Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speicherzellenbaueinheit für ein

Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit.

Bekannte Elektrofahrzeuge weisen eine sogenannte Traktionsbatterie auf, die zur Speicherung von elektrischer Energie für einen Elektroantrieb des

Elektrokraftfahrzeugs dient. Eine derartige Traktionsbatterie ist aus Batteriezellen aufgebaut, die wiederum zu Batteriemodulen zusammengefasst sind. Die

Batteriezellen bzw. Batteriemodule sind in einem Gehäuse untergebracht, das zum Schutz der Batteriezellen dient und Vorrichtungen enthält, die der Klimatisierung und Steuerung der Batteriezellen dient. Beispielsweise ist eine derartige

Batteriebaugruppe mit einem Gehäuse in einem Bodenbereich eines Kraftfahrzeugs zwischen Vorder- und Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet.

Beispielsweise ist in der DE 10 2013 204 765 A1 eine Speicherzellenbaueinheit zum Speichern von elektrischer Energie für den Antrieb eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs beschrieben. Das Gehäuse ist von unten mit einem linken

Seitenschweller und einem rechten Seitenschweller verbunden. Im Falle einer Seitenkollision wird eine Kollisionsenergie durch Verformung des betroffenen Seitenschwellers und einer daran angrenzenden Seitenwand des Gehäuses der Speicherzellenbaueinheit abgebaut. Zum Schutz der in dem Gehäuse

untergebrachten Speicherzellen sind benachbarte zu den Seitenwänden des Gehäuses Deformationszonen ausgebildet. Ferner zeigt die DE 10 2013 008 428 A1 ein Kraftfahrzeug mit einer mittig an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs angeordneten Traktionsbatterie. Zwischen einem Gehäuse der Traktionsbatterie und jedem Seitenschweller erstreckt sich jeweils ein Deformationselement über eine gesamte Länge des Gehäuses. Die beiden

Deformationselemente sind als Strangpressprofile mit einem rechteckigen

Querschnitt ausgebildet, die sich in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Speicherzellenbaueinheit für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb sowie ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Speicherzellenbaueinheit zu schaffen, wobei die

Speicherzellenbaueinheit bei einem geringen Gewicht und geringem Bauraum eine hohe Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit besitzt.

Diese Aufgabe wird durch eine Speicherzellenbaueinheit gelöst, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen genannt.

Die erfindungsgemäße Speicherzellenbaueinheit hat ein Gehäuse und zumindest einen Längsträger, der eine Seitenwand des Gehäuses ausbildet oder angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist. Der Längsträger ist als Hohlträger ausgebildet, der zumindest einen Hohlraum aufweist, der sich in Längsrichtung des Längsträgers erstreckt und einen geschlossenen Querschnitt hat. In dem Hohlraum ist ein Verstärkungselement angeordnet, das sich über einen Großteil der Länge des Längsträgers erstreckt. Das Verstärkungselement weist eine

Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern auf.

Durch das Verstärkungselement wird eine Biegesteifigkeit des Längsträgers erhöht. Zudem wird damit ein Kraftniveau erhöht, bei dem der Längsträger verformt wird. Insgesamt wird damit mit einfachen Mitteln bei geringem Gewicht eine

Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit des Längsträgers vergrößert, wodurch die Bestandteile in dem Gehäuse bei einer Kollision des Kraftfahrzeugs besser geschützt sind. Das Verstärkungselement ist insbesondere zur Absorption von Kollisionsenergie im Falle einer Kollision, insbesondere einer Seitenkollision, des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Hierzu kann das Verstärkungselement im Verlaufe der Kollision, bei dem der Längsträger verformt wird, durch sprödes und/oder plastisches Versagen verformt werden.

Die Speicherzellenbaueinheit, die eine Traktionsbatterie also eine Antriebsbatterie aufweist, ist für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb ausgebildet. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt ein Personenkraftfahrzeug mit insbesondere zwei Achsen und beispielsweise vier Rädern.

Der Längsträger erstreckt sich in eine Längsrichtung der Speicherzellenbaueinheit und damit bevorzugt in eine Längsrichtung, also eine Hauptfahrtrichtung, des Kraftfahrzeugs.

Die Speicherzellenbaueinheit ist bevorzugt eine von einem Karosserierohbau getrennte Einheit und an einer Karosserie bzw. dem Karosserierohbau

insbesondere lösbar montierbar. Die Speicherzellenbaueinheit stellt somit keine sogenannte karosserieintegrierte Speicherzellenbaueinheit dar, bei der Bestandteile der Karosserie ein Gehäuse der Speicherzellenbaueinheit bilden. Damit ist auch der Längsträger bevorzugt kein Bestandteil eines Karosserierohbaus des

Kraftfahrzeugs.

Das Verstärkungselement ist bevorzugt ein von dem Längsträger getrennt ausgebildetes bzw. getrennt hergestelltes Teil.

Hierdurch kann das Verstärkungselement aus einem anderen Werkstoff als der Längsträger hergestellt sein und kann die Mehrkammerstruktur des

Verstärkungselements leicht hergestellt werden.

Das Verstärkungselement kann in einem Schnitt senkrecht zur Längsrichtung des Längsträgers den Hohlraum des Längsträgers im Wesentlichen vollständig füllen. Hierdurch kann das Verstärkungselement leichter spielfrei in dem Hohlraum befestigt werden. Ferner ist hierdurch die kollisionsenergieabsorbierende Wirkung maximiert.

Der Hohlraum des Längsträgers hat bevorzugt eine rechteckige Form.

Der Längsträger kann ein Profil mit mehreren Hohlräumen haben, bei dem in einem einzigen oder mehreren Hohlräumen das Verstärkungselement angeordnet ist.

Das Gehäuse besteht bevorzugt aus Seitenwänden sowie einer unteren Wand, also einem Boden, und einer oberen Wand, also einem Deckel.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Speicherzellenbaueinheit ist die Mehrkammerstruktur aus einer Vielzahl aneinander angrenzender Kammern mit einem dreieckigen, insbesondere einem gleichseitig dreieckigen, Querschnitt, und/oder einem viereckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt, und/oder einem sechseckigen, insbesondere einem regelmäßig sechseckigen, Querschnitt (entsprechend einer (Bienen-)wabenstruktur) und/oder einem kreisförmigen Querschnitt ausgebildet.

Eine Wandstärke der Mehrkammerstruktur beträgt bevorzugt 1 bis 4 mm, beispielsweise 1 ,5 mm bis 2,5 mm.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung liegt bei einem Querschnitt der

Mehrkammerstruktur quer, insbesondere im Wesentlichen senkrecht, zu den Kammern, ein Verhältnis einer Fläche der Wände zwischen den Kammern zu einer Fläche der Kammern in einem Bereich von 0,002 bis 0,05.

Ferner ist der Längsträger bevorzugt zur Befestigung an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs, insbesondere an einem Seitenschweller des Kraftfahrzeugs, ausgebildet ist. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Längsträger ein Strangpressprofil, das insbesondere aus einem Leichtmetall, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, ausgebildet ist.

Bevorzugt erstrecken sich die Kammern des Verstärkungselements parallel zu einer Längsrichtung des Längsträgers. Dabei können sich die Kammern insbesondere über eine gesamte Länge des Verstärkungselements. Die Längsrichtung ist beispielsweise eine Richtung parallel zu der x-Richtung im

Fahrzeugkoordinatensystem.

Alternativ können sich die Kammern des Verstärkungselements parallel zu einer Querrichtung, insbesondere einer Richtung im Wesentlichen senkrecht zur

Längsrichtung, des Längsträgers erstrecken. Dabei können sich die Kammern über eine gesamte Breite des Verstärkungselements erstrecken. Die Querrichtung ist beispielsweise eine Richtung parallel zu der y-Richtung im

Fahrzeugkoordinatensystem.

Das Verstärkungselement ist vorteilhaft mittels eines Spritzgussverfahrens oder eines Pultrusionsverfahrens herstellbar.

Ferner ist das Verstärkungselement vorteilhaft aus einem Kunststoff, beispielsweise einem faserverstärktem Kunststoff, ausgebildet. Der Kunststoff kann ein

duroplastischer oder ein thermoplastischer Kunststoff sein.

Bei einem faserverstärktem Kunststoff können die Fasern, Glasfasern, Basaltfasern, Keramikfasern, Kohlenstofffasern Polyesterfasern, Nylonfaser, Polyethylenfasern Aramidfasern oder auch Naturfasern sein.

Die Fasern können bevorzugt Kurzfasern oder Langfasern sein.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung besteht das Verstärkungselement aus mehreren Verstärkungselementsegmenten, insbesondere in Längsrichtung des Verstärkungselementsegments. Die Verstärkungselementsegmente können formschlüssig mittels entsprechender Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Verstärkungselementsegmente über eine Schwalbenschwanzverbindung miteinander verbunden sein. Die

Verbindungseinrichtungen, beispielsweise ein schwalbenschwanzförmiger

Vorsprung und eine schwalbenschwanzförmige Nut bzw. Aufnahme, können integral an den Verstärkungselementsegmenten, insbesondere an Endabschnitten der Verstärkungselementsegmente, angeformt sein.

Hierdurch kann unabhängig von einem Herstellverfahren des Verstärkungselements ein hinreichend langes Verstärkungselement ausgebildet werden. Eine Verbindung der Verstärkungselementsegmente erleichtert eine Einbringung des

Verstärkungselements in den Hohlraum und unterbindet gegebenenfalls eine Relativbewegung der Verstärkungselementsegmente zueinander.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung weist das Verstärkungselement integrale Klemmeinrichtungen zur kraftschlüssigen Verbindung des

Verstärkungselements mit dem Längsträger auf. Eine derartige Klemmeinrichtung kann ein elastisch verformbarer Vorsprung, insbesondere ein Federelement, sein, der nach Einbringung des Verstärkungselements in den Hohlraum elastisch vorgespannt ist und das Verstärkungselement in dem Hohlraum verklemmt. Die Klemmeinrichtung kann integral an dem Verstärkungselement angeformt sein.

Hierdurch kann das Verstärkungselement mit einfachen Mitteln in dem Hohlraum des Längsträgers fixiert werden. Eine Bewegung des Verstärkungselements in dem Hohlraum wird hierdurch unterbunden.

In dem Fall, in dem Längsträger angrenzend zu der Seitenwand des Gehäuses angeordnet ist, ist der Längsträger bevorzugt mit der Seitenwand des Gehäuses verbunden. Der Längsträger ist insbesondere integraler Bestandteil der

Speicherzellenbaueinheit.

Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antrieb mit einer wie vorstehend beschriebenen Speicherzellenbaueinheit. Die

Speicherzellenbaueinheit ist zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs montiert und der Längsträger erstreckt sich parallel zu einer Längsrichtung des Kraftfahrzeugs.

Die Speicherzellenbaueinheit hat bevorzugt einen linken Längsträger und einen rechten Längsträger. Der linke Längsträger ist bevorzugt einem linken

Seitenschweller zugeordnet und der rechte Längsträger ist bevorzugt einem rechten Seitenschweller zugeordnet. Der linke Längsträger ist vorteilhaft an dem linken Seitenschweller befestigt, während der rechte Längsträger vorteilhaft an dem rechten Seitenschweller befestigt ist. Die Längsträger können derart ausgebildet sein, dass sie den zugeordneten Seitenschweller des Kraftfahrzeugs verstärken.

Somit kann die gesamte Speicherzellenbaueinheit über deren seitliche Längsträger an dem Kraftfahrzeug befestigt sein.

Vorstehend aufgeführte Weiterbildungen der Erfindung können soweit möglich und sinnvoll beliebig miteinander kombiniert werden.

Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen.

Fig. 1 ist eine schematische Draufsicht einer Speicherzellenbaueinheit gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine schematische Schnittansicht der Speicherzellenbaueinheit ungefähr entlang einer Linie A-A in Fig. 1 , d.h. entlang einer Fahrzeugquerrichtung und einer Fahrzeughochrichtung, gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Einzelheit der

Speicherzellenbaueinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist eine schematische Perspektivansicht eines Verstärkungselements

gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Fig. 5 ist eine schematische Schnittansicht einer Einzelheit einer

Speicherzellenbaueinheit gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 6 ist eine schematische Perspektivansicht eines Verstärkungselements

gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Es folgt eine detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren 1 bis 6.

In Figuren 1 und 2 ist schematisch eine Speicherzellenbaueinheit für ein

Kraftfahrzeug mit zumindest einem Elektroantrieb gemäß einem ersten

Ausführungsbeispiel gezeigt. Die Speicherzellenbaueinheit bildet eine

Traktionsbatterie, d.h. eine Antriebsbatterie, des Kraftfahrzeugs mit Elektroantrieb. Die Speicherzellenbaueinheit hat ein Gehäuse 1 mit einem rechten Längsträger 3 und einem linken Längsträger 4. Zwischen dem rechten Längsträger 3 und dem linken Längsträger 4 verlaufen beabstandet zueinander Querträger. Der rechte Längsträger 3 und der linke Längsträger 4 bilden Seitenwände des Gehäuses 1.

Das Gehäuse 1 dient zur Aufnahme und zum Schutz von Batteriezellen bzw.

Batteriemodulen bestehend aus Batteriezellen sowie Steuerungseinrichtungen, Kühleinrichtungen und elektrischer Verkabelung und bildet zusammen mit diesen Bestandteilen die Speicherzellenbaueinheit. Das Gehäuse 1 ist zum Schutz dieser Bestandteile im Wesentlichen gegenüber Gasen und Flüssigkeiten dicht ausgeführt. Die Speicherzellenbaueinheit ist im Bodenbereich des Kraftfahrzeugs zwischen einer Vorderachse und eine Hinterachse des Kraftfahrzeugs angeordnet. Zwischen den Querträgern des Gehäuses sind die nicht gezeigten Batteriemodule

angeordnet.

Die Längsträger 3, 4 sind zur Montage an einer Unterseite der Seitenschweller 9 der Karosserie des Kraftfahrzeugs ausgebildet, wie auch in Fig. 3 gezeigt ist. Die Speicherzellenbaueinheit bildet eine Baugruppe, die von unten an die Karosserie des Kraftfahrzeugs montierbar ist. Dabei ergänzen die Längsträger 3, 4 die

Seitenschweller 9 in ihrer Funktion als Strukturträger der Karosserie sowie als Lastpfad bei einer seitlichen Kollision des Kraftfahrzeugs. Ebenso wie die Seitenschweller 9 dienen die Längsträger 3, 4 der Absorption von Kollisionsenergie durch Verformung.

Das Gehäuse 1 ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt. Dabei sind die Längsträger 3, 4 als Hohlprofile im Strangpressverfahren ausgebildet. Jeder Längsträger 3, 4 weist mehrere Hohlräume auf, wie in der Schnittansicht von Figur 3 besser zu sehen ist. In einem Hohlraum 5 ist ein Verstärkungselement 7 aufgenommen, das in Fig. 4 in einer Perspektivansicht gezeigt ist. Das Verstärkungselement 7 hat eine

Mehrkammerstruktur bestehend aus einer Vielzahl von Hohlkammern mit einem regelmäßig sechseckigen Querschnitt. Mit anderen Worten hat die

Mehrkammerstruktur einen wabenförmigen Aufbau. Im vorliegenden ersten

Ausführungsbeispiel besteht das Verstärkungselement 7 aus fünf entsprechenden Waben, es kann jedoch aus einer anderen Anzahl von Waben besteht. Die Waben erstrecken sich über eine gesamte Länge des Verstärkungselements 7. Das Verstärkungselement 7 erstreckt sich über nahezu die gesamte Länge des

Hohlraums des Längsträgers 3, 4. Die Hohlkammern des Verstärkungselements 7 erstrecken sich in Längsrichtung des Verstärkungselements 7 bzw. des

Längsträgers 3, 4, d.h. in x-richtung des Kraftfahrzeugs. Das Verstärkungselement 7 ist aus einem Kunststoff in einem Pultrusionsverfahren hergestellt. Gegebenenfalls enthält der Kunststoff verstärkenden Fasern, insbesondere Kurzfasern,

beispielsweise Glasfasern oder Kohlenstofffasern. Bei dem Kunststoff kann es sich um einen duroplastischen oder thermoplastischen Kunststoff handeln. Das

Verstärkungselement 7 füllt im Querschnitt nahezu den gesamten Hohlraum des Längsträgers 3,4 aus. Das Verstärkungselement 7 ist in den Längsträger 3,4 eingeschoben und dort mit geeigneten Mitteln fixiert.

Eine Wandstärke der Waben beträgt zwischen 1 mm bis 4 mm, bevorzugt 2 mm. In einem Schnitt entlang der Fahrzeughochrichtung und Fahrzeugquerrichtung, d.h. ein Querschnitt in y- und z-Richtung im Fahrzeugkoordinatensystem, beträgt ein Verhältnis der Wandfläche zur Hohlkammerfläche bevorzugt 0,002 mm - 0,05 mm, beispielsweise 0,0032 mm. io

Im Folgenden ist eine Funktion der Speicherzellenbaueinheit im Falle einer Seitenkollision des Kraftfahrzeugs mit einem Kollisionshindernis erläutert. In Figur 1 ist beispielhaft ein Kollisionshindernis 100 in Form eines Pfahls gezeigt, der auf einer Seite des Kraftfahrzeugs auf die Karosserie trifft. Die Kollisionsrichtung ist mit einem Pfeil dargestellt. Das Kollisionshindernis 100 trifft somit auf den Längsträger 3, 4 sowie den darüber liegenden Seitenschweller 9. Hierbei wird die Kollisionslast unter anderem in den Längsträger 3, 4 eingeleitet, wobei sich der Längsträger 3, 4 an den Querträgern des Gehäuses 1 abstützt. Bei Überschreitung eines

vorgegebenen Lastniveaus versagt der Längsträger und wird im Wesentlichen plastisch verformt. Hierdurch wird ebenso das Verstärkungselement 7 verformt, das sich in einem der Hohlräume des Längsträger 3, 4 befinden. Durch Verformung des Verstärkungselements 7, das spröde oder plastisch versagt, wird weitere

Kollisionsenergie zum Schutz des Gehäuses 1 abgebaut. Hierdurch kann ein vorgegebenes Ausmaß an Kollisionsenergie absorbiert werden, ohne dass der Bereich des Gehäuses 1 verformt wird, in dem sich die vorgenannten Batteriezellen befinden. Somit werden die Bestandteile innerhalb des Gehäuses 1 bei der Kollision vor einer Beschädigung geschützt.

Durch das Verstärkungselement 7 kann die Speicherzellenbaueinheit hinreichend leicht bei ausreichender Kollisionsenergieabsorptionsfähigkeit ausgeführt werden.

Unter Bezugnahme auf Figuren 5 und 6 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung erläutert. Eine Speicherzellenbaueinheit gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist abgesehen von einem Verstärkungselement 7‘ identisch zu der Speicherzellenbaueinheit gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel aufgebaut. Somit wird zur Vermeidung einer redundanten Beschreibung im

Folgenden lediglich auf die Unterschiede des zweiten Ausführungsbeispiels zu dem ersten Ausführungsbeispiel eingegangen. Wie in Figur 6 gezeigt ist, besteht das Verstärkungselement 7‘ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel aus einer Mehrkammerstruktur mit einer Vielzahl von Hohlkammern mit einem regelmäßig sechseckigen Querschnitt. Damit hat auch die Mehrkammerstruktur des zweiten Ausführungsbeispiels einen wabenförmigen Aufbau. Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Waben des Verstärkungselements 7‘ des zweiten Ausführungsbeispiels in Fahrzeugquerrichtung, also in die y-Richtung gemäß dem bekannten Fahrzeugkoordinatensystem. Die Waben erstrecken sich also quer bzw. senkrecht zur Längsrichtung des Längsträgers 3, 4 bzw. eines Hohlraums 5 des Längsträgers 3, 4. Entsprechend dem ersten Ausführungsbeispiel erstreckt sich das Verstärkungselement 7‘ über nahezu die gesamte Länge des Hohlraums des Längsträgers 3, 4. Das Verstärkungselement 7‘ ist in einem

Spritzgussverfahren aus Kunststoff hergestellt. Das Verstärkungselement 7 ^' kann hierbei aus mehreren Segmenten bestehen, die entsprechend der Länge des Hohlraums des Längsträgers 3, 4 aneinander gefügt werden. Hierfür ist eine Verbindungseinrichtung zum formschlüssigen Verbinden der einzelnen Segmente integral an den Segmenten angeformt. Die Verbindungseinrichtung besteht beispielswiese aus einem schwalbenschwanzförmigen Vorsprung an einem Ende des Verstärkungselementsegments und einer entsprechend geformten

schwalbenschwanzförmigen Nut an dem anderen Ende des

Verstärkungselementsegments. Dementsprechend kann eine gewünschte Zahl an Verstärkungselementsegmenten entsprechend einer gewünschten Länge des Verstärkungselements aneinander zuverlässig befestigt werden. Zusätzlich hat das Verstärkungselement 7‘ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein angeformtes Klemmelement, das ein zuverlässiges Positionieren des Verstärkungselements 7‘ in dem Hohlraum 5 des Längsträgers ermöglicht. Das Klemmelement kann eine elastisch verformbare Nase sein, die beim Einführen des Verstärkungselements 7‘ in den Hohlraum 5 elastisch verformt wird und gegen eine Wand des Hohlraums 5 drückt und somit das Verstärkungselement 7‘ kraft- und reibschlüssig in dem Hohlraum 5 fixiert.