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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug gemäß den Merkmalen im Oberbegriff von Anspruch 1.
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Im Stand der Technik sind Kraftfahrzeuge bekannt, um Personen oder Lasten von einem Ort zu einem anderen Ort zu verbringen. Diese Kraftfahrzeuge weisen hierzu eine Kraftfahrzeugkarosserie auf, welche zum einen die Fahrwerksbauteilte und zum anderen wenigstens ein Antriebsaggregat umfasst. Als Antriebsaggregate werden zumeist Brennkraftmaschinen eingesetzt, welche die im Kraftstoff enthaltene chemische Energie in Antriebsenergie wandeln. Der Umwandlungsvorgang ist dabei durch den ideellen Carnotprozess begrenzt. Somit können derzeit bis zu etwa 40 % der im Kraftstoff enthaltenen chemischen Energie in Antriebsenergie umgewandelt werden. Die restliche Energie wird durch Reibung und Abwärme insbesondere über das Abgas abgeführt. Zudem entstehen aufgrund des Verbrennungsvorganges Emissionen, die ebenfalls über das Abgas an die Umgebung abgeführt werden.
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In den letzten Jahren hat daher die Elektromobilität zunehmend an Bedeutung gewonnen. Als Antriebseinheit dient hier ein Elektromotor, welcher seine elektrische Energie von Batterien oder auch selbst wiederum von über einen Elektrizitätsgenerator einer Brennkraftmaschine erhält.
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Insbesondere bei den Batterien wurden mit der Ionen-Technik, Fortschritte gemacht, die durch Mindern des Innenwiderstands es ermöglichen, die in Reihe oder parallel geschalteten Zellen der Batterie in einer kürzeren Zeit als Zellen mit Gel- oder Fliesstoff gebundener Elektrolyt zu laden sowie mehr Ladezyklen bei geringem Leistungsverlust und damit höherer Lebensdauer der Batterien zu ermöglichen. Batterien werden auch als Energiespeicher oder Akkumulator, in der Kurzform als Akku, oder als Traktionsbatterie bezeichnet. Während in der Vergangenheit Blei- oder Stahl-Lithium-Ionen-Akkumulatoren genutzt wurden, sind heute in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen Nickel-Metallhydrid oder Lithium-Ionen-Akkumulatoren, insbesondere Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulatoren, im Einsatz. Ein solches Fahrzeug wird nachfolgend Elektrokraftfahrzeug genannt.
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Im Gegensatz zu einer Starterbatterie benötigen Antriebsbatterien aufgrund der für die zu speichernde Energie erforderliche Kapazität ein verhältnismäßig großes Raumvolumen an Platz und sind vergleichsweise schwer. Die für den Antrieb erforderliche Menge an Batterien, bestehend aus mehreren Zellen, kann eine Gesamtmasse von bis zu mehreren hundert Kilogramm aufweisen. Die Batterien werde daher bevorzugt im Unterflurbereich von Elektrokraftfahrzeugen angeordnet. Insbesondere sind zum Zwecke der Montierbarkeit in dem Kraftfahrzeug, jedoch auch zum Schutz vor Beschädigungen und zum Schutz vor Umwelteinflüssen die Batterien dazu in einem Batterieträger untergebracht. Ein solcher Batterieträger wird auch als Battery Tray bezeichnet. Ein solcher Batterieträger ist bspw. aus der
WO 2011 061 571 A1 bekannt.
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Ein gattungsbildender Batterieträger ist aus der
DE 10 2015 101 096 A1 bekannt. Dieser Batterieträger wird in einem Unterflurbereich eines Elektrofahrzeuges montiert und weist einen außen aufs Hohlprofil ausgebildeten Rahmen auf, wobei das Hohlprofil im Querschnitt L-förmig ausgebildet ist.
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Weitere Batterieträger sind aus der
US 2011/0143179 A1 , der
US 2012/0164500 A1 sowie der
DE 10 2012 100 977 B3 bekannt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug bereitzustellen, welcher einfach und kostengünstig produzierbar ist und eine hohe Steifigkeit besitzt.
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Die zuvor genannte Aufgabe wird bei einem Batterieträger für ein Elektrokraftfahrzeug mit den Merkmalen im Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsvarianten sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Der Batterieträger ist für ein Elektrokraftfahrzeug konzipiert und wird in einem Unterflurbereich des Elektrokraftfahrzeuges montiert. Der Batterieträger weist eine Wanne zur Aufnahme von wenigstens einer Batterie bevorzugt mehreren Batterien und einen Deckel auf. Die Wanne ist aus einem außen umlaufenden Rahmen sowie einem mit dem Rahmen insbesondere fluiddicht gekoppelten Boden ausgebildet ist. Auf der dem Boden gegenüberliegenden Seite ist eine Öffnung ausgebildet und die Öffnung ist von einem Deckel geschlossen. Der Rahmen ist erfindungsgemäß aus einem im Querschnitt L-förmigen oder T-förmigen Hohlprofil ausgebildet.
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Bei dem Hohlprofil handelt es sich bevorzugt um ein Mehrkammerhohlprofil. Der längere Schenkel des L bildet dabei insbesondere die außen umlaufende Seitenwand der Wanne. Der kürzere Schenkel des L ist über den Rahmen bzw. die Außenwand nach außen abstehend orientiert ausgebildet. Bei T-förmiger Konfiguration steht ein T-Schenkel nach außen ab. Bevorzugt besteht der nach außen stehende Teil in Form des T-Schenkels oder L-Schenkel aus wenigstens einer Hohlkammer.
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Der nach außen abstehende Teil dient als Befestigungsfläche zur Montage des Batterieträgers unter dem Elektrokraftfahrzeug, insbesondere an dessen Schwellern. Somit dient der nach außen stehende Teil des Hohlprofils der Energieaufnahme im Crashfall, der Erhöhung der Steifigkeit und der Anbindung an einen Schweller.
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Das Hohlprofil selbst ist bevorzugt als Strangpresshohlprofil, insbesondere aus einer Leichtmetalllegierung, ausgebildet oder auch als Rollformhohlprofil, Abkantbauteil oder Pressformbauteil hier bevorzugt aus einer Stahllegierung hergestellt.
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Durch den Aufbau des Batterieträgers mit einem außen umlaufenden Rahmen kann eine hohe Steifigkeit bereitgestellt werden, gleichzeitig ist jedoch eine günstige und einfache Produzierbarkeit gegeben, da das Hohlprofil zunächst als Endlosmaterial hergestellt werden kann. Ein erfindungsgemäß so aufgebauter Batterieträger kann konstruktiv einfach an den jeweiligen Anwendungszweck bzw. die Anwendungsgröße, mithin das bereitgestellte Aufnahmevolumen zur Aufnahme von Batterien, angepasst werden.
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Dazu ist besonders bevorzugt der Rahmen in Draufsicht rechteckig konfiguriert, wobei der Rahmen einstückig aus einem Hohlprofil oder aus zwei in Draufsicht U-förmig konfigurierten Rahmenteilen hergestellt ist.
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Hierzu wird das Hohlprofil mit einer Länge bereitgestellt die im Wesentlichen der Umfangslänge der Außenwand der herzustellenden Wanne entspricht. An einer Innenseite der Wanne wird das Hohlprofil winkelig ausgespart, was insbesondere einer Aussparung als 90 Grad Teilstück entspricht. Auf einer Außenseite wird ein Trennschlitz in das Hohlprofil eingebracht. Die Aussparung und der Trennschlitz werden hergestellt an einer auszubildenden Ecke des Hohlprofils bzw. des Rahmens. In den herzustellenden Ecken wird das Hohlprofil nunmehr um 90 Grad abgebogen, so dass die Ecke der Wanne ausgebildet ist. An den zur Anlage kommenden Stirnseiten in den Ecken wird das Hohlprofil miteinander thermisch gefügt. Hierdurch kann bevorzugt die Dichtigkeit eines Innenraums an der Wanne hergestellt werden.
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Weiterhin ist eine außen umlaufende Wand des umlaufenden Rahmens in den Ecken durchgängig ausgebildet, wobei in einer Ecke die Stirnseiten stoßend zur Anlage kommen und miteinander stoffschlüssig gekoppelt sind, insbesondere fluiddicht gekoppelt sind oder an einer Seitenkante des Rechtecks die Stirnseiten stoßend aneinander liegen und thermisch gefügt werden. An der umlaufenden Wand sind somit keine Trennfugen und auch keine Trennung, bis auf die eine thermische Fügenaht, gegeben.
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Der Boden selbst ist bevorzugt als dünnwandiger, flächiger Boden ausgebildet, insbesondere als Blechboden. Der Boden kann insbesondere mit einer Stärke von kleiner 1,5 mm ausgebildet sein und ist bevorzugt aus dem gleichen Werkstoff ausgebildet wie es auch der Rahmen ist. Der Boden kann insbesondere aus Leichtmetall ausgebildet sein. Der Boden kann jedoch auch aus Faserverbundwerkstoff ausgebildet sein. Der Boden ist mit dem Rahmen gekoppelt, insbesondere fluiddicht gekoppelt.
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Damit nunmehr wenigstens eine Batterie, insbesondere mehr als 2 Batterien, bevorzugt mehr als 4, ganz besonders bevorzugt mehr als 10, in dem Batterieträger, insbesondere in der Wanne des Batterieträgers, separat voneinander lagefixiert angeordnet werden können, sind in dem Rahmen weiterhin Trennstege in Form von wenigstens einem Quersteg und wenigstens einem Längssteg angeordnet. Der Quersteg sowie der Längssteg sind bevorzugt auch aus einem Hohlprofil hergestellt. Die Batterien sind dann weiterhin bevorzugt an dem Quersteg bzw. an den Längssteg gekoppelt, insbesondere durch Schrauben gefügt. Der Quersteg und der Längssteg sind insbesondere in einem jeweiligen 90 Grad Winkel zu einer Außenwand des außen umlaufenden Rahmens angeordnet. Zwischen dem Quersteg und dem Längssteg sind somit Aufnahmeräume für die Batterien ausgebildet. Wenigstens eine Batterie kann dann in die Aufnahmeräume eingesetzt und durch Schrauben befestigt werden, wobei insbesondere ein Batterieboden mit dem Boden der Wanne flächig in Berührung steht und insbesondere unter einer Vorspannung flächig anliegt. Auf der von dem Batterie-Boden berührten Seite des Wannen-Bodens ist ein Kühlsystem angeordnet. Die von wenigstens einer Batterie abgegebene Wärme wird somit über Wärmeleitung an den Boden abgegeben und von dem Boden an das Kühlsystem. Die Wärme wird dann von dem Kühlsystem abgeführt. Das Kühlsystem kann auch in dem Boden integriert sein in der Weise, dass ein doppellagiger Boden bzw. ein Boden aus mehreren Lagen als „Sandwichkonstruktion“ ausgebildet ist. Auch können an oder in dem Boden Latentwärmespeicher angeordnet sein. Diese können bei Ausfall des Kühlsystems noch für eine gewisse Zeit die Wärme der Batterie aufnehmen und diese dadurch kühlen. Bei einem Startvorgang können die Latentwärmespeicher die Batterien bereits vortemperiert haben.
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Weiterhin bevorzugt kann der Batterieträger derart eingesetzt werden, dass zunächst der Rahmen bereitgestellt wird und mit dem Boden gekoppelt wird, so dass die Wanne ausgebildet ist. Die Kopplung kann stoffschlüssig und/oder formschlüssig erfolgen. In die Wanne werden dann die Querstege und die Längsstege eingesetzt. Zunächst können auch die Trennstege miteinander gekoppelt werden, dann der Rahmen aufgelegt werden und anschließend der Boden mit dem Rahmen und den Trennstegen gekoppelt werden. Die Wanne weist mit ihrer Öffnung auf die Vertikalrichtung nach oben zeigend. Wenigstens eine Batterie kann somit in die gebildeten Aufnahmeräume eingesetzt und in der Wanne durch Schrauben befestigt werden. Die Wanne kann dann mit dem Deckel geschlossen werden. Hierzu wird insbesondere der Deckel mit dem Rahmen gekoppelt, ganz besonders bevorzugt fluiddicht gekoppelt, was ebenfalls formschlüssig und/oder stoffschlüssig erfolgt. Auch kann der Deckel mit den Trennstegen gekoppelt werden, bevorzugt stoffschlüssig und/oder formschlüssig, bspw. durch Verschrauben.
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Im Anschluss daran wird der Batterieträger um etwa 180 Grad gedreht, so dass die Öffnung der Wanne auf die Vertikalrichtung nach unten zeigend orientiert ist. Der Boden der Wanne ist somit auf die Vertikalrichtung bezogen oben angeordnet. Auf dem Boden kann ein Kühlsystem angeordnet sein. Der Batterieträger kann in dieser Lage in das Elektrokraftfahrzeug eingebaut sein. Die Batterie ist somit hängend in dem Batterieträger angeordnet. Das Kühlsystem befindet sich auf die Vertikalrichtung bezogen oberhalb der Batterie und somit zwischen dem Batterieträger und einem Innenraum des Elektrokraftfahrzeuges. Diese Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug steigert die Wärmeabfuhr von jeder Batterie durch natürliche Konvektion. Ferner mindert oder unterbindet sie eine Wärmeabgabe von jeder Batterie an den Innenraum des Elektrokraftfahrzeuges. Darüber hinaus ist das Kühlsystem weiter entfernt als der Deckel oder die Rahmenkante von der Fahrbahnoberfläche. Ein ungewolltes Aufsetzen des Elektrokraftfahrzeuges auf ein Hindernis oder ein Berühren eines Gegenstands und somit eine Beschädigung des Kühlsystems wird somit vermieden. Ferner ist zunächst das Bestücken des Batterieträgers mit wenigstens einer Batterie deutlich einfach und sicher von Hand als auch von Maschinen ausführbar.
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Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung. Bevorzugte Ausgestaltungsvarianten werden in den schematischen Figuren dargestellt. Diese dienen dem einfachen Verständnis der Erfindung. Es zeigen:
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1 einen Batterieträger in Position zur Bestückung mit wenigstens einer Batterie in perspektivischer Ansicht;
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2 eine Querschnittsansicht gemäß der Schnittlinie II-II aus 1, jedoch um 180 Grad gedreht;
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3 eine Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1, ebenfalls um 180 Grad gedreht;
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4 einen erfindungsgemäßen Batterieträger in Einbauposition in einem Elektrokraftfahrzeug;
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5 eine erfindungsgemäße Wanne in Draufsicht;
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6 den Rahmen während seiner Herstellung in Draufsicht;
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7 ein erfindungsgemäßes Herstellungsverfahren für einen Rahmen in Draufsicht;
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8 einen Querschnitt durch ein Hohlprofil zur Herstellung eines Rahmens;
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9 ein Hohlprofil in Draufsicht während der Fertigung;
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10 eine abgebogene Ecke eines Hohlprofils;
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11 zwei Trennstege in perspektivischer Ansicht unter Ausbildung einer Aufnahmeöffnung;
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12 eine Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Batterieträgers in Einbaulage in einem Kraftfahrzeug mit Batterien;
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13 eine Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße Wanne mit schräggestellter Innenwand;
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14 eine Längsschnittansicht durch einen Batterieträger mit Kühlsystem;
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15 eine teilweise Längsschnittansicht durch ein erfindungsgemäßen Batterieträger mit einem Kühlsystem;
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16 einen dreidimensionalen Boden;
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17 exemplarisch ein Kühlsystem in Draufsicht;
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18 das umlaufende Hohlprofil in Querschnittsansicht;
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19 alternative Ausgestaltungsvariante des rahmenbildenden Hohlprofils in Querschnittsansicht;
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20 eine alternative Ausgestaltungsvariante eines Längsstegs bzw. Quersteges in Querschnittsansicht,
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21a und b eine Koppelung von Rahmen und Trennsteg,
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22a und b eine alternative Ausgestaltung zu 22a und b,
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23a und b eine alternative Ausgestaltung zu 22a und b und
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24a und b eine alternative Ausgestaltung zu 22a und b.
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In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Bauteile dieselben Bezugszeichen verwendet, auch wenn eine wiederholte Beschreibung aus Vereinfachungsgründen entfällt.
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1 zeigt einen Batterieträger 1 in perspektivischer Ansicht. Der Batterieträger 1 befindet sich in einer Position, um mit wenigstens einer Batterie 2 bestückt zu werden. Hierzu ist die Wanne 3 durch einen außen umlaufenden Rahmen 4, gestaltet aus Hohlprofilen 5, sowie durch einen in dieser Darstellung nicht sichtbaren Boden ausgebildet. Innerhalb des Rahmens 4 sind einzelne Trennstege 6, ebenfalls bevorzugt ausgebildet aus Hohlprofilen 5, angeordnet. Die Trennstege 6 sind bevorzugt als Montageträger gestaltet. Der Batterieträger 1 wird dann in dieser Position mit wenigstens einer Batterie 2 bestückt. Aufgrund der Erdanziehungskraft g liegt jede Batterie 2 auf dem Boden 8 auf und kann durch Koppelung mit dem Boden 8, beispielsweise durch Schrauben, aber auch alternativ oder ergänzend durch eine Klemm- oder Schnappfixierung, gehalten werden. Vorzugsweise wird jede Batterie 2 mit dem Boden 8 unter Ausbildung einer Vorspannkraft gekoppelt, so dass die Batterien 2 flächig an dem Boden 8 anliegt.
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Ist die Bestückung abgeschlossen, wird der Batterieträger 1, wie in 2 dargestellt, um eine Mittellängsachse 7 um etwa 180 Grad gedreht. Die Öffnung 9 der Wanne 3 zeigt dann in Bezug auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z nicht mehr nach oben, wie es beim Bestücken mit wenigstens einer Batterie 2 der Fall war, sondern nach unten.
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Eine Querschnittsansicht sowie eine Längsschnittansicht sind in den 2 und 3 dargestellt, wobei hier der Batterieträger 1 mit der Öffnung 9 nach unten zeigend dargestellt ist. Außenseitig ist jeweils der umlaufende Rahmen 4 mit den Hohlprofilen 5 angeordnet. Der Rahmen 4 ist umlaufend mit einem Boden 8, insbesondere fluiddicht, gekoppelt. Innerhalb der durch den Rahmen 4 und den Boden 8 ausgebildeten Wanne 3 ist wenigstens eine Batterie 2 angeordnet. Eine Öffnung 9 der Wanne 3 zeigt nunmehr auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen nach unten. Der Batterieträger 1 befindet sich mit der wenigstens einen darin angeordneten Batterie 2 somit in einer Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug. Die Batterie 2 kann hierzu beispielsweise über die grafisch angedeutete Schrauben 10 an den Boden 8, den Rahmen 4 und/oder den Trennstegen 6 gefügt sein. Ein Batterieboden 11 steht derart mit dem anliegenden Boden 8 flächig in Berührung, dass eine erhöhte Flächenpressung vorliegt.
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Die Öffnung 9 ist durch einen zweilagigen Deckel 12 geschlossen, so dass ein Innenraum 13 des Batterieträgers 1, in welchem auch die wenigstens eine Batterie 2 angeordnet ist, von der Umgebung U abgeschottet ist. Der Deckel 12 ist flach ausgebildet. Hierzu sind insbesondere der Deckel 12 und die Wanne 3 fluiddicht miteinander gekoppelt. Eine äußere Lage 14 weist eine Wölbstruktur bzw. Wabenstruktur auf. Insbesondere in einer Schubrichtung S ist somit eine erhöhte Steifigkeit, auch des Deckels 12, gegeben. Der eigentliche Deckel 12 kann beispielsweise durch ein Metallblech oder auch ein Faserverbundwerkstoffblech ausgebildet sein. Dieser wird insbesondere durch die Lage der Wölbstruktur verstärkt. Zwischen Deckel 12 und Batterien 2 ist ein elektrisches Leitungssystem 19 angeordnet. Dieses elektrische Leitungssystem 19 ist bevorzugt durch einen Anpressdruck zwischen Deckel 12 und Batterie 2 derart eingespannt, dass die elektrisch leitfähigen Kontakte an den Polen der Batterie 2 anliegen.
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3 zeigt eine Längsschnittansicht gemäß der Schnittlinie III-III aus 1 ebenfalls in Einbausituation innerhalb des Elektrokraftfahrzeugs. Die einzelnen Trennstege 6 sowie der außen umlaufende Rahmen 4, ausgebildet aus den Hohlprofilen 5, sind gut erkennbar, genauso wie der Deckel 12 mit der äußeren Lage 14 mit der Wölbstruktur. Auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z in Einbaulage bezogen oberhalb des Bodens 8 sind Kühlleitungen 15 vorhanden. Es erfolgt eine Wärmeleitung über den Batterieboden 11 an den Boden 8 und schließlich eine Wärmeabfuhr über die Kühlleitungen 15. Hierzu ist ferner ein Unterflurbereich 16 einer Kraftfahrzeugkarosserie angedeutet, in welchem der Batterieträger 1 angeordnet ist. Der Unterflurbereich 16 befindet sich auf Höhe der Kraftfahrzeugräder 17, die Kühlleitungen 15 befinden sich dann zwischen einem Innenraum 18 des Kraftfahrzeugs sowie dem Batterieträger 1. Eine Erwärmung des Innenraumes 18 kann durch die Kühlleitungen 15 oberhalb des Bodens 8 vermieden werden.
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4 zeigt den Batterieträger 1 in einer perspektivischen Ansicht. Der Batterieträger 1 ist hierzu in Einbauposition in dem Elektrokraftfahrzeug dargestellt. Der umlaufende Rahmen 4 ist durch die Hohlprofile 5 ausgebildet. Diese sind gekoppelt mit dem Boden 8. In Einbauposition ist oberhalb des Bodens 8 ein System aus Kühlleitungen 15 angeordnet. Optional an oder in dem Boden 8 können Latentwärmespeicher 41 angeordnet sein. Diese sind insbesondere flächig ausgebildet.
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5 zeigt eine Draufsicht auf die Wanne 3 des Batterieträgers 1 von oben. Eingesetzt ist eine Batterie 2 zwischen den Trennstegen 6, welche als Querstege 19 und ein Längssteg 20 ausgebildet sind. Es ergibt sich jeweils ein Aufnahmeraum 21 zur Aufnahme jeweils einer Batterie 2. Die Querstege 19 und Längsstege 20 sind insbesondere mit dem Rahmen 4 in der Wanne 3 gekoppelt, da dem Boden 8 selbst eine untergeordnete tragende Funktion zukommt. Bevorzugt sind sie mit einer Innenwand 22 gekoppelt, in einfachster Ausgestaltungsvariante können diese thermisch gefügt sein. Es ist jedoch auch vorstellbar, dass die Innenwand 22 selbst winkelig, beispielsweise in Richtung zum Boden 8 verjüngt nach innen gerichtet, verläuft. Die Trennstege 6 können dann als Keilmontage angeordnet sein und hier insbesondere über einen Kraftschluss in dem Rahmen 4 befestigt sein. Zusätzlich sind dann Rastnasen oder Federstege ausgebildet, so dass insbesondere zu der keilförmigen Montage mittels Kraftschluss ein Formschluss hinzukommt. Bei der Montage können dann die Trennstege 6 in die Wanne 3 gesteckt werden. Dargestellt ist dies in 13. Die Innenwand 22 ist in einem Winkel α größer 90 Grad zu dem Boden geneigt. Weiterhin bevorzugt kann bereits das Hohlprofil 5 in dieser Form mit zu der Außenwand 30 geneigter Innenwand 22 stranggepresst werden.
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Weiterhin ist in 5 erkennbar, dass sich wenigstens ein Quersteg 19 und wenigstens ein Längssteg 20 kreuzen. Aus 2 und 3 ist ersichtlich, dass eine Höhe H19 der Querstege 19 und eine Höhe H20 des Längssteges 20 im Wesentlichen einer Höhe H13 des Innenraumes 13 des Batterieträgers 1 entspricht. Hierzu sind die Querstege 19 und der Längssteg 20 mit Aussparungen versehen, so dass diese nach dem Prinzip eines Nut- und Feder-Stecksystems kreuzartig ineinander gesteckt werden können.
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6 und 7 zeigen eine jeweilige Draufsicht auf einen Rahmen 4. Der Rahmen 4 ist dabei einstückig umlaufend ausgebildet und rechteckig konfiguriert. In seinen Ecken 23 ist er durch Abbiegen hergestellt. An einer kurzen Seite des Rechtecks kommen gem. 6 zwei Stirnseiten 24 stoßend zur Anlage und können durch stoffschlüssiges Verbinden gekoppelt werden. Auch kann in einer Ecke 23 eine solche Anlage ausgebildet werden.
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7 zeigt dazu alternativ eine Ausgestaltungsvariante, bei welcher der Rahmen 4 durch zwei in Draufsicht U-förmige Rahmenteile 25 ausgebildet wird. Diese kommen an Stirnseiten 24 zur Anlage und können hier über stoffschlüssiges Fügen miteinander gekoppelt werden.
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Zur Herstellung des Rahmens 4 wird weiterhin gemäß 8 ein im Querschnitt L-förmiges Hohlprofil 5 hergestellt. Ein kürzerer Steg 26 weist in Einbaulage nach außen. Der längere Steg 27 der L-Form bildet den außen umlaufenden Rahmen 4 und die Innenwand 22 sowie Außenwand 30 aus. Das Hohlprofil 5 weist einen mit diesem gekoppelten Boden 8 auf. Der Boden 8 weist eine Wandstärke W8 auf, die bevorzugt kleiner 3 mm, insbesondere kleiner 1,5 mm ausgebildet ist. Der Boden 8 ist insbesondere aus Leichtmetall hergestellt. An dem kürzeren Steg 26 kann der hergestellte Batterieträger 1 beispielsweise über Schrauben an einem Kraftfahrzeug gekoppelt werden. Auch wird hierdurch eine bessere Steifigkeit des Rahmens ausgebildet, insbesondere in Schubrichtung S gem. 3 realisiert.
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Zur Herstellung des Hohlprofils 5 wird zunächst ein Endlosstrang bereitgestellt. Dieser wird an einer Innenseite, mithin an der zu bildenden Innenwand 22, mit einer 90 Grad Ausfräsung 28 bis nahe an die Außenwand 30 sowie an einer Außenseite mit einem Trennschlitz 29 versehen. Dies ist dargestellt in 9.
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Gemäß 10 wird sodann das Hohlprofil 5 um 90 Grad zur Ausbildung einer Ecke 23 des Rahmens 4 abgebogen. Eine außen umlaufende Außenwand 30 des Rahmens 4 weist somit keine Trennstelle auf und ist insbesondere fluiddicht ausgebildet. Aneinander liegenden Stirnseiten können beispielsweise über eine thermische Fügenaht 31 miteinander stoffschlüssig gekoppelt werden. Bevorzugt wird die Außenwand 30 mit einem Radius R abgebogen, der kleiner gleich dem 3 fachen der Wandstärke W30 der Außenwand, insbesondere kleiner gleich dem 2 fachen der Wandstärke W30 der Außenwand 30 ist.
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11 zeigt eine Detailansicht der Trennstege 6 mit integrierter Aufnahme 30. Hierzu liegt ein Quersteg 19 mit seiner Stirnseite stoßend an dem Längssteg 20 an. Auf einer Seitenwand 35 des Längssteges 20 ist ein erster Flansch 32 auf die Vertikalrichtung V bezogen nach oben hin gebogen. Ein zweiter Flansch 33 wird von einer Seitenwand 35 zur Seite des Quertrstegs 19 abgebogen. Die beiden Flansche 32 und 33 sind jeweils über eine thermische Fügenaht 31 miteinander gekoppelt. Eine Aufnahme 34 ist beispielsweise mit einer Nietmutter oder einer Einschweißmutter versehen.
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Somit kann gemäß 12 eine Schraube 10 die Batterie 2 durchgreifen und in die Aufnahme 34 der Trennstege 6 gekoppelt werden. Die Batterie 2 kann somit in dem jeweiligen Aufnahmeraum 21 angeordnet werden. Zwischen dem oberen Flansch 31 und der Batterie 2 ist ein Freiraum 36 verbleibend, so dass der Batterieboden 11 mit einer Flächenpressung gegen den Boden 8 durch das Verschrauben gepresst werden kann. Es findet somit eine optimale Wärmeleitung von Batterie 2 an den Boden 8 statt. Die Batterie 2 hängt in Einbaulage in dem Elektrokraftfahrzeug des Batterieträgers 1 somit auf die Kraftfahrzeugvertikalrichtung Z bezogen mit ihren elektrischen Polen P nach unten zeigend in dem Batterieträger.
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13 zeigt die Wanne 3 des erfindungsgemäßen Batterieträgers in Querschnittsansicht. Der Rahmen 4 ist gebildet aus einem Hohlprofil. Eine Innenwand 22 des Rahmens 4 ist dabei in einem Winkel α größer 90 Grad zu dem Boden 8 angeordnet. Bevorzugt beträgt der Winkel α zwischen 90 Grad und 100 Grad. Durch die winkelige Anordnung der Innenwand 22 können die Trennstege auf die Vertikalrichtung V bezogen von oben in die Wanne 3 formschlüssig eingesetzt werden und insbesondere verkeilt werden. Diese Trennstege können dann beispielsweise mit einer nicht näher dargestellten Rastverbindung, einer Klebeverbindung, einer Schweißverbindung oder aber auch einer Schraubverbindung in der Wanne 3 lagefixiert werden. Es ist aber auch möglich, dass die Trennstege 6 im Anbindungsbereich zur Innenwand 22 des Rahmens 4 untereinander in Nuten 51 eingesetzt und so in horizontaler Lage fixiert sind, wie in 11 dargestellt. Dafür kann die Innenwand 22 des Hohlprofils 5 bzw. des Rahmenteils 25 lokal entfernt sein und eine stirnseitige Aufnahme für die Trennstege 6 bilden.
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Wie gemäß 14 und 15, ist der Boden 8 nicht nur einlagig sondern doppellagig ausgebildet. Dieser weist dazu eine erste Bodenlage 37 auf, die zusammen mit dem umlaufenden Rahmen 4 aus den Hohlprofilen 5 die Wanne 3 ausbildet. Jede Batterie 2 ist mit ihrem Batterieboden 11 an der ersten Bodenlage 37 anliegend befestigt. Nunmehr ist eine zweite Bodenlage 38 angeordnet. Zwischen der ersten Bodenlage 37 und der zweiten Bodenlage 38 ist ein Kühlsystem 42 ausgebildet. Hierzu sind in diesem Beispiel zwischen erster Bodenlage 37 und zweiter Bodenlage 38 Kühlkanäle 45 ausgebildet in Form eines jeweiligen Vorlaufs 39 und Rücklaufs 40. Ferner ist ein Latentwärmespeicher 41 angeordnet. Ein nicht näher dargestelltes Kühlmedium strömt somit durch den Vorlauf 39 über die erste Bodenlage 37, dabei wird eine Wärmemenge von dem Batterieboden 11 über die erste Bodenlagen 37 mittels Wärmeleitung übertragen und dann durch das nicht näher dargestellten Kühlmedium abgeführt.
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Gleichzeitig wird der zwischen den Bodenlagen 37, 38 und auch zwischen den Kühlkanälen 45 jeweils an dem Vorlauf 39 und Rücklauf 40 angeordnete Latentwärmespeicher 41 ebenfalls temperiert. Bei einem Abschalten oder einem Ausfall des aktiven Kühlsystems 42 kann zusätzlich noch eine Wärmemenge L der Batterie 2 in den Latentwärmespeicher 41 abgeführt werden. Bei einem Kaltstart würde umgekehrt eine entsprechend gespeicherte Wärmemenge des Latentwärmespeichers 41 für eine Vortemperierung der Batterie 2 sorgen.
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Die zweite bzw. äußere Bodenlage 38 ist in Richtung zu einem Unterflurbereich 16 eines Kraftfahrzeuges orientiert angeordnet. Ein ungewolltes Aufsetzen oder Berühren eines Hindernisses bzw. eines Gegenstands an einer Fahrbahnoberfläche 43 würde allenfalls eine Verformung des Deckels bedeuten, jedoch keine Beschädigung des oberhalb des Batterieträgers angeordnetem Kühlsystems 42.
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Die zweite Bodenlage 38 ist dazu als profiliertes Blech bzw. Waben- oder Riffelblech ausgebildet, so dass bei formschlüssiger und bevorzugt fluiddichter Koppelung mit der ersten Bodenlage 37 die Kühlkanäle 45 ausgebildet sind. Auch vorstellbar ist es, dass die erste Bodenlage 37 eine dreidimensionale Profilierung aufweist. Alternativ vorstellbar ist, dass eine Dritte in 16 näher dargestellte Bodenlage 44 zwischen erster Bodenlage 37 und zweiter Bodenlage 38 angeordnet ist. Hierzu würde dann die erste Bodenlage 37 den eigentlichen Boden der Wanne 3 ausbilden. Dies ist dargestellt in 16. Hier dargestellt ist eine dritte Bodenlage 44. Die dritte Bodenlage ist zwischen der ersten und der zweiten Bodenlage 37, 38 eingegliedert. Die Kühlkanäle 45 sind dann zwischen der zweiten Bodenlage 38 und dritten Bodenlage 44 ausgebildet. Die einzelnen Bodenlagen 37, 38, 44 können miteinander durch Schrauben und/oder Kleben und/oder Schweißen oder Löten gefügt sein.
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17 zeigt exemplarisch ein Kühlsystem 42 in Draufsicht. Das Kühlmedium fließt dabei seriell durch die Kühlkanäle. Auch vorstellbar wäre eine Parallelschaltung der Kühlkanäle 45.
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18 zeigt das umlaufende Hohlprofil 5 in Querschnittsansicht. Dieses ist T-förmig ausgebildet. Ein nach außen stehender Schenkel bzw. Steg 46 der T-Form dient zu Aussteifung, zur Aufnahme von Crashenergie bei einem Unfall sowie zur Montage an einem nicht näher dargestellten Schweller. Der Steg 46 steht über die Außenwand 30 nach außen gerichtet über. Der Boden 8 ist mit dem Hohlprofil 5 gekoppelt, insbesondere fluiddicht. Die Innenwand 22 und Außenwand 30 des Hohlprofils 5 bilden die Innenwand 22 und Außenwand 30 der herzustellenden Wanne 3. Dazwischen angeordnet sind mehrere Hohlkammern 49, so dass die Trennwände 47 zwischen den Hohlkammern 49 des Hohlprofil 5 aussteifen.
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19 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante welche ebenfalls T-förmig konfiguriert ist. Ein nach außenstehender kürzerer Steg 26 der L-Form bietet ebenfalls die Möglichkeit der Aussteifung der Wanne, der Aufnahme vom Crashenergie sowie der Koppelung mit einem nicht näher dargestellten Schweller eines Kraftfahrzeuges. Ergänzend ist hier an der Innenwand 22 noch eine Hohlkammer 50 ausgebildet. Diese können als Aufnahmen 34 ausgebildet sein zur Montage von nicht näher dargestellten Batterien.
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20 zeigt eine alternative Ausgestaltungsvariante eines Querstegs bzw. hier dargestellten Längsstegs 20 in Querschnittansicht. Dieser ist ebenfalls T-förmig konfiguriert. Der T-balken des Längsstegs 20 liegt auf dem Boden 8 auf. Die seitlich abstehenden Schenkel können dann als Aufnahmen 34 ausgebildet sein an denen nicht näher dargestellte Batterien gekoppelt werden. Auch können die Querstege 19 in dieser Querschnittskonfiguration ausgebildet sein.
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21a und b zeigen eine weitere Koppelungsmöglichkeit. Eine Stirnseite 51 des Trennsteges 6 ist in einem Winkel β kleiner 90° zu dem Boden 8 abgeschrägt. Der Winkel β ist komplementär zu dem Winkel α, mit welchem die Innenwand 22 des umlaufenden Rahmens 4 entlang eines Längenabschnittes 52 lokal eingeprägt ist. Es entsteht dadurch eine Aussparung 53. Diese entspricht im Wesentlichen der Breite 54 des Trennsteges 6. Der Trennsteg 6 kann dann formschlüssig in die Aussparung 53 eingesetzt werden. Der restliche Teil der Innenwand 22 steht im Wesentlichen senkrecht zu dem Boden 8.
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22a und b zeigen eine analoge Ausgestaltungsvariante. Hier ist jedoch die Innenwand 22 lokal über den Längenabschnitt 52 entfernt. Ebenfalls kann hier die Stirnseite 51 des Trennsteges 6 formschlüssig eingreifen. Der ausgeschnittene Teil verläuft in einem Winkel α zu dem Boden.
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23a und b zeigen eine alternative Ausgestaltungsvariante. Hierbei verläuft die Innenwand 22 in einem Winkel α kleiner 90° zu dem Boden 8. Die Trennstege 6 werden somit vor Montage des Bodens 8 mit dem Rahmen 4 gekoppelt. Beispielsweise kann eine Verschraubung oder auch ein stoffschlüssiges Fügen stattfinden. Im Anschluss daran wird der Boden 8 mit dem Hohlprofil 5 gekoppelt.
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24a und b zeigen eine Ausgestaltungsvariante wonach das Hohlprofil 5 mit einer Innenwand 22 hergestellt ist, die in einem Winkel α größer 90° zum Boden 8 verläuft. Die Stirnseite 51 des Trennsteges 6 ist dazu komplementär in einem Winkel β kleiner 90° abgeschrägt. Im zusammengebauten Zustand kommen die Stirnseite 51 des Trennsteges 6 und die Innenwand 22 des Hohlprofils formschlüssig zur Anlage. Diese können zusätzlich stoffschlüssig oder kraftschlüssig sowie beispielsweise formschlüssig durch ein Verschrauben oder ähnliches miteinander lagefixiert sein.
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Die 21a, 22a, 23a und 24a zeigen jeweils eine Draufsicht, die 21b, 22b, 23b, 24b zeigen jeweils eine dazugehörige Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterieträger
- 2
- Batterie
- 3
- Wanne
- 4
- Rahmen
- 5
- Hohlprofil
- 6
- Trennsteg
- 7
- Mittellängsachse
- 8
- Boden
- 9
- Öffnung
- 10
- Schraube
- 11
- Batterieboden
- 12
- Deckel
- 13
- Innenraum zu 1
- 14
- Lage
- 15
- Kühlleitung
- 16
- Unterflurbereich
- 17
- Rad
- 18
- Innenraum zu 1
- 19
- Quersteg
- 20
- Längssteg
- 21
- Aufnahmeraum
- 22
- Innenwand
- 23
- Ecke
- 24
- Stirnseite
- 25
- Rahmenteil
- 26
- kürzerer Steg der L-Form
- 27
- längerer Steg der L-Form
- 28
- Ausprägung / Ausfräsung
- 29
- Trennschlitz
- 30
- Außenwand
- 31
- Fügenaht
- 32
- Flansch zu 20
- 33
- Flansch zu 19
- 34
- Aufnahme
- 35
- Seitenwand
- 36
- Freiraum
- 37
- erste Bodenlage
- 38
- zweite Bodenlage
- 39
- Vorlauf
- 40
- Rücklauf
- 41
- Latentwärmespeicher
- 42
- Kühlsystem
- 43
- Fahrbahnoberfläche
- 44
- dritte Bodenlage
- 45
- Kühlkanal
- 46
- Steg
- 47
- Trennwand
- 49
- Hohlkammer
- 50
- Hohlkammer
- 51
- Stirnseite
- 52
- Längenabschnitt
- 53
- Aussparung
- g
- Erdanziehungskraft
- Z
- Kraftfahrzeugvertikalrichtung
- S
- Schubrichtung
- U
- Umgebung
- H19
- Höhe v. 19
- H20
- Höhe v. 20
- H13
- Höhe v. 13
- W8
- Wandstärke zu 8
- W 30
- Wandstärke
- V
- Vertikalrichtung
- R
- Radius
- α
- Winkel
- Q .
- Wärmemenge
- P
- elektrischer Pol