-
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridelektrofahrzeug.
-
Zumindest teilweise elektrisch betriebene Fahrzeuge weisen für den Antrieb des Fahrzeugs einen Elektromotor auf, der mit einem Batteriesystem des Fahrzeugs verbunden ist, das mehrere Batterien umfasst, die Energie für den Elektromotor bereitstellen.
-
Gängige Batterien, wie Lithium-Ionen-Akkus, weisen beispielsweise Elektrolyte auf, die temperaturempfindlich sind, sodass die Batterien nur in einem gewissen Temperaturbereich die volle Kapazität haben. Daher sind typischerweise Wärme- und/oder Kühlleitungen vorgesehen, über die die Batterien erwärmt bzw. gekühlt werden, um die Batterien in dem gewissen Temperaturbereich zu halten, der auch als optimaler Temperaturbereich bezeichnet werden kann.
-
Die Batteriemodule bilden zusammen mit den Wärme- und/oder Kühlleitungen das Batteriesystem.
-
Das Batteriesystem ist üblicherweise modular aufgebaut, d.h. es weist mehrere Batteriemodule auf, die elektrisch miteinander verbunden sind und jeweils mehrere Batterien umfassen.
-
Die aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesysteme haben üblicherweise eine Vielzahl an Leitungen, die sich über weite Strecken des Batteriesystems erstrecken, um die einzelnen Batterien der Batteriemodule zu erreichen. Die Leitungen verlaufen entlang den Außenseiten der Batteriemodule und nehmen daher einen gewissen Platz in Anspruch, was zu einem geringeren Platzangebot für die eigentlichen Batterien führt, da der zur Verfügung stehende Bauraum begrenzt ist. Aufgrund des geringeren Platzangebots für die Batterien hat das Batteriesystem (unter optimalen Temperaturbedingungen) eine geringere Gesamtkapazität im Vergleich zu einem Batteriesystem, bei dem keine Wärme- und/oder Kühlleitungen vorgesehen wären. Bei einem derartigen Batteriesystem würden die Batterien allerdings nicht im gewünschten Temperaturbereich betrieben werden können, weswegen die unter realen Bedingungen tatsächlich auftretende Gesamtkapazität trotzdem geringer wäre.
-
Es ist die Aufgabe der Erfindung, die zur Verfügung stehende Kapazität des Batteriesystems zu maximieren.
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriesystem für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, insbesondere ein Elektro- oder Hybridelektrofahrzeug, mit mehreren Batteriemodulen, einem Leitungsträger und wenigstens einer Fluidhauptleitung. Die Batteriemodule sind paarweise so angeordnet, dass zwischen sich gegenüberliegenden Seiten der Batteriemodule ein Aufnahmebereich gebildet ist. Der Leitungsträger ist zumindest innerhalb des Aufnahmebereichs angeordnet. Die Fluidhauptleitung ist innerhalb des als Spritzgussbauteil ausgebildeten Leitungsträgers integriert.
-
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, einen Leitungsträger bereitzustellen, in dem zumindest eine Fluidhauptleitung integriert bzw. eingebettet ist. Dies ist in einfacher Weise dadurch sichergestellt, dass die Fluidhauptleitung bei der Herstellung des Leitungsträgers mit einem Material umspritzt worden ist, aus dem der Leitungsträger gebildet wurde. Insofern ist die Fluidhauptleitung bei der Herstellung des Leitungsträgers in integraler Weise, also nicht lösbar, mit dem Leitungsträger ausgebildet worden. Hierdurch ist die Fluidhauptleitung innerhalb des Leitungsträgers aufgenommen und vor äußeren Einflüssen geschützt.
-
Bei der wenigstens einen Fluidhauptleitung kann es sich um eine Wärme- und/oder Kühlleitung handeln, über die die Temperatur der Batteriemodule eingestellt werden kann. Mit anderen Worten können die Batteriemodule gekühlt oder erwärmt werden, sodass sich diese unter den entsprechend optimalen Temperaturbedingungen betreiben lassen. Dies gewährleistet, dass die Gesamtkapazität des Batteriesystems optimiert ist.
-
Gleichzeitig reduziert sich der benötigte Bauraum für die Wärme- und/oder Kühlleitung, da diese im Leitungsträger integriert ist, sodass die Fluidhauptleitung, also die Wärme- und/oder Kühlleitung, nicht außerhalb der Batteriemodule verläuft. Somit kann der für das gesamte Batteriesystem zur Verfügung stehende Bauraum optimal genutzt werden, indem die einzelnen Batteriemodule maximal groß ausgebildet werden. Hierdurch erhöht sich wiederum die Gesamtkapazität des Batteriesystems.
-
Dies schafft zusätzlichen Platz für die Batteriemodule, sodass größere Batteriemodule innerhalb des Batteriesystems vorgesehen sein können, die eine entsprechend höhere Kapazität bereitstellen und eine größere Reichweite ermöglichen. Alternativ kann das Batteriesystem bei gleicher Gesamtkapazität kleiner gebaut werden, da kein zusätzlicher Bauraum für die ansonsten extern verlaufende Fluidhauptleitung benötigt wird.
-
Generell wird also der Platz für die Batteriemodule innerhalb des Batteriesystems maximiert.
-
Es kann vorgesehen sein, dass sich von der wenigstens einen Fluidhauptleitung zu jedem Batteriemodul zumindest eine Zweigleitung abzweigt, insbesondere eine erste Zweigleitung und eine zweite Zweigleitungwe. Anstatt jedes Batteriemodul einzeln mit einer Kühl- und/oder Wärmeleitung zu kontaktieren, wird die Fluidhauptleitung verwendet, die platzsparend zwischen den Batteriemodulen in dem Aufnahmebereich innerhalb des Leitungsträgers angeordnet ist. Von der Fluidhauptleitung erstrecken sich dann kurze Zweigleitungen zu den einzelnen Batteriemodulen des Batteriesystems, sodass die Gesamtlänge der Fluidleitungen, also der wenigstens einen Fluidhauptleitung und der Zweigleitungen, auf ein Minimum reduziert ist.
-
Die wenigstens eine Fluidhauptleitung erstreckt sich durch den Aufnahmebereich von einer ersten Seite des Batteriesystems zu einer entgegengesetzten, zweiten Seite des Batteriesystems. Hierdurch ist sichergestellt, dass sämtliche Batteriemodule über entsprechende Zweigleitungen der wenigstens einen Fluidhauptleitung zugeordnet sind bzw. fluidisch angeschlossen sind. Insofern erstreckt sich auch der Leitungsträger innerhalb des Aufnahmeraums von einer ersten Seite des Batteriesystems zu einer entgegengesetzten, zweiten Seite des Batteriesystems.
-
Der Leitungsträger dient zudem zur Stabilisierung des gesamten Batteriesystems. Insbesondere sind die Batteriemodule zumindest teilweise am Leitungsträger mechanisch befestigt bzw. gelagert.
-
Ein Aspekt sieht vor, dass der Leitungsträger aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt ist, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Faserverstärkung. Hierdurch lässt sich der Leitungsträger kostengünstig herstellen und die Fluidleitung in einfacher Weise umspritzen. Die Faserverstärkung stellt zudem sicher, dass der Leitungsträger den mechanischen Anforderungen entspricht bzw. widerstandsfähig gegenüber den auftretenden mechanischen Belastungen ist.
-
Ein weiterer Aspekt sieht vor, dass der Leitungsträger eine Strukturverstärkung, eine Isolationseinlage und/oder eine Elastomereinlage aufweist. Über die Elastomereinlage lassen sich Größenveränderungen der Batteriemodule (teilweise) kompensieren, die auftreten, wenn sich die Batteriemodule beispielsweise beim Aufladen aufgrund der thermischen Belastungen ausdehnen. Über die Elastomereinlage können dabei zu hohe Druckeinwirkungen auf Komponenten des Batteriesystems vermieden werden.
-
Die Isolationseinlage kann die elektrische Isolierung der einzelnen Komponenten sicherstellen Zusätzlich oder alternativ kann es sich bei der Isolationseinlage auch um eine thermische Isolationseinlage handeln, über die somit eine thermische Isolierung sichergestellt ist.
-
Die Strukturverstärkung dient wiederum zur Verstärkung der mechanischen Eigenschaften des Leitungsträgers.
-
Die Strukturverstärkung, die Isolationseinlage und/oder die Elastomereinlage können bzw. kann während der Herstellung des Leistungsträger in eine Spritzgussform eingelegt werden, sodass sie ebenfalls (zusammen mit der wenigstens einen Fluidhauptleitung) umspritzt werden. Hierdurch sind bzw. ist die Strukturverstärkung, die Isolationseinlage und/oder die Elastomereinlage im Leitungsträger ebenfalls (unlösbar) integriert bzw. eingebettet.
-
Die Elastomereinlage kann zudem die dynamischen Belastungen des Batteriesystems kompensieren. Auf diese Weise werden die auf die Batteriemodule einwirkenden Kräfte reduziert. Die dynamischen Belastungen können unter anderem auf dynamische Bewegungen des Fahrzeugs zurückzuführen sein, die beispielsweise durch ein Beschleunigen oder Abbremsen des Fahrzeugs oder durch die Fahrt des Fahrzeugs durch Kurven entstehen.
-
Dynamische Bewegungen unterliegen also einer Beschleunigung und üben daher entsprechend unter anderem eine Kraft auf die Komponenten des Batteriesystems aus. Diese Kräfte können durch die Elastomereinlage gedämpft werden.
-
Auch kann die Elastomereinlage bei der Herstellung des Batteriesystems auftretende Fertigungstoleranzen kompensieren. Somit wird eine geringere Genauigkeit bei der Herstellung der Komponenten des Batteriesystems benötigt, da die auftretenden Abweichungen von der Elastomereinlage kompensiert werden können, sodass das Batteriesystem kostengünstig produziert werden kann.
-
Insbesondere ist der Leitungsträger in einem 2-Komponenten Spritzgussverfahren hergestellt worden. Beispielsweise sind ein thermoplastischer Kunststoff und ein Elastomer während des 2-Komponenten Spritzgussverfahrens (2K-Spritzgussverfahren) verwendet worden oder zwei unterschiedliche thermoplastische Kunststoffe. Hierdurch lässt sich in einfacher Weise die Strukturverstärkung und/oder die Isolationseinlage, beispielsweise über ein zweites Material, sowie die Elastomereinlage bei der Herstellung des Leitungsträgers ausbilden.
-
Es muss also keine Einlage in die Spritzgussform eingesetzt werden, da die Einlage im 2K-Spritzgussverfahren ausgebildet wird.
-
Der Leitungsträger kann mehrteilig ausgebildet sein und/oder zumindest zwei Steckmodule umfassen. Hierdurch ist sichergestellt, dass der Leitungsträger modular erweitert werden kann. Es liegt demnach ein Baukastenprinzip vor, über das sichergestellt ist, dass der Leitungsträger an unterschiedliche große Batteriesysteme angepasst werden kann, indem mehrere Teile des Leitungsträgers miteinander gekoppelt werden, insbesondere zusammengesteckt werden. Mit anderen Worten ist der Leitungsträger hinsichtlich seiner Dimensionen, insbesondere Länge, individuell anpass- bzw. erweiterbar.
-
Über die Steckmodule ist sichergestellt, dass sich die Teile in einfacher Weise miteinander koppeln lassen, wobei diese entsprechende Schnittstellen aufweisen, die aufeinander abgestimmt sind. Hierdurch ist unter anderem gewährleistet, dass die Fluidhauptleitung durchgehend ausgebildet ist, obwohl der Leitungsträger aus mehreren (zusammengesteckten) Teilen besteht. Die Fluidhauptleitung erstreckt sich also über die mehreren Teile bzw. Steckmodule des Leitungsträgers.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist an der ersten Seite des Aufnahmebereichs, insbesondere des Leitungsträgers, ein Anschlussfeld vorgesehen, wobei die wenigstens eine Fluidhauptleitung innerhalb des Aufnahmebereichs über das Anschlussfeld mit externen Leitungen verbunden sind. Das Anschlussfeld vereinfacht dabei das Anschließen der externen Kabel beim Zusammenbau des Fahrzeugs. Bei dem Anschlussfeld handelt es sich demnach um ein fluidisches Anschlussfeld bzw. eine entsprechende Schnittstelle.
-
Auch kann das Anschlussfeld zu Anbindung der Steckmodule bzw. Teile des mehrteilig ausgebildeten Leitungsträgers dienen.
-
Grundsätzlich kann sich die wenigstens eine Fluidhauptleitung von der ersten Seite des Batteriesystems ausgehend, an der ein Anschlussfeld bzw. eine Schnittstelle vorgesehen sein kann, in Richtung der zweiten Seite des Batteriesystems erstrecken, die zur ersten Seite des Batteriesystems entgegengesetzt ist. Mit anderen Worten erstrecken sich die Fluidhauptleitung und der Leitungsträger entlang allen paarweise angeordneten Batteriemodulen.
-
Ferner kann das Batteriesystem zumindest eine Hochspannungsleitung umfassen, die im Leitungsträger integriert ist. Die Hochspannungsleitung verläuft also wie die wenigstens eine Fluidhauptleitung innerhalb des Leitungsträgers. Die Hochspannungsleitung kann ebenfalls vom Material des Leitungsträgers bei dessen Herstellung umspritzt worden sein. Demnach ist auch die Hochspannungsleitung (unlösbar) innerhalb des Leitungsträgers aufgenommen bzw. in diesem eingebettet.
-
Insbesondere ist die Hochspannungsleitung derart vom Leitungsträger umschlossen, dass sich die Hochspannungsleitung durch den Aufnahmebereich von der ersten Seite des Batteriesystems zur entgegengesetzten, zweiten Seite des Batteriesystems erstreckt. An der entsprechenden Seite, von der sich die zumindest eine Hochspannungsleitung aus erstreckt (erste Seite), kann ein Anschlussfeld vorgesehen sein.
-
Sofern sich die zumindest eine Hochspannungsleitung bis zur jeweils anderen Seite erstreckt, kann auch dort ein entsprechendes Anschlussfeld vorgesehen sein.
-
Die zumindest eine Hochspannungsleitung kann demnach über ein (elektrisches) Anschlussfeld mit externen Leitungen kontaktiert werden.
-
Die Anschlussfelder für die wenigstens eine Fluidhauptleitung und die zumindest eine Hochspannungsleitung, also das fluidische Anschlussfeld und das (elektrische) Anschlussfeld, können auch gemeinsam ausgebildet sein, also ein gemeinsames Anschlussfeld ausbilden.
-
Es ist insbesondere möglich, dass eine Vormontage stattfindet, da die entsprechenden Leitungen, also die wenigstens eine Fluidhauptleitung und optional die zumindest eine Hochspannungsleitung, bereits innerhalb des Leitungsträgers integriert sind und nur noch an entsprechende Schnittstellen der Batteriemodule angeschlossen werden müssen.
-
Die Vormontage verringert die Fehleranfälligkeit gegenüber einer Montage, bei dem die entsprechenden Leitungen gleichzeitig mit den Batteriemodulen verbaut werden. Auch muss für die Montage der entsprechenden Leitungen kein zusätzlicher Bauraum mehr vorgesehen sein, um eine Zugänglichkeit zu den Batteriemodulen zu ermöglichen, da diese bereits im Leitungsträger integriert sind. Der frei gewordene Platz kann von den Batteriezellen selbst eingenommen werden, wodurch die Gesamtkapazität erhöht werden kann.
-
Um den elektrischen Kontakt zu den Batteriemodulen platzsparend zu realisieren, können die Batterien jedes Batteriemoduls mit einem gemeinsamen Zellkontaktiersystem verbunden sein, über das die einzelnen Kontaktstellen der Batterien kontaktiert sind.
-
Weiterhin kann das Zellkontaktiersystem über ein Kabel, insbesondere ein Flachbandkabel, mit der zumindest einen Hochspannungsleitung innerhalb des Aufnahmebereichs bzw. Leitungsträgers kontaktiert sein. Hierdurch ist es möglich, die zur Verfügung stehende Energie abzuführen.
-
Der Leitungsträger kann an einer Oberfläche, insbesondere in Einbaulage an seiner Oberseite, zumindest einen Halter für eine Signalleitung und/oder eine Kontaktleitung aufweisen. Hierdurch lassen sich auch nachträglich noch Leitungen in einfacher Weise vorsehen, beispielsweise an vordefinierten Positionen.
-
Insbesondere kontaktiert die zumindest eine Kontaktleitung eines der Batteriemodule und verbindet dieses mit einer Steuereinheit des Batteriesystems, insbesondere alle Batteriemodule mit der Steuereinheit des Batteriesystems. Über die Steuereinheit können die Batteriemodule angesteuert werden, insbesondere die Energieabgabe oder Energiezufuhr.
-
Der Steuereinheit kann ein Diagnostikmodul zugeordnet sein, beispielsweise angebunden oder integriert sein. Über das Diagnostikmodul lassen sich Betriebsparameter der Batteriemodule bzw. deren Batterien diagnostizieren bzw. auswerten. Über die Signalleitung oder die Kontaktleitung kann zudem der Zustand der Batteriezellen abgefragt werden, also der entsprechende Betriebsparameter. Dies wird auch als „State of Health“ (SoH) bezeichnet.
-
Mittels der Signalleitung können Befehle, beispielsweise Steuerungsbefehle oder Abfragebefehle, einer zentralen Steuerungseinheit des Fahrzeugs bzw. der Steuereinheit des Batteriesystems an die entsprechenden Batteriemodule bzw. deren einzelne Batterien geleitet werden.
-
Um ein stabiles Batteriesystem bereitzustellen, kann der Leitungsträger einen Trägerrahmen des Batteriesystems zumindest teilweise ausbilden, wobei im Trägerrahmen Aufnahmen für die Batteriemodule ausgebildet sind. Demnach umfasst der Trägerrahmen zumindest einen Außenrahmen sowie einen Mittelsteg, der durch den Leitungsträger gebildet ist. Vom Mittelsteg bzw. Leitungsträger ausgehend sind dann in Richtung eines jeweiligen Rands des Außenrahmens die entsprechenden Aufnahmen für die Batteriemodule vorgesehen. Mit anderen Worten gehen vom Mittelsteg jeweils paarweise die Aufnahmen für die Batteriemodule ab.
-
Ferner kann das Batteriesystem eine Zentrierungshilfe und/oder Befestigungspunkte aufweisen. Dies vereinfacht die exakte Positionierung des Batteriesystems innerhalb des Fahrzeugs. Beispielsweise sind bzw. ist die Zentrierungshilfe und/oder die Befestigungspunkte am Leitungsträger vorgesehen, insbesondere integral mit diesem ausgebildet. Der Leitungsträger stellt die zentrale mechanische Komponente für das Batteriesystem dar, über die in einfacher Weise eine Befestigung und/oder eine Zentrierung des gesamten Batteriesystems erfolgen kann.
-
Grundsätzlich können sich zwei Fluidhauptleitungen innerhalb des Leitungsträgers erstrecken. Die Strömungsrichtungen der beiden Fluidhauptleitungen sind beispielsweise entgegengesetzt, sodass ein Fluid über die erste Fluidhauptleitung in eine erste Richtung und ein Fluid über die zweite Fluidhauptleitung in eine zweite Richtung transportiert wird bzw. strömt. Bei dem Fluid kann es sich um dasselbe Fluid handeln. Beispielsweise gehen die erste Fluidhauptleitung und die zweite Fluidhauptleitung im Bereich der zweiten Seite des Batteriesystems ineinander über bzw. sind sie fluidisch miteinander gekoppelt, sodass sie eine gemeinsame Fluidleitung ausbilden, von der die entsprechenden Zweigleitungen abgehen.
-
Hinsichtlich der Batteriemodule, die an die zweite Seite des Batteriesystems angrenzen, so können sich die erste Fluidhauptleitung und die zweite Fluidhauptleitung nur über einen Teilbereich dieser Batteriemodule in Richtung von der ersten Seite zur zweiten Seite des Batteriesystems erstrecken, beispielsweise bis zur Hälfte.
-
Die erste Fluidhauptleitung kann ein Fluid mit einer niedrigeren Temperatur umfassen als ein Fluid in der zweiten Fluidhauptleitung.
-
Auch kann eine erste Zweigleitung und eine zweite Zweigleitung pro Batteriemodul vorgesehen sein. Die ersten Zweigleitungen und die zweiten Zweigleitungen, die jeweils einem Batteriemodul zugeordnet sind, sind dabei so miteinander verbunden, dass eine fluidische Strömungsverbindung zwischen der ersten Zweigleitung über das Batteriemodul zur zweiten Zweigleitung vorliegt. Das Fluid zum Kühlen bzw. Erwärmen der Batterien des entsprechenden Batteriemoduls strömt also durch beide Zweigleitungen, die dem Batteriemodul zugeordnet sind.
-
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die ersten Zweigleitungen und die zweiten Zweigleitungen jedes Batteriemoduls so miteinander verbunden, dass das Fluid von der ersten Zweigleitung über das Batteriemodul in die zweite Zweigleitung strömt und dabei das Batteriemodul kühlt oder dass das Fluid von der zweiten Zweigleitung über das Batteriemodul in die erste Zweigleitung strömt und dabei das Batteriemodul erwärmt. Auf diese Weise wird nur sehr wenig Platz für die Fluidhauptleitungen in dem Batteriesystem benötigt, da abhängig von der Strömungsrichtung des Fluids die Batteriemodule gekühlt oder erwärmt werden können.
-
Alternativ handelt es sich bei der ersten Fluidhauptleitung um einen Fluidzulauf und bei der zweiten Fluidhauptleitung um einen Fluidablauf. Über den Fluidzulauf und die hiervon abgehenden ersten Zweigleitungen wird ein Fluid zugeführt, das die Batterien umströmt, um Wärme der Batterien aufzunehmen und die Wärme abzuführen (Fluid dient als Kühlfluid) und/oder um Wärme an die Batterien abzugeben (Fluid dient als Aufwärmfluid). Anschließend strömt das Fluid über die zweiten Zweigleitungen in den Fluidablauf.
-
Mit anderen Worten strömt das Fluid von der ersten Fluidhauptleitung über die ersten Zweigleitungen in Richtung der Batterien, um diese zu kühlen oder zu erwärmen. Anschließend strömt das Fluid über die zweiten Zweigleitungen in die zweite Fluidhauptleitung, um hierüber abgeführt zu werden.
-
Auch hier weist also das Fluid in der ersten Fluidhauptleitung eine niedrigere Temperatur auf als das Fluid in der zweiten Fluidhauptleitung, sofern das Fluid zum Kühlen verwendet wird.
-
Generell können Wärmetauscher vorgesehen sein, über die ein Wärmeaustausch zwischen dem Fluid und den Batterien bzw. der Umgebung der Batterien stattfindet.
-
Es wird ein hochintegrativer Trägerrahmen bzw. Leitungsträger bereitgestellt, der die wenigstens eine Fluidhauptleitung (und optional die Zweigleitungen sowie die Hochspannungsleitungen) in integraler Weise aufnimmt, da diese umspritzt bzw. eingebettet ist bzw. sind.
-
Der Trägerrahmen bzw. Leitungsträger nimmt die genannte(n) Leitung(en) platzsparend auf, da diese bei der Herstellung des Trägerrahmens bzw. Leitungsträgers vom entsprechenden Material bzw. den Materialien des Trägerrahmens bzw. Leitungsträgers umspritzt worden ist bzw. sind.
-
Hierdurch wird zusätzlicher Platz für Batterien geschaffen. Es können also größere Batteriemodule und damit Batteriemodule mit einer größeren Kapazität verwendet werden.
-
Außerdem ermöglicht der Trägerrahmen bzw. Leitungsträger eine Vormontage der Batteriemodule am Trägerrahmen bzw. Leitungsträger, sodass eine Funktions- und/oder Dichtigkeitsprüfung des Batteriesystems vor dem Einbau im Fahrzeug in zuverlässiger Weise erfolgen kann.
-
Ebenso kann der Aufnahmebereich in einer Karosserie des Fahrzeugs integriert sein. Auf diese Weise werden zusätzliche Bauteile eingespart, sodass das Gewicht des Fahrzeugs reduziert wird. Die Batteriemodule sind dann ebenfalls paarweise so angeordnet, dass der Aufnahmebereich zwischen sich gegenüberliegenden Seiten der Batteriemodule liegt.
-
Generell vereinfacht sich die Montage, da zumindest die wenigstens eine Fluidhauptleitung bereits vormontiert ist.
-
Das Batteriesystem kann zumindest teilweise, insbesondere der Trägerrahmen mit der wenigstens einen integrierten Leitung, werkzeugfallend ausgebildet sein. Insofern ist eine Nachbearbeitung nicht mehr notwendig.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen, auf die im Folgenden Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem,
- - 2 eine Draufsicht auf einen Teil eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer Ausführungsform,
- - 3 eine perspektivische Seitenansicht des erfindungsgemäßen Batteriesystems aus 2,
- - 4 eine Schnittansicht durch einen Leitungsträger des Batteriesystems aus den 2 und 3,
- - 5 eine perspektivische Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Batteriesystems gemäß einer weiteren Ausführungsform, und
- - 6 eine schematische Explosionsansicht des Batteriesystems aus 5 zu einem späteren Montagezeitpunkt.
-
1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines Fahrzeugs 10. Das Fahrzeug 10 hat einen Elektromotor 12 und ein Batteriesystem 14, das mit dem Elektromotor 12 verbunden ist und diesen mit der für den Betrieb notwendigen elektrischen Energie versorgt. Der Elektromotor 12 ist mit den Rädern des Fahrzeugs 10 verbunden und sorgt für den Antrieb des Fahrzeugs 10.
-
Das Fahrzeug 10 kann demnach ein Elektrofahrzeug sein, sodass der Elektromotor 12 der einzige Antriebsmotor ist. Es ist aber auch denkbar, dass das Fahrzeug 10 ein Hybridelektrofahrzeug ist, bei dem der Vortrieb des Fahrzeugs 10 durch den Elektromotor 12 und einer zusätzlichen (hier nicht dargestellten) Brennkraftmaschine realisiert ist.
-
In jedem Fall handelt es sich bei dem Fahrzeug 10 um ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug.
-
Die 2 zeigt einen Teil einer ersten Ausführungsform des Batteriesystems 14 in einer Draufsicht.
-
Von dem Batteriesystem 14 sind in 2 vier Batteriemodule 16 gezeigt, die paarweise angeordnet sind und zwischen sich einen Aufnahmebereich 18 definieren.
-
Mit anderen Worten bilden jeweils zwei Batteriemodule 16 ein Paar, sodass das Batteriesystem 14 mehrere Paare von Batteriemodulen 16 umfasst, die jeweils zwischen sich einen Aufnahmeteilbereich ausbilden. Die mehreren Aufnahmeteilbereiche bilden dann zusammen den Aufnahmebereich 18 aus.
-
Der Aufnahmebereich 18 ist also zentral angeordnet.
-
Durch den Aufnahmebereich 18 erstreckt sich ein Leitungsträger 19, der hier transparent und gestrichelt dargestellt ist, sodass Komponenten des Batteriesystems 14 innerhalb des Leitungsträgers 19 sichtbar sind.
-
Durch den Leitungsträger 19 erstrecken sich in der gezeigten Ausführungsform eine erste Fluidhauptleitung 20 sowie eine zweite Fluidhauptleitung 22, von denen erste Zweigleitungen 24 sowie zweite Zweigleitungen 26 abgehen.
-
Die erste Fluidhauptleitung 20 und die zweite Fluidhauptleitung 22 sind beide innerhalb des Leitungsträgers 19 aufgenommen, insbesondere im Leitungsträger 19 eingebettet.
-
Konkret handelt es sich bei dem Leitungsträger 19 um ein Spritzgussbauteil, sodass die erste Fluidhauptleitung 20 und die zweite Fluidhauptleitung 22 von dem Material des Leitungsträgers 19 umspritzt sind, wodurch diese im Leitungsträger 19 integriert bzw. eingebettet sind.
-
Der Leitungsträger 19 kann aus einem thermoplastischen Kunststoff hergestellt sein, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoff mit Faserverstärkung.
-
In der gezeigten Ausführungsform sind jeweils vier erste und zweite Zweigleitungen 24, 26 gezeigt. Die ersten Zweigleitungen 24 zweigen von der ersten Fluidhauptleitung 20 und die zweiten Zweigleitungen 26 von der zweiten Fluidhauptleitung 22 ab. Die Zweigleitungen 24, 26 sind mit den Batteriemodulen 16 fluidisch gekoppelt, wie nachfolgend noch erläutert wird.
-
Mit anderen Worten können die Zweigleitungen 24, 26 aus dem Leitungsträger 19 herausragen, um mit den Batteriemodulen 16 fluidisch gekoppelt zu werden.
-
Zudem erstrecken sich vorliegend mehrere Hochspannungsleitungen 28 durch den zentral angeordneten Aufnahmebereich 18, die ebenfalls im Leitungsträger 19 integriert sind.
-
Die Hochspannungsleitungen 28 sind also auch vom Material des Leitungsträgers 19 umspritzt, sodass diese im Leitungsträger 19 eingebettet sind.
-
Die Batteriemodule 16 weisen üblicherweise jeweils eine Vielzahl an Batterien 29 (siehe 4) auf, die hintereinander angeordnet und miteinander in Reihe verbunden sind, um eine hohe Kapazität des Batteriemoduls 16 zu erreichen.
-
Wie in 2 gezeigt, sind die Batteriemodule 16 rechteckig ausgeführt, sodass jedes Batteriemodul 16 jeweils zwei kurze Seiten 30 und zwei lange Seiten 32 hat.
-
Die Batteriemodule 16 sind, wie bereits erläutert, paarweise so angeordnet, dass sich jeweils die kurzen Seiten 30 eines Paars von Batteriemodulen 16 gegenüberliegen und den Aufnahmebereich 18 zumindest teilweise definieren.
-
Über ihre langen Seiten 32 liegen sich benachbarte Batteriemodule 16 von zwei unterschiedlichen Paaren von Batteriemodulen 16 jeweils gegenüber.
-
Dabei ist der Abstand 34 zwischen sich gegenüberliegenden kurzen Seiten 30 größer als der Abstand 36 zwischen sich gegenüberliegenden langen Seiten 32. Dies ist unter anderem möglich, da die benachbarten Batteriemodule 16 von zwei unterschiedlichen Paaren von Batteriemodulen 16 sehr eng nebeneinander angeordnet sein können.
-
Beispielsweise ist der Abstand 34 in der Ausführungsform der 2 doppelt so groß wie der Abstand 36.
-
Die erste Fluidhauptleitung 20 und die zweite Fluidhauptleitung 22 (und auch die Hochspannungsleitungen 28) erstrecken sich innerhalb des Aufnahmebereichs 18 bzw. des Leitungsträgers 19 von einer ersten Seite 38 des Batteriesystems 14 zu einer zweiten Seite 40 des Batteriesystems 14, die zur ersten Seite 38 des Batteriesystems 14 entgegengesetzt ist.
-
Hierbei müssen die beiden Fluidhauptleitungen 20, 22 (und auch die Hochspannungsleitungen 28) nicht zwingend die zweite Seite 40 des Batteriesystems 14 erreichen.
-
Die Fluidhauptleitungen 20, 22 (und auch die Hochspannungsleitungen 28) können sich aber entlang sämtlicher Batteriemodule 16 des Batteriesystems 14 zumindest teilweise erstrecken, insbesondere entlang der Batteriemodule 16 nur teilweise, die an die zweite Seite 40 des Batteriesystems 14 angrenzen.
-
Die Fluidhauptleitungen 20, 22 können dabei im Bereich der letzten Batteriemodule 16, also denen die der zweiten Seite 40 zugeordnet sind, fluidisch gekoppelt sein bzw. ineinander übergehen.
-
Die ersten Zweigleitungen 24 erstrecken sich jeweils von der ersten Fluidhauptleitung 20 zu einem der Batteriemodule 16 und die zweiten Zweigleitungen 26 von der zweiten Fluidhauptleitung 22 zum entsprechenden Batteriemodul 16.
-
Die ersten und zweiten Zweigleitungen 24, 26 sind beispielsweise Rohre, die einen geringeren Durchmesser aufweisen als die erste und zweite Fluidhauptleitungen 20, 22.
-
Dabei bilden die Zweigleitungen 24, 26 die fluidische Verbindung zwischen den Fluidhauptleitungen 20, 22 und den Batteriemodulen 16, sodass das Fluid von der ersten Fluidhauptleitung 20 durch eine der ersten Zweigleitungen 24 in eines der Batteriemodule 16 strömt. Innerhalb der Batteriemodule 16 steht das Fluid in thermischem Kontakt mit den Batterien 29, sodass das Fluid thermische Energie der Batterien 29 aufnimmt und die Batterie 29 dadurch kühlt. Anschließend strömt das erwärmte Fluid von dem Batteriemodul 16 über die entsprechende zweite Zweigleitung 26 in die zweite Fluidhauptleitung 22.
-
Dementsprechend stehen die erste und die zweite Fluidhauptleitung 20, 22 über die Zweigleitungen 24, 26 und die Batteriemodule 16 fluidisch in Kontakt.
-
Beispielsweise sind die Fluidhauptleitungen 20, 22 für die Zirkulation des Fluids mit einer Pumpe verbunden, die das Fluid innerhalb der Fluidhauptleitungen 20, 22 treibt.
-
Die Fluidhauptleitungen 20, 22 weisen insbesondere dasselbe Fluid auf, beispielsweise eine Flüssigkeit wie Wasser oder Glykol.
-
Das Fluid hat in der ersten Fluidhauptleitung 20 eine niedrigere Temperatur als in der zweiten Fluidhauptleitung 22, insbesondere wenn das Fluid zum Kühlen der Batteriemodule 16 verwendet wird.
-
Die Hochspannungsleitungen 28 stellen den elektrischen Kontakt zu den Batteriemodulen 16 über Kontaktelemente 42 her, sodass die in den Batteriemodulen 16 gespeicherte Energie abgerufen werden kann, um den Elektromotor 12 mit Energie zu versorgen.
-
In der Ausführungsform der 2 bis 4 sind zwei Hochspannungsleitungen 28 mit den Batteriemodulen 16 der linken Seite der 2 und zwei Hochspannungsleitungen 28 mit den Batteriemodulen 16 der rechten Seite der 2 verbunden.
-
Zusätzlich sind jeweils zwei Kontaktelemente 42 pro Batteriemodul 16 vorgesehen, wobei die Kontaktelemente 42 mit einer dem entsprechenden Batteriemodul 16 zugeordneten Hochspannungsleitung 28 verbunden sind.
-
Aus der perspektivischen Seitenansicht des Batteriesystems 14 der 3 ist zu sehen, dass das beispielhaft gezeigte Batteriesystem 14 insgesamt sechs Batteriemodule 16 aufweist und zusätzlich einen Transformator 44, eine Steuereinheit 46, Kontaktleitungen 48 und eine Signalleitung 50 hat.
-
Grundsätzlich kann jedes Batteriemodul 16 über zumindest eine zugeordnete Kontaktleitung 48 mit der Steuereinheit 46 des Batteriesystems 14 verbunden sein, wobei die Steuereinheit 46 dazu ausgebildet ist, die Batteriemodule 16 zu überwachen, insbesondere den Zellstatus der einzelnen Batterien 29, und/oder das Batteriesystem 14 zu steuern, insbesondere die Durchflussmenge des Fluids durch die Fluidhauptleitungen 20, 22.
-
Die Steuereinheit 46 kontrolliert beispielsweise die Temperaturen der einzelnen Batteriemodule 16 und passt basierend auf einem vorgegebenen Soll-Temperaturwert die Durchflussmenge des Fluids durch die einzelnen Batteriemodule 16 an.
-
Hierfür ist an jedem Batteriemodul 16 in der ersten und/oder zweiten Zweigleitung 24, 26 beispielsweise ein Ventil vorgesehen, durch das die Durchflussmenge des Fluids durch das entsprechende Batteriemodul 16 angepasst wird.
-
Zusätzlich kann die Steuereinheit 46 über die Signalleitung 50 mit einem zentralen Steuersystem des Fahrzeugs 10 verbunden sein, sodass beispielsweise Informationen über den Ladezustand der Batteriemodule 16 an das zentrale Steuersystem des Fahrzeugs 10 übergeben werden.
-
Im Allgemeinen ist es auch denkbar, dass das zentrale Steuersystem direkt Signale für die einzelnen Batteriemodule 16 des Batteriesystems 14 übergibt, sodass in diesem Fall die Steuereinheit 46 die Signale nur an die entsprechenden Batteriemodule 16 weiterleitet.
-
In 4 ist eine Schnittdarstellung des Leitungsträgers 19 gezeigt, aus dem die Anordnung der Fluidhauptleitungen 20, 22, der Hochspannungsleitungen 28 sowie der Kontaktleitungen 48 und der Signalleitung 50 hervorgehen.
-
Die Kontaktleitungen 48 und die Signalleitung 50 können an einer Oberfläche des Leitungsträgers 19 über zumindest einen Halter 51 gehalten sein.
-
Der Halter 51 kann durch eine Oberflächenstruktur des Leitungsträgers 19 gebildet sein, in die die Kontaktleitungen 48 und die Signalleitung 50 eingeclipst werden können, sodass sie verliersicher am Leitungsträger 19 fixiert sind.
-
Darüber hinaus ist eine Einlage 52 gezeigt, die im Leitungsträger 19 aufgenommen ist, insbesondere vom Material des Leitungsträgers 19 umspritzt ist.
-
Die Einlage 52 kann separat ausgebildet gewesen sein und bei der Herstellung des Leitungsträgers 19 in eine Spritzgießform eingelegt worden sein, um vom Material des Leitungsträgers 19 umspritzt zu werden.
-
Grundsätzlich kann der Leitungsträger 19 in einem Zwei- oder Mehrkomponenten-Spritzgießverfahren hergestellt worden sein, bei dem beispielsweise die Einlage 52 ausgebildet wird, also während der Herstellung des Leitungsträgers 19. Insofern kann die Einlage 52 aus einem anderen Material als der Rest des Leitungsträgers 19 bestehen. Hierdurch kann der Einlage 52 eine besondere Funktion zugeordnet sein.
-
Bei der Einlage 52 kann es sich beispielsweise um eine Strukturverstärkung handeln, die dem Leitungsträger 19 eine verbesserte mechanische Stabilität verleiht.
-
Auch kann es sich bei der Einlage 52 um eine Isolationseinlage handeln, die eine thermische und/oder elektrische Isolierung bereitstellt.
-
Ferner kann die Einlage 52 eine Elastomereinlage sein, die eine dämpfende Wirkung bereitstellt.
-
Zudem geht aus der 4 hervor, dass der Leitungsträger 19 grundsätzlich mehrteilig ausgebildet sein kann, da er Verbindungsstellen 53 umfasst, über die mehrere Module des Leitungsträgers 19, also mehrere Teile, miteinander verbunden werden können.
-
Mit anderen Worten lässt sich der Leitungsträger 19 modular erweitern, sodass der Leitungsträger 19 in Abhängigkeit der Anzahl der Batteriemodule 16 erweiterbar ist. Über die Verbindungsstellen 53, auch Schnittstellen genannt, lassen sich entsprechende mechanische Verbindungen bereitstellen, über die die einzelnen Module bzw. Teile des Leitungsträgers 19 miteinander mechanisch gekoppelt werden können.
-
Insofern können die Teile bzw. Module des Leitungsträgers 19 auch als Steckmodule ausgebildet sein, sodass sich der gesamte Leitungsträger 19 in einfacher Weise ineinander bzw. zusammenstecken lässt.
-
In 3 ist zu sehen, dass die erste Fluidhauptleitung 20, die zweite Fluidhauptleitung 22, die Hochspannungsleitungen 28 und die Signalleitung 50 sich im Wesentlichen über den gesamten Aufnahmebereich 18 erstrecken und jeweils ein Ende der Leitungen auf der Seite 38 des Aufnahmebereichs 18 herausragt, insbesondere jeweils ein Ende der ersten Fluidhauptleitung 20, der zweiten Fluidhauptleitung 22 sowie von zwei Hochspannungsleitungen 28.
-
Auf der Seite 38 des Aufnahmebereichs 18 können somit die erste Fluidhauptleitung 20, die zweite Fluidhauptleitung 22, die Hochspannungsleitungen 28 und/oder die Signalleitung 50 an entsprechende weitere, externe Leitungen angeschlossen werden, sodass die Seite 38 ein Anschlussfeld 54 aufweist.
-
Beispielsweise werden die Batteriemodule 16 zum Aufladen über das Anschlussfeld 54 mit einer Stromquelle verbunden.
-
Das Anschlussfeld 54 kann am Leitungsträger 19 selbst ausgebildet sein, insbesondere einem Modul bzw. Teil des Leitungsträgers 19. Insofern handelt es sich bei dem Anschlussfeld 54 um eine fluidische bzw. elektrische Schnittstelle.
-
Diese kann, wie bereits erläutert, zum Anschluss externer Leitungen dienen, aber auch zum Anschluss bzw. zur Verbindung weiterer Teile bzw. Steckmodule des mehrteilig ausgebildeten Leitungsträgers 19.
-
Mit anderen Worten werden über die Anschlussfelder 54 die fluidischen und/oder elektrischen Verbindungen der mehreren Teile bzw. Module des Leitungsträgers 19 bereitgestellt, die zusätzlich zu den mechanischen Verbindungsstellen 53 benötigt werden, um eine durchgehende Verbindung des Leitungsträgers 19 zu erhalten.
-
Zudem sind die einzelnen Batterien 29 der Batteriemodule 16 über ein Zellkontaktiersystem miteinander verbunden, das vorliegend nur schematisch gezeigt ist. Das Zellkontaktiersystem ist beispielsweise über ein Flachbandkabel mit einer entsprechenden Hochspannungsleitung 28 im Aufnahmebereich 18 verbunden.
-
Die 5 zeigt eine perspektivische Seitenansicht einer weiteren Ausführungsform des Batteriesystems 14, die im Wesentlichen der ersten und zweiten Ausführungsform entspricht. Folglich wird im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen. Gleiche und funktionsgleiche Bauteile weisen dieselben Bezugszeichen auf.
-
Im Unterschied zu der vorangegangenen Ausführungsform hat das Batteriesystem 14 der 5 einen Trägerrahmen 56, der insgesamt zehn Aufnahmen 58 für zehn Batteriemodule 16 bereitstellt.
-
Der Leitungsträger 19 stellt in dieser Ausführungsform einen Mittelsteg 60 des Trägerrahmens 56 dar. Mit anderen Worten ist der Leitungsträger 19 von einem Außenrahmen 62 umgeben, der zusammen mit dem Leitungsträger 19 die Aufnahmen 58 definiert.
-
Ausgehend vom Leitungsträger 19 sind jeweils die Hälfte der Aufnahmen 58 an einer Seite und die andere Hälfte der Aufnahmen 58 an der anderen, entgegengesetzten Seite vorgesehen.
-
Die Aufnahmen 58 werden zudem durch Längsstreben 64 gebildet, die in den Außenrahmen 62 übergehen, um zusammen ein stabiles Gitter auszubilden.
-
Das Einsetzen der Batteriemodule 16 in die entsprechenden Aufnahmen 58 ist in 5 beispielhaft durch Pfeile dargestellt. Die Installation der Batteriemodule 16 kann vorab erfolgen, beispielsweise als Vormontage.
-
Die 6 zeigt eine Explosionsansicht des Batteriesystems 14 der 5 zu einem späteren Zeitpunkt der Montage.
-
Dabei sind die noch vorzusehenden Leitungen wie die Kontaktleitungen 48 und/oder die Signalleitung 50 gezeigt, die zusätzlich zu den innerhalb des Trägerrahmens 56 bzw. des Leitungsträgers 19 bereits verlegten Hochspannungsleitungen 28 und Fluidhauptleitungen 20, 22 montiert werden müssen.
-
Wie bereits erläutert, können diese Leitungen 48, 50 in einfacher Weise an den entsprechend ausgebildeten Haltern 51 fixiert werden, die beispielsweise auch auf dem Außenrahmen 62 vorgesehen sind, wie schematisch aus 6 deutlich wird. Die bereits vorinstallierten Batteriemodule 16 sind hier aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
-
Der Trägerrahmen 56 stellt also eine stabile Auflage für die Batteriemodule 16 dar und schützt gleichzeitig die Fluidhauptleitungen 20, 22, die Zweigleitungen 24, 26 sowie die Hochspannungsleitungen 28 des Batteriesystems 14.
-
Letzteres, also der Schutz der Fluidhauptleitungen 20, 22, der Zweigleitungen 24, 26 sowie der Hochspannungsleitungen 28 des Batteriesystems 14, trifft in analoger Weise auf den Leitungsträger 19 (in den anderen Ausführungsformen) zu, in dem die entsprechenden Leitungen eingebettet sind bzw. vom entsprechenden Material umspritzt worden sind.
-
Die Ausführungsform der 5 und 6 ist nur beispielhaft zu verstehen. Der Aufnahmebereich kann auch in die Karosserie des Fahrzeugs 10 integriert sein.
-
Insofern kann das Batteriesystem 14, insbesondere der Leitungsträger 19, eine Zentrierungshilfe und/oder Befestigungspunkte aufweisen, worüber zumindest der Leitungsträger 19 in gewünschter Weise positioniert und befestigt werden kann.
-
Selbstverständlich lassen sich die verschiedenen Merkmale der unterschiedlichen Ausführungsformen beliebig miteinander kombinieren. Insbesondere sind die zur ersten Ausführungsform als Unterschiede aufgezählten Merkmale unabhängig und können in verschiedener Weise auch in der ersten Ausführungsform vorhanden sein.
