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DE102018131055B4 - Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen - Google Patents

Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen Download PDF

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DE102018131055B4
DE102018131055B4 DE102018131055.2A DE102018131055A DE102018131055B4 DE 102018131055 B4 DE102018131055 B4 DE 102018131055B4 DE 102018131055 A DE102018131055 A DE 102018131055A DE 102018131055 B4 DE102018131055 B4 DE 102018131055B4
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil (1), welches durch eine Tragstruktur (2) mit jeweiligen Tragstrukturelementen (5, 6, 7, 8) ausgesteift ist. Um ein Hochvoltspeichergehäuse zu schaffen, das beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Batteriezellen und Batteriemodule auf verbesserte Weise angepasst werden kann, ist die Tragstruktur (2) als von dem Gehäuseteil (1) separat ausgebildete Baueinheit (13) gestaltet.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
  • Hochvoltspeichergehäuse für Kraftwagen, insbesondere solche zur Anordnung im Unterbodenbereich, sind üblicherweise aus mehreren, insbesondere zwei Gehäuseteilen gebildet, welche im Bereich eines Flansches miteinander verbunden sind. Dabei werden an bisherige Gehäuseteile bislang insbesondere zwei Anforderungen gestellt: Zum einen sollen hierdurch die jeweiligen Batteriemodule bzw. Batteriezellen gegenüber der Umgebung dicht verschlossen untergebracht sein. Zum anderen weist das jeweilige Gehäuseteil eine Tragstruktur auf, dem gesamten Hochvoltspeicher bzw. Hochvoltspeichergehäuse eine hinreichende Stabilität zu verleihen. Aus diesem Grund weist das jeweilige Gehäuseteil, welches üblicherweise aus Blechen und Profilen, aus Gusselementen oder in Mischformen hergestellt wird, eine integrale Tragstruktur mit jeweiligen Tragstrukturelementen auf. Dies können insbesondere entsprechende Umformungen, Sicken, Einlegeteile, Profilteile oder dergleichen sein.
  • Gerade aufgrund der Tatsache, dass bislang die Anforderungen an ein Hochvoltspeichergehäuse insbesondere hinsichtlich der Dichtheit und Stabilität im Vordergrund stehen, müssen zwangsläufig beispielsweise fahrzeug- oder zellspezifische Anpassungen wie Anbindungspunkte, Zelllängen, Crashverhalten oder dergleichen zurück stehen. Durch diese sehr individuellen Anpassungen des Gehäuseteils auf das jeweilige Fahrzeug kann es zu Problemstellungen in der Montage kommen, sodass unterschiedliche Gehäuse eine andere Fertigungsfolge benötigen und damit kein einheitliches Fertigungskonzept eingesetzt werden kann.
  • Der DE 10 2012 000 622 A1 ist eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug mit Elektroantrieb als bekannt zu entnehmen. Außerdem offenbart die DE 10 2013 215 273 A1 eine Fahrzeug-Befestigungsstruktur eines Batteriepacks.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Hochvoltspeichergehäuse der eingangs genannten Art zu schaffen, das beispielsweise an unterschiedliche Fahrzeuge bzw. Batteriezellen und Batteriemodule auf verbesserte Weise angepasst werden kann.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Hochvoltspeichergehäuse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das erfindungsgemäße Hochvoltspeichergehäuse zeichnet sich durch wenigstens ein Gehäuseteil aus, welches durch eine Tragstruktur ausgesteift ist, welche separat von dem Gehäuseteil ausgestaltet ist und innere Tragstrukturelemente und äußere Tragstrukturelemente aufweist, die in Fahrzeugquerrichtung außerhalb der inneren Tragstrukturelemente angeordnet sind. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik, bei welchem das Gehäuseteil die Tragstruktur als integrales Element umfasst, ist es somit erfindungsgemäß vorgesehen, die Funktion der Abdichtung - nämlich durch das Gehäuseteil - von der Funktion der Aussteifung - nämlich durch die Tragstruktur - zu trennen. Durch diese Trennung der Funktionen von tragender und dichtender Struktur können Linienkonzepte zur Fertigung von Hochvoltspeichergehäusen mit deutlich geringerer Komplexität umgesetzt werden. So kann beispielsweise das Gehäuseteil als Tiefzieh- oder Pressteil hergestellt und anschließend mit der Tragstruktur verbunden werden, welche als separat von dem Gehäuseteil vorgefertigte Baueinheit beispielsweise aus Profilen in Aluminium- oder Stahllegierungen in entsprechenden Schweißkonstruktionen oder dergleichen hergestellt ist. Durch die Trennung der dichtenden Funktionen von den tragenden Funktionen können somit mit deutlich weniger Herstellungsrisiken Varianten des Hochvoltspeichergehäuses hergestellt werden. Da sich die Komplexität insbesondere des Gehäuseteils erheblich reduzieren lässt, können hierbei die Kosten für das gesamte Hochvoltspeichergehäuse deutlich reduziert werden. Zudem können derartige Hochvoltspeichergehäuse im Hinblick auf Toleranzen und Reinheitsanforderungen deutlich günstiger hergestellt werden.
  • Die Tragstruktur weist die äußeren Tragstrukturelemente zur Befestigung des Speichergehäuses am Kraftwagenrohbau auf. Hierdurch ergibt sich eine besonders steife und stabile Festlegung des Hochvoltspeichergehäuses am Kraftwagenrohbau.
  • Die äußeren Tragstrukturelemente sind unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente an den inneren Tragstrukturelementen, insbesondere Querelementen, der Tragstruktur abgestützt. Hierdurch ergibt sich ein besonders günstiges Crashverhalten der Tragstruktur bzw. des Hochvoltspeichergehäuses insgesamt, und zwar insbesondere bei entsprechenden Seitenkollisionen im Bereich des jeweils seitlich zugeordneten Seitenschwellers des Kraftwagenrohbaus.
  • Das Gehäuseteil weist ein Dichtungselement auf welches in Fahrzeugquerrichtung nach innen zurückspringend gegenüber den äußeren Tragstrukturelementen unterhalb der Seitenschweller und den Energieabsorptionselementen angeordnet ist. Durch die Tragstruktur wird somit eine Art Knautschzone bereitgestellt, welche bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung von unfallbedingt eingeleiteten Kräften deformiert werden kann, ohne dass hierbei das Dichtungselement und somit das Gehäuseteil bzw. dessen Verbindung zu einem weiteren Gehäuseteil beschädigt werden würde.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuseteil in die Tragstruktur eingesetzt ist und eine zur Tragstruktur korrespondierende Aufnahmestruktur aufweist. Hierdurch lässt sich eine besonders bauraumsparende Ausgestaltung der Kombination aus Gehäuseteil und Tragstruktur schaffen. Zudem ergibt sich eine besonders günstige Verbindungsmöglichkeit zwischen Gehäuseteil und Tragstruktur.
  • Weiterhin hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn das Gehäuseteil als Umformteil oder Pressteil aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff gebildet ist. Derartige Umformteile beziehungsweise Pressteile sind zwar sehr leicht und filigran, aber dennoch äußerst stabil und günstig für ihre Funktion zur Aufnahme jeweiliger Batteriezellen bzw. Batteriemodule und Abdichtung gegenüber der Umgebung.
  • Die Tragstrukturelemente der Tragstruktur sind in den weiteren Ausgestaltungen der Erfindung bevorzugter Weise aus Profilelementen, beispielsweise Strandpressprofilen, Hohlprofilen oder dergleichen gebildet. Hierdurch lässt sich ein einfacher Zusammenbau, beispielsweise durch Schweißen, erreichen, der nicht nur besonders günstig ist, sondern gleichwohl äußerst stabile Eigenschaften hat.
  • Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn an dem Gehäuseteil eine Mehrzahl von Haltelementen angeordnet ist, über welche das Gehäuseteil mit der Tragstruktur verbunden ist. Die Halteelemente können dabei beispielsweise über eine jeweilige Fügeverbindung, insbesondere durch Schweißen oder Kleben, mit dem Gehäuseteil verbunden sein und hierüber auf einfache Weise mit den jeweiligen Tragstrukturelementen der Tragstruktur verbunden werden.
  • Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
  • Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Die einzige Fig. zeigt dabei in einer perspektivischen Explosionsdarstellung ein Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen mit einem unteren Gehäuseteil, welches durch eine Tragstruktur mit jeweiligen Tragstrukturelementen ausgesteift ist, welche als von dem Gehäuseteil separat ausgebildete Baueinheit gestaltet ist.
  • Von einem Hochvoltspeichergehäuse für einen Personenkraftwagen sind in der einzigen Fig. in einer perspektivischen Explosionsdarstellung ein unteres Gehäuseteil 1 sowie eine Tragstruktur 2 separat dargestellt. Das Hochvoltspeichergehäuse kann dabei hier im Unterbodenbereich des Fahrzeugs, also im Wesentlichen zwischen jeweiligen Seitenschwellern, angeordnet werden.
  • Das Gehäuseteil 1 ist dabei wannenartig bzw. Schalenartig ausgebildet und beispielsweise durch einen Umformprozess eines Metallblechs, insbesondere eines Aluminium- oder eines Stahlblechs, hergestellt. Alternativ hierzu kann das Gehäuseteil 1 beispielsweise auch als Kunststoffteil, insbesondere als faserverstärktes Kunststoffbauteil ausgebildet sein, welches beispielsweise in einem Pressverfahren (SMC) oder einen Spritzpressverfahren (RTM) hergestellt sein kann. Das Gehäuseteil 1 weist ein Dichtungselement 3 in Form eines Flansches 4 auf, welches gegebenenfalls um ein Dichtmittel, Dichtungsteil oder dergleichen ergänzt ist, über welchen das Gehäuseteil 1 dicht mit einem weiteren, nicht dargestellten oberen Gehäuseteil verbunden werden kann. In dem Gehäuseteil 1 sind eine Mehrzahl von nicht dargestellten Batteriezellen bzw. Batteriemodulen aufgenommen, welche zur Versorgung eines elektrisch betreibbaren Antriebsstrangs des Personenkraftwagens mit elektrischer Energie dienen.
  • Die Tragstruktur 2 ist im vorliegenden Fall durch eine Mehrzahl von Quer-Tragstrukturelementen 5 und Längs-Tragstrukturelementen 6, 7 gebildet, welche beispielsweise durch Schweißen miteinander verbunden sind. Natürlich wären hier auch andere Verbindungsverfahren, insbesondere Fügeverfahren, denkbar. Die Tragstrukturelemente 5, 6, 7, 8 sind dabei insbesondere als Strangpressprofile, Rollprofile, umgeformte und gestanzte Elemente, Rohre oder dergleichen aus entsprechenden Metalllegierungen, insbesondere auf Stahl- oder Aluminiumbasis, ausgebildet.
  • Jeweilige außenseitige Tragstrukturelemente 7 und 8 der Tragstruktur 2 verlaufen dabei im eingebauten Zustand des Hohlvoltspeichergehäuse in Überdeckung unterhalb eines jeweils seitlich zugehörigen Seitenschwellers und sind mit diesem über jeweilige Verbindungselemente 9 in Form von Schrauben oder dergleichen fest verbunden. Diese seitlichen bzw. äußeren Tragstrukturelemente 7, 8 sind unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente 10 an jeweils korrespondierenden Strukturelementen 5, 6 abgestützt.
  • Weiterhin ist erkennbar, dass im rückwärtigen Bereich der Tragstruktur 2 eine weitere Rahmenkonstruktion 11 vorgesehen ist, welche zur Abstützung eines rückwärtigen Bereichs 12 des Gehäuseteils 1 dient.
  • Im vorderen Bereich der Tragstruktur 2 sind außerdem jeweilige elektrische Baueinheiten 13 erkennbar, welche beispielsweise zur Verbindung der Batteriezellen bzw. Batteriemodulen innerhalb des Gehäuseteils 1 mit dem Antriebsstrang dienen.
  • Wie nun in Zusammenschau des Gehäuseteils 1 und der Tragstruktur 2 erkennbar ist, weist das Gehäuseteil 1 eine korrespondierende Aufnahmestruktur 14 auf. Diese Aufnahmestruktur 14 umfasst beispielsweise jeweilige nut- bzw. sickenartige Queraufnahmen 14 bzw. 16, 17. Die Queraufnahmen 15 dienen dabei zur Aufnahme der Quer-Tragstrukturelemente 5, die Längsaufnahmen 16, 17 zur Aufnahme der Längs-Tragstrukturelemente 6. Aufgrund dieser Aufnahmestruktur 14 kann das Gehäuseteil 1 von oben her in die Tragstruktur 2 eingesetzt bzw. auf diese aufgesetzt werden, wobei dann die jeweiligen Rahmenelemente 5 bzw. 6 in den korrespondierenden Aufnahmen 15, 16, 17 zumindest teilweise aufgenommen sind.
  • Das Gehäuseteil 1 weist an der Tragstruktur 2 eine Mehrzahl von Halteelementen 18 auf. Diese können im einfachsten Fall lediglich Öffnungen im Bereich der jeweiligen Aufnahmen 14, 15, 16 sein, über welche das Gehäuseteil 1 mit der Tragstruktur 2 verschraubt werden kann. Allerdings können auch separate Halteelemente durch eine jeweilige Fügeverbindung, insbesondere eine Schweißverbindung oder eine Klebverbindung, unterseitig an dem Gehäuseteil 1 angeordnet sein, über welche das Gehäuseteil 1 mit der Tragstruktur 2 verbunden werden kann. Die Tragstruktur 2 weisthier korrespondierende Halteaufnahmen 19 in Form von Gewindelöchern oder dergleichen auf, in welche die Öffnungen 18 des Gehäuseteils 1 durchsetzende Schrauben eingebracht werden können.
  • Insbesondere in Zusammenschau der Tragstrukturelemente 6 der Tragstruktur 2 mit den Längsaufnahmen 16 des Gehäuseteils 1 wird erkennbar, dass das Gehäuseteil 1 mit seinem umlaufenden Dichtelement 3 gegenüber den Tragstrukturelementen 7, 8 und den Absorptionselementen 10 der Tragstruktur 2 zurückspringend angeordnet ist. Dies bedeutet, dass das Dichtungselement 3 an den jeweiligen Längsseiten des Gehäuseteils 1 zumindest im Wesentlichen innenseitig der jeweiligen Tragstrukturelemente 7, 8 und der entsprechenden Elemente 10 verläuft. Kommt es demzufolge in Folge eines Seitenaufpralls des Kraftwagens zu einer unfallbedingten Deformation, so wirken die Tragstrukturelemente 7, 8 und die Energieabsorptionselemente 10 als eine Art Knautschzone für das Hochvoltspeichergehäuse, welche deformiert werden kann, ohne dass das Gehäuseteil 1 wesentlich mit den Kräften beaufschlagt oder beschädigt werden kann. Da gerade das jeweilige Dichtungselement 3 des Gehäuseteils 1 bei einer derartigen, unfreiwilligen Kraftbeaufschlagung besonders beschädigungsempfindlich ist, wird durch dessen Anordnung - bezogen auf die Fahrzeugquerrichtung - hinter dem jeweiligen Tragstrukturelementen 7, 8 und den zugehörigen Energieabsorptionselementen 10 auf besonders günstige Weise gewährleistet, dass Beschädigungen vermieden werden können.
  • Insgesamt ist somit erkennbar, dass vorliegend durch das Gehäuseteil 1 und die Tragstruktur 2 eine Trennung der Funktionen von tragender und dichtender Struktur umgesetzt ist. Dabei ergibt sich der zusätzliche Vorteil, dass auf besonders günstige Weise Varianten hergestellt werden können, wobei stets gewährleistet ist, dass die Dichtfunktion von der tragenden Funktion getrennt ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Gehäuseteil
    2
    Tragstruktur
    3
    Dichtelement
    4
    Flansch
    5
    Tragstrukturenelement
    6
    Tragstrukturelement
    7
    Tragstrukturelement
    8
    Tragstrukturelement
    9
    Verbindungselemente
    10
    Energieabsorptionselemente
    11
    Tragstrukturkonstruktion
    12
    Bereich v. 1
    13
    Baueinheit
    14
    Aufnahmestruktur
    15
    Queraufnahmen
    16
    Längsaufnahmen
    17
    Längsaufnahmen
    18
    Halteelemente
    19
    Halteaufnahmen

Claims (5)

  1. Hochvoltspeichergehäuse für einen Kraftwagen, mit wenigstens einem Gehäuseteil (1), welches durch eine Tragstruktur (2) ausgesteift ist, welche innere Tragstrukturelemente (4, 6) und äußere Tragstrukturelemente (7, 8) aufweist, die in Fahrzeugquerrichtung außerhalb der inneren Tragstrukturelemente (5, 6) angeordnet sind, wobei die Tragstruktur (2) als von dem Gehäuseteil (1) separat ausgebildete Baueinheit (13) gestaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Tragstrukturelemente (7, 8) zur Befestigung des Hochvoltspeichergehäuses an einem Kraftwagenrohbau unter Vermittlung jeweiliger Energieabsorptionselemente (10) an den inneren Tragstrukturelementen (5, 6) der Tragstruktur (2) abgestützt sind, wobei das Gehäuseteil (2) ein Dichtungselement (3) aufweist, welches in Fahrzeugquerrichtung nach innen zurückspringend gegenüber den äußeren Tragstrukturelementen (7, 8) und den Energieabsorptionselementen (10) angeordnet ist.
  2. Hochvoltspeichergehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) in die Tragstruktur (2) eingesetzt ist und eine zur Tragstruktur (2) korrespondierende Aufnahmestruktur (14) aufweist.
  3. Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (1) als Umformteil oder Pressteil aus einer Metalllegierung oder einem Kunststoff gebildet ist.
  4. Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragstrukturelemente (5, 6, 7, 8) der Tragstruktur (2) aus Profilelementen gebildet sind.
  5. Hochvoltspeichergehäuse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuseteil (1) eine Mehrzahl von Haltelementen (18) angeordnet ist, über welche das Gehäuseteil (1) mit der Tragstruktur (2) verbunden ist.
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