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Die Erfindung betrifft elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer aus wenigstens einem Gehäuse mit Batteriezellen bestehenden Traktionsbatterie mit den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Aus der den Oberbegriff des Patentanspruch 1 bildenden
DE 11 2009 002 264 T5 ist ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie bekannt geworden, welche ein Außengehäuse aufweist, in dem mehrere Gehäuse mit jeweils darin enthaltenen Batteriezellen austauschbar angeordnet sind. Das Außengehäuse weist dazu mehrere definierte Einschübe auf, an die die Gehäuse angepasst und darin einsetzbar, sicherbar und elektrisch anschließbar sind. Durch jedes Gehäuse mit Batteriezellen wird eine erste, schockabsorbierende Struktur ausgebildet. Das die Gehäuse aufnehmende Außengehäuse bildet eine zweite, schockabsorbierende Struktur aus. Hierdurch soll die Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs besonders unfallsicher sein.
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In der
WO 2016/005028 A1 wird eine spannungsgeschützt herstellbare Kraftfahrzeugbatterie vorgeschlagen. Konkret weist die Kraftfahrzeugbatterie mehrere Batteriemodule auf, welche jeweils einen Steckanschluss aufweisen. Jedes Batteriemodul ist als flache Platte ausgebildet und beinhaltet mehrere als Folienzellen ausgebildete Batteriezellen. Mehrere Batteriemodule sind so aufeinandergestapelt, dass die Steckanschlüsse direkt übereinander angeordnet sind. Über ein einziges Steckmodul, welches auf die Steckanschlüsse gesteckt wird, kann ein Verschalten der Spannungsabgriffe aller Batteriemodule und auch ein Koppeln von vorhandenen Busanschlüssen mit einem Batteriemanagementsystem erfolgen.
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Schließlich ist in der
DE 11 2011 101 352 A1 noch eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug beschrieben, die mehrere Zellmodule mit jeweils mehreren Batteriezellen umfasst. Jedem Zellmodul ist eine Zellsteuerung zur Zellenüberwachung zugeordnet. Die Steuerungen sind wiederum an ein Batteriemanagement-Steuergerät angeschlossen. Die Traktionsbatterie ist modular aufgebaut, wobei die Zellmodule als auf einer Platine lösbar befestigte Steckmodule ausgebildet sind.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug gemäß den Merkmalen vom Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bereitzustellen, bei dem eine zuverlässige Dichtheit der Traktionsbatterie im Montagezustand gewährleistet werden kann.
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Vorliegende Aufgabe wird mit einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen beziehungsweise Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.
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Die Erfindung geht daher zunächst aus von einem elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeug mit einer aus wenigstens einem Gehäuse mit Batteriezellen bestehenden Traktionsbatterie. Das Gehäuse beinhaltet elektrische Kontakte zum Abgriff einer durch die Batteriezellen erzeugten Spannung.
Als elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge kommen beispielsweise Hybridfahrzeuge (HEV = Hybrid Electric Vehicle), Plug-In-Hybridfahrzeuge (PHEV = Plug-In Hybrid Electric Vehicle) oder auch reine Elektrofahrzeuge, also Batteriefahrzeuge (BEV = Battery Electric Vehicle) in Betracht.
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Die Erfindung schlägt nun vor, dass das Gehäuse wenigstens zwei Stecköffnungen enthält, die den Zugang zu den Kontakten freigeben. In die Stecköffnungen ist jeweils zumindest ein Teil eines Steckverbinders eingeführt und somit die Spannung abgreifbar. Ferner sind Dichtmittel vorhanden, die in Montageposition eines Steckverbinders einen Eintritt von Flüssigkeit in das Gehäuse verhindern.
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Auf diese Weise ist auf einfache Weise eine Abdichtung des Gehäuses bzw. der Traktionsbatterie durch den oder die Steckverbinder möglich. Der notwendige Abdichtungsbereich eines Gehäuses reduziert sich auf einen kleinen Bereich der Stecköffnungen. Der Aufwand für eine Abdichtung des Gehäuses kann dadurch minimiert werden.
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Gemäß einer ersten Weiterbildung dichten die Dichtmittel jeweils senkrecht zu einer Steckrichtung angeordnete Kontaktflächen zwischen dem Gehäuse und dem Steckverbinder ab. Als Steckrichtung soll diejenige Richtung verstanden werden, in der das Gehäuse mit einem Steckverbinder zusammengesteckt wird. Durch die Weiterbildung kann die Abdichtung auf einfache Weise zeitgleich mit Herstellung der elektrischen Verbindung realisiert werden.
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In zweckmäßiger Ausgestaltung der Erfindung kann der Steckverbinder in seiner Montageposition mit seiner Kontaktfläche unter Vorspannung in Richtung der Kontaktfläche des Gehäuses gehalten werden. Mit anderen Worten wird der Steckverbinder gegen das Gehäuse gedrückt bzw. gezogen. Dies erhöht die Zuverlässigkeit der Abdichtung.
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Eine konstruktiv einfache Lösung zur Umsetzung dieses Gedankens kann dadurch realisiert werden, indem jeder Steckverbinder einen durch die Stecköffnung geführten Teil aufweist. Zudem sind in einer die Stecköffnung umgrenzenden Wandung Rastmittel vorhanden, die rastend mit Gegenrastmitteln des innerhalb der Stecköffnung befindlichen Teils vom Steckverbinder zusammenwirken.
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Nach einer zweckmäßigen Ausgestaltung können die Dichtmittel alternativ oder zusätzlich auch jeweils parallel zu einer Steckrichtung verlaufende Kontaktflächen zwischen dem Gehäuse und dem Steckverbinder abdichten. Die Kontaktflächen werden dann durch eine die Stecköffnung umgrenzende Wandung und einen innerhalb der Stecköffnung befindlichen Teil des Steckverbinders gebildet. Diese Lösung führt ebenfalls zu einer zuverlässigen Abdichtung des Gehäuses bzw. kann die Zuverlässigkeit der Abdichtung noch erhöhen.
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Die Abdichtung kann sehr kostengünstig erfolgen, wenn die Dichtmittel durch O-Ringe gebildet sind. O-Ringe sind in allen Größen handelsüblich und müssen daher nicht individuell ausgelegt werden.
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Bei der Verwendung von O-Ringen ist es zweckmäßig, wenn der oder die Steckverbinder Nuten aufweisen, in die die O-Ringe eingelassen sind. Hierdurch ist ein zuverlässiger Sitz der O-Ringe auch im Betrieb des Kraftfahrzeugs gewährleistet.
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In einer anderen Weiterbildung der Erfindung nimmt das Gehäuse zwei Zellenstapel auf. Jeder Zellenstapel weist an einer Stirnseite zwei Steckkontakte zum Abgriff der Spannung (<60 V) des Zellenstapels auf. Die Stirnseiten der Zellenstapel mit den Steckkontakten liegen sich gegenüber und sind aufeinander zu gerichtet. Sie liegen also wesentlich enger zusammen, als die Stirnseiten der Zellenstapel ohne Steckkontakte. Diese Weiterbildung ermöglicht eine örtliche Konzentration der Stecköffnungen am Gehäuse und trägt somit auch zu einer einfachen und kompakten Bauweise bei.
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Es ist höchst vorteilhaft, wenn am Gehäuse wenigstens eine Wartungsöffnung geöffnet werden kann, welche einen Zugang zu einem Wartungsschacht freigibt. Durch den Wartungsschacht wird ein Aufnahmeraum für wenigstens eine Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung gebildet. Der Wartungsschacht ist von einem Aufnahmeraum für die Batteriezellen abgetrennt. Durch den Wartungsschacht wird also ein in sich abgeschlossener Aufnahmeraum für die Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung gebildet.
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Auf diese Weise ist eine leichte und gefahrlose Wartung beziehungsweise ein leichter Austausch der Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung möglich. Durch die Abtrennung des Aufnahmeraums der Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung von demjenigen für die Batteriezellen muss im Wartungsfall der Aufnahmeraum für die Batteriezellen also nicht freigelegt werden. Auf diese Weise wird das Risiko einer Beschädigung der Batteriezellen vermieden und die Wartung ist gefahrlos möglich.
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Die Traktionsbatterie kann durch mehrere Gehäuse mit Batteriezellen gebildet sein, die austauschbar am Kraftfahrzeug befestigt sind. Durch die einzelnen Gehäuse werden also quasi einzelne Batteriemodule ausgebildet, wobei abgreifbare (ungefährliche) Einzelspannungen der einzelnen Gehäuse zu einer abgreifbaren Gesamtspannung der Traktionsbatterie zusammengeschaltet sind. Der Abgriff der Einzelspannungen kann durch die Stecköffnungen gefahrlos und sicher erfolgen. Überdies bietet eine derartige modulare Bauweise auch den Vorteil, dass bei Schäden oder Fehlfunktionen einzelner Batteriezellen nicht wie üblich die gesamte Traktionsbatterie mit einem Gehäuse ausgebaut werden muss, sondern lediglich das betroffene Batteriemodul. Des Weiteren führt dies zu einer deutlich leichteren Händelbarkeit im Falle eines notwendigen Austauschs. Denn das Einzelgewicht der Batteriemodule liegt um ein Vielfaches niedriger als das Gesamtgewicht bislang üblicher Traktionsbatterien.
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Eine andere Weiterbildung schlägt schließlich vor, dass jeder Steckverbinder eine im Umriss viereckförmige Grundplatte aufweist, mit zwei jeweils zwei Steckkontakte aufweisenden Hälften. Die Hälften sind wiederum über eine im Querschnitt brückenartige Verbindung einstückig miteinander verbunden. Die brückenartige Verbindung kann vorzugsweise senkrecht zur Verbindungsrichtung halbkreisartig gebogen sein. Auf diese Weise können Relativbewegungen zwischen den Gehäusen durch die Steckverbinder in gewissem Maße ausgeglichen werden, ohne dass die Steckverbinder beschädigt werden.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden anhand der Figuren in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dadurch werden auch noch weitere Vorteile der Erfindung deutlich. Gleiche Bezugszeichen, auch in unterschiedlichen Figuren, beziehen sich auf gleiche, vergleichbare oder funktional gleiche Bauteile. Dabei werden entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht, auch wenn eine wiederholte Beschreibung oder Bezugnahme darauf nicht erfolgt. Die Figuren sind nicht oder zumindest nicht immer maßstabsgetreu. In manchen Figuren können Proportionen oder Abstände übertrieben dargestellt sein, um Merkmale eines Ausführungsbeispiels deutlicher hervorheben zu können.
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Es zeigen, jeweils schematisch
- 1 die Ansicht eines Gehäuses mit Batteriezellen und Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen von oben,
- 2 eine Ansicht des Gehäuses von der Unterseite,
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Gehäuses,
- 4 eine perspektivische Darstellung des zusammengebauten Gehäuses,
- 5 eine Darstellung mehrerer Gehäuse von oben, welche über Steckverbinder elektrisch verbunden sind,
- 6 eine Schnittdarstellung gemäß Schnittverlauf VI aus 5,
- 7 eine Darstellung eines Steckverbinders im Umriss von oben,
- 8 eine Darstellung des Steckverbinders aus Ansicht VIII der 7,
- 9 eine Darstellung eines Steckverbinders im Umriss von oben, in einer zweiten Ausführungsform,
- 10 eine Darstellung des Steckverbinders aus Ansicht X der 9,
- 11 eine Schnittansicht gemäß Schnittverlauf XI aus 7,
- 12 eine Schnittdarstellung vergleichbar mit 11, jedoch im Montagezustand des Steckverbinders mit dem abzudichtenden Gehäuse,
- 13 ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug mit mehreren montierten Gehäusen, teilweise als Explosionsdarstellung und
- 14 eine andere Explosionsdarstellung des Kraftfahrzeugs.
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In der 1 ist ein Gehäuse 10 ersichtlich, in welchem mehrere Batteriezellen 11 aufgenommen sind. Das Gehäuse 10 ist quaderartig ausgebildet und weist in der dargestellten Ansicht von oben einen rechteckigen Umriss auf, mit Seitenwandungen 101 und Stirnwandungen 102. Das Gehäuse 10 hat eine Längserstreckung l1 und eine Breite b. Wie ersichtlich wird, ist die Längserstreckung l1 des Gehäuses um ein Mehrfaches größer als seine Breite b.
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Etwa in der Mitte der Längserstreckung 11, in einer Mittenebene ME ist eine Wartungsbox 12 angeordnet.
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In Längsrichtung l1 gesehen, wird im Gehäuse 10 beidseitig der Wartungsbox 12 jeweils ein Aufnahmeraum 18 für die Batteriezellen 11 gebildet. Dabei sind die Batteriezellen 11 in jedem Aufnahmeraum 18 mit ihrer Längserstreckung parallel zur Längserstreckung l1 des Gehäuses 10 ausgerichtet und füllen den Aufnahmeraum 18 jeweils im Wesentlichen aus. Notwendige Isoliermaßnahmen, um die Batteriezellen 11 von den Wandungen des Gehäuses 10 zu isolieren, sind nicht dargestellt.
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Das Gehäuse 10 ist im Wesentlichen geschlossen und somit tauchwasserdicht ausgebildet. Die im Gehäuse 10 aufgenommenen Batteriezellen 11 sowie die Wartungsbox 12 sind der Verständlichkeit halber gestrichelt angedeutet.
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Des Weiteren sind Hochvolt (HV)-Stecköffnungen 14 dargestellt. Diese HV-Stecköffnungen 14 können mittels geeigneten Steckverbindern (nicht dargestellt) verbunden und somit mit weiteren Gehäusen 10 spannungstechnisch zu einer größeren Einheit zusammengeschaltet werden.
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Jede der HV-Stecköffnungen 14 ist gesondert abgedichtet (nicht näher dargestellt) und verfügt über einen Berührschutz, der später noch erläutert wird.
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Die Wartungsbox 12 dient insbesondere zur Aufnahme von zwei Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13. Diese sind in geeignete Steckanschlüsse (nicht dargestellt) innerhalb der Wartungsbox 12 steckbar. Jede der Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 ist für das Management eines ihr zugeordneten Zellenstapels 11' zuständig.
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Mit 19 ist eine drahtlose Kommunikationsschnittstelle beziffert, die zur Kommunikation beziehungsweise zum Datenaustausch der Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 mit anderen Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 anderer Gehäuse 10 oder mit einer übergeordneten Batteriemanagement-Steuereinrichtung (nicht dargestellt) dient. Die Kommunikationsschnittstelle 19 kann beispielsweise optisch, funktechnisch oder auch induktiv ausgebildet sein.
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In der 2 ist das Gehäuse 10 von einer unteren Wandung 103 aus dargestellt. Die Batteriezellen 11 sind nicht mehr dargestellt.
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Die Wartungsbox 12 bildet zwei Wartungsschächte 17 aus, deren Zugang jeweils über eine Wartungsöffnung 15 von der unteren Wandung 103 aus möglich ist.
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Jede Wartungsöffnung 15 ist über einen lösbaren Deckel 16 verschließbar, von denen nur einer dargestellt ist. Jeder Deckel 16 schließt den Wartungsschacht 17 dichtend ab und ist vorzugsweise über eine Schraubverbindung mit der unteren Wandung 103 verbunden. Auf diese Weise ist das Gehäuse 10 insgesamt tauchwasserdicht ausgebildet.
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Bei einer notwendigen Wartung einer Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung 13 braucht lediglich der Deckel 16 entfernt zu werden, wodurch der Zugang zum Wartungsschacht 17 und damit zur Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung 13 freigegeben wird. Diese kann dann einfach aus dem Wartungsschacht 17 herausgezogen und gegebenenfalls durch eine neue ersetzt werden.
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Alternativ zum Ausführungsbeispiel ist es auch denkbar, dass die Wartungsschächte 17 durch Deckel verschlossen sind, welche fester Bestandteil der unteren Wandung 103 sind. Allerdings sind diese dann durch Sollbruchstellen umgeben und können bei einer Wartung herausgebrochen werden. Nach erfolgter Wartung können die Öffnungen 15 durch einen geeigneten Deckel wieder dicht verschlossen werden, der beispielsweise dann mit der Wandung 103 verschraubt wird (nicht dargestellt).
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Aus der 3 sind die einzelnen Komponenten des Gehäuses 10 gut erkennbar. Das Gehäuse 10 weist mit seinen Wandungen 101, 103 und 104 einen rechteckförmigen Querschnitt auf. Dieser ist kostengünstig im Strangpressverfahren herstellbar oder hergestellt. Nach Einbringung der Stecköffnungen 14 und der Wartungsöffnungen 15 in das Gehäuse 10 wird die Wartungsbox 12 in das Gehäuse 10 geschoben und im Bereich der Stecköffnungen 14 fixiert. Anschließend können die zwei Zellenstapel 11' (Zellmodule) in die stirnseitigen Öffnungen des Gehäuses 10 geschoben werden. Dabei liegen die Zellenstapel 11' stirnseitig an der Wartungsbox 12 an.
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Jeder Zellstapel 11' ist an seinen Stirnseiten S1, S2 mit einer Verschaltungselektronik 110 zur Verschaltung der einzelnen Batteriezellen 11 versehen. Mit 113 ist eine vieladrige Leiterbahn beziffert, welche die Verschaltungselektroniken 110 miteinander verbindet. An der Stirnseite S1 eines jeden Zellenstapels 11' sind ein Steckkontakt 111 (Pluspol) und ein Steckkontakt 112 (Minuspol) erkennbar. Über die Steckkontakte 111, 112 kann die bereitgestellte Spannung eines jeden Zellenstapels 11' abgegriffen werden. Die abgreifbare Spannung eines jeden Zellenstapels 11' liegt bei unter 60 V. Im zusammengebauten Zustand des Gehäuses 10 liegen die Steckkontakte 111, 112 direkt unterhalb der Stecköffnungen 14. Die Stirnseiten S1 der Zellenstapel 11' mit den Steckkontakten 111, 112 sind dann aufeinander zu gerichtet, weisen also nur einen geringen Abstand auf.
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Nach Einschieben der Zellenstapel 11' wird das Gehäuse 10 stirnseitig durch Stirnwandungen 102 verschlossen. Die Stirnwandungen 102 werden vorzugsweise mit dem Gehäuse 10 verschweißt.
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Nach Einstecken der Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 in die Wartungsöffnungen 15 und Verschließen durch die Deckel 16 ist das Gehäuse 10 tauchwasserdicht und stellt ein vollwertiges, universal einsetzbares Batteriemodul dar.
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In 4 ist das Gehäuse 10 noch einmal in einem montierten Zustand perspektivisch ersichtlich. Im Einbauzustand des Gehäuses 10 stellen X ist eine Fahrzeuglängsrichtung, Y eine Fahrzeugquerrichtung und Z eine Fahrzeughochrichtung dar.
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In dieser Darstellung sind eine der Seitenwandungen 101, eine der Stirnwandungen 102 und auch eine obere Wandung 104 des Gehäuses 10 gut sichtbar.
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Die in der Mitte des Gehäuses 10 angeordnete Wartungsbox 12 sowie eine darin aufgenommene Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtung 13 (nur eine von zweien ist dargestellt) sind gestrichelt dargestellt. Ebenfalls sind die im Gehäuse 10 aufgenommenen Zellenstapel 11' angedeutet.
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Die Seitenwandungen 101, die obere Wandung 104 und auch die untere Wandung 103 weisen eine Wandstärke auf, die in etwa 4 bis 6 Millimeter, vorzugsweise in etwa 5 Millimeter beträgt. Auf diese Weise sind durch diese Wandungen Kräfte Fy in Fahrzeugquerrichtung gut aufnehmbar.
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Aus dieser Figur und der vorherigen Figur ist erkennbar, dass die Wartungsbox 12 im Umriss eine viereckige, insbesondere rechteckige Form aufweist. Dabei füllt sie den ebenso rechteckigen Querschnitt des Gehäuses 10 von innen aus und liegt mit einer oberen Wandung an der oberen Wandung 104 des Gehäuses 10, mit einer unteren Wandung an der unteren Wandung 103 des Gehäuses 10 und mit Seitenwandungen an den Seitenwandungen 101 des Gehäuses 10 an. Die Wartungsbox 12 wird vorzugsweise über eine Klebeverbindung oder über eine Presspassung fest im Gehäuse 10 gehalten.
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Durch die aufeinandertreffenden Wandstärken des Gehäuses 10 einerseits und die Wandstärken der Wartungsbox 12 andererseits entsteht im Bereich der Wartungsbox 12 eine besonders hohe Stabilität, was eine Übertragung von hohen Kräften Fx in Fahrzeuglängsrichtung und/oder von Kräften Fz in Fahrzeughochrichtung ermöglicht.
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Die 5 und 6 zeigen, wie Steckverbinder 25 in die Stecköffnungen 14 der Gehäuse 10 eingesteckt sind und mit Steckkontakten 251 in die Steckkontakte 111 bzw. 112 der Zellenstapel 11' greifen. Jeder Steckverbinder 25 verbindet dabei lediglich gleichartige elektrische Pole bildende Steckkontakte 111 oder 112 unterschiedlicher Gehäuse 10 elektrisch leitend miteinander. Die Gehäuse 10 sind also mit ihren elektrischen Polen wechselseitig angeordnet, genauer gesagt, abwechselnd 180 Grad um die Z-Achse verdreht. Eine Zusammenschaltung der durch die Gehäuse 10 bzw. Zellenstapel 11' gelieferten Einzelspannungen erfolgt dann durch eine geeignete elektrische Verbindung der Steckverbinder 25 gleichartiger Pole.
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Aus den 7 und 8 ist ein Steckverbinder 25 einzeln ersichtlich. Jeder Steckverbinder 25 weist eine Grundplatte 250 auf, die in zwei Hälften 250a und 250b unterteilt ist. Die Grundplatte 250 weist vorzugsweise einen rechteckförmigen Umriss aus. Von jeder Hälfte 250a bzw. 250b stehen nach unten zwei zungenartige Steckkontakte 251 ab, welche im Montagezustand in die Steckkontakte 111 bzw. 112 greifen (vgl. 6). Die Hälften 250 a,b sind über eine brückenartige Verbindung 252 einstückig miteinander verbunden. Wie aus 8 deutlich wird, ragt die Verbindung 252 halbkreisartig aus der Ebene der Grundplatte 250 heraus. Durch die brückenartige Verbindung 252 können Kräfte Fx, im Montagezustand also Kräfte in Fahrzeuglängsrichtung in gewissem Maß ausgeglichen werden, indem die Hälften 250 a, b aufeinander zu bewegt werden können.
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Ferner ist ersichtlich, dass in der Grundplatte 250 um die Steckkontakte 251 jeweils umlaufende Nuten 256 eingebracht sind. Zusätzlich oder alternativ können in die Steckkontakte 251 selbst jeweils umlaufende Nuten 256 eingebracht sein. Die Nuten 256 dienen zur teilweisen Aufnahme von Dichtmitteln 255 in Form von O-Ringen. Mit S ist eine Steckrichtung beziffert, in der die Steckverbinder 25 mit einem Gehäuse 10 zusammengesteckt werden.
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Die 9 und 10 zeigen eine Ausführungsform eines Steckverbinders 25', bei dem in Abweichung zum Steckverbinder 25 kreisrunde Steckkontakte 251' vorhanden sind.
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Der 11 ist ein weiterer Steckverbinder 25" zu entnehmen. Im Unterschied zum Steckverbinder 25 ist ein Steckkontakt 251" vorhanden, welcher an zwei gegenüberliegenden Seiten mit jeweils einer Rastmulde 257 versehen ist. Beim Zusammenstecken des Steckverbinders 25" mit einem Gehäuse 10' in Steckrichtung S (vgl. auch 12) wird gleichzeitig eine zuverlässige Abdichtung erzeugt. Dabei wird eine senkrecht zur Steckrichtung S angeordnete Kontaktfläche 253 des Steckverbinders 25" gegen eine senkrecht zur Steckrichtung S angeordnete Kontaktfläche des Gehäuses 10' abgedichtet, welche durch die obere Wandung 104 des Gehäuses 10' gebildet wird.
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Um zu erreichen, dass der Steckverbinder 25" mit Vorspannung gegen das Gehäuse 10' drückt, weist das Gehäuse 10' im Unterschied zum Gehäuse 10 eine Stecköffnung 14' mit zusätzlichen radialen Bohrungen 141 auf, in denen Federelemente 142 aufgenommen sind. Die Federelemente 142 drücken kugelartige Rastmittel 143 radial in die als Gegenrastmittel wirkenden Rastmulden 257. Somit wird der Steckverbinder 25" unter Vorspannung in seiner das Gehäuse 10' abdichtenden Position gehalten und kann trotzdem ohne Werkzeug vom Gehäuse 10' getrennt werden. Durch beidseitige Einführschrägen 259 wird ein Einführen des Steckkontaktes 251" in die Stecköffnung 14' sowie ein Eindrücken der kugelartigen Rastmittel 143 vor der Montageposition erleichtert.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Abdichtung auch zwischen Kontaktflächen 254 des Steckverbinders 25" und Kontaktflächen 100 der Stecköffnung 14' realisiert werden, welche parallel zur Steckrichtung S stehen. Es ist noch gestrichelt angedeutet, dass der Steckverbinder 25" im Montagezustand elektrisch leitend in den unterhalb der Stecköffnung 14' vorhandenen Steckkontakt 111 (bzw. 112) greift.
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In der 13 ist ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug K (nur Rohbau) dargestellt, welches eine Längserstreckung l2 aufweist. Insbesondere ist ein zwischen Längsträgern 20 (Schwellern) ausgebildeter Aufnahmeraum A derart ausgebildet, dass in einer Fahrzeugquerrichtung zwischen den Längsträgern 20 genau ein Gehäuse 10 passt und der Aufnahmeraum A in Längserstreckung l2 des Kraftfahrzeugs K genau sechs Gehäuse 10 aufnehmen kann.
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Die Figur ist teilweise in Explosionsdarstellung dargestellt. So ist neben fünf Gehäusen 10 ein Gehäuse 10 exponiert dargestellt, um deutlich zu machen, dass die Gehäuse 10 bei der Montage oder bei einer Wartung leicht von unten nach oben am Kraftfahrzeug K befestigt werden können. Gleichzeitig wird dabei der elektrische und das Gehäuse 10 abdichtende Kontakt zwischen dem Gehäuse 10 und den Steckverbindern 25 hergestellt. Weiterhin ist als zentrales Anschlusselement eine Steckerleiste 21 exponiert dargestellt, welche das Abgreifen der durch die einzelnen Gehäuse 10 zusammengeschalteten Gesamtspannung ermöglicht und einen nicht dargestellten Elektromotor mit Spannung versorgt.
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Weiterhin ist ersichtlich, dass sämtliche Wartungsöffnungen 15 beziehungsweise Deckel 16 von der Unterseite des Kraftfahrzeugs K zugänglich sind.
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Nach Entfernen eines Unterfahrschutzes 22 können somit gezielt entweder einzelne Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 entnommen und ausgetauscht werden oder es ist auf leichte Weise ein Ausbau von ausgewählten Gehäusen 10 möglich. Jedes der Gehäuse 10 ist über Aussparungen 28 von stirnseitig vorhandenen Anschlussflanschen 29 (vergleiche 4) mit den Längsträgern 20 verschraubbar.
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Schließlich ist anhand von 14 noch eine etwas andere Explosionsdarstellung des Kraftfahrzeugs K dargestellt, wobei über den Gehäusen 10 angeordnete Kühlkanäle 23 ersichtlich sind. Die Kühlkanäle 23 befinden sich im Endmontagezustand des Kraftfahrzeugs K in wärmeleitender Verbindung mit der oberen Wandung 104 der Gehäuse 10. Durch die Kühlkanäle 23 wird in nicht näher dargestellter Weise ein Kühlmittel (beispielsweise CO2) geleitet. Die Gehäuse 10, von denen jedes quasi ein Batteriemodul darstellt, bilden eine Traktionsbatterie T des Kraftfahrzeugs K aus.
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Durch die beschriebene Modulbauweise werden die Flexibilität und das Handling bei der Wartung enorm erleichtert. Zudem ermöglichen die jedem Gehäuse 10 zugeordneten und leicht austauschbaren Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen 13 eine höchst einfache Wartung.
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Des Weiteren kann auf diese Weise die Nutzung eines Gehäuses 10 als vollwertige Spannungsquelle mit eigenem Energiemanagement auch auf anderen technischen Gebieten als der Automobiltechnik erfolgen, beispielsweise als Stand-alone-Lösung.
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Mit 24 ist eine Schwellerverstärkung aus Faserverbundkunststoff beziffert. Diese führt zu einer zusätzlichen Sicherheit gegen seitliche, auf die Traktionsbatterie T wirkende Crashlasten.
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Ferner sind die Steckverbinder 25 gut ersichtlich, die bei Montage der Gehäuse 10 mit ihren Steckkontakten 251 mit den Stecköffnungen 14 (vgl. 4, 5 und 6) zusammengesteckt werden und über die die Einzelspannung eines jeden Zellenstapels 11' abgreifbar ist. Die Gehäuse 10 sind über die Steckkontakte miteinander verbindbar bzw. verbunden. Schließlich kann mit Hilfe der bereits erwähnten Steckerleiste 21 die Gesamtspannung in nicht näher dargestellter Weise abgegriffen werden. Die Steckverbinder 25 werden über eine Verbindungsleiste 26 räumlich miteinander verbunden. Vorzugsweise sind die Steckverbinder 25 in die Verbindungsleiste 26 fest eingebettet und damit vorjustiert. Dies erleichtert ein „Blindstecken“ der Gehäuse 10 von unten nach oben in Richtung der Steckverbinder 25. Die Verbindungsleiste 26 weist für jeden abzugreifenden elektrischen Pol eine isolierte Leitung auf, an die bei der Montage alle mit gleichartigen Polen der Gehäuse 10 verbundenen Steckverbinder 25 in Kontakt gebracht werden.
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Schließlich sind noch weitere Versorgungsleitungen 27 dargestellt, welche ebenfalls auf der Oberseite der Traktionsbatterie T bzw. der Gehäuse 10 entlanggeführt sind und deren Position somit auch zu einer leichten Wartbarkeit der Traktionsbatterie T beiträgt.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 10'
- Gehäuse
- 11
- Batteriezellen
- 11'
- Zellenstapel
- 12
- Wartungsbox
- 13
- Batteriezellenmanagement-Steuereinrichtungen
- 14, 14'
- Stecköffnungen
- 15
- Wartungsöffnung
- 16
- Deckel
- 17
- Wartungsschacht
- 18
- Aufnahmeraum
- 19
- drahtlose Kommunikationsschnittstelle, drahtlose Kommunikationsmittel
- 20
- Längsträger
- 21
- Steckerleiste
- 22
- Unterfahrschutz
- 23
- Kühlkanäle
- 24
- Schwellerverstärkung aus Faserverbundkunststoff
- 25, 25', 25"
- Steckverbinder
- 26
- Verbindungsleiste
- 27
- Versorgungsleitungen
- 28
- Aussparungen
- 29
- Anschlussflansche
- 101
- Seitenwandungen
- 102
- Stirnwandungen
- 103
- untere Wandung
- 104
- obere Wandung, Kontaktfläche
- 105
- Kontaktfläche, Wandung
- 110
- Verschaltungselektronik
- 111
- Steckkontakte (Pluspol)
- 112
- Steckkontakte (Minuspol)
- 113
- Leiterbahn
- 141
- radiale Bohrungen
- 142
- Federelemente
- 143
- Rastmittel
- 250
- Grundplatte
- 250a, b
- Hälften
- 251, 251', 251"
- Steckkontakte
- 252
- brückenartige Verbindung
- 253
- Kontaktfläche
- 254
- Kontaktfläche
- 255
- Dichtmittel; O-Ringe
- 256
- umlaufende Nuten
- 257
- Gegenrastmittel; Rastmulde
- 258
- Kontaktfläche
- 259
- Einführschrägen
- A
- Aufnahmeraum
- Fx
- Kraft
- Fy
- Kraft
- Fz
- Kraft
- K
- elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug
- I1
- Längserstreckung des Gehäuses
- I2
- Längserstreckung des Kraftfahrzeugs
- ME
- Mittenebene
- S
- Steckrichtung
- S1, S2
- Stirnseiten
- T
- Traktionsbatterie
- V
- Verschlussmechanismus
- w
- lichte Weite
- X
- Fahrzeuglängsrichtung
- Y
- Fahrzeugquerrichtung
- Z
- Fahrzeughochrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112009002264 T5 [0002]
- WO 2016/005028 A1 [0003]
- DE 112011101352 A1 [0004]