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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul, insbesondere ein Hochvolt-Batteriemodul, eine Anordnung eines solchen Steuergerätes an einem weiteren Element, insbesondere einem Batteriemodul, sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem solchen Steuergerät und einem weiteren Element, insbesondere einem Batteriemodul. Für den Antrieb von Fahrzeugen vorgesehene Batteriemodule werden teilweise auch als Traktionsbatteriemodule bezeichnet.
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Mit einem für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenen Batteriemodul im Sinne der Erfindung werden insbesondere Nennspannungen im Bereich von 300 V bis 1200 V bereitgestellt. Das Batteriemodul umfasst dazu vorzugsweise zwischen 90 und 120 Batteriezellen, welche jeweils eine Spannung im Bereich von 2 V bis 10 V liefern. Die Leistung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls liegt bei etwa 120 kW bis 480 kW. Bevorzugte Abmessungen eines Batteriemoduls im Sinne der Erfindung liegen bei mindestens 50 cm x 25 cm, insbesondere in einem Bereich zwischen diesem Wert und 100 cm x 50 cm oder 100 cm x 100 cm. Das Gewicht liegt insbesondere bei mindestens 20 kg, vorzugsweise mindestens 50 kg und kann auch mindestens 80 kg, 90 kg oder mindestens 100 kg betragen.
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Mit einem Fahrzeug sind vorliegend insbesondere Krafträder und Kraftfahrzeuge gemeint, wobei diese Fahrzeuge zumindest in bestimmten Betriebsphasen - oder auch ausschließlich - elektrisch mittels des Batteriemoduls angetrieben werden, d.h. die Erfindung betrifft insbesondere Hybridfahrzeuge oder reine Elektrofahrzeuge.
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Aus
DE 10 2006 001 890 A1 ist ein elektronisches Anbau-Steuergerät bekannt, das in Verbindung mit einem steuerbaren Aggregat, einer Trägerplatte und einem auf der Trägerplatte montierten Elektronik-Modul zum Einsatz kommen soll. Das Anbau-Steuergerät soll über eine übliche Kabel-Steckverbindung mit Aktuatoren und/oder Sensoren des Aggregates verbunden werden. Ein Bezug zu für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenen Batteriemodulen ist dem Dokument nicht zu entnehmen.
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Aus
DE 10 2011 107 075 A1 ist ein Batteriemodul mit in Zellenmodulen zusammengefassten Akkuzellen bekannt, wobei die Zellenmodule und ein Steuermodul auf modular aufgebauten Trägerplatten angeordnet sind. Die Zellenmodule sind von einem Gehäuse umgeben und mittels eines in Kühlkanälen in einem geschlossenen Kühlkreislauf geführten Kühlmediums kühlbar. Dabei sind die Kühlkanäle in die Trägerplatten integriert, und es sind Steckverbindungen an einen den Vorlauf und an einen den Rücklauf bildenden Kühlkanal vorgesehen. Wie die Zellenmodule untereinander und das Steuergerät mit den Zellenmodulen verbunden werden sollen, ist in dem Dokument nicht im Detail beschrieben.
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Aus
DE 10 2011 100 526 A1 ist eine leistungstechnische Anordnung mit Flüssigkeitskühlung bekannt, die flüssigkeitsgekühlte Leistungshalbleitermodule und eine mit einem Kühlflüssigkeitskreislauf verbindbare Flüssigkeitskühleinrichtung umfasst. Dabei sind die Leistungshalbleitermodule auf der Flüssigkeitskühleinrichtung angeordnet. Die Leistungshalbleitermodule weisen mindestens einen elektrischen Steckverbinder auf, der mit einem von mehreren an der Flüssigkeitskühleinrichtung angeordneten elektrischen Steckverbindern verbindbar ist. Die Flüssigkeitskühleinrichtung weist ferner einen Leitungskanal zur Aufnahme der elektrischen Verbindungsleitungen und der mehreren elektrischen Steckverbinder auf.
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Aus
DE 603 13 430 T2 ist ein modularer Stromwandler mit einem thermischen Träger und einem thermisch leitenden Anschlusselement bekannt. In Verbindung mit diesem Anschlusselement sind verschiedene Verbinderkonfigurationen und Steckerkonfigurationen beschrieben, insbesondere Konfigurationen für Plug-In-Verbindungen mit einer Steckerkonfiguration zum Leiten von Strom und Kühlmittel. Dieser Stromwandler kann insoweit als ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit einem anderen Element und ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit einem anderen Element aufweisend angesehen werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Steuergerät für ein für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul, eine Anordnung eines solchen Steuergeräts an einem weiteren Element sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Verbindung zwischen einem solchen Steuergerät und einem weiteren Element zur Verfügung zu stellen, welche die Handhabung und Montage vereinfachen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes Steuergerät für ein für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul weist ein Gehäuse, ferner mindestens eine Kühlmittelfluidführung und mindestens eine elektrische Schnittstelle auf. An mindestens einer Verbindungsseite des Steuergeräts ist mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit einem anderen Element vorgesehen. Bei dem anderen Element handelt es sich insbesondere um ein Batteriemodul oder ein weiteres Funktionselement mit entsprechend kompatiblen Kopplungsmitteln. Bei dem weiteren Funktionselement kann es sich beispielweise um einen Wärmetauscher oder eine Messvorrichtung handeln.
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Zudem ist an der mindestens einen Verbindungsseite des Steuergeräts mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit einem anderen Element, insbesondere einem Batteriemodul, vorgesehen. Ein zur Verbindung mit dem Steuergerät vorgesehenes Batteriemodul weist mindestens ein Zellmodul auf, in welchem mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Ein Zellmodul weist insbesondere zwischen 90 und 120 Batteriezellen auf. Die Batteriezellen sind insbesondere in parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet, wobei jede Reihe vorzugsweise durch eine Vielzahl von in gleicher Orientierung angeordneten Batteriezellen gebildet ist. Bei der Steck-Elektroverbindung handelt es sich insbesondere um eine Hochvolt (HV)-Verbindung, über welche Spannungen im Bereich von 300 V bis 1200 V übertragen werden können. Alternativ oder in Ergänzung dazu handelt es sich bei der Steck-Elektroverbindung um eine Niedervolt (NV)-Verbindung, über welche die Spannungen einzelner Batteriezellen im Bereich von 2 V bis 10 V übertragen werden und/oder Spannungen einzelner Batteriezellverbünde übertragen werden. Vorzugsweise weist die Steck-Elektroverbindung eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung auf. Die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung weisen die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S auf, insbesondere derart, dass mit einem Steckvorgang eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung gleichzeitig hergestellt werden kann.
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Das Steuergerät dient insbesondere dazu, die Spannungsversorgung des Fahrzeuges durch das mindestens eine Batteriemodul zu steuern. Insbesondere kann die Spannungsversorgung an- oder ausgeschaltet werden und das mindestens eine Batteriemodul elektrisch vom Antrieb getrennt werden. Vorzugsweise wird von dem Steuergerät ein Ladevorgang des mindestens einen Batteriemoduls gesteuert. Über das Steuergerät kann zudem die Balancierung einzelner Batteriezellen erfolgen, indem die Spannung und der Ladezustand der einzelnen in dem mindestens einen Batteriemodul angeordneten Batteriezellen erfasst und ggf. modifiziert wird. Zusätzlich kann eine Temperaturmessung vorgesehen sein, welche mittels des Steuergeräts ausgelesen werden kann. Das Steuergerät weist dazu mindestens eine elektrische Schnittstelle auf. Außerdem weist das Steuergerät eine Kühlmittelfluidführung auf, um die in dem Gehäuse des Steuergeräts angeordneten elektronischen Komponenten zu kühlen.
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Die vorgesehenen Kühlmittel-Kopplungsmittel und das mindestens eine Schnittstellen-Kopplungsmittel dienen zur Herstellung einer - vorzugsweise leicht montierbaren - Steckverbindung mit einem anderen Element, insbesondere derart, dass durch einfaches Zusammenschieben des Steuergeräts mit einem anderen Element sowohl eine Kühlmittelverbindung als auch eine elektrische Verbindung herstellbar ist.
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Das Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung und das Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung ermöglichen es, in einfacher Weise das Steuergerät mit einem weiteren Element zu verbinden, indem das Steuergerät und das weitere Element in Steck-Verbindungsrichtung S aneinander angenähert und die jeweiligen Kopplungsmittel zusammengesteckt werden. Insbesondere kann eine derartige Verbindung automatisiert, ohne zusätzliches Werkzeug und ohne zusätzlich zu montierende zusätzlichen Bauteile einfach und kostengünstig erfolgen.
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Die Steck-Fluidverbindung kann insbesondere wie im Folgenden beschrieben einfach hergestellt werden, wenn das Kühlmittel-Kopplungsmittel als Endabschnitt der Kühlmittelfluidführung gegenüber dem Steuergerät an der Verbindungsseite hervorragt und das Kühlmittel-Kopplungsmittel eine kleinere oder größere Querschnittserstreckung aufweist als eine korrespondierende Kühlmittelfluidführung eines anderen Elements. In diesem Fall kann das Kühlmittel-Kopplungsmittel mit der Kühlmittelfluidführung des anderen Elements zusammengesteckt werden, insbesondere durch Einstecken eines Elements in das andere Element. An dem Kühlmittel-Kopplungsmittel ist insbesondere mindestens ein O-Ring zur Herstellung einer dichtenden Anordnung vorgesehen. Um ein klemmendes Halten der Steckverbindung vorzusehen, kann diese als Übergangspassung oder Presspassung ausgelegt sein. Insbesondere weist das Kühlmittel-Kopplungsmittel einen - vorzugsweise umlaufenden - Anschlag mit einer Anschlagfläche auf. Ein derartiger Anschlag kann vorteilhaft für die Montage genutzt werden, um eine - weitestgehend unabhängig von dem Kraftniveau und/oder von der Montagegeschwindigkeit während des Zusammensteckens - maschinelle Montage zu realisieren, indem das Steuergerät und das anderen Element bis zum Anschlag zusammengesteckt werden.
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Das Schnittstellen-Kopplungsmittel ist insbesondere als ein herausragender Kontakt, oder als mehrere herausragende Kontakte, Kontaktstifte bzw. Pins oder alternativ als eine oder mehrere Kontaktöffnungen ausgebildet, welche bei Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit korrespondierenden Kontaktöffnungen oder Kontaktstiften in Eingriff gelangen. Es kann zudem ein separater - insbesondere ein die Kontaktstifte schützender und/oder ein die Kontaktöffnungen und die Kontaktstifte jeweils als eine Einheit bereitstellender - Stecker vorgesehen sein. Wenn beidseitig Stecker vorgesehen sind, werden die entsprechend komplementär ausgebildeten Stecker vorzugsweise beim Zusammenschieben des Steuergeräts mit dem anderen Element ineinandergesteckt und somit fachgerecht miteinander montiert.
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Insgesamt kann festgehalten werden, dass ein erfindungsgemäßes Steuergerät gleichzeitig eine einfache Herstellung von mindestens zwei verschiedenen Verbindungstypen durch Stecken ermöglicht, nämlich insbesondere die Herstellung einer elektrischen Steck-Elektroverbindung sowie die Herstellung einer Steck-Fluidverbindung für ein Kühlmittel.
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Eine besonders einfache Handhabung und Montage eines erfindungsgemäßen Steuergeräts wird ermöglicht, weil ferner ein mechanisches Kopplungsmittel an dem Steuergerät vorgesehen ist, das eine mechanische Kopplung des Steuergeräts mit einem anderen Element ermöglicht. Unter einem anderen Element wird insbesondere - wie oben beschrieben - ein Batteriemodul oder ein anderes Funktionselement mit kompatiblen Kopplungsmitteln verstanden.
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Ein mechanisches Kopplungselement dient zur Herstellung einer festen Verbindung des Steuergeräts mit dem anderen Element, insbesondere derart, dass das Steuergerät und das andere Element im verbundenen Zustand als eine - insbesondere starre - Baueinheit bewegt und in einem Kraftfahrzeug installiert werden können.
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Vorzugsweise ist die mechanische Kopplung ebenfalls als Steckverbindung ausgelegt, welche die gleiche Steckverbindungsrichtung S aufweist wie die Steck-Elektroverbindung und die Steck-Fluidverbindung. Dann sind insgesamt drei Kopplungsmittel vorgesehen, wobei durch eine Verbindungshandlung (d.h. durch einen einzigen Verfahrensschritt) sowohl die Steck-Fluidverbindung, die Steck-Elektroverbindung und die mechanische Verbindung herstellbar sind. Wie nachfolgend noch erläutert, kann zur Sicherung der mechanischen Verbindung zusätzlich noch ein Verriegelungselement vorgesehen sein bzw. verwendet werden.
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Als mechanisches Kopplungsmittel sind insbesondere Steckelemente vorgesehen, wie beispielsweise mindestens ein federelastisches Rastelement, welches in eine korrespondierende Ausnehmung mit entsprechenden Absätzen bzw. Hinterschneidungen eingreift.
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Bei dem erfindungsgemäßen Steuergerät ist als mechanisches Kopplungsmittel ein Vorsprung und/oder eine Ausnehmung vorgesehen. Der Vorsprung bzw. die Ausnehmung an dem Steuergerät sind jeweils korrespondierend zu einer Ausnehmung und einem Vorsprung an dem weiteren Element ausgebildet. Vorzugsweise sind der Vorsprung und eine korrespondierende Ausnehmung derart gestaltet, dass der Vorsprung in einem in eine Ausnehmung eingesetzten Zustand (d.h. in Montagelage) mindestens zweiseitig umschlossen ist. Bevorzugt ist die Gestaltung derart, dass der Vorsprung des Steuergeräts mit der Ausnehmung eines Batteriemoduls in Eingriff gelangt, während das Batteriemodul und das Steuergerät in Steck-Verbindungsrichtung aufeinander zu bewegt und so miteinander gekoppelt werden.
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Zur zusätzlichen oder ausschließlichen Sicherung der mechanischen Verbindung zwischen dem Steuergerät und einem weiteren Element ist in dem Vorsprung und/oder in einem die Ausnehmung umgebenden Bereich jeweils eine Öffnung derart ausgebildet, dass diese das Einsetzen eines Verriegelungselements erlaubt. In Montagelage, d.h. bei einer Verbindung des Steuergeräts mit einem weiteren Element, sind die in dem Vorsprung und korrespondierend dazu die in dem die Ausnehmung umgebenden Bereich ausgebildeten Öffnungen miteinander fluchtend angeordnet, so dass das Verriegelungselement beide Öffnungen durchragend angeordnet werden kann. Das Verriegelungselement ist insbesondere als Bolzen oder als Schraube ausgebildet. Vorzugsweise ist das Verriegelungselement als Hülse ausgebildet. Eine Hülse bietet den Vorteil, dass in diese nach dem Einsetzen noch zusätzlich eine Schraube eingebracht werden kann, welche beispielsweise zur Verbindung des Steuergeräts mit dem Fahrzeug nutzbar ist.
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In einer praktischen Ausführungsform ist das Gehäuse des Steuergeräts fest mit mindestens einem separaten Profilelement verbunden, an dessen Stirnseite Kühlmittel-Kopplungsmittel und/oder Schnittstellen-Kopplungsmittel vorgesehen sind. Insbesondere ist das Profilelement als Hohlprofil ausgebildet, welches selbst als Kühlmittelfluidführung dienen kann und/oder in welchem Fluidleitungen und/oder elektrische Leitungen vorgesehen sein können, d.h. angeordnet oder ausgebildet sein können. Als Profilelement kann vorzugsweise ein kostengünstiges Strangpressprofil dienen, insbesondere aus Aluminium. In einem solchen Strangpressprofil können in einfacher Art und Weise Hohlräume ausgebildet oder vorgesehen sein, um darin das Kühlmittelfluid zu führen. Alternativ oder in Ergänzung dazu können eine Leitung oder mehrere Leitungen in einem solchen Strangpressprofil angeordnet sein. Insbesondere ist das mindestens eine Profilelement mit dem Gehäuse des Steuergeräts verschraubt. Es ist vorzugsweise so gestaltet und angeordnet, dass es als Schutz des Steuergeräts vor mechanischer Beschädigung oder sonstigen Einflüssen dient, insbesondere jeweils im Bereich von einer oder mehreren Seitenflächen, vorzugsweise im Bereich von zwei gegenüberliegenden Seitenflächen.
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Die Kühlmittelführung erfolgt insbesondere in dem mindestens einen Profilelement außenseitig des Gehäuses über durchgehende Fluidleitungen. Zur Kühlung einer Steuerelektronik innerhalb des Gehäuses zweigen Fluidleitungen ab und leiten das Kühlmittel in einen Bereich benachbart der Steuerelektronik durch das Gehäuse und/oder entlang des Gehäuses.
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Wie vorstehend schon erwähnt, sind an dem erfindungsgemäßen Steuergerät insbesondere mindestens zwei Profilelemente jeweils außenseitig des Gehäuses vorgesehen. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Profilelemente auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses angeordnet. Die Profilelemente sind in diesem Fall insbesondere fest mit dem Gehäuse verbunden, und an jedem der Profilelemente sind stirnseitig zumindest ein Kühlmittel-Kopplungsmittel und/oder ein Schnittstellen-Kopplungsmittel vorgesehen. Insbesondere kann in einem der Profilelemente eine Zuführleitung für ein Kühlmittel und in dem anderen Profilelement eine Abführleitung für das Kühlmittel derart angeordnet sein, dass das Kühlmittel ausgehend von dem einen Profilelement mit der Zuführleitung durch das Gehäuse in Richtung des anderen Profilelements mit der Abführleitung strömt. Durch die Anordnung von mindestens zwei Profilelementen, welche insbesondere nicht an der Verbindungsseite des Steuergeräts angeordnet sind, wird das Steuergerät besonders gut vor Beschädigungen geschützt.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung von mindestens einem wie vorstehend beschriebenen Steuergerät und einem weiteren Element. Als weiteres Element ist wiederum insbesondere ein Batteriemodul oder ein anderes Funktionselement vorgesehen. An mindestens einer Verbindungsseite des weiteren Elements sind mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit dem Steuergerät und mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit dem Steuergerät vorgesehen. Bei der Steck-Elektroverbindung handelt es sich insbesondere um eine HV-Verbindung oder optional um eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung. Die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung weisen die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S auf. Eine Verbindungsseite des Steuergeräts ist derart zu einer Verbindungsseite des weiteren Elements orientiert angeordnet, dass eine unmittelbare Steck-Fluidverbindung und eine unmittelbare Steck-Elektroverbindung zwischen dem Steuergerät und dem weiteren Element hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Verbindungsseiten des Steuergeräts und des weiteren Elements derart orientiert angeordnet, dass die Verbindungsseiten unmittelbar aneinander anliegend angeordnet sind.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung eines Steuergeräts mit einem weiteren Element ist damit in einfacher Weise durch Zusammenstecken in Steck-Verbindungsrichtung herstellbar. Für weitere Vorteile einer erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
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In einer praktischen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anordnung ist zusätzlich zu der Steck-Elektroverbindung und der Steck-Fluidverbindung über mindestens ein mechanisches Kopplungsmittel eine mechanische Verbindung zwischen dem Steuergerät und dem weiteren Element hergestellt. Die mechanische Verbindung erfolgt insbesondere über einen wie vorstehend beschriebenen Vorsprung und eine korrespondierende Ausnehmung. Vorzugweise weist der Vorsprung und der die Ausnehmung umgebende Bereich eine Öffnung auf, die jeweils miteinander fluchtend ausgerichtet sind, wobei diese Öffnungen zusätzlich von einem Verriegelungselement durchragt werden.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verbindung eines wie vorstehend beschriebenen Steuergeräts mit einem weiteren Element. Zur Definition des weiteren Elements wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. An mindestens einer Verbindungsseite des weiteren Elements sind mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit dem Steuergerät und mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit dem Steuergerät vorgesehen, wobei die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S aufweisen. Zur Herstellung der Verbindung werden das Steuergerät und das weitere Element in Steck-Verbindungsrichtung S relativ zueinander derart bewegt, dass eine Steck-Fluidverbindung und eine Steck-Elektroverbindung hergestellt werden. Insbesondere werden zur Herstellung aller Steck-Verbindungen lediglich eine Verbindungsseite des Steuergeräts und eine dazu kompatible Verbindungsseite des weiteren Elements aufeinander zu bewegt und optional auch zur unmittelbaren Anlage aneinander gebracht.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere automatisiert erfolgen, indem jeweils das Steuergerät und das weitere Element mittels eines Roboters gegriffen (gehalten) und relativ zueinander in Steck-Verbindungsrichtung S aufeinander zu bewegt werden.
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Insbesondere wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zusätzlich eine mechanische Verbindung zwischen dem Steuergerät und dem weiteren Element hergestellt. Dazu weisen das Steuergerät und das weitere Element insbesondere kompatible mechanische Kopplungsmittel auf, wie z.B. einen Vorsprung und eine Ausnehmung. Zusätzlich kann die mechanische Verbindung vor einem unbeabsichtigten Lösen gesichert werden, indem ein Verriegelungselement in eine in dem Bereich um die Ausnehmung ausgebildete Öffnung und eine in dem Vorsprung ausgebildete Öffnung durchragend angeordnet wird.
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Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von Batteriemodulen und einem erfindungsgemäßen Steuergerät vor der Herstellung einer Steckverbindung,
- 2 ein erfindungsgemäßes Steuergerät in einer Explosionsansicht,
- 3 den mit III gekennzeichneten Ausschnitt aus 1 in einer vergrößerten perspektivischen Ansicht,
- 4 das erfindungsgemäße Steuergerät aus 1 und 2 einer perspektivischen Ansicht auf eine Verbindungsseite,
- 5 das Batteriemodul aus 1 in einer perspektivischen Ansicht auf eine zweite Verbindungsseite,
- 6 die Anordnung eines Batteriemoduls und des Steuergeräts gemäß 1 nach Herstellung einer Steckverbindung in einer Schnittdarstellung durch ein erstes Profilelement,
- 7 die Anordnung eines Batteriemoduls und des Steuergeräts gemäß 1 nach Herstellung einer Steckverbindung in einer Schnittdarstellung analog zur Linie VII-VII aus 6,
- 8 die Anordnung eines Batteriemoduls und des Steuergeräts gemäß 1 vor der Herstellung einer Steck-Verbindung in einer ersten perspektivischen Ansicht und
- 9 die Anordnung eines Batteriemoduls und des Steuergeräts gemäß 1 vor der Herstellung einer Steck-Verbindung in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
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In 1 sind drei baugleiche Batteriemodule 10 und ein Steuergerät 12 dargestellt, wobei die Batteriemodule 10 bereits mittels Steckverbindungen untereinander verbunden sind und das Steuergerät 12 vor der Herstellung der Steckverbindung dargestellt ist. Zur Herstellung der Steckverbindungen werden die Batteriemodule 10 und das Steuergerät 12 in Steckverbindungsrichtung S aufeinander zu bewegt. Jedes Batteriemodul 10 weist eine erste Verbindungsseite 14 und eine gegenüberliegende zweite Verbindungsseite 16 auf, wobei jeweils korrespondierende Verbindungsseiten 14, 16 bei einer Verbindung der Batteriemodule 10 zur Anlage kommen. Das Steuergerät 12 weist ebenfalls eine erste Verbindungsseite 14 auf, welche mit einer korrespondierenden zweiten Verbindungsseite 16 eines Batteriemoduls 10 unmittelbar zur Anlage kommt. Die Batteriemodule 10 sind weitere Elemente 36 im Sinne der Erfindung.
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In Zusammenhang mit 2 wird im Folgenden zunächst im Detail auf den Aufbau eines Steuergeräts 12 eingegangen.
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Das Steuergerät 12 umfasst ein Gehäuse 18, in welchem unter anderem die Steuerelektronik (nicht dargestellt) angeordnet ist. Das Gehäuse 18 ist zumindest an einer in 2 gezeigten Unterseite als Hohlprofil ausgebildet und weist mehrere Kammern 20 auf (vgl. auch 6 und 7). Zur Festlegung der Position der Steuerelektronik in dem Gehäuse 18 und zur Abdichtung ist jeweils eine Dichtplatte 22 rechts und links innerhalb des Gehäuses 18 vorgesehen.
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An den Längsseiten des Gehäuses 18 ist jeweils ein erstes Profilelement 24 angeordnet, welches sich über die gesamte Höhe und Länge des Gehäuses 18 erstreckt. Das erste Profilelement 24 ist als Hohlprofil ausgebildet und weist an seinen Stirnseiten 26 mechanische Kopplungsmittel 28 auf. Auf diese wird im Detail in Verbindung mit 3 bis 6 eingegangen.
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Seitlich des ersten Profilelements 24 ist ein zweites Profilelement 30 angeordnet, welches eine L-förmige Geometrie aufweist. Das zweite Profilelement 30 ist ebenfalls als Hohlprofil ausgebildet und weist mehrere Hohlräume 32 auf. Das erste Profilelement 24 und das zweite Profilelement 30 sind mittels Schrauben 34 gemeinsam an dem Gehäuse 18 festgelegt (vgl. auch 3 und 6).
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In den jeweils zweiten Profilelementen 30 ist eine Kühlmittelfluidführung 38 ausgebildet, wobei vorliegend jeweils eine Fluidleitung 40, 42 in einem Hohlraum 32 des zweiten Profilelements 30 angeordnet ist. Die eine Fluidleitung 40 dient als Zuführleitung für Kühlmittel und die andere Fluidleitung 42 als Abführleitung für Kühlmittel. Die Fluidleitungen 40, 42 für das Kühlmittel weisen jeweils Anschlüsse 44 zur Anbindung eines Kühlmittelverteilelements 46 auf, über welche das Kühlmittel in die Kammern 20 des Gehäuses 18 geleitet wird und damit die Steuerelektronik von unten gekühlt wird.
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Zum Anschluss und zur Ansteuerung der Steuerelektronik ist ein Anschlusspanel 48 an dem Gehäuse 18 angeordnet.
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Zudem weist das Steuergerät 12 eine elektrische Schnittstelle 50 (vgl. 4) zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zu den Batteriemodulen 10 auf. Dazu sind vorliegend Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 und ein Stecker 54 zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung vorgesehen(vgl. 4). In dem Gehäuse 18 ist an der Verbindungsseite 14 eine Öffnung 56 ausgebildet, über welche die Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 zugänglich sind.
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Der Aufbau der Batteriemodule 10 ist analog zum Aufbau des Steuergerätes 12. Daher werden für identische oder funktionsgleiche Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet, wie zur Beschreibung des Aufbaus des Steuergerätes 12.
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In Verbindung mit den 3 bis 9 wird im Folgenden die Herstellung der Verbindung eines Steuergeräts 12 mit einem Batteriemodul 10 beschrieben. Das Steuergerät 12 und ein Batteriemodul 10 weisen dabei drei Verbindungstypen auf: eine Steck-Fluidverbindung, eine Steck-Elektroverbindung und eine mechanische Verbindung. Alle drei Verbindungen werden durch Relativbewegung in Steck-Verbindungsrichtung S hergestellt bzw. gelöst.
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Zunächst wird die Herstellung einer Steck-Fluidverbindung näher erläutert. Das Steuergerät 12 weist zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung Kühlmittel-Kopplungsmittel 58 auf (vgl. 3 und 9). Bei dem Kühlmittel-Kopplungsmittel 58 handelt es sich um einen gegenüber dem übrigen Steuergerät 12 in Steckverbindungsrichtung S hervorragenden Abschnitt der Fluidleitung 40, 42 für das Kühlmittel. Das Kühlmittel-Kopplungsmittel 58 ist vorliegend sowohl an der Zuführleitung 40 als auch an der Abführleitung 42 für Kühlmittel an der ersten Verbindungsseite 14 an der Stirnseite 26 des zweiten Profilelements 30 angeordnet. Das Kühlmittel-Kopplungsmittel 58 weist einen gegenüber der übrigen Fluidleitung 40, 42 geringeren Durchmesser auf und kann damit in eine korrespondierende Fluidleitung 40, 42 eines weiteren Elements 36 - wie hier eines Batteriemoduls 10 - an der zweiten Verbindungsseite 16 eingesteckt werden. Wie in 9 gut erkennbar, weist das Kühlmittel-Kopplungsmittel 58 ferner einen umlaufenden Anschlag 60 auf, welcher bei Herstellung der Steckverbindung mit einem Anschlag 62 an der zweiten Verbindungsseite 16 zur Anlage kommt. Zudem sind zur Herstellung einer dichten Verbindung zwei O-Ringe 64 an dem Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 angeordnet.
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Zur Herstellung der Steck-Elektroverbindung weist das Steuergerät 12 eine elektrische Schnittstelle 50 mit Schnittstellen-Kopplungsmitteln 52 auf (vgl. 4 und 7). Vorliegend weist das Steuergerät 12 an der Verbindungsseite 14 als Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 hervorragende Kontakte 66, 68 bzw. Pins auf (die Kontakte sind hier nur an der ersten Verbindungsseite in 4 dargestellt) und ist insoweit als männlicher Stecker („Männchen“) ausgeführt. Die Kontakte 66, 68 sind innerhalb des Gehäuses 18 und gegenüber diesem zurückversetzt angeordnet. In 7 ist zu erkennen, dass die Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 mehrere Kontakte 66 zur Herstellung einer Niedervolt (NV)-Verbindung aufweisen sowie einen Kontakt 68 zur Herstellung einer Hochvolt (HV)-Verbindung.
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Die Steck-Elektroverbindung erfolgt unter Einsatz eines separaten Steckers 54, welcher jeweils an der zu der ersten Verbindungsseite 14 und an der zu der zweiten Verbindungsseite 16 orientierten Seite Kontaktöffnungen 70, 72 korrespondierend zu den Kontakten 66 für die NV-Verbindung und dem Kontakt 68 für die HV-Verbindung aufweist. Der Stecker 54 ist damit als doppelt weiblicher Stecker („Doppel-Weibchen“) ausgeführt. Die Steck-Elektroverbindung erfolgt in dem in 3 und 8 gezeigten Beispiel derart, dass der Stecker 54 in Steck-Verbindungsrichtung S auf die Kontakte 66, 68 der zweiten Verbindungsseite 16 eines Batteriemoduls 10 aufgesteckt wird und in einem zweiten Schritt mit den Kontakten 66, 68 auf der ersten Verbindungsseite 14 des Steuergeräts 12 gesteckt wird.
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Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Kühlmittel-Kopplungsmitteln 58 und Schnittstellen-Kopplungsmitteln 50 sind noch mechanische Kopplungsmittel 28 vorgesehen. Wie in 6 und 8 gut zu erkennen ist, weist die erste Verbindungsseite 14 des Steuergerätes 12 einen Vorsprung 74 auf, welcher korrespondierend zu einer an der zweiten Verbindungsseite 16 des Batteriemoduls 10 ausgebildeten Ausnehmung 76 ausgebildet ist. Der Vorsprung 74 wird in der Ausnehmung 76 aufgenommen und von zwei Seiten - hier oben und unten - umschlossen (vgl. 6 und 7).
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In dem Vorsprung 74 sowie in dem die Ausnehmung 76 umgebenden Bereich sind jeweils Öffnungen 78 ausgebildet (vgl. 4 und 5). Bei einer Verbindung des Steuergeräts 12 mit einem Batteriemodul 10 oder einem weiteren Element 36 sind diese Öffnungen 78 fluchtend zueinander angeordnet und von einem Verriegelungselement 80 durchragt. Bei dem Verriegelungselement 80 handelt es sich vorliegend um eine Hülse (vgl. 6 und 7). Die Hülse weist ein Außengewinde auf und kann zudem von einer Schraube zur Befestigung des Steuergeräts 12 und der Batteriemodule 10 an einem Fahrzeug durchragt werden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriemodul
- 12
- Steuergerät
- 14
- erste Verbindungsseite
- 16
- zweite Verbindungsseite
- 18
- Gehäuse
- 20
- Kammer
- 22
- Dichtplatte
- 24
- erstes Profilelement
- 26
- Stirnseite
- 28
- mechanisches Kopplungsmittel
- 30
- zweites Profilelement
- 32
- Hohlraum
- 34
- Schraube
- 36
- weiteres Element
- 38
- Kühlmittelfluidführung
- 40
- Fluidleitung
- 42
- Fluidleitung
- 44
- Anschluss
- 46
- Kühlmittelverteilelement
- 48
- Anschlusspanel
- 50
- elektrische Schnittstelle
- 52
- Schnittstellen-Kopplungsmittel
- 54
- Stecker
- 56
- Öffnung
- 58
- Kühlmittel-Kopplungsmittel
- 60
- Anschlag
- 62
- Anschlag
- 64
- O-Ring
- 66
- Niedervolt-Kontakt
- 68
- Hochvolt-Kontakt
- 70
- Kontaktöffnung (NV)
- 72
- Kontaktöffnung (HV)
- 74
- Vorsprung
- 76
- Ausnehmung
- 78
- Öffnung
- 80
- Verriegelungselement
