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DE102019119996A1 - Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs - Google Patents

Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs Download PDF

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DE102019119996A1
DE102019119996A1 DE102019119996.4A DE102019119996A DE102019119996A1 DE 102019119996 A1 DE102019119996 A1 DE 102019119996A1 DE 102019119996 A DE102019119996 A DE 102019119996A DE 102019119996 A1 DE102019119996 A1 DE 102019119996A1
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shock absorber
absorber layer
plate
damage
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Jay Zeljiko Glavaski
Michel Greif
Jan Machka
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Dr Ing HCF Porsche AG
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Abstract

Es ist eine Batterieabstützung (10) für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Unterbodenplatte (12) zum Schutz gegen Beschädigungen von unten, einer oberhalb der Unterbodenplatte (12) vorgesehenen Kühlplatte (22) zum Kühlen von Batteriemodulen (16) der Traktionsbatterie und zum Abtragen des Eigengewichts der Batteriemodule (16) und einer zwischen der Unterbodenplatte (12) und der Kühlplatte (22) vorgesehenen Stoßdämpferschicht (24) zur Absorption von über die Unterbodenplatte (12) eingeleiteten Stöße. Durch die unterhalb der Kühlplatte (22) vorgesehene Stoßdämpferschicht (24) kann bei einer guten Kühlleistung die Traktionsbatterie auch bei großflächigen Stößen von unten vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden, so dass ein guter Schutz einer gut gekühlten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, auf der Batteriemodule der Traktionsbatterie aufgesetzt werden können.
  • Aus DE 102015 003 643 B3 ist eine Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bekannt, bei der zwischen einer Tragplatte und einem Batteriemodul der Traktionsbatterie eine mit einer Unterseite des Batteriemoduls verklebte Dämpfungsschicht vorgesehen ist, die eine Übertragung von durch Fahrbahnunebenheiten verursachte Schwingungen an das Batteriemodul dämpfen soll.
  • Es besteht ein ständiges Bedürfnis eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs gut zu kühlen und vor Beschädigungen zu schützen.
  • Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die einen guten Schutz einer gut gekühlten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ermöglichen.
  • Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Batterieabstützung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
  • Erfindungsgemäß ist eine Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit einer Unterbodenplatte zum Schutz gegen Beschädigungen von unten, einer oberhalb der Unterbodenplatte vorgesehenen Kühlplatte zum Kühlen von Batteriemodulen der Traktionsbatterie und zum Abtragen des Eigengewichts der Batteriemodule und einer zwischen der Unterbodenplatte und der Kühlplatte vorgesehenen Stoßdämpferschicht zur Absorption von über die Unterbodenplatte eingeleiteten Stöße.
  • Die Unterbodenplatte kann bereits als Panzerung gegen Beschädigungen von unten dienen. Aufgeschleudertes Material, beispielsweise Rollsplit, kann von der Unterbodenplatte abgehalten werden an die Traktionsbatterie zu gelangen. Bei größeren Bauteilen, beispielsweise wenn das Kraftfahrzeug auf einer Bodenunebenheit oder einem Poller aufsetzt, kann jedoch die Unterbodenplatte als Ganzes elastisch und/oder plastische verformt und auf die Traktionsbatterie zu gedrückt werden. Durch die Stoßdämpferschicht können jedoch die hierbei auftretenden Kräfte über eine größere Fläche verteilt und zusätzlich über die Kühlplatte abgestützt werden, so dass eine Beschädigung der Batteriemodule der Traktionsbatterie vermieden werden kann. Vorzugsweise kann die Stoßdämpferschicht zur Stoßdämpfung von auf die Unterbodenplatte auftreffenden Stößen elastisch und/oder plastisch verformt werden, wodurch zumindest ein Teil der durch den Stoß eingeleiteten Aufprallenergie dissipiert werden kann und an der Kühlplatte sowie an den Batteriemodulen deutlich geringere Kräfte ankommen. Die Kühlplatte kann hierbei nicht nur eine gute Kühlung der Batteriemodule von unten ermöglichen, sondern auch eine zusätzliche Schutzwirkung für die Batteriemodule gegen Beschädigungen von unten bereitstellen. Da die Stoßdämpferschicht bereits einen signifikanten Anteil der Aufprallenergie verteilen und/oder dissipieren kann, kann die Kühlplatte im Vergleich zur Unterbodenplatte kostengünstig für deutlich geringere Lasten ausgelegt sein. Insbesondere ist die Kühlplatte durch mindestens ein umgeformtes Blech ausgebildet, so dass bei einer geringen Wandstärke der Kühlplatte von einem Kühlfluid durchströmbare Kühlkanäle ausgebildet werden können und gleichzeitig ein mit Hilfe der Stoßdämpferschicht und der Unterbodenplatte ausreichender mechanischer Schutz der Batteriemodule erreicht ist. Durch die unterhalb der Kühlplatte vorgesehene Stoßdämpferschicht kann bei einer guten Kühlleistung die Traktionsbatterie auch bei großflächigen Stößen von unten vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden, so dass ein guter Schutz einer gut gekühlten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
  • Insbesondere liegt das Batteriemodul zur thermischen Koppelung flächig auf der Kühlplatte, insbesondere unmittelbar, auf. Dadurch kann ein thermischer Widerstand minimiert und der Wärmeaustausch zwischen dem Batteriemodul und der Kühlplatte maximiert werden. Hierzu kann das Batteriemodul mit einer Unterseite seines Modulgehäuses in direktem Kontakt mit einer Oberseite der Kühlplatte stehen. Vorzugsweise liegt das Batteriemodul mit einem Großteil der Unterseite, insbesondere mit der gesamten Unterseite, flächig direkt und unmittelbar auf der Oberseite der Kühlplatte auf. Dadurch kann eine hohe Kühlleistung der Kühlplatte erreicht werden.
  • Vorzugsweise ist die Unterbodenplatte mit einem Halteprofil, insbesondere einem Halterahmen zur Aufnahme der Batteriemodule, verbunden, wobei die Unterbodenplatte die Stoßdämpferschicht und die Kühlplatte gegen das Batteriemodul presst. Das Batteriemodul kann gegebenenfalls ebenfalls mit dem Halteprofil verbunden sein oder schwerkraftbedingt an dem Halteprofil abgestützt sein. Beispielsweise ist zwischen dem Batteriemodul und der Unterbodenplatte ein Übermaß, beispielsweise eine Presspassung, vorgesehen, so dass die Unterbodenplatte die Stoßdämpferschicht mit einer Anpresskraft gegen die Kühlplatte und damit auch die Kühlplatte gegen das Batteriemodul drücken kann. Der Wärmeübergang zwischen der Kühlplatte und dem Batteriemodul wird dadurch verbessert. Zudem kann die Stoßdämpferschicht zwischen der Kühlplatte und der Unterbodenplatte verklemmt sein, wodurch Klappergeräusche vermieden werden können. Eine verbleibende Elastizität der Stoßdämpferschicht im elastischen Verformungsbereich kann insbesondere zur Schwingungsdämpfung und/oder zur Dämpfung von Körperschall, vorzugsweise in einem Frequenzbereich von 20 Hz bis 100 Hz geeignet sein, so dass die Stoßdämpferschicht auch die Funktion eines NVH-Materials erfüllen kann und somit eine separate geräuschdämpfe NVH-Schicht eingespart werden kann.
  • Besonders bevorzugt ist die Stoßdämpferschicht aus einem thermisch isolierendem Material hergestellt. Ein Wärmeaustausch zwischen der Kühlplatte und der Stoßdämpferschicht sowie der Unterbodenplatte kann dadurch vermieden werden. Stattdessen kann die Kühlwirkung der Kühlplatte auf die Batteriemodule konzentriert werden, wodurch die Kühlleistung der Kühlplatte erhöht werden kann.
  • Insbesondere weist die Stoßdämpferschicht plastisch verformbare Crashelemente zur Dissipation von Aufprallenergie durch Formänderungsarbeit auf. Die Crashelemente können beispielsweise vergleichbar zu Crashboxen oder ähnlichen Deformationsstrukturen insbesondere metallische Bleche aufweisen, die sich bei einer hinreichend hohen Kraft definiert zusammenfalten lassen, um durch die hierfür erforderliche Formänderungsarbeit Aufprallenergie zu dissipieren. Beispielsweise sind die Crashelemente als zick-zack-förmige in vertikaler Richtung verlaufende Bleche ausgestaltet, die bei einer Abstandsverringerung der Unterbodenplatte zur Kühlplatte plastisch zusammengepresst werden können. Die Crashelemente können auch aus einem Metallschaum hergestellt sein oder wabenförmigen Bereiche aufweisen oder Ähnliches. Die Stoßdämpferschicht kann dadurch vergleichsweise starke Stöße abfangen und dämpfen, ohne dass eine Beschädigung der Traktionsbatterie zu befürchten ist.
  • Vorzugsweise weist die Stoßdämpferschicht mindestens einen Beschädigungssensor zur Detektion von in die Stoßdämpferschicht eingeleiteten Stößen auf, wobei insbesondere der Beschädigungssensor ausgestaltet ist eine plastische Deformation innerhalb der Stoßdämpferschicht zu detektieren. Durch den Beschädigungssensor kann beispielsweise die Stärke der in der Stoßdämpferschicht ankommenden Kräfte ermittelt werden. Der Beschädigungssensor kann hierzu beispielsweise als Beschleunigungssensor ausgestaltet sein. Vorzugsweise ist der Beschädigungssensor ausgestaltet die plastische Verformung innerhalb der Stoßdämpferschicht zu detektieren, so dass der Beschleunigungssensor beispielsweise als Dehnungsmessstreifen ausgestaltet sein kann, der insbesondere auf einem Crashelement der Stoßdämpferschicht befestigt ist. Bei über einem vordefinierten Schwellwert liegenden Stößen und/oder einer ein bestimmtes tolerierbares Ausmaß übersteigenden plastischen Deformation kann der Beschädigungssensor ein Signal erzeugen, das zumindest eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Stoßdämpferschicht und/oder eine Überprüfung der Traktionsbatterie auf mechanische Beschädigung empfiehlt. Eine mögliche Beschädigung der Traktionsbatterie kann dadurch rechtzeitig festgestellt werden.
  • Besonders bevorzugt sind mehrere in Reihe geschaltete Beschädigungssensoren über die im Wesentlichen horizontale Ebene der Stoßdämpferschicht verteilt vorgesehen, wobei insbesondere ein Anfang und ein Ende der in Reihe geschaltete Beschädigungssensoren nebeneinander vorgesehen sind. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass bereits eine detektierte potentielle Beschädigung der Traktionsbatterie in einem einzigen Teilbereich ausreicht, um eine Überprüfung der Traktionsbatterie zu veranlassen, so dass eine einfache und kostengünstige Reihenschaltung der Beschädigungssensoren bereits ausreicht. Die Topographie des Verlaufs der Beschädigungssensoren kann derart gewählt sein, dass eine Hinleitung zum Anfang der Reihe und eine Ableitung vom Ende der Reihe zueinander benachbart vorgesehen sind und in einer gemeinsamen Leitung zusammengefasst werden können.
  • Insbesondere ist der mindestens eine Beschädigungssensor mit einem Warnsystem zur akustischen und/oder optischen Darstellung eines Warnsignals für einen Fahrzeuginsassen gekoppelt. Dadurch kann insbesondere der Fahrer erkennen, dass die Traktionsbatterie nach einem harten Schlag von unten möglicherweise beschädigt sein könnte und eine Überprüfung der Traktionsbatterie erfolgen sollte.
  • Vorzugsweise ist zwischen der Kühlplatte und der Stoßdämpferschicht eine elastische und/oder nachgiebige Ausgleichsschicht, insbesondere ein Gappad, zum Ausgleich von toleranzbedingten Unebenheiten vorgesehen. Durch die Ausgleichschicht kann ein durch Herstellungstoleranzen und/oder durch Fertigungstoleranzen und/oder durch ein elastisches Durchhängen der Stoßdämpferschicht und/oder der Unterbodenplatte ansonsten verursachter Spalt zwischen der Kühlplatte und der Stoßdämpferschicht ausgefüllt werden. Ein Klappern kann dadurch vermieden werden. Zudem ist eine Kraftverteilung eines Stoßes von unten auf eine größere Fläche der Kühlplatte verbessert.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer mehrere Batteriemodule aufweisenden Traktionsbatterie zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs und einer Batterieabstützung, die wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein kann, zur Abtragung des Eigengewichts der Traktionsbatterie und zum Schutz der Traktionsbatterie vor Beschädigung. Durch die unterhalb der Kühlplatte vorgesehene Stoßdämpferschicht kann bei einer guten Kühlleistung die Traktionsbatterie auch bei großflächigen Stößen von unten vor mechanischen Beschädigungen geschützt werden, so dass ein guter Schutz einer gut gekühlten Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs ermöglicht ist.
  • Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
    • 1 eine schematische Schnittansicht eines Teils einer ersten Ausführungsform einer Batterieabstützung,
    • 2 eine schematische Schnittansicht eines Teils einer zweiten Ausführungsform einer Batterieabstützung und
    • 3 eine schematische perspektivische Ansicht einer Stoßdämpferschicht für die Batterieabstützung aus 1 und 2.
  • Die in 1 dargestellte Batterieabstützung 10 für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs weist eine zum Untergrund weisende Unterbodenplatte 12 auf. Die Unterbodenplatte 12 ist beispielsweise fest mit einem Halteprofil 14 befestigt, das insbesondere dazu vorgesehenen ist Batteriemodule 16 der Traktionsbatterie aufzunehmen. Die Batteriemodule 16 können an ihrer Unterseite 18 flächig auf einer Oberseite 20 einer Kühlplatte 22 aufliegen, mit deren Hilfe die Batteriemodule 16 temperiert werden können. Zwischen der Kühlplatte 22 und der Unterbodenplatte 12 ist eine, insbesondere thermisch isolierende, Stoßdämpferschicht 24 vorgesehen, mit deren Hilfe die Aufprallenergie von auf der Unterbodenplatte 12 auftreffenden Stöße auf eine größere Fläche verteilt und an der Kühlplatte 22 abgestützt und/oder dissipiert werden kann. Die Stoßdämpferschicht 24 kann zwischen der Unterbodenplatte 12 und der Kühlplatte 22 mit einer Anpresskraft verklemmt und/oder mit der Unterbodenplatte 12 und/oder der Kühlplatte 22 befestigt, beispielsweise verklebt, sein.
  • Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform der Batterieabstützung 10 ist im Vergleich zu der in 2 dargestellten Ausführungsform der Batterieabstützung 10 zusätzlich zwischen der Stoßdämpferschicht 24 und der Kühlplatte 22 eine elastische und/oder nachgiebige Ausgleichsschicht 26 vorgesehen, bei der es sich insbesondere um ein sogenanntes „Gappad“ oder „Gapfiller“ handeln kann. Ein ansonsten toleranzbedingter Spalt zwischen der Kühlplatte 22 und der Stoßdämpferschicht 24 kann durch die Ausgleichsschicht 26 ausgefüllt sein.
  • In der Stoßdämpferschicht 24 können mehrere Crashelemente vorgesehen sein, die durch eine plastische Verformung Aufprallenergie dissipieren können. Wie in 3 angedeutet, können die Crashelemente und den Crashelementen zugeordnete Beschädigungssensoren über die Ebene der Stoßdämpferschicht verteilt angeordnet sein, wobei eine Zuleitung 28 und eine Ableitung 30 der in Reihe geschalteten Beschädigungssensoren unmittelbar nebeneinander vorgesehen sein können. Die Zuleitung 28 und die Ableitung 30 können dadurch in einer gemeinsame Leitung 32 zusammengefasst werden, die leichter innerhalb der Kraftfahrzeugs verlegt sein kann. Die Leitung 32 kann die Signale der Beschädigungssensoren auslesen und/oder die Beschädigungssensoren mit elektrischer Energie versorgen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102015003643 B3 [0002]

Claims (10)

  1. Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs, mit einer Unterbodenplatte (12) zum Schutz gegen Beschädigungen von unten, einer oberhalb der Unterbodenplatte (12) vorgesehenen Kühlplatte (22) zum Kühlen von Batteriemodulen (16) der Traktionsbatterie und zum Abtragen des Eigengewichts der Batteriemodule (16) und einer zwischen der Unterbodenplatte (12) und der Kühlplatte (22) vorgesehenen Stoßdämpferschicht (24) zur Absorption von über die Unterbodenplatte (12) eingeleiteten Stöße.
  2. Batterieabstützung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (16) zur thermischen Koppelung flächig auf der Kühlplatte (22), insbesondere unmittelbar, aufliegt.
  3. Batterieabstützung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Unterbodenplatte (12) mit einem Halteprofil (14), insbesondere einem Halterahmen zur Aufnahme der Batteriemodule (16), verbunden ist, wobei die Unterbodenplatte (12) die Stoßdämpferschicht (24) und die Kühlplatte (22) gegen das Batteriemodul (16) presst.
  4. Batterieabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßdämpferschicht (24) aus einem thermisch isolierendem Material hergestellt ist.
  5. Batterieabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßdämpferschicht (24) plastisch verformbare Crashelemente zur Dissipation von Aufprallenergie durch Formänderungsarbeit aufweist.
  6. Batterieabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Stoßdämpferschicht (24) mindestens einen Beschädigungssensor zur Detektion von in die Stoßdämpferschicht eingeleiteten Stößen aufweist, wobei insbesondere der Beschädigungssensor ausgestaltet ist eine plastische Deformation innerhalb der Stoßdämpferschicht (24) zu detektieren.
  7. Batterieabstützung nach Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass mehrere in Reihe geschaltete Beschädigungssensoren über die im Wesentlichen horizontale Ebene der Stoßdämpferschicht (24) verteilt vorgesehen sind, wobei insbesondere ein Anfang und ein Ende der in Reihe geschaltete Beschädigungssensoren nebeneinander vorgesehen sind.
  8. Batterieabstützung nach Anspruch 6 oder 7 dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Beschädigungssensor mit einem Warnsystem zur akustischen und/oder optischen Darstellung eines Warnsignals für einen Fahrzeuginsassen gekoppelt ist.
  9. Batterieabstützung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühlplatte (22) und der Stoßdämpferschicht (24) eine elastische und/oder nachgiebige Ausgleichsschicht (26), insbesondere ein Gappad, zum Ausgleich von toleranzbedingten Unebenheiten vorgesehen ist.
  10. Kraftfahrzeug mit einer mehrere Batteriemodule (16) aufweisenden Traktionsbatterie zum elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs und einer Batterieabstützung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zur Abtragung des Eigengewichts der Traktionsbatterie und zum Schutz der Traktionsbatterie vor Beschädigung.
DE102019119996.4A 2019-07-24 2019-07-24 Batterieabstützung für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs Pending DE102019119996A1 (de)

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