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WO2019174730A1 - Unterfahrschutz für ein batteriegehäuse - Google Patents

Unterfahrschutz für ein batteriegehäuse Download PDF

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Publication number
WO2019174730A1
WO2019174730A1 PCT/EP2018/056467 EP2018056467W WO2019174730A1 WO 2019174730 A1 WO2019174730 A1 WO 2019174730A1 EP 2018056467 W EP2018056467 W EP 2018056467W WO 2019174730 A1 WO2019174730 A1 WO 2019174730A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
modulus
steel sheet
battery housing
protection
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/056467
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Daniel Nierhoff
Georg PAUL
Original Assignee
Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Thyssenkrupp Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp Steel Europe Ag, Thyssenkrupp Ag filed Critical Thyssenkrupp Steel Europe Ag
Priority to PCT/EP2018/056467 priority Critical patent/WO2019174730A1/de
Publication of WO2019174730A1 publication Critical patent/WO2019174730A1/de

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K1/00—Arrangement or mounting of electrical propulsion units
    • B60K1/04—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion
    • B60K2001/0405—Arrangement or mounting of electrical propulsion units of the electric storage means for propulsion characterised by their position
    • B60K2001/0438—Arrangement under the floor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2306/00—Other features of vehicle sub-units
    • B60Y2306/01—Reducing damages in case of crash, e.g. by improving battery protection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60Y—INDEXING SCHEME RELATING TO ASPECTS CROSS-CUTTING VEHICLE TECHNOLOGY
    • B60Y2410/00—Constructional features of vehicle sub-units
    • B60Y2410/13—Materials or fluids with special properties

Definitions

  • the present invention relates to an underrun protection for a battery case, in particular for an electrically driven vehicle or a vehicle with hybrid drive, as well as an electrically driven vehicle or a vehicle with hybrid drive comprising a battery housing with the underrun protection according to the invention.
  • battery housing which receive the battery modules or in which the battery modules are received, usually have a substantial extent in the transverse and longitudinal direction of the vehicle and are mounted centrally, in particular below the passenger compartment below the vehicle floor panel.
  • the battery housing protects the battery modules against damage as well as dissipates the heat generated by the battery modules during the drive of the vehicle. This results in complex requirements with regard to the factors installation space, crash performance, weight, tightness, etc.
  • the protection of the battery modules from penetrating from below foreign bodies is due to their particularly exposed position on the vehicle floor of great importance.
  • the distance between the sensitive battery modules and the bottom floor of the housing is typically less than 25 mm. Penetrating debris must therefore be decelerated efficiently over very short distances before the battery modules are damaged and a critical short circuit can occur.
  • different concepts using an underrun protection are shown in the prior art. These usually consist of a cassette-like, supporting structure of longitudinal and / or transverse support elements and a downwardly concluding plate made of a particular heavy duty material such as steel.
  • An increase in the tensile stiffness can be achieved on the one hand by increasing the loaded cross section. Since a mostly cassette-like structure of the underrun protection is primarily determined by the size and positioning of the overlying battery modules, this is mainly due to an increase in the plate thickness. Among other things, thick aluminum plates, flybridge materials made of metal and plastic, fiber-reinforced plastic overlays on metal sheets, etc. are used. However, this approach may be counterproductive, since, while maintaining the installation space, an increase in the plate thickness simultaneously accompanies a reduction of the free deformation space , For example, a thicker plate will infiltrate the battery module sooner than a thinner plate with comparable performance. The increase in plate thickness inevitably causes unwanted weight gain in vehicle construction.
  • the invention is therefore based on the object to provide underrun protection with higher Glasstei- fmaschine for a battery case, in particular for an electrically driven vehicle or a vehicle with hybrid drive.
  • an underrun protection for a battery housing in particular for an electrically driven vehicle or a vehicle with hybrid drive, consisting of a Sheet steel with an E-modulus> 210 GPa, in particular with an E-modulus> 212 GPa, preferably with an E-modulus> 215 GPa, particularly preferably with an E-modulus> 220 GPa.
  • the choice is not to increase the underrun protection in its thickness, which in addition to a reduction of the existing deformation space also leads to an increase in the total weight of the battery case, but to steels with higher compared to conventional steels modulus use.
  • the battery modules and the usually cassette-type support structure located below these are usually rectangular. It forms below the battery modules rectangular surfaces without further inner support with two short and two long sides of the magazine, which are particularly at risk.
  • the steel sheet has an anisotropic orientation of the modulus of elasticity.
  • the underride protection with an anisotropic E-module terminating from below the battery housing should be connected in such a way that the direction of the highest modulus of elasticity is oriented in the direction of the longer compartment side or parallel to maximize the performance.
  • the higher modulus has a supporting effect and contributes to increasing the tensile stiffness.
  • a fire-coated coating is conceivable, based on zinc and on aluminum, such as zinc-magnesium, zinc-aluminum, zinc-aluminum-magnesium, zinc-egg sen, aluminum-silicon, aluminum-zinc, etc.
  • steel sheets may be used that are textured, dressed and / or regrooved by a dedicated process, s. by way of example EP 1 731 627 A1; EP 1 806 421 A1; Park et al., Acta. Mat. Vol. 46 (1998), no. 10, 3371-3379.
  • textured steel sheets which are rolled, in particular cold-rolled, and have a texture (crystallography) with preferably oriented crystals and, associated with this, anisotropy sets in the steel.
  • the steel sheets can Depending on the texture, it can be used as hard as a roller. If, however, the desired degree of deformation of the steel sheet is not ensured, optional annealing may be carried out, in which case the temperature and the duration of this heat treatment (recovery annealing) are coordinated in such a way that the texture substantially remains in comparison with the state before the heat treatment or only a minor change is allowed.
  • the recovery annealing preferably takes place at temperatures of up to 600 ° C., in particular up to 550 ° C., preferably up to 500 ° C., since temperatures above this would lead to recrystallization in the steel sheet.
  • the recovery annealing can be done conventionally in continuous annealing or preferably in bell annealing.
  • the steel sheets can subsequently also be provided with a corrosion protection coating, for example, be galvanized galvanized. Zinc or zinc-based fire coating is also conceivable, but the appropriate temperatures should not be exceeded, which could lead to recrystallization and thus to a change in the texture.
  • the texture or the modulus of elasticity in the steel sheets can be determined by tensile testing (DIN EN ISO 6892-1: 2017) or the direction of the crystals or the direction of the (higher) modulus of elasticity by electron backscattering, known in the art as EBSD (electron backscatter diffraction).
  • EBSD electron backscatter diffraction
  • a specific texture can also be carried out, in particular following the application of a corrosion protection coating, for example by means of skin-forming and / or temper rolling.
  • a corrosion protection coating for example by means of skin-forming and / or temper rolling.
  • the thickness reduction should be such and not exceed a certain value that no interruption or tearing off of the corrosion protection coating on the surface of the steel sheet / strip takes place and a corresponding corrosion protection can continue to be ensured.
  • This certain value depends on the thickness of the steel sheet and the thickness of the corrosion coating and can be relatively easily determined by appropriate trials (trial and error).
  • steel sheets may be used which are particle-reinforced, in particular ceramic particles, for example SiC, Al 2 O 3 , TiC, ZrO 2 and / or TiB 2 particles which, individually or in combination in the steel matrix, have a proportion from 5 to 40% by weight, in particular from 10 to 35% by weight, preferably from 15 to 30% by weight, s. by way of example EP 2 703 509 A1.
  • steel sheets may be used which comprise refractory alloying elements, such as Cr, Mo and / or W, of at least 0.3% by weight, in particular of at least 1.0% by weight, preferably of at least 1, 5 wt .-%, particularly preferably of at least 2.0 wt .-%, individually or in total, and thus lead to a higher modulus of elasticity.
  • refractory alloying elements such as Cr, Mo and / or W
  • the modulus of elasticity depends directly on the binding forces in the atomic lattice, whereby the binding forces also influence the melting point.
  • the modulus of elasticity is essentially proportional to the melting point.
  • E-modules> 225 GPa, in particular> 230 GPa, preferably> 235 GPa, can be set in the steel sheet.
  • the material thickness of the steel sheets is 0.7 to 4.0 mm, in particular 0.8 to 3.0 mm, preferably 0.8 to 2.5 mm.
  • the invention relates to an electrically driven vehicle or vehicle with hybrid drive, in particular a passenger vehicle, commercial vehicle, special vehicle, preferably bus, omnibus, a track-bound vehicle, preferably a tramway or person-conveying wagon, comprising a battery housing with an invented Underride protection according to the invention.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an embodiment of a first battery housing with an underrun protection according to the invention.
  • Fig. 1 is a schematic representation of an embodiment of a first battery housing (10) is shown.
  • the battery housing (10) which is provided for an electrically driven vehicle or a vehicle with hybrid drive (not shown), in particular an electrically driven passenger vehicle or hybrid-powered passenger vehicle, has a battery receiving space (11), for example in the form of a one-piece Tub (13) on.
  • the trough (13) has a circumferential flange (13.1), via which the trough (13) is connected to a housing frame (14).
  • the housing frame (14) runs along the edge of the battery housing (10) and has a pentagonal cross-section. Other cross-sections / cross-sectional shapes are conceivable.
  • the battery housing 10 can be connected to the body of a vehicle, in particular on the vehicle floor (not shown), via the housing frame (14).
  • the housing frame (14) a plurality of openings (17), via which the battery case (10) can be screwed to the body.
  • the battery housing (10) has a cover (12) with which the trough (13) can be closed.
  • the lid (12) also has a circumferential flange (12.1). By means of corresponding openings (18) in the respective flange (12.1, 13.1) and in the housing frame (14), the trough (13) can be connected to the lid (12) on the housing frame (14) by means of a screw connection.
  • the battery housing (10) has an underrun protection (1) according to the invention, which is arranged under the trough (13) and releasably secured to the housing frame (14) via a flange (19), for example by means of a screw connection.
  • the underrun protection can alternatively also be attached permanently.
  • the underrun protection (1) consists of a steel sheet with an E-modulus> 210 GPa, in particular with an E-modulus> 212 GPa, preferably with an E-modulus> 215 GPa, particularly preferably with an E-modulus> 220 GPa, and protects the battery case (10) from impinging on the bottom of foreign objects.
  • the battery housing (10) further comprises a space (20), also called cooling space or deformation space, in which in particular cooling elements for cooling and other elements are arranged (not shown), on which between the tub (13) and the Unterfahr- protection (1) is formed.
  • a space (20) also called cooling space or deformation space, in which in particular cooling elements for cooling and other elements are arranged (not shown), on which between the tub (13) and the Unterfahr- protection (1) is formed.
  • longitudinal and / or transverse beams (15) and, alternatively or additionally, also between the trough (13) and underbody protection (1) longitudinal and / or transverse beams (16) may be arranged, which in the battery compartment housing (10) provide additional rigidity.
  • Fig. 2 is a schematic bottom view and a sectional view along line AA of an embodiment of a second battery case (10) is shown. In contrast to FIG.
  • the battery receiving space (11) can be formed by a trough (13) or alternatively and preferably be assembled from individual components, not shown here.
  • the side walls of the battery receiving space (11) of profiles and the floor are composed of a sheet metal.
  • the underrun protection (1) can have stampings (2) in comparison to FIG.
  • the openings or holes (4, 5, 6) are used for the detachable connection of the underrun protection (1) to the battery housing (10), wherein the openings (4) have a connection to the longitudinal and / or transverse beams (15, 16 ), the openings (5) allow a connection to the housing frame (14) and the openings (6) a connection to the front and rear ren side walls (in the installed state in the direction of travel).
  • the openings (4, 5, 6) are only to be understood as examples.
  • the underride protection (1) consists of a steel sheet with an E-modulus> 210 GPa, in particular with an E-modulus> 212 GPa, preferably with an E-modulus> 215 GPa, particularly preferably with an E-modulus> 220 GPa, and protects the battery housing (10) from foreign bodies that strike from below.
  • the double arrows (7) in the unsupported surfaces (3) symbolize the anisotropy or the direction of the increased modulus of elasticity of the underrun protection (1), which is achieved, for example, by a rolled, in particular cold-rolled, preferably roll-hardened and optionally recovery annealed steel sheet is provided, which preferably has a one or both sides applied corrosion protection coating based on zinc.
  • the underride protection (1) with an anisotropic E module which terminates from below the battery housing, is connected in such a way that the direction (7) of the highest modulus of elasticity is oriented in the direction of the longer compartment side (3.2) or parallel thereto , When loading the smaller cross-sectional area, the higher modulus has a supporting effect and contributes to increasing the tensile stiffness.
  • it is also possible to use particle-reinforced steel sheets which, in comparison to conventional steel sheets, have a higher modulus of elasticity in all directions.
  • a battery housing with the underrun protection according to the invention in passenger vehicles, commercial vehicles, Lorries, special vehicles, buses, buses, whether with hybrid or pure electrical drive rule, but also in track-bound vehicles, such as trams or passenger-carrying wagons are used.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterfahrschutz (1) für ein Batteriegehäuse (10), insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, bestehend aus einem Stahlblech mit einem E-Modul > 210 GPa.

Description

Unterfahrschutz für ein Batteriegehäuse
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Unterfahrschutz für ein Batteriegehäuse, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, sowie ein elek- trisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb aufweisend ein Batteriege- häuse mit dem erfindungsgemäßen Unterfahrschutz.
Technischer Hintergrund
Die zunehmende bzw. anhaltende Elektrifizierung von Fahrzeugen, insbesondere von Automo- bilen, und der gleichzeitige Kundenwunsch nach hohen Reichweiten solcher Fahrzeuge, erfor- dert die Entwicklung von leistungsfähigen Batteriekonzepten. Insbesondere Batteriegehäuse, die die Batteriemodule aufnehmen bzw. in welchen die Batteriemodule aufgenommen sind, haben in der Regel eine wesentliche Erstreckung in Quer- und Längsrichtung des Fahrzeugs und sind mittig, insbesondere unterhalb der Fahrgastzelle unter dem Fahrzeugbodenblech montiert. Das Batteriegehäuse dient unter anderem zum Schutz der Batteriemodule vor Be- schädigung wie auch zur Abfuhr der während der Fahrt des Fahrzeugs durch die Batteriemo- dule erzeugten Wärme. Damit ergeben sich komplexe Anforderungen hinsichtlich der Faktoren Bauraum, Crashperformance, Gewicht, Dichtigkeit etc.
Insbesondere dem Schutz der Batteriemodule vor von unten eindringenden Fremdkörpern kommt wegen ihrer besonders exponierten Lage am Fahrzeugboden eine hohe Bedeutung zu. Für eine gute Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Bauraums beträgt der Abstand zwi- schen den sensiblen Batteriemodulen und dem untersten Boden des Gehäuses typischerwei- se weniger als 25 mm. Eindringende Fremdkörper müssen daher auf sehr kurzen Distanzen effizient abgebremst werden, bevor die Batteriemodule beschädigt werden und es zu einem kritischen Kurzschluss kommen kann. Dazu werden im Stand der Technik unterschiedliche Konzepte unter Verwendung eines Unterfahrschutzes aufgezeigt. Diese bestehen in der Regel aus einer kassettenartigen, abstützenden Struktur aus Längs- und/oder Querträgerelementen und einer nach unten abschließenden Platte aus einem insbesondere hochbelastbaren Werk- stoff wie zum Beispiel Stahl.
In verschiedenen Simulationen hat sich gezeigt, dass eine solche Platte beim Aufprall eines Fremdkörpers insbesondere einer Zugbeanspruchung ausgesetzt ist. Biegeanteile sind auf- grund der geringen Beultiefe und der erheblichen Größe der beanspruchten, insbesondere nach innen, nicht abgestützten Fläche kaum vorhanden. Insofern spielt vor allem die Zugstei- figkeit des Unterfahrschutzes zumindest bis zum Werkstoffversagen und einer dann stattfin- denden Durchstoßung eine besondere Rolle. Als Zugsteifigkeit wird im Folgenden das Produkt aus E-Modul und belasteter Querschnittsfläche bezeichnet. Eine erhebliche Verbesserung der Sicherheit kann erzielt werden, indem die Zugsteifigkeit des Unterfahrschutzes erhöht wird.
Eine Erhöhung der Zugsteifigkeit lässt sich einerseits durch eine Vergrößerung des belasteten Querschnitts erreichen. Da eine meistens kassettenartige Struktur des Unterfahrschutzes vor allem durch die Größe und Positionierung der darüber liegenden Batteriemodule vorgegeben ist, bietet sich hierzu vor allem eine Erhöhung der Plattendicke an. Zum Einsatz kommen unter anderem dicke Aluminiumplatten, Flybridwerkstoffe aus Metall und Kunststoff, faserverstärkte Kunststoffauflagen auf Metallblechen, etc. Diese Vorgehensweise wirkt sich jedoch unter Um- ständen kontraproduktiv aus, da unter Beibehaltung des Bauraums mit einer Erhöhung der Plattendicke gleichzeitig eine Reduktion des freien Deformationsraums einhergeht. So wird eine dickere Platte bei einer stattfindenden Deformation früher in das Batteriemodul eindrin- gen als eine dünnere Platte mit vergleichbarer Performance. Die Erhöhung der Plattendicke verursacht zwangsläufig auch eine im Fahrzeugbau unerwünschte Gewichtszunahme.
Eine weitere Möglichkeit zur Erhöhung der Zugsteifigkeit ist die Wahl eines Werkstoffs mit möglichst hohem E-Modul (Young’s modulus). Der Werkstoff Stahl eignet sich mit seinem besonders hohen E-Modul von etwa 210 GPa technisch wie wirtschaftlich für eine solche An- wendung. Es besteht jedoch weiteres Optimierungspotential.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Unterfahrschutz mit höherer Zugstei- figkeit für ein Batteriegehäuse, insbesondere für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, bereitzustellen.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen Unterfahrschutz mit den Merkmalen des Patentan- spruchs 1.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Varianten der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
Erfindungsgemäß ist ein Unterfahrschutz für ein Batteriegehäuse, insbesondere für ein elek- trisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit Hybridantrieb, bestehend aus einem Stahlblech mit einem E-Modul > 210 GPa, insbesondere mit einem E-Modul > 212 GPa, vor- zugsweise mit einem E-Modul > 215 GPa, besonders bevorzugt mit einem E-Modul > 220 GPa, vorgesehen.
Zur Erhöhung der Zugsteifigkeit ist die Wahl nicht den Unterfahrschutz in seiner Dicke zu erhö- hen, was neben einer Reduzierung des vorhandenen Deformationsraums auch zu einer Erhö- hung des Gesamtgewichts des Batteriegehäuses führt, sondern Stähle mit im Vergleich zu konventionellen Stählen höherem E-Modul zu verwenden.
Die Batteriemodule und die sich unterhalb dieser befindlichen meist kassettenartigen Abstütz- struktur sind meist rechteckig ausgeführt. Es bilden sich damit unterhalb der Batteriemodule rechteckförmige Flächen ohne weitere innere Abstützung mit zwei kurzen und zwei langen Fachseiten, die dadurch besonders gefährdet sind. Gemäß einer ersten Ausführung weist das Stahlblech eine anisotrope Ausrichtung des E-Moduls auf. Der von unten das Batteriegehäuse abschließende Unterfahrschutz mit anisotropem E-Modul sollte zur Maximierung der Perfor- mance derart angebunden werden bzw. sein, dass die Richtung des höchsten E-Moduls in Richtung der längeren Fachseite bzw. parallel dazu orientiert ist. Bei Belastung der kleineren Querschnittsfläche wirkt sich der höhere E-Modul unterstützend aus und trägt zur Erhöhung der Zugsteifigkeit bei.
Insbesondere weist das Stahlblech ein- oder beidseitig einen Korrosionsschutzüberzug auf, beispielsweise auf Zink-Basis, welches insbesondere elektrolytisch aufgebracht worden ist. Alternativ ist auch ein feuerbeschichteter Überzug denkbar, auf Zink- als auch auf Aluminium- Basis, beispielsweise Zink-Magnesium, Zink-Aluminium, Zink-Aluminium-Magnesium, Zink-Ei sen, Aluminium-Silizium, Aluminium-Zink etc.
Die Herstellung von Stählen mit höherem E-Modul respektive anisotropem E-Modul ist bei- spielsweise aus dem Stand der Technik bekannt. So können beispielsweise Stahlbleche zum Einsatz kommen, die eine mittels eigens dafür vorgesehenen Prozess texturiert, dressiert und/oder nachgewalzt werden, s. beispielhaft EP 1 731 627 Al; EP 1 806 421 Al; Park et al., Acta Mat. Vol. 46 (1998), No. 10, 3371-3379.
Besonders bevorzugt werden texturierte Stahlbleche verwendet, die gewalzt, insbesondere kaltgewalzt sind und eine Textur (Kristallographie) mit vorzugsweise gerichteten Kristallen auf- weisen und damit verbunden sich im Stahl eine Anisotropie einstellt. Die Stahlbleche können je nach Gefügebeschaffenheit walzhart eingesetzt werden. Ist jedoch der angestrebte Verfor- mungsgrad des Stahlblechs nicht gewährleistet, kann optional ein Erholungsglühen erfolgen, wobei insbesondere die Temperatur und die Dauer dieser Wärmebehandlung (Erholungsglü- hen) derart aufeinander abgestimmt sind, dass die Textur im Vergleich zum Zustand vor der Wärmebehandlung im Wesentlichen beibehalten wird bzw. lediglich eine geringfügige Ände- rung zugelassen wird. Das Erholungsglühen erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen bis zu 600°C, insbesondere bis zu 550°C, vorzugsweise bis zu 500°C, da Temperaturen darüber zu einer Rekristallisation im Stahlblech führen würden. Das Erholungsglühen kann konventionell in Durchlaufglühen oder bevorzugt in Haubenglühen erfolgen. Die Stahlbleche können an- schließend auch mit einem Korrosionsschutzüberzug versehen sein, beispielsweise elektroly tisch verzinkt sein. Eine Feuerbeschichtung mit Zink bzw. auf Zink-Basis ist ebenfalls denkbar, jedoch sollten die entsprechenden Temperaturen nicht überschritten werden, die zu einer Re- kristallisation und damit zu einer Änderung der Textur führen könnten.
Die Textur bzw. das Elastizitätsmodul in den Stahlblechen kann mittels Zugversuch (DIN EN ISO 6892-1:2017) respektive die Richtung der Kristalle bzw. die Richtung des (höheren) E- Moduls kann mittels Elektronenrückstreubeugung, in der Fachwelt bekannt als EBSD (electron backscatter diffraction), ermittelt werden.
Alternativ kann eine gezielte Textur auch insbesondere im Anschluss an das Aufbringen eines Korrosionsschutzüberzugs erfolgen, beispielsweise mittels Dressieren und/oder Nachwalzen. Das heißt, dass das Stahlblech bzw. Stahlband zunächst einer Beschichtung ausgesetzt ist und anschließend die Einstellung der Textur zur Erhöhung des E-Moduls mittels plastischer Verformung durch Dickenabnahme erfolgen kann. Dabei ist eine Krafteinwirkung mit entspre- chenden Dickenabnahmen von mindestens 1,5%, insbesondere mindestens 2%, vorzugswei- se mindestens 2,5%, besonders bevorzugt mindestens 3% vorzusehen, um eine Erhöhung des E-Moduls durch entsprechende Ausrichtung der Kristalle zu bewirken. Die Dickenabnah- me sollte derart bemessen sein und einen gewissen Wert nicht überschreiten, dass keine Un- terbrechung bzw. kein Abreißen des Korrosionsschutzüberzugs auf der Oberfläche des Stahl- blechs/-bands erfolgt und ein entsprechender Korrosionsschutz weiterhin sichergestellt wer- den kann. Dieser gewisse Wert ist abhängig von der Dicke des Stahlblechs und der Dicke des Korrosionsüberzugs und lässt sich relativ einfach durch entsprechende Versuche (trial and error) ermitteln. Alternativ können beispielsweise Stahlbleche zum Einsatz kommen, welche partikelverstärkt sind, insbesondere keramische Partikel beispielsweise SiC-, Al203-, TiC-, Zr02 und/oder TiB2- Partikel aufweisen, welche einzeln oder in Kombination in der Stahlmatrix mit einem Anteil zwi- schen 5 bis 40 Gew.-%, insbesondere mit einem Anteil zwischen 10 bis 35 Gew.-%, vorzugs- weise mit einem Anteil zwischen 15 bis 30 Gew.-% dispergiert sind, s. beispielhaft EP 2 703 509 Al.
Alternativ können beispielsweise Stahlbleche zum Einsatz kommen, die hochschmelzende Legierungselemente, wie zum Beispiel Cr, Mo und/oder W von mindestens 0,3 Gew.-%, ins- besondere von mindestens 1,0 Gew.-%, vorzugsweise von mindestens 1,5 Gew.-%, beson- ders bevorzugt von mindestens 2,0 Gew.-%, einzeln oder in Summe aufweisen und somit zu einem höheren E-Modul führen. Der E-Modul hängt direkt von den Bindungskräften im Atom- gitter ab, wobei die Bindungskräfte auch den Schmelzpunkt beeinflussen. Der E-Modul ist im Wesentlichen proportional zum Schmelzpunkt.
Je nach Ausführung und/oder Herstellungsprozess können E-Module > 225 GPa, insbesonde- re > 230 GPa, vorzugsweise > 235 GPa im Stahlblech eingestellt werden.
Die Materialdicke der Stahlbleche beträgt 0,7 bis 4,0 mm, insbesondere 0,8 bis 3,0 mm, vor- zugsweise 0,8 bis 2,5 mm.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder Fahrzeug mit Hybridantrieb, insbesondere ein Personenfahrzeug, Nutzfahrzeug, Sonderfahr- zeug, vorzugsweise Bus, Omnibus, ein gleisgebundenes Fahrzeug, vorzugsweise Straßen- bahn oder personenbefördernder Waggon, aufweisend ein Batteriegehäuse mit einem erfin- dungsgemäßen Unterfahrschutz.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Fig. 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Ausführungsbeispiels eines ersten Batte- riegehäuses mit einem erfindungsgemäßen Unterfahrschutzes.
Fig. 2 zeigt eine schematische Unteransicht und eine schematische Schnittansicht gemäß Linie A-A eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Batteriegehäuses mit einem erfindungs- gemäßen Unterfahrschutz. Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines ersten Batterie- gehäuses (10) gezeigt. Das Batteriegehäuse (10), welches für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bzw. ein Fahrzeug mit Hybridantrieb (nicht gezeigt), insbesondere ein elektrisch an- getriebenes Personenfahrzeug bzw. Personenfahrzeug mit Hybridantrieb vorgesehen ist, weist einen Batterieaufnahmeraum (11) beispielsweise in Form einer einteilig ausgebildeten Wanne (13) auf. Die Wanne (13) weist einen umlaufenden Flansch (13.1) auf, über den die Wanne (13) mit einem Gehäuserahmen (14) verbunden ist. Der Gehäuserahmen (14) verläuft entlang des Randes des Batteriegehäuses (10) und weist einen fünfeckigen Querschnitt auf. Auch andere Querschnitte/Querschnittsformen sind denkbar. Über den Gehäuserahmen (14) kann das Batteriegehäuse 10 mit der Karosserie eines Fahrzeugs, insbesondere am Fahrzeugbo- den (nicht gezeigt) verbunden werden. Hierzu weist der Gehäuserahmen (14) mehrere Öffnun- gen (17) auf, über die das Batteriegehäuse (10) an der Karosserie angeschraubt werden kann. Ferner weist das Batteriegehäuse (10) einen Deckel (12) auf, mit dem die Wanne (13) verschlossen werden kann. Der Deckel (12) weist ebenfalls einen umlaufenden Flansch (12.1) auf. Über miteinander korrespondierende Öffnungen (18) in dem jeweiligen Flansch (12.1, 13.1) und im Gehäuserahmen (14) kann die Wanne (13) mit dem Deckel (12) am Gehäu- serahmen (14) mittels einer Verschraubung verbunden werden. Das Batteriegehäuse (10) weist einen erfindungsgemäßen Unterfahrschutz (1) auf, welcher unter der Wanne (13) ange- ordnet und mit dem Gehäuserahmen (14) über einen Flansch (19) lösbar, beispielsweise mit- tels einer Verschraubung befestigt ist. Der Unterfahrschutz kann alternativ auch unlösbar an- gebunden werden.
Der Unterfahrschutz (1) besteht aus einem Stahlblech mit einem E-Modul > 210 GPa, insbe- sondere mit einem E-Modul > 212 GPa, vorzugsweise mit einem E-Modul > 215 GPa, beson- ders bevorzugt mit einem E-Modul > 220 GPa, und schützt das Batteriegehäuse (10) vor von unten aufprallenden Fremdkörpern.
Das Batteriegehäuse (10) weist ferner einen Raum (20), auch Kühlraum oder Deformations- raum genannt, in welchem insbesondere Kühlelemente zum Kühlen und andere Elemente angeordnet sind (nicht dargestellt), auf, welcher zwischen der Wanne (13) und dem Unterfahr- schutz (1) ausgebildet ist. Innerhalb des Batterieaufnahmeraums (11) können Längs- und/oder Querträger (15) und alternativ oder zusätzlich auch zwischen Wanne (13) und Unter- fahrschutz (1) können Längs- und/oder Querträger (16) angeordnet sein, die im Batteriege- häuse (10) für eine zusätzliche Steifigkeit sorgen. In Fig. 2 ist eine schematische Unteransicht und eine Schnittansicht gemäß Linie A-A eines Ausführungsbeispiels eines zweiten Batteriegehäuses (10) gezeigt. Im Unterschied zu Fig. 1 kann der Batterieaufnahmeraum (11) durch eine Wanne (13) gebildet sein oder alternativ und vorzugsweise aus einzelnen Komponenten, hier nicht dargestellt, zusammengebaut sein. Bei spielsweise sind die Seitenwände des Batterieaufnahmeraumes (11) aus Profilen und der Bo- den aus einem Blech zusammengesetzt. Der Unterfahrschutz (1) kann im Vergleich zu Fig. 1 Verprägungen (2) aufweisen. Die Öffnungen bzw. Löcher (4, 5, 6) dienen der lösbaren Anbin- dung des Unterfahrschutzes (1) an das Batteriegehäuse (10), wobei die Öffnungen (4) eine Anbindung an die Längs- und/oder Querträger (15, 16), die Öffnungen (5) eine Anbindung an den Gehäuserahmen (14) und die Öffnungen (6) eine Anbindung an die vorderen und hinte ren Seitenwände (im Einbauzustand in Fahrtrichtung gesehen) ermöglichen. Die Öffnungen (4, 5, 6) sind lediglich beispielhaft zu verstehen.
Die in Fig. 2 dargestellten, strichlinierten Bereiche definieren nicht abgestützte Flächen (3) des Unterfahrschutzes (1), mit jeweils zwei kurzen Flachseiten (3.1) und zwei langen Fachseiten (3.2), die bei Belastung von unten besonders gefährdet sind. Erfindungsgemäß besteht der Unterfahrschutz (1) aus einem Stahlblech mit einem E-Modul > 210 GPa, insbesondere mit einem E-Modul > 212 GPa, vorzugsweise mit einem E-Modul > 215 GPa, besonders bevorzugt mit einem E-Modul > 220 GPa, und schützt das Batteriegehäuse (10) vor von unten aufpral- lenden Fremdkörpern. Die Doppelpfeile (7) in den nicht abgestützten Flächen (3) symbolisie- ren die Anisotropie bzw. die Richtung des erhöhten E-Moduls des Unterfahrschutzes (1), wel- ches beispielsweise durch ein gewalztes, insbesondere kaltgewalztes, vorzugsweise walzhar- tes und optional erholungsgeglühtes Stahlblech bereitgestellt wird, welches vorzugsweise einen ein- oder beidseitig aufgebrachten Korrosionsschutzüberzug auf Zink-Basis aufweist. Der von unten das Batteriegehäuse abschließende Unterfahrschutz (1) mit anisotropem E-Mo- dul ist zur Maximierung der Performance derart angebunden, dass die Richtung (7) des höchsten E-Moduls in Richtung der längeren Fachseite (3.2) bzw. parallel dazu orientiert ist. Bei Belastung der kleineren Querschnittsfläche wirkt sich der höhere E-Modul unterstützend aus und trägt zur Erhöhung der Zugsteifigkeit bei. Alternativ können auch partikelverstärkte Stahlbleche eingesetzt werden, welche im Vergleich zu konventionellen Stahlblechen in alle Richtungen einen höheren E-Modul aufweisen.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungen beschränkt, sondern die einzelnen Merkmale sind beliebig miteinander kombinierbar. Besonders bevorzugt kann ein Batteriege- häuse mit dem erfindungsgemäßen Unterfahrschutz in Personenfahrzeugen, Nutzfahrzeugen, Lastkraftwagen, Sonderfahrzeugen, Bussen, Omnibussen, ob mit Hybrid- oder reinem elektri schen Antrieb, aber auch in gleisgebundenen Fahrzeugen, wie beispielsweise Straßenbahnen oder personenbefördernden Waggons verwendet werden.

Claims

Patentansprüche
1. Unterfahrschutz (1) für ein Batteriegehäuse (10), insbesondere für ein elektrisch ange- triebenes Fahrzeug oder ein Fahrzeug mit FHybridantrieb, bestehend aus einem Stahl blech mit einem E-Modul > 210 GPa.
2. Unterfahrschutz nach Anspruch 1, wobei das Stahlblech eine anisotrope Ausrichtung des E-Moduls aufweist.
3. Unterfahrschutz nach Anspruch 2, wobei das Stahlblech walzhart und optional erho- lungsgeglüht ist.
4. Unterfahrschutz nach Anspruch 2 oder 3, wobei der Unterfahrschutz (1) nicht abge- stützten Flächen (3) mit jeweils zwei kurzen Flachseiten (3.1) und zwei langen Fachsei- ten (3.2) aufweist, wobei die Richtung (7) des höchsten E-Moduls in Richtung der län geren Fachseite (3.2) orientiert ist.
5. Unterfahrschutz nach Anspruch 1, wobei das Stahlblech partikelverstärkt ist.
6. Unterfahrschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Stahlblech ein- oder beidseitig einen Korrosionsschutzüberzug aufweist, insbesondere auf Zink- Basis.
7. Unterfahrschutz nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Materialdicke des Stahlblechs 0,7 bis 4,0 mm, insbesondere 0,8 bis 3,0 mm, vorzugsweise 0,8 bis 2,5 mm beträgt.
8. Elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder Fahrzeug mit Hybridantrieb, insbesondere ein Personenfahrzeug, Nutzfahrzeug, Sonderfahrzeug, vorzugsweise Bus, Omnibus, ein gleisgebundenes Fahrzeug, vorzugsweise Straßenbahn oder personenbefördernder Waggon, aufweisend ein Batteriegehäuse (10) mit einem Unterfahrschutz (1) nach ei- nem der vorhergehenden Ansprüche.
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