DE102019207086A1

DE102019207086A1 - Gehäuseanordnung für einen Hochvoltenergiespeicher und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102019207086A1
Application number: DE102019207086.8A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Beck; Eduard Main
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2020-11-19
Also published as: CN111942182B; US20200365852A1; CN111942182A; US11380959B2

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung (14) für einen Hochvoltenergiespeicher (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Gehäuseanordnung (14) ein Gehäuse (20) zur Aufnahme mehrerer Speichermodule (16) aufweist, welches eine Außenseite (20a) aufweist, die in einem Zustand, in welchem die mehreren Speichermodule (16) im Gehäuse (20) aufgenommen sind, den mehreren Speichermodulen (16) abgewandt ist. Dabei weist die Gehäuseanordnung (14) ein elektrisch isolierendes Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) auf, welches in zumindest einem bestimmten Bereich (20c) der Außenseite (20a) des Gehäuses (20) angeordnet ist, der, wenn sich das Gehäuse (20) in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage im Kraftfahrzeug (10) befindet, zumindest einer vom Kraftfahrzeug (10) umfassten Bordnetz-Komponente (22a, 22b) eines Bordnetzes (22) mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher (12) verringerter Spannungslage zugewandt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gehäuseanordnung für einen Hochvoltenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs, wobei die Gehäuseanordnung ein Gehäuse zur Aufnahme mehrerer Speichermodule aufweist, welches eine Außenseite aufweist, die in einem Zustand, in welchem die mehreren Speichermodule im Gehäuse aufgenommen sind, den mehreren Speichermodulen abgewandt ist. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Gehäuseanordnung.
Ein Hochvoltenergiespeicher, wie beispielsweise eine Hochvoltbatterie, weist üblicherweise mehrere Batteriemodule auf, die wiederum mehrere Batterieeinzelzellen umfassen. Die einzelnen Batteriemodule beziehungsweise im Allgemeinen die Speichermodule, werden dann typischerweise in einem Gehäuse angeordnet, welches direkt oder indirekt mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs gekoppelt werden kann beziehungsweise an dieser angeordnet werden kann. Weiterhin kann eine solche Hochvoltbatterie auch noch weitere Komponenten umfassen, wie beispielsweise eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Batterieeinzelzellen.
In diesem Zusammenhang beschreibt die DE 10 2011 015 152 A1 eine Energiespeichervorrichtung mit einer Mehrzahl von Speicherzellen und einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Speicherzellen. Da die Zellgehäusewände der Zellen häufig metallisch ausgeführt sind und an ihnen eine elektrische Spannung anliegt, wird zur Verhinderung von Kurzschlüssen eine Kühlplatte von den Zellgehäusen durch eine elektrische Isolation, beispielsweise eine Wärmeleitfolie oder ähnliches, getrennt. In ähnlicher Weise offenbart auch die DE 10 2010 013 025 A1 , die eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Kühlplatte beschreibt, dass, wenn an den Zellgehäusen der Batterieeinzelzellen eine Spannung anliegt, zur Verhinderung von Kurzschlüssen eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie beziehungsweise Vergussmasse zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte angeordnet werden kann.
Des Weiteren beschreibt die DE 10 2010 055 598 A1 eine Einzelzelle für eine Batterie mit zwei Gehäuseteilen, die durch einen isolierenden Gehäuserahmen, welcher zumindest teilweise aus einem thermoplastischen Material besteht, elektrisch voneinander getrennt sind. Zwischen den beiden Gehäuseteilen befindet sich ferner ein im Gehäuserahmen angeordneter Elektrodenfolienstapel.
Das Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers selbst ist typischerweise von den Hochvoltpotentialen elektrisch isoliert und liegt auf Masse. Damit kann das Batteriegehäuse gefahrlos von außen berührt werden, ohne einen elektrischen Schlag befürchten zu müssen.
Da jedoch gerade Spannungen im Hochvoltbereich lebensgefährlich sein können, besteht auch weiterhin das Bestreben, einen solchen Hochvoltenergiespeicher so sicher wie möglich zu gestalten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Gehäuseanordnung für einen Hochvoltenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche eine möglichst sichere Ausbildung eines solchen Hochvoltenergiespeichers erlauben.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Gehäuseanordnung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Gehäuseanordnung für einen Hochvoltenergiespeicher eines Kraftfahrzeugs weist dabei ein Gehäuse zur Aufnahme mehrerer Speichermodule auf, welches eine Außenseite aufweist, die in einem Zustand, in welchem die mehreren Speichermodule im Gehäuse aufgenommen sind, den mehreren Speichermodulen abgewandt ist. Dabei weist die Gehäuseanordnung ein elektrisch isolierendes Isolationselement auf, welches in zumindest einem bestimmten Bereich der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, der, wenn sich das Gehäuse in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage im Kraftfahrzeug befindet, zumindest eine vom Kraftfahrzeug umfassten Bordnetz-Komponente eines Bordnetzes mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage zugewandt ist.
Die Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass es im Fehlerfall, zum Beispiel bei falscher Montage oder Demontage oder bei Wartungsarbeiten, möglich ist, dass zwischen dem Hochvoltenergiespeichersystem, das heißt dem Hochvoltenergiespeicher, und dem Niedervoltbordnetz oder Mittelvoltbordnetz, falls vorhanden, Spannungseinflüsse wie beispielsweise Kurzschlüsse auftreten können und zu diversen Fehlerbildern beziehungsweise Schadenfällen an den Komponenten der Systeme führen können. Diese Gefahr ist besonders dann hoch, wenn zum Beispiel bereits ein Fehler vorliegt, gemäß welchem das Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers mit einem Hochvoltpotential in Kontakt steht oder das Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers mit einem Potential des Nieder- oder Mittelvoltbordnetzes kontaktiert ist. Wird dann beispielsweise bei Wartungsarbeiten am Nieder- beziehungsweise Mittelvoltbordnetz versehentlich noch das andere der beiden Nieder- beziehungsweise Mittelvoltpotentiale, zum Beispiel über ein metallisches Werkzeug, mit dem Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers gekoppelt, so führt dies zu einem Stromfluss, insbesondere einem Kurzschluss, der schwerwiegende Schäden nach sich ziehen kann. Wenngleich auch üblicherweise weitere Sicherheitskonzepte in einem Kraftfahrzeug vorgesehen sind, wie zum Beispiel ein Isolationswächter, der typischerweise die Isolation zwischen Bordnetzpotentialen und Gehäusen überwacht, so lassen sich gerade solche doppelte Isolationsfehler teilweise nur sehr schwierig erkennen oder auch zu spät, sodass dann bereits Schäden entstanden sein können. Durch die Erfindung wird nun vorteilhafterweise auch an der Außenseite des Gehäuses für den Hochvoltenergiespeicher ein elektrisch isolierendes Isolationselement bereitgestellt, welches so angeordnet ist, dass es zumindest einer Bordnetzkomponente des Bordnetzes mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage, wie zum Beispiel einer 12-Volt-Bordnetzkomponente oder auch einer 48-Volt-Bordnetzkomponente, zugewandt ist. Bei Wartungsarbeiten oder Fehlerfällen, insbesondere während der Montage oder Demontage, wird durch ein solches Isolationselement vorteilhafterweise jeglicher Kontakt zwischen dieser zumindest einen Bordnetzkomponente und dem typischerweise aus Metall gebildeten Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers verhindert. Dadurch kann vorteilhafterweise die Kurzschlussgefahr zwischen dem Hochvoltspeichersystem, das heißt dem Hochvoltenergiespeicher, und zum Beispiel dem Niedervoltbordnetz beseitigt oder zumindest reduziert werden. Ein solches Isolationselement kann, wie dies nachfolgend näher beschrieben ist, zudem besonders einfach und kostengünstig ausgeführt werden, sodass letztendlich die Sicherheit im Zusammenhang mit Hochvoltenergiespeichern auf besonders einfache, kostengünstige und effiziente Weise erhöht werden kann.
Der Hochvoltenergiespeicher kann beispielsweise eine eingangs definierte Hochvoltbatterie darstellen, die zum Beispiel mehrere als Batteriemodule ausgebildete Speichermodule aufweist. Ein jeweiliges solches Batteriemodul kann wiederum mehrere Batterieeinzelzellen, die zu einem Zellpack zusammengefasst sind, umfassen. Neben dem Hochvoltbordnetz kann das Kraftfahrzeug zudem als Beispiel für ein Bordnetz mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage, wie bereits erwähnt, ein Niedervoltbordnetz, zum Beispiel ein 12-Volt-Bordnetz, und/oder ein Mittelvoltbordnetz, zum Beispiel ein 48-Volt-Bordnetz, aufweisen. Eine von einem solchen Bordnetz umfasste Bordnetzkomponente wird dann entsprechend mit Energie der gleichen Spannungslage versorgt, das heißt zum Beispiel mit 12 Volt oder mit 48 Volt. Solche Bordnetzkomponenten können dann zum Beispiel weitere Energiespeicher, zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie und/oder eine 48-Volt-Batterie, darstellen, diverse Verbraucher, Kabel, Leitungen oder sonstige strom- und/oder spannungsführende Bauteile, die mit zumindest einem der durch ein solches Nieder- beziehungsweise Mittelvoltbordnetz bereitgestellten Potentiale in Verbindung stehen.
Die Spannungslage des Hochvoltenergiespeichers beträgt dabei vorzugsweise mehr als 100 Volt, wie zum Beispiel 400 Volt oder 800 Volt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolationselement als eine Folie und/oder als ein Filzstoff und/oder als ein Klettverschluss ausgebildet. Auf diese Weise ist das Isolationselement besonders einfach und flexibel an die Geometrie des Gehäuses beziehungsweise an die Geometrie des Bereichs der Außenseite des Gehäuses anpassbar, da in all diesen Fällen das Isolationselement als biegbares beziehungsweise flexibles, nicht starres Bauteil bereitgestellt werden kann. Damit lässt sich das Isolationselement besonders einfach und kostengünstig an jeder beliebigen Stelle des Gehäuses anbringen.
Beispielsweise kann das Isolationselement eine selbstklebende Folie, insbesondere Kunststofffolie, aufweisen und dadurch in Form einer Art Aufkleber bereitgestellt sein, welcher einfach an der Außenseite an der gewünschten Position aufgeklebt werden kann. Darüber hinaus kann eine solche Folie blickdicht oder auch transparenter oder semitransparent ausgeführt sein. Im Falle einer transparenten Folie bleiben über klebte Inhalte, wie zum Beispiel auf der Außenseite des Gehäuses vorhandene Beschriftungen, Hinweise, Piktogramme, sonstige Aufkleber oder ähnliches vorteilhafterweise auch weiterhin sichtbar. Eine solche Folie kann aber auch selbst als solcher Träger von Hinweistexten oder ähnlichem fungieren. Das Isolationselement kann also weiterhin, transparent oder blickdicht, so ausgeführt sein, dass sowohl die Aufgabe eines Aufklebers für Inhalte, zum Beispiel Beschriftungen, Hinweise, Piktogramme, als auch die Isolation, insbesondere elektrische Isolationsfunktion, von dieser Folie übernommen werden. Um als Träger für solche Inhalte zu fungieren, kann die Folie auf einer Seite oder auch beidseitig geeignet beschriftet, bedruckt oder anderweitig mit Symbolen oder Schrift versehen sein.
Weiterhin kann das Isolationselement, insbesondere wenn dieses als Folie ausgebildet ist, unterschiedliche Schichtstärken, je nach Anforderung zum Beispiel an die Geometrie des Gehäuses, an die geforderte Durchschlagsfestigkeit, an die geforderte Transparenz und so weiter ausgebildet sein, insbesondere mit einer Dicke zwischen 50 Mikrometern und einem Millimeter, wie zum Beispiel 100 Mikrometern, 200 Mikrometern, 300 Mikrometern oder ähnlichen Dicken. Auch kann diese Folie aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein beziehungsweise für die Ausbildung und Bereitstellung der Folie kommen unterschiedliche Materialien infrage, wie zum Beispiel PU (Polyurethan), PE (Polyethylen), PET (Polyethylenterephtalat), PVC (Polyvinylchlorid). Auch kann die Folie gleichzeitig aus verschiedenen solcher Kunststoffe bereitgestellt sein, zum Beispiel als Mehrschichtfolie. Zudem kann die Folie auch eine beliebige Geometrie, insbesondere zweidimensional oder auch dreidimensional, mit geeignet gewählter Länge und/oder Breite aufweisen, je nach dem vorgesehenen Anbringungsort auf der Außenseite des Gehäuses. Damit lässt sich durch die Ausbildung des Isolationselements als Folie ein besonders hohes Maß an Flexibilität und Anpassungsmöglichkeiten bereitstellen.
Ähnliches gilt auch für die Ausbildung des Isolationselements als Filz. Auch in diesem Fall kann das Isolationselement zum Beispiel als selbstklebender Filz ausgebildet sein, was eine besonders einfache Anbringung an der Außenseite des Gehäuses ermöglicht. Auch hier kann das Isolationselement wiederum je nach Anforderung, zum Beispiel an die Geometrie des Gehäuses oder an andere Faktoren, wie die geforderte Durchschlagsfestigkeit und so weiter, mit einer entsprechend angepasster Schichtstärke, insbesondere unterschiedlichen Schichtstärken, bereitgestellt sein, aus unterschiedlichem Material gebildet sein und/oder unterschiedliche Geometrien bereitstellen, wie zum Beispiel wiederum zwei- und/oder dreidimensional und/oder mit unterschiedlicher Länge und/oder Breite ausgebildet sein. Insbesondere kann auch hier wiederum das Isolationselement eine Dicke im oben genannten Bereich aufweisen und aus oben genannten Kunststoffen oder auch anderen Materialien gebildet sein. Entsprechendes gilt auch, wenn das Isolationselement als ein Klettverschluss ausgebildet ist. Ist das Isolationselement als Klettverschluss ausgebildet, kann auf besonders einfache Weise das Isolationselement zusätzlich zu seiner Aufgabe des elektrischen Isolierens an sich noch zusätzlich die Aufgabe der Bereitstellung eines Kabelhalters oder Leitungshalters oder ähnliches übernehmen.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Isolationselement als ein formstabiles Kunststoffbauteil ausgebildet, insbesondere als ein geschäumtes Kunststoffbauteil und/oder als ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil und/oder als ein additiv gefertigtes Kunststoffbauteil. Ist das Isolationselement als ein formstabiles Kunststoffbauteil ausgebildet, so besitzt dieses vorzugsweise bereits schon vor der Anordnung am entsprechenden Bereich der Außenseite des Gehäuses im Wesentlichen schon die Geometrie dieses Bereichs der Außenseite. Durch eine solche Ausbildung des Isolationselements als formstabiles Kunststoffbauteil lassen sich deutlich dickere Schichtstärken, insbesondere im Millimeterbereich, wie zum Beispiel ein Millimeter, 1,5 Millimeter, zwei Millimeter und so weiter, vorzugsweise im Bereich zwischen einem Millimeter und fünf Millimeter, bereitstellen. Dadurch kann eine höhere Durchschlagsfestigkeit bereitgestellt werden. Auch kommen hier für die Ausbildung des Isolationselements wiederum verschiedene Materialien, die miteinander kombinierbar sind, infrage, insbesondere die oben genannten Kunststoffe, wie zum Beispiel PVC, insbesondere E-PVC, das heißt Polyvinylchlorid, welches durch Emulsionspolimerisation hergestellt wurde.
Auch hierbei besteht wiederum die Möglichkeit, das Isolationselement bei Bedarf transparent, semitransparent oder blickdicht auszubilden, je nach Anforderung. Zudem lässt sich auch bei einer formstabilen Ausbildung des Isolationselements durch dieses eine weitere Funktion als Kabelhalter oder Leitungshalter bereitstellen.
Zur Ausbildung des Isolationselements kommen aber nicht nur oben genannte Materialien infrage, das Isolationselement kann auch aus Papier und/oder Elastomer und/oder Leder und/oder Bitumen und so weiter beziehungsweise im Allgemeinen aus sonstigen elektrisch isolierenden Materialien gebildet sein. Auch bei solchen Materialien besteht die Möglichkeit, das Isolationselement flexible an die jeweiligen Anforderungen anzupassen, insbesondere wiederum hinsichtlich Dicke, Geometrie, Transparenz und so weiter.
Die Gehäuseanordnung kann auch verschiedenartig ausgebildete Isolationselemente aufweisen, die beispielsweise an unterschiedlichen Positionen beziehungsweise in unterschiedlichen Bereichen der Außenseite des Gehäuses angeordnet sein können.
Wie bereits erwähnt, können durch das Isolationselement bei Bedarf auch noch eine oder mehrere weitere Funktionen bereitgestellt werden. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn das Isolationselement zusätzlich zum Bereitstellen zumindest einer von einem elektrischen Isolieren verschiedenen Funktion ausgelegt ist. Durch die Bereitstellung einer Doppelt- oder Mehrfachfunktion kann die Effizienz des Isolationselements vorteilhafterweise weiter gesteigert werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn die zumindest eine Funktion mindestens eine der folgenden darstellt: Eine Bereitstellung eines Halters für ein Kabel und/oder eine Leitung, eine Bereitstellung eines Abstandshalters, um das Gehäuse in einem definierten Abstand zu einer Kraftfahrzeugkomponente zu halten, eine Wärmeabschirmung, eine Trägerfunktion zum Tragen von Hinweistexten und/oder Symbolen und einen Scheuerschutz.
Gerade die Bereitstellung eines Kabelhalters oder eines Halters für eine Leitung ist besonders vorteilhaft, da in einem Kraftfahrzeug typischerweise gerade im Bereich des Hochvoltenergiespeichers diverse Leitungen und/oder Kabel verlaufen, die auf diese Weise geführt werden können und/oder auch befestigt werden können, ohne dass hierfür eine Zusatzkomponente beziehungsweise ein separat gefertigter Halter oder ähnliches erforderlich ist. Ein solcher Halter lässt sich auf besonders einfache Weise bereitstellen, wenn das Isolationselement aus einem formstabilen Kunststoff gefertigt ist, wie bereits beschrieben, oder beispielsweise auch als Klettverschluss ausgeführt ist, sodass durch einen solchen Klettverschluss einfach eine Schlaufe zum Führen eines solchen Kabels oder einer Leitung bereitgestellt werden kann.
Auch kann das Isolationselement, je nach Position seiner Anordnung, beispielsweise als definierter Abstandshalter fungieren, um das Gehäuse in einem definierten Abstand zu einer Kraftfahrzeugkomponente oder auch zu mehreren Kraftfahrzeugkomponenten zu halten, wie zum Beispiel in einem definierten Abstand zum Ladeboden im Kofferraumbereich des Kraftfahrzeugs, sodass auch hier wiederum separate Bauteile, insbesondere separat bereitgestellte Abstandshalter, eingespart werden können. Zudem lässt sich das Isolationselement, je nach Ausbildung, auch als Wärmeabschirmung verwenden. Gerade Kunststoffe bieten in der Regel eine gute thermische Isolationsfähigkeit, insbesondere im Vergleich zu Metallen, sodass zum Beispiel durch das Vorsehen des Isolierelements gleichzeitig auch Kühlleistung zum Kühlen des Hochvoltenergiespeichers eingespart werden kann, wenn dieser Hochvoltenergiespeicher nunmehr vorteilhafterweise über das vorgesehene Isolationselement von der Umgebung gut thermisch isoliert werden kann.
Zudem kann, wie eingangs ebenfalls beschrieben, das Isolationselement bei geeigneter Beschriftung oder Bedruckung oder ähnlichem gleichzeitig auch als Träger von Hinweistexten, Symbolen, Piktogrammen oder ähnlichem fungieren. Auch hierdurch lassen sich wiederum zusätzliche Aufkleber oder weitere Komponenten bereitstellen. Auch kann durch das Isolationselement gleichzeitig ein Scheuerschutz bereitgestellt werden. Dies ist insbesondere dann auf besonders effektive Weise möglich, wenn das Isolationselement beispielsweise als ein Filzstoff und/oder Klettverschluss oder Leder oder ähnlichem ausgebildet ist. Dies ermöglicht vorteilhafterweise eine direkte Anordnung der Gehäuseanordnung, insbesondere des Isolationselements an anderen Kraftfahrzeugkomponenten, ohne eine mechanische Beeinträchtigung, ein Zerstören oder Zerkratzen befürchten zu müssen. Dadurch lässt sich wiederum Bauraum einsparen, da hierdurch deutlich kompaktere Anordnungsmöglichkeiten der Kraftfahrzeugkomponenten bereitgestellt werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Gehäuse einen Deckel auf, der, wenn sich das Gehäuse in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage im Kraftfahrzeug befindet, eine Oberseite des Gehäuses bereitstellt, wobei der bestimmte Bereich der Außenseite, in welchem das Isolationselement angeordnet ist, vom Deckel bereitgestellt wird. Mit anderen Worten ist das Isolationselement am Deckel des Gehäuses angeordnet. Hierdurch lässt sich eine besonders effiziente Isolierung von Bordnetzkomponenten des Bordnetzes mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage bereitstellen, da solche anderen Bordnetzkomponenten typischerweise oberhalb des Hochvoltenergiespeichers angeordnet sind.
Grundsätzlich kann das Isolationselement zusätzlich oder alternativ aber auch an jeder beliebigen anderen Stelle des Gehäuses bereitgestellt sein. Zudem kann das Isolationselement auch sowohl einen Teilbereich, insbesondere nur einen Teilbereich, als auch ganze Komponenten oder Systeme bedecken beziehungsweise isolieren.
Entsprechend stellt es beispielsweise eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn nur ein Teil der Außenseite des Gehäuses das Isolationselement aufweist beziehungsweise das Isolationselement nur in einem Teil der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, sodass ein Teil der Außenseite des Gehäuses nach außen hin nicht elektrisch isoliert ist. Dies hat den großen Vorteil, dass das Isolationselement, eventuell auch voneinander separierte mehrere Isolationselemente, gezielt in solchen Bereichen positioniert werden können, welchen Komponenten, das heißt Bordnetzkomponenten des Bordnetzes mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage, zugewandt sind. Dies erlaubt eine besonders effiziente Ausgestaltung, da das Gehäuse nicht vollumfänglich mit einem solchen Isolationselement versehen werden muss, das heißt nicht notwendigerweise in Bereichen, in welchen ohnehin keine Kurzschlussgefahr gegeben ist.
Nichtsdestoweniger ist es auch möglich, so wie dies gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, dass das Isolationselement im Wesentlichen die gesamte Außenseite des Gehäuses überdecken angeordnet ist. Diese Ausbildung erlaubt ein besonders hohes Maß an Flexibilität, da selbst dann, wenn sich die Anordnung von Komponenten innerhalb eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel in der nächsten Generation des Kraftfahrzeugs, ändert, keine Veränderung oder Anpassung bezüglich der Position des Isolationselements im Gehäuse des Hochvoltenergiespeichers vorgenommen werden muss, da das Isolationselement ohnehin das Gehäuse vollständig abdeckt und nach außen hin elektrisch isoliert. Da das Isolationselement, wie oben beschrieben, ohnehin besonders einfach und kostengünstig ausgebildet werden kann, lassen sich durch diese Ausgestaltung der Erfindung die Flexibilität und die Einsatzmöglichkeiten der Gehäuseanordnung auf besonders effiziente und kostengünstige Weise erhöhen.
Auch ein Hochvoltenergiespeicher, wie beispielsweise eine Hochvoltbatterie, mit einer erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Der Hochvoltenergiespeicher kann wie eingangs beschrieben ausgebildet sein und beispielsweise mehrere Batteriemodule mit jeweils mehreren Batterieeinzelzellen umfassen. Diese als Batteriemodule ausgebildeten Speichermodule können dann entsprechend in dem beschriebenen Gehäuse angeordnet sein.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn das Kraftfahrzeug mindestens eine Bordnetzkomponente, insbesondere eine 12-Volt-Bordnetzkomponente und/oder 48-Volt-Bordnetzkomponente, eines Bordnetzes mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher verringerter Spannungslage aufweist, wobei das Isolationselement derart an der Außenseite des Gehäuses angeordnet ist, dass sich das Isolationselement zwischen der mindestens einen Bordnetzkomponente und dem Gehäuse befindet.
Wie bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung und ihren Ausgestaltungen beschrieben, lässt sich hierdurch die Gefahr eines Kurzschlusses zwischen dem Hochvoltspeichersystem und dem Niedervoltbordnetz ausmerzen beziehungsweise zumindest reduzieren. Auch im Übrigen gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Gehäuseanordnung und ihren Ausgestaltungen genannten Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet. Des Weiteren kann das Kraftfahrzeug als Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug mit Elektroantrieb bereitgestellt sein.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einem Hochvoltenergiespeicher und einer Gehäuseanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäusedeckels einer Gehäuseanordnung mit einem außenseitig angeordneten und als Folie ausgebildeten Isolationselement gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung eines Gehäusedeckels einer Gehäuseanordnung mit einem außenseitig angeordneten und als Filz ausgebildeten Isolationselement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
4 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäusedeckels einer Gehäuseanordnung mit einem außenseitig und als formstabiles Kunststoffbauteil ausgebildeten Isolationselement gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.

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. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 10 mit einem Hochvoltenergiespeicher 12, welcher eine Gehäuseanordnung 14 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst. Der Hochvoltenergiespeicher 12 ist dabei als Hochvoltbatterie 12 ausgebildet und weist mehrere als Batteriemodule 16 ausgebildete Speichermodule auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eines mit einem Bezugszeichen versehen ist. Ein jeweiliges dieser Speichermodule 16 weist wiederum mehrere Batterieeinzelzellen 18 auf, von denen wiederum nur eine aus Gründen der Übersichtlichkeit mit einem Bezugszeichen versehen ist. Diese Batterieeinzelzellen 18 können zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. Weiterhin umfasst die Gehäuseanordnung 14 ein Gehäuse 20, in welchem die Speichermodule 16 aufgenommen sind. Dieses Gehäuse 20 weist wiederum eine Außenseite 20a auf, welche den Speichermodulen 16 abgewandt ist. Zudem umfasst das Kraftfahrzeug 10 auch ein Niedervoltbordnetz 22, zum Beispiel ein 12-Volt-Bordnetz oder ein 48-Volt-Bordnetz. Dieses Niedervoltbordnetz 22 weist wiederum mehrere Bordnetzkomponenten 22a, 22b auf, wie zum Beispiel eine 12-Volt-Batterie und/oder eine 48-Volt-Batterie und/oder diverse Verbraucher, Kabel und so weiter. Diese Bordnetzkomponenten 22a, 22b sind in diesem Beispiel oberhalb des Hochvoltenergiespeichers 12 angeordnet.
Bei konventionellen Kraftfahrzeugen mit Hochvoltenergiespeicher kann es im Fehlerfall vorkommen, dass zwischen einem solchen Hochvoltenergiespeichersystem und dem Niedervoltbordnetz Spannungseinflüsse, insbesondere Kurzschlüsse, auftreten und zu diversen Fehlerbildern beziehungsweise Schadensfällen an den Komponenten der Systeme führen. Derartige Spannungseinflüsse können nun vorteilhafterweise vermieden werden, indem entweder partiell oder ganzheitlich ein Isolationselement 24 (vergleiche 2 bis 4) außen am Gehäuse 20 des Hochvoltenergiespeichers 12 angebracht beziehungsweise angeordnet ist. Insbesondere ist dabei dieses Isolationselement 24 in einem Bereich 20c der Außenseite 20a des Gehäuses 20 angeordnet, welcher zumindest einer der Bordnetzkomponenten 22a, 22b des Niedervoltbordnetzes 22 zugewandt ist. Dadurch kann vorteilhafterweise auch ein Kontakt eines Teils einer solchen Bordnetzkomponente 22a, 22b, insbesondere eines Kontakts eines Potentials dieses Niedervoltbordnetzes 22, mit der Außenseite 20a des Gehäuses 20 in diesem Bereich 20c, in welchem das Isolationselement 24 angeordnet ist, nicht zu einem Kurzschluss führen.
Für die Ausbildung dieses Isolationselements 24 stehen nun viele vorteilhafte Möglichkeiten bereit, die im Folgenden näher erläutert werden.
Dabei zeigt 2 eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäusedeckels 20b des Gehäuses 20 des Hochvoltenergiespeichers 12 mit einem als selbstklebende Folie 24a ausgebildeten Isolationselement 24 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Das Isolationselement 24 ist demnach als Aufkleber 24a ausgestaltet, der auf einfache Weise auf die Außenseite 20a des Gehäuses 20, in diesem Beispiel auf dem Gehäusedeckel 20b, aufgeklebt werden kann beziehungsweise in diesem Beispiel aufgeklebt ist, welcher das Gehäuse 20 nach oben, das heißt in Richtung des Niedervoltbordnetzes 22, verschließt. Die Ausbildung als solche Folie 24a bietet ein besonders hohes Maß an Flexibilität, insbesondere hinsichtlich der geometrischen Gestaltung, der Transparenz, der Dicke und deren Anordnungsmöglichkeiten. Da eine solche Folie 24a aufgrund ihrer dünnen Ausführung, insbesondere im dreistelligen Mikrometerbereich, besonders einfach an jede beliebige Geometrie, insbesondere 2D oder auch 3D, anpassbar und auf den Gehäusedeckel 20b beziehungsweise im Allgemeinen auf die Außenseite 20a des Gehäuses 20 aufklebbar oder anderweitig anbringbar ist, stellt eine solche Folie 24a eine besonders einfache, kostengünstige und vorteilhafte Möglichkeit zur Bereitstellung eines Isolationselements 24 bereit. Das Isolationselement 24, welches also in diesem Beispiel als Folie 24a ausgebildet ist, kann also blickdicht oder auch transparent ausgeführt sein. Im Falle einer transparenten Folie 24a bleiben überklebte Inhalte, wie zum Beispiel vorhandene Beschriftungen, weiterhin sichtbar. Auch kann das Isolationselement so ausgeführt sein, dass dieses auch die Aufgabe eines Aufklebers für Inhalte übernimmt, wie zum Beispiel Beschriftungen, Hinweise, Piktogramme und so weiter, insbesondere neben ihrer Funktion als elektrisch isolierendes Isolationselement 24. Derartige Beschriftungen können durch die Folie 24a sowohl bei einer blickdichten als auch bei einer transparenten Ausführung der Folie 24a bereitgestellt werden. Dabei kann nicht nur der Deckel 20b des Gehäuses 20 mit einer solchen Folie 24a beklebt sein, sondern auch die Unterseite des Gehäuses 20, sowie im Allgemeinen jeder beliebige Teilbereich des Gehäuses 20 oder auch die gesamte Außenseite 20a des Gehäuses.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäusedeckels 20b eines Gehäuses 20 eines Hochvoltenergiespeichers 12 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. Auch in diesem Beispiel ist wiederum ein Isolationselement 24 an der Außenseite 20a dieses Gehäusedeckels 20b angeordnet. In diesem Beispiel ist das Isolationselement 24 als Filz 24b ausgeführt. Auch ein solcher Filzstoff 24b kann entsprechend dünn, wie zum Beispiel zur Folie 24a beschrieben, ausgebildet sein oder auch etwas dicker. Dadurch lässt sich durch die dickere Ausbildung eines solchen Filzstoffes 24b die Durchschlagsfestigkeit erhöhen. Nichtsdestoweniger bleibt ein solcher Filzstoff 24b auch bei einer etwas dickeren Ausführung, zum Beispiel im Millimeterbereich, weiterhin flexibel und lässt sich somit an jede beliebige Geometrie der Außenseite 20a des Gehäuses 20 anpassen und ist damit ebenso flexibel einsetzbar, wie zur Folie 24a beschrieben. Zusätzlich kann ein solcher Filzstoff auch die Funktion eines Scheuerschutzes übernehmen und je nach Materialwahl für den Filz auch eine Wärmeabschirmung bereitstellen.
Alternativ oder zusätzlich kann das Isolationselement 24 auch als Klettverschluss ausgebildet sein und dann zum Beispiel zusätzlich die Aufgabe eines Kabelhalters übernehmen. Auch ein solcher Klettverschluss stellt eine besonders flexible Ausbildungsmöglichkeit des Isolationselements bereit, welches sich damit flexibel an beliebige Geometrien der Außenseite 20a des Gehäuses 20 anpassen kann und damit besonders flexibel an jeder beliebigen Position der Außenseite 20a des Gehäuses 20 angeordnet sein kann.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Teils eines Gehäusedeckels 20b des Gehäuses 20 mit einem Isolationselement 24 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel ist das Isolationselement 24 als formstabiles Kunststoffteil 24c ausgebildet. Ein solches Kunststoffteil 24c kann zum Beispiel als geschäumter Kunststoff oder spritzgegossener Kunststoff oder ein mit einem Additiv gefertigter Kunststoff ausgebildet sein. In diesem Fall wird zur Bereitstellung des Isolationselements 24, insbesondere bereits vor dessen Anordnung am Gehäuse 20, die Geometrie dieses Isolationselements 24 in Anpassung an die Geometrie der Außenseite 20a des Bereichs 20c, in welchem das Isolationselement 24 angeordnet werden soll, angepasst bereitgestellt. Nichtsdestoweniger können durch Spritzgussverfahren oder andere einfache Herstellungsverfahren solche formstabilen Kunststoffisolationselemente 24c einfach und kostengünstig und an jede beliebige Geometrie anpassbar ausgebildet werden. Insbesondere lässt sich damit das Isolationselement 24 zudem auf besonders einfache Weise mit einer Geometrie bereitstellen, welche zum Beispiel in zwei unterschiedliche Raumrichtungen gekrümmt sein kann, wie zum Beispiel an abgerundeten Ecken des Gehäuses 20. Bei einer Ausbildung als Folie oder Filz oder ähnlichem ist dies nur durch Inkaufnehmen einer gewissen Faltenlegung oder einer mehrteiligen Ausführung des Isolationselements 24 möglich, was nichtsdestoweniger dennoch einfach bereitzustellen ist.
Ein formstabiles Kunststoffteil 24c eignet sich vor allem als Isolationselement 24 dann, wenn noch höhere Durchschlagsfestigkeiten erzielt werden sollen, da sich durch dieses Kunststoffteil 24c Schichtstärken beziehungsweise - dicken im Millimeterbereich und mehr bereitstellen lassen. Gleichzeitig ist auch hier wiederum die Flexibilität hinsichtlich Materialwahl, insbesondere Wahl des für das Kunststoffteil 24c verwendeten Kunststoffs, sowie hinsichtlich der Wahl der Durchsichtigkeit beziehungsweise Transparenz gegeben, ganz analog wie zur Folie 24a beschrieben. Auch hier können wiederum durch das Isolationselement 24 zusätzliche Funktionen bereitgestellt werden, wie zum Beispiel als Träger für Hinweistexte, Symbole und so weiter. Bei einer durchsichtigen Ausbildung können auch wiederum Hinweistexte, die direkt auf der Außenseite 20a des Gehäuses 20 angeordnet sind, weiterhin durch dieses Isolationselement 24 hindurch gesehen werden. In diesem Beispiel ist zudem durch das Isolationselement 24 in vorteilhafter Weise zusätzlich ein Halter 24d bereitgestellt, mittels welchem zum Beispiel ein Kabel und/oder eine Leitung haltbar beziehungsweise festklemmbar oder führbar ist. Dadurch können zusätzliche Halter zum Führen oder Halten von Kabeln eingespart werden.
Im Allgemeinen kann das Isolationselement 24 neben der elektrisch isolierenden Aufgabe noch weitere Funktionen übernehmen, wie zum Beispiel eine Haltefunktion für Kabel, einen Scheuerschutz, die Funktion eines Abstandshalters, eine Warnabschirmung und die Funktion eines Hinweistext-, - symbol- oder -schriftträgers. Auf diese Weise lassen sich zahlreiche Zusatzkomponenten, wie Halter für Kabel, Abstandshalter, Schutzelemente, Schirmungselemente, Aufkleber und so weiter einsparen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein außenliegendes Isolationselement an einem Gehäuse eines HV-Speichersystems bereitgestellt werden kann, welches durch seine Anordnung zwischen dem Gehäuse und Komponenten eines Niedervoltbordnetzes auf besonders effiziente und kostengünstige Weise Spannungseinflüsse, insbesondere Kurzschlüsse, zwischen dem HV-Speichersystem und dem Niedervoltbordnetz vermeiden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011015152 A1 [0003]
DE 102010013025 A1 [0003]
DE 102010055598 A1 [0004]

Claims

Gehäuseanordnung (14) für einen Hochvoltenergiespeicher (12) eines Kraftfahrzeugs (10), wobei die Gehäuseanordnung (14) ein Gehäuse (20) zur Aufnahme mehrerer Speichermodule (16) aufweist, welches eine Außenseite (20a) aufweist, die in einem Zustand, in welchem die mehreren Speichermodule (16) im Gehäuse (20) aufgenommen sind, den mehreren Speichermodulen (16) abgewandt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (14) ein elektrisch isolierendes Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) aufweist, welches in zumindest einem bestimmten Bereich (20c) der Außenseite (20a) des Gehäuses (20) angeordnet ist, der, wenn sich das Gehäuse (20) in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage im Kraftfahrzeug (10) befindet, zumindest einer vom Kraftfahrzeug (10) umfassten Bordnetz-Komponente (22a, 22b) eines Bordnetzes (22) mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher (12) verringerter Spannungslage zugewandt ist.
Gehäuseanordnung (14) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) als eine Folie (24a) und/oder als ein Filzstoff (24b) und/oder als ein Klettverschluss ausgebildet ist.
Gehäuseanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) als ein formstabiles Kunststoffbauteil (24c) ausgebildet ist, insbesondere als ein geschäumtes Kunststoffbauteil (24c) und/oder als ein spritzgegossenes Kunststoffbauteil (24c) und/oder als ein additiv gefertigtes Kunststoffbauteil (24c).
Gehäuseanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) zusätzlich zum Bereitstellen zumindest einer von einem elektrischen Isolieren verschiedenen Funktion ausgelegt ist.
Gehäuseanordnung (14) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Funktion mindestens eine der Folgenden darstellt: - eine Bereitstellung eines Halters (24d) für ein Kabel und/oder eine Leitung; - eine Bereitstellung eines Abstandshalters, um das Gehäuse (20) in einem definierten Abstand zu einer Kraftfahrzeugkomponente zu halten; - eine Wärmeabschirmung; - eine Trägerfunktion zum Tragen von Hinweistext und/oder Symbolen; - einen Scheuerschutz.
Gehäuseanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (20) einen Deckel (20b) aufweist, der, wenn sich das Gehäuse (20) in seiner bestimmungsgemäßen Einbaulage im Kraftfahrzeug (10) befindet, eine Oberseite des Gehäuses (20) bereitstellt, wobei der bestimmte Bereich (20c) der Außenseite (20a), in welchem das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) angeordnet ist, vom Deckel (20b) bereitgestellt wird.
Gehäuseanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nur ein Teil der Außenseite (20a) des Gehäuses (20) das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) aufweist.
Gehäuseanordnung (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) im Wesentlichen die gesamte Außenseite (20a) des Gehäuses (20) überdeckend angeordnet ist.
Kraftfahrzeug (10) mit einer Gehäuseanordnung (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Kraftfahrzeug (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (10) mindestens eine Bordnetz-Komponente (22a, 22b), insbesondere eine 12V-Bordnetz-Komponente (22a, 22b) und/oder 48V-Bordnetz-Komponente (22a, 22b), eines Bordnetzes (22) mit gegenüber dem Hochvoltenergiespeicher (12) verringerter Spannungslage aufweist, wobei das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) derart an der Außenseite (20a) des Gehäuses (20) angeordnet ist, dass sich das Isolationselement (24; 24a, 24b, 24c) zwischen der mindestens eine Bordnetz-Komponente (22a, 22b) und dem Gehäuse (20) befindet.