DE102019127876A1

DE102019127876A1 - Vehicle frame

Info

Publication number: DE102019127876A1
Application number: DE102019127876.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Wöllner; Markus Kraus
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-10-16
Filing date: 2019-10-16
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Es ist ein Fahrzeugrahmen (10) für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug vorgesehen mit mindestens zwei Längsträgern (12) zur Versteifung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, mindestens zwei mit den Längsträgern (12) verbundenen Querträgern (14) zur Versteifung in Querrichtung des Kraftfahrzeugs und einem zwischen zwei Längsträgern (12) und Querträgern (14) aufgenommenen Batteriemodul (20) zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul (20) oberhalb einer Grenzlast in Querrichtung verschiebbar mit den zwei Querträgern (14) oder in Längsrichtung verschiebbar mit den zwei Längsträgern (12) verklemmt ist. Durch die reibungsbehaftete Verschiebbarkeit des Batteriemoduls (20) bei einem Crash kann Aufprallenergie zusätzlich dissipiert werden ohne das Batteriemodul (20) zu beschädigen, so dass ein in einem Fahrzeugrahmen (10) crash-geschützt aufgenommenes Batteriemodul (20) ermöglicht ist.

A vehicle frame (10) for an electrically powered motor vehicle is provided with at least two longitudinal members (12) for stiffening in the longitudinal direction of the motor vehicle, at least two cross members (14) connected to the longitudinal members (12) for stiffening in the transverse direction of the motor vehicle and one between two The battery module (20) accommodated in the side members (12) and cross members (14) for the electric drive of the motor vehicle, the battery module (20) being displaceable above a limit load in the transverse direction with the two cross members (14) or in the longitudinal direction with the two longitudinal members (12) is jammed. Due to the frictional displaceability of the battery module (20) in the event of a crash, impact energy can also be dissipated without damaging the battery module (20), so that a battery module (20) accommodated in a vehicle frame (10) in a crash-protected manner is possible.

Description

Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugrahmen, mit dessen Hilfe ein Antriebstrang, eine Karosserie und ein Fahrwerk zur Ausbildung eines Kraftfahrzeugs befestigt werden kann.The invention relates to a vehicle frame with the aid of which a drive train, a body and a chassis can be attached to form a motor vehicle.

Bei einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug ist es erforderlich eine entsprechend groß dimensionierte Traktionsbatterie, die in der Regel aus mehreren eine Vielzahl von Batteriezellen aufweisenden Batteriemodulen zusammengesetzt ist, zu verbauen. Hierbei besteht das ständige Bedürfnis die Batteriemodule der Traktionsbatterie bei einem Crash vor Beschädigungen zu schützen.In an electrically drivable motor vehicle, it is necessary to build in a traction battery of suitably large dimensions, which is usually composed of a plurality of battery modules having a plurality of battery cells. There is a constant need to protect the battery modules of the traction battery from damage in the event of a crash.

Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die ein in einem Fahrzeugrahmen crash-geschützt aufgenommenes Batteriemodul ermöglichen.It is the object of the invention to indicate measures which enable a battery module received in a vehicle frame in a crash-protected manner.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch einen Fahrzeugrahmen mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved according to the invention by a vehicle frame with the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims and the following description, each of which can represent an aspect of the invention individually or in combination.

Erfindungsgemäß ist ein Fahrzeugrahmen für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrofahrzeug oder Hybrid-Kraftfahrzeug, vorgesehen mit mindestens zwei Längsträgern zur Versteifung in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs, mindestens zwei mit den Längsträgern verbundenen Querträgern zur Versteifung in Querrichtung des Kraftfahrzeugs und einem zwischen zwei Längsträgern und Querträgern aufgenommenen Batteriemodul zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul oberhalb einer Grenzlast in Querrichtung verschiebbar mit den zwei Querträgern oder in Längsrichtung verschiebbar mit den zwei Längsträgern verklemmt ist.According to the invention, a vehicle frame for an electrically powered motor vehicle, in particular an electric vehicle or hybrid motor vehicle, is provided with at least two longitudinal members for stiffening in the longitudinal direction of the motor vehicle, at least two cross members connected to the longitudinal members for stiffening in the transverse direction of the motor vehicle and one received between two longitudinal members and cross members Battery module for the electric drive of the motor vehicle, the battery module being clamped above a limit load to be displaceable in the transverse direction with the two cross members or displaceably in the longitudinal direction with the two longitudinal members.

Zwischen den zueinander beabstandet verlaufenden Längsträgern und Querträgern können im Wesentlichen rechteckförmige Aufnahmebereiche ausgebildet sein, in denen ein Batteriemodul eingesetzt werden kann. Die miteinander verbundenen Längsträger und Querträger können eine das Batteriemodul seitlich umgreifende Rahmenstruktur ausbilden, die eine hohe Steifigkeit und Stabilität bereitstellt. Bei einem leichten Crash, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug einen feststehenden Gegenstand rammt, können die Längsträger und Querträger die auftretenden Aufprallkräfte abstützen ohne hierbei signifikant verformt zu werden. Bei einem stärkeren Crash ist es jedoch möglich, dass derjenige Längs- oder Querträger, an dem die Aufprallkräfte eingeleitet werden, in das Innere des Kraftfahrzeugs hinein elastisch und/oder plastisch verformt wird. Insbesondere wenn die durch die Längsträger und Querträger begrenzten Aufnahmebereiche im großen Umfang für das Vorsehen von Batteriemodulen genutzt werden sollen, ist es in dieser Situation grundsätzlich möglich, dass der durch die Aufprallkräfte belastete Träger an dem Batteriemodul anschlägt.Essentially rectangular receiving areas, in which a battery module can be inserted, can be formed between the longitudinal members and transverse members that run at a distance from one another. The interconnected longitudinal members and cross members can form a frame structure that laterally encompasses the battery module and that provides a high degree of rigidity and stability. In the event of a slight crash, for example when the motor vehicle rams a stationary object, the longitudinal members and cross members can support the impact forces that occur without being significantly deformed in the process. In the event of a more severe crash, however, it is possible that that longitudinal or cross member on which the impact forces are introduced is elastically and / or plastically deformed into the interior of the motor vehicle. In particular, if the receiving areas delimited by the side members and cross members are to be used to a large extent for the provision of battery modules, it is fundamentally possible in this situation for the carrier loaded by the impact forces to strike the battery module.

Damit der durch die Aufprallkräfte belastete Träger das Batteriemodul nicht beschädigt, ist das Batteriemodul nicht starr mit den Längsträgern und/oder Querträgern befestigt, sondern in Richtung der zu erwartenden Aufprallkräfte verschiebbar verklemmt. Ein an der Fahrzeugseite positioniertes Batteriemodul kann bei einem Crash in Querrichtung, insbesondere zwischen zwei Querträgern geführt, verschoben werden, während ein frontseitig oder heckseitig positioniertes Batteriemodul bei einem Crash in Längsrichtung, insbesondere zwischen zwei Längsträgern geführt, verschoben werden kann. An der von der Einleitungsstelle der Aufprallkräfte weg weisenden Rückseite des Batteriemoduls ist ausreichender Bauraum vorgehalten, in den das Batteriemodul bei einem Crash hinein ausweichen kann. Wenn bei einem hinreichend starken Crash die an dem Batteriemodul ankommenden Aufprallkräfte die Grenzlast übersteigen, kann die an dem Batteriemodul angreifende Klemmkraft überwunden werden. Das Batteriemodul kann dadurch gegen eine über die Klemmkraft definierte Reibungskraft definiert verschoben werden. Durch die Überwindung der Reibungskraft bei dem Verschieben des Batteriemoduls kann zusätzlich ein Teil der Aufprallenergie dissipiert werden zusätzlich zu der bei der Verformung des an dem Batteriemodul anschlagenden Trägers dissipierten Energie. Die Grenzlast, bei der die an dem Batteriemodul angreifenden Klemmkräfte überwunden werden können, ist hierbei derart bemessen, dass eine Beschädigung des Batteriemoduls durch den an dem Batteriemodul anschlagenden Träger vermieden ist. Durch die reibungsbehaftete Verschiebbarkeit des Batteriemoduls bei einem Crash kann Aufprallenergie zusätzlich dissipiert werden ohne das Batteriemodul zu beschädigen, so dass ein in einem Fahrzeugrahmen crash-geschützt aufgenommenes Batteriemodul ermöglicht ist.So that the carrier loaded by the impact forces does not damage the battery module, the battery module is not rigidly attached to the longitudinal members and / or cross members, but is clamped in a displaceable manner in the direction of the expected impact forces. A battery module positioned on the side of the vehicle can be moved in the transverse direction in the event of a crash, in particular between two cross members, while a battery module positioned on the front or rear can be moved in the longitudinal direction in the event of a crash, in particular between two longitudinal members. On the rear side of the battery module facing away from the point at which the impact forces are introduced, sufficient installation space is provided into which the battery module can move in the event of a crash. If, in the event of a sufficiently strong crash, the impact forces arriving at the battery module exceed the limit load, the clamping force acting on the battery module can be overcome. The battery module can thereby be displaced in a defined manner against a frictional force defined by the clamping force. By overcoming the frictional force when the battery module is displaced, part of the impact energy can also be dissipated in addition to the energy dissipated when the carrier hitting the battery module is deformed. The limit load at which the clamping forces acting on the battery module can be overcome is dimensioned here in such a way that damage to the battery module by the carrier hitting the battery module is avoided. As a result of the frictional displaceability of the battery module in the event of a crash, impact energy can also be dissipated without damaging the battery module, so that a battery module accommodated in a vehicle frame in a crash-protected manner is possible.

Nachfolgend wird die Erfindung exemplarisch am Beispiel eines Seitenaufpralls, bei dem das Batteriemodul an den Querträgern entlang in Querrichtung verschoben werden kann, erläutert, wobei die nachfolgenden Ausführungen analog für einen Frontaufprall und/oder Heckaufprall mit einem an den Längsträgern entlang in Längsrichtung verschiebbaren Batteriemodul gelten.In the following, the invention will be explained using the example of a side impact, in which the battery module can be moved along the cross members in the transverse direction, the following statements analogously applying to a front impact and / or rear impact with a battery module that can be moved along the side members in the longitudinal direction.

Insbesondere weist das Batteriemodul jeweils einen zwischen einem oberen Träger und einem unteren Träger der zwei Querträger oder der zwei Längsträger verklemmten Flansch auf. Der Flansch kann sich insbesondere über die gesamte Erstreckung des Batteriemoduls in Querrichtung beziehungsweise Längsrichtung erstrecken. Der Flansch kann an seiner nach oben weisenden Oberseite flächig an einer Unterseite des oberen Trägers und/oder an seiner nach unten weisenden Unterseite flächig an einer Oberseite des unteren Trägers anliegen. Dadurch ergibt sich eine große Reibungsfläche, mit deren Hilfe die Grenzlast, bei welcher die Klemmung des Flanschs zwischen dem oberen Träger und dem unteren Träger, eingestellt werden kann. Vorzugsweise verläuft eine Seitenwand des Batteriemoduls, von welcher der Flansch seitlich absteht, im Wesentlichen parallel zu dem oberen Träger und dem unteren Träger, so dass das Batteriemodul in Verschieberichtung an den seitlich zueinander beabstandet verlaufenden oberen Trägern und/oder unteren Trägern im Wesentlichen linear geführt sein kann.In particular, the battery module has a respective flange clamped between an upper carrier and a lower carrier of the two cross members or the two longitudinal members. The flange can in particular extend over the entire extent of the battery module in the transverse direction or in the longitudinal direction. On its upwardly pointing upper side, the flange can lie flat against an underside of the upper carrier and / or on its downward pointing underside flat against an upper side of the lower carrier. This results in a large friction surface with the aid of which the limit load at which the clamping of the flange between the upper support and the lower support can be adjusted. A side wall of the battery module, from which the flange protrudes laterally, preferably runs essentially parallel to the upper support and the lower support, so that the battery module can be guided essentially linearly in the displacement direction on the laterally spaced apart upper supports and / or lower supports can.

Vorzugsweise ist der obere Träger mit dem unteren Träger zur Einstellung einer die Grenzlast bestimmenden Reibungskraft verspannt. Dadurch kann über eine durch die Verspannung verursachte Anpresskraft des oberen Trägers und des unteren Trägers an dem Flansch die Grenzlast eingestellt und gegebenenfalls nachträglich verändert werden, indem ein hierzu vorgesehener Klemmmechanismus entsprechend eingestellt wird. Beispielsweise kann der obere Träger mit dem unteren Träger mit einem genau definierten Anzugsmoment verschraubt sein, wobei über die Wahl des Anzugsmoments die Grenzlast variabel eingestellt werden kann, beispielsweise um die Grenzlast an verschieden stabile Batteriemodule anzupassen. Zusätzlich oder alternativ kann eine Anpressfeder vorgesehen sein, die mit Ihrer Federkraft eine geeignete Verspannung und eine damit verbundene Anpresskraft bereitstellen kann.The upper carrier is preferably braced with the lower carrier in order to set a frictional force which determines the limit load. As a result, the limit load can be set and, if necessary, subsequently changed by a clamping mechanism provided for this purpose being set accordingly via a pressing force of the upper beam and the lower beam on the flange caused by the bracing. For example, the upper carrier can be screwed to the lower carrier with a precisely defined tightening torque, with the limit load being able to be set variably via the selection of the tightening torque, for example in order to adapt the limit load to battery modules of different stability. In addition or as an alternative, a pressure spring can be provided which, with its spring force, can provide suitable tensioning and an associated pressure force.

Besonders bevorzugt weist das Batteriemodul eine Unterschale und eine auf der Unterschale aufgesetzte Oberschale zur Aufnahme von Batteriezellen auf, wobei die Unterschale und die Oberschale gemeinsam den Flansch ausbilden. Durch das Verklemmen des Flansches können zudem die Unterschale und die Oberschale zusammengehalten werden, um die Batteriezellen vor Umwelteinflüssen zu schützen. Eine zur Bereitstellung der Grenzlast erforderliche Klemmkraft kann dadurch gleichzeitig eine Abdichtung zwischen der Unterschale und der Oberschale, vorzugsweise entlang des Flanschs, verstärken.The battery module particularly preferably has a lower shell and an upper shell placed on the lower shell for receiving battery cells, the lower shell and the upper shell jointly forming the flange. By clamping the flange, the lower shell and the upper shell can also be held together in order to protect the battery cells from environmental influences. A clamping force required to provide the limit load can thereby simultaneously strengthen a seal between the lower shell and the upper shell, preferably along the flange.

Insbesondere sind die Unterschale und die Oberschale zwischen dem oberen Träger und dem unteren Träger an der einen Seite und dem oberen Träger und dem unteren Träger an der anderen Seite, insbesondere über einen von der Unterschale und der Oberschale ausgebildeten Befestigungsflansch, miteinander verbunden. Der Flansch kann dadurch auch in einem Bereich vorgesehen sein, der nicht zwischen dem oberen Träger und dem unteren Träger verklemmt ist und deswegen für eine Verbindungstechnik, beispielswiese Verschrauben und/oder Vernieten, in diesem Bereich des Flanschs genutzt werden kann. Dadurch kann auch eine ausreichend dichte Verbindung zwischen der Unterschale und der Oberschale erreicht werden, ohne dass es hierzu auf die an dem verklemmten Flanschbereich einwirkende Klemmkraft ankommt. Das Batteriemodul kann dadurch sowohl vor als auch nach einer durch einen Crash verursachten Verschiebung ausreichend abgedichtet sein.In particular, the lower shell and the upper shell are connected to one another between the upper carrier and the lower carrier on one side and the upper carrier and the lower carrier on the other side, in particular via a fastening flange formed by the lower shell and the upper shell. The flange can thus also be provided in an area that is not clamped between the upper carrier and the lower carrier and can therefore be used for a connection technique, for example screwing and / or riveting, in this area of the flange. As a result, a sufficiently tight connection between the lower shell and the upper shell can also be achieved without the clamping force acting on the jammed flange area being important. The battery module can thereby be sufficiently sealed both before and after a displacement caused by a crash.

Vorzugsweise ist zwischen dem Batteriemodul und einem Mittelpunkt, insbesondere Flächenschwerpunkt des Fahrzeugrahmens, ein Crashelement, insbesondere Crashbox, zur Dissipation von an dem Batteriemodul angreifender und die Grenzlast überschreitender Aufprallenergie durch Formänderungsarbeit angeordnet. Die von außen an dem Batteriemodul mittelbar ankommende Aufprallenergie kann dadurch nicht nur durch Reibung, sondern auch eine plastische Deformation des mindestens einen Crashelements dissipiert werden. Das Crashelement kann hierbei einen Zwischenraum überbrücken, in den das Batteriemodul bei einem ausreichend starken Crash hineingeschoben werden kann. Das Crashelement kann sich insbesondere in Schieberichtung des Batteriemoduls an einem quer zur Verschieberichtung verlaufenden Träger, insbesondere einem Längsträger oder Querträger, abstützen. Vorzugsweise ist das Crashelement mit dem Batteriemodul befestigt oder über einen Spalt beabstandet positioniert. Das Crashelement kann als deformierbarer Anschlag für das verschobene Batteriemodul dienen und dadurch insbesondere einen plastisch deformierbaren Einmal-Dämpfer ausbilden.A crash element, in particular a crash box, is preferably arranged between the battery module and a center point, in particular the center of gravity of the vehicle frame, for dissipating impact energy that acts on the battery module and exceeds the limit load by means of deformation work. The impact energy arriving indirectly from the outside of the battery module can thereby not only be dissipated by friction, but also by plastic deformation of the at least one crash element. The crash element can bridge an intermediate space into which the battery module can be pushed in the event of a sufficiently strong crash. The crash element can be supported, in particular in the sliding direction of the battery module, on a carrier running transversely to the sliding direction, in particular a longitudinal member or cross member. The crash element is preferably attached to the battery module or positioned at a distance from one another via a gap. The crash element can serve as a deformable stop for the displaced battery module and thereby in particular form a plastically deformable disposable damper.

Besonders bevorzugt ist ein den Fahrzeugrahmen am äußeren Rand begrenzender Außenträger zum flächigen Anschlagen an dem Batteriemodul bei einem Crash vorgesehen, wobei das Batteriemodul an dem Außenträger anliegt oder über eine vordefinierte Crashdistanz zur zumindest teilweisen Dissipation von an dem Außenträger angreifender Aufprallenergie zu dem Außenträger beabstandet positioniert ist. Der Außenträger kann in der Art eines Stoßfängers die bei einem Aufprall an einem feststehenden Hindernis, beispielsweise ein seitlich positionierter Pfahl, aufgeprägten Aufprallkräfte aufnehmen und, insbesondere flächig verteilt, an weitere Bauteile des Fahrzeugrahmens abstützen. Insbesondere kann der Außenträger eine im Wesentlichen punktförmig angreifende Aufprallkraft an dem Längsträger und/oder an dem Querträger und/oder an dem Batteriemodul flächig verteilt abstützen. Hierbei kann der Außenträger elastisch oder plastisch verformt werden und/oder dazwischengeschaltete Crashelemente und/oder Dämpfer elastisch und/oder plastisch verformen, bevor nach Überwindung der Crashdistanz die noch an dem Batteriemodul ankommende Aufprallenergie gegebenenfalls die Grenzlast übersteigt und das Batteriemodul verschiebt. Durch den Außenträger kann die Aufprallenergie verteilt und Kraftspitzen geglättet werden, so dass eine Beschädigung des Batteriemoduls bei einem Anschlagen des Außenträgers weniger wahrscheinlich ist.Particularly preferably, an outer carrier delimiting the vehicle frame at the outer edge is provided for flat contact with the battery module in the event of a crash, the battery module resting against the outer carrier or being positioned at a distance from the outer carrier over a predefined crash distance for at least partial dissipation of impact energy acting on the outer carrier . In the manner of a bumper, the outer beam can absorb the impact forces applied in the event of a collision with a stationary obstacle, for example a laterally positioned pole, and support it, in particular distributed over a large area, on other components of the vehicle frame. In particular, the outer support can support an impact force that acts essentially in a punctiform manner on the longitudinal support and / or on the transverse support and / or on the battery module in a flatly distributed manner. Here, the outer support can be elastically or plastically deformed and / or crash elements and / or dampers connected in between can be elastically and / or plastically deformed before the crash distance has been overcome the impact energy still arriving at the battery module may exceed the limit load and move the battery module. The impact energy can be distributed through the outer support and force peaks can be smoothed out, so that damage to the battery module is less likely if the outer support hits.

Insbesondere ist in Verschieberichtung des Batteriemoduls ein zu dem Batteriemodul beabstandetes weiteres Batteriemodul vorgesehen, wobei insbesondere das weitere Batteriemodul symmetrisch zu dem Batteriemodul verbaut ist. Dadurch ist es möglich an entgegengesetzten Seiten Aufprallkräfte abzustützen und/oder zu dissipieren. Beispielsweise kann zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Batteriemodul ein, insbesondere mittig vorgesehener, Zwischenraum ausgebildet sein, in den bei einem Aufprall auf der einen Seite das Batteriemodul und bei einem Aufprall an der anderen Seite das weitere Batteriemodul hinein verschoben werden kann. Vorzugsweise ist ein deformierbares Crashelement ausgestaltet an der einen Seite an dem Batteriemodul und an der entgegengesetzten Seite an dem weiteren Batteriemodul anzuschlagen, wobei insbesondere das Crashelement zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Batteriemodul mit dem Batteriemodul und/oder mit dem weiteren Batteriemodul verbunden ist.In particular, a further battery module spaced apart from the battery module is provided in the displacement direction of the battery module, the further battery module in particular being installed symmetrically to the battery module. This makes it possible to support and / or dissipate impact forces on opposite sides. For example, between the battery module and the further battery module, an intermediate space, in particular provided in the center, can be formed into which the battery module can be displaced in the event of an impact on one side and the further battery module in the event of an impact on the other side. A deformable crash element is preferably designed to be attached to the battery module on one side and to the further battery module on the opposite side, with the crash element in particular being connected to the battery module and / or to the further battery module between the battery module and the further battery module.

Vorzugsweise sind die Längsträger, die Querträger und das mindestens eine Batteriemodul zumindest zu einem Großteil in einem gemeinsamen Höhenbereich vorgesehen. Um eine ausreichende Stabilität und Steifigkeit zu erreichen, weisen die, insbesondere als Hohlprofile ausgestalteten, Längsträger und die Querträger eine signifikante Erstreckung in Z-Richtung, das heißt in Schwerkraftrichtung, wenn das Kraftfahrzeug mit dem verbauten Fahrzeugrahmen auf einem ebenen Untergrund abgestellt ist, auf. Vorzugsweise weisen die Längsträger und die Querträger ein Rechteckprofil auf. Die Höhe des Batteriemoduls kann im Wesentlichen der Erstreckung der Träger in Z-Richtung entsprechen oder etwas kleiner sein, so dass das jeweilige Batteriemodul leicht in rechteckigen Aufnahmebereichen zwischen den Trägern versenkt aufgenommen werden können. Der für die Träger benötigte Bauraum kann dadurch möglichst optimal für die Anordnung der Batteriemodule genutzt werden. Der Bauraumbedarf kann dadurch gering gehalten werden.The longitudinal members, the cross members and the at least one battery module are preferably provided at least for the most part in a common height area. In order to achieve sufficient stability and rigidity, the longitudinal members, in particular designed as hollow profiles, and the cross members have a significant extension in the Z direction, i.e. in the direction of gravity when the motor vehicle with the built-in vehicle frame is parked on a level surface. The longitudinal members and the cross members preferably have a rectangular profile. The height of the battery module can essentially correspond to the extension of the carrier in the Z-direction or it can be somewhat smaller so that the respective battery module can be easily sunk in rectangular receiving areas between the carriers. The installation space required for the carrier can thus be used as optimally as possible for the arrangement of the battery modules. The space requirement can thereby be kept low.

Besonders bevorzugt ist an einer in Schwerkraftrichtung nach unten weisenden Unterseite der Längsträger und der Querträger eine Unterbodenplatte und/oder an einer in Schwerkraftrichtung nach oben weisenden Oberseite der Längsträger und der Querträger eine Innenbodenplatte befestigt. Die Unterbodenplatte kann insbesondere eine zum Untergrund weisende Panzerung für das Batteriemodul ausbilden und das Batteriemodul vor Beschädigungen von unten, beispielsweise bei einem Aufsetzen auf einem vom Untergrund abstehenden Hindernis, schützen. Die Innenbodenplatte kann einen Fahrzeuginnenraum begrenzen und das Batteriemodul vor Umwelteinflüssen von Oben schützen. Die Unterbodenplatte und/oder die Innenbodenplatte können an den Längsträgern und/oder an den Querträgern anliegen und das mindestens eine Batteriemodul abdecken.Particularly preferably, an underbody plate is attached to an underside of the side members and the cross members pointing downwards in the direction of gravity and / or an inner floor plate is attached to an upper side of the side members and the cross members pointing upwards in the direction of gravity. The underbody plate can, in particular, form armor for the battery module facing the ground and protect the battery module from damage from below, for example when it is placed on an obstacle protruding from the ground. The inner floor panel can delimit a vehicle interior and protect the battery module from environmental influences from above. The underbody plate and / or the inner base plate can rest on the longitudinal members and / or on the cross members and cover the at least one battery module.

Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:

1: eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugrahmens,
2: eine schematische Detailansicht von oben des Fahrzeugrahmens aus 1 mit eingesetztem Batteriemodul und
3: eine schematische geschnittene Seitenansicht des Fahrzeugrahmens aus 2.

In the following, the invention is explained by way of example with reference to the attached drawings using preferred exemplary embodiments, the features shown below being able to represent an aspect of the invention both individually and in combination. Show it:

1 : a schematic perspective view of a vehicle frame,
2 : a schematic detailed view from above of the vehicle frame 1 with inserted battery module and
3 : a schematic sectional side view of the vehicle frame 2 .

Der in 1 dargestellte Fahrzeugrahmen 10 für ein elektrisch antriebbares Kraftfahrzeug kann einen Antriebsstrang, ein Fahrwerk und ein Chassis tragen. Hierzu weist der Fahrzeugrahmen 10 mehrere in einer gemeinsamen Ebene liegende Längsträger 12 und Querträger 14 auf, die im Wesentlichen rechtwinkelig miteinander verbunden sind. Am äußeren Rand des Fahrzeugrahmens 10 können Außenträger 16 vorgesehen sein, die beispielsweise in Art eines Stoßfängers Aufprallenergie bei einem Aufprall an einem Hindernis aufnehmen und flächig verteilt abstützen können. Zwischen den Längsträgern 12 und den Querträgern 14 sind rechteckförmige Aufnahmebereiche 18 ausgebildet.The in 1 illustrated vehicle frame 10 for an electrically drivable motor vehicle can carry a drive train, a running gear and a chassis. To this end, the vehicle frame 10 several longitudinal members lying in a common plane 12th and cross members 14th which are connected to each other essentially at right angles. On the outer edge of the vehicle frame 10 can outdoor wearers 16 be provided, which can absorb impact energy in the event of a collision with an obstacle, for example in the manner of a bumper, and support it in a distributed manner. Between the side members 12th and the cross members 14th are rectangular recording areas 18th educated.

Wie in 2 dargestellt, kann in dem jeweiligen Aufnahmebereich 18 ein Batteriemodul 20 eingesetzt werden, dessen Erstreckung in vertikaler Richtung im Wesentlichen der Erstreckung der Längsträger 12 und der Querträger 14 entspricht. Im dargestellten Ausführungsbeispiel liegt das betrachtete in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen mittige Batteriemodul 20 mit ihrer seitlich nach außen weisenden Seitenfläche flächig an dem Außenträger 16 an. An einer von dem Außenträger 16 weg weisenden Rückseite des Batteriemoduls 10 ist im Wesentlichen mittig im Fahrzeugrahmen 10 ein freier Zwischenraum 22 vorgehalten.As in 2 shown can be in the respective recording area 18th a battery module 20th are used, the extent of which in the vertical direction is essentially the extent of the longitudinal beams 12th and the cross member 14th corresponds to. In the exemplary embodiment shown, the battery module under consideration lies essentially in the middle in the direction of travel of the motor vehicle 20th with its laterally outwardly facing side surface flat on the outer support 16 at. On one of the outer carriers 16 facing away back of the battery module 10 is essentially in the middle of the vehicle frame 10 a free space 22nd held up.

Wenn das Kraftfahrzeug mit einem derartigen Fahrzeugrahmen 10 an einem Hindernis aufprallt, beispielsweise seitlich an einem feststehenden Pfahl anschlägt, kann das Hindernis an dem Außenträger 16 aufprallen. Der Außenträger 16 kann mit den Längsträgern 12 und den Querträgern 14 verbunden sein und dadurch soweit versteift sein, dass zumindest bei geringeren auftretenden Aufprallenergien eine plastische Deformation des Fahrzeugrahmens 10 im Wesentlichen vermieden ist. Bei einem stärkeren Aufprall kann der Außenträger 16 seitlich verlagert werden und hierbei gegebenenfalls elastisch und/oder plastisch verformt werden. Der Außenträger 16 kann über plastisch deformierbare Crashelemente an einem parallel zum Außenträger 16 verlaufenden Längsträger 12 abgestützt sein, so dass zumindest ein Teil der Aufprallenergie durch die zur plastischen Deformation der Crashelemente erforderlichen Formänderungsarbeit dissipiert werden kann. Damit bei diesem Crash das Batteriemodul 20 nicht beschädigt wird, kann der Außenträger 16 das Batteriemodul 20 gegen eine am Batteriemodul 20 angreifende Reibungskraft in den Zwischenraum 22 hinein verschieben. Insbesondere entspricht ein einer Crashdistanz entsprechender vorgesehener Verlagerungsweg für den Außenträger 16 im Wesentlichen der in Verschieberichtung des Batteriemoduls 20 verlaufenden Erstreckung des Zwischenraums 22.If the motor vehicle with such a vehicle frame 10 impacts on an obstacle, for example strikes the side of a stationary post, the obstacle can hit the outer beam 16 bounce. The balcony 16 can with the side members 12th and the cross members 14th be connected and thereby be stiffened to such an extent that at least with lower impact energies occurring, a plastic deformation of the vehicle frame 10 is essentially avoided. In the event of a stronger impact, the outer carrier can 16 are laterally displaced and, if necessary, are elastically and / or plastically deformed. The balcony 16 can via plastically deformable crash elements on a parallel to the outer member 16 running side members 12th be supported so that at least part of the impact energy can be dissipated by the deformation work required for plastic deformation of the crash elements. So the battery module in this crash 20th is not damaged, the outer beam can 16 the battery module 20th against one on the battery module 20th attacking frictional force in the space 22nd move in. In particular, a displacement path provided for the outer member corresponding to a crash distance corresponds 16 essentially the one in the direction of displacement of the battery module 20th running extension of the gap 22nd .

Wie in 3 dargestellt weist das Batteriemodul 20 eine Unterschale 24 und eine auf der Unterschale 24 dichtend anliegende Oberschale 26 auf, zwischen denen die einzelnen Batteriezellen 28 aufgenommen sind. Die Unterschale 26 und die Oberschale 28 weisen aufeinander liegende Flansche 30 auf, die seitlich abstehen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Batteriemodul 20 in Querrichtung des Kraftfahrzeugs verschoben werden, so dass in diesem Fall die benachbart zum betrachteten Batteriemodul 10 verlaufenden Querträger 14 jeweils einen oberen Träger 32 und einen unteren Träger 34 aufweisen, zwischen denen der jeweilige Flansch 30 des Batteriemoduls 10 reibschlüssig verklemmt ist. Der obere Träger 32 und der untere Träger 34 können mit einer definierten Anpresskraft aufeinander zu angepresst sein, um eine an dem Flansch 30 des Batteriemoduls 20 angreifende Reibungskraft einzustellen. Dadurch kann eine Grenzlast eingestellt werden, die von dem Außenträger 16 an dem Batteriemodul 10 ankommend vorliegen muss, um die angreifenden Reibungskräfte zu überwinden und eine Verschiebung des an den Langseiten der Querträger 14 geführten Batteriemoduls 10 zuzulassen. Die eingestellte Grenzlast ist niedrig genug, um eine Beschädigung des Batteriemoduls unterhalb der Grenzlast sicher zu vermeiden, und hoch genug, um durch die zu überwindende Reibung möglichst viel Aufprallenergie dissipieren zu können. Insbesondere sind in dem Zwischenraum 22 plastisch deformierbare Crashelemente vorgesehen, um ein Anschlagen des Batteriemoduls 10 an einem den Zwischenraum 22 begrenzenden Längsträger 12 zu dämpfen und Aufprallenergie zu dissipieren. Zudem kann das Batteriemodul 20 zwischen einer an einer Unterseite der Längsträger 12 und Querträger 14 befestigten Unterbodenplatte 36 und einer an einer Oberseite der Längsträger 12 und Querträger 14 befestigten Innenbodenplatte 38 geschützt aufgenommen sein.As in 3 shown has the battery module 20th a lower shell 24 and one on the lower shell 24 tightly fitting upper shell 26th on, between which the individual battery cells 28 are included. The lower shell 26th and the upper shell 28 have flanges lying on top of one another 30th that stick out to the side. In the illustrated embodiment, the battery module 20th be moved in the transverse direction of the motor vehicle, so that in this case the adjacent to the battery module under consideration 10 running cross member 14th each have an upper beam 32 and a lower beam 34 have, between which the respective flange 30th of the battery module 10 is frictionally jammed. The upper beam 32 and the lower beam 34 can be pressed towards one another with a defined contact force in order to achieve one on the flange 30th of the battery module 20th to adjust the attacking frictional force. As a result, a limit load can be set that is exerted by the external girder 16 on the battery module 10 arriving must be present in order to overcome the applied frictional forces and a shift of the on the long sides of the cross member 14th guided battery module 10 to allow. The set limit load is low enough to safely avoid damage to the battery module below the limit load, and high enough to be able to dissipate as much impact energy as possible due to the friction to be overcome. In particular, are in the space 22nd plastically deformable crash elements are provided to prevent the battery module from striking 10 on one the space in between 22nd delimiting longitudinal beams 12th to dampen and dissipate impact energy. In addition, the battery module 20th between one on an underside of the side members 12th and cross members 14th attached underbody plate 36 and one on an upper side of the side rails 12th and cross members 14th attached inner floor panel 38 be protected.

Zusätzlich oder alternativ kann ein frontseitig und/oder heckseitig vorgesehenes Batteriemodul 20 in Längsrichtung verschiebbar ausgeführt sein, indem in analoger Weise ein Flansch 30 des Batteriemoduls 20 zwischen jeweils von einem Längsträger ausgebildeten oberen Trägern 32 und unteren Träger34 verklemmt aufgenommen ist.Additionally or alternatively, a battery module provided on the front and / or rear can be used 20th be designed to be displaceable in the longitudinal direction by a flange in an analogous manner 30th of the battery module 20th between upper beams each formed by a longitudinal beam 32 and lower support 34 is received jammed.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: FahrzeugrahmenVehicle frame
1212th: LängsträgerSide member
1414th: QuerträgerCross member
1616: AußenträgerBalcony
1818th: AufnahmebereichRecording area
2020th: BatteriemodulBattery module
2222nd: ZwischenraumSpace
2424: UnterschaleLower shell
2626th: OberschaleUpper shell
2828: BatteriezelleBattery cell
3030th: Flanschflange
3232: oberer Trägerupper beam
3434: unterer Trägerlower beam
3636: UnterbodenplatteUnderbody plate
3838: InnenbodenplatteInterior floor panel

Claims

Vehicle frame for an electrically powered motor vehicle, with at least two longitudinal members (12) for stiffening in the longitudinal direction of the motor vehicle, at least two cross members (14) connected to the longitudinal members (12) for stiffening in the transverse direction of the motor vehicle and a battery module (20) accommodated between two longitudinal members (12) and cross members (14) for the electrical drive of the motor vehicle, wherein the battery module (20) is clamped above a limit load, displaceable in the transverse direction, with the two cross members (14) or displaceably in the longitudinal direction with the two longitudinal members (12).

Vehicle frame according to Claim 1 characterized in that the battery module (20) has a respective flange (30) clamped between an upper carrier (32) and a lower carrier (34) of the two cross members (14) or the two longitudinal members (12).

Vehicle frame according to Claim 2 characterized in that the upper carrier (32) is braced with the lower carrier (34) for setting a frictional force which determines the limit load.

Vehicle frame according to Claim 2 or 3 characterized in that the battery module (20) has a lower shell (24) and an upper shell (26) placed on the lower shell (24) for receiving battery cells (28), the lower shell (24) and the upper shell (26) together being the Form the flange (30).

Vehicle frame according to Claim 4 characterized in that the lower shell (24) and the upper shell (26) between the upper support (32) and the lower support (34) on one side and between the upper support (32) and the lower support (34) on the on the other side, in particular via a fastening flange formed by the lower shell (24) and the upper shell (26).

Vehicle frame according to one of the Claims 1 to 5 characterized in that between the battery module (20) and a center point, in particular the center of gravity of the vehicle frame (10), a crash element, in particular a crash box, for dissipating impact energy acting on the battery module (20) and exceeding the limit load by means of deformation work is arranged.

Vehicle frame according to one of the Claims 1 to 6th characterized in that an outer carrier (16) delimiting the vehicle frame (10) at the outer edge is provided for flat contact with the battery module (20) in the event of a crash, the battery module (20) resting against the outer carrier (16) or via a predefined Crash distance for at least partial dissipation of impact energy acting on the outer carrier is positioned at a distance from the outer carrier (16).

Vehicle frame according to one of the Claims 1 to 7th characterized in that a further battery module spaced apart from the battery module (20) is provided in the displacement direction of the battery module (20), the further battery module in particular being installed symmetrically to the battery module (20).

Vehicle frame according to one of the Claims 1 to 8th characterized in that the longitudinal members (12), the cross members (14) and the at least one battery module (20) are provided at least for the most part in a common height range.

Vehicle frame according to one of the Claims 1 to 9 characterized in that on an underside of the longitudinal support (12) and the transverse support (14) pointing downwards in the direction of gravity an underbody plate (36) and / or on an upper side pointing upwards in the direction of gravity the longitudinal support (12) and the transverse support (14) an inner floor panel (38) is attached.