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Die vorliegende Erfindung betrifft einen demontierbaren Zell-Controller mit einer Mediendichtung gegenüber einem Batteriegehäuse in einem Elektrofahrzeug. Ferner wird ein System mit diesem Zell-Controller und dem Batteriegehäuse beansprucht.
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Traktionsbatterien für elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeuge umfassen in der Regel mehrere Batteriemodule, die wiederum eine Mehrzahl an Batteriezellen aufweisen. Es ist gängige Praxis einen Zustand der jeweiligen Batteriezelle mit einem Kontrollmanagement zu überwachen. Hierzu werden in einem sogenannten Cell Management Controller, vom Fachmann mit CMC abgekürzt, eine Reihe von Steuergeräten zur Kontrolle und/oder Steuerung von Zuständen wie Spannung, Strom oder Temperatur oder eines Ladungsausgleichs unter den Batteriezellen zusammengefasst. Der CMC ist in der Regel zusammen mit den Batteriezellen oder den Batteriemodulen in einem einzigen mediendichten Batteriekasten verbaut. Jedoch entfällt bei einer karosserieintegrierten Bauweise eine Notwendigkeit eines separat gestalteten Batteriekastens, damit aber auch eine mediendichte Vorrichtung zur Anordnung der Batteriezellen bzw. der Batteriemodule. Um dem zu begegnen werden daher in der Regel die Batteriemodule einzeln abgedichtet.
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In der britischen Druckschrift
GB 2553541 A wird eine Batterie mit einem Batteriegehäuse und einer in einem eigenen Gehäuse befindlichen Temperaturüberwachungseinheit beschrieben. Die Temperaturüberwachungseinheit hat eine Öffnung zu dem Batteriegehäuse, beide sind aber außen mediendicht verbunden. Die Temperaturüberwachungseinheit kann zu Wartungszwecken abmontiert werden.
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Die US-amerikanische Druckschrift
US 2011/0008659 A1 offenbart eine Batterie mit einem Batteriegehäuse, in welchem eine Mehrzahl von Batteriemodulen angeordnet ist. An einer Außenfläche des Batteriegehäuses ist eine Batterieüberwachungseinheit angeordnet, welche, wie auch das Batteriegehäuse, gegen Eindringen von bspw. Wasser abgedichtet ist.
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In der Druckschrift
WO 2015/198008 A1wird eine Batterie mit einer Mehrzahl von nebeneinander angeordneten Batteriezellen beschrieben. Die Batterie weist ein fluiddichtes Gehäuse auf, in welchem die elektrisch leitenden Komponenten angeordnet sind.
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Die Druckschrift
DE 100 06 781 A1 beschreibt eine Vorrichtung mit einer Brennstoffzelle für die Erzeugung elektrischer Energie und mit einer Verteilung der elektrischen Energie. Am Brennstoffzellengehäuse ist eine Uberwachungs- und Schalteinheit lösbar befestigt.
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In der Druckschrift
DE 20 2008 012 599 U1 wird ein Akkumodul offenbart, welches aus mehreren in einem verschlossenen Modulgehäuse angeordneten Akkuzellen besteht und in dem Modulgehäuse eine Überwachungsschaltung zur Überwachung der Akkuzellen aufweist. Eine Trägerplatte des Akkumoduls verschließt das Modulgehäuse flüssigkeitsdicht.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Zell-Controller bereitzustellen, der zu Wartungsarbeiten auf einfache Weise entfernt werden kann, im montierten Zustand aber im Verbund mit einem Batteriegehäuse nach außen mediendicht ist, so dass weder Schmutz noch Flüssigkeiten zu dem Zell-Controller oder den Batteriezellen vordringen können. Es soll auch zwischen dem Batteriegehäuse und dem Zell-Controller selbst eine Mediendichtigkeit bestehen. Ferner soll ein System mit diesem Zell-Controller und dem Batteriegehäuse vorgestellt werden.
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Zur Lösung der voranstehend genannten Aufgabe wird ein Zell-Controller zur Überwachung von Batteriezellzuständen vorgeschlagen, wobei der Zell-Controller eine flächige Platine mit elektronischen Bauteilen und an einer Unterseite der Platine mindestens einen Anschluss zu mindestens einem Steuer- oder Messgerät mindestens einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezelle umfasst. Der Zell-Controller umfasst ferner oberhalb der flächigen Platine eine Abdeckplatte mit mindestens einer dicht abschließenden Schnittstelle. Der Zell-Controller ist auf einer Kopfplatte des Batteriegehäuses, welche eine Anschlussöffnung für mindestens eine Kabelverbindung zum Anschluss an mindestens einen Anschluss des Zell-Controllers aufweist, wiederabnehmbar aufsetzbar bzw. aufgesetzt. An der Unterseite der Platine ist die Anschlussöffnung zum Batteriegehäuse umlaufend eine innere Dichtung angeordnet, um das Batteriegehäuse mediendicht abzuschließen. Einen Rand der Abdeckplatte umlaufend ist zwischen Zell-Controller und Batteriegehäuse eine äußere Dichtung angeordnet, um die Platine mit elektronischen Bauteilen des Zell-Controllers mediendicht abzuschließen. Der Zell-Controller ist dazu konfiguriert, über das mindestens eine an der mindestens einen Batteriezelle befindliche Steuer- und/oder Messgerät die mindestens eine Batteriezelle zu überwachen.
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Dem folgend ist bei dem erfindungsgemäßen Zell-Controller vorteilhaft die Platine mit den elektronischen Bauelementen einfach zu Wartungszwecken nach Abnahme der Abdeckplatte zugänglich bzw. kann entnommen und im Schadfall ausgetauscht werden. Außerdem ist gewährleistet, dass Zell-Controller und Batteriezellen nach außen mediendicht miteinander verbunden sind, was insbesondere eine sichere Steuerung und gegebenenfalls Abschaltung der Batteriezellen befördert. Aber auch die gegeneinander mediendichte Anordnung von Zell-Controller und Batteriegehäuse gewährleistet vorteilhaft eine sichere Kontrolle der Batteriezellen, so dass der Zell-Controller gegen Medien, wie Flüssigkeiten/Dämpfe/Rauch, aus schadhaften bzw. beschädigten Batteriezellen im Batteriegehäuse geschützt ist, die elektronischen Bauelemente somit nicht in Mitleidenschaft gezogen werden können, und gegebenenfalls eine kontrollierte Abschaltung und Absicherung der Batterie möglich ist.
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Die Mediendichtigkeit nach außen wird durch die zwischen dem Rand der Abdeckplatte und dem Batteriegehäuse befindliche äußere Dichtung befördert, die bspw. radial verpresst sein kann. Die Abdichtung zwischen Zell-Controller und Batteriegehäuse erfolgt durch die an der Unterseite der Platine des Zell-Controllers befindliche innere Dichtung. Auch diese kann bspw. radial verpresst sein. Die äußere Dichtung und/oder die innere Dichtung können durch eine elastische Formdichtung gebildet sein. Es ist aber auch denkbar, dass die äußere Dichtung und/oder die innere Dichtung durch ein Verkleben umgesetzt ist. Außerdem kann die jeweilige Dichtung durch Schrauben verpresst sein. Weiter ist es denkbar, dass zwischen Batteriegehäuse und Zell-Controller bzw. dessen Abdeckplatte mehrere Abdichtungsebenen vorliegen können.
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Es ist denkbar, in einem ersten Schritt die Platine des Zell-Controllers an dem Batteriegehäuse vorzumontieren und dabei die Mediendichtigkeit des Batteriegehäuses zu bewirken. In einem zweiten Schritt ist die Abdeckplatte den Zell-Controller mediendicht umschließend auf das Batteriegehäuse montierbar bzw. montiert. Die Abdeckplatte übernimmt somit eine Funktion eines Deckels für einen Verbund aus Batteriegehäuse und Zell-Controller.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zell-Controllers ist die Abdeckplatte mindestens mit einem Kunststoff gebildet.
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Erfindungsgemäß ist die Abdeckplatte mit einem Metall gebildet.
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Erfindungsgemäß ist die Abdeckplatte dazu konfiguriert, elektromagnetische Wellen abzuschirmen.
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In einer noch weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zell-Controllers ist eine Unterseite der Abdeckplatte dazu konfiguriert, an Haltepunkten die Platine aufzunehmen. Dementsprechend kann die Platine an der Abdeckplatte vormontiert werden.
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In einer noch weiter fortgesetzten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zell-Controllers weist die Abdeckplatte unterseitige Verstrebungen mit einer Umschließung um die Anschlussöffnung zum Batteriegehäuse auf, wobei an einer Unterseite der Umschließung die innere Dichtung angeordnet ist.
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In einer anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zell-Controllers ist die Abdeckplatte mittels Schrauben und/oder einer Klemmvorrichtung an das Batteriegehäuse fixiert.
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In einer noch anderen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Zell-Controllers ist das mindestens eine an der mindestens einen Batteriezelle angeordnete Steuergerät dazu konfiguriert, eine Messgröße der mindestens einen Batteriezelle aus nachfolgender Liste festzustellen, wobei der Zell-Controller dazu konfiguriert ist, diese Messgröße zu überwachen: Temperatur, Spannung, Strom, Ladestand.
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Ferner wird ein System beansprucht, welches ein Batteriegehäuse mit mindestens einer Batteriezelle und einen voranstehend beschriebenen Zell umfasst.
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Damit umfasst das erfindungsgemäße System bspw. ein Batteriemodul mit außenliegendem, gegen das Batteriegehäuse abgedichtetem Zell-Controller, welcher im Servicefall austauschbar ist und selbst eine Abdeckung aufweist, welche zusammen mit dem Batteriegehäuse eine Mediendichtung darstellt. Damit ist vorteilhaft eine Anordnung der Batteriemodule vereinfacht, da auf eine Mediendichtigkeit eines Batteriekastens, der Batteriemodule aufnimmt, verzichtet werden kann. Gegebenenfalls ist sogar vorteilhaft eine Anordnung des Batteriekastens überflüssig.
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In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems ist das System Teil einer Hochvolt-Batterie. Die Hochvolt-Batterie kann bspw. Teil eines Traktionssystems eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben, gleichen Komponenten sind dieselben Bezugszeichen zugeordnet.
- 1 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Außenansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems mit Batteriegehäuse und Zell-Controller.
- 2 zeigt in perspektivischer Teildarstellung ein Schnittbild durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems mit Batteriegehäuse und Zell-Controller.
- 3 zeigt in perspektivischer Darstellung der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems den an dem Batteriegehäuse angeschraubten, transparent gezeichneten, erfindungsgemäßen Zell-Controller.
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In 1 wird in perspektivischer Darstellung eine Außenansicht einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems 10 mit Batteriegehäuse 11 und einem Zell-Controller, der hier eine Abdeckplatte 14 und, nicht sichtbar, eine darunter liegende Platine und eine innere Dichtung sowie eine teilweise sichtbare äußere Dichtung 13 aufweist, gezeigt. Zwischen einem Rand der Abdeckplatte 14 des Zell-Controllers und einer Kopfplatte 12 des Batteriegehäuses 11 ist die äußere Dichtung 13 angeordnet. Über eine mittig an der Abdeckplatte 14 des Zell-Controllers befindliche Schnittstelle 16 samt Niedervoltleitung 15 ist der Zell-Controller mit einer Batterieelektronik verbunden.
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In 2 wird in perspektivischer Teildarstellung ein Schnittbild 20 durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems mit Batteriegehäuse 11 und Zell-Controller gezeigt. Eine in einer unterseitigen Verstrebung der Abdeckplatte 14 des Zell-Controllers eingelassene innere Dichtung 23 schließt an der Kopfplatte 12 das Batteriegehäuse 11 bzw. darin befindliche Batteriezellen mediendicht gegen die Unterseite der Platine 22 des Zell-Controllers ab.
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In 3 wird in perspektivischer Darstellung der Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems 30 der mit Schrauben 37 an das Batteriegehäuse angeschraubte transparent gezeichnete Zell-Controller 34 gezeigt, wodurch ein Verlauf der zwischen der Kopfplatte 12 des Batteriegehäuses 11 und der Abdeckplatte des Zell-Controllers 34 umlaufenden äußeren Dichtung 13 und der zwischen der Kopfplatte 12 des Batteriegehäuses 11 und der Unterseite der Platine 22 des Zell-Controllers 34 umlaufenden inneren Dichtung 23 deutlich wird.
