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Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Traktionsbatterie beziehungsweise HV-Batterie für ein Kraftfahrzeug, zum Speichern von elektrischer Energie, mit wenigstens zwei Übertragungselementen zum Leiten der elektrischen Energie, und mit wenigstens einer Sicherung, welche mit einem ersten der Übertragungselemente und über das erste Übertragungselement mit dem zweiten Übertragungselement elektrisch verbunden ist.
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Die
DE 10 2014 012 320 B3 offenbart ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, wobei ein elektrischer Pol des Batteriemoduls mittels einer Schraube mit einem Kabel verbindbar ist, mittels welchem das Batteriemodul mit zumindest einem weiteren Batteriemodul elektrisch verbunden werden kann. Dabei weist das Batteriemodul ein elektrisch isolierendes Gehäuse auf, welches dem elektrischen Pol sowie der Schraube als Berührschutz dient.
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In Batterien, insbesondere in Hochvolt-Batterien (HV-Batterien), können insbesondere bei einem Stromfluss zu einem elektrischen Verbraucher Spannungen auftreten, welche, um beispielsweise Personenschäden zu vermeiden, durch eine Sicherung gegebenenfalls unterbrochen werden können. Bei einem Tauschen der Sicherung solch einer Batterie beziehungsweise HV-Batterie, welche insbesondere Spannungen von 60 Volt oder mehr aufweist, sollte eine für den Tausch zuständige Person eine spezielle Ausbildung haben, um Personenschäden zu vermeiden. In Deutschland beispielsweise fällt diese Tätigkeit nach den gängigen Normen unter „Arbeiten unter Spannung”, da die Batterie keine Möglichkeit einer Freischaltung bietet und die Sicherung in der Regel direkt an einem Pol der Batterie anliegt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie, insbesondere eine HV-Batterie für ein Kraftfahrzeug, derart weiterzuentwickeln, dass ein Tausch der Sicherung der Batterie von einer Person erfolgen kann, ohne dass diese eine spezielle Ausrüstung und Ausbildung gemäß der für „Arbeiten unter Spannung” geltenden Normen benötigt.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen gegeben.
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Um eine Batterie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass ein besonders einfacher Tausch der Sicherung möglich ist und beispielsweise von einer Person derart durchgeführt werden kann, dass dieser Tausch nicht unter „Arbeiten unter Spannung” fällt, ist erfindungsgemäß wenigstens eine zumindest ein Verbindungselement aufweisende galvanische Trennstelle vorgesehen. An der Trennstelle sind die Übertragungselemente mittels des Verbindungselements reversibel lösbar, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden beziehungsweise verbindbar. Elektrisch verbunden heißt, dass das erste Übertragungselement derart mit dem zweiten Übertragungselement verbunden ist, dass ein elektrischer Strom von einem der Übertragungselemente über die elektrische Verbindung auf das andere der Übertragungselemente fließen kann, wobei beispielsweise ein Stromfluss von einer Batteriezelle der Batterie durch beziehungsweise über das zweite Übertragungselement hindurch auf das erste Übertragungselement und durch dieses hindurchfließt. Der Stromfluss verläuft beispielsweise so, dass nach dem ersten Übertragungselement der Strom die Sicherung passiert, um weiter zu einem Stromverbraucher, beispielsweise einem Elektromotor eines Kraftfahrzeugs zu fließen, um diesen beispielsweise zu betreiben. Unter „mechanisch miteinander verbunden” ist eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Übertragungselement zu verstehen, bei welcher die Übertragungselemente relativ zueinander fixiert sind.
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Durch das reversibel lösbare Verbindungselement beziehungsweise durch Lösen des Verbindungselements kann die elektrische beziehungsweise elektrisch leitfähige mechanische Verbindung zwischen dem ersten Übertragungselement und dem zweiten Übertragungselement gelöst werden, sodass das erste Übertragungselement und mit diesem die mit dem ersten Übertragungselement verbundene Sicherung von dem zweiten Übertragungselement reversibel gelöst wird, sodass die Übertragungselemente beziehungsweise zumindest das erste Übertragungselement und die Sicherung spannungsfrei schaltbar sind.
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Des Weiteren ist erfindungsgemäß eine Schutzkappe vorgesehen, welche zwischen einer die Sicherung überdeckenden Schließstellung und wenigstens einer die Sicherung freigebenden Offenstellung relativ zu den Übertragungselementen und der Sicherung bewegbar ist.
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Mit anderen Worten, die Lösung der Aufgabe besteht darin, dass die Batterie erfindungsgemäß eine galvanische Trennstelle und eine Schutzkappe aufweist, wobei mittels der Trennstelle das erste und das zweite Übertragungselement trennbar sind beziehungsweise getrennt werden können. Durch dieses Trennen der Verbindung zwischen erstem und zweitem Übertragungselement werden alle in Stromflussrichtung folgenden Bauteile wie beispielsweise die Sicherung und/oder Stromschienen et cetera spannungsfrei geschalten und sind somit berührbar. Die Schutzkappe verhindert darüber hinaus ein unbeabsichtigtes Berühren der Sicherung und zumindest teilweise der an diese angrenzenden Bauteile wie beispielsweise des ersten Übertragungselements.
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Durch die erfindungsgemäße Batterie kann die Sicherung in besonders vorteilhafterweise gewechselt werden, insbesondere ist der Wechsel der Sicherung dadurch durch Personen möglich, welche beispielsweise elektrotechnisch unterweisen sind, ohne jedoch eine spezielle Ausbildung durchlaufen zu müssen.
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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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Dabei zeigt:
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1 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Batterie mit einem ersten und einem zweiten Übertragungselement, welche mittels eines Verbindungselements miteinander verbunden sind, wobei eine Schutzkappe in ihrer Schließstellung eine Sicherung überdeckt;
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2 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Batterie gemäß 1, wobei sich die Schutzkappe zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung befindet; und
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3 ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht der Batterie gemäß 1, wobei sich die Schutzkappe in der Offenstellung befindet.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt ausschnittsweise eine Ausführungsform einer Batterie 10, insbesondere für ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen, insbesondere einen Personenkraftwagen. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise als Hybrid- oder Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Hierzu wird beispielsweise die elektrische Maschine mit in der Batterie 10 gespeicherter elektrischer Energie versorgt. Um besonders hohe elektrische Leistungen zum Antreiben des Kraftfahrzeugs zu realisieren, ist die Batterie 10 beispielsweise als Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) ausgebildet. Die Batterie 10 weist ein erstes Übertragungselement 12 und ein zweites Übertragungselement 14 auf, über welche beispielsweise die von der Batterie 10, insbesondere von wenigstens einer Batteriezelle 48 der Batterie 10, bereitgestellte elektrische Energie, insbesondere zu der elektrischen Maschine, geführt werden kann.
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Die Batterie 10 umfasst ferner eine Sicherung 20, welche mit dem Übertragungselement 12 elektrisch verbunden ist. Über das Übertragungselement 12 ist die Sicherung 20 elektrisch mit dem Übertragungselement 14 verbunden.
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Um nun die Sicherung 20 besonders einfach und sicher tauschen zu können, ist wenigstens eine galvanische Trennstelle 28 vorgesehen, welche zumindest ein Verbindungselement 16 aufweist. An der galvanischen Trennstelle 28 sind die Übertragungselemente 12 und 14 mittels des Verbindungselements 16 reversibel lösbar, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Das Verbindungselement 16, welches hier eine Schraube 22 und eine mit der Schraube 22 verschraubte Mutter 24 aufweist, befindet sich in 1 in einem nicht gelösten Zustand, das heißt die Mutter 24 ist derart auf ein Gewinde 26 der Schraube 22 geschraubt, dass die beiden Übertragungselemente 12 und 14 an der Trennstelle 28 reversibel lösbar, mechanisch und elektrisch miteinander verbunden sind.
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Außerdem ist eine Schutzkappe 18 vorgesehen, welche sich in 1 in einer Schließstellung befindet. In der Schließstellung sind die Sicherung 20 und zumindest teilweise das erste Übertragungselement 12 von der Schutzkappe 18 überdeckt.
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An der Trennstelle 28 sind das erste Übertragungselement 12 und mit diesem die mit dem ersten Übertragungselement 12 verbundene Sicherung 20 durch Lösen des Verbindungselements 16 von dem zweiten Übertragungselement 14 reversibel lösbar und dadurch spannungsfrei schaltbar. Mit anderen Worten, wird das Verbindungselement 16 gelöst, so werden das Übertragungselement 12 und mit diesem die Sicherung 20 von dem Übertragungselement 14 in einem Zustand gelöst beziehungsweise getrennt, in welchem die Sicherung 20 noch mit dem Übertragungselement 12 verbunden ist. In der Folge werden sowohl das Übertragungselement 12 als auch die Sicherung 20 spannungsfrei. Dadurch kann die Sicherung 20 besonders einfach und sicher von einer Person getauscht werden, ohne dass diese eine spezielle Ausrüstung und Ausbildung gemäß der sonst üblich geltenden Normen braucht.
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Aus 1 ist erkennbar, dass die Sicherung 20 über ein Kontaktelement 30 elektrisch mit dem Übertragungselement 12 und über ein Kontaktelement 32 elektrisch mit einem Stromführungselement 38 verbunden ist. In der Schließstellung überdeckt die Schutzkappe 18 die Sicherung 20, die Kontaktelemente 30 und 32 sowie jeweilige Teile 34 und 36 des Übertragungselements 12 beziehungsweise des Stromführungselements 38. Dadurch verhindert die Schutzkappe 18 ein unbeabsichtigtes Berühren der Sicherung 20 der Kontaktelemente 30 und 32 sowie der Teile 34 und 36. Die Übertragungselemente 12 und 14 und das Stromführungselement 38 sind beispielsweise als jeweilige, eigensteife Stromschienen ausgebildet.
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Der in 1 gezeigte nicht gelöste Zustand des Verbindungselements 16 ist ein geschlossener Zustand des Verbindungselements 16. In diesem geschlossenen Zustand des Verbindungselements 16 sind die Übertragungselemente 12 und 14 mittels des Verbindungselements 16 reversibel lösbar, elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Durch die Trennstelle 28 und das Verbindungselement 16 ist es, wie insbesondere 2 und 3 veranschaulichen, möglich, dass das erste Übertragungselement 12 mechanisch und dadurch insbesondere elektrisch von dem zweiten Übertragungselement 14 getrennt wird, sodass das erste Übertragungselement 12 vom zweiten Übertragungselement 14, insbesondere galvanisch, getrennt ist. Dadurch sind das erste Übertragungselement 12 und in Stromflussrichtung dahinterliegende Komponenten wie beispielsweise die Sicherung 20 spannungsfrei. Durch diese galvanische beziehungsweise elektrische Trennung, welche mittels der Trennstelle 28 reversibel herbeigeführt werden kann, ist beispielsweise ein Berühren der Sicherung 20 möglich ohne einen Stromschlag zu erhalten.
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Besonders vorteilhaft kann die Trennung an der Trennstelle 28 mittels eines Schiebeelements 40 realisiert werden. Dazu wird das Schiebeelement 40, wie in 2 und 3 gezeigt, in einen Spalt 42, welcher sich durch Lösen des Verbindungselements 16 zwischen dem ersten Übertragungselement 12 und dem zweiten Übertragungselement 14 bildet, eingeschoben. Das Schiebelement 40 ist somit zumindest teilweise zwischen die Übertragungselemente 12 und 14 bewegbar, wodurch diese beispielsweise mechanisch und galvanisch voneinander getrennt gehalten werden.
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Das Verbindungselement 16, welches die Schraube 22 mit dem Gewinde 26 sowie die Mutter 24 umfasst, ist so ausgebildet, dass es elektrisch gegen die Übertragungselemente 12 und 14 isoliert ist. Dazu ist eine Isolierung 44 vorgesehen, welche beispielsweise ein Schraubenhalteelement 46 umfassen kann. Wird die Mutter 24 an der Schraube 22 angezogen, befinden sich die Übertragungselemente 12 und 14 in einem elektrisch leitfähigen, das heißt einem elektrischen Kontakt miteinander. Dadurch ist ein Stromfluss möglich, das heißt ein elektrischer Strom kann in der Batterie 10 beispielsweise von einer Batteriezelle 48, welche elektrisch mit dem zweiten Übertragungselement 14 verbunden ist, über das zweite Übertragungselement 14 durch das erste Übertragungselement 12 und die Sicherung 20 mit ihren Kontaktelementen 30 und 32 weiter auf beziehungsweise durch das Stromführungselement 38 zu einem Verbraucher, insbesondere einem Elektromotor beziehungsweise der elektrischen Maschine, fließen.
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Gemäß 2 befindet sich die Schutzkappe 18 zwischen der Schließstellung und einer Offenstellung. Des Weiteren befindet sich das Verbindungselement 16 in einem gelösten Zustand, das heißt die Mutter 24 wurde an der Schraube 22 gelöst, sodass sich an der Trennstelle 28 der Spalt 42, insbesondere als Luftspalt, bilden kann beziehungsweise gebildet hat. In den Spalt 42 ist das Schiebeelement 40 einführbar beziehungsweise eingeführt, sodass eine, insbesondere elektrische, Trennung zwischen dem ersten Übertragungselement 12 und dem zweiten Übertragungselement 14 an der Trennstelle 28 ausgebildet wird beziehungsweise ist. Dadurch sind alle Komponenten beziehungsweise Bauteile im Stromfluss abwärts der Trennstelle 28 und somit ab dem ersten Übertragungselement 12 von einem Pol, insbesondere einem HV-Pol, der Batteriezelle 48 getrennt. Diese von dem Pol getrennten Komponenten sind beispielsweise das Übertragungselement 12, das Stromführungselement 38 und insbesondere die Sicherung 20. Diese Komponenten sind spannungsfrei, wodurch insbesondere die Sicherung 20 einfach und sicher getauscht werden kann.
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Besonders vorteilhaft ist eine, beispielsweise insbesondere mechanische, Kopplung der Schutzkappe 18 mit dem Schiebeelement 40 derart, dass durch ein Bewegen der Schutzkappe 18 aus der Schließstellung ein Einschieben des Schiebeelements 40 in den Spalt 42 bewirkbar ist beziehungsweise bewirkt wird. Diese Kopplung kann beispielsweise so ausgeführt sein, dass durch ein Bewegen des Schiebeelements 40, insbesondere durch ein Einschieben des Schiebeelement 40, in den Spalt 42 ein Lösen beziehungsweise Bewegen der Schutzkappe 18 aus deren Schließstellung ermöglicht beziehungsweise bewirkbar wird.
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Des Weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn durch das Verbindungselement 16 eine Klemmung bewirkbar ist, mittels welcher die Schutzkappe 18 in der Schließstellung fixierbar ist. Dadurch ist ein besonders hoher Schutz vor einem versehentlichen elektrischen Schlag realisierbar. Zusätzlich könnte die Schutzkappe 18 in der Schließstellung mittels einer weiteren Fixierung 54 gehalten werden.
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Darüber hinaus ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schutzkappe 18 beispielsweise mittels eines Klemmelements 50, welches sich bei einem Lösen des Verbindungselements 16 ebenfalls löst, über der Sicherung 20 fixiert werden kann. Dies erhöht den Schutz vor einem versehentlichen elektrischen Schlag.
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Der in 2 gezeigte Zustand wird beispielsweise von einer Person, welche einen Wechsel der Sicherung 20 durchführen will, herbeigeführt, indem sie mittels eines Werkzeugs wie beispielsweise einem Schraubenzieher, die Schraube 22 des Verbindungselements 16 löst. Aufgrund der Isolierung 44 ist das Lösen des Verbindungselements 16 ohne eine Gefahr eines Stromschlags für die Person möglich. Beim Lösen des Verbindungselements 16 entsteht dabei der Spalt 42, darüber hinaus könnte das Klemmelement 50 in der Art freigegeben werden, dass die Schutzkappe 18 bewegbar wird. Nach dem Lösen des Verbindungselements 16 ist es der Person möglich das Schiebeelement 40 in den Spalt 42 zu bewegen, insbesondere zu schieben, wodurch ein Bewegen der Schutzkappe 18 aus einer der Sicherung 20 überdeckenden Schließstellung, wie in 1 gezeigt, in eine die Sicherung 20 freigebenden Offenstellung relativ zu den Übertragungselementen 12 und 14 und der Sicherung 20 möglich wird beziehungsweise ist.
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Gemäß 3 befindet sich die Schutzkappe 18 in der die Sicherung 20 freigebenden Offenstellung. In dieser Offenstellung ist die Sicherung 20 für die Person, welche den Sicherungswechsel durchführt, frei zugänglich. Durch die beispielsweise von der Person zuvor durchgeführte Trennung der beiden Übertragungselemente 12 und 14 an der Trennstelle 28 ist ein Austausch frei von der Gefahr eines Stromschlags möglich. Das erste Übertragungselement 12 und insbesondere sein unter der Schutzkappe 18 angeordneter erster Teil 36 sowie die Kontaktelemente 30 und 32, durch welche die Sicherung 20 beispielsweise mittels jeweiliger Schrauben 52 einenends an das erste Übertragungselement 12 und anderenends an das Stromführungselement 38 insbesondere an dessen Teil 36 reversibel befestigt ist, sind in einem in 3 gezeigten Zustand galvanisch beziehungsweise elektrisch von dem zweiten Übertragungselement 14 und dadurch von der Batteriezelle 48 getrennt.
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Durch Lösen der Schrauben 52 kann die Sicherung 20 entfernt und somit getauscht werden. Dabei ist beispielsweise für die Person, die den Sicherungstausch vollführt, keine spezielle Ausrüstung beziehungsweise Ausbildung wie sie beispielsweise in Deutschland bei Tätigkeiten, welche unter dem Begriff „Arbeiten unter Spannung” geführt werden, nötig ist, notwendig, wodurch die Sicherung 20 besonders vorteilhaft getauscht werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batterie
- 12
- Übertragungselement
- 14
- Übertragungselement
- 16
- Verbindungselement
- 18
- Schutzkappe
- 20
- Sicherung
- 22
- Schraube
- 24
- Mutter
- 26
- Gewinde
- 28
- Trennstelle
- 30
- Kontaktelement
- 32
- Kontaktelement
- 34
- Teil
- 36
- Teil
- 38
- Stromführungselement
- 40
- Schiebeelement
- 42
- Spalt
- 44
- Isolierung
- 46
- Schraubenhalteelement
- 48
- Batteriezelle
- 50
- Klemmelement
- 52
- Schraube
- 54
- Fixierung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014012320 B3 [0002]
