Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Unterseite und einer Oberseite, das

Batteriezellenmodul aufweisend eine Tragstruktur für Batteriezellen und von der Tragstruktur getragene Batteriezellen. Außerdem betrifft die Erfindung ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, aufweisend eine unterseitige Struktur und eine

oberseitige Struktur, wobei die unterseitige Struktur und die oberseitige Struktur einen Aufnahmeraum für Batteriezellenmodule begrenzen.

Bei batterieelektrisch angetriebenen Fahrzeugen mit Hochvoltspeicherkonzepten sind die Batteriezellenmodule in einem Unterflurbereich verbaut.

Batteriezellenmodule für batterieelektrische Fahrzeuge weisen im Aufbau einen strukturellen Rahmen, gegebenenfalls auch ein strukturelles Modulgehäuse, auf, in dem die Batteriezellen, gegebenenfalls inklusive Kühlung, befestigt sind. Über den Rahmen werden wiederum die Module an einer umgebenden Struktur,

beispielsweise an einem Hochvoltspeicher-Gehäuse bei konventionellen Ansätzen oder an einer Karosserie/Bodenmitte bei karosserieintegrierten Konzepten, befestigt. Für diesen Verbauort ist eine Prüfung EHB085, auch als Poliertest bezeichnet, zu erfüllen. Bei dieser Prüfung wird die strukturell schwächste Stelle im Unterflur- /Hochvoltspeicherbereich mittels eines kreisrunden Prüfkörpers mit einem

Durchmesser von 180mm mit einer fahrzeugspezifischen Energie beaufschlagt.

Die Batteriezellenmodule dürfen im Poliertest keiner Krafteinwirkung ausgesetzt werden. Das heißt, ein Eindringen des Prüfkörpers muss vor Berühren der Module gestoppt werden. In der bisherigen Praxis führt dies zu zwei Maßnahmen:

- Eine auf einer Unterseite des Hochvoltspeichers auf einer Bodenfreiheitslinie angeordnete Bodenplatte, beispielsweise aus Alu und/oder Stahl, wird entsprechend dick ausgeführt, was in einem hohen Gewicht der Platte resultiert.

- Es werden große Abstände zwischen der Unterseite des Hochvoltspeichers bzw. der Bodenplatte und den darüber sich befindenden Batteriezellenmodulen

vorgesehen, die Abstände betragen üblicherweise zwischen 12 und 16 mm. Es handelt sich hierbei um sehr wertvollen Bauraum, der beispielsweise 1 :1 über höhere Batteriezellen in elektrische Reichweite übersetzt werden könnte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes

Batteriezellenmodul strukturell und/oder funktionell zu verbessern. Außerdem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Kraftfahrzeug strukturell und/oder funktionell zu verbessern.

Die Aufgabe wird gelöst mit einem Batteriezellenmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Außerdem wird die Aufgabe gelöst mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausführungen und/oder Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.

Das Batteriezellenmodul kann zum Speichern und/oder zum Bereitstellen

elektrischer Energie dienen. Das Batteriezellenmodul kann zur mobilen Anwendung dienen. Das Batteriezellenmodul kann als Traktionsbatteriemodul dienen. Das Batteriezellenmodul kann als Hochvoltspeicher dienen. Das Batteriezellenmodul kann eine Kühleinrichtung aufweisen. Das Batteriezellenmodul kann eine

elektronische Kontrolleinrichtung aufweisen.

Das Batteriezellenmodul kann Lateralseiten aufweisen. Soweit nicht anders angegeben oder es sich aus dem Zusammenhang nicht anders ergibt, beziehen sich die Angaben„unten“,„Unterseite“,„oben“,„Oberseiteâ €œ,„Lateralseite“ und„Höhe“ bzw.„Hochrichtung“, auf eine Einbaulage des Batteriemoduls in ein Kraftfahrzeug. „Unterseite“ entspricht dann einer horizontalen, geodätisch unteren und/oder fahrbahnzugewandten Seite.„Oberseite“ entspricht dann einer horizontalen, geodätisch oberen und/oder fahrbahnabgewandten Seite.„Lateralseite“ entspricht dann einer vertikalen und/oder sich zwischen der Unterseite und der Oberseite erstreckenden Seite.„Höhe“ bzw.„Hochrichtung“ entspricht dann einer vertikalen und/oder zu einer Fahrbahn senkrechten Richtung.

Die Tragstruktur kann dazu dienen, die Batteriezellen zu tragen, an einer

übergeordneten Struktur, insbesondere an einem Kraftfahrzeug, zu befestigen, zu umschließen und/oder zu schützen. Die Tragstruktur kann wenigstens einen

Außenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Außenabschnitt kann außenseitig der Batteriezellen angeordnet sein. Der wenigstens eine Außenabschnitt kann eine Außenwand des Batteriezellenmoduls bilden. Die Tragstruktur kann wenigstens einen Innenabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Innenabschnitt kann zwischen Batteriezellen oder Gruppen von Batteriezellen angeordnet sein. Der wenigstens eine Innenabschnitt kann eine Innenwand des Batteriezellenmoduls bilden. Die Tragstruktur kann rahmenförmig ausgeführt sein. Die Tragstruktur kann wenigstens einen Bodenabschnitt, wenigstens einen Wandabschnitt und/oder wenigstens einen Deckelabschnitt aufweisen. Die Tragstruktur kann wenigstens einen

Befestigungsabschnitt aufweisen. Die Tragstruktur kann aus einem Blech hergestellt sein. Die Tragstruktur kann in einem Stanz-Biege-Verfahren hergestellt sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann sich in einer unbelasteten

Ausgangsposition über die Unterseite hinaus nach unten erstrecken. Die unterseitige Belastung kann eine Belastung sein, die von unten nach oben und/oder die von unten in Richtung der Unterseite des Batteriemoduls gerichtet ist. Die Belastung kann in einem Prüfverfahren durch einen Prüfkörper oder in einem regulären Betrieb durch ein Hindernis, beispielsweise eine Bodenwelle, aufgebracht sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann vertikal verlagerbar sein. Das wenigstens eine Druckelement kann verschiebbar sein. Das wenigstens eine Druckelement kann zur Druckkraftübertragung dienen. Das wenigstens eine Druckelement kann zur Druckkraftübertragung in vertikaler Richtung dienen. Das wenigstens eine

Druckelement kann sich von der Unterseite zu der Oberseite erstrecken. Das wenigstens eine Druckelement kann sich durch das Batteriezellenmodul hindurch erstrecken. Das wenigstens eine Druckelement kann sich in vertikaler Richtung durch das Batteriezellenmodul hindurch erstrecken.

Der begrenzte Lasteintrag kann auf eine vorgegebene Spezifikation begrenzt sein. Der begrenzte Lasteintrag kann derart begrenzt sein, dass eine unzulässige

Beschädigung des Batteriezellenmoduls verhindert ist.

Das wenigstens eine Druckelement kann kraft- und/oder formschlüssig an der Tragstruktur gehalten sein, um ein Verlagern in Richtung der Unterseite zu verhindern. Das wenigstens eine Druckelement kann an einem Innenabschnitt der Tragstruktur gehalten sein. Das wenigstens eine Druckelement kann zwischen zwei Innenabschnitten der Tragstruktur gehalten sein. Das wenigstens eine Druckelement kann kraft- und/oder formschlüssig an der Tragstruktur gehalten und/oder geführt sein, um ein knickfreies Verlagern in Richtung der Oberseite zu ermöglichen. Das wenigstens eine Druckelement kann an einem Innenabschnitt der Tragstruktur gehalten und/oder geführt sein. Das wenigstens eine Druckelement kann zwischen zwei Innenabschnitten der Tragstruktur gehalten und/oder geführt sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann in einer belasteten Arbeitsposition bei begrenztem Lasteintrag in die Tragstruktur über die Oberseite hinaus nach oben verlagerbar sein. Das wenigstens eine Druckelement kann in einer belasteten

Endposition bei begrenztem Lasteintrag in die Tragstruktur oberhalb der Oberseite abstützbar sein. Das wenigstens eine Druckelement kann in einer belasteten

Endposition bei begrenztem Lasteintrag in die Tragstruktur unter Energieaufnahme plastisch verformbar sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann an dem wenigstens einen Innenabschnitt der Tragstruktur angeordnet sein. Das wenigstens eine Druckelement kann plattenförmig ausgeführt sein. Das wenigstens eine Druckelement kann an dem wenigstens einen Innenabschnitt der Tragstruktur flächig anliegend angeordnet sein. Das wenigstens eine Druckelement kann zwischen zwei Innenabschnitten der Tragstruktur angeordnet sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann wenigstens einen unterseitigen

Lastaufnahmeabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Lastaufnahmeabschnitt kann mithilfe einer Unterkante des wenigstens einen Druckelements gebildet sein. Das wenigstens eine Druckelement kann wenigstens einen oberseitigen

Abstützabschnitt aufweisen. Der wenigstens eine Abstützabschnitt kann mithilfe einer Oberkante des wenigstens einen Druckelements gebildet sein.

Das wenigstens eine Druckelement kann wenigstens einen mit der Tragstruktur formschlüssig korrespondierenden Halteabschnitt aufweisen, um ein Verlagern in Richtung der Unterseite zu verhindern. Das wenigstens eine Druckelement kann an dem wenigstens einen Halteabschnitt bezüglich der Tragstruktur hinterschnitten sein.

Das Kraftfahrzeug kann eine elektrische Antriebsmaschine aufweisen. Das

Batteriezellenmodul kann dazu dienen, die elektrische Antriebsmaschine mit elektrischer Energie zu versorgen. Die unterseitige Struktur kann sich horizontal erstrecken. Die unterseitige Struktur kann eine Bodenplatte aufweisen. Die

Bodenplatte kann aus einer Aluminiumlegierung und/oder aus einer Stahllegierung hergestellt sein. Die oberseitige Struktur kann sich horizontal erstrecken. Die oberseitige Struktur kann deckelartig ausgeführt sein und/oder zu einer Karosserie gehören. Die unterseitige Struktur und die oberseitige Struktur können zueinander parallel und voneinander beabstandet angeordnet sein.

In der unbelasteten Ausgangsposition kann das wenigstens eine Druckelement an der unterseitigen Struktur anliegend oder von der unterseitigen Struktur beabstandet angeordnet sein. In der unbelasteten Ausgangsposition kann das wenigstens eine Druckelement an der oberseitigen Struktur anliegend oder von der oberseitigen Struktur beabstandet angeordnet sein. In der belasteten Arbeitsposition kann das wenigstens eine Druckelement an der unterseitigen Struktur anliegend und an der oberseitigen Struktur anliegend oder von der oberseitigen Struktur beabstandet angeordnet sein. In der belasteten Endposition kann das wenigstens eine

Druckelement an der unterseitigen Struktur anliegend und an der oberseitigen Struktur anliegend angeordnet sein. In der belasteten Endposition kann das wenigstens eine Druckelement bei begrenztem Lasteintrag in die Tragstruktur unter Energieaufnahme plastisch verformt sein.

Zusammenfassend und mit anderen Worten dargestellt ergibt sich somit durch die Erfindung unter anderem eine batteriemodulintegrierte Lastabstützung (Poliertest) in Hochrichtung.

Ein Modulrahmen kann so gestaltet werden, dass im Inneren des Moduls eine Art bewegliches Schwert angeordnet ist, oder gegebenenfalls auch mehrere solcher Schwerter, das sich innerhalb des Moduls in Richtung einer Hochachse, also der Kraftrichtung eines eindringenden Prüflings aus einem Poliertest, relativ zum

Modulrahmen bewegen kann und bei dieser Bewegung keine schädigenden Lasten in das Modul einträgt. Das Schwert kann mindestens auf der Modulunterseite über das Modul hinausstehen. Bei Eindringen des Pollerprüflings kann eine Bodenplatte eines Hochvoltspeichers verformt werden und zuerst das Schwert berühren, das dadurch relativ zum Modul in Hochrichtung nach oben verschoben werden kann, bis es an einer darüber liegenden Struktur, beispielsweise einem Hochvoltspeicher gehäuse oder einer Karosserie, anliegt und sich dort in Form eines Druckstabes abstützt.

Mit der Erfindung können Lasten aus dem Poliertest abgestützt und Abstände („Luft“) zwischen Bodenplatte und Batteriezellenmodulen, und gegebenenfalls auch eine Dicke der Bodenplatte, reduziert werden. Es können Kosten und/oder Gewicht eingespart werden. Die durch Reduzierung der Pollerschutzmaßnahmen gewonnene Höhe kann zur Reduzierung der Fahrzeughöhe genutzt werden oder aber bei gleichbleibender Gesamthöhe Hochvoltspeicher in Zellhöhe und somit in Zellvolumen bzw. elektrische Reichweite übersetzt werden. Das Konzept ist unabhängig vom Zellformat (prismatisch, rund, Pouch).

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren näher beschrieben, dabei zeigen schematisch und beispielhaft:

Fig. 1 ein Batteriezellenmodul mit Batteriezellen, einer Tragstruktur und einem

Druckelement,

Fig. 2 ein Batteriezellenmodul mit Batteriezellen, einer Tragstruktur und einem

Druckelement in Längsschnittdarstellung,

Fig. 3 ein Batteriezellenmodul mit Batteriezellen, einer Tragstruktur und einem

Druckelement in Querschnittdarstellung und

Fig. 4 ein Batteriezellenmodul mit Batteriezellen, einer Tragstruktur und einem

Druckelement in einem Kraftfahrzeug und ein Verschieben des Druckelements bei einem Eindringen eines Prüfkörpers.

Fig. 1 zeigt Batteriezellenmodul 100 mit Batteriezellen, wie 102, einer Tragstruktur 104 und einem Druckelement 106. Fig. 2 zeigt das Batteriezellenmodul 100 in Längsschnittdarstellung. Fig. 3 zeigt das Batteriezellenmodul 100 in

Querschnittdarstellung.

Das Batteriezellenmodul 100 dient als Traktionsbatteriemodul zur mobilen

Anwendung in einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug und weist eine Unterseite 108, eine Oberseite 110 und Lateralseiten 112, 114, 116, 118 auf. Die Tragstruktur 104 ist rahmenförmig ausgeführt mit einem außenseitig der

Batteriezellen 102 angeordneten Außenabschnitt 120, der eine Außenwand des Batteriezellenmoduls 100 bildet, und einem zwischen Gruppen von Batteriezellen 102 angeordneten Innenabschnitt 122, der eine Innenwand des Batteriezellenmoduls 100 bildet.

Das Druckelement 106 ist an dem Innenabschnitt 122 der Tragstruktur 104 flächig anliegend angeordnet und bei Belastung von unten relativ zu der Tragstruktur 104 verlagerbar, um eine Last bei begrenztem Lasteintrag in die Tragstruktur 104 von der Unterseite 108 zu der Oberseite 110 zu übertragen.

Fig. 4 zeigt das Batteriezellenmodul 100 in einem Kraftfahrzeug und ein Verschieben des Druckelements 106 bei einem Eindringen eines pollerförmigen Prüfkörpers 124.

Das Kraftfahrzeug weist eine Bodenplatte als unterseitige Struktur 126 und eine oberseitige Struktur 128 auf. Die unterseitige Struktur 126 und die oberseitige

Struktur 128 begrenzen einen Aufnahmeraum 130, in dem das Batteriezellenmodul 100 angeordnet ist.

Das Druckelement 106 ist als T-förmige Platte ausgeführt und weist einen mithilfe einer Unterkante gebildeten unterseitigen Lastaufnahmeabschnitt 132, einen mithilfe einer Oberkante gebildeten oberseitigen Abstützabschnitt 134 und mit der

Tragstruktur 104 formschlüssig korrespondierende Halteabschnitte 136, 138 auf.

In einer unbelasteten Ausgangsposition ist das Druckelement 106 mit seinen

Halteabschnitten 136, 138 an der Tragstruktur 104 gegen ein Verlagern in Richtung der Unterseite 108 gehalten und erstreckt sich über die Unterseite 108 hinaus nach unten, wobei der Lastaufnahmeabschnitt 132 von der unterseitige Struktur 126 beabstandet und der Abstützabschnitt 134 von der oberseitigen Struktur 128 beabstandet ist.

Beim Durchführen eines Belastungstest wird das Fahrzeug dynamisch auf den Prüfkörper 124 abgesenkt, der Prüfkörper 124 verformt zunächst die unterseitige Struktur 126 und dringt in den Aufnahmeraum 130 ein, bis ein Kontakt zu dem

Abstützabschnitt 134 des Druckelement 106 hergestellt ist. In der sich anschließenden Arbeitsposition liegt die unterseitige Struktur 126 in dem vom Prüfkörper 124 beaufschlagten Bereich an dem Lastaufnahmeabschnitt 132 des Druckelements 106 an. Das Druckelement 106 wird durch den weiter eindringenden Prüfkörper 124 relativ zu der Tragstruktur 104 nach oben verlagert, bis der

Abstützabschnitt 134 an der oberseitige Struktur 128 anliegt.

In der belasteten Endposition liegt das Druckelement 106 an der unterseitigen Struktur 126 und an der oberseitigen Struktur 128 an, sodass eine Belastung durch den Prüfkörper 124 über das Druckelement 106 an der oberseitigen Struktur 128 abgestützt und die Tragstruktur 104 und die Batteriezellen 102 vor einer

schädigenden Belastung geschützt sind.

Mit„kann“ sind insbesondere optionale Merkmale der Erfindung bezeichnet. Dem zufolge gibt es auch Weiterbildungen und/oder Ausführungsbeispiele der Erfindung, die zusätzlich oder alternativ das jeweilige Merkmal oder die jeweiligen Merkmale aufweisen.

Aus den vorliegend offenbarten Merkmalskombinationen können bedarfsweise auch isolierte Merkmale herausgegriffen und unter Auflösung eines zwischen den

Merkmalen gegebenenfalls bestehenden strukturellen und/oder funktionellen

Zusammenhangs in Kombination mit anderen Merkmalen zur Abgrenzung des Anspruchsgegenstands verwendet werden.

Bezugszeichen Batteriezellenmodul

Batteriezelle

Tragstruktur

Druckelement

Unterseite

Oberseite

Lateralseite

Lateralseite

Lateralseite

Lateralseite

Außenabschnitt

Innenabschnitt

Prüfkörper

unterseitige Struktur

oberseitige Struktur

Aufnahmeraum

Lastaufnahmeabschnitt

Abstützabschnitt

Halteabschnitt

Halteabschnitt