WO2020038967A1

WO2020038967A1 - Batteriegehäuse

Info

Publication number: WO2020038967A1
Application number: PCT/EP2019/072311
Authority: WO
Inventors: Alexander GÜNTHER; Marco TÖLLER
Original assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Current assignee: Kirchhoff Automotive Deutschland GmbH
Priority date: 2018-08-21
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2020-02-27
Anticipated expiration: 2021-02-21
Also published as: DE102018120296A1

Abstract

Ein Batteriegehäuse (1) für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug, welches Batteriegehäuse eine Rahmenstruktur (2) und mehrere, innerhalb der Rahmenstruktur (2) angeordnete Batteriemodulaufnahmen (6) umfasst. Quer zu einer angenommenen, in Richtung der längs- oder querseitigen Rahmenteile (3), (3.1); (4), (4.1) der Rahmenstruktur verlaufenden Aufprallrichtung sind benachbart angeordnete Batteriemodulaufnahmen 6 durch jeweils eine sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Rahmenteilen erstreckende und an diese angeschlossene Querstrebe (5), (5.1) voneinander getrennt. Die zumindest eine Querstrebe ist ein Profil, dessen Längserstreckung der Längserstreckung der Querstrebe folgt und wobei durch die Rahmenstruktur und die zumindest eine Querstrebe ein Gefache zum Trennen der einzelnen Batteriemodulaufnahmen voneinander gebildet ist. Das Batteriegehäuse (1) weist Haltemittel zum Befestigen der in das Batteriegehäuse (1) einzusetzende Batteriemodule (7) an dem aus der Rahmenstruktur (2) und der zumindest einen Querstrebe (5), (5.1) gebildeten Gefache auf, durch welche Haltemittel zumindest diejenigen Batteriemodule (7), deren Batterieaufnahme (6) durch ein quer zur angenommenen Aufprallrichtung verlaufendes Rahmenteil (3), (3.1); (4), (4.1) oder einen parallel hierzu verlaufenden Längsträger begrenzt ist und die die entgegen der Richtung der angenommenen Aufprallrichtung vorderste Batteriemodulreihe oder die in Richtung der angenommenen Aufprallrichtung hinterste Batteriemodulreihe ist, zumindest an einer Seite mit Abstand zu dieser Begrenzung - Rahmenteil oder Längsträger - gehalten ist, in welchem Abstandsabschnitt (10), (10.1) die zumindest eine Querstrebe (5), (5.1) zur Absorption von Aufprallenergie eine geringere Festigkeit aufweist als in ihrem zwei benachbarte Batteriemodule (7) voneinander trennenden Abschnitt (11), (11.1).

Description

Batteriegehäuse

Die Erfindung betrifft ein Batteriegehäuse für ein elektromotorisch ange triebenes Fahrzeug, welches Batteriegehäuse eine Rahmenstruktur und mehrere, innerhalb der Rahmenstruktur angeordnete Batteriemodulauf- nahmen aufweist, wobei quer zu einer angenommenen, in Richtung der längs- oder querseitigen Rahmenteile der Rahmenstruktur verlaufenden Aufprallrichtung benachbart angeordnete Batteriemodulaufnahmen durch jeweils eine sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Rahmentei len erstreckende und an diese angeschlossene Querstrebe voneinander getrennt sind, wobei die zumindest eine Querstrebe ein Profil ist, dessen Längserstreckung der Längserstreckung der Querstrebe folgt und wobei durch die Rahmenstruktur und die zumindest eine Querstrebe ein Gefache zum Trennen der einzelnen Batteriemodulaufnahmen voneinander gebil det ist.

Bei elektromotorisch angetriebenen Fahrzeugen, wie beispielsweise bei Personenkraftwagen, Flurförderfahrzeugen oder dergleichen werden Bat- teriemodule als Stromspeicher eingesetzt. Derartige Batteriemodule sind typischerweise aus einer Vielzahl einzelner Batterien zusammengesetzt. Bei diesen Batterien handelt es sich um so genannte Hochvoltbatterien. An die Unterbringung derartiger, für einen Betrieb eines solchen Fahrzeu ges notwendigen Batteriemodule, sind gewisse Anforderungen gestellt. Wesentlich ist, dass das oder die Batteriemodule in ihrem Batteriegehäuse vor äußeren Einflüssen geschützt sind. Insbesondere müssen diese bei crashbedingten Krafteinträgen den geforderten sicherheitsrechtlichen An forderungen entsprechen.

Zum Bereitstellen eines mechanischen Schutzes für das Batteriegehäuse, insbesondere für das oder die darin aufgenommenen Batteriemodule, ist das Wannenteil oder sind die Wannenteile von einer Rahmenstruktur ein gefasst, die außenseitig bezüglich der Seitenwände angeordnet ist. Eine solche Rahmenstruktur wird aus einzelnen, zu einem Rahmenprofil zu sammengesetzten Profilabschnitten gebildet. Ein Batteriegehäuse mit ei nem solchen Wannenteil ist aus US 201 1/0143179 A1 bekannt. Als Profil- abschnitte werden zur Gewichtsersparnis stranggepresste Leichtmetall- hohlkammerprofile, typischerweise Aluminiumstrangpressprofile, verwen det.

Die Rahmenstruktur dient zur Aufnahme von Stößen, wie diese beispiels- weise bei einem Aufprall Vorkommen können. Zumindest bis zu einem gewissen Grad soll durch diese das in dem Wannenteil enthaltene Batte rievolumen vor Beschädigungen geschützt werden. Zur Aussteifung des Wannenvolumens werden darin Längs- und Querstreben angeordnet, die sich mit ihren Stirnflächen an den Oberflächen der zueinander weisenden Seitenwände abstützen. Diese Streben dienen dem Zweck, das Wannen teil auszusteifen. Die Stoßenergie, die im Aufprallfalle seitlich auf einen Profilabschnitt eines solchen Rahmenprofils wirkt, soll über den oder die in Stoßrichtung verlaufenden Streben auf die dem Stoß abgewandte Seite weitergeleitet werden. Diese wirkt typischerweise gegen ein Widerlager. Ein solches Batteriegehäuse ist aus DE 10 2009 035 492 A1 bekannt.

Aus DE 10 2016 008 170 A1 ist eine Batterie mit einer Versteifungsstruk tur bekannt geworden. Bei diesem vorbekannten Konzept sind mehrere einzelne Batteriezellen in einer Versteifungsstruktur zusammengefasst. Die Versteifungsstruktur umfasst zwei Endplatten, von denen jeweils eine an die Flachseite der jeweils außenliegenden Batteriezelle eines solchen Batteriemoduls angeordnet ist. Die Endplatten sind unter Zwischenschal tung der einzelnen Batteriezellen mit Spannelementen verbunden. Durch diese sind die Kanten der einzelnen Batteriezellen eingefasst. Die End- platten weisen in Verlängerung ihrer Ebene Vorsprünge auf, durch die die Batteriezellen von der Innenwandung eines Batteriegehäuses beabstandet sind. Die Endplatten dienen gemäß einer Ausgestaltung ebenso wie bei dem Gegenstand der DE 10 2009 035 492 A1 zur Aufnahme bzw. zum Weiterleiten von Aufprallenergie. Gemäß einer anderen Ausgestaltung sind die Endplatten Strangpressprofilabschnitte mit einer Profilrichtung, die in Richtung der Höhe des Batteriegehäuses weist. Bei diesem Ausfüh rungsbeispiel sind die abstandshaltenden Vorsprünge für eine plastische Verformung zur Energieabsorption vorgesehen. Die Ausbildung der Batte- riemodule ist gemäß diesem Stand der Technik aufwendig. Überdies sind hohe Anforderungen an die Maßhaltigkeit gegeben, damit die einzelnen Batteriemodule mit ihren mit ihren Vorsprüngen aneinandergrenzenden Endplatten und mit den außenseitigen Vorsprüngen an der Innenseite des Batteriegehäuses anliegen und kein Spalt zwischen diesen und der In nenwand des Batteriegehäuses verbleibt. Eingebaut werden derartige Batteriegehäuse unterhalb oder als Teil der Bodengruppe eines Fahrzeuges. Seitlich vor den in Längserstreckung des Fahrzeuges verlaufenden Rahmenteilen befindet sich jeweils ein Schwel ler, der im Falle eines seitlichen Pfahlaufpralls der Energieabsorption dient. Auch wenn über diese Schweller im Falle eines Seitenaufpralls Energie absorbiert wird und die Batteriegehäuse den einschlägigen Prüf vorschriften hinsichtlich ihrer Crash-Performance genügen, stellen sich bei einer realen Benutzung des mit einem solchen Batteriegehäuse ausgerüs teten Fahrzeuges Unfallkonstellationen ein, die über Prüfverfahren nicht abgedeckt sind oder auch nicht abgedeckt werden können. Sinn derartiger Batteriegehäuse ist es, die darin integrierten Batteriemodule vor einer Be schädigung zu schützen, um einen Batteriemodulbrand so gut wie möglich zu verhindern. Darüber hinaus soll auch ein Undefiniertes Ausknicken der Rahmenstruktur, Teilen davon oder von Querstreben bei Überschreiten der vorgesehenen Lasten auch zum Schutze der Fahrzeuginsassen ver- mieden werden. Neben diesen Anforderungen an die Crash-Performance eines solchen Batteriegehäuses ist auch eine effiziente Bauraumausnut zung zu beachten, um zur Verbesserung der Reichweite von Elektrofahr zeugen mehr Batterievolumen unterbringen zu können. Ausgehend von dem diskutierten Stand der Technik gemäß DE 10 2009 035 492 A1 liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, ein Batterie gehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug der eingangs genannten Art dergestalt weiterzubilden, damit dessen Crash- Performance verbessert und zur Realisierung der verbesserten Crash- Performance kein zusätzlicher Bauraum, jedenfalls kein nennenswert zu sätzlicher Bauraum benötigt wird.

Gelöst wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch ein eingangs genann tes, gattungsgemäßes Batteriegehäuse, bei dem das Batteriegehäuse Haltemittel zum Befestigen der in das Batteriegehäuse einzusetzende Bat teriemodule an dem aus der Rahmenstruktur und der zumindest einen Querstrebe gebildeten Gefache aufweist, durch welche Haltemittel zumin dest diejenigen Batteriemodule, deren Batterieaufnahme durch ein quer zur angenommenen Aufprallrichtung verlaufendes Rahmenteil oder einen parallel hierzu verlaufenden Längsträger begrenzt ist und die die entgegen der Richtung der angenommenen Aufprallrichtung vorderste Batteriemo dulreihe oder die in Richtung der angenommenen Aufprallrichtung hinters te Batteriemodulreihe ist, zumindest an einer Seite mit Abstand zu dieser Begrenzung - Rahmenteil oder Längsträger - gehalten ist, in welchem Abstandsabschnitt die zumindest eine Querstrebe zur Absorption von Auf- prallenergie eine geringere Festigkeit aufweist als in ihrem zwei benach barte Batteriemodule voneinander trennenden Abschnitt.

Dieses Batteriegehäuse zeichnet sich bezüglich des Aufbaus seines Ge faches dadurch aus, dass die zumindest eine bzw. typischerweise die mehreren, parallel zueinander angeordneten Querstreben in einem Ab schnitt eine geringere Festigkeit zur Ausbildung eines Crashelementes aufweisen. Dieser Abschnitt der zumindest einen Querstrebe ist derjenige Abschnitt, mit dem eine solche Querstrebe den Abstand von dem Batte riemodul zu einem entgegen der angenommenen Aufprallrichtung ange- ordneten Gehäusebauteil - Rahmenteil oder Längsträger - beabstandet ist. Je nach Auslegung des Batteriegehäuses kann ein solcher Abstand zwischen dem Batteriemodul und jedem parallel zur Batteriemodulreihe verlaufenden Gehäuseteil vorgesehen sein. In dem übrigen Abschnitt ei ner solchen Querstrebe weist diese eine höhere Festigkeit und somit eine höhere Steifigkeit als in den vorgenannten Abstandsabschnitten auf. Da mit ist durch den Abstandsabschnitt jedes der am Aufbau des Gefaches beteiligten Querstreben ein Crashelement ausgebildet, in dem im Aufprall falle Energie absorbiert werden kann. Somit wirkt der Abstand, den ein Batteriemodul von einem außen liegenden, quer zur Aufprallrichtung ver- laufenden Rahmenteil aufweisen muss, im Falle eines Aufpralles als De formationsweg zum Herbeiführen einer kontrollierten Deformation und ei ner dadurch bedingten Energieabsorption. Da die Querstreben in oder entgegen der angenommenen Aufprallrichtung über die Länge der be nachbart zu diesen angeordneten Batteriemodulen eine höhere Festigkeit aufweisen, bleiben die Batteriemodule durch diese Abschnitte, da in einem solchen Falle nicht deformiert, geschützt. Ausgenutzt wird bei diesem Konzept auch das Vorhandensein eines entgegen der Aufprallrichtung vor dem außenliegenden Rahmenteil fahrzeugseitig befindlichen Schwellers, sodass eine Energieabsorption in dem Batteriegehäuse erst zum Tragen kommt, wenn der Schweller als Folge einer Deformation keine Energie, jedenfalls keine nennenswerte Energie mehr absorbieren kann. Dieses wird bei der Konzeption der Festigkeit und damit des Crashverhaltens der Abstandsabschnitte der Querstreben berücksichtigt.

Es wird angenommen, dass im Rahmen dieser Ausführungen zum ersten Mal eine zugelassene Deformation innerhalb des Gefaches eines Batte riegehäuses vorgeschlagen wird. Schließlich musste hierzu erst die herr schende Lehre überwunden werden, dass ein Batteriegehäuse als solches in sich möglichst steif ausgelegt sein müsse, um darauf einwirkender Auf prallenergie standzuhalten bzw. diese über das Gefache beschädigungs- frei für die darin integrierten Batteriemodule durch das Batteriegehäuse hindurchzuleiten.

Bei diesem Batteriegehäuse wird der ohnehin einzuhaltende Abstand zwi schen den in den Batteriemodulaufnahmen nebeneinander angeordneten Batteriemodulen von dem eine solche Batteriemodulaufnahme außensei tig begrenzenden Gehäusebauteil - Rahmenteil oder Längsträger - als Deformationsweg genutzt. Daher wird zur Realisierung kein zusätzlicher Bauraum benötigt. Vielmehr wird der zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt. Auch wird trotz Verbesserung der Crash-Performance das Gewicht eines solchen Batteriegehäuses nicht erhöht.

Die Querstreben sind als Profile ausgeführt, wobei die Längserstreckung der Profile der Längserstreckung der zumindest einen Querstrebe folgt. Typischerweise verfügt ein solches Batteriegehäuse über mehrere, paral- lei zueinander angeordnete Querstreben. Zu absorbierende Energie wirkt somit auf die Querstreben in ihrer Längsrichtung und damit in derjenigen Richtung, in der diese besonders viel Energie durch Umformarbeit auf nehmen bzw. absorbieren können. Für die Deformation eines Profils, bei spielsweise eines Hohlkammerprofils, in Richtung seiner Längserstre- ckung wird deutlich mehr Kraft benötigt als zur Deformation eines solchen Profils in seiner Querrichtung. Die Querstreben erstrecken sich zwischen zwei einander gegenüberlie genden Seitenwänden der Rahmenstruktur und sind an diese angeschlos sen.

Vorzugsweise sind die benachbart zu einem außenliegenden Gehäuse bauteil des Batteriegehäuses angeordneten Batteriemodule oder Batte riemoduleinheiten beidseits von diesem Bauteil beabstandet und die Querstreben entsprechend an ihren beiden Enden mit jeweils einem Ab- Standsabschnitt mit geringerer Festigkeit zur Ausbildung von Crashele menten ausgelegt.

Das vorbeschriebene Konzept des erfindungsgemäßen Batteriegehäuses lässt sich verwirklichen, wenn die Querstreben sich durch den Innenraum der Rahmenstruktur insgesamt hindurcherstrecken, ebenso wie bei Aus gestaltungen, bei denen in die Rahmenstruktur ein oder mehrere Längs träger angeordnet sind. In einem solchen Fall sind typischerweise die Längsträger durchlaufend. Dann sind die Querstreben an die Außenwand der Längsstrebe angeschlossen. In einem solchen Fall kann der zwischen dem Batteriemodul und dem Längsträger einzuhaltende Abstand durch entsprechende Ausgestaltung der Querstreben ebenfalls als Deformati onsweg genutzt werden. Auch eine solche aus mehreren Einzelstücken, jeweils durch eine Längsstrebe getrennt ausgeführte Querstrebe erstreckt sich zwischen zwei einander gegenüberliegenden Seitenwänden der Rahmenstruktur. Insofern ist auch eine solche Querstrebenanordnung als Querstrebe im Sinne der in diesen Unterlagen beschriebenen Erfindung anzusehen.

Das vorbeschriebene Konzept der Auslegung eines Batteriegehäuses kann verwirklicht werden, wenn die anzunehmende Aufprallrichtung in y- Richtung oder auch in x-Richtung verläuft. Die Querstreben des Batterie gehäuses verlaufen dabei immer in Richtung der angenommenen Aufprall richtung. Bei den im Rahmen dieser Ausführung benutzten Richtungen - x- Richtung, y-Richtung, z-Richtung - handelt es sich um die in einem Fahr- zeug in der Branche üblicherweise gekennzeichneten Richtungen. Hierbei ist die x-Richtung die Richtung der Längserstreckung des Fahrzeuges, die y-Richtung die Querrichtung und die z-Richtung die Richtung der Höhe des Fahrzeuges.

Um einen exakten Übergang von dem oder den Abstandsabschnitt(en) geringer Festigkeit zu dem daran angrenzenden Abschnitt höherer Festig keit einer solchen Querstrebe zu definieren, ist in einer vorteilhaften Aus gestaltung vorgesehen, dass dieser Übergang sprunghaft ist. Dieses be- deutet, dass der Übergang von dem Abschnitt geringerer Festigkeit in den Abschnitt höherer Festigkeit ohne einen Übergangsabschnitt oder, sollte ein solcher vorhanden sein oder sich nicht gänzlich vermeiden lassen, nur mit einem sehr kurzen Übergangsabschnitt, bezogen auf die Längserstre ckung der Querstrebe ausgeführt ist.

Die unterschiedliche Festigkeit in den Abschnitten einer solchen Querstre be kann durch eine unterschiedliche Querschnittsgeometrie oder Quer schnittsfläche der Querstrebe herbeigeführt sein. Zum Ausbilden der Ab standsabschnitte ist sodann die Querschnittsfläche in den Abstandsab- schnitten geringer als in dem festeren Abschnitt der Querstrebe. Als Quer streben werden beispielsweise Hohlkammerprofile eingesetzt. Um den zumindest einen Abstandsabschnitt mit einer entsprechend geringeren Festigkeit einzurichten, kann in diesem Teil der Querstrebe ein Teil des Profils in Längserstreckung der Querstrebe entfernt bzw. ausgeklinkt sein. Einrichten lässt sich eine geringere Festigkeit in einem solchen Abstands abschnitt einer Querstrebe auch durch eine thermische Behandlung. Typi scherweise sind die Querstreben aus einem gehärteten Material, bei spielsweise gehärtetem Stahl hergestellt. Dann kann die eingestellte Härte und damit die eingestellte Festigkeit in dem oder den Abstandsabschnitten durch einen Wärmebehandlungsschritt durch selektives Erwärmen des einen oder der beiden Abstandsabschnitte einer solchen Querstrebe her abgesetzt werden, damit das Material in den Abstandsabschnitten duktiler ist. Möglich ist auch die Ausbildung einer solchen Querstrebe dadurch, dass diese aus zwei oder auch mehreren Einzelprofilen zusammengesetzt ist. Die Einzelprofile sind der Längserstreckung derselben folgend mitei nander kraftschlüssig, vorzugsweise formschlüssig oder stoffschlüssig verbunden. Das erste Einzelprofil erstreckt sich zwischen den beiden ei nander gegenüberliegenden, quer zur angenommenen Aufprallrichtung verlaufenden Gehäusebauteilen. Bei dieser Ausgestaltung erstreckt sich das zweite Einzelprofil in demjenigen Abschnitt der Querstrebe, der in der Flucht des oder der benachbarten Batteriemodule liegt. Somit reagiert eine solche Querstrebe in diesem Abschnitt steifer als in den über die Länge der Batteriemodule hervorspringenden Abschnitten, die sodann die Ab standsabschnitte mit geringerer Festigkeit sind. Möglich ist auch eine Aus gestaltung, bei der der benachbarte Batteriemodule trennende Abschnitt einer solchen Querstrebe aus einem ersten Material mit höherer Festigkeit hergestellt ist und dieses Teil mit einem den Abstandsabschnitt bildenden zweiten Teil geringerer Festigkeit bzw. höhere Duktilität verbunden ist.

Die geringere Festigkeit des oder der Abstandsabschnitte einer solchen Querstrebe zum Ausbilden der sich über den Abstandsabschnitt erstre ckende Deformationszone kann auch durch eine zerspanende Quer schnittsveränderung der Querstrebe herbeigeführt sein. Wird für die Aus bildung der einen oder mehreren Querstreben in den Batteriegehäu sehohlkammerprofile eingesetzt, wird bei dieser Ausgestaltung typischer- weise an einander gegenüberliegenden Wänden von ihrer Außenseite Ma terial abgetragen werden. Die Folge ist, dass hierdurch die Festigkeit ge genüber den Abschnitten, die durch die spanende Bearbeitung nicht ge schwächt worden sind, herabgesetzt ist. Grundsätzlich ist es ebenfalls möglich, den zumindest einen Abstandsab schnitt bezüglich seiner geringeren Festigkeit in seiner Eigenschaft als Crash-Element so auszulegen, dass mehrere, mit Abstand zueinander angeordnete Abschnitte mit geringerer Festigkeit sich abwechseln mit kur zen Abschnitten höherer Festigkeit. Die Abschnitte mit geringerer Festig- keit stellen dann Soll-Knickstellen dar.

Zum Einstellen des Abschnittes einer höheren Festigkeit der Querstreben gegenüber den Abstandsabschnitten mit geringerer Festigkeit können auch die benachbart zueinander angeordneten Batteriemodule selbst, wenn entsprechend ausgelegt, dienen. In einer solchen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Batteriemodule eine stabile Befestigungsplatte auf- weisen und mit davon abragenden Befestigungsfortsätzen an den Schmalseiten der Querstreben bzw. des außen liegenden Rahmenteils befestigt sind. Befinden sich diese Befestigungsfortsätze der Batteriemo- dule an ihrem in oder entgegen der angenommenen Aufprallrichtung be- findlichen Ende oder springen über dieses noch etwas gegenüber diesem Ende hervor, ist durch den Anschluss der Batteriemodule an die Querstre ben in der vorbeschriebenen Art und Weise der Bereich der höheren Fes tigkeit durch die daran angeschlossenen Befestigungsplatten, und zwar dem sich zwischen den Anschlusspunkten befindlichen Abschnitt bereit- gestellt. Da an eine solche Querstrebe beiderseits ein solches Batteriemo dul in der vorbeschriebenen Art und Weise angeschlossen ist, tragen bei de Befestigungsplatten zu der erhöhten Aussteifung und daher der erhöh ten Festigkeit der Querstrebe in dem in Rede stehenden Abschnitt bei. Die Flöhe der Querstreben ist in einer bevorzugten Ausgestaltung geringer als die Höhe der Rahmenstruktur. Durch die unterschiedliche Höhe der Rahmenstruktur bzw. ihrer Rahmenteile gegenüber der Höhe der Quer streben können die Querstreben mit ihrer Oberseite mit Abstand zu dem oberen Abschluss der Rahmenstruktur angeordnet sein, und zwar mit Ab- stand in Richtung zum Batterievolumen hin. Der auf diese Weise bereitge stellte Höhenunterschied der Querstreben gegenüber der Rahmenstruktur kann genutzt werden, um die Oberseite der Querstreben für die Befesti gung der in dem Gefache festzulegenden Batteriemodule zu nutzen, bei spielsweise durch Anschließen einer jedem Batteriemodul zugeordneten Befestigungsplatte auf der Oberseite der Querstreben, wie vorstehend bereits ausgeführt.

Nachfolgend ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : eine perspektivische Ansicht eines Teils eines Batteriege häuses für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug,

Fig. 2: eine Draufsicht auf das Batteriegehäuse der Figur 1 , Fig. 3: eine Seitenansicht einer zum Ausbilden eines Gefaches des Batteriegehäuses eingesetzten Querstrebe,

Fig. 4: eine Querstrebe gemäß einer weiteren Ausgestaltung für ein Batteriegehäuse und

Fig. 5a-c: schematisierte Darstellungen zur Erläuterung des Crash-

Verhaltens einer Querstrebe des Batteriegehäuses der Fi gur 1.

Ein Batteriegehäuse 1 für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug umfasst eine Rahmenstruktur 2, die bei dem dargestellten Ausführungs beispiel aus vier Rahmenteilen, und zwar zwei längsseitigen Rahmenteilen 3, 3.1 und zwei querseitigen Rahmenteilen 4, 4.1 gebildet ist. Die Rah- menteile 3, 3,1 , 4, 4.1 sind mit ihren zueinander weisenden Stirnseiten auf Gehrung geschnitten und miteinander verschweißt. Die längsseitigen Rahmenteile 3, 3.1 verlaufen mit ihrer Längserstreckung in Längserstre ckung des Fahrzeuges (x-Richtung). In diese Rahmenstruktur 2 sind zur Ausbildung einzelner Batteriemodulaufnahmen Querstreben 5 eingesetzt. Diese verlaufen quer zu den längsseitigen Rahmenteilen 3, 3.1 und paral lel zu den quer verlaufenden Rahmenteilen 4, 4.1. Die Querstreben 5 sind mit ihren stirnseitigen Enden an die in das Innere der Rahmenstruktur 2 weisenden Wände der Rahmenteile 3, 3.1 angeschlossen. Das in Figur 1 gezeigte Batteriegehäuse 1 wird unterseitig durch ein Bodenteil und ober- seitig durch ein Deckelteil (beides nicht dargestellt) vervollständigt, wel ches Bodenteil und welches Deckelteil unter Zwischenschaltung der Rah menstruktur 2 miteinander verschraubt werden. Durch die Querstreben 5 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sechs Batteriemodulauf nahmen 6 bereitgestellt. Jede Batteriemodulaufnahme 6 ist quer zur Längserstreckung der Rahmenteile 3, 3.1 durch eine Querstrebe 5 be grenzt. In jede Batteriemodulaufnahme 6 sind bei dem dargestellten Aus führungsbeispiel zwei Batteriemodule 7 eingesetzt. Die Batteriemodule 7 verfügen über eine nicht näher dargestellte Befestigungsplatte, von der Befestigungsfortsätze 8 von der Umrissgeometrie der Batteriemodule 7 abragen, die auf den in Figur 1 oberen Schmalseiten 9 der beiden, eine Batteriemodulaufnahme 6 begrenzenden Querstreben 5 aufliegen. Durch geeignete Befestiger sind die Batteriemodule 7 an die Querstreben 5 an geschlossen.

Die zu den Rahmenteilen 3 bzw. 3.1 weisenden Abschlüsse der Batte- riemodule 7 sind von den nach innen weisenden Wänden dieser Rahmen teile 3, 3.1 beabstandet, wie diese vor allem aus der Draufsicht des Batte riegehäuses 1 der Figur 2 erkennbar ist. Derjenige Abschnitt einer Quer strebe 5, der über den zu einem solchen Rahmenteil 3 bzw. 3.1 weisen den Abschluss eines Batteriemoduls 7 vorspringt und sich bis zur Innen- wand des jeweiligen Rahmenteils 3 bzw. 3.1 erstreckt, ist im Rahmen die ser Ausführungen als Abstandsabschnitt 10, 10.1 angesprochen. In Figu ren 1 und 2 sind an einer der Querstreben 5 die Abstandsabschnitte 10, 10.1 kenntlich gemacht. Von Besonderheit ist bei dem Batteriegehäuse 1 die Ausbildung seiner Querstreben 5. Figur 3 zeigt in einer Seitenansicht eine solche Querstrebe 5. Die Abstandsabschnitte 10 bzw. 10.1 sind darin kenntlich gemacht. Der dazwischen befindliche Abschnitt 1 1 entspricht der benötigten Anord nungslänge der beiden in eine Batteriemodulaufnahme 6 eingesetzten Batteriemodule 7. Die Querstreben 5 weisen im Bereich ihrer Abstandsab schnitte 10, 10.1 eine geringere Festigkeit auf als in dem zwischen den beiden Abstandsabschnitten 10, 10.1 befindlichen Abschnitt 1 1. Die Ab standsabschnitte 10, 10.1 damit sind als Crash-Elemente ausgebildet, die aufgrund ihrer geringen Festigkeit bei einem Aufprall Energie durch Um- formung absorbieren. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die geringere Festigkeit der Querstreben 5 durch eine thermische Behandlung herbeigeführt, durch die die ursprünglich eingestellte Härte der Querstre ben 5 herabgesetzt worden ist, um auf diese Weise die Abstandsabschnit te 10, 10.1 mit duktileren Eigenschaften auszustatten. Bei dem dargestell- ten Ausführungsbeispiel entspricht die Länge des Abschnittes 1 1 der für den Einbau der beiden in jede Batteriemodulaufnahme 6 eingesetzten Batteriemodule 7 benötigten Länge. Da bei einer Energieabsorption in je dem der beiden Abstandsabschnitte 10, 10.1 auch nach erfolgter Energie absorption der Abschnitt 1 1 immer noch durch vorhandenes Material der Abstandsabschnitte 10, 10.1 von dem jeweiligen Rahmenteile 3 bzw. 3.1 beabstandet ist, ist sichergestellt, dass sich die Deformation nicht bis zu den Batteriemodulen 7 hin erstreckt und noch ein gewisser Sicherheitsab stand zwischen den Batteriemodulen 7 und der zu den Batteriemodulen 7 weisenden Innenseite der Rahmenteile 3 bzw. 3.1 verbleibt. Aufgrund des thermischen Einstellens der Abstandsabschnitte 10, 10.1 mit ihrer geringeren Festigkeit durch Herabsetzen der Härte ist ein in Längserstreckung der Querstrebe 5 gesehen sehr kurzer Übergangsbe reich zwischen der Härte und damit der Festigkeit in den Abstandsab schnitten 10, 10.1 und dem Abschnitt 1 1 gegeben. Dieses ist im Rahmen dieser Ausführung noch als spontaner Festigkeitsübergang zu verstehen. Dieses ist gewünscht, da der bezüglich seiner Festigkeit härte Abschnitt 1 1 das Widerlager für eine Verformung der Abstandsabschnitte 10, 10.1 bildet. Figur 4 zeigt eine alternative Ausgestaltung einer Querstrebe 5.1. Die Querstrebe 5.1 ist aus zwei Einzelprofilen 12, 12.1 zusammengesetzt, die parallel zueinander angeordnet und über ihre Länge kraftschlüssig mitei nander verbunden sind. Durch die Einzelprofildopplung in dem Abschnitt 1 1.1 ist dieser Abschnitt der Querstrebe 5.1 gegenüber den darüber hin- ausragenden, die für die Crashperformance verantwortlichen Abstandsab schnitte bildenden Abschnitten des Einzelprofils 12 entsprechend fester.

Neben den beispielhaften Ausführungen der Auslegung einer solchen Querstrebe anhand der Querstreben 5 und 5.1 kann die unterschiedliche Festigkeit auch auf andere Weise bereitgestellt werden. Zudem besteht die Möglichkeit, wenn gewünscht, ein progressives Deformationsverhalten der Querstreben beispielsweise dadurch zu bewirken, dass die an die In nenwände der Rahmenteile 3, 3.1 grenzenden Stirnseiten der Querstre ben gegenüber der Erstreckung dieser Seitenwände geneigt sind, typi- scherweise in Richtung der Höhe der Querstrebe.

Die Figurenfolge der Figuren 5a bis 5c zeigt schematisiert die Crash- Performance des Batteriegehäuses 1 anhand eines Ausschnittes einer Querstrebe 5. Figur 5a zeigt einen Ausschnitt des Batteriegehäuses 1 vor einem Seitenaufprall mit Pfahl. Figur 5b zeigt das Batteriegehäuse 1 wäh rend eines Seitenaufpralls, bei dem bereits der Abstandsabschnitt 10 der Querstrebe 5 vollständig deformiert ist. Demzufolge ist entsprechend Energie abgebaut worden. Beteiligt an dem Abbau der Aufprallenergie sind sämtliche Querstreben 5, auf die der Aufprall wirkt. Bei der schemati sierten Darstellung der Figurenfolge 5a bis 5c wurde ein Pfahl-Aufprall simuliert. Ist die Aufprallenergie höher als durch einen Abstandsabschnitt 10 oder 10.1 einer solchen Querstrebe 5 absorbiert werden kann, wird weitere Energie durch Deformation des gegenüberliegenden Abstandsab schnittes 10.1 oder 10 abgebaut. Figur 2c zeigt die Querstrebe 5, dessen beide Abstandsabschnitte 10, 10.1 vollständig zum Energieabbau defor- miert worden sind. Zugleich zeigt Figur 5 deutlich, dass auch in dieser Si tuation noch ein Abstand zwischen den zu den Rahmenteilen 3 bzw. 3.1 weisenden Stirnseiten der Batteriemodule 7 vorhanden ist und dass die Batteriemodule 7 aufgrund der durch die Auslegung der Abstandsab schnitte 10, 10.1 definierten Energieabsorption unbeschädigt sind.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen erläutert worden. Ohne den Umfang der geltenden Ansprüche zu verlassen, ergeben sich für einen Fachmann zahlreiche weitere Möglichkeiten, diese umzusetzen, ohne dass diese weiteren Ausgestaltungen im Rahmen dieser Ausführun gen im Einzelnen näher erläutert werden müssen.

Bezugszeichenliste

Batteriegehäuse

Rahmenstruktur

3.1 Rahmenteil

4.1 Rahmenteil

5.1 Querstrebe

Batteriemodulaufnahme Batteriemodul

Befestigungsfortsatz

Schmalseite

, 10.1 Abstandsabschnitt

Abschnitt

Einzelprofil

Claims

Patentansprüche

1. Batteriegehäuse für ein elektromotorisch angetriebenes Fahrzeug, welches Batteriegehäuse eine Rahmenstruktur (2) und mehrere, in nerhalb der Rahmenstruktur (2) angeordnete Batteriemodulauf nahmen (6) aufweist, wobei quer zu einer angenommenen, in Rich tung der längs- oder querseitigen Rahmenteile (3, 3.1 ; 4, 4.1 ) der Rahmenstruktur verlaufenden Aufprallrichtung benachbart ange- ordnete Batteriemodulaufnahmen (6) durch jeweils eine sich zwi schen zwei einander gegenüberliegenden Rahmenteilen (3, 3.1 ) erstreckende und an diese angeschlossene Querstrebe (5, 5.1 ) voneinander getrennt sind, wobei die zumindest eine Querstrebe ein Profil ist, dessen Längserstreckung der Längserstreckung der Querstrebe (5, 5.1 ) folgt und wobei durch die Rahmenstruktur (2) und die zumindest eine Querstrebe (5, 5.1 ) ein Gefache zum Tren nen der einzelnen Batteriemodulaufnahmen (6) voneinander gebil det ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriegehäuse (1 ) Haltemittel zum Befestigen der in das Batteriegehäuse (1 ) einzu- setzende Batteriemodule (7) an dem aus der Rahmenstruktur (2) und der zumindest einen Querstrebe (5, 5.1 ) gebildeten Gefache aufweist, durch welche Haltemittel zumindest diejenigen Batte riemodule (7), deren Batterieaufnahme (6) durch ein quer zur ange nommenen Aufprallrichtung verlaufendes Rahmenteil (3, 3.1 ; 4, 4.1 ) oder einen parallel hierzu verlaufenden Längsträger begrenzt ist und die die entgegen der Richtung der angenommenen Aufprall richtung vorderste Batteriemodulreihe oder die in Richtung der an genommenen Aufprallrichtung hinterste Batteriemodulreihe ist, zu mindest an einer Seite mit Abstand zu dieser Begrenzung - Rah- menteil oder Längsträger - gehalten ist, in welchem Abstandsab schnitt (10, 10.1 ) die zumindest eine Querstrebe (5, 5.1 ) zur Ab sorption von Aufprallenergie eine geringere Festigkeit aufweist als in ihrem zwei benachbarte Batteriemodule (7) voneinander tren nenden Abschnitt (1 1 , 1 1.1 ).

2. Batteriegehäuse nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass durch die Haltemittel die Batteriemodule (7) an ihren beiden gegen überliegenden Seiten mit Abstand zu dem die jeweilige Batteriemo dulaufnahme (6) vorgesehenen Begrenzung - Rahmenteil oder Längsträger - gehalten sind.

3. Batteriegehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Übergang der geringeren Festigkeit des zumindest einen Abstandsabschnittes (10, 10.1 ) in den angrenzenden Ab- schnitt (1 1 , 11.1 ) höherer Festigkeit sprunghaft ist.

4. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem zumindest einen Abstandsabschnitt vorgesehene geringere Festigkeit der zumindest einen Querstrebe durch eine gegenüber dem festeren Abschnitt unterschiedliche

Querschnittsgeometrie oder Querschnittsfläche derselben herbeige führt ist.

5. Batteriegehäuse nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die in dem zumindest einen Abstandsabschnitt vorgesehene gerin gere Festigkeit durch eine zerspanende Querschnittsveränderung der Querstrebe herbeigeführt ist.

6. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge- kennzeichnet, dass die wenigstens eine Querstrebe (5, 5.1 ) aus zumindest zwei Einzelprofilen (12, 12.1 ) zusammengesetzt ist, von denen sich ein erstes Einzelprofil (12) zwischen den die Batte riemodule in Richtung der angenommenen Aufprallrichtung begren zenden Bauteile - Rahmenteil oder Längsträger - erstreckt und von denen das andere Einzelprofil (12.1 ) um den zumindest einen vor gesehenen Abstandsabschnitt kürzer ist als das andere, wobei die beiden Einzelprofile kraftschlüssig miteinander verbunden sind.

7. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Material der zumindest einen Querstrebe (5) im Bereich ihres zumindest einen Abstandsabschnittes (10, 10.1 ) duktiler ist als in ihrem festeren Abschnitt (1 1 ).

8. Batteriegehäuse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die duktileren Eigenschaften des oder der Abstandsabschnitte (10,

10.1 ) der zumindest einen Querstrebe (5) durch eine thermische Behandlung des jeweiligen Abstandsabschnittes (10, 10.1 ) einge stellt ist.

9. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Haltemittel zum Befestigen der Batte- riemodule (7) in die in Richtung der angenommenen Aufprallrich tung verlaufenden Rahmenteile und Querstreben (5) Bohrungen zum Anschließen der Batteriemodule (7) mittels eines Befestigers, etwa eines Schraubbefestigers eingebracht sind.

10. Batteriegehäuse nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Batteriemodulaufnahmen (6) jeweils zumindest ein Batte riemodul (7) eingesetzt und an den die jeweilige Batteriemodulauf- nähme (6) in Richtung der angenommenen Aufprallrichtung be grenzende Teile - Rahmenteil bzw. Querstrebe (5) - befestigt sind.

11. Batteriegehäuse nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Batteriemodule (7) eine Befestigungsplatte als Träger aufweisen, die zum Anschließen des Batteriemoduls (7) an das Batteriegehäuse (1 ) eine oder mehrere Befestigungsfortsätze (8) aufweist, die auf einer Schmalseite (9) des eine Batteriemodu laufnahme (6) begrenzenden Gehäusebauteils - Rahmenteil oder Querstrebe - aufliegen.

12. Batteriegehäuse nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zum Anschluss der Batteriemodule an die Batteriegehäu sebauteile vorgesehenen Fortsätze endseitig bezüglich der Befesti gungsplatte der Batteriemodule angeordnet sind oder in bzw. ent- gegen der angenommenen Aufprallrichtung gegenüber dem in

Richtung eines Abstandsabschnittes der die Batteriemodulaufnah- men begrenzende Querstrebe endseitig oder gegenüber diesem Abschluss vorspringend ausgeführt ist.

13. Batteriegehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Gefache eine Mehrzahl an Querstreben

(5, 5.1 ) aufweist, wobei die beiden äußeren Querstreben an der In nenseite der Rahmenstruktur (2) angeordnet sind, dass die Halte mittel zum Befestigen der in das Batteriegehäuse (1 ) einzusetzen den Batteriemodule (7) sich an der Oberseite der Querstreben (5, 5.1 ) befinden und dass der obere Abschluss der Querstreben (5,

5.1 ) von dem oberen Abschluss der Rahmenstruktur (2) zum Zwe cke des Anschließens der Batteriemodule (7) daran beabstandet ist.