzeugs vorteilhaft.
  • Die aus dem Stand der Technik bekannten, im Kraftfahrzeug niedrig positionierten Energiespeicheranordnungen werden in der Regel durch eine oder mehrere Batterieschutzplatten vor mechanischen Einflüssen geschützt, die zwischen Batteriemodulen der Energiespeicheranordnung und einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs positioniert sind. Zwischen den einzelnen Batteriemodulen werden zusätzliche Längs- und/oder Querträger vorgesehen, deren Hauptfunktion die Aufnahme von Lasten mit Wirkrichtung parallel zur Fahrbahnebene ist. Die Schutzplatten werden dabei unter Lasteinwirkung zum Teil auf Biegung belastet. Die Träger zwischen den Batteriemodulen fungieren dabei als Lasteinleitungselemente, die geeignet sind, Lasten von der Schutzplatte in die Karosserie einzuleiten.
  • Unter der Annahme einer Lasteinwirkung auf die Batterieschutzplatte infolge eines Einfederns des Fahrzeugfahrwerks und konsekutiven Aufsetzens der Batterieschutzplatte auf einen fahrbahnfesten Gegenstand führt eine Erhöhung der Dicke der Schutzplatte bei gleichbleibendem Gesamtbauraum (Schutzplattendicke und Deformationsweg) zu einer Erhöhung der durch die Schutzplatte aufgenommenen Crashenergie (Aufprallenergie) und zu einer Reduzierung der durch das Fahrwegwerk abgebauten Crashenergie, da eine Erhöhung der Schutzplattendicke den Federweg des Fahrwerks reduziert. Daher ist in der Regel der benötigte Gesamtbauraum der Batterieschutzplatte nur unwesentlich durch eine Erhöhung der Schutzplattendicke reduzierbar. Eine Reduzierung des Abstands der Abstützstellen der Schutzplatte an den Batteriemodulen führt zu einer Erhöhung des Lastniveaus bei der Deformation der Schutzplatte ohne den Deformationsweg für das Fahrwerk zu reduzieren.
  • Die anmeldungsgemäße Energiespeicheranordnung 20 für ein Kraftfahrzeug umfasst eine oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs anordenbare Schutzvorrichtung 30 und wenigstens ein oberhalb der Schutzvorrichtung 30 angeordnetes Batteriemodul 40, das wenigstens ein lasttragendes Batteriemodulgehäuse 42 und wenigstens ein im Inneren des Batteriemodulgehäuses 42 angeordnetes Batteriezellenpaket (nicht in den Figuren dargestellt) aufweist. Das Batteriemodulgehäuse 42 umfasst wenigstens zwei vertikal angeordnete Gehäusewände 44. Die Schutzvorrichtung 30 umfasst eine Schutzplatte 32 und wenigstens zwei oberhalb der Schutzplatte 32 angeordnete Lasteinleitungselemente 34. Die Lasteinleitungselemente 34 sind unterhalb der Gehäusewände 44 angeordnet.
  • Die Begriffe oberhalb und unterhalb beziehen sich auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Energiespeicheranordnung 20 im Kraftfahrzeug in vertikaler Richtung V. Der Begriff vertikal bezieht sich ebenfalls auf die bestimmungsgemäße Einbaulage der Energiespeicheranordnung 20 im Kraftfahrzeug.
  • Das Batteriemodulgehäuse 42 kann mit der Schutzvorrichtung 30, insbesondere mit den Lasteinleitungselementen 34 der Schutzvorrichtung 30 in unmittelbarer Berührung stehen. Alternativ kann das Batteriemodulgehäuse 42 mittelbar mit der Schutzvorrichtung 30 verbunden sein, beispielsweise über eine Karosserie des Kraftfahrzeugs. Dabei können die Lasteinleitungselemente 34 durch einen Luftspalt von dem Batteriemodulgehäuse 42 beabstandet sein.
  • Stehen die Lasteinleitungselemente 34 nicht in unmittelbarer Berührung mit dem Batteriemodulgehäuse 42, so sind sie derart unterhalb der vertikalen Gehäusewände 44 des Batteriemodulgehäuses 42 angeordnet, dass sie im Falle einer Deformation der Schutzvorrichtung 30 bedingt durch einen Fahrzeugunfall mit dem Batteriemodulgehäuse 42 im Bereich der vertikalen Gehäusewände 44 in Berührung kommen.
  • Das Batteriemodulgehäuse 42 kann wenigstens drei vertikal anordenbare Gehäusewände 44 umfassen, wobei wenigstens eine der Gehäusewände 44 als Trennwand ausgebildet sein kann, die das Batteriemodulgehäuse 42 in wenigstens zwei Kammern 46 unterteilen kann, in welchen jeweils ein Batteriezellenpaket angeordnet sein kann. Die Kammern 46 können in einer parallel zur Fahrbahn verlaufenden ersten Richtung nebeneinander angeordnet sein und sich im Wesentlichen in einer parallel zur Fahrbahn und orthogonal zur ersten Richtung verlaufenden zweiten Richtung erstrecken. Die Trennwand des Batteriemodulgehäuses 42 bildet einen weiteren zusätzlichen Lastpfad für das Batteriemodulgehäuse 42.
  • Die Gehäusewände 44 können eine vergleichsweise hohe strukturelle Steifigkeit aufweisen. Das Batteriemodulgehäuse 42 kann beispielsweise aus Aluminium gefertigt sein. Die Gehäusewände 44 dienen zur Lasteinleitung durch die Schutzvorrichtung 30.
  • Das Batteriemodulgehäuse 42 kann als Strangpressprofil ausgebildet sein.
  • Die Lasteinleitungselemente 34 sind ausreichend steif ausgebildet, derart, dass die Lasteinleitungselemente 34 zum Einleiten der Last in das Batteriemodulgehäuse 42, bzw. in die Gehäusewände 44 des Batteriemodulgehäuses 42 geeignet sind.
  • Die Schutzvorrichtung 30 kann derart ausgebildet sein, dass eine Beaufschlagung der Schutzvorrichtung 30 durch eine Kraft in Richtung der Batteriezellenpakete der Energiespeicheranordnung 20 zu einer Lasteinleitung über die Schutzplatte 32 in die Lasteinleitungselemente 34 führt.
  • Die Lasteinleitungselemente 34 umfassen wenigstens eine Stützfläche 36, die unterhalb einer der Gehäusewände 44 angeordnet ist. Die Stützfläche 36 ist orthogonal zur Gehäusewand 44, d.h. bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage im Kraftfahrzeug horizontal verlaufen.
  • Die Stützfläche 36 kann entweder unmittelbar mit dem Batteriemodulgehäuse 42 in Berührung stehen oder durch einen Luftspalt von dem Batteriemodulgehäuse 42 beabstandet sein. Ist die Stützfläche 36 von dem Batteriemodulgehäuse 42 beabstandet, so kommt die Stützfläche 36 im Falle einer Deformation der Schutzvorrichtung 30 bedingt durch einen Fahrzeugunfall mit dem Batteriemodulgehäuse 42 im Bereich der vertikalen Gehäusewände 44 in Berührung.
  • Die Lasteinleitungselemente 34 können im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet sein und ein Wellblech 31 bilden. So sind die Lasteinleitungselemente 34 der Energiespeicheranordnung 20 nach dem zweiten Ausführungsbeispiel in dieser Art und Weise wellenförmig ausgebildet. Dies ist insbesondere in 4 wiedergegeben.
  • Alternativ können die Lasteinleitungselemente 34 als Hutprofil 33 oder als in einem In-Situ-Prozess an der Schutzplatte 32 angespritzte Dome 35 ausgebildet sein.
  • Die Lasteinleitungselemente 34 der Energiespeicheranordnung 20 nach dem ersten Ausführungsbeispiel sind als ein solches Hutprofil 33 ausgebildet. Diese Ausgestaltung ist insbesondere in den 1 bis 3 dargestellt.
  • Die Lasteinleitungselemente 34 der Energiespeicheranordnung 20 nach dem dritten Ausführungsbeispiel sind als in einem in-Situ-Prozess an der Schutzplatte 32 angespritzte Dome 35 ausgebildet.
  • Das anmeldungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine anmeldungsgemäße Energiespeicheranordnung 20 wobei die Schutzvorrichtung 30 der Energiespeicheranordnung 20 oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Batteriemodul 40 oberhalb der Schutzvorrichtung 30 angeordnet ist, und wobei das Batteriemodulgehäuse 42 des Batteriemoduls 40 derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Gehäusewände 44 des Batteriemodulgehäuses 42 vertikal angeordnet sind.
  • Durch die anmeldungsgemäße Energiespeicheranordnung 20 kann das Aufprallverhalten des Kraftfahrzeugs verbessert werden. Ferner weist die anmeldungsgemäße Energiespeicheranordnung einen reduzierten Bauraumbedarf auf. Ferner kann mit der anmeldungsgemäßen Energiespeicheranordnung 20 ein Fahrzeugschwerpunkt des Kraftfahrzeugs in einfacher Weise abgesenkt werden. Dadurch kann ferner eine Dachlinie des Kraftfahrzeugs ebenfalls abgesenkt werden.

Claims (7)

  1. Energiespeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend eine oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs anordenbare Schutzvorrichtung (30) und wenigstens ein oberhalb der Schutzvorrichtung (30) angeordnetes Batteriemodul (40), das wenigstens ein lasttragendes Batteriemodulgehäuse (42) und wenigstens ein im Inneren des Batteriemodulgehäuses (42) angeordnetes Batteriezellenpaket aufweist, wobei das Batteriemodulgehäuse (42) wenigstens zwei vertikal angeordnete Gehäusewände (44) umfasst, und wobei die Schutzvorrichtung (30) eine Schutzplatte (32) und wenigstens zwei oberhalb der Schutzplatte (32) angeordnete Lasteinleitungselemente (34) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungselemente (34) jeweils eine Stützfläche (36) umfassen, die orthogonal zu den vertikal angeordneten Gehäusewänden (44) verläuft und unterhalb der vertikal angeordneten Gehäusewände (44) angeordnet ist.
  2. Energiespeicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodulgehäuse (42) wenigstens drei vertikal anordenbare Gehäusewände (44) umfasst, wobei wenigstens eine der Gehäusewände (44) als Trennwand ausgebildet ist, die das Batteriemodulgehäuse (42) in wenigstens zwei Kammern (46) unterteilt, in welchen jeweils ein Batteriezellenpaket angeordnet ist.
  3. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodulgehäuse (42) als Strangpressprofil ausgebildet ist.
  4. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungselemente (34) im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet sind und ein Wellblech (31) bilden.
  5. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungselemente (34) als Hutprofil (33) ausgebildet sind.
  6. Energiespeicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasteinleitungselemente (34) als in einem In-Situ-Prozess an der Schutzplatte angespritzte Dome (35) ausgebildet sind.
  7. Kraftfahrzeug umfassend eine Energiespeicheranordnung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Schutzvorrichtung (30) der Energiespeicheranordnung (20) oberhalb einer Bodenfreiheitslinie des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Batteriemodul (40) oberhalb der Schutzvorrichtung (30) angeordnet ist, und wobei das Batteriemodulgehäuse (42) des Batteriemoduls (40) derart an dem Kraftfahrzeug angeordnet ist, dass die wenigstens zwei Gehäusewände (44) des Batteriemodulgehäuses (42) vertikal angeordnet sind.
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