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Vorliegende Erfindung betrifft eine Hochvoltspeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit der Hochvoltspeicheranordnung.
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Hochvoltspeicher (auch: Batterien) in Kraftfahrzeugen werden sowohl für den alleinigen Antrieb des Fahrzeugs als auch für den Zusatzantrieb des Fahrzeugs verwendet. Die Leistungsfähigkeit und der energetische Wirkungsgrad von Hochvoltspeichern sind stark temperaturabhängig. Dies gilt sowohl für das Laden als auch das Entladen des Speichers. Im Kraftfahrzeug ist der Hochvoltspeicher verschiedensten Umgebungstemperaturen ausgesetzt. Bei sehr tiefen Temperaturen muss der Hochvoltspeicher auf vernünftige Betriebstemperaturen aufgeheizt werden, um die volle Leistungsfähigkeit und Leistungsbereitschaft abrufen zu können. Zusätzlich treten verstärkt Verluste durch den zunehmenden Innenwiderstand der Batterie auf, je tiefer die Batterietemperatur beim Kaltstart ist. Bei höheren Temperaturen muss der Hochvoltspeicher aktiv gekühlt werden, um die bei diesen Temperaturen verstärkt ablaufenden Alterungsprozesse zu reduzieren. In der Regel sind Hochvoltspeicher für Kraftfahrzeuge relativ schwer. Um den Schwerpunkt des Gesamtfahrzeugs niedrig zu halten, werden die Hochvoltspeicher so bodennah wie möglich verbaut.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine Hochvoltspeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, wobei der verwendete Hochvoltspeicher bei möglichst bodennaher Einbaulage mit optimalem Wirkungsgrad betrieben werden soll.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1. Die Unteransprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Hochvoltspeicheranordnung für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Hochvoltspeicher für den Antrieb des Fahrzeugs, eine thermische Isolationsschicht an der Unterseite des Hochvoltspeichers, und eine direkt auf die Isolationsschicht aufgebrachte Steinschlagschutzschicht. Die thermische Isolationsschicht besteht aus einem geschäumten Material, so dass bei geringer Dicke der Isolationsschicht eine bestmögliche thermische Isolation möglich ist. Durch die erfindungsgemäß vorgesehene Isolationsschicht ist ein vernünftiges Temperaturmanagement des Hochvoltspeichers möglich. Durch die Isolationsschicht kann sowohl ein aktives Kühlen als auch ein aktives Heizen des Hochvoltspeichers sinnvoll durchgeführt werden, so dass stets eine Annäherung an den optimalen Wirkungsgrad des Hochvoltspeichers möglich ist. Im Kraftfahrzeug muss der Hochvoltspeicher möglichst bodennah installiert werden, um so den Schwerpunkt des Fahrzeugs niedrig zu halten. Bei dieser Einbaulage ist unter dem Hochvoltspeicher kein Bauraum für ein übliches Bodenblech vorhanden. Deshalb wird erfindungsgemäß direkt auf die thermische Isolationsschicht an der Unterseite des Hochvoltspeichers eine Steinschlagschutzschicht aufgebracht. Es gibt also erfindungsgemäß eine separate, eigene Steinschlagschutzschicht für die Isolationsschicht des Hochvoltspeichers.
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Neben dem Steinschlagschutz muss die Isolationsschicht auch wasserresistent ausgebildet werden. Deshalb ist bevorzugt vorgesehen, dass die thermische Isolationsschicht aus einem geschlossen-porigen geschäumten Material besteht. Geschlossen-porige Schäume haben die Eigenart, bei jedem Materialschnitt an den auftretenden zusätzlichen Schnittkanten wieder geschlossen porig zu sein. Daher können auch bei Materialdefekten oder von außen eingebrachten Verletzungen des Materials keine Flüssigkeiten in die thermische Isolationsschicht aufgenommen werden. Insbesondere bietet sich die Ausbildung der Isolationsschicht mit einem geschäumten Kunststoff, insbesondere einem extrodierten Polyethylenschaumstoff an.
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In besonders bevorzugter Ausführung wird die Steinschlagschutzschicht direkt auf das geschäumte Material der Isolationsschicht aufgeklebt. Dazu werden insbesondere Steinschlagschutzschichten mit einer selbstklebenden Oberfläche benutzt. Es bedarf also keiner weiteren Schichten zwischen dem geschäumten Material und der Steinschlagschutzschicht, so dass der Aufbau möglichst dünn und gewichtsoptimiert ist. Alternativ wird die Steinschlagschutzschicht mit der Isolationsschicht verschmolzen oder die Isolationsschicht wird direkt auf die Steinschlagschutzschicht aufgeschäumt.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steinschlagschutzschicht vollflächig an der thermischen Isolationsschicht anliegt. Deshalb weisen die Steinschlagschutzschicht und die Isolationsschicht an den aneinander anliegenden Flächen die gleiche Oberflächengeometrie auf. Die Steinschlagschutzschicht folgt also der Oberflächengeometrie der Isolationsschicht, so dass insbesondere über die gesamte Unterseite des Hochvoltspeichers die Steinschlagschutzschicht und die Isolationsschicht vollflächig aneinander anliegen. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass die Steinschlagschutzschicht äußerst dünn ausgebildet werden kann. Bei einer etwaigen Deformation der Steinschlagschutzschicht durch Steinschläge wird die darunter liegende thermische Isolationsschicht plastisch oder elastisch mit verformt, so dass die auftretenden Kräfte abgebaut werden können. Die Steinschlagschutzschicht verhindert dabei eine Erosion des Materials der Isolationsschicht.
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Um die Steinschlagschutzschicht einerseits sehr dünn auszubilden und andererseits ein vollflächiges Anliegen an der Isolationsschicht zu gewährleisten, wird die Steinschlagschutzschicht besonders bevorzugt als aufgeklebte Folie ausgebildet.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass die Steinschlagschutzschicht durchgehend eine einheitliche Dicke aufweist. Durch diese einheitliche Dicke ist ein möglichst schmaler Aufbau der Hochvoltspeicheranordnung gewährleistet.
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Die Steinschlagschutzschicht kann sowohl aus einem Metall als auch aus einem Kunststoff bestehen. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, die Steinschlagschutzschicht aus einem sehr dünnen Metallblech zu gestalten. Die Dicke des Metallblechs liegt dabei bei höchstens 0,5 mm, vorzugsweise höchstens 0,3 mm, besonders vorzugsweise höchstens 0,1 mm.
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Insbesondere wird hier ein sehr dünnes Stahlblech verwendet. Das Stahlblech kann entweder auf die Isolationsschicht aufgeklebt werden oder auch ergänzend oder lediglich über Clips am Unterboden des Fahrzeugs befestigt werden.
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Alternativ zum Steinschlagschutz aus Metall kann eine Kunststofffolie aufgebracht werden. Die Kunststofffolie verhindert in erster Linie den Abrieb des Materials der Isolationsschicht. Alternativ ist es möglich, einen harten Kunststoff oder eine gummiartige Matte als Steinschlagschutzschicht zu verwenden, um so die Aufprallenergie der Steinschläge direkt in der Steinschlagschutzschicht abzubauen.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einer soeben beschrieben Hochvoltspeicheranordnung. Die Hochvoltspeicheranordnung ist im Fahrzeug derart angeordnet, dass die Steinschlagschutzschicht zumindest teilweise an der Unterseite des Fahrzeugs freiliegt und somit Steinschlägen ausgesetzt ist. Es bedarf keiner weiteren Abdeckung der Hochvoltspeicheranordnung, beispielsweise mit einem Bodenblech. Die im Rahmen der erfindungsgemäßen Hochvoltspeicheranordnung beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltungen und Unteransprüche finden entsprechend vorteilhafte Anwendung auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und der Figur. Es zeigt:
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1 eine erfindungsgemäße Hochvoltspeicheranordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Anhand 1 wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochvoltspeicheranordnung 1 im Detail beschrieben.
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Gezeigt ist ein Hochvoltspeicher 2 mit entsprechenden Polen 3 zum Anschluss eines Elektromotors für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs. Die Fahrzeugunterseite ist mit dem Bezugszeichen 4 gekennzeichnet. An der Unterseite des Hochvoltspeichers 2 ist eine thermische Isolationsschicht 5 über die gesamte Unterseite des Hochvoltspeichers 2 angebracht. Eine Steinschlagschutzschicht 6 wiederum deckt die gesamte Unterseite der thermischen Isolationsschicht 5 ab. Die thermische Isolationsschicht 5 befindet sich also zwischen der Steinschlagschutzschicht 6 und dem Hochvoltspeicher 2.
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Die Darstellung in 1 ist stark vereinfacht. Die thermische Isolationsschicht 5 kann sich selbstverständlich auch noch seitlich über den Hochvoltspeicher 2 erstrecken. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht 5 über die gesamte Höhe der Seitenwände des Hochvoltspeichers 2 oder lediglich bis zu einer ersten Teilhöhe auf den Seitenwänden angebracht ist. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Isolationsschicht 5 auf sämtlichen Oberflächen des Hochvoltspeichers 2 angebracht ist, also auf der Unterseite, den Seitenwänden und der Oberseite. Ferner kann vorgesehen sein, die Steinschlagschutzschicht 6 bis zu einer zweiten Teilhöhe an zumindest einer Seitenwand hochzuziehen, um so den Hochvoltspeicher 2 noch besser gegen Einwirkungen von außen zu schützen. Die zweite Teilhöhe kann dabei der ersten Teilhöhe entsprechen oder kleiner als diese sein.
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Des Weiteren muss die Unterseite des Hochvoltspeichers 2 keine ebene Fläche sein. Bei einer unebenen Geometrie der Unterseite des Hochvoltspeichers 2 folgt bevorzugt die Isolationsschicht 5 der Geometrie des Hochvoltspeichers 2. In entsprechender Weise folgt auch die Steinschlagschutzschicht 6 der Geometrie der Unterseite der thermischen Isolationsschicht 5, so dass letztendlich die Steinschlagschutzschicht 6 vollflächig an der Isolationsschicht 5 anliegt.
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Im gezeigten Beispiel ist die Steinschlagschutzschicht 6 als Stahlblech mit einer Stärke von 0,1 mm ausgebildet. Das Stahlblech ist direkt auf die thermische Isolationsschicht 5 aufgeklebt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltspeicheranordnung
- 2
- Hochvoltspeicher
- 3
- Pole
- 4
- Fahrzeugunterseite
- 5
- thermische Isolationsschicht
- 6
- Steinschlagschutzschicht
