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000955801 245__ $$aFunktionsintegration von Karosserieelementen in das Batteriegehäuse$$cChristopher Stephan Krüger$$honline
000955801 246_3 $$aFunctional integration of vehicle body structures into the battery housing$$yEnglish
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000955801 502__ $$aDissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2023$$bDissertation$$cRheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen$$d2023$$gFak04$$o2023-03-28
000955801 500__ $$aVeröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University
000955801 5203_ $$aIm Zuge der voranschreitenden Elektromobilität gewinnen Batteriesysteme zur Speicherung der für den Vortrieb benötigten elektrischen Energie vermehrt an Bedeutung. Die Optimierung dieser Schlüsselkomponente steht aktuell im Fokus der Entwicklung. Dies ist darin begründet, dass aktuelle Batteriesysteme niedrigere Energiedichten vorweisen verglichen zu konventionellen Speichersystemen. Zur Erzielung einer für Kunden akzeptablen Reichweite sind volumetrisch große und gewichtsintensive Batteriesysteme notwendig. Allerdings ist der zur Verfügung stehende Bauraum im Fahrzeug begrenzt. Gleichzeitig gilt es die Batteriekomponenten, wie die Module, vor einer äußeren Lasteinwirkung zu schützen, die beispielsweise im Crashfall entsteht. Marktaktuelle batterieelektrische Fahrzeuge sehen die Positionierung eines flächig ausgedehnten Batteriesystems im Bodenbereich des Fahrzeugs, mittig zwischen den Achsen, vor. Dieses wird im Montageprozess an die Fahrzeugkarosserie angebunden. Eine Zugänglichkeit oder Entnahmemöglichkeit des Batteriesystems aus dem Fahrzeug, beispielsweise für den Reparatur- oder Wartungsfall, ist typischerweise möglich. Bezüglich der Fahrzeugkarosserie und des Batteriegehäuses liegen jedoch aus Sicht des Strukturentwurfs zwei separate Strukturen vor, die bei der Zusammenführung strukturelle Doppelungen vorweisen. Bezüglich des Leichtbauaspekts und des Package-Raums für Module wird somit das erzielbare Potential nicht vollständig genutzt. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden auf Gesamtfahrzeugebene die Redundanzen zwischen dem Batteriegehäuse und der Fahrzeugkarosserie beleuchtet und ein funktionsintegrierender Ansatz entwickelt. Dies erfolgte mit dem Ziel, das Strukturgewicht bestehend aus der Karosserie und dem Batteriegehäuse zu reduzieren und den Package-Raum für Module zu vergrößern. Die Richtung der Integration erfolgte dabei von der Karosserie hin zum Batteriegehäuse, sodass die Batterie stets als ein geschlossenes und weiterhin aus dem Fahrzeug lösbares System vorlag. Als karosserieseitig geeignete Komponenten wurden der Fahrzeugboden und der Fahrzeugschweller für eine Integration in das Batteriegehäuse identifiziert. Das funktionsintegrierende Batteriegehäuse wurde auf System- und Gesamtfahrzeugebene mittels gängiger strukturmechanischer Lastfälle simulativ untersucht. In einer Gegenüberstellung mit statistischen Daten aus realen Crashtests ließen sich die Simulationsergebnisse einordnen, wobei sich zeigen ließ, dass diese im Rahmen der statistischen Streuung des Crashverhaltens realer Fahrzeuge und somit in einem akzeptablen Rahmen lagen. Gegenüber einer Referenz, die in Anlehnung an den Stand der Technik gestaltet wurde, können mit dem funktionsintegrierenden Ansatz das Gesamtgewicht aus Fahrzeugkarosserie und Batteriegehäuse um bis zu ca. 13,5 kg und der Package-Raum für die Module um bis zu 70 mm vergrößert werden.$$lger
000955801 520__ $$aWithin the context of the advancing electromobility, battery systems for storing electrical energy required for the vehicle propulsion are becoming increasingly important. Due to the fact that battery systems have lower energy densities compared to conventional storage systems, the optimization of this key component is currently the focus of development. In order to reach acceptable driving ranges for customers, volumetric large and weight intensive battery systems are required. However, the available package space within the vehicle is limited. In addition, internal battery components such as the modules need to be protected from external load impact, which would occur in a crash scenario. Current market vehicles foresee the positioning of the flat, rectangular shaped bat-tery system in the floor area of the vehicle, centered between the axles. The battery is attached within the vehicle assembly process to the vehicle body. The accessibility or removal possibility of the battery system is typically given. From a structural design point of view however, the vehicle body and the battery housing resemble two separate identities and present structural redundancies, when they are combined. With regard to the lightweight design aspect and the available package space for modules, the achievable potential is therefore not fully utilized. In the context of the present thesis, the structural redundancies between the battery housing and the vehicle body were investigated on a full vehicle level and a functional integration approach was developed. The aim of this approach was to reduce the total structural weight of the battery housing and the vehicle body as well as increasing the package space for modules. The direction of integration was carried out from the vehicle body towards the battery housing, allowing a closed battery system, which can be removed from the vehicle. The vehicle floor and the vehicle rocker were identified as suitable components for integration into the battery housing. The functional integrating battery housing was investigated on a system level and on a full vehicle level by the means of structural simulations using common load cases. In a comparison with statistical data from real world crash tests, the simulation results were evaluated. It was shown that the results were within the range of the statistical dispersion of the crash performance of real word vehicles and were therefore in an acceptable range. In comparison with a reference structure, which was designed according to the state of the art, the developed functional integration approach was evaluated. Based on this approach, the total structural weight of the vehicle body and the battery housing can be reduced by up to 13.5 kg and the package space for modules can be increased by up to 70 mm.$$leng
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