-
Die Erfindung betrifft eine Verbindungseinrichtung zum elektrischen Verbinden wenigstens einer Messeinrichtung, welche zum Erfassen zumindest eines Messwerts einer jeweiligen Batteriezelle eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet ist, mit einer Überwachungseinrichtung, welche zumindest zum Überwachen der Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet ist.
-
Bei elektrischen Hochvolt-Energiespeichern, deren Batteriezellen mittels eines flüssigen Kühlmittels direkt gekühlt werden, stellt es eine Herausforderung dar, Messwerte etwa einer Spannung der jeweiligen Batteriezelle an eine Überwachungseinrichtung, etwa in Form eines Batteriemanagementsystems, zu übermitteln, welche in einem nicht mit Kühlmittel beaufschlagten Bereich des Hochvolt-Energiespeichers angeordnet ist. Wenn ein Gehäuse des Hochvolt-Energiespeichers in einen Nassraum, in welchem die mit dem flüssigen Kühlmittel beaufschlagten Batteriezellen angeordnet sind, und in einen Trockenraum unterteilt ist, in welchem das Batteriemanagementsystem angeordnet ist, so wird eine Verbindungseinrichtung zwischen diesen beiden abgedichteten Räumen benötigt. Über diese Verbindungseinrichtung können die nämlich die Messwerte der einzelnen Batteriezellen dem Batteriemanagementsystem zur Auswertung und gegebenenfalls zur balancierenden Ansteuerung der Batteriezellen übermitteln werden.
-
Jedoch ist ein herkömmlicher Steckverbinder, in welchem als Litzen ausgebildete elektrische Leiter zum Einsatz kommen, aufgrund der Verwendung des dielektrischen Kühlmittels oder Kühlmediums nur sehr schwer gegenüber diesem Kühlmittel abzudichten. Denn bereits aufgrund der Kapillarwirkung der Litzen ist ein Durchtritt von Kühlflüssigkeit durch die elektrischen Leitungen hindurch aus dem Nassraum in den Trockenraum möglich. Des Weiteren gestaltet es sich als schwierig, auch die weiteren Bauteile des herkömmlichen Steckverbinders gegenüber dem Kühlmittel dicht auszubilden.
-
Die
DE 10 2009 043 635 A1 beschreibt ein Batteriegehäuse, in welchem Öffnungen für Stromkabel und Datenkabel ausgebildet sind. Auch bei einem derartigen Batteriegehäuse erweist es sich als schwierig, diese Öffnungen gegenüber einem flüssigen Kühlmittel dicht auszubilden.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Verbindungseinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche im Hinblick auf die Dichtheit verbessert ist.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Verbindungseinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Verbindungseinrichtung dient dem elektrischen Verbinden wenigstens einer Messeinrichtung mit einer Überwachungseinrichtung. Die Messeinrichtung ist zum Erfassen zumindest eines Messwerts einer jeweiligen Batteriezelle eines elektrischen Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet. Die Überwachungseinrichtung ist zumindest zum Überwachung der Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet. Dementsprechend kann die Überwachungseinrichtung als Batteriemanagementsystem des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet sein.
-
Um diese Verbindungseinrichtung im Hinblick auf die Dichtheit gegenüber einem Kühlmittel zu verbessern ist vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung einen aus einem elektrisch nicht-leitenden Material gebildeten Trägerkörper aufweist. Durch den Trägerkörper tritt wenigstens ein elektrischer Leiter hindurch. Der wenigstens eine elektrische Leiter tritt auch durch eine gegenüber einem Kühlmittel dichte Vergussmasse hindurch. Die Vergussmasse ist auf zumindest einer Seite des Trägerkörpers angeordnet. Durch das Vergießen des Trägerkörpers und der durch den Trägerkörper hindurchgeführten elektrischen Leiter mit der Vergussmasse kann eine absolute Dichtheit gegenüber dem Kühlmittel, etwa gegenüber einer dielektrischen Kühlflüssigkeit, erreicht werden. Zudem lässt sich die Verbindungseinrichtung als vorkonfektionierter Leitungssatz bereitstellen, und die Verbindungseinrichtung weist eine hohe Verträglichkeit gegenüber dem dielektrischen Kühlmittel beziehungsweise Kühlmedium auf.
-
Die Verbindungseinrichtung ermöglicht es somit, die Messeinrichtung, mittels welcher etwa die jeweiligen Spannungen der Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers erfasst werden, elektrisch an die Überwachungseinrichtung etwa in Form des Batteriemanagementsystems anzuschließen. Hierbei kann jedoch eine absolute Dichtheit des Systems sichergestellt werden. Denn die Vergussmasse ist gegenüber dem Kühlmittel dicht ausgebildet. Es kann so mit sehr geringen Kosten ein hoher Standard im Hinblick auf die Dichtheit und Sicherheit erreicht werden.
-
Vorzugsweise ist der wenigstens eine elektrische Leiter als Metallstift ausgebildet. Denn dann ist auch vermieden, dass über den elektrischen Leiter selber Kühlmittel aus einem Nassraum des Hochvolt-Energiespeichers, in welchem die mit dem flüssigen Kühlmittel beaufschlagten Batteriezellen angeordnet sind, in einen Trockenraum des Hochvolt-Energiespeichers gelangt, in welchem die Überwachungseinrichtung beziehungsweise das Batteriemanagementsystem angeordnet ist.
-
Vorzugsweise ist der Trägerkörper an einem Grundkörper der Verbindungseinrichtung angeordnet. Der Grundkörper weist hierbei eine Basisplatte und einen an die Basisplatte angrenzenden Mantel auf. Die Vergussmasse ist in einem von einer Innenseite des Mantels begrenzten Aufnahmeraum angeordnet. Durch das Bereitstellen einer derartigen Aufnahme für die Vergussmasse können die elektrischen Leiter besonders einfach und zuverlässig in die für das Kühlmittel dichte beziehungsweise fluiddichte Vergussmasse eingebettet werden.
-
Vorzugsweise ist an einer Außenseite des Mantels ein Dichtring angeordnet, mittels welchem die Verbindungseinrichtung gegenüber einer Gehäusewand des Hochvolt-Energiespeichers abdichtbar ist. Der Dichtring kann in einer Nut aufgenommen sein, welche in der Außenseite des Mantels ausgebildet ist.
-
Die Basisplatte kann einen Durchlass aufweisen, wobei in dem Durchlass wenigstens zwei der elektrischen Leiter durch die Basisplatte hindurchgeführt sind. Dies macht den Aufbau der Verbindungseinrichtung besonders einfach.
-
Des Weiteren kann die Basisplatte eine Befestigungslasche aufweisen, an welcher ein Befestigungselement angeordnet ist. Das Befestigungselement ist zum Festlegen der Verbindungseinrichtung an einer Gehäusewand des Hochvolt-Energiespeichers ausgebildet.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. 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.
-
Dabei zeigen:
- 1 in einer schematischen Schnittansicht eine Gehäusewand eines Hochvolt-Energiespeichers, wobei in der Gehäusewand eine Verbindungseinrichtung in Form eines Niedervolt-Durchtritts angeordnet ist; und
- 2 schematisch die Verbindungseinrichtung, welche einerseits über Leitungen an ein Batteriemanagementsystem und andererseits über weitere Leitungen an eine Platine zum Messen der jeweiligen Spannungen der Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers angeschlossen ist.
-
In 1 ist schematisiert und teilweise geschnitten eine nach Art eines Steckers ausgebildete Verbindungseinrichtung 10 gezeigt. Die Verbindungseinrichtung 10 dient dem elektrisch leitenden Verbinden einer Messeinrichtung 12 eines Hochvolt-Energiespeichers eines Kraftfahrzeugs mit einem Batteriemanagementsystem 14 (vergleiche 2) des Hochvolt-Energiespeichers beziehungsweise des Kraftfahrzeugs. Der Hochvolt-Energiespeicher ist dazu ausgebildet, eine Spannung von mehr als 60 Volt, insbesondere von bis zu mehreren hundert Volt bereitzustellen.
-
Die Messeinrichtung 12 kann beispielsweise durch eine Platine oder Zellmesskarte bereitgestellt sein, welche dem Messen der jeweiligen Spannung der Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers dient. Vorliegend sind die (nicht gezeigten) Batteriezellen in einem Nassraum 16 des im Übrigen nicht näher gezeigten Hochvolt-Energiespeichers angeordnet. Demgegenüber ist das Batteriemanagementsystem 14 in einem Trockenraum 18 des Hochvolt-Energiespeichers angeordnet (vergleiche 1). In dem Nassraum 16 sind die Batteriezellen mit einem flüssigen Kühlmittel beaufschlagt. Der Hochvolt-Energiespeicher ist somit als Energiespeicher mit direkt gekühlten Batteriezellen ausgebildet.
-
In 1 ist eine Gehäusewand 20 eines Gehäuses des Hochvolt-Energiespeichers geschnitten und ausschnittsweise dargestellt. Die Gehäusewand 20 trennt den Nassraum 16 von dem Trockenraum 18. Die Verbindungseinrichtung 10 ist als Niedervolt-Durchtritt durch die Gehäusewand 20 ausgebildet. Denn die mittels der Messeinrichtung 12 erfassten Spannungen der einzelnen Batteriezellen des Hochvolt-Energiespeichers werden über die Verbindungseinrichtung 10 dem Batteriemanagementsystem 14 zugeführt, welches zumindest als Überwachungseinrichtung zum Überwachen der Batteriezellen dient. Mittels des Batteriemanagementsystems 14 lässt sich vorzugsweise auch eine Temperaturkontrolle der Batteriezellen vornehmen ebenso wie eine Ladezustandsermittlung. Des Weiteren kann das Batteriemanagementsystem 14 vorzugsweise Ladungsunterschiede der Batteriezellen ausgleichen und somit ein Balancing (also eine Balancierung) der einzelnen Batteriezellen vornehmen.
-
Durch die im Folgenden näher beschriebene Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 10 ist sichergestellt, dass durch diese hindurch kein flüssiges Kühlmittel aus dem Nassraum 16 in den Trockenraum 18 austreten kann.
-
Hierfür umfasst die Verbindungseinrichtung 10 einen aus einem elektrisch nicht-leitenden Material gebildeten, insbesondere plattenförmigen Trägerkörper 22, welcher etwa nach Art einer Leiterplatte oder Platine ausgebildet ist. Durch diesen Trägerkörper 22 treten vorliegend als Metallstifte 24 ausgebildete elektrische Leiter der Verbindungseinrichtung 10 hindurch. Die Metallstifte 24 treten auch durch eine Vergussmasse 26 hindurch, welche auf einer Seite 28 des Trägerkörpers 22 angeordnet ist. Freie Enden der Metallstifte 24 sind somit sowohl von der Seite des Trockenraums 18 her als auch von der Seite des Nassraums 16 her zugänglich. Dennoch sorgt das Vergießen der Platine beziehungsweise des Trägerkörpers 22 zusammen mit den durch den Trägerkörper 22 hindurchgeführten Metallstiften 24 mit der Vergussmasse 26 für eine absolute Dichtheit der Verbindungseinrichtung 10 beziehungsweise eines derartigen Anschlussstücks oder Niedervolt-Durchtritts.
-
Aus 1 ist des Weiteren gut ersichtlich, dass die Verbindungseinrichtung 10 einen Grundkörper 30 umfasst, welcher eine Basisplatte 32 und einen an die Basisplatte 32 angrenzenden Mantel 34 aufweist. Die Vergussmasse 26 ist hierbei in einem von einer Innenseite 36 des Mantels 34 begrenzten Aufnahmeraum angeordnet.
-
Der vorliegend zylindrisch ausgebildete Mantel 34 weist auch eine Außenseite 38 auf. In dieser Außenseite 38 ist eine Nut 40 ausgebildet. In der Nut 40 ist ein Dichtring 42 aufgenommen. Der Dichtring 42 sorgt für eine Abdichtung des Grundkörpers 30 gegenüber der Gehäusewand 20.
-
Insbesondere aus 2 ist gut ersichtlich, dass die Basisplatte 32 eine Befestigungslasche 44 umfasst, an welcher ein Befestigungselement 46 angeordnet ist. Das Befestigungselement 46 kann beispielsweise als Schraubbolzen oder dergleichen ausgebildet sein, welcher in die Gehäusewand 20 eingeschraubt werden kann. Auf diese Weise lässt sich die Verbindungseinrichtung 10 einfach und sicher an der Gehäusewand 20 des Hochvolt-Energiespeichers festlegen. Der Grundkörper 30 oder zumindest die Basisplatte 32 kann durch Drehen hergestellt sein. Alternativ kann der Grundkörper 30 oder zumindest die Basisplatte 32 als Kunststoffteil ausgebildet sein, in welches eine Befestigungseinrichtung wie etwa das vorliegend beispielhaft gezeigte Befestigungselement 46 integriert ausgebildet ist.
-
Im Bereich der Basisplatte 32 ist vorliegend ein Durchlass 48 ausgebildet, durch welchen die (vorliegend drei) Metallstifte 24 hindurchgeführt sind (vergleiche 2). An erste freie Enden der Metallstifte 24 ist über erste Leitungen 50 die Messeinrichtung 12 angeschlossen. Über weitere Leitungen 52 sind zweite freie Enden der aus der Vergussmasse 26 herausragenden Metallstifte 24 an das Batteriemanagementsystem 14 angeschlossen. Die Verbindung zwischen den Leitungen 50, 52 und den jeweiligen Enden der Metallstifte 24 kann durch Löten und/oder durch Crimpen hergestellt werden.
-
Das Vergießen der gesamten Einheit führt zu absoluter Dichtheit gegenüber dem dielektrischen Kühlmittel. Über die Verbindungseinrichtung 10 beziehungsweise einen derartigen Niedervolt-Durchtritt kann somit eine gegenüber Kühlflüssigkeit dichte, elektrisch leitende Verbindung zwischen der Messeinrichtung 12 beziehungsweise Zellmesskarte einerseits und dem Batteriemanagementsystem 14 andererseits hergestellt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verbindungseinrichtung
- 12
- Messeinrichtung
- 14
- Batteriemanagementsystem
- 16
- Nassraum
- 18
- Trockenraum
- 20
- Gehäusewand
- 22
- Trägerkörper
- 24
- Metallstift
- 26
- Vergussmasse
- 28
- Seite
- 30
- Grundkörper
- 32
- Basisplatte
- 34
- Mantel
- 36
- Innenseite
- 38
- Außenseite
- 40
- Nut
- 42
- Dichtring
- 44
- Befestigungslasche
- 46
- Befestigungselement
- 48
- Durchlass
- 50
- Leitung
- 52
- Leitung
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102009043635 A1 [0004]
