DE102009009701A1

DE102009009701A1 - Elektrische Energiespeichereinheit für Kraftfahrzeuge

Info

Publication number: DE102009009701A1
Application number: DE200910009701
Authority: DE
Inventors: Günter MAIER; Martin Michelitsch
Original assignee: Steyr Daimler Puch Fahrzeugtechnik AG and Co KG
Current assignee: Magna Steyr Fahrzeugtechnik GmbH and Co KG
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2010-09-09

Abstract

Elektrische Energiespeichereinheit (1) für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse (2), das in einer ersten Kammer (3) ein elektrisches Batteriezellenpack (4) enthält, welches von einer Vielzahl von Kühlmittelleitungen (14) durchsetzt ist, wobei das Gehäuse (2) eine gegenüber der ersten Kammer (3) mittels einer Trennwand (16) abgeteilte zweite Kammer (7) aufweist, in welche die Kühlmittelleitungen (14) über Öffnungen (16) fin der Trennwand (6) aus- und einmünden, und die zweite Kammer (7) zumindest ein an einen Kühlmittelzu- und -abfluß anschließbares Verzweigungsvielfach (10) enthält, welches abdichtend in die KÜhlmittelleitungen (14) eingreift.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Energiespeichereinheit für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse, das in einer ersten Kammer ein elektrisches Batteriezellenpack enthält, wobei das Batteriezellenpack von einer Vielzahl von Kühlmittelleitungen durchsetzt ist.
Energiespeichereinheiten dieser Art werden bei Kraftfahrzeugen mit hohem elektrischen Energiebedarf eingesetzt, wie Elektro-, Hybrid- oder Brennstoffzellen-Fahrzeugen, deren hohe Leistungsaufnahme und -abgabe eine Kühlung des Batteriezellen-Packs erforderlich macht. Dabei besteht das Problem, daß durch Unachtsamkeiten bei Wartung und Reparatur oder durch Undichtigkeiten im Betrieb flüssiges Kühlmittel austreten und zu gefährlichen Kurzschlüssen führen kann. Die Erfindung setzt sich zum Ziel, eine elektrische Energiespeichereinheit zu schaffen, welche dieses Gefahrenpotential reduziert.
Dieses Ziel wird mit einer Energiespeichereinheit der einleitend genannten Art erreicht, die sich erfindungsgemäß dadurch auszeichnet, daß das Gehäuse eine gegenüber der ersten Kammer mittels einer Trennwand abgeteilte zweite Kammer aufweist, in welche die Kühlmittelleitungen über Öffnungen in der Trennwand aus- und einmünden, wobei die zweite Kammer zumindest ein an einen Kühlmittelzu- und -abfluß anschließbares Verzweigungsvielfach enthält, welches abdichtend in die Kühlmittelleitungen eingreift.
Die Erfindung schafft somit einen eigenen, gegenüber dem Zellenraum abgedichteten Kühlmittelspeiseraum, in welchem sich allfälliges bei der Demontage oder bei Undichtigkeiten austretendes Kühlmittel ansammeln kann, ohne in das Batteriezellenpack auszulecken. Dies minimiert die Gefahr von Kurzschlüssen oder elektrischen Schlägen bei der Wartung und Reparatur, bei Störungen im Betrieb und auch im Falle eines Crashs. Überdies wird die Zugänglichkeit der Komponenten bei der Montage bzw. Demontage verbessert, und die Trennwand verhindert auch einen direkten Zugang zum hochspannungsführenden Batteriezellenpack.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Trennwand das Verzweigungsvielfach lagert und mitsamt diesem vom Batteriezellenpack abhebbar ist. Auf diese Weise kann das Verzweigungsvielfach in einem Schritt mit dem Batteriezellenpack verbunden und von diesem getrennt werden.
Bevorzugt ist das Gehäuse in einen ersten Teil, welcher das Batteriezellenpack lagert, und einen zweiten Teil, der die Trennwand mit dem Verzweigungsvielfach trägt, zerlegbar, was den Zugriff auf das Batteriezellenpack beim Zerlegen des Gehäuses erleichtert.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß das Gehäuse eine dritte Kammer aufweist, die eine elektrische Schaltung für das Batteriezellenpack enthält und gegenüber der zweiten Kammer abgedichtet ist. Dadurch wird auch eine Abdichtung der Kühlmittelspeisung gegenüber der empfindlichen, aber auch hohe Spannungen führenden Elektrik geschaffen, wodurch die Sicherheit weiter gesteigert wird.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Verzweigungsvielfach eine Vielzahl von Stutzen aufweist, welche dicht in die Öffnungen eingreifen, und insbesondere jeder Stutzen eine Öffnung durchsetzend in eine Kühlmittelleitung eingreift und mittels einer Ringdichtung an seinem Umfang gegenüber der Kühlmittelleitung abgedichtet ist. Diese Maßnahmen ergeben eine zuverlässige Abdichtung zwischen der ersten und der zweiten Kammer.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist jede Kühlmittelleitung mittels einer stirnseitigen Ringdichtung gegenüber dem Rand der zugeordneten Öffnung der Trennwand abgedichtet. Dadurch wird eine zweistufige Dichtung zwischen der ersten und der zweiten Kammer errichtet, welche ein Dichtungsversagen nahezu ausschließt.
Die erfindungsgemäße Dichtkonstruktion und Kammeraufteilung eröffnet auch die Möglichkeit, das Verzweigungsvielfach in besonders kostengünstiger Art durch ein über T-Stücke verbundenes Rohr- oder Schlauchsystem auszubilden. Dabei wird bevorzugt jeder Stutzen durch den Mittelanschluß eines T-Stücks gebildet.
In jedem Fall ist es besonders günstig, wenn die zweite Kammer mit einem zu Wartungszwecken öffenbaren Deckel versehen ist. Dadurch kann die Kühlmittelspeisung unabhängig vom Batteriezellenpack gewartet werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Merkmal der Erfindung liegt die zweite Kammer in der Art einer Auffangwanne an der Ober- oder Unterseite der ersten Kammer. Dies hat einerseits den Vorteil einer leichten Zugänglichkeit der zweiten Kammer, anderseits kann sich allfällig austretendes Kühlmittel darin gut ansammeln.
Die zweite Kammer kann nicht nur das genannte Verzweigungsvielfach enthalten, sondern darüber hinaus auch zumindest eine weitere Fluidschaltungskomponente für das Kühlmittel, z. B. eine Kühlmittelpumpe, einen Kühlmitteltemperaturfühler od. dgl.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den beigeschlossenen Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt
1 die elektrische Energiespeichereinheit der Erfindung in einer Seitenansicht;
2 die Energiespeichereinheit von 1 mit entfernten Wartungsdeckeln in einer Perspektivansicht;
3 einen Schnitt durch den Eintrittsbereich eines T-Stücks des Verzweigungsvielfachs in eine Kühlmittelleitung; und
4 die Energiespeichereinheit von 1 mit zerlegtem Gehäuse in einer Perspektivansicht.
Gemäß den 1, 2 und 4 umfaßt eine elektrische Energiespeichereinheit 1 ein Gehäuse 2, das in drei Kammern unterteilt ist: Eine erste Kammer 3 für ein elektrisches Batteriezellenpack 4, z. B. einen Verbund aus Lithiumionen- oder Metallhydridzellen 5; eine von der ersten Kammer 3 mittels einer ersten Trennwand 6 abgeteilte zweite Kammer 7 für eine Fluidschaltung zur Zu- und Abfuhr von flüssigem Kühlmittel zu und vom Batteriezellenpack 4; und eine von der ersten Kammer 3 mittels einer zweiten Trennwand 8 abgeteilte dritte Kammer 9 zur Aufnahme einer (nicht näher dargestellten) elektrischen Schaltung für das Batteriezellenpack 4.
Die elektrische Schaltung der dritten Kammer 9 kann beispielsweise eine Hochspannungs-Leistungsschalteinheit, eine Hochspannungsverkabelung, ein Steuergerät, Hochspannungs-Leistungssteckverbinder, Sensorikleitungssätze und/oder Hochspannungs-Sicherungen u. dgl. umfassen.
Die Fluidschaltung der zweiten Kammer 7 umfaßt ein Verzweigungsvielfach 10, das einerseits mittels Zu- und Abflußanschlüssen 11, 12 an einen (nicht dargestellten) Kühlmittelzu- und -abfluß anschließbar ist und anderseits mittels einer Vielzahl von Stutzen 13 an Kühlmittelleitungen 14 des Batteriezellenpacks 4 angeschlossen ist (3). Jeder Stutzen 13 kann dabei – je nach seiner Position im Verzweigungsvielfach 10 – ein Zu- oder Abfluß für Kühlmittel sein.
Das Verzweigungsvielfach 10 ist durch ein System von Rohren oder Schläuchen gebildet, die jeweils über T-Stücke 15 verzweigt sind, wobei die Mittelanschlüsse einiger der T-Stücke 15 jeweils einen der Stutzen 13 bilden (2 und 3).
Jeder Stutzen 13 durchsetzt eine Öffnung 16 in der ersten Trennwand 6. Die Trennwand 6 verläuft im gezeigten Beispiel etwa horizontal, wobei die zweite Kammer 7 oberhalb der ersten Kammer 3 liegt. Die Trennwand 6 ist damit auch der Boden einer durch die zweiten Kammer 7 gebildeten Auffangwanne für allfällig aus dem Verzweigungsvielfach 10 austretendes Kühlmittel.
Die zweite Kammer 7 ist an ihrer Oberseite offen und dort mit Hilfe eines zu Wartungszwecken entfernbaren Deckels 17 (1) verschlossen.
Neben dem gezeigten Verzweigungsvielfach 10 kann die zweite Kammer 7 auch weitere Fluidschaltungskomponenten für Kühlmittel enthalten, beispielsweise eine Kühlmittelpumpe, einen Kühlmitteltemperaturfühler, Filter od. dgl.
Der Aufbau der Stutzendichtung zwischen der ersten Kammer 3 und der zweiten Kammer 7 ist in 3 im Detail gezeigt. Der Stutzen 13 greift nach dem Durchsetzen der Öffnung 16 in einen Innenabsatz 18 am oberen Ende einer Kühlmittelleitung 14 ein und ist dort mittels einer Ringdichtung 19 gegenüber der Kühlmittelleitung 14 abgedichtet. Die Kühlmittelleitung 14 nimmt in einer Ringnut 20 eine stirnseitig wirkende Ringdichtung 21 auf, welche gegenüber dem Rand 22 der Öffnung 16 der Trennwand 6 abdichtet. Auf diese Weise wird eine zweistufige Dichtung zwischen dem Inneren der ersten Kammer 3 und dem Inneren der zweiten Kammer 7 errichtet.
Die dritte Kammer 9 ist ebenfalls gegenüber der zweiten Kammer 7 abgedichtet. Im gezeigten Beispiel wird dazu die Trennwand 6 verwendet, welche über die dritte Kammer 9 vorgezogen ist und so die zweite Kammer 7 gegenüber der dritten Kammer 9 abdichtet.
Die dritte Kammer 9 ist mit einer oder mehreren Wartungsöffnungen 23 versehen, welche durch Wartungsdeckel (nicht gezeigt) verschlossen werden können.
4 zeigt das Zerlegen des Gehäuses 2 in einen Bodenteil 24 und einen darauf aufsitzenden Haubenteil 25. Der Bodenteil 24 lagert das Batteriezellenpack 4, der Haubenteil 25 lagert die Trennwände 6 und 8. Bevorzugt ist die Trennwand 6 in den Haubenteil 25 dicht eingeschweißt und die Trennwand 8 in den Haubenteil 25 lösbar eingesteckt (in 4 beiden Stellungen gezeigt).
Auf diese Weise kann der Haubenteil 25 mitsamt der Trennwand 6 und dem davon getragenen Verzweigungsvielfach 10 vom Bodenteil 24 mit dem Batteriezellenpack 4 abgehoben werden, wodurch in einem Schritt alle Stutzen 13 aus allen Kühlmittelleitungen 14 des Batteriezellenpacks 4 austreten. Umgekehrt kann in einem einzigen Schritt unter Eingreifen aller Stutzen 13 in alle Kühlmittelleitungen 14 das Gehäuse 2 wieder geschlossen werden, wodurch gleichzeitig die Abdichtung zwischen der zweiten Kammer 7 und der ersten und der dritten Kammer 3, 9 wiedererrichtet wird.
Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfaßt alle Varianten und Modifikationen, die in den Rahmen der angeschlossenen Ansprüche fallen.

Claims

Elektrische Energiespeichereinheit (1) für Kraftfahrzeuge, mit einem Gehäuse (2), das in einer ersten Kammer (3) ein elektrisches Batteriezellenpack (4) enthält, wobei das Batteriezellenpack (4) von einer Vielzahl von Kühlmittelleitungen (14) durchsetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine gegenüber der ersten Kammer (3) mittels einer Trennwand (6) abgeteilte zweite Kammer (7) aufweist, in welche die Kühlmittelleitungen (14) über Öffnungen (16) in der Trennwand (6) aus- und einmünden, wobei die zweite Kammer (7) zumindest ein an einen Kühlmittelzu- und -abfluß anschließbares Verzweigungsvielfach (10) enthält, welches abdichtend in die Kühlmittelleitungen (14) eingreift.
Energiespeichereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (6) das Verzweigungsvielfach (10) lagert und mitsamt diesem vom Batteriezellenpack (4) abhebbar ist.
Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) in einen ersten Teil (24), welcher das Batteriezellenpack (4) lagert, und einen zweiten Teil (25), der die Trennwand (6) mit dem Verzweigungsvielfach (10) trägt, zerlegbar ist.
Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (2) eine dritte Kammer (9) aufweist, die eine elektrische Schaltung für das Batteriezel lenpack (4) enthält und gegenüber der zweiten Kammer (7) abgedichtet ist.
Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzweigungsvielfach (10) eine Vielzahl von Stutzen (13) aufweist, welche dicht in die Öffnungen (16) eingreifen.
Energiespeichereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stutzen (13) eine Öffnung (16) durchsetzend in eine Kühlmittelleitung (14) eingreift und mittels einer Ringdichtung (19) an seinem Umfang gegenüber der Kühlmittelleitung (14) abgedichtet ist.
Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß jede Kühlmittelleitung (14) mittels einer stirnseitigen Ringdichtung (21) gegenüber dem Rand (22) der zugeordneten Öffnung (16) der Trennwand (6) abgedichtet ist.
Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Verzweigungsvielfach (10) durch ein über T-Stücke (15) verbundenes Rohr- oder Schlauchsystem gebildet ist.
Energiespeichereinheit nach den Ansprüchen 5 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Stutzen (13) durch den Mittelanschluß eines T-Stücks (15) gebildet ist.
Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (7) mit einem zu Wartungszwecken öffenbaren Deckel (17) versehen ist.
Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (7) in der Art einer Auffangwanne an der Ober- oder Unterseite der ersten Kammer (3) liegt.
Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Kammer (7) zumindest eine weitere Fluidschaltungskomponente für das Kühlmittel enthält.