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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Deckel für ein Batteriegehäuse einer Kraftfahrzeug-Hochvoltbatterie, eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Deckel und ein Kraftfahrzeug mit einer derartigen Hochvoltbatterie.
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Hochvolt- oder Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge haben heutzutage einen Energieinhalt, der in einem Fehlerfall eine signifikante Gefahrenquelle darstellen kann. Insbesondere bei den heutzutage weit verbreiteten Batterien oder Akkus auf Basis einer Lithiumionen-Technologie kann es ohne abhelfende Maßnahmen im Fehlerfall zu einem Druckaufbau in der Batterie kommen, der eine Explosion und damit weitere Beschädigungen und Gefährdungen in einer Umgebung der Batterie bewirken kann.
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Die
DE 10 2012 022 346 A1 offenbart ein Batterie-Gehäuse mit einer Gehäuse-Öffnung, die mittels eines Membran-Trägers zur Entgasung und zum Druckausgleich abgedeckt ist. Eine Gasdurchgangs-Öffnung ist auf einer Träger-Körper-Innenseite von einem Membran-Abdeckteil überdeckt. Weiterhin ist der Träger-Körper mit einem an dessen Innenseite angeordneten mit Membran-Innen-Schutz-Körper fest verbunden, der ein Membran-Stütz-Gitter mit einer Vielzahl von Membran-Stütz-Gitterstegen enthält. Durch diese aufwendige Konstruktion und entsprechende wasserdichte Verbindungen soll verhindert werden, dass Wasser in den Gehäuse-Innenraum gelangen kann, während Luft durch die Membran entweichen kann.
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Aus der
DE 10 2013 207 872 A1 ist ein Hochvoltspeicher für ein Fahrzeug bekannt. Der Hochvoltspeicher weist ein Gehäuse mit einer einschaligen Unterschale aus Metall und einem die Unterschale verschließenden Deckel aus Kunststoff auf. In dem Gehäuse sind mehrere Energiespeicherzellen und/oder Energiespeichermodule angeordnet. In den Deckel kann eine Druckausgleichseinheit mit einer gasdurchlässigen Membran eingeklebt sein. Ein Abschnitt des Deckels kann als Berstschutz mit einer geringeren Materialstärke ausgebildet sein, sodass bei entsprechendem Überdruck im Gehäuse der Deckel an dem Berstschutz aufbricht.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, auf besonders einfache und zuverlässige Weise einen sicheren Betrieb einer Hochvoltbatterie zu ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen sowie in der nachfolgenden Beschreibung und in den Zeichnungen angegeben.
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Der erfindungsgemäße Deckel für ein Batteriegehäuse einer Kraftfahrzeug-Hochvoltbatterie ist zum Abschließen einer Seite des Batteriegehäuses ausgebildet. Ohne den Deckel kann das Batteriegehäuse also an dieser Seite offen sein, beispielsweise durch eine zumindest im Wesentlichen schalenförmige Gestaltung des Batteriegehäuses. In bestimmungsgemäßer Einbaulage ist der Deckel auf dieser ansonsten offenen Seite des Batteriegehäuses angeordnet und verschließt diese Seite, sodass das Batteriegehäuse einschließlich des Deckels einen Innenraum zum Aufnehmen wenigstens einer Batteriezelle der Hochvoltbatterie vollständig umschließt oder umgibt.
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Unter einer Hochvoltbatterie ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektroautos zu verstehen, insbesondere eine Batterie oder ein Akku mit einer Nennspannung von wenigstens 80 V, bevorzugt von wenigstens 200 V.
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Um auf besonders einfache und zuverlässige Weise einen sicheren Betrieb der Hochvoltbatterie zu ermöglichen, weist der Deckel erfindungsgemäß eine Lochplatte mit einer Vielzahl von Durchlassöffnungen auf, wobei die Lochplatte von einer die Durchlassöffnungen abdichtenden Folie abgedeckt oder überspannt ist. Insbesondere erstreckt sich die Lochplatte dabei über eine gesamte Flächenausdehnung des Deckels. Bevorzugt ist die Lochplatte biegesteif, also formstabil ausgebildet und ist besonders bevorzugt das einzige biegesteife, also form- und strukturgebende oder -erhaltende Bauteil des Deckels. Mit anderen Worten wird dann die Steifigkeit und Stabilität des Deckels allein durch die Lochplatte gewährleistet. Auf diese Weise kann vorteilhaft eine Doppelfunktionalität der Lochplatte realisiert, der Deckel insgesamt besonders einfach, also mit geringer Komplexität, gestaltet und letztlich Gewicht eingespart werden.
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Unter einer Lochplatte ist im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein Lochblech oder ein gelochtes Blech zu verstehen. Die Lochplatte kann also bevorzugt aus Metall oder einem metallischen Werkstoff gefertigt sein. Hierdurch kann sowohl die nötige Stabilität oder Biegesteifigkeit der Lochplatte - und somit des Deckels insgesamt - als auch eine einfache Herstellung und Handhabbarkeit des Deckels erreicht werden. Ebenso kann die Lochplatte aber aus einem anderen Werkstoff gefertigt sein, beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoffmaterial.
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Erfindungsgemäß ist die Folie derart ausgebildet, dass die Folie bei einer vorgegebenen auf die Folie einwirkenden Temperatur und/oder einem vorgegebenen auf die Folie einwirkenden Druck zumindest teilweise, insbesondere im Bereich der Durchlassöffnungen, durch die einwirkende Temperatur und/oder durch den einwirkenden Druck zerstört wird und dadurch die - zumindest die in einem jeweiligen Einwirkbereich der Temperatur und/oder des Drucks angeordnete oder angeordneten - Durchlassöffnungen freigibt. Tritt also wenigstens die vorgegebene Temperatur und/oder der vorgegebene Druck an dem Deckel auf, so wird die Folie hierdurch im Bereich wenigstens einer der Durchlassöffnungen zerstört. Erfindungsgemäß ist der Deckel gegenüber der vorgegebenen Temperatur und/oder gegenüber dem vorgegebenen Druck beständig, also stabil. Treten also die vorgegebene Temperatur und/oder der vorgegebene Druck auf, so wird zwar die Folie zumindest teilweise zum Freigeben der Durchlassöffnungen zerstört, nicht aber die Lochplatte. Es ist vorgesehen, dass die Durchlassöffnungen die Lochplatte, insbesondere den Deckel, zumindest im Wesentlichen senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Lochplatte und des Deckels vollständig durchgreifen, wobei in einem fehler- und beschädigungsfreien Normalbetrieb oder Normalzustand die Durchlassöffnungen durch die Folie bedeckt oder verschlossen sind. Dazu kann die Folie beispielsweise auf die Lochplatte aufgeklebt, auflaminiert oder aufgespannt sein. Insbesondere kann die Folie dicht und unmittelbar auf der Lochplatte aufliegen.
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Tritt in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Deckels, also bei bestimmungsgemäßer Verwendung oder Anordnung des Deckels auf dem Batteriegehäuse als Abdeckelement für die wenigstens eine Batteriezelle der Hochvoltbatterie, ein Fehler oder eine Beschädigung der wenigstens einen Batteriezelle auf, so kann dies zu einem Brand, zum Entstehen oder Austreten von Gasen und/oder zum Entstehen eines Überdrucks in dem Batteriegehäuse führen. Dabei auftretende Temperaturen und Drücke sind signifikant höher oder größer als Temperaturen und Drücke, die in einem fehler- und beschädigungsfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie in dem Batteriegehäuse auftreten können. In dem Normalbetrieb dichtet die Folie die Durchlassöffnungen und damit den Innen- oder Aufnahmeraum des Batteriegehäuses gegenüber einer Umgebung der Hochvoltbatterie ab. Im Fehler- oder Beschädigungsfall, also insbesondere bei einer Beschädigung der wenigstens einen Batteriezelle, können hingegen - anders als im Normalbetrieb - die vorgegebene Temperatur und/oder der vorgegebene Druck erreicht und hierdurch die Folie zerstört und somit eine, mehrere oder alle der Durchlassöffnungen freigegeben werden.
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Durch das Zerstören der Folie und das resultierende Freigeben der Durchlassöffnung oder Durchlassöffnungen wird eine direkte Verbindung zwischen beiden Seiten des Deckels hergestellt - in bestimmungsgemäßer Einbaulage an dem Batteriegehäuse also zwischen dem Innen- oder Aufnahmeraum des Batteriegehäuses und der Umgebung des Batteriegehäuses beziehungsweise der Hochvoltbatterie. Dadurch werden ein Druckausgleich, also ein Abbau eines Überdrucks in dem Batteriegehäuse und ein Entweichen von, gegebenenfalls aus der wenigstens einen Batteriezelle ausgetretenen oder beispielsweise durch eine chemische Reaktion erzeugten, Gasen durch die Durchlassöffnungen hindurch ermöglicht. Tritt zunächst eine wenigstens der vorgegebenen Temperatur entsprechende Temperatur auf, so kann durch diese, also eine entsprechende Wärmeeinwirkung auf die Folie, die Folie zerstört und dadurch präventiv ein Entstehen von Überdruck in dem Batteriegehäuse verhindert werden.
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Durch die Verwendung der Lochplatte mit der Vielzahl von Durchlassöffnungen kann vorteilhaft gegebenenfalls ein direkter oder konzentrierter Strahl erhitzter Gase oder eine Stichflamme räumlich verteilt oder umgeleitet werden und als diffuser Strahl oder als diffuse, also weniger stark gerichtete, Flamme durch mehrere der Durchlassöffnungen austreten. So kann vorteilhaft eine Punktenergie, also eine lokalisierte, maximale Energiedichte, und damit auch ein entsprechendes Beschädigungs- oder Gefährdungspotenzial reduziert werden. Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist es, dass durch das vorgesehene Zerstören der Folie bei gleichzeitiger Beständigkeit und Stabilität des Lochblechs der Druck oder Überdruck abgebaut werden kann, ohne dass die Gefahr besteht, dass harte Teile, Splitter oder Fragmente des Deckels explosiv in eine Umgebung der Hochvoltbatterie geschleudert werden, wie es beispielsweise bei einem Aufbrechen eines steifen Deckels an einer Sollbruchstelle passieren kann. Vorteilhaft kann also durch die Lochplatte sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall die Stabilität, Formstabilität oder strukturelle Integrität der Hochvoltbatterie beziehungsweise des Batteriegehäuses sichergestellt, insbesondere dauerhaft aufrechterhalten werden, was zu einer verbesserten Sicherheit beiträgt. Dazu kann die Lochplatte insbesondere eine größere Materialstärke oder Dicke aufweisen als die Folie.
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Die Folie kann vorteilhaft luftundurchlässig, also aus einem luftundurchlässigen Material oder Werkstoff gebildet sein. Hierdurch kann im Normalbetrieb ein Eindringen von Wasser, Fremdpartikeln oder Schmutz in das Batteriegehäuse vermieden werden. Ebenso kann die Folie aber vorteilhaft als, beispielsweise semipermeable und/oder mikroporöse, Membran ausgebildet sein. Hierdurch kann vorteilhaft ebenfalls ein Wassereintritt in das Batteriegehäuse vermieden werden. Gleichzeitig kann die Folie beziehungsweise Membran dann aber im Normalbetrieb ohne Zerstörung, also ohne zerstört zu werden, als Druckausgleichselement zum Angleichen eines Innendrucks in dem Innen- oder Aufnahmeraum des Batteriegehäuses an einen Außen- oder Umgebungsdruck des Batteriegehäuses beziehungsweise der Hochvoltbatterie dienen oder verwendet werden. Dazu kann die Folie beispielsweise eine Gore-Tex-Membran oder eine funktionell ähnliche Membran sein oder umfassen, also beispielsweise für Luft, Gas, Wasserdampf oder dergleichen durchlässig oder teildurchlässig sein. Hierdurch kann vorteilhaft, da bauteilsparend, eine Doppelfunktionalität der Folie realisiert und somit gegebenenfalls ein zusätzliches Druckausgleichselement zum Druckausgleich im Normalbetrieb eingespart werden.
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Derartige funktionale, semipermeable und/oder mikroporöse Membranen haben jedoch eine begrenzte Durchlässigkeit oder Transportfähigkeit für Gase oder Dämpfe und können die im Fehler- oder Beschädigungsfall auftretenden relativ schnellen Druckanstiege nicht sicher und zuverlässig beschädigungsfrei ausgleichen oder ableiten. Für den Fehler- oder Beschädigungsfall ist also eine Lösung oder Maßnahme notwendig, die einen schnelleren Druckausgleich oder Druckabbau und ein Abführen von erhitzten Gasen, und damit auch einen Temperaturausgleich ermöglicht. Dies wird vorliegend durch die Auslegung der Folie erreicht, also dadurch, dass die Folie gegenüber im fehler- und beschädigungsfreien Normalbetrieb auftretenden Temperaturen und/oder Drücken beständig aber unbeständig gegenüber im Fehler- oder Beschädigungsfall auftretenden Temperaturen und/oder Drücken, also der vorgegebenen Temperatur und/oder dem vorgegebenen Druck, ist. Dies kann durch eine geeignete Wahl eines Materials der Folie und eine geeignet ausgelegte Materialstärke oder Dicke der Folie realisiert werden. Hierfür sind eine Vielzahl geeigneter Materialien verfügbar.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist die Folie aus einem zumindest im Wesentlichen wasserdichten Kunststoffmaterial gefertigt und temperaturstabil bis wenigstens 150°C. Bevorzugt ist die Folie beziehungsweise das Kunststoffmaterial dabei bis höchstens 400°C temperaturstabil. Mit anderen Worten kann als die vorgegebene Temperatur, durch die die Folie zerstört wird beziehungsweise zerstörbar ist, eine Temperatur von mehr als 150°C, bevorzugt von wenigstens 400°C, vorgegeben sein. Durch diese Auslegung der Folie kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass sie im Normalbetrieb der Hochvoltbatterie den Innenraum des Batteriegehäuses und damit die wenigstens eine Batteriezelle zuverlässig und dauerhaft gegenüber der Umgebung abdichtet, im Fehler- oder Beschädigungsfall jedoch ausreichend schnell zerstört wird und die Durchlassöffnungen freigibt, um eine Explosion der Hochvoltbatterie durch einen, insbesondere temperaturbedingten, Überdruck zu verhindern oder zumindest eine Wahrscheinlichkeit hierfür oder eine entsprechende Heftigkeit zu verringern.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weisen die Durchlassöffnungen der Lochplatte jeweils einen Durchmesser von wenigstens 3 mm, insbesondere von wenigstens 10 mm, auf. Mit anderen Worten können die Durchlassöffnungen also bevorzugt rund oder kreisscheibenförmig sein und dabei bevorzugt eine minimale Größe oder lichte Weite von wenigstens 3 mm beziehungsweise von wenigstens 10 mm aufweisen. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass der Druckausgleich oder -abbau aufgrund der Querschnittsfläche der Durchlassöffnungen ausreichend schnell möglich ist, also ein ausreichend großer Volumenstrom durch die Durchlassöffnungen und somit durch den Deckel hindurchtreten kann, um eine Explosion der Hochvoltbatterie zu verhindern. Durch den minimalen Durchmesser von wenigstens 3 mm beziehungsweise von wenigstens 10 mm kann vorteilhaft verhindert werden oder zumindest die Wahrscheinlichkeit dafür signifikant gesenkt werden, dass die Durchlassöffnungen von Wasser oder mit einem austretenden Gasstrom transportierten Partikeln oder dergleichen verstopft werden.
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Dass die Durchlassöffnungen einen Durchmesser von jeweils wenigstens 3 mm beziehungsweise von jeweils wenigstens 10 mm aufweisen, bedeutet nicht notwendigerweise, dass die Durchlassöffnungen tatsächlich rund oder kreisscheibenförmig gestaltet sind. Ebenso kann als Durchmesser hier die minimale Ausdehnung oder lichte Weite der Durchgangsöffnungen verstanden werden. Sind die Durchlassöffnungen beispielsweise rechteckförmig, so ist in diesem Fall der Durchmesser als Seitenlänge der kürzesten Seite des Rechtecks oder als Diagonale des Rechtecks zu verstehen. Zudem ist hier die Angabe des Durchmessers auf einen Zentral- oder Hauptbereich der jeweiligen Durchlassöffnung bezogen. Weist also beispielsweise eine im Wesentlichen runde oder kreisscheibenförmige Durchlassöffnung eine gegenüber dem runden oder kreisscheibenförmigen Teilbereich kleinere oder schmalere Ausbuchtung oder Auswölbung auf, so soll deren Größe für die Bestimmung des Durchmessers außer Acht bleiben. Entsprechendes gilt für den Fall, dass beispielsweise zwei nebeneinander angeordnete Durchlassöffnungen durch einen Kanal miteinander verbunden sind, der eine geringere Breite aufweist als die jeweiligen Durchlassöffnungen.
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In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Deckels auf dem Batteriegehäuse die Folie auf einer von dem Batteriegehäuse abgewandten Außenseite der Lochplatte angeordnet. Insbesondere bildet die Folie also die Außenseite beziehungsweise eine äußerste Schicht des Deckels. Durch diese Anordnung wird also diejenige Seite der Lochplatte beziehungsweise des Deckels, auf der die Folie angeordnet ist, durch die Folie gegenüber der Umgebung abgedichtet oder isoliert. Dadurch kann die Folie vorteilhaft einen Korrosionsschutz für die Lochplatte, für den Deckel und - zumindest in der bestimmungsgemäßen Einbaulage des Deckels - für das Batteriegehäuse beziehungsweise dessen Innenraum bilden. Dies ist insbesondere dann besonders vorteilhaft möglich, wenn die Folie aus einem witterungsbeständigen Kunststoffmaterial gefertigt ist.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung nimmt die Lochplatte einen Großteil, bevorzugt wenigstens 80 %, einer Fläche des Deckels in dessen Haupterstreckungsebene ein, wobei die Durchlassöffnungen in einem regelmäßigen Muster immer insbesondere gleichmäßig, über die Lochplatte verteilt angeordnet sind. Mit anderen Worten wird also ein Großteil des Deckels beziehungsweise der Fläche des Deckels durch die Lochplatte gebildet, sodass vorteilhaft der Druckausgleich über diesen Großteil der Fläche des Deckels verteilt erfolgen kann. Hierdurch können vorteilhaft gegebenenfalls in einem Teilbereich des Deckels oder der Lochplatte lokalisiert auftretende Spitzenbelastungen der Lochplatte beziehungsweise des Deckels reduziert werden.
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Ebenso kann so gegebenenfalls vorteilhaft sichergestellt werden, dass unabhängig von einer Stelle, an welcher der Fehler oder die Beschädigung auftritt, die zum Entstehen wenigstens der vorgegebenen Temperatur und/oder wenigstens des vorgegebenen Drucks führt, der Druckausgleich durch wenigstens eine der Durchlassöffnungen erfolgen kann. Besonders vorteilhaft kann so zudem eine Wegstrecke reduziert werden, die von einem im Fehler- oder Beschädigungsfall entstehenden heißen Gas im Inneren des Batteriegehäuses zurückgelegt werden muss, um wenigstens eine der Durchlassöffnungen zu erreichen. Somit können gegebenenfalls sekundäre Beschädigungen innerhalb des Batteriegehäuses vermieden oder in ihrer Wahrscheinlichkeit oder Schwere reduziert werden.
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In vorteilhafter Weiterbildung der vorliegenden Erfindung entspricht eine Gesamtfläche aller Durchlassöffnungen zusammengenommen wenigstens 20 %, bevorzugt wenigstens 50 %, einer Gesamtfläche des Deckels in dessen Haupterstreckungsebene. Bevorzugt kann die Gesamtfläche aller Durchlassöffnungen höchstens 80 % der Gesamtfläche des Deckels betragen. Mit anderen Worten ist dann also ein Flächenanteil von 80 % bis 20 %, insbesondere 50 % bis 20 %, des Deckels massiv ausgebildet, während der jeweilige übrige Flächenanteil des Deckels durch die Durchlassöffnungen des Lochbleches gebildet oder eingenommen wird. Durch diese Auslegung oder Ausgestaltung des Deckels kann ein vorteilhafter Kompromiss zwischen einer ausreichenden Fläche der Durchlassöffnungen für einen möglichst schnellen und zuverlässigen Druckausgleich einerseits und einer Stabilität und Biegesteifigkeit des Deckels andererseits erreicht werden. Zudem steht so ausreichend massive Fläche des Deckels zur Verfügung, um die Folie zuverlässig und sicher auf dem Deckel zu befestigen, beispielsweise aufzukleben.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug. Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie weist ein Batteriegehäuse mit einem Gehäusekörper auf, welcher einen auf einer Seite offenen Aufnahmeraum für wenigstens eine Batteriezelle der Hochvoltbatterie ausbildet. Die Hochvoltbatterie weist zudem einen erfindungsgemäßen Deckel für das Batteriegehäuse auf, welcher den Aufnahmeraum auf der offenen Seite des Gehäusekörpers abschließt, also zum Abschließen des Aufnahmeraums auf der offenen Seite des Gehäusekörpers ausgebildet ist. Der Deckel schließt den Aufnahmeraum, also das Batteriegehäuse, dabei in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage ab. Gleichwohl kann der Deckel jedoch bevorzugt zerstörungsfrei und reversibel von dem Gehäusekörper gelöst und wieder an diesem befestigt werden. Für eine sichere Verbindung oder Befestigung des Deckels an dem Gehäusekörper kann der Deckel beispielsweise mit dem Gehäusekörper verschraubt sein oder verschraubt werden. Entlang eines Randes oder eines Umfangs des Deckels, insbesondere entlang einer Kontaktlinie zwischen dem Deckel und dem Gehäusekörper, kann vorteilhaft eine Dichtung angeordnet sein, durch die ein Eintreten von Wasser in den Aufnahmeraum des Batteriegehäuses bei aufgesetztem Deckel verhindert wird.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung sind in dem Batteriegehäuse der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie mehrere Batteriemodulen nebeneinander angeordnet. Die Durchlassöffnungen der Lochplatte sind in Abhängigkeit von einer Anordnung der Batteriemodule platziert, sodass über jedem der nebeneinander angeordneten Batteriezellen wenigstens eine der Durchlassöffnungen angeordnet ist. Mit anderen Worten weist jeder Flächenteilbereich des Deckels, der in einer sich senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene oder Hauptausdehnungsebene des Deckels erstreckenden Blick- oder Projektionsrichtung genau ein Batteriemodul überdeckt, wenigstens eine Durchlassöffnung oder Anteile mehrerer Durchlassöffnungen, die zusammengenommen in ihrer Fläche mindestens der Fläche einer Durchlassöffnung entsprechen, auf. Hierdurch kann vorteilhaft sichergestellt werden, dass unabhängig davon, in welchem der Batteriemodule der Fehler oder die Beschädigung auftritt, ein besonders schneller und effizienter Druckausgleich und ein besonders schnelles und effizientes Abführen austretenden Gase oder dergleichen möglich ist. Ein Batteriemodul kann dabei jeweils mehrere Batteriezellen umfassen oder zusammenfassen.
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Durch diese Auslegung oder Ausbildung der Lochplatte beziehungsweise des Deckels können zudem Trennwände zwischen einzelnen oder mehreren Batteriemodulen innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet werden, ohne den Druckausgleich und das Abführen oder Ableiten entstehender oder austretender Gase im Fehler- oder Beschädigungsfall zu behindern. Durch derartige Trennwände kann beispielsweise die Steifigkeit oder Formstabilität der Hochvoltbatterie ebenso wie deren Sicherheit verbessert werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist der Gehäusekörper des Batteriegehäuses wenigstens ein Druckausgleichselement zum Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum und einer Umgebung des Batteriegehäuses auf. Dieses wenigstens eine Druckausgleichselement ist dabei zum Druckausgleich in einem fehler- und beschädigungsfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie ausgelegt. Dieser Normalbetrieb ist dadurch gekennzeichnet, dass während des Normalbetriebs eine in dem Batteriegehäuse herrschende oder auftretende Temperatur und/oder ein in dem Batteriegehäuse herrschender oder auftretender Druck kleiner ist beziehungsweise kleiner sind als die vorgegebene Temperatur beziehungsweise der vorgegebene Druck.
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Das Druckausgleichselement kann beispielsweise eine semipermeable und/oder mikroporöse Membran aufweisen, die eine Ausnehmung oder Durchgangsöffnung in dem Gehäusekörper abdeckt oder überspannt. Ebenso kann das Druckausgleichselement als Ventil ausgebildet sein oder ein Ventil umfassen. Besonders bevorzugt kann das Druckausgleichselement stabil, also beständig gegenüber wenigstens der vorgegebenen Temperatur und/oder gegenüber wenigstens dem vorgegebenen Druck ausgebildet sein. Im Fehler- oder Beschädigungsfall, wenn also wenigstens die vorgegebene Temperatur und/oder wenigstens der vorgegebene Druck in dem Gehäusekörper beziehungsweise in dem Batteriegehäuse auftreten, kann dann das Druckausgleichselement - ebenso wie die Lochplatte - unbeschädigt bleiben, sodass der Druck beziehungsweise Überdruck zumindest im Wesentlichen durch beziehungsweise über die Durchlassöffnungen in der Lochplatte, also durch den Deckel hindurch, abgebaut und gegebenenfalls austretende Gase ebenfalls zumindest im Wesentlichen durch die Durchlassöffnungen, also durch den Deckel hindurch, aus dem Innen- oder Aufnahmeraum des Batteriegehäuses abgeleitet oder ausgeleitet werden, also austreten können. Durch eine entsprechend stabile oder beständige Auslegung des Druckausgleichselement kann also vorteilhaft gesteuert, also - durch entsprechende Anordnung der Durchlassöffnungen - gezielt beeinflusst werden, an welcher Stelle und in welche Richtung im Fehlerfall eine Druckwelle, erhitztes Gas und/oder dergleichen aus dem Batteriegehäuse auftritt, da dies dann zumindest im Wesentlichen nur, also zumindest größtenteils durch die Durchlassöffnungen erfolgt. So können also vorteilhaft Beschädigungen umgebender Bauteile oder Einrichtungen minimiert beziehungsweise vorhergesehen und entsprechend gehandhabt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist der Gehäusekörper bis auf die durch den Gehäusedeckel abgeschlossene, offene Seite allseitig druckdicht ausgebildet, weist also kein Druckausgleichselement auf. Die Folie des Deckels ausgebildet ist dabei als Druckausgleichselement zum Druckausgleich zwischen dem Aufnahmeraum und einer Umgebung des Batteriegehäuses in dem fehlerfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie, in dem eine in dem Batteriegehäuse herrschende Temperatur und/oder ein in dem Batteriegehäuse herrschender Druck kleiner sind als die vorgegebene Temperatur beziehungsweise der vorgegebene Druck. Dazu kann die Folie ganz oder teilweise, zumindest im Bereich einiger oder aller der Durchlassöffnungen, als - teilweise gasdurchlässige - Membran ausgebildet sein. Wie bereits erläutert kann die Folie dazu vorteilhaft als funktionelle, beispielsweise semipermeable und/oder mikroporöse, Membran ausgebildet sein und dadurch vorteilhaft, da bauteilsparend, eine Doppelfunktionalität übernehmen oder aufweisen. Da dann auf ein zusätzliches Druckausgleichselement zum Druckausgleich im Normalbetrieb verzichtet werden kann, kann das Batteriegehäuse, insbesondere der Gehäusekörper, besonders kostengünstig und lecksicher hergestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung weist die Hochvoltbatterie mehrere Batteriegehäuse mit einem jeweiligem Gehäusekörper und einem jeweiligen erfindungsgemäßen Deckel auf. Die mehreren Batteriegehäuse sind dabei stapelförmig übereinander angeordnet, sodass sich die Haupterstreckungsebenen der Deckel zumindest im Wesentlichen parallel zueinander erstrecken. Die Hochvoltbatterie weist dann zu dem jeweilige Abstandselemente auf, durch die die Batteriegehäuse in Stapelrichtung voneinander beabstandet sind, also voneinander beabstandet gehalten werden, sodass jeweils zwischen einem Deckel und dem darüber angeordneten Batteriegehäuse ein Zwischenraum besteht oder gegeben ist, also freigehalten wird, der den jeweiligen Gehäusedeckel direkt gegenüber einer Umgebung der Hochvoltbatterie exponiert. Mit anderen Worten sind also mehrere Batteriegehäuse als Teile der Hochvoltbatterie vorgesehen, wobei die Deckel der einzelnen Batteriegehäuse mit der Umgebung der Hochvoltbatterie in Verbindung stehen, also von außerhalb der Hochvoltbatterie zugänglich oder erreichbar sind. Durch diese Anordnung kann vorteilhaft eine kompakte, flächensparende Form der Hochvoltbatterie realisiert werden und gleichzeitig ein sicherer Druckausgleich für jedes der Batteriegehäuse sichergestellt beziehungsweise ermöglicht werden.
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Dadurch, dass die Gehäusedeckel gegenüber der Umgebung exponiert sind, kann also im jeweiligen Fehlerfall Druck und Gas durch den jeweiligen Gehäusedeckel und den Zwischenraum in die Umgebung der Hochvoltbatterie hinein entweichen. Tritt der jeweilige Fehler oder die jeweilige Beschädigung nur lokalisiert in einem Batteriegehäuse auf, so kann dadurch gegebenenfalls eine Beschädigung der übrigen Batteriegehäuse und somit eine Kettenreaktion vermieden werden. Die Abstandselemente können beispielsweise im jeweiligen Eckbereichen der Batteriegehäuse angeordnete und in Stapelrichtung verlaufende Stäbe oder Stangen sein, an denen die einzelnen Batteriegehäuse befestigt sind. Bevorzugt kann der Abstand oder Zwischenraum beispielsweise eine Größe oder Höhe von 10 mm bis 15 mm aufweisen. Vorteilhaft kann der jeweilige Zwischenraum zwischen zwei Batteriegehäusen zudem von einem Kühlluftstrom durchströmt werden, sodass trotz der kompakten Anordnung der Batteriegehäuse übereinander zumindest im Normalbetrieb eine Überhitzung der Hochvoltbatterie vermieden werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie, insbesondere ausgebildet oder vorgesehen als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs.
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Die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie kann insbesondere die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Deckel genannte Hochvoltbatterie sein. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann insbesondere das im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie und/oder das in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Deckel genannte Kraftfahrzeug sein.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen und Aspekte der Erfindung.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Deckels beschrieben sind und umgekehrt. Um eine unnötige Redundanz zu vermeiden, sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Deckels, der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie und des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal in allen Kombinationen explizit beschrieben.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Draufsicht auf einen Deckel für eine Hochvoltbatterie;
- 2 eine schematische und geschnittene Seitenansicht des Deckels aus 1;
- 3 eine schematische, ausschnittweise und perspektivische Explosionsansicht einer Hochvoltbatterie mit mehreren Batteriegehäusen; und
- 4 eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs mit einer Hochvoltbatterie.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf einen Deckel 1 für ein Batteriegehäuse einer Kraftfahrzeug-Hochvoltbatterie. Der Deckel 1 ist vorliegend als Lochplatte mit einer Vielzahl von Durchlassöffnungen 2 ausgebildet, von denen hier nur einige beispielhaft gekennzeichnet sind. Die Durchlassöffnungen 2 durchgreifen dabei die Lochplatte senkrecht zur Bildebene vollständig. In dieser Ansicht nicht erkennbar ist die Lochplatte jedoch über ihre gesamte Fläche von einer Folie 3 (siehe 2) überdeckt oder überspannt, welche die Durchlassöffnungen 2 außenseitig abdeckt, also verschließt. Die Durchlassöffnungen 2 sind vorliegend über die gesamte Fläche des Deckels 1 in einem regelmäßigen Muster gleichmäßig verteilt und weisen individuell jeweils einen Durchmesser von wenigstens 3 mm, insbesondere von wenigstens 10 mm, auf.
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2 zeigt eine schematische und entlang einer in 1 angedeuteten Linie AA geschnittene Seitenansicht des Deckels 1. Hier ist deutlich zu erkennen, dass die Durchlassöffnungen 2 zwar die Lochplatte durchgreifen, außenseitig auf dieser jedoch die nicht durchbrochene Folie 3 angeordnet ist.
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3 zeigt eine schematische ausschnittweise perspektivische Explosionsansicht einer Hochvoltbatterie 4. Zuunterst ist dabei eine Schutzplatte 5 angeordnet, welche als Schutz der Hochvoltbatterie 4 gegenüber mechanischen Einwirkungen und Beschädigungen von unten dient und zudem beispielsweise Kühlleitungen, elektrische Verbindungen, Befestigungsmittel und dergleichen tragen oder aufnehmen kann.
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Oberhalb der Schutzplatte 5 befindet sich eine erste Ebene 6 der Hochvoltbatterie 4. In dieser ersten Ebene 6 ist ein erstes Batteriegehäuse 7 angeordnet, in dem mehrere erste Batteriemodule 8 aufgenommen beziehungsweise angeordnet sind. Jedes der ersten Batteriemodule 8 kann mehrere einzelne Batteriezellen enthalten. Nach oben hin abgeschlossen wird das erste Batteriegehäuse 7 durch einen ersten Deckel 9. Dieser erste Deckel 9 ist vorliegend entsprechend dem in 1 und in 2 dargestellten Deckel 1 gestaltet, zumindest insofern als auch der erste Deckel 9 eine Vielzahl von Durchlassöffnungen 2 aufweist, die von der Folie 3 abgedeckt sind. Die Folie 3 ist dabei derart ausgebildet, dass diese durch eine vorgegebene auf die Folie 3 einwirkende Temperatur und/oder einen vorgegebenen auf die Folie 3 einwirkenden Druck an einer jeweiligen entsprechend exponierten oder belasteten Stelle, insbesondere im Bereich eines oder mehrerer der Durchlassöffnungen 2, zerstört wird und dadurch die jeweiligen Durchlassöffnungen 2 freigibt. Durch die so freigegebenen Durchlassöffnungen 2 wird also durch den Deckel 1 hindurch eine durchgängige Verbindung zwischen einem Innenraum des ersten Batteriegehäuses 7, in dem die ersten Batteriemodule 8 aufgenommen sind, und einer Umgebung der Hochvoltbatterie 4 hergestellt.
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Der erste Deckel 1 selbst ist hier aus einem metallischen Werkstoff gebildet und stabil oder beständig gegenüber der vorgegebenen Temperatur und/oder dem vorgegebenen Druck. Diese vorgegebene Temperatur beziehungsweise dieser vorgegebene Druck treten in einem fehler- und beschädigungsfreien Normalbetrieb der Hochvoltbatterie 4 nicht auf, sondern erst in einem Fehlerfall oder bei einer Beschädigung einer der Batteriezellen, beispielsweise bei einem Kurzschluss und einem resultierenden Brand. Durch dabei auftretende Temperaturen und/oder eine Bildung oder einen Austritt von, insbesondere erhitztem, Gas, kann in dem ersten Batteriegehäuse 7 ein Überdruck entstehen, der wenigstens dem vorgegebenen Druck entspricht. In diesem Fall wird die Folie 3 durch diesen Druck und/oder eine damit einhergehende Temperatur, die wenigstens der vorgegebenen Temperatur entspricht, zumindest teilweise zerstört, sodass der Überdruck in dem ersten Batteriegehäuse 7 ausgeglichen, also abgebaut wird und gegebenenfalls entstandene oder ausgetretene Gase durch eine oder mehrere der Durchlassöffnungen 2 entweichen können. Die erste Ebene 6, die also zumindest das erste Batteriegehäuse 7 mit den ersten Batteriemodule 8 und den ersten Deckel 9 umfasst, wird auch als Floor 1 bezeichnet.
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Über der ersten Ebene 6 ist vorliegend eine zweite Ebene 10 vorgesehen oder angeordnet. Diese zweite Ebene 10 umfasst ein zweites Batteriegehäuse 11, in dem mehrere zweite Batteriemodule 12 angeordnet beziehungsweise aufgenommen sind. Nach oben hin abgeschlossen ist das zweite Batteriegehäuse 11 durch einen zweiten Deckel 13, der entsprechend dem ersten Deckel 9 beziehungsweise dem Deckel 1 aufgebaut ist, also ebenfalls mehrere von der Folie 3 abgedeckte Durchlassöffnungen 2 aufweist. Die zweite Ebene 10 - auch bezeichnet als Floor 2 - entspricht funktionell der ersten Ebene 6.
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Zwischen dem ersten Deckel 9 und dem zweiten Batteriegehäuse 11 sind Abstandselemente vorgesehen, durch die das zweite Batteriegehäuse 11 von dem ersten Deckel 9 beabstandet gehalten wird. Obwohl in der Hochvoltbatterie 4 also das zweite Batteriegehäuse 11 gestapelt über dem ersten Batteriegehäuse 7 angeordnet ist, kann ein durch die Durchlassöffnungen 2 sowohl des ersten Deckels 9 hindurchtretendender Druck oder Gasstoß also in die Umgebung der Hochvoltbatterie 4 entweichen.
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Anders als hier dargestellt, kann sich die zweite Ebene 10, also das zweite Batteriegehäuse 11 mit den zweiten Batteriemodulen 12 und dem zweiten Deckel 13 über eine gesamte Fläche oder Erstreckung der ersten Ebene 6 erstrecken. Ebenso können weitere entsprechende Ebenen als Teil der Hochvoltbatterie 4 vorgesehen werden. Beispielhaft für weitere Bauteile der Hochvoltbatterie 4 ist hier zudem schematisch eine Anschlussbox 14 (BJB, von englisch: „Battery Junction Box“) dargestellt.
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Auch in einem Normalbetrieb der Hochvoltbatterie 4, in dem also kein Fehler und keine Beschädigung vorliegt und dementsprechend weder die vorgegebene Temperatur noch der vorgegebene Druck herrschen, auftreten oder erreicht werden, können Temperatur- und/oder Druckschwankungen in den Batteriegehäusen 7, 11 auftreten. Diese im Normalbetrieb auftretenden Druckschwankungen werden vorliegend durch jeweilige Druckausgleichselemente 15 der Batteriegehäuse 7, 11 ausgeglichen.
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4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs 16, bei dem es sich insbesondere um ein Elektrofahrzeug handelt. Das Kraftfahrzeug 16 weist als Traktionsbatterie die Hochvoltbatterie 4 auf, wie hier rein schematisch dargestellt ist.
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Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele, wie auf besonders einfache und zuverlässige Weise ein sicherer Betrieb der Hochvoltbatterie 4 durch die spezielle Ausgestaltung des Deckels 1 beziehungsweise des ersten Deckels 9 und des zweiten Deckels 13 ermöglicht werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012022346 A1 [0003]
- DE 102013207872 A1 [0004]
