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Die Erfindung betrifft eine Batterie für einen Kraftwagen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Batterie.
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Eine solche Batterie für einen Kraftwagen ist der
WO 2009/080270 A2 als bekannt zu entnehmen. Die Batterie umfasst ein Batteriegehäuse, welches wenigstens einen Aufnahmeraum für Batteriezellen der Batterie aufweist. Das Batteriegehäuse umfasst dabei zumindest eine den Aufnahmeraum mindestens teilweise begrenzende Wandung, in welcher wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbares Leitungselement vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist in die Wandung das Leitungselement integriert, welches in Umfangsrichtung vollständig von dem Werkstoff, aus welchem die mindestens eine Wandung gebildet ist, umgeben ist.
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Die
DE 10 2008 059 952 A1 offenbart eine Batterie für einen Kraftwagen, mit mehreren parallel und/oder seriell miteinander elektrisch verschalteten Batteriezellen und einer Kühlvorrichtung zum Temperieren der Batteriezellen. Die Kühlvorrichtung umfasst einen Wärmetauscher, der die Batteriezellen an Kontaktstellen zum Wärmeaustausch berührt. Dabei ist der Wärmetauscher wenigstens an den Kontaktstellen zu den Batteriezellen elektrisch isolierend ausgeführt.
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Aus der
EP 1 353 262 A1 geht eine Gehäusevorrichtung für einen elektrischen Verbraucher und eine Energieversorgungseinrichtung hervor. Die Gehäusevorrichtung umfasst eine Einrichtung zur Wärmeabfuhr, um die durch die Energieversorgungseinrichtung erzeugte Wärme mittels wenigstens eines strömenden Mediums zu wenigstens einer Außenfläche der Gehäusevorrichtung zu transportieren und über die Außenfläche abzugeben. Die Einrichtung zur Wärmeabfuhr umfasst dabei ein in die griertes Leitungssystem für wenigstens ein dem Wärmetransport dienendes strömendes Fluid.
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Die
EP 0 406 466 B1 offenbart eine Batterie mit mehreren, in einem Gehäuse eingeschlossenen Zellen.
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Der
DE 196 11 776 A1 ist eine Batterie für einen Kraftwagen als bekannt zu entnehmen. Die Batterie weist eine Starterbatterie und eine Hilfsbatterie auf.
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Schließlich offenbart die
DE 10 2008 059 967 A1 eine Batterie für einen Kraftwagen, mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie.
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Die
WO 2009/080270 A2 offenbart ein Batteriemodul mit mehreren Einzelzellen, die zwischen zwei oder mehreren Kühlvorrichtungen angeordnet sind, wobei die Einzelzellen in einem direkten wärmeleitenden Kontakt mit der Kühlvorrichtung stehen. Dabei ist die Kühlvorrichtung gleichzeitig als Gehäuse des Batteriemoduls ausgebildet.
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Der
US 2006/0141348 A1 ist ein System mit einem Gehäuse und einem Batteriemodul als bekannt zu entnehmen, wobei das Batteriemodul in dem Gehäuse angeordnet ist. Das Batteriemodul umfasst eine oder mehrere Batteriezellen sowie Kühlkomponenten, die es ermöglichen, thermische Energie, von der einen oder den mehreren Batteriezellen vom Batteriemodul abzuführen.
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Bei heutigen modernen Fahrzeugen mit einem hybriden Antriebsstrang oder bei Elektrofahrzeugen werden üblicherweise Batterien verwendet, um wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens mit elektrischem Strom zu versorgen. Zur Realisierung einer hohen Speicherkapazität und somit einer hohen Reichweite, über die der Kraftwagen mittels des Elektromotors unter Aufwendung von elektrischem Strom angetrieben werden kann, weist die Batterie üblicherweise große äußere Abmessungen auf. Dies kann zu Konflikten hinsichtlich der Unterbringung anderweitiger Bauelemente des Kraftwagens führen, da für die anderweitigen Bauelemente ein Bauraum für ihre Anordnung gefunden werden muss.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie für einen Kraftwagen sowie einen Kraftwagen mit einer solchen Batterie bereitzustellen, mittels welchen Bauraumprobleme zumindest gering gehalten werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch einen Kraftwagen mit einer solchen Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Eine solche Batterie für einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen, umfasst ein Batteriegehäuse. Das Batteriegehäuse weist wenigstens einen Aufnahmeraum für Batteriezellen der Batterie auf. Der Aufnahmeraum ist mindestens teilweise durch zumindest eine Wandung des Batteriegehäuses begrenzt. Dabei ist in der Wandung wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbares Leitungselement vorgesehen.
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Erfindungsgemäß ist in zumindest einer den Aufnahmeraum mindestens teilweise begrenzende Wandung des Batteriegehäuses wenigstens ein Übertragungselement zum Übertragen von elektrischem Strom von einer Stromquelle zu einem elektrischen Verbraucher vorgesehen. Bei der Wandung, in die das Übertragungselement integriert ist, kann es sich um die Wandung handeln, in die das Leitungselement integriert ist. Es kann sich aber auch um unterschiedliche Wandungen des Batteriegehäuses handeln.
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Mit anderen Worten sind in das Batteriegehäuse das Leitungselement zum Führen des Kühlmediums sowie das Übertragungselement zum Übertragen von elektrischem Strom integriert. Dadurch ist es möglich, das Leitungselement und das Übertragungselement packageneutral, d. h. bauraumneutral am Kraftwagen anzuordnen und das Kühlmedium und den elektrischen Strom entsprechend entlang des Leitungselements bzw. des Übertragungselements zu führen. Dies bedeutet, dass das Leitungselement und das Übertragungselement nicht außerhalb des Batteriegehäuses verlegt werden müssen, wodurch das Leitungselement und das Übertragungselement zusätzlichen Bauraum beanspruchen würden. Durch die Integration des Leitungselements und des Übertragungselements in die entsprechende Wandung können sie im Kraftwagen ohne zusätzlichen Bauraumbedarf verlegt werden.
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Diese Vorteile kommen insbesondere dann zur Geltung, wenn die Batterie zum Versorgen wenigstens eines Elektromotors zum Antreiben des Kraftwagens mit elektrischem Strom verwendet wird und beispielsweise als sogenannte Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet ist. Bei dem Kraftwagen handelt es sich somit um ein Hybrid-Fahrzeug oder um ein Elektrofahrzeug, dessen wenigstens einer Elektromotor mit zumindest einem Rad des Kraftwagens gekoppelt ist. Das Rad ist von dem Elektromotor antreibbar, wodurch der Kraftwagen angetrieben werden kann. Zur Realisierung einer hohen Speicherkapazität zum Speichern von elektrischem Strom weist eine solche Batterie (HV-Batterie) üblicherweise große äußere Abmessungen auf. Demzufolge weist auch die zumindest eine Wandung große Abmessungen auf, so dass das Leitungselement und das Übertragungselement über eine große Strecke in der entsprechenden Wandung integriert und somit bauraumneutral im Kraftwagen untergebracht werden können.
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Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Übertragungselement mit der Batterie als der Stromquelle elektrisch gekoppelt. Das Übertragungselement wird somit dazu verwendet, den von der Batterie bereitgestellten elektrischen Strom zu dem Verbraucher zu leiten. Ist der Verbraucher der Elektromotor zum Antreiben des Kraftwagens und wird die Batterie entsprechend zum Versorgen des Elektromotors mit elektrischem Strom verwendet, so kann das Übertragungselement als sogenannte HV-Leitung (Hochvolt-Leitung) ausgebildet sein. Die Bezeichnung HV-Batterie bzw. HV-Leiter beruht darauf, dass von der Batterie zum Versorgen des Elektromotors wesentlich höhere elektrische Spannungen und/oder wesentlich höhere elektrische Ströme bereitgestellt werden als von einer Batterie, die zum Versorgen von elektrischen Nebenaggregaten und/oder zum Versorgen eines elektrischen Anlassers mit elektrischem Strom bereitgestellt werden.
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Um die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Batterie besonders gering zu halten, ist es bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass das Leitungselement einstückig mit der Wandung ausgebildet ist. Mit anderen Worten weist das Leitungselement einen Kanal auf, welcher von dem Kühlmedium durchströmbar ist und welcher von einem Material, aus welchem die Wandung gebildet ist, begrenzt ist. Dies bedeutet, dass der Kanal in das Material der Wandung eingebracht ist. Bei dem Material kann es sich beispielsweise um einen Kunststoff handeln. Der Kanal kann im Rahmen eines Gießverfahrens, insbesondere eines Spritzgussverfahrens, zum Herstellen der Wandung bzw. des Batteriegehäuses insgesamt im Material ausgebildet werden. Ferner ist es möglich, den Kanal durch Bearbeiten, insbesondere durch mechanisches Bearbeiten, der bereits hergestellten Wandung in das Material einzubringen.
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Bei dem Übertragungselement handelt es sich beispielsweise um eine aus einem metallischen Werkstoff gebildete Leitung oder Schiene, welche aus Aluminium oder Kupfer als dem metallischen Werkstoff ausgebildet sein kann. Das Übertragungselement ist dabei in Umfangsrichtung vollständig umlaufend von dem Material der Wandung umgeben und somit bezogen auf seine Umfangsrichtung vollständig in dem Material aufgenommen. Dazu wird das Übertragungselement beispielsweise im Rahmen des Gießverfahrens von dem noch flüssigen Material umgossen. Alternativ kann vorgesehen sein, dass in die bereits hergestellte Wandung ein Führungskanal beispielsweise durch Bearbeiten und insbesondere durch mechanisches Bearbeiten eingebracht wird, in dem dann das Übertragungselement angeordnet wird.
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In besonders vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung mündet das Leitungselement an die Umgebung des Batteriegehäuses über ein Anschlusselement, über welches das Leitungselement fluidisch mit einem Kühlkreislauf des Kraftwagens verbindbar ist. Dadurch kann das Leitungselement auf besonders einfache Weise mit dem Kühlkreislauf gekoppelt werden, so dass es von dem Kühlmedium durchströmbar ist.
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Bei dem Kühlmedium kann es sich um ein Gas, insbesondere Luft, handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Kühlmedium um eine Kühlflüssigkeit, mittels welcher besonders hohe Kühlleistungen darstellbar sind.
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Das Kühlmedium kann zur Kühlung der Batterie verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich wird das Kühlmedium zum Kühlen wenigstens einer von der Batterie unterschiedlichen Komponente des Kraftwagens verwendet. Hierbei wird das Kühlmedium durch das Leitungselement in der Wandung des Batteriegehäuses hindurchgeführt und dadurch zu der eigentlich zu kühlenden Komponente geführt.
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Vorzugsweise mündet das Übertragungselement an die Umgebung des Batteriegehäuses über ein Anschlusselement, über welches das Übertragungselement elektrisch mit einem Stromkreis des Kraftwagens verbindbar ist. Hierdurch kann das Übertragungselement besonders einfach und somit zeit- und kostengünstig mit dem Stromkreis elektrisch verbunden werden, so dass der Verbraucher mit dem elektrischen Strom versorgt werden kann.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist die Wandung wenigstens zwei schräg oder senkrecht zueinander verlaufende Längenbereiche auf, in welchen sich das Leitungselement bzw. das Übertragungselement erstrecken. Hierdurch können das Übertragungselement und das Leitungselement über eine besonders große Strecke bauraumneutral verlegt und an entsprechende Stellen des Kraftwagens geführt werden. Die Längenbereiche können dabei einstückig miteinander ausgebildet oder durch separat voneinander ausgebildete und miteinander verbundene Wandungsteile der Wandung gebildet sein.
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Zur Erfindung gehört auch ein Kraftwagen, insbesondere ein Kraftwagen, mit einer erfindungsgemäßen Batterie. Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Kraftwagens anzusehen und umgekehrt. Durch die Integration des Übertragungselements und des Leitungselements in die Wandung des Batteriegehäuses können Bauraumkonflikte, sogenannte Package-Probleme, vermieden werden, da das Leitungselement und das Übertragungselement bauraumneutral, d. h. ohne zusätzlichen Bauraumbedarf im Kraftwagen untergebracht werden können. Dadurch kann eine sehr hohe Packagedichte im Kraftwagen erzeugt werden, so dass eine besonders hohe Anzahl an Funktionselementen in einem vorgegebenen Bauraum des Kraftwagens untergebracht werden können.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
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1 eine schematische Perspektivansicht einer Batterie für einen Personenkraftwagen, welche ein Batteriegehäuse mit einen Aufnahmeraum für Batteriezellen begrenzenden Wandungen aufweist, wobei in eine der Wandungen Leitungselemente zum Führen von Kühlflüssigkeit und in eine weitere der Wandungen Übertragungselemente zum Übertragen von elektrischem Strom integriert sind; und
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2 ausschnittsweise eine schematische Querschnittsansicht der Batterie gemäß 1 entlang einer in 1 gezeigten Schnittebene A.
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1 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Batterie 10 für einen Personenkraftwagen. Der Personenkraftwagen ist als Hybrid-Fahrzeug oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst wenigstens einen Elektromotor zum Antreiben des Personenkraftwagens. Dazu ist der Elektromotor mit wenigstens einem Rad des Personenkraftwagens gekoppelt, wobei das Rad mittels des Elektromotors antreibbar ist. Der Elektromotor ist auch mit der Batterie 10 gekoppelt, wobei die Batterie 10 den Elektromotor mit elektrischem Strom versorgt.
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Die Batterie 10 umfasst ein Batteriegehäuse 12 mit Wandungen 14a–d. Wie insbesondere in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist, ist durch die Wandung 14a ein Boden des Batteriegehäuses gebildet. Durch die Wandung 14c ist eine vom Boden in Fahrzeughochrichtung nach oben beabstandete Decke des Batteriegehäuses 12 gebildet, während durch die Wandungen 14b und 14d Seitenwände des Batteriegehäuses 12 gebildet sind. Die Wandungen 14a–d begrenzen einen Aufnahmeraum 20 des Batteriegehäuses 12. Wie aus 2 erkennbar ist, sind im Aufnahmeraum 20 Batteriezellen 22 der Batterie 10 aufgenommen. Die Batteriezellen 22 dienen dabei zum Speichern von elektrischem Strom und weisen jeweilige Polkontakte 24, 26 auf. Über die Polkontakte 24, 26 können die Batteriezellen 22 elektrisch kontaktiert werden.
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Die Wandungen 14a–d sind aus einem Kunststoff gebildet, wobei die Wandungen 14a, 14b und 14d beispielsweise einstückig miteinander ausgebildet sind. Die Wandung 14c kann separat von den Wandungen 14a, 14b und 14d ausgebildet und mit diesen verbunden sein und somit als Deckel des Batteriegehäuses 14 verwendet werden.
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Wie anhand von 1 erkennbar ist, weisen die Wandungen 14a–d jeweilige Längenbereiche 28, 30 auf, welche vorliegend senkrecht zueinander verlaufen.
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In der Wandung 14b sind nun Leitungselemente 32, 34 vorgesehen, welche von einem Kühlmedium in Form einer Kühlflüssigkeit durchströmbar sind. Vorliegend umfassen die Leitungselemente 32, 34 jeweils einen Kanal 36, 38, welcher in den Kunststoff, aus dem die Wandung 14b gebildet ist, eingebracht ist. Dies bedeutet, dass die Kanäle 36, 38 direkt durch die Wandung 14b bzw. ihren Kunststoff begrenzt sind. Dies führt dazu, dass der Kunststoff der Wandung 14b in Kontakt mit der die Leitungselemente 32, 34 durchströmenden Kühlflüssigkeit kommt.
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Wie in Zusammenschau mit 1 erkennbar ist, münden die Leitungselemente 32, 34 über ein Anschlusselement 40 an die Umgebung der Batterie 10, wobei die Leitungselemente 32, 34 über das Anschlusselement 40 mit einem Kühlkreislauf des Personenkraftwagens verbindbar sind. Der Kühlkreislauf umfasst wenigstens ein von der Batterie 10 externes und von der Kühlflüssigkeit durchströmbares Leitungselement, welches an dem Anschlusselement 40 angeschlossen werden kann. Dadurch kann die Kühlflüssigkeit von dem externen Leitungselement in die Kanäle 36, 38 einströmen.
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Wie aus 1 und 2 ferner zu erkennen ist, sind in der Wandung 14c Übertragungselemente vorliegend in Form von Kupferschienen 42, 44 zum Übertragen von von der Batterie 10 bereitgestelltem elektrischen Strom zu dem wenigstens einen Elektromotor vorgesehen. Der Elektromotor ist ein elektrischer Verbraucher des Personenkraftwagens, wobei der elektrische Verbraucher (Elektromotor) von der Batterie 10 mit elektrischem Strom versorgt wird. Die Batterie 10 wird somit als Stromquelle für den Elektromotor verwendet.
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Die Kupferschienen 42, 44 sind in Umfangsrichtung vollständig von dem Kunststoff, aus dem die Wandung 14c gebildet ist, umgeben und münden über ein Anschlusselement 46 an die Umgebung des Batteriegehäuses 12. Das Anschlusselement 46 umfasst ein beispielsweise der Kupferschiene 42 zugeordnetes Anschlussteil 48 sowie ein der Kupferschiene 44 zugeordnetes Anschlussteil 50, wobei die Kupferschienen 42, 44 über das Anschlusselement 46 mit einem Stromkreis des Personenkraftwagens elektrisch verbindbar sind. Der Stromkreis umfasst wenigstens ein von der Batterie 10 externes elektrisches Leitungselement zum Übertragen von elektrischem Strom, welches an das jeweilige Anschlussteil 48, 50 elektrisch anschließbar ist. Dadurch kann elektrischer Strom zwischen den Kupferschienen 42, 44 und dem elektrischen Leitungselement übertragen werden.
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Durch die Integration der Leitungselemente 32, 34 in die Wandung 14b und durch die Integration der Kupferschienen 42, 44 in die Wandung 14c können die Leitungselemente 32, 34 und die Kupferschienen 42, 44 bauraumneutral im Personenkraftwagen untergebracht werden. Mit anderen Worten ist es nicht erforderlich, die Leitungselemente 32, 34 und die Kupferschienen 42, 44 außerhalb des Batteriegehäuses 12 anzuordnen. Dadurch können besonders geringe Kosten sowie ein geringes Gewicht des Personenkraftwagens realisiert werden, da beispielsweise zusätzliche Halteelemente zum Halten von separaten Leitungselementen und Übertragungselementen vermieden werden können.
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Darüber hinaus können Ummantelungen zum elektrischen Isolieren der Kupferschienen 42, 44 entfallen, da die Kupferschienen 42, 44 durch den Kunststoff der Wandung 14c ummantelt und somit durch den Kunststoff elektrisch isoliert sind. Ebenso können Schläuche oder Leitungen zum Führen der Kühlflüssigkeit vermieden werden, da die Kanäle 36, 38 durch die Wandung 14b und nicht etwa durch separate Leitungen begrenzt werden.
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Infolge der Integration kann auch eine sehr hohe Packagedichte des Personenkraftwagens dargestellt werden, wobei eine besonders hohe Anzahl an Funktionselementen wie beispielsweise die Leitungselemente 32, 34, die Kupferschienen 42, 44 und die Batterie 10 auf nur sehr geringem Bauraum angeordnet werden können. Die Leitungselemente 32, 34 und die Kupferschienen 42, 44 erstrecken sich vorliegend zumindest im Wesentlichen parallel zur jeweiligen Wandung 14b und 14c entlang dieser Wandungen 14b und 14c. Dabei können sie sich sowohl über den Längenbereich 28 als auch über den Längenbereich 30 erstrecken und somit bauraumneutral zu jeweiligen, mit dem elektrischen Strom bzw. mit der Kühlflüssigkeit zu versorgenden Stellen geführt werden.
