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DE202014008336U1 - Fahrgestell aus Verbundwerkstoff für ein Elektrofahrzeug und hierfür angepasstes Akkupack - Google Patents

Fahrgestell aus Verbundwerkstoff für ein Elektrofahrzeug und hierfür angepasstes Akkupack Download PDF

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DE202014008336U1
DE202014008336U1 DE202014008336.3U DE202014008336U DE202014008336U1 DE 202014008336 U1 DE202014008336 U1 DE 202014008336U1 DE 202014008336 U DE202014008336 U DE 202014008336U DE 202014008336 U1 DE202014008336 U1 DE 202014008336U1
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chassis
battery pack
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packs
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Abstract

Fahrgestell für ein Elektrofahrzeug mit vier Rädern, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Konstruktion des Fahrgestells im Wesentlichen aus miteinander verbundenen Elementen aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht, der zwischen den äußeren Schichten eine Schaumstoffschicht aufweist, und das Fahrgestell zumindest auf der Unterseite unter dem Personenabteil sowie gegebenenfalls auch im Front- und/oder Heckbereich mindestens eine Aussparung für die Aufnahme von jeweils einem oder mehreren Akkupacks aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggestell und ein neuartiges Akkupack, für welches dieses Fahrgestell entwickelt wurde, und das vorzugsweise zumindest im Fahrzeugboden (unter dem Personenabteil) sowie ggf. auch im Fahrzeugfrontbereich und/oder -heckbereich installiert wird. Das Fahrzeugfahrgestell für dieses Elektrofahrzeug besteht im Wesentlichen aus einem oder mehreren Leichtbaumaterialien.
  • Elektrofahrzeuge stellen besondere Anforderungen an die Konstruktion des Fahrgestells, insbesondere hinsichtlich einer sicheren Unterbringung der Akkus, deren Schutz vor Beschädigungen, und deren Überwachung.
  • Die Fahrgestelle von käuflich erhältlichen Elektrofahrzeugen verwenden oft noch in größerem Umfang Materialien, die herkömmlicherweise zum Automobilbau eingesetzt wurden, wie Stahl und Aluminium. Nachteilig ist, dass die Materialien aufwändig verschweißt werden müssen. Ferner müssen größere Bauteile aus Stahl und Aluminium gegossen oder gepresst werden.
  • Die Materialien und das Konzept zur Komplettherstellung von Elektrofahrzeugen lässt sich nicht auf die Umrüstung von KFZs mit Verbrennungsmotoren auf einen Elektroantrieb übertragen. Dies gilt auch für die Entwicklung eines Fahrgestells für käuflich erhältliche Karosserien, z. B. Karosserien in Oldtimerform. Die Unterbringung der Akkupacks ist bei der vorhandenen und marktüblichen Technologie bis dato unvorteilhaft gelöst.
  • Angesichts der aufwändigen Herstellung mit bestehenden Technologien lässt sich das Baukonzept auch nicht flexibel an unterschiedliche Fahrzeugmodelle anpassen. Ein weiter Nachteil ist, dass für den Zusammenbau der Einzelteile in der Regel industrielle Fertigungstechniken erforderlich sind.
  • Ein Baukonzept für KFZs muss ferner in der Lage sein, flexibel ausreichend Akkupacks zu integrieren, um die für eine zufriedenstellende Reichweite des Fahrzeugs erforderliche Akkuleistung und -kapazität zur Verfügung zu stellen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein Fahrgestell für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bereitzustellen, welches die folgenden Vorteile vereint:
    • – flexible Anpassung an das zu konstruierende Fahrzeugmodell
    • – Flexibilität hinsichtlich der Unterbringung von ausreichend Akkukapazität zur Optimierung der Reichweite
    • – Verzicht auf aufwändige industrielle Fertigungsverfahren, wie Gießen, Pressen, Formen, Stanzen, Verschweißen, etc.
    • – die Verwendung eines solchen Fahrgestells dient der Gewichtseinsparung zur Optimierung der Reichweite
    • – Fahrsicherheit, und
    • – gute mechanische Eigenschaften des Fahrgestells, insbesondere hinsichtlich Tragkraft, Torsionssteifigkeit.
  • Der Erfindung liegt auch die Aufgabe zu Grunde, ein Akkupack bereitzustellen,
    • – das sich leicht und flexibel in ein Fahrgestell für ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug integrieren lässt,
    • – das sich insbesondere für Fahrgestelle eignet, die im Wesentlichen aus leichten Verbundwerkstoffen bestehen, die brennbar sind oder keinen optimalen Brandschutz bieten, im Unterschied zu herkömmlichen Materialien aus Metall,
    • – flexibel an unterschiedliche Fahrzeugtypen angepasst werden kann,
    • – wirtschaftlich produziert und leicht erweitert werden kann (da es auf identischen Basiseinheiten beruht)
    • – es ermöglicht unterschiedlichste Akkukapazitäten mit minimalen Modifikationen zu realisieren,
    • – das als tragfähiges Element zur Festigkeit des Fahrgestells beitragen kann,
    • – bei guter Leistung effizient gesteuert werden kann.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die Erfindung wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche definiert. Die Unteransprüche geben vorteilhafte denkbare Ausführungs- und Nutzungsformen von Fahrgestellen mit vier Rädern und Akkupacks wieder.
  • Durch den Wegfall kostenintensiver Spezialwerkzeuge, wie z. B. Press- und Formenwerkzeuge, wird es möglich, Elektrofahrzeuge für bestimmte Einsatzzwecke optimal und kosteneffizient sowie sehr CO2-neutral herzustellen. Das Fahrgestell besteht ausschließlich aus flachen Teilen, die platzsparend gelagert werden können. Das wirkt sich äußerst vorteilhaft auf Transport und Lagerung aus. Die Fahrgestelle werden unmittelbar vor der Endfertigung aufgebaut. Durch die Verwendung eines modulartigen Akkubausystems und auf Grund der einfachen Bauweise wird ferner der Aufbau des Fahrgestells vor Ort ermöglicht. Durch die vorteilhafte Nutzung von elektrischen Energiespeichersystemen, die über Photovoltaikanlagen geladen werden, ist auch der Einsatz in Entwicklungsländern möglich. Insbesondere die einfache Modulbauweise ist vorteilhaft für den Einsatz in solchen Ländern, da der Zusammenbau keine besonderen Fachkenntnisse voraussetzt und mit einer detaillierten Beschreibung für die Endmontage praktischerweise durchführbar ist.
  • Auf diese Weise wird ein Elektrofahrzeug gebaut, dass mit dieser vorteilhaften Nutzung eines speziellen Schichtverbundwerkstoffs in Kombination mit speziell entwickelten brandgeschützten Akkupacks (zur Erläuterung siehe die 1 bis 8), die in speziell vorbereiteten und ggf. ebenfalls brandgeschützten Aussparungen unter Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts untergebracht werden, einzigartig ist. Die Fahrsicherheit wird durch die Absenkung des Fahrzeugschwerpunkts, insbesondere die bevorzugte Verlagerung der Akkus in einen hierfür speziell vorbereiteten Zwischenboden erhöht und gleichzeitig der Personenschutz verbessert. Der Fahrzeugboden besteht aus mehreren Lagen Sandwichmaterial. Insbesondere unter dem Bereich des Personenabteils sind im Fahrzeugboden Aussparungen für die Aufnahme der Akkus in einem Teil des Unterbaus vorgesehen, welche (vom Personenabteil räumlich getrennt sind) nicht vollständig bis in das Personenabteil vordringen. Das ist der Zwischenboden.
  • Die räumliche Trennung der Akkupacks dient der Sicherheit im Falle eines Crashs und der besseren Verteilung des Gewichts im Fahrzeug. Die Verwendung von möglichst vielen Gleichteilen in der Produktion der Akkupacks ist vorteilhaft für die Serienfertigung und das Qualitätsmanagement. Dies erfordert zwingend ein speziell konstruiertes Chassis, konsequenter Weise aus dem oben beschrieben Material.
  • Ein entscheidender Vorteil liegt in der Flexibilität des Baukonzepts, beispielsweise hinsichtlich eines variabel anpassbaren Radstands, variabel anpassbarer Spurweiten, und/oder freier Wahl der Bauformen und Bauarten der Karosserien in Verbindung mit einer flexiblen Unterbringung der Akkupacks. Insbesondere eignet sich das Konzept zum Aufbau von Karosserieformen von Oldtimern, z. B. dem 356 Speedster/Cabrio, 550 Spyder, Karmann Ghia, AC Cobra und GT40.
  • Weitere Vorteile ergeben sich dem Fachmann aus den Figuren und der detaillierten Beschreibung der Erfindung.
  • Beschreibung der Figuren
  • Die 1 bis 8 erläutern beispielhaft und schematisch eine vorteilhafte Ausführungsform zum Aufbau des Akkupacks incl. den darin befindlichen Akkumodulen und Akku-Submodulen.
  • Die 1 und 2 zeigen eine Ausführungsform eines Basis-Akkumoduls bestehend aus 14 sog. „18650 Zellen, angeordnet in 2 Reihen à 7 Zellen gemäß den 1 + 2.
    • 01 Zellhalter für z. B. 14 18650-Zellen. Die Zellhalter lassen sich über spezielle Halteclips verbinden und beliebig erweitern.
    • 02 18650-Zelle mit wenigstens 2,9 Ah, Hersteller Panasonic, Samsung oder Sony
  • 3 zeigt einen seriellen Strang mit 56 parallelen Zellen, der sich durch Anordnung aus 4 × einem Basis-Akkumodul in einer Reihe ergibt.
    • 03 Basis-Akkumodul
  • 4 zeigt serielle Stränge. 6 × 56 parallele Zellen ergeben das Akku-Submodul mit 21,6 V Nominalspannung. 6 × 3,6 Volt in Serie ergeben 21,6 V × 162,4 Ah = 3,507 kWh.
    • 04 S-Strang a 3,6 Volt
  • 5 zeigt ein Akku-Submodul in Seitenansicht mit Verbindern zur seriellen Beschaltung aus 0,5 mm Nickelblech.
    • 05 Verbinder, z. B. aus Nickelblech, werden durch spezielles Punktschweißen mit den Zellen verbunden.
    • 06 Kupferschienen zur Ableitung des Plus- und Minuspols des jeweiligen Akku-Submoduls
  • 6 zeigt ein Akkumodul bestehend aus 2 Akku-Submodulen mit jeweils 6 seriellen Strängen (2 × 21,6 Volt = 43,2 Volt Nominalspannung pro Akkumodul).
    • 06 Kupferschienen zur Ableitung von Plus- und Minuspol des Akku-Submoduls
    • 07 Akku-Submodul
    • 08 Verbinder zwischen Akku-Submodulen
    • 09 Strukturelles Element aus Hartglasgewebe als Trennwand im Akkumodul
  • 7 zeigt einen Schnitt durch ein Akkupack mit Gehäuse, Heizung, Isolierung und Brandschutz. Ein Akkupack enthält ein Akkumodul, das vorzugsweise aus 2 Akku-Submodulen besteht.
    • 03 Basis-Akkumodul
    • 06 Kupferschienen zur Ableitung von Plus- und Minuspol des Akku-Submoduls
    • 10 Auskleidung mit flammhemmendem Material, z. B. Nomex 0,3 mm
    • 11 Heizfolie, z. B. 0,5 mm
    • 12 Faserverbundplatte, z. B. GFK, Unten 4 mm, Oben 2 mm
    • 13 Aluminium Grundplatte, z. B. Unten 6 mm, Oben 2,5 mm
  • 8 zeigt in Draufsicht eine Ausführungsform eines (aus 2 Akku-Submodulen) aufgebauten Akkupacks mit Gehäuse.
    • 07 Akku-Submodul
    • 09 Strukturelles Element, z. B. aus Hartglasgewebe
    • 10 flammhemmende Nomex®-Schicht, z. B. 0,3 mm
    • 13 Aluminium-Grundplatte, z. B. 6 mm
    • 14 Rahmen z. B. aus EPP-Schaum (expandiertem Polypropylen), wie Arpro®, 20 mm
    • 15 Rahmen, z. B. aus Aluminium, 2 mm
  • Diese Ausführungsform (mit Aluminiumrahmen 15) wird vorzugsweise im Front- und/oder Heckbereich des Fahrgestells verwendet. Bei den Akkupacks, die direkt unter dem Personenabteil verwendet werden, wird der Rahmen üblicherweise nicht benötigt. Allen Ausführungsformen des Akkupacks ist jedoch gemeinsam, dass vorzugsweise das Akkumodul auch auf allen vier schmalen Seiten mit einer Schicht (10) aus flammhemmendem Material umgeben wird. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das Akkumodul nicht nur auf der Ober- und Unterseite (siehe 7), sondern vollständig mit flammhemmendem Material umgeben ist (wobei der Ausdruck „vollständig” selbstverständlich die Anwesenheit von kleinen Öffnungen zulässt, z. B. für die Kabel oder die Verbindung zum Berstschutz). Zwischen der das Akkupack auf den vier schmalen Seiten umgebenden flammhemmenden Schicht (10) und dem Akkumodul kann man ferner eine Schicht („Rahmen 14”) aus einem Polymerschaum vorsehen.
  • 9 zeigt schematisch und beispielhaft den Aufbau eines erfindungsgemäßen Fahrgestells mit insgesamt 6 Aussparungen für Akkumodule. Die erkennbaren Berstöffnungen dienen zur Druckentlastung im Falle einer explosionsartigen Gasausbreitung durch einen Akkubrand. Die Kabelkanäle dienen neben der Führung und Aufnahme der Akkupackverbindungskabel ebenso als Führungskanäle für den Lichtbogen im Brandfall Sowie als Kühlluftkanal zur Kühlung des Antriebsstranges und des Controllers. Zur näheren Erläuterung wurden hierbei die folgenden Ziffern verwendet:
    • (9-01) Fahrgestell
    • (9-02) Aussparungen für Akkumodule
    • (9-03) Berstöffnungen zum Brandschutz
    • (9-04) Kabelkanal/Kühlkanal von unten
  • In einer vorteilhaften Ausführungsform werden eine oder mehrere der Aussparungen mit einem flammhemmenden Material (flammhemmende Schicht) ausgekleidet, wobei man die in dieser Anmeldung näher ausgeführten Materialien verwenden kann.
  • 10 zeigt schematisch und beispielhaft, wie insgesamt 8 Akkumodule im Fahrgestell eingepasst werden (2 im Frontbereich, 4 unter dem Fahrgastraum (Personenabteil), und 2 von der Seite im Heckbereich)
    • (10-01) Akkupacks
    • (10-02) Abdeckung der Antriebseinheit
  • 11 zeigt schematisch und beispielhaft die Konstruktion des Fahrgestells. Die vorderen Crashschutzelemente dienen zum Schutz des vorderen Akkupacks und übernehmen den Abbau von Verformungsenergie. Die Antriebseinheit, die Ladegeräte sowie der Controller sind Bauelemente, die nicht aus Verbundwerkstoff hergestellt sind.
    • (11-01) Crashschutz
    • (11-02) Radaufhängung
    • (11-03) Antriebseinheit
    • (11-04) Kabeltunnel/Kühlluftkanal
    • (11-05) Ladegeräte
    • (11-06) Controller
  • 12 zeigt schematisch und beispielhaft die Anordnung der Akkupacks (ohne Fahrgestell), des Antriebs und der vier Radaufhängungen.
    • (12-01) zwei hintere Akkupacks
    • (12-02) Antriebseinheit
    • (12-03) vier mittlere Akkupacks im Zwischenboden
    • (12-04) zwei vordere Akkupacks
  • Die Antriebseinheit ist vorzugsweise hinten montiert und z. B. käuflich erhältlich von der Fa. Brusa, Schweiz.
  • Die multifunktional einsetzbare Radaufhängung ist ein Bauteil, welcher das Gesamtkonzept im Bereich der Gewichtseinsparung abrundet und von der Fa. Ecomove aus DK zu beziehen.
  • 13 zeigt schematisch und beispielhaft den Aufbau eines bevorzugt verwendeten Sandwichverbundwerkstoffs (Acrosoma®), anhand einer von VDL Fibertech Industries stammenden Darstellung.
  • 14 gibt die beispielhafte Darstellung einzelner Rahmenteile wieder, welche mittels konstruktiv vorgesehener Verzapfungsstellen stabil miteinander verbunden werden. Neben einer mechanischen Verbindung wird ein 2K-Epoxidkleber eingesetzt.
    • (14-01) Verzapfungsstellen
  • 15 zeigt schematisch und beispielhaft ein vollständig zusammengefügtes Fahrgestell in 3D Ansicht und Draufsicht mit einem beispielhaft dargestellten Seitenteil.
  • 16 zeigt schematisch und beispielhaft die Unterbringung der Akkupacks und des Kabeltunnel/Kühlluftkanals incl. Antriebseinheit. Diese Skizze zeigt die Vorgabe zur Entwicklung dieses neuartigen Fahrgestells zur Aufnahme und Platzierung der Akkupacks im Front- und Heckbereich sowie im Fahrzeugschwerpunkt des Zwischenbodens. Ebenso ist die Darstellung des Kabelkanals erkennbar. Dieser dient gleichzeitig als Kühlluftkanal und zur Lichtbogenführung im Brandfall.
    • (16-01) hintere Akkupacks
    • (16-02) Antriebseinheit
    • (16-03) mittlere Akkupacks
    • (16-04) Kabeltunnel/Kühlluftkanal
    • (16-05) vordere Akkupacks
  • Detaillierte Beschreibung der Erfindung
  • Im Folgenden wird die Erfindung noch weiter im Detail beschrieben: Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrgestell für ein Elektrofahrzeug mit vier Rädern, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Konstruktion des Fahrgestells im Wesentlichen aus miteinander verbundenen Elementen aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht, der zwischen den äußeren Schichten eine Schaumstoffschicht aufweist, und das Fahrgestell zumindest auf der Unterseite unter dem Personenabteil sowie gegebenenfalls auch im Front- und/oder Heckbereich mindestens eine Aussparung für die Aufnahme von jeweils einem oder mehreren Akkupacks aufweist.
  • „Im Wesentlichen” bedeutet in diesem Zusammenhang, dass vorzugsweise mindesten 95%, insbesondere mindestens 98% des Volumens aller Bauteile der tragenden Konstruktion des Fahrgestells aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht. Auch das Fahrgestell insgesamt (ohne Akkupacks, Stoßstangen, Motor, Ladegeräte, ggf. vorhandenem Controller zur Erzeugung von Drehstrom, und ohne Radaufhängung) besteht vorzugsweise zu mindestens 90% seines Volumens, insbesondere mindestens 95% aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff.
  • Die Vorteile sind der modulare einheitliche, platzsparende und zusätzlich kosteneinsparende Aufbau sowie die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten im mobilen und stationären Bereich sowie der zusätzlich integrierte Brandschutz in jedem Akkupack.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Fahrgestell dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung unter dem Frontbereich des Fahrgestells und zwei, vorzugsweise vier Aussparungen unter dem mittleren, unter dem Personenabteil des Fahrzeugs befindlichen Teil des Fahrgestells vorgesehen sind.
  • Vorzugsweise eine weitere Aussparung für ein Akkumodul ist im Heckbereich des Fahrgestells vorgesehen und so ausgebildet, dass das Akkupack entweder von unten oder vorzugsweise von der Heckseite eingesetzt werden kann.
  • Weiter vorzugsweise weist das Fahrgestell insgesamt 6 Aussparungen für Akkupacks auf, in die vorzugsweise 8 bis 10 Akkupacks eingepasst werden können.
  • Vorzugsweise weist das Fahrgestell entlang dessen Längsachse und ggf. auch in Querrichtung einen Kabelkanal auf, worin Kabel geführt werden können, welche die Akkumodule zumindest mit den Akkupacks untereinander und dem Controller und dem Motor verbinden. Dieser Kabelkanal wird vorzugsweise auch zur Zuführung von Kühlluft zum Motor und ggf. weiterer elektrischer Komponenten verwendet.
  • Vorzugsweise sind an jeder Aussparung für die Akkupacks und dem Kabelkanal eine Durchgangsöffnung mit einem Berstschutz vorgesehen, sodass, wenn einzelne Akkuzellen im Akkupack Gas entwickeln, beispielsweise im Brandfall, der so entstehende Überdruck über die Öffnung und den Kabelkanal abgeführt werden kann. Als Berstschutz kann beispielsweise eine Membran oder vorgestanzte Metallplatte dienen.
  • Vorzugsweise ist die Aussparung im Frontbereich für die Aufnahme von 2 übereinander angeordneten gleichartigen Akkupacks und die Aussparung im Heckbereich für die Aufnahme von 2 oder 3 übereinander angeordneten gleichartigen Akkupacks ausgebildet. Vorzugsweise sind die einzelnen Elemente aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff, miteinander verklebt und/oder miteinander verschraubt.
  • Vorzugsweise ist der Schichtverbundwerkstoff ein Sandwichverbundwerkstoff, worin die äußeren Schichten aus Faser-verstärktem Kunststoff bestehen, welche durch die Schaumstoffschicht hindurch miteinander vernäht sind. Eine oder beide äußeren Schichten können auch 2-lagig aufgebaut sein, d. h. aus zwei in Kunststoff eingebetteten Faserlagen.
  • Vorzugsweise wählt man die Fasern unter Glasfasern, hochfesten Metall/legierungs-Fasern, Aramidfasern und/oder Carbonfasern aus. Die Fasern werden besonders bevorzugt unter Carbonfasern, Glasfasern und Kombinationen hiervon ausgewählt. Die Fasern können in Wirrlage, gewebt oder gewirkt vorliegen.
  • Als Kunststoffmaterial kommt beispielweise Vinylester, Polyester, Polyurethan oder Epoxydharz in Betracht.
  • Die Schaumschicht kann beispielsweise einen Schaum auf Polyurethan-, Phenolharz- oder PVC-Basis enthalten.
  • Als Faden zum Vernähen der äußeren Schichten eignen sich z. B. hochfeste Fäden aus Nylon oder Aramid.
  • Vorzugsweise handelt es sich bei dem Sandwichverbundwerkstoff um ein 3-(oder 5)-lagiges Material, das zwei (oder 4) mit einander vernähte (16, aramid stitches 3220 DTEX), äußere Schichten aus mit Glas-(17, skin layer 300 g/m2 0/90°, 180 g/m2 needled) und/oder Carbonfaser (18, skin layer 800 g/m2 0/90° 300 g/m2 CSM) (vorzugsweise Glas- und Carbonfaser) verstärktem Kunststoff und eine dazwischen befindliche Schaumstoffschicht (19, foam core PU 80 kg/m3) umfasst. Panels dieses Typs sind bei VDL Fibertech Industries, Belgien unter der Bezeichnung Acrosoma® erhältlich (siehe auch 13). Diese lassen sich mit einem Wasserstrahlschneider auf die gewünschte Form zurechtschneiden. Diese Materialien sind sehr torsionssteif und hochbelastbar.
  • Der Vorteil des verwendeten Materials ist die erhöhte Sicherheit gegen eine Delaminierung der Deckschichten (äußeren Schichten), die sich durch das Vernähen ergibt. Daraus resultiert auch die erhöhte Torsionssteifigkeit (Sicherheit gegen Verwinden) und ein erhöhter Energieabbau im Falle eines Crashs. Die Fertigung der plattenartigen Einzelteile („Elemente”) erfolgt mittels geeigneter Schnittwerkzeuge (Sägen, Fräser, Wasserstrahlschneider, usw.). Die mit einem Zapfensystem versehenen Einzelteile können zusammengesteckt und mittels 2K-Epoxidkleber gleichzeitig verklebt werden. Die Fixierung der Teile erfolgt mittels handelsüblicher Schraubzwingen bis zur Aushärtung des Klebers. An besonders beanspruchten Stellen können zusätzlich die Einzelteile mit geeigneten Schraubverbindungen gesichert werden.
  • In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Fahrgestells ist eine Radaufhängung aus CFK an dem Fahrgestell montiert, die gleichzeitig als Federelement und gewichtseinsparendes Konstruktionselement dient.
  • Solche Radaufhängungen sind kommerziell erhältlich von Ecomove ApS, Dänemark und auch in der PCT/DK2010/050233 beschrieben (Anmeldetag ist der 14.09.2010). Vorzugsweise können die Antriebsräder (zwei oder vier) über einen Koaxialantrieb, z. B von der Fa. Brusa angetrieben werden. Mittels handelsüblicher drehmomentstarker Elektromotoren ist ein direkter Radantrieb möglich. Der Vorteil ist der Wegfall von Antriebswellen und Getrieben sowie anderen marktüblicher Kraftübertragungssystemen.
  • Idealerweise sind unterschiedliche Antriebskonzepte mit einer variablen Anzahl von Elektromotoren und Getriebeausführungen umsetzbar. Es können wahlweise nur eine oder mehrere Achsen gleichzeitig angetrieben werden. Über die speziell entwickelte Radaufhängung ist ebenfalls auf Grund der vorteilhaften Vereinheitlichung der Systemkomponenten eine Kostenreduktion umsetzbar und ermöglicht gleichzeitig den Antrieb jedes einzelnen Rades über separat zu installierende Antriebseinheiten direkt am Rad.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden bei dem erfindungsgemäßen Fahrgestell in die Aussparungen für die Akkupacks Akkupacks eingesetzt, wie sie in der Beschreibung, den Figuren und den Ansprüchen näher erläutert werden.
  • Die Erfindung betrifft auch ein Elektrofahrzeug, umfassend eine Karosserie, welche auf das in der Beschreibung und in den Ansprüchen erläuterte Fahrgestell aufgesetzt und mit dieser verbunden, vorzugsweise verschraubt wurde.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Karosserie die Form eines Oldtimers auf.
  • In dem erfindungsgemäßen Akkupack für ein Elektrofahrzeug, ist auf einer Grundplatte (13)
    • – ein Akkumodul angeordnet, der aus identischen Basis-Akkumodulen (3) aufgebaut ist, die zu größeren Untereinheiten, insbesondere einem Akku-Submodul (7), verbunden werden können, und
    • – sowohl zwischen der Grundplatte und dem Akkumodul und auf der anderen Seite des Akkumoduls eine Schicht aus flammhemmendem Material (10) vorgesehen ist.
  • In diesem Akkupack sind die Basis-Akkumodule (3) vorzugsweise aus jeweils gleichen Akkuzellen (2) aufgebaut, die in zwei Reihen angeordnet sind, und pro Reihe mindestens 4 und vorzugsweise bis zu 10, stärker bevorzugt 6 bis 8, insbesondere 7 Akkuzellen (2) nacheinander angeordnet sind. Die Akkuzellen in diesen Reihen sind vorzugsweise auch in Reihe geschaltet.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des Akkupacks ist die Platte (13) aus Metall. Ferner ist es bevorzugt, dass auf der anderen, der Grundplatte gegenüberliegenden, Seite des Akkumoduls auf der Schicht aus flammhemmendem Material (10) eine äußere Schicht (12) aus Faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Glasfaser-verstärktem Kunststoff (GFK oder HGW) angeordnet ist.
  • Vorzugsweise enthält das flammhemmemde Material als Hauptbestandteil ein aromatisches Polyamid, wie Nomex® (oder besteht aus diesem). Die Schicht ist vorzugsweise eine textile Schicht (z. B. gewebt, gewirkt, oder ein Vlies) aus flammhemmendem aromatischem Polyamid. Alternativ enthält die Schicht aus flammhemmemdem Material mit Stickstoff gefüllte, im Brandfall schmelzende Glaskügelchen, sog. „Pyro bubbles”.
  • Es ist ebenfalls bevorzugt, dass
    • – ein Akkumodul aus mehreren, vorzugsweise zwei, miteinander verbunden Akku-Submodulen (7) aufgebaut ist, worin
    • – jeweils ein Akku-Submodul (7) aus mehreren miteinander verbundenen Strängen (4) aus Basis-Akkumodulen (3) besteht, vorzugsweise 2 bis 10, insbesondere 6 Strängen (4), und
    • – jeweils 2 bis 6, insbesondere 4 Basis-Akkumodule (3) an ihren kurzen Seiten zu einem Strang (4) aus Basis-Akkumodulen verbunden werden.
  • Eine bevorzugte Ausführungsform des Akkupacks ist dadurch gekennzeichnet, dass sich an einer Stirnseite des Akkumoduls, vorzugsweise einer der beiden kurzen Seiten, mindestens eine Platine als Teil eines Batteriemanagementsystem (BMS) befindet, welche alle Akkuzellen (2) im Akku-Submodul (7) in Bezug auf Spannung und Temperatur überwacht.
  • Vorzugsweise ist die Platine über einen CAN-Bus parallel mit einer Steuereinheit (VCU = Vehicle Control Unit) verbunden ist, welche die Daten auswertet und mit der Antriebselektronik sowie dem Ladegerät kommuniziert. Insbesondere sorgt das BMS am Ende des Ladevorgangs durch passives balancieren der Zellen für gleiche Zellspannung im gesamten Akku, d. h. allen Akkupacks zusammen betrachtet.
  • Vorzugsweise sind somit auch die Basis-Akkumodule (3) aus gleichen Akkuzellen aufgebaut.
  • Ein Vorteil der Erfindung ist der einheitliche Aufbau der Akkupacks, welche vorzugsweise bereits alle notwendigen elektronischen Bauteile zum Be- und Entladen, Beheizen, Temperaturüberwachung und zum Balancieren der Zellspannung in den Akkuzellen der Akkupacks enthält. In optimaler Weise sind dies Akkupacks auch als dezentrale Speichersysteme in Verbindung mit einer Photovoltaikanlage geeignet.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DK 2010/050233 [0052]

Claims (22)

  1. Fahrgestell für ein Elektrofahrzeug mit vier Rädern, dadurch gekennzeichnet, dass die tragende Konstruktion des Fahrgestells im Wesentlichen aus miteinander verbundenen Elementen aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff besteht, der zwischen den äußeren Schichten eine Schaumstoffschicht aufweist, und das Fahrgestell zumindest auf der Unterseite unter dem Personenabteil sowie gegebenenfalls auch im Front- und/oder Heckbereich mindestens eine Aussparung für die Aufnahme von jeweils einem oder mehreren Akkupacks aufweist.
  2. Fahrgestell nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aussparung unter dem Frontbereich des Fahrgestells und zwei, vorzugsweise vier Aussparungen unter dem mittleren, unter dem Personenabteil des Fahrzeugs befindlichen Teil des Fahrgestells vorgesehen sind.
  3. Fahrgestell nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Aussparung für ein Akkumodul im Heckbereich des Fahrgestells vorgesehen ist, und so ausgebildet ist, dass das Akkupack entweder von unten oder vorzugsweise von der Heckseite eingesetzt werden kann.
  4. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es insgesamt 6 Aussparungen für Akkupacks aufweist, in die vorzugsweise 8–10 Akkupacks eingepasst werden können.
  5. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fahrgestell entlang dessen Längsachse und ggf. auch in Querrichtung einen Kabelkanal aufweist, worin Kabel geführt werden, welche die Akkumodule zumindest untereinander und mit dem Controller und mit dem Motor verbinden, und dieser Kabelkanal vorzugsweise auch zur Zuführung von Kühlluft zum Controller und Motor und ggf. weiterer elektrischer Komponenten verwendet wird.
  6. Fahrgestell nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass an jeder Aussparung für die Akkupacks eine Durchgangsöffnung mit einem Berstschutz (9-03) vorgesehen ist, sodass, wenn einzelne Akkuzellen im Akkupack Gas entwickeln, beispielsweise im Brandfall, der so entstehende Überdruck und über die Öffnung und den Kabelkanal abgeführt werden kann.
  7. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparung im Frontbereich für die Aufnahme von 2 übereinander angeordneten gleichartigen Akkupacks und die Aussparung im Heckbereich für die Aufnahme von 2 oder 3 übereinander angeordneten gleichartigen Akkupacks ausgebildet ist.
  8. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Elemente aus einem Schichtverbundwerkstoff, insbesondere einem Sandwichverbundwerkstoff, miteinander verklebt und/oder miteinander verschraubt sind.
  9. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass Schichtverbundwerkstoff ein Sandwichverbundwerkstoff ist, worin die äußeren Schichten aus Faser-verstärktem Kunststoff bestehen, welche durch die Schaumstoffschicht hindurch miteinander vernäht sind.
  10. Fahrgestell nach Anspruch 9, worin die Fasern unter Carbonfasern, Glasfasern und Kombinationen hiervon ausgewählt werden.
  11. Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in die Aussparungen für die Akkupacks Akkupacks eingesetzt werden, wie sie in den Ansprüchen 14 bis 22 beschrieben sind.
  12. Elektrofahrzeug, umfassend eine Karosserie, welche auf das Fahrgestell nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11 aufgesetzt und mit dieser verbunden, vorzugsweise verschraubt wurde.
  13. Elektrofahrzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Karosserie die Form einer Oldtimerkarosserie hat.
  14. Akkupack für ein Elektrofahrzeug, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Grundplatte (13) ein Akkumodul angeordnet ist, der aus identischen Basis-Akkumodulen (3) aufgebaut ist, die zu größeren Untereinheiten, insbesondere einem Akku-Submodul (7), verbunden werden können, und – zwischen der Grundplatte und dem Akkumodul und auf der anderen Seite des Akkumoduls eine Schicht aus flammhemmendem Material (10) vorgesehen ist.
  15. Akkupack nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Akkumodul vollständig mit einer Schicht aus flammhemmendem Material umgeben ist.
  16. Akkupack nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Akkumodule (3) aus jeweils gleichen Akkuzellen (2) aufgebaut sind, die in zwei Reihen angeordnet sind, und pro Reihe mindestens 4 und vorzugsweise bis zu 10, stärker bevorzugt 6 bis 8, insbesondere 7 Akkuzellen (2) nacheinander angeordnet sind.
  17. Akkupack nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (13) aus Metall ist und auf der anderen, der Grundplatte gegenüberliegenden, Seite des Akkumoduls auf der Schicht aus flammhemmendem Material (10) eine äußere Schicht (12) aus Faserverstärktem Kunststoff, insbesondere Glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) angeordnet ist.
  18. Akkupack nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – ein Akkumodul aus mehreren, vorzugsweise zwei, miteinander verbunden Akku-Submodulen (7) aufgebaut ist, worin – jeweils ein Akku-Submodul (7) aus mehreren miteinander verbundenen Strängen (4) aus Basis-Akkumodulen (3) besteht, vorzugsweise 2 bis 10, insbesondere 6 Strängen (4), und – jeweils 2 bis 6, insbesondere 4 Basis-Akkumodule (3) an ihren kurzen Seiten zu einem Strang (4) aus Basis-Akkumodulen verbunden werden.
  19. Akkupack nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das flammhemmemde Material ein aromatisches Polyamid ist oder mit Stickstoff gefüllte, im Brandfall schmelzende Glaskügelchen enthält.
  20. Akkupack nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sich im Gehäuse an einer Stirnseite des Akkumoduls, vorzugsweise einer der beiden kurzen Seiten, eine Platine als Teil eines Batteriemanagementsystem (BMS) befindet, welche alle Akkuzellen (2) im Akku-Submodul (7) in Bezug auf Spannung und Temperatur überwacht.
  21. Akkupack nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine über einen CAN-Bus parallel mit einer Steuereinheit (VCU = Vehicle Control Unit) verbunden ist, welche die Daten auswertet und mit der Antriebselektronik sowie dem Ladegerät über das installierte Bussystem kommuniziert.
  22. Akkupack nach einem oder mehreren der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Akkumodule (3) aus gleichen Akkuzellen aufgebaut sind.
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