DE102022104569A1 - Traktionsbatterie-Fahrzeugboden - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) mit einer Vielzahl an selbsttragenden und in einer Horizontalebene (X,Y) angeordneten Batteriemodulen (25,251,252),wobei die Batteriemodule (25,251,252) tragend an zwei seitlichen Fahrzeugboden-Längsträgern (21,22) unmittelbar befestigt sind,wobei benachbart zu dem vordersten und/oder hintersten Batteriemodul (251,252) ein elektrisches Batteriesteuerungsmodul (32) mit einem selbsttragenden Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse (33) in der Batteriemodul-Horizontalebene (X, Y) angeordnet ist,wobei die beiden Querenden (37R,37L) des Batteriesteuerungsmodul-Gehäuses (33) jeweils mit dem korrespondierenden Längsträger (21,22) tragend strukturverbunden sind.

Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf einen Fahrzeugboden mit einer in den Fahrzeugboden integrierten Traktionsbatterie.
  • Wegen der niedrigen Schwerpunktlage, der relativ guten Crashsicherheit und der relativ guten Zugänglichkeit für Wartung, Reparatur und Austausch werden Traktionsbatterien von Batterie-Elektrischen-Fahrzeugen häufig in plattenartiger Form im Fahrzeugboden untergebracht. Eine Traktionsbatterie setzt sich aus mehreren identischen blockartigen Batteriemodulen zusammen, die jeweils eine Modulspannung von 20 bis über 200 V aufweisen können. Alle Batteriemodule können in in einer Horizontalebene angeordnet und in einem einzigen Gesamtgehäuse zusammengefasst und untergebracht sein.
  • Alternativ können die Batteriemodule durch eine geeignete Rahmenkonstruktion in einer Horizontalebene zusammengefasst und mit dem Fahrzeugrahmen verknüpft sein. Aus EP 3 345 779 B1 ist eine crashsteife Rahmenkonstruktion mit einem rechteckig geschlossenen Rahmen bekannt, in der eine Vielzahl an Batteriemodulen sowie die elektronische Batteriesteuerung crashsicher umrahmt und strukturell zusammengefasst sind.
  • Andere Strukturkonzepte für bodenseitige Traktionsbatterien sind bekannt aus DE 10 2015 216 225 A1 , EP 3267508 B1 , US 10811 645 B2 , CN 20 674 989 und CN 10 3 538 457 A .
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen einfach aufgebauten Traktionsbatterie-Fahrzeugboden mit guten Crasheigenschaften zu schaffen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Traktionsbatterie-Fahrzeugboden mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
  • Der erfindungsgemäße Traktionsbatterie-Fahrzeugboden weist eine Vielzahl an selbsttragenden und in einer einzigen Horizontalebene angeordneten Batteriemodulen auf. Die Batteriemodule weisen jeweils ein crashstabiles Batteriemodul-Gehäuse auf, das im Wesentlichen fluiddicht ausgebildet sein kann. Das Modulgehäuse kann von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ausgebildet und auf diese Weise Teil eines aktiven Kühlkreises sein. Alternativ oder ergänzend können die Batteriemodule auch durch eine aktiv gekühlte Kühlplatte unterhalb und/oder oberhalb der Batteriemodule gekühlt werden. In jedem Fall weist das Batteriemodul-Gehäuse eine Steifigkeit und Festigkeit auf, die das Batteriemodul-Gehäuse bei einem Fahrzeug-Crash gegen relevante Verformungen in Fahrzeuglängsrichtung und insbesondere in Fahrzeugquerrichtung schützt.
  • Die Batteriemodule sind an zwei seitlichen Fahrzeugboden-Längsträgern unmittelbar und tragend befestigt, die ein Strukturteil der selbsttragenden Karosseriestruktur bilden. Kein Batteriemodul ist unmittelbar an einem Querträger befestigt. Insbesondere ist kein Querträger in der Mitte der Längserstreckung der Traktionsbatterie vorgesehen. Die erforderliche Crashfestigkeit der Traktionsbatterie in Querrichtung wird im Wesentlichen oder annähernd ausschließlich durch die Batteriemodule selbst bzw. die Batteriemodule-Gehäuse hergestellt.
  • Ferner ist ein riegelförmiges elektrisches Batteriesteuerungsmodul vorgesehen, das benachbart zu dem bzw. den vordersten und/oder dem bzw. den hintersten Batteriemodul/en in der Batteriemodul-Horizontalebene angeordnet ist. Das Batteriesteuerungsmodul weist ebenfalls ein selbsttragendes und crashstabiles Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse auf, das mit seinen beiden Querenden jeweils mit dem korrespondierenden Längsträger tragend strukturverbunden ist. Das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse trägt daher zur strukturellen Stärkung des Traktionsbatterie-Gesamtverbundes bei, der aus den Batteriemodulen, dem Batteriesteuerungsmodul und den beiden Längsträgern besteht.
  • Vorzugsweise sind die Batteriemodule bzw. ihre Gehäuse jeweils als identische langgestreckte Quader ausgebildet, die mit ihrer Längserstreckung in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind und die in zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung erstreckenden Reihen mit jeweils mindestens drei Batteriemodulen angeordnet sind. Die kleinsten Seitenwände eines Batteriemodul-Gehäuses liegen also jeweils in vertikalen Längsebenen, so dass der gesamte Batteriemodul-Verband in Fahrzeug-Längsrichtung betrachtet relativ viele vertikale Gehäuse-Seitenwände aufweist, die alle in vertikalen Querebenen liegen und zusammen mit dem Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse zu einer hohen strukturellen Quersteifigkeit des Traktionsbatterie-Verbandes führen.
  • Zwischen den fahrzeugmittigen und einander zugewandten Stirnseiten der Batteriemodule kann ein Zwischenraum gebildet sein, so dass die beiden Batteriemodule einer Batteriemodul-Spalte im Falle eines seitlichen Fahrzeugcrashs sich aufeinander zu bewegen können, ohne dabei sofort unmittelbar zusammen zu stoßen.
  • Vorzugsweise ist an den beiden Querenden des Batteriesteuerungsmodul-Gehäuses jeweils eine Querkonsole angeschlossen, die jeweils die strukturelle Verbindung zwischen dem jeweiligen Fahrzeugboden-Längsträger und dem Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse herstellt. In der Regel wird nicht die gesamte Traktionsbatterie-Quererstreckung für die Unterbringung der Batteriesteuerung benötigt. Das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse kann in der Quererstreckung daher wesentlich kleiner ausfallen, als die gesamte Quererstreckung der Traktionsbatterie. Die sich hieraus ergebenden Lücken zwischen dem jeweiligen Längsträger und dem mittig platzierten Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse werden strukturell durch die beiden Querkonsolen geschlossen.
  • Das Modulgehäuse und die beiden Querkonsolen können im Wesentlichen einstückig miteinander ausgebildet sein, und können besonders bevorzugt zusammen aus einem einzigen Aluminium-Druckgussteil gebildet sein.
  • Alternativ können die beiden Querkonsolen und das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse mehrstückig ausgebildet sein, und erst nach ihrer Herstellung zusammenmontiert worden sein. Das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse kann beispielsweise im Wesentlichen ein Aluminium-Druckgussteil sein. Besonders bevorzugt sind die beiden Querkonsolen jeweils aus einem spanabhebend bearbeiteten Strangpressprofilkörper gebildet, der preiswert herstellbar ist. Die beiden Querkonsolen sind bevorzugt im wesentlichen spiegelsymmetrisch zueinander ausgebildet.
  • Vorzugsweise weisen die beiden Querkonsolen jeweils eine Fachwerkstruktur auf, die eine hohe Struktursteifigkeit bei einem niedrigen Gewicht bietet.
  • Vorzugsweise sind die vordere oder hintere Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse-Vertikalwand und die angrenzend gegenüberstehende hintere oder vordere Batteriemodul-Vertikalwand komplementär zueinander geformt, so dass sich bei einem berührenden Aufeinandertreffen der beiden genannten Vertikalwände im Crashfall die beiden genannten Vertikalwände großflächig oder annähernd vollflächig aufeinander liegen, ohne dass sich hierbei besondere Druckpunkte herausbilden. Es erfolgt im Crashfall also eine definierte und gleichmäßige Anlage der beiden genannten Vertikalwände aneinander, so dass eine Deformation der Gehäuse der Batteriemodule und des Batteriesteuerungsmoduls in der Regel weitgehend verhindert wird.
  • Besonders bevorzugt sind die beiden genannten Vertikalwände im Wesentlichen ebenförmig ausgebildet. Besonders bevorzugt stehen die beiden einander gegenüberstehenden Vertikalwände im Nicht-Crashfall mit einem Abstand von mindestens 10 mm zueinander beabstandet, so dass bei einem leichten Crashfall sich die Vertikalwände nicht berühren.
  • Im Folgenden werden zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Draufsicht auf einen Traktionsbatterie-Fahrzeugboden mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines Batteriesteuerungsmoduls,
    • 2 einen fahrzeugmittigen Längsschnitt II - II des Batteriesteuerungsmoduls des Traktionsbatterie-Fahrzeugbodens der 1,
    • 3 eine perspektivische Ansicht des Batteriesteuerungsmoduls der 2, und
    • 4 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Batteriesteuerungsmoduls.
  • In der 1 ist in Draufsicht schematisch ein Traktionsbatterie-Fahrzeugboden 20 mit einer Traktionsbatterie 250 eines batterieelektrischen Personen-Kraftfahrzeugs 10 dargestellt. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen elektrischen Traktionsmotor 12 und eine Motorsteuerung 14 auf, die durch die Traktionsbatterie 250 mit elektrischer Energie gespeist wird. Der Traktionsbatterie-Fahrzeugboden 20 ist plattenartig in einer Horizontalebene liegendend ausgebildet und ist in Fahrzeuglängsrichtung X zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet.
  • Der Traktionsbatterie-Fahrzeugboden 20 weist vorliegend zwei Reihen 23,24 mit jeweils sechs identischen Batteriemodulen 25,251,252 auf, so dass auf diese Weise sechs Spalten mit jeweils zwei identischen Batteriemodulen 25,251,252 gebildet sind. Alle Batteriemodule 25,251,252 sind in einer einzigen Horizontalebene X-Y liegend angeordnet. Alle Batteriemodule 25,251,252 sind vorliegend elektrisch in Reihe miteinander geschaltet. Jedes Batteriemodul 25,251,252 weist eine Modulspannung von beispielsweise 70 V auf. Alternativ können die Batteriemodule jedoch auch in zwei elektrischen Strängen elektrisch parallel zueinander geschaltet sein und eine Modulspannung von beispielsweise jeweils 150 V aufweisen.
  • Die Batteriemodule 25,251,252 sind jeweils quaderförmig langgestreckt ausgebildet, und sind mit ihrer Längserstreckung in Fahrzeugquerrichtung Y orientiert angeordnet. Mit ihren distalen kleinflächigen Stirnseiten bzw. Enden sind die Batteriemodule 25,251,252 jeweils tragend an einem seitlichen Fahrzeugboden-Längsträger 21,22 unmittelbar befestigt, beispielsweise mit diesem verschraubt. Die Batteriemodule 25,251,252 weisen jeweils ein fluiddichtes und crashsteifes Batteriemodul-Gehäuse 25' auf. Die proximalen Stirnseiten bzw. Enden der langgestreckten Batteriemodule 25,251,252 sind in Querrichtung Y einige Zentimeter zueinander beabstandet und sind durch Längsbleche mechanisch miteinander verbunden (nicht dargestellt). An die beiden hintersten Batteriemodule 251,252, die eine hinterste Batteriemodul-Spalte bilden, schließt sich in derselben Horizontalebene X,Y ein Batteriesteuerungsriegel 30 mit einem fahrzeugmittigen Batteriesteuerungsmodul 32; 32' an, das in einem selbsttragenden und crashstabilen Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse 33; 33' eine Batteriesteuerungselektronik 35 zur Kontrolle und Steuerung der Batteriemodule 25,251,252 einhaust.
  • In dem in den 1-3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel ist das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse 33 ein separates Aluminium-Druckgussteil, das von einer Wanne und einem aufgeschraubten Deckel gebildet wird. An den beiden Querenden 37R, 37L des Gehäuses 33 grenzt und schließt sich jeweils eine Querkonsole 341,342 an, die eine Fachwerkstruktur aufweist. Die beiden Querkonsolen 341,342 sind jeweils aus einem spanabhebend bearbeiteten Strangpress-Profilkörper 34 gebildet.
  • Jede Querkonsole 341,342 ist jeweils mit ihrem einen Querende strukturfest mit dem Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse 33 und mit ihrem anderen Querende jeweils mit dem betreffenden Fahrzeugboden-Längsträger 21,22 verbunden, beispielsweise mit Schraubbolzen 401,402 verschraubt, oder alternativ verschweißt. Auf diese Weise bildet der Batteriesteuerungsriegel 30 eine Querversteifung des Traktionsbatterie-Fahrzeugbodens 20, so dass in diesem Bereich eine karosserieseitige zusätzliche Versteifung in Querrichtung weitgehend entbehrlich ist.
  • Wie in der 2 erkennbar ist, sind die vordere Vertikalwand 39 des Batteriesteuerungsmodul-Gehäuses 33 und die angrenzend gegenüberstehende hintere Batteriemodul-Vertikalwand 29 des angrenzenden Batteriemoduls 251,252 jeweils vollständig eben ausgebildet und sind in einem Abstand A von ungefähr 15 mm beabstandet zueinander. Im Falle eines schweren Heckcrash-Ereignisses wird durch eine kleinere Deformation des Batteriesteuerungsriegels 30 daher keine Deformation der angrenzenden Batteriemodule 251,252 bewirkt. Selbst im Falle einer starken Deformation des Batteriesteuerungsriegels 30 erfolgt wegen der Glattflächigkeit der beiden einander gegenüberstehenden Vertikalwände 29,39 keine punktuelle Krafteinwirkung in die Batteriemodul-Vertikalwand 29.
  • Wie in der 2 angedeutet, ist an der Unterseite der Batteriemodule 25,251,252 und des Batteriesteuerungsmoduls 32 eine aktiv flüssigkeitsgekühlte Kühlplatte 21 angeordnet.
  • In der 4 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des Batteriesteuerungsriegels 30' dargestellt, wobei hier das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse 33' und die beiden Querkonsolen 341`,342` im wesentlichen einstückig miteinander ausgebildet sind, und von einstückig miteinander verbundenen Aluminium-Druckgussteilen 33', 34' gebildet sind.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3345779 B1 [0003]
    • DE 102015216225 A1 [0004]
    • EP 3267508 B1 [0004]
    • US 10811645 B2 [0004]
    • CN 20674989 [0004]
    • CN 103538457 A [0004]

Claims (8)

  1. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) mit einer Vielzahl an selbsttragenden und in einer Horizontalebene (X,Y) angeordneten Batteriemodulen (25,251,252), wobei die Batteriemodule (25,251,252) tragend an zwei seitlichen Fahrzeugboden-Längsträgern (21,22) unmittelbar befestigt sind, wobei benachbart zu dem vordersten und/oder hintersten Batteriemodul (251,252) ein elektrisches Batteriesteuerungsmodul (32) mit einem selbsttragenden Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse (33;33') in der Batteriemodul-Horizontalebene (X, Y) angeordnet ist, wobei die beiden Querenden (37R,37L) des Batteriesteuerungsmodul-Gehäuses (33;33') jeweils mit dem korrespondierenden Längsträger (21,22) tragend strukturverbunden sind.
  2. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach Anspruch 1, wobei an den beiden Querenden (37R,37L) des Batteriesteuerungsmodul-Gehäuses (33) jeweils eine Querkonsole (341,342; 341', 342') angeschlossen ist, die jeweils die strukturelle Verbindung zwischen dem betreffenden Fahrzeugboden-Längsträger (21,22) und dem Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse (33) bildet.
  3. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach Anspruch 2, wobei die beiden Querkonsolen (341,342,341',342') eine Fachwerkstruktur aufweisen.
  4. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse (33') und die beiden Querkonsolen (341',342') im Wesentlichen einstückig miteinander ausgebildet sind, und besonders bevorzugt, aus einem einzigen Aluminium-Druckgussteil gebildet sind.
  5. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse (33) und die beiden Querkonsolen (341,342) mehrstückig ausgebildet sind, wobei die Querkonsolen (341,342) besonders bevorzugt jeweils aus einem spanabhebend bearbeiteten Strangpressprofilkörper (34) bestehen.
  6. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die vordere oder hintere Batteriesteuerungsmodul-Gehäuse-Vertikalwand (39) und die angrenzend gegenüberstehende hintere oder vordere Batteriemodul-Vertikalwand (29) komplementär zueinander geformt sind.
  7. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach Anspruch 6, wobei die beiden einander gegenüberstehenden Vertikalwände (39,29) im Nichtcrash-Fall mit einem Abstand (A) von mindestens 10 mm zueinander beabstandet stehen.
  8. Traktionsbatterie-Fahrzeugboden (20) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei die Batteriemodule (25,251,252) langgestreckt ausgebildet sind, mit ihrer Längserstreckung in Fahrzeugquerrichtung (Y) ausgerichtet sind und in zwei sich in Fahrzeuglängsrichtung (X) erstreckenden Reihen (23,24) mit jeweils mindestens drei Batteriemodulen (25,251,252) angeordnet sind.
DE102022104569.2A 2022-02-25 2022-02-25 Traktionsbatterie-Fahrzeugboden Pending DE102022104569A1 (de)

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