Aufbaustruktur für ein elektrisch

angetriebenes Personen-Kraftfahrzeug

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufbaustruktur für ein elektrisch angetriebenes

Personen-Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine derartige Aufbaustruktur besenreibt die EP 0 618 128 A1 , bei der unterhalb der Sitze eines zweisitzigen Kleinkraftfahrzeugs die Traktionsbatterie angeordnet ist. Der entsprechende Batterieraum erstreckt sich quer zum Fahrzeug und beiderseits eines tragenden Mitteltunnels und ist gebildet durch einen nach oben geschlossenen Querträger mit einer wahlweise unten positionierten Batterieklappe. Der Querträger ist seitlich an die Längsträger des Kraftfahrzeugs und an den Mitteltunnel angebunden. Neben der baulich günstigen Positionierung der

Traktionsbatterie ist diese Konstruktion jedoch sehr steif ausgeführt und kann Aufprallenergie insbesondere bei einem Seitenaufprall nur bedingt abbauen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Aufbaustruktur-bereitzustellen, die

fertigungstechnisch einfacher ausgeführt ist, zusätzlichen Batterieraum schafft und die die Traktionsbatterie in noch größerem Umfang vor Beschädigungen bei ggf. auftretenden

Fahrzeugkollisionen schützt.

Die Lösung dieser Aufgabe wird mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 erreicht.

Vorteilhafte und besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind in den

Unteransprüchen angeführt.

Mit der Erfindung gelingt es, die Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug bauraumgünstig in einem Fahrzeug-Rohbau anzuordnen, der ursprünglich für

verbrennerspezifische Elemente eines herkömmlichen Antriebs ausgelegt ist, wobei die Traktionsbatterie als sicherheitsrelevantes Bauteil vor Crash-Ereignissen geschützt angeordnet ist. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist der verfügbare Batterieraum aus einem, durch den Mitteltunnel gebildeten Batteriehauptraum aufgebaut, der insbesondere unterhalb der Fahrzeugsitze und/oder unterhalb der Rücksitzbank in der Fahrzeugquerrichtung nach außen mit zumindest einem Batterieteilraum erweitert ist. Erfindungsgemäß kann dies bevorzugt dadurch realisiert werden, dass an den Mitteltunnel nach unten offene Schalen angesetzt sind, die vorne und hinten in den Unterboden übergehen und die über seitliche

BESTÄTIGUNGSKOPIE Zwischenbleche mit den Längsträgern verbunden sind und dass in den nach unten offenen, durchgehenden Batterieraum ein selbsttragender, mit rahmenförmig umlaufenden Trägern versteifter Batteriekasten einsetzbar ist. Damit ist eine zuverlässige Batterieaufnahme mit Einbeziehung des Mitteltunnels zum Batterieraum geschaffen, die günstig in den Unterboden des Kraftfahrzeugs integriert ist, wobei durch die seitlichen Zwischenbleche zusätzlicher Deformationsraum insbesondere gegen seitliche Aufprallenergie geschaffen ist. Die

Zwischenbleche können ferner zur Aufnahme von Leitungen, Einbauteilen, etc. dienen.

Zum Schutz der Batterie vor einem Seitencrash ist es bevorzugt, wenn sich der oben erwähnte Batterieteilraum nicht unmittelbar bis zu dem, den Türschweiler bildenden

Karosserielängsträger erstreckt, sondern vielmehr davon beabstandet ist, und zwar unter Bildung eines Deformationsfreiraums. Bei einer seitlichen Kollision wird somit zunächst der schwellerseitige Karosserielängsträger bis in den Deformationsfreiraum hinein verformt, ohne dass dabei die Batteriezellen beschädigt werden. Der Deformationsfreiraum kann in der Fahrzeugquerrichtung zwischen einer, den Batterieteilraum bildenden wannenförmigen Schale und dem Türschweiler ausgebildet sein. Bevorzugt kann an der inneren Seite des Türschwellers ein Tragblech zur Halterung einer außenliegenden Sitzschiene vorgesehen sein. In diesem Fall kann der Deformationsfreiraum seitlich nach außen durch das Tragblech begrenzt sein. Der Deformationsraum kann in der Fahrzeuglängsrichtung in etwa rinnenförmig langgestreckt sein und nach unten durch ein bodenseitiges Blechteil, etwa ein Zwischenblech, begrenzt sein. Dabei kann sich der Deformationsfreiraum in der Fahrzeuglängsrichtung zwischen vorderen und hinteren Quer-Verstärkungsstreben des Batterieteilraums erstrecken. Diese Quer- Verstärkungsstreben können beispielhaft Profilbleche sein, die an die, den Batterieteilraum bildenden Schale jeweils vorne und hinten aufgesetzt sind. Die Quer-Verstärkungsstreben bilden zusammen mit dem Deformationsfreiraum eine Seitencrash-Struktur, die zusätzlich die Batteriezellen vor einer unfallbedingten Deformation schützen. Die Quer-Verstärkungsstreben können im Bereich des oben erwähnten Deformationsfreiraums eine reduzierte Steifigkeit aufweisen, das heißt beispielsweise mit Sollknickstellen bildenden Ausnehmungen versehen sein.

Im Hinblick auf eine bauraumgünstige Anordnung kann der Deformationsfreiraum als Bauraum allgemein zur Unterbringung von nicht crash-sensiblen Bauteilen, insbesondere eines

Belüftungskanals genutzt werden, mit dem die Raumluft im Kraftfahrzeug-Fond konditionierbar ist. Der Belüftungskanal ist bevorzugt ein Kunststoff-Bauteil, das als deformierbares Element zusätzlich Verformungsenergie abbaut, die bei einem Seitencrash in die Fahrzeugkarosserie eingebracht wird. Die oben erwähnten Quer-Verstärkungsstreben können in der Fahrzeugquerrichtung an den Mitteltunnel und an die seitlichen Längsträger anschließen und bei geringem

fertigungstechnischen Aufwand den Batterieraum in Fahrzeugquerrichtung weiter aussteifen.

An das, den Deformationsfreiraum bodenseitig begrenzende Zwischenblech kann ein äußeres, mit dem Längsträger und dem Zwischenblech fest verbundenes Tragblech für die außen liegende Sitzschiene der Sitze aufgesetzt sein. Das Tragblech bildet somit neben seiner den Sitz tragenden Funktion mit dem darunter positionierten Zwischenblech in einfacher Weise einen zusätzliche Aufprallenergie absorbierenden Träger.

Die jeweils innere Sitzschiene der Sitze kann vorteilhaft am Mitteltunnel und/oder auf den Schalen befestigt sein. Ferner kann der die Traktionsbatterie aufnehmende Batteriekasten einen auf die Tragstruktur aufgesetzten, diesen vollständig gegenüber dem Batterieraum abschließenden Deckel aufweisen, der u.a. den Vorteil hat, dass keine von den Batteriezellen ausgehende Wärme auf den Unterboden übertragen wird. Insbesondere kann der Deckel mit einem definierten Abstand zum Batterieraum angeordnet sein.

Zusätzlich können die den Batterieraum teilweise begrenzenden Schalen an ihrer den Sitzen zugewandten Oberseite mit aussteifenden Einprägungen versehen sein, insbesondere durch bandförmige Einprägungen, die in Fahrzeugquerrichtung ausgerichtet sind und quasi ohne fertigungstechnischen Mehraufwand den Batterieraum weiter aussteifen.

Besonders bevorzugt kann der Mitteltunnel die angesetzten Schalen nach oben überragen, wobei der Batteriekasten im Querschnitt betrachtet in den dadurch im mittleren Bereich gebildeten, höheren Batterieraum einragt und ein entsprechend angepasstes, größeres

Batteriepaket aufweisen kann. Dies stellt eine sehr effiziente Nutzung des gesamten

Batterieraums mit Anordnung einer höchstmögliche Kapazität aufweisenden Traktionsbatterie sicher.

Schließlich kann der Mitteltunnel mit zumindest den angesetzten Schalen, den

Zwischenblechen und den Tragblechen ein Modul bilden, das mit einer im übrigen für ein Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischem Antrieb konzipierten Aufbaustruktur kompatibel ist. Daraus resultiert insbesondere bei einer Serienfertigung von Kraftfahrzeugen des gleichen Typs mit herkömmlichem Antrieb und Elektroantrieb der Vorteil, dass nahezu die gleichen

Karosseriebauteile für beide Antriebsarten verwendbar sind. Bei Elektroantrieb ist lediglich der Unterboden im Bereich der Vordersitze wie vorstehend beschrieben modifiziert und kann unter Beibehaltung der ergonomischen Auslegungen (Sitzhöhe, Sitzposition, Fußauflage vor den Sitzen, etc.) verbaut werden. Der Vorbau und Heckbereich der Karosserie können im Wesentlichen unverändert bleiben; der erforderliche Batterieraum ist teils im Mitteltunnel und teils unterhalb der Sitze vorteilhaft gebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden mit weiteren Einzelheiten näher erläutert. Die schematische Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 in einer Ansicht von oben eine Übersichtsskizze eines Fahrzeug-Unterbodens;

Fig. 2 in raumbildlicher Darstellung den mittleren Abschnitt des Unterbodens eines PKW mit Elektroantrieb und mit einer quer unterhalb des Unterbodens und eines Mitteltunnels angeordneten Traktionsbatterie;

Fig. 3 einen senkrechten Querschnitt entlang der Schnittebene l-l aus der Fig. 1 durch den Unterboden;

Fig. 4 ebenfalls in raumbildlicher Darstellung eine teilweise Seitenansicht des Unterbodens mit Mitteltunnel des PKW nach Fig. 2; und

Fig. 5 einen senkrechten Längsschnitt entlang der Schnittebene II-II aus der Fig. 1 durch-den Unterboden und die Traktionsbatterie.

In der Fig. 1 ist anhand einer grob schematischen Überblicksskizze der Unterboden eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs von oben gezeigt. Der Unterboden 1 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit sowie zur Erläuterung der wesentlichen Aspekte der Erfindung nur stark vereinfacht gezeigt. So ist der Unterboden 1 mit zwei in der Fahrzeugquerrichtung y seitlich gegenüberliegenden Längsträgern 5 sowie einem Mitteltunnel 3 aufgebaut. Sowohl der Mitteltunnel 3 als auch die beiden Längsträger 5 sind nur gestrichelt angedeutet. Der

Mitteltunnel 3 definiert einen in der Fahrzeuglängsrichtung x langetreckten Batteriehauptraum 1 1 , der in der Fahrzeugquerrichtung y mit Batterieteilräumen 19 seitlich erweitert ist. Die Batterieteilräume 19 erstrecken sich unterhalb von, in der Fig. 1 nicht gezeigten Fahrzeugsitzen bzw. einer Rücksitzbank.

In den Fig. 2 bis 5 ist der Unterboden 1 für das Personenkraftfahrzeug mit Vordersitzen und Fondsitzen (nicht dargestellt) im Rohbauzustand gezeigt. Der Unterboden 1 ist im Wesentlichen aus einem mit Sicken versteiften Bodenblech 2 und dem nach oben abragenden, in der Fahrzeuglängsrichtung x verlaufenden Mitteltunnel 3 zusammengesetzt. Nach vorne bildet das Bodenblech 2 (siehe Fig. 3) den Fußraum 2a der Frontpassagiere und nach hinten den Fußraum 2b für die Fondpassagiere. Das vordere Bodenblech 2a geht in nicht dargestellter, üblicher Weise in die vordere Spritzwand bzw. den Vorbau über, während an den hinteren Abschnitt 2b ein erhöhter Heckquerträger 4 anschließt, an den auch der Mitteltunnel 3 angebunden ist.

Das wannenförmig geformte Bodenblech 2 (vgl. Fig. 1 und 2) erstreckt sich seitlich in der Fahrzeugquerrichtung y bis zu den seitlichen Längsträgern (Schwellern) 5, die jeweils aus einem U-förmigen Innenprofil 5a und einem Außenblech 5b gebildet sind.

Die Positionierung der Vordersitze ist in der Fig. 2 und 5 durch die inneren Sitzschienen 6 verdeutlicht. Im Bereich dieser Vordersitze sind in den Unterboden 2 der in der Draufsicht rechteckförmige, quer verlaufende und nach unten offene Teilbatterieräume 19 (Fig. 2 und 4) eingeformt. Die Teilbatterieräume 19 sind durch umgekehrt wannenförmige Schalen 8 gebildet und gehen in den vom Mitteltunnel 3 definierten Batteriehauptraum 11 über.

Die Schalen 8 können unmittelbar an den Mitteltunnel 3 in etwa in dessen mittlerer Höhe und an das Bodenblech 2 angeformt sein, wobei an die Schalen 8 in der Fahrzeugquerrichtung y nach außen Zwischenbleche 2c (Fig. 2) anschließen, die an die seitlichen Längsträger 5 angebunden sind. Die Sitzschienen 6 sind dabei (Fig. 2) am Mitteltunnel 3 und auf den Schalen 8 befestigt. Ferner kann oberseitig am Mitteltunnel 3 in üblicher Weise eine Gangschaltvorrichtung 18 angeordnet sein. An die Zwischenbleche 2c sind von unten U-förmige Hohlprofile 9

angeschweißt, die zur Verstärkung der Karosserie dienen.

Parallel zu den Belüftungskanälen 9 sind auf die Zwischenbleche 2c ebenfalls an den

Längsträgern 5 befestigte Tragbleche 10 aufgesetzt, die die nur angedeuteten, äußeren Sitzschienen 6 der Vordersitze (Fig. 2) aufnehmen.

In den nach unten offenen, von dem Mitteltunnel 3 und den Schalen 8 begrenzten

Batteriehaupt- und -teilräumen 1 1 , 19 ist eine Traktionsbatterie 12, z.B. eine Lithium-Ionen- Batterie eingesetzt, deren Zellenpakete 12a, 12b auf einem selbsttragenden Batteriekasten 13 angeordnet sind.

Der Batteriekasten 13 weist im Wesentlichen eine tragende Bodenplatte 13a und umlaufend angeordnete, aus Hohlprofilen gebildete Träger 13b auf und ist mittels eines an den Trägern 13b befestigten Deckels 14 nach oben abgeschlossen. Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist das mittlere Batteriepaket 12a höher ausgelegt und ragt somit unter effizienter Ausnutzung der gegebenen Raumverhältnisse in den hier größeren Batteriehauptraum 1 1 ein. Der Batteriekasten 13 mit der Traktionsbatterie 12 und dem Deckel 14 ist am Unterboden 2 des Kraftfahrzeugs befestigt (nicht dargestellt). Dessen Ausmaße sind so ausgelegt, dass wie insbesondere aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich ist, ein isolierender Spalt zwischen dem

Batterieraum 1 1 und dem Deckel 14 verbleibt, um ggf. Wärmeübertragungen auszuschließen.

Der elektrische Anschluss der Traktionsbatterie 12 an das Bordnetz des Kraftfahrzeugs und dessen Kühlung sind hier nicht dargestellt, bilden aber eine autarke Einheit, die über entsprechende Anschlussstellen anschließbar ist.

Die von den Schalen 8 begrenzten Batterieteilräume 19 sind in der Fahrzeugquerrichtung y durch Profilbleche 15, 16 (Fig. 2 und 4) versteift, die an die Bodenbleche 2a, 2b und an die Schalen 8 angeschweißt sind und somit entsprechende Querträger bilden. Die Profilbleche 15, 16 schließen dabei jeweils an den Mitteltunnel 3 und an die Innenbleche 5a der seitlichen Längsträger 5 an bzw. sind mit diesen verschweißt. Zudem sind die Profilbleche 15, 16 in der Fahrzeugquerrichtung (y) außerhalb der Schalen 8 mit, Sollknickstellen bildenden

Ausnehmungen 17 versehen. Ferner sind in die Schalen 8 aussteifende, bandförmige

Einprägungen 8a eingeformt, die wie ersichtlich ist ebenfalls in der Fahrzeugquerrichtung y verlaufen.

Bei der im Batterieraum 1 1 , 19 angeordneten Traktionsbatterie ist insbesondere bei einem Seitencrash zu gewährleisten, dass sich deren Batteriezellen nicht deformieren. Zum Schutz der Traktionsbatterie ist gemäß den Figuren 2 und 3 zwischen dem Batterieteilraum 19 und dem, den Türschweiler bildenden Karosserielängsträger 5 ein Deformationsfreiraum 21 vorgesehen. Der Deformationsfreiraum 21 erstreckt sich gemäß den Fig. 2 und 3 in etwa rinnenförmig entlang des Batterieteilraumes 19 in der Fahrzeuglängsrichtung x. Im

Deformationsfreiraum 21 verläuft gemäß der Fig. 3 ein angedeuteter Belüftungskanal 23, der an einer Luftkonditioniereinrichtung (Klimaanlage) angeschlossen ist und zum Fondraum des Kraftfahrzeuges verläuft. Der Deformationsfreiraum ist gemäß der Fig. 3 in der

Fahrzeugquerrichtung zwischen einer Seitenwand 24 der den Batterieteilraum 19 bildenden Schale und dem Tragblech 10 für die außenseitige Sitzschiene 6 begrenzt. Bodenseitig ist der Deformationsfreiraum durch das Zwischenblech 2c begrenzt. Der Deformationsfreiraum 21 erstreckt sich in der Fahrzeuglängsrichtung x zwischen den vorderen und hinteren Quer- Verstärkungsstreben 15, 16 der den Batterieteilraum 19 definierenden Schale 8.

Der Deformationsfreiraum 21 bildet zusammen mit dem. darin angeordneten Belüftungskanal 25 sowie den vorderen und hinteren Quer- Verstärkungsstreben 15, 16 eine Seitencrashstruktur, bei der die seitliche Aufprallenergie im Crashfall abgebaut werden kann, ohne dass es zu einer Beschädigung der Traktionsbatterie 12 kommt. Bei einem Seitencrash erfolgt somit der Abbau der seitlichen Aufprallenergie alleine durch die Intrusion des Karosserielängsträgers 5 bis in den Deformationsfreiraum 21 hinein. Der im Deformationsfreiraum 21 angeordnete Belüftungskanal 25 bildet dabei ein zusätzliches deformierbares Element, das zusätzlich Aufprallenergie abbaut.

Der Mitteltunnel 3 mit den angeformten Schalen 8, den Zwischenblechen 2c und den

Tragblechen 10 kann als ein Modul ausgebildet sein, das mit einer im übrigen für ein

Kraftfahrzeug mit verbrennungsmotorischen Antrieb konzipierten Aufbaustruktur kompatibel ist; d.h., dass die besagten Teile im Übrigen Anschlussgeometrien aufweisen, mit denen sie an einen vorhandenen Vorbau und Heckbereich eines Kraftfahrzeugs angebaut werden können. Damit können fertigungstechnisch günstig Aufbauten für Kraftfahrzeuge gleichen Typs mit verbrennungsmotorischem Antrieb und elektromotorischem Aritrieb und wie vorbeschrieben integrierter Traktionsbatterie 12 gefertigt werden.

Die beschriebene Aufbaustruktur schützt die Traktionsbatterie 12 weitgehend sowohl bei Frontoder Heckkollisionen und zusätzlich in besonderem Maße auch bei Seitenkollisionen vor Beschädigung und stellt einen durchgehenden Batterieraum 11 zum Einbau einer

Traktionsbatterie 12 relativ großer Kapazität bereit.

Bezugszeichenliste

Unterboden

Bodenblech

a vorderer Fußbereich

b hinterer Fußbereich

c Zwischenblech

Mitteltunnel

Heckquerträger

Längsträger

a Innenprofil

b Außenblech

Sitzschiene

Schalen

a Einprägungen

Profilblech

10 Tragblech

11 Batteriehauptraum

12 Traktionsbatterie

12a, 12b Zellenpakete

13 Batteriekasten

13a Bodenplatte

13b Träger

14 Batteriedeckel

15, 16 Quer- Verstärkungsstreben

17 Ausnehmungen

18 Gangschaltvorrichtung

19 Batterieteilräume

21 Deformationsfreiraum

22 Seitenwand

25 Belüftungskanal

M Längsmittelebene