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Die Erfindung betrifft eine Batterie für einen Kraftwagen, welche ein erstes Batteriemodul umfasst, welches in einem ersten Speichergehäuse angeordnet ist, und ein zweites Batteriemodul, welches in einem zweiten Speichergehäuse angeordnet ist. Jeweilige Innenräume der beiden Speichergehäuse sind mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftwagen mit wenigstens einer solchen Batterie.
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Bei Batteriesystemen beziehungsweise Batterien von etwa Elektrofahrzeugen wird beispielsweise der im Fahrzeugunterboden vorhandene Bauraum zur Unterbringung der Batterien genutzt. Dieser Bauraum ist jedoch häufig durch Fahrzeugelemente beziehungsweise Einrichtungen unterbrochen, welche in einem Mitteltunnel des Fahrzeugs angeordnet sind. Bei derartigen Fahrzeugelementen kann es sich beispielsweise um eine Abgasanlage, eine Antriebswelle, einen Wasserstofftank oder dergleichen handeln. In solchen Fällen wird daher häufig eine Batterie eingesetzt, welche als sogenannter Sattelspeicher ausgebildet ist. Bei diesem sind die beiden Speicherhälften beziehungsweise Speichergehäuse mit den Batteriemodulen durch ein Zwischenteil beziehungsweise eine Verbindungseinrichtung verbunden, welche als Sattel bezeichnet wird. Es ist jedoch dafür zu sorgen, dass die beiden Speicherhälften sowohl im in den Kraftwagen eingebauten Zustand als auch im ausgebauten Zustand elektrisch miteinander verbunden sind. Dabei wird bei einem derartigen Sattelspeicher oft ein einteiliges oder mehrteiliges Gehäuse zum Ausbilden des Sattels verwendet. Dieses Gehäuse verbindet die beiden Speicherhälften beziehungsweise Speichergehäuse fest miteinander.
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Es ist auch möglich anstelle einer Batterie beziehungsweise eines elektrischen Energiespeichers, bei welchem die Speicherhälften durch das Zwischenteil miteinander verbunden sind, zwei separate Speicher vorzusehen. Dann wäre jedoch eine doppelte Anzahl an Steuerungen, Sicherungen, Anschlüssen und dergleichen nötig. Daher ist eine solche Lösung aufwändig und teuer.
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Relativ zu den Gesamtabmessungen und dem Gewicht der Batterie ist des Weiteren die Verbindungseinrichtung in Form des Sattels kleiner, leichter und auch instabiler. Aufgrund der festen Verbindung, welche durch die in sich starre Verbindungseinrichtung bereitgestellt wird, ergeben sich somit stark streuende Gehäusetoleranzen. Denn durch die feste Verbindung der Speichergehäuse miteinander über die Verbindungseinrichtung beziehungsweise den Sattel ist ein großes Bauteil gebildet. Diese Gesamtanordnung aus den Speichergehäusen und der Verbindungseinrichtung (beziehungsweise dem Sattel und den Speicherhälften) ist daher besonders stark toleranzbehaftet. Des Weiteren kann während des Transports, also im Fahrbetrieb des mit der Batterie ausgestatteten Kraftwagens, selbst mit größtem Aufwand kaum vermieden werden, dass sich die beiden Speicherhälften beziehungsweise Speichergehäuse relativ zueinander bewegen.
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Darüber hinaus wird aufgrund der Baugröße der Batterie oft ein mehrteiliges Gehäusekonzept gewählt. In der Folge ergeben sich oft komplizierte Verläufe von Dichtungen, insbesondere im Bereich des Sattels beziehungsweise der Verbindungseinrichtung. Dadurch stellt es eine große Herausforderung dar, die Dichtheit der Batterie über die Lebensdauer derselben zu gewährleisten.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Batterie der eingangs genannten Art sowie einen Kraftwagen mit wenigstens einer solchen Batterie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Kraftwagen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Die erfindungsgemäße Batterie für einen Kraftwagen umfasst ein erstes Batteriemodul, welches in einem ersten Speichergehäuse angeordnet ist. Die Batterie umfasst ein zweites Batteriemodul, welches in einem zweiten Speichergehäuse angeordnet ist. Jeweilige Innenräume der beiden Speichergehäuse sind mittels einer Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Hierbei umfasst die Verbindungseinrichtung einen Hohlkörper, welcher als Schlauch aus einem Elastomermaterial ausgebildet ist. Der Hohlkörper ist also aus einem flexiblen Material gebildet und hierbei senkrecht zu seiner axialen Richtung biegbar. Es ist also zwischen den beiden Speichergehäusen der Batterie beziehungsweise eines derartigen elektrischen Energiespeichers eine flexible Verbindung vorhanden. Eine solche flexible Verbindungseinrichtung lässt beispielsweise Bewegungen der Speichergehäuse relativ zueinander zu, ohne dass dies im Hinblick auf die Dichtheit der Speichergehäuse und der Batterie Schwierigkeiten bereitet. Mit anderen Worten kann eine dichte Verbindung zwischen der Verbindungseinrichtung und den Speichergehäusen aufgrund des Vorsehens der Verbindungseinrichtung mit dem als flexibler Schlauch ausgebildeten Hohlkörper besonders einfach sichergestellt werden.
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Des Weiteren kann durch den aus dem flexiblen Material, nämlich dem Elastomermaterial des Schlauchs, gebildeten Hohlkörper im Vergleich zu einer starren Verbindungseinrichtung beziehungsweise einer starren Tunnelbrücke deutlich an Gewicht eingespart werden. Darüber hinaus können aufgrund der Biegsamkeit beziehungsweise Flexibilität, insbesondere Elastizität, des Hohlkörpers auch geometrisch komplexe Verläufe der Verbindungseinrichtung oder Tunnelbrücke realisiert werden, welche von dem ersten Speichergehäuse zu dem zweiten Speichergehäuse (beziehungsweise von einem Batterieteilsegment zu einem zweiten Batterieteilsegment) führt. Dasselbe gilt, wenn die Batterie mehr als zwei Batteriemodule in jeweiligen Speichergehäusen aufweist, welche durch jeweilige Verbindungseinrichtungen miteinander verbunden sind, die Hohlkörper aus dem flexiblen Elastomeraterial aufweisen.
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Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass keine mechanisch starre Verbindung zwischen den Speichergehäusen erforderlich ist, um eine Verbindung zwischen den Batteriemodulen der Batterie elektrisch darzustellen. Des Weiteren können die einzelnen Speichergehäuse mit den darin angeordneten Batteriemodulen, also die jeweiligen Segmente des elektrischen Energiespeichers beziehungsweise der Batterie, beim Einbau in den Kraftwagen im Hinblick auf die Toleranzen unabhängig voneinander betrachtet werden. Toleranzen der Batterie, insbesondere Fertigungstoleranzen, werden dadurch deutlich verringert. Dies führt wiederum zu geringeren Fehlern bei einer Fertigung der Batterie beziehungsweise des Kraftwagens, insbesondere im Rahmen einer Serienfertigung am Band. Das Vorsehen des Schlauchs aus dem flexiblen Elastomermaterial trägt somit zu einer besonders prozesssicheren und kostengünstigen Produktion des Kraftwagens bei. Es ist also eine verbesserte Batterie geschaffen.
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Zudem lässt sich die Batterie verbessert in den Kraftwagen integrieren. Darüber hinaus schützt etwa bei einem Unfalls des Kraftwagens, also bei einem Fahrzeug-Crash, die flexible Verbindung den elektrischen Energiespeicher beziehungsweise die Batterie vor einem eventuellen Aufreißen. Dadurch ist auch vermieden, dass es zu einem damit verbundenen Verlust an Berührschutz kommt.
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Die Batteriemodule können insbesondere eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisen, welche elektrisch in Reihe und/oder parallelgeschaltet sind, um die gewünschte Spannung beziehungsweise Stromstärke des jeweiligen Batteriemoduls beziehungsweise der Batterie bereitzustellen. Auch können Pakete von Batteriezellen, welche elektrisch in Reihe und/oder parallelgeschaltet sind, wiederum elektrisch leitend miteinander verbunden sein, um ein Batteriemodul beziehungsweise Batterieteilsegment bereitzustellen.
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Durch die Ausbildung des Hohlkörpers als Schlauch aus dem Elastomermaterial ist einerseits eine besonders gute Dichtigkeit des Hohlkörpers sichergestellt. Andererseits ist eine besonders weit gehende Flexibilität des Hohlkörpers gegeben. Darüber hinaus lässt sich die Verbindungseinrichtung so sehr einfach und kostengünstig bereitstellen.
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Der Hohlkörper kann ein Metallgewebe aufweisen. Dadurch ist einerseits die Verbindungseinrichtung mechanisch hoch belastbar und robust. Des Weiteren kann auf diese Weise dafür gesorgt werden, dass sich die Speichergehäuse der Batterie auf demselben elektrischen Potential befinden. Denn durch das Metallgewebe kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den Speichergehäusen hergestellt werden. Dies ist insbesondere bei der Ausbildung der Batterie als Hochvoltbatterie vorteilhaft.
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In einer besonders einfachen Ausgestaltung kann der Hohlkörper von dem Metallgewebe ummantelt sein. Beispielsweise kann der Hohlkörper mit einem Stahlgewebe ummantelt werden.
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Vorzugsweise ist ein erster Endbereich des Hohlkörpers mit einem ersten Anschlussstück gekoppelt, welches an dem ersten Speichergehäuse angeordnet ist. Hierbei ist ein zweiter Endbereich des Hohlkörpers mit einem zweiten Anschlussstück gekoppelt, welches an dem zweiten Speichergehäuse angeordnet ist. Die Anschlussstücke können an den jeweiligen Speichergehäusen befestigt sein oder einstückig mit den Speichergehäusen ausgebildet sein. Durch derartige Anschlussstücke lässt sich eine besonders sichere und belastbare und insbesondere dichte Verbindung der Innenräume der beiden Batteriemodule mittels der den Hohlkörper umfassenden Verbindungseinrichtung sicherstellen.
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Vorzugsweise sind die Anschlussstücke aus einem eigensteifen Material gebildet, beispielsweise aus wenigstens einem Metall, etwa aus einer Aluminiumlegierung. So lässt sich der Hohlkörper auf eine sehr belastbare Art und Weise mit den beiden Speichergehäusen koppeln. Des Weiteren lässt sich durch die Ausbildung der Anschlussstücke aus Metall einfach dafür sorgen, dass sich die beiden bevorzugt metallischen Speichergehäuse auf dem gleichen elektrischen Potential befinden.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn jedes der Anschlussstücke einen Befestigungsflansch zum Festlegen des Anschlussstücks an dem jeweiligen Speichergehäuse aufweist und einen Verbindungsstutzen, welcher in den jeweiligen Endbereich des Hohlkörpers eingeführt ist. Durch derartige Befestigungsflansche, welche insbesondere als Schraubflansche ausgebildet sein können, lässt sich auf einfache Weise eine Fixierung der Verbindungseinrichtung an den beiden Speichergehäusen sicherstellen. Zugleich sorgt das Anordnen des Verbindungsstutzens des jeweiligen Anschlussstücks in dem jeweiligen Endbereich des Hohlkörpers dafür, dass auf einfache Weise die Dichtigkeit der Verbindungseinrichtung sichergestellt werden kann.
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Der Dichtigkeit der Verbindungseinrichtung ist es des Weiteren zuträglich, wenn der Hohlkörper mittels einer Schlauchschelle an dem jeweiligen Verbindungsstutzen fixiert ist.
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Zusätzlich oder alternativ kann zum sicheren Fixieren der Anschlussstücke an den jeweiligen Endbereichen des Hohlkörpers an einer Außenseite des jeweiligen Verbindungsstutzens eine Mehrzahl von Rippen und/oder Zähnen ausgebildet sein. Diese Rippen und/oder Zähne sind in dem jeweiligen Endbereich des Hohlkörpers mit dem flexiblen Elastomermaterial des Hohlkörpers in Kontakt. Die Rippen und/oder Zähne verhindern so besonders sicher, dass der Hohlkörper von dem Verbindungsstutzen herunterrutschen kann.
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Vorzugsweise ist durch den Hohlkörper wenigstens eine elektrische Leitung hindurchgeführt, mittels welcher wenigstens ein Modulanschluss des ersten Batteriemoduls mit wenigstens einem Modulanschluss des zweiten Batteriemoduls elektrisch leitend verbunden ist. Bei dieser Anordnung ist die wenigstens eine elektrische Leitung, insbesondere Hochvoltleitung, besonders gut durch die Verbindungseinrichtung geschützt, insbesondere berührgeschützt.
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Durch den Hohlkörper kann auch wenigstens eine Signalleitung beziehungsweise Datenleitung und/oder wenigstens eine Kühlmittelleitung hindurchgeführt sein. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Informationen über elektrische und sonstige Parameter der Batteriemodule und/oder der Batteriezellen übertragen beziehungsweise eine besonders einfache Kühlung der Batterie erreichen.
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Vorzugsweise ist die Batterie als Hochvoltbatterie ausgebildet, also als Batterie welche eine Nennspannung von mehr als 60 Volt, beispielsweise eine Nennspannung von etwa 200 Volt bis etwa 500 Volt bereitstellt. Dann lässt sich die Batterie gut als elektrischer Energiespeicher für den Kraftwagen einsetzen, wobei der Kraftwagen als Brennstoffzellenfahrzeug, Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein kann.
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Der erfindungsgemäße Kraftwagen umfasst wenigstens eine erfindungsgemäße Batterie. Hierbei quert der Hohlkörper wenigstens eine in einem Tunnel des Kraftwagens angeordnete Einrichtung. Beispielsweise kann der Hohlkörper unter einem Wasserstofftank hindurchgeführt sein, wenn der Kraftwagen als Brennstoffzellenfahrzeug ausgebildet ist. Bei einer Ausbildung des Kraftwagens als Hybridfahrzeug kann beispielsweise der Hohlkörper eine Abgasanlage queren und hierbei insbesondere über die Abgasanlage geführt sein.
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Bevorzugt kann mittels der wenigstens einen Batterie elektrische Energie für wenigstens eine Antriebseinrichtung des Kraftwagens bereitgestellt werden, welche zum Fortbewegen des Kraftwagens ausgebildet ist.
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Die für die erfindungsgemäße Batterie beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für den erfindungsgemäßen Kraftwagen und umgekehrt.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 in schematischer Darstellung eine Batterie für einen Kraftwagen, bei welcher die Innenräume von zwei Speichergehäusen der Batterie mittels einer Verbindungseinrichtung mit einem aus einem flexiblen Material gebildeten Schlauch miteinander verbunden sind;
- 2 die Batterie im Bereich des Schlauchs in einer vergrößerten Perspektivansicht;
- 3 eine weitere Perspektivansicht der Batterie im Bereich des Schlauchs sowie zweier Hochvoltleitungen, welche durch den Schlauch hindurchgeführt sind und in die Innenräume der Speichergehäuse hineinreichen;
- 4 in einer weiteren Perspektivansicht die Verbindungseinrichtung mit dem Schlauch sowie ein Metallgewebe, mit welchem der Schlauch ummantelt ist;
- 5 in einer Schnittansicht einen Teilbereich des Schlauchs sowie eines Anschlussstücks mit einem Schraubflansch, mittels welchem der Schlauch an einem der Speichergehäuse festgelegt ist;
- 6 eine Seitenansicht der Batterie von einer dem Schlauch gegenüberliegenden Seite;
- 7 eine Seitenansicht der Batterie auf die Seiten der Speichergehäuse, in deren Nähe der Schlauch angeordnet ist;
- 8 ausschnittsweise eine Ansicht der Batterie von oben; und
- 9 eine weitere Perspektivansicht auf die Batterie von unten.
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Eine in 1 schematisch gezeigte Batterie 1 dient als elektrischer Energiespeicher für einen Kraftwagen. Die Batterie 1 umfasst ein erstes Speichergehäuse 2 und ein zweites Speichergehäuse 3, in welchen jeweilige (nicht gezeigte) Batteriemodule angeordnet sind. Die Batteriemodule umfassen eine Mehrzahl von elektrisch leitend miteinander verbundenen Batteriezellen, sodass die Batterie 1 die zum Antreiben des beispielsweise als Brennstoffzellenfahrzeug, Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftwagens erforderliche elektrische Energie bereitstellen kann.
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In einem Zwischenraum zwischen den Speichergehäusen 2 befindet sich bei Einbau der Batterie 1 in den Kraftwagen beispielsweise eine in einem Mitteltunnel des Kraftwagens angeordnete Einrichtung wie etwa eine Abgasanlage, eine Antriebswelle oder ein Wasserstofftank. Eine Verbindungseinrichtung 4, welche zwischen den beiden Speichergehäusen 2, 3 angeordnet ist, quert diese Einrichtung.
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Vorliegend wird durch die Verbindungseinrichtung 4, welche einen Hohlkörper in Form eines Schlauchs 5 umfasst, eine flexible Verbindung zwischen den beiden Speichergehäusen 2, 3 hergestellt. Der Schlauch 5 ist hierbei aus einem Elastomermaterial gebildet. Dadurch können im Vergleich zu einer starren Verbindung zwischen den beiden Speichergehäusen 2, 3 geometrisch komplexe Verläufe der als Tunnelbrücke dienenden Verbindungseinrichtung 4 realisiert werden, und es kann auch deutlich an Gewicht eingespart werden. Des Weiteren ergeben sich deutlich geringere Gehäusetoleranzen als bei einem gemeinsamen Gehäuse der Batterie 1, welches die beiden Speichergehäuse 2, 3 sowie eine starre Verbindungseinrichtung als Gehäuseteil umfasst.
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Bei einer Anordnung der Batterie 1 in dem Kraftwagen kann die flexible Verbindungseinrichtung 4 einem Heckbereich des Kraftwagens näher als einem Frontbereich des Kraftwagens angeordnet sein. Des Weiteren kann, wie vorliegend beispielhaft gezeigt, die flexible Verbindungseinrichtung 4 die beiden Speichergehäuse 2, 3 nahe einer jeweiligen Unterseite 6, 7 (vergleiche 9) der Speichergehäuse 2, 3 verbinden. So kann die flexible Verbindungseinrichtung 4 beispielsweise unterhalb eines in dem Mitteltunnel des Kraftwagens angeordneten Wasserstofftanks hindurchgeführt sein. In Varianten der Batterie 1 kann die flexible Verbindungseinrichtung 4 jedoch auch höher angeordnet und über eine entsprechende Einrichtung beziehungsweise ein solches Fahrzeugelement wie etwa eine Abgasanlage geführt sein, welche in dem Mitteltunnel des Kraftwagens angeordnet ist.
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Insbesondere aus 2 ist gut ersichtlich, dass der Schlauch 5 mittels jeweiliger Anschlussstücke 8, 9 an den beiden Speichergehäusen 2, 3 befestigt ist. Hierbei weist das jeweilige Anschlussstück 8, 9 einen als Schraubflansch 10, 11 ausgebildeten Befestigungsflansch auf. Über in dem jeweiligen Schraubflansch 10 ausgebildete Schraublöcher 12 kann die Verbindungseinrichtung 4 fest und sicher mit den Speichergehäusen 2, 3 verbunden werden.
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In 3 sind die Speichergehäuse 2, 3 offen gezeigt, sodass jeweilige Innenräume 13, 14 der Speichergehäuse 2, 3 zu sehen sind. Dementsprechend verbindet die Verbindungseinrichtung 4 die Innenräume 13, 14 der Speichergehäuse 3, 2 miteinander. Des Weiteren ist aus 3 ersichtlich, dass elektrische Leitungen 15, 16, welche insbesondere als Hochvoltleitungen ausgebildet sein können, durch den Schlauch 5 hindurchgeführt sind. Die Leitungen 15, 16 sorgen für die elektrische Verbindung der in den Innenräumen 13, 14 der Speichergehäuse 2, 3 angeordneten Batteriemodule miteinander.
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In 4 ist die Verbindungseinrichtung 4 mit dem Schlauch 5 sowie den beiden an dem Schlauch 5 angeordneten Anschlussstücken 8, 9 perspektivisch gezeigt. Des Weiteren ist in 4 ein Metallgewebe, insbesondere Stahlgewebe 17, schematisch gezeigt, mittels welchem der Schlauch 5 ummantelt ist. Das Stahlgewebe 17 ist lediglich der Übersichtlichkeit halber neben dem Schlauch 5 dargestellt, tatsächlich umgibt das Stahlgewebe 17 das Elastomermaterial des Schlauchs 5. In 4 sind des Weiteren Schlauchschellen 18, 19 dargestellt, welche der Fixierung der Anschlussstücke 8, 9 an jeweiligen Endbereichen 20, 21 des Schlauchs 5 dienen.
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Aus der Schnittansicht in 5 ist ersichtlich, dass das jeweilige Anschlussstück 8, 9, von denen in 5 lediglich das Anschlussstück 8 gezeigt ist, den Schraubflansch 10, 11 und einen Verbindungsstutzen 22 aufweist, welcher gemäß 5 in den Endbereich 20 des Schlauchs 5 eingeführt ist. An der Außenseite des Verbindungsstutzens 22 sind Zähne 23, Rippen oder dergleichen Strukturelemente angeordnet, welche einer verbesserten Verankerung des jeweiligen Anschlussstücks 8, 9 in dem Endbereich 20, 21 des Schlauchs 5 dienen. Die Schlauchschellen 18, 19 umschließen die Endbereiche 20, 21 des Schlauchs 5 im Bereich der Zähne 23.
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Aus den Perspektivansichten in 6 und 7 ist besonders gut ersichtlich, dass durch die Flexibilität des Schlauchs 5 die Verbindungseinrichtung 4 sehr einfach über oder unter entsprechenden Einrichtungen geführt werden kann, etwa unterhalb des Wasserstofftanks, oder über die Abgasanlage beziehungsweise eine Antriebswelle. Dementsprechend quert dann der Schlauch 5 die entsprechende Einrichtung, welche in dem Tunnel des Kraftwagens angeordnet ist.
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Insbesondere aus der Draufsicht in 8 ist ersichtlich, dass an den jeweiligen Speichergehäusen 2, 3 weitere Flansche 24 angeordnet sein können, welche etwa dem Befestigen der Speichergehäuse 2, 3 an einer Karosserie des Kraftwagens dienen. Die Flansche 24 können hierfür Durchtrittsöffnungen, Muttern und dergleichen aufweisen. Die Speichergehäuse 2, 3 mit den Flanschen 24 sind in 9 in einer Ansicht von unten zu sehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Speichergehäuse
- 3
- Speichergehäuse
- 4
- Verbindungseinrichtung
- 5
- Schlauch
- 6
- Unterseite
- 7
- Unterseite
- 8
- Anschlussstück
- 9
- Anschlussstück
- 10
- Schraubflansch
- 11
- Schraubflansch
- 12
- Schraubloch
- 13
- Innenraum
- 14
- Innenraum
- 15
- Leitung
- 16
- Leitung
- 17
- Stahlgewebe
- 18
- Schlauchschelle
- 19
- Schlauchschelle
- 20
- Endbereich
- 21
- Endbereich
- 22
- Verbindungsstutzen
- 23
- Zahn
- 24
- Flansch
