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Die Erfindung betrifft eine für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehene Traktionsbatterie mit mindestens zwei Batterieelementen, wobei jedes der Batterieelemente eine Anschlussseite mit zwei an diesen angeordneten Terminals aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie.
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Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
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Geeigneterweise ist eine solche Traktionsbatterie modular aufgebaut. So weist die Traktionsbatterie mehrere Batteriemodule auf, welche wiederum eine Anzahl an Batteriezellen umfassen. Die Batteriezellen eines jeweiligen Batteriemoduls sowie die Batteriemodule sind dabei in Serie und/oder parallel miteinander verschaltet, so dass die Traktionsbatterie eine für den Betrieb des Kraftfahrzeugs geeignete Spannung und einen hierfür geeigneten Strom bereitstellen kann. Dabei sind die Batteriemodule an deren (Modul-)Terminals jeweils mittels einer auch als Hochvoltverbinder bezeichneten Stromschiene miteinander elektrisch verbunden.
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Weiterhin ist beispielsweise für jedes der Batteriemodule eine auch als Cellmanagementcontroller bezeichnete Steuereinheit vorgesehen. Dieses dient insbesondere für die Ansteuerung der Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls und zum Erfassen von Messdaten modulinterner Sensoren.
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Die
WO 2018/071 850 A1 ,
DE 10 2017 214 303 A1 sowie die
WO 2016/005 028 A1 offenbaren Hintergrundinformationen, die dem weiteren Verständnis der Erfindung dienlich sein können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Traktionsbatterie anzugeben. Insbesondere soll ein Montageaufwand verringert sein. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie angegeben werden.
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Bezüglich der Traktionsbatterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit der Traktionsbatterie sinngemäß auch für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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Die Traktionsbatterie ist für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug vorgesehen und eingerichtet. Die Traktionsbatterie weist mindestens zwei erste Batterieelemente auf, welche in einer Reihenrichtung aneinandergereiht angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die mindestens zwei ersten Batterieelemente in der Reihenrichtung unter Bildung der ersten (Modul-)Reihe angeordnet. Die ersten Batterieelemente sind zweckmäßiger Weise in einem Batteriegehäuse aufgenommen.
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Die Reihenrichtung kann hierbei beispielsweise vertikal, also senkrecht oder entlang einer Batterieelementhöhe, orientiert sein. Mit anderen Worten sind die Batterieelemente im Wesentlichen gestapelt zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist die Reihenrichtung etwa horizontal, also waagerecht oder entlang einer Batterieelementlänge, orientiert. Die nachfolgenden Ausführungen beziehen sich insbesondere auf solche, bei denen die Reihenrichtung entlang der Batterielängsrichtung orientiert ist.
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Jedes der ersten Batterieelemente weist eine Anschlussseite mit zwei an dieser Anschlussseite angeordneten Terminals auf. Zweckmäßig sind die Anschlussseiten senkrecht zu einem Batteriegehäuseboden des Batteriegehäuses orientiert. Die Terminals dienen zum Bereitstellen einer elektrischen Spannung bzw. eines elektrischen Stromes. Geeigneterweise verlaufen die Normalen der Anschlussseiten der ersten Batterieelemente entlang einer Batteriequerrichtung, welche wiederum senkrecht zur Batterielängsrichtung verläuft. Vorzugsweise fluchten die Anschlussseiten miteinander, mit anderen Worten spannen die Anschlussseiten eine gemeinsame Ebene auf. Die Terminals fluchten dann in Batterielängsrichtung miteinander.
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Weiterhin ist jedem der ersten Batterieelemente eine Steuereinheit (CMC, Cellmanagementcontroller), insbesondere für die Batteriezellen oder für modulinterne Sensoren des ersten Batterieelements, zugeordnet, wobei die Steuereinheit im Bereich der Anschlussseite des zugeordneten ersten Batterieelements angeordnet ist. Vorzugsweise ist die Steuereinheit hinsichtlich der Batterielängsrichtung zwischen den Terminals des jeweiligen ersten Batterieelements angeordnet.
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Die Traktionsbatterie umfasst des Weiteren jeweils eine einteilig ausgebildete Verbindungseinrichtung für zwei hinsichtlich der Batterielängsrichtung benachbarte erste Batterielemente. Jede der Verbindungseinrichtungen weist dabei eine Stromschiene sowie einen Datenleiter auf. Mittels der Stromschiene sind jeweils eines der Terminals der benachbarten ersten Batterieelemente miteinander elektrisch verbunden. Mit anderen Worten verbindet die Stromschiene ein Terminal eines der ersten Batterieelemente mit einem der Terminals des benachbarten Batterieelements. Zweckmäßigerweise sind mit der Stromschiene dabei bezüglich der Batterielängsrichtung benachbarte Terminals miteinander elektrisch verbunden. Der jeweilige Datenleiter verbindet die den benachbarten ersten Batterieelementen zugeordneten Steuereinheiten datenübertragungstechnisch miteinander. Eine Datenübertragung umfasst hierbei auch eine Übertragung eines Signals. Insbesondere sind mittels der Verbindungseinrichtung sowohl benachbarte Batteriemodule elektrisch als auch deren zugeordnete Steuereinheiten datenübertragungstechnisch in Serie geschaltet.
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Geeigneter Weise ist die Verbindungseinrichtung für zwei benachbarte Batterieelementen zwischen den zugeordneten Steuereinheiten angeordnet.
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Beispielsweise sind die Verbindungseinrichtungen mittels eines Spritz-Guss-Verfahrens hergestellt. Die Stromschiene sowie der Datenleiter werden dabei unter Bildung der einteiligen Verbindungseinrichtung mit Kunststoff umspritzt, also mit einer (Kunststoff-)Ummantelung versehen.
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Aufgrund der einteiligen Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung mit der Stromschiene sowie mit dem Datenleiter ist vorteilhafterweise eine vergleichsweise einfache und zeitsparende Montage und Herstellung sowohl der elektrischen als auch der datenübertragungstechnischen Verbindung ermöglicht. So wird im Vergleich zur Montage der Stromschiene und des Datenleiters als zueinander separate Teile lediglich die einteilige Verbindungseinrichtung montiert. Insbesondere ist weiterhin aufgrund der vorzugsweis aus Kunststoff gebildeten gemeinsamen Ummantelung und damit einhergehend aufgrund einer definierten Relativposition zwischen der Stromschiene und dem Datenleiter eine vergleichsweise zuverlässige elektrische Isolation zwischen der Stromschiene und dem Datenleiter realisiert.
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Unter einem Batterieelement wird hier und im Folgenden insbesondere ein Batteriemodul verstanden, und nachfolgend als solches bezeichnet. Die Erfindung ist jedoch ohne Beschränkung der Allgemeinheit auch auf andere Batterieformen, wie beispielsweise zur Verbindung oder Montage einzelner Batteriezellen (Einzelzellen, engl.: Single Cell), übertragbar.
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In vorteilhafter Weiterbildung weist jede Verbindungseinrichtung einen elastischen Bereich zwischen deren Stromschiene und deren Datenleiter auf. Geeigneter Weise ist der elastische Bereich mittels eines Kunststoffs, insbesondere mittels eines Elastomers oder Thermoplasts, gebildet.
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Beispielsweise sind für einen Bereich der (Kunststoff-)Ummantelung, welcher die Stromschiene umfasst, für einen Bereich, welcher den Datenleiter umfasst oder trägt, sowie für den elastischen Bereich unterschiedliche Kunststoffe verwendet. Zweckmäßig wird zur Herstellung einer solchen Verbindungseinrichtung ein Mehrkomponentenspritzguss-Verfahren herangezogen. Alternativ hierzu ist die gesamte Kunststoffummantelung mittels eines Elastomers gebildet.
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Aufgrund des elastischen Bereichs ist eine mechanische Entkopplung zwischen der Stromschiene und dem Datenleiter realisiert. So wird vorteilhaft eine auf die Stromschiene wirkende oder eine von dieser, beispielsweise infolge aufgrund deren thermischen Ausdehnung, bewirkte Kraft nicht oder lediglich mit reduziertem Betrag auf den Datenleiter übertragen. Durch den elastischen Bereich werden weiterhin Einflüsse durch mechanische Beanspruchung der Batterie, des Bauraums oder dergleichen, beispielsweise bei einer fahrtbedingten Fahrzeugtorsion, reduziert.
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In vorteilhafter Ausgestaltung weist die Stromschiene - und somit die Verbindungseinrichtung zumindest im Bereich der Stromschiene - zwischen deren Anschlüssen für die Terminals einen bogenförmigen Abschnitt auf. Dieser Abschnitt ist insbesondere bauchartig und vorzugsweise in einer zur Batteriequerrichtung und zur Batterielängsrichtung senkrechten Batteriehochrichtung (nach oben) gewölbt. Vorzugsweise verlaufen dabei die Anschlüsse für die Terminals parallel zueinander.
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Die Stromschiene ist aufgrund dessen elastisch in einer vorgegebenen Richtung von einem der Anschlüsse zu deren anderen Anschluss zumindest geringfügig stauchbar oder streckbar, so dass eine entsprechende Kraft aufgenommen und/oder eine Toleranz, insbesondere der Länge der Stromschiene bzw. der Verbindungseinrichtung ausgeglichen werden kann.
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Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Traktionsbatterie weist diese weiterhin mindestens zwei zweite Batteriemodule auf, welche in der Batterielängsrichtung in einer zweiten Reihe angeordnet sind. Also sind die erste und die zweite Reihe parallel zueinander, wobei die Batteriemodule zweckmäßigerweise in Batteriequerrichtung miteinander fluchten. Jedes der zweiten Batteriemodule weist eine Anschlussseite mit zwei an dieser angeordneten Terminals auf, wobei die Anschlussseiten der zweiten Batteriemodule denen der ersten Batteriemodule gegenüberliegen. Zusammenfassend sind die ersten Batteriemodule und die zweiten Batteriemodule spiegelsymmetrisch hinsichtlich einer senkrecht zur Batteriequerrichtung orientierten Ebene angeordnet.
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Zudem ist jedem der zweiten Batteriemodule eine im Bereich dessen Anschlussseite angeordnete Steuereinheit zugeordnet. Insbesondere sind in Batteriequerrichtung zwischen dem ersten Batteriemodul und dem diesen gegenüberliegenden zweiten Batteriemodul die beiden diesen zugeordneten Steuereinheiten angeordnet.
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Zwei hinsichtlich der Batterielängsrichtung benachbarte zweite Batteriemodule sind dabei mittels derjenigen Verbindungseinrichtung elektrisch miteinander verbunden, mittels welcher die diesen beiden zweiten Batteriemodulen gegenüberliegenden ersten Batteriemodule elektrisch miteinander verbunden sind. Zusätzlich sind die Steuereinheiten, welchen diesen beiden zweiten Batteriemodulen zugeordnet sind, datenübertragungstechnisch mittels dieser Verbindungseinrichtung miteinander verbunden. Hierzu weist die Verbindungseinrichtung entsprechend eine weitere Stromschiene bzw. einen weiteren Datenleiter auf.
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Zusammenfassend weist die jeweilige Verbindungseinrichtung zwei Stromschienen und zwei Datenleiter auf. Dabei sind mittels einer dieser beiden Stromschienen die Terminals der beiden benachbarten ersten Batteriemodule elektrisch miteinander verbunden und mit der anderen der beiden Stromschienen der Verbindungseinrichtung die Terminals der beiden diesen ersten Batteriemodulen gegenüberliegenden zweiten Batteriemodule elektrisch miteinander verbunden. Weiterhin sind mittels einem der beiden Datenleiter die beiden den benachbarten ersten Batteriemodulen zugeordneten Steuereinheiten und mittels des anderen der beiden Datenleiter der jeweiligen Verbindungseinrichtung die beiden den zweiten Batteriemodulen zugeordneten Steuereinheiten datenübertragungstechnisch miteinander verbunden. Insbesondere sind die beiden zweiten Batteriemodule elektrisch in Serie und die beiden diesen zugeordneten Steuereinheiten datenübertragungstechnisch in Serie geschaltet.
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Aufgrund einer derartigen einteiligen Verbindungseinrichtung mit zwei Stromschienen und mit zwei Datenleitern ist ein Montageaufwand weiter reduziert.
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Beispielsweise sind im Batteriegehäuse Streben oder fachwerkartige Versteifungsstrukturen vorgesehen, welche in einem Crashfall des Kraftfahrzeugs eine auf die Traktionsbatterie wirkende Kraft ableiten. In zweckmäßiger Ausgestaltung weist jede der Verbindungseinrichtungen eine lochartige Aussparung zwischen dessen Datenleitern auf. Die Aussparungen sind insbesondere für jeweils einen Versteifungsdom vorgesehen, an welchem beispielsweise ein Batteriegehäusedeckel des Batteriegehäuses befestigt ist.
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Die Aussparung ist also zwischen demjenigen Datenleiter, welcher die den ersten Batteriemodulen zugeordneten Steuereinheiten verbindet, und demjenigen Datenleiter angeordnet, welcher die den zweiten Batteriemodulen zugeordneten Steuereinheiten verbindet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist jede der Verbindungseinrichtungen eine Greifkontur (Greiferaufnahme) für einen automatisierten Greifroboter auf. Mittels einer automatisierten Montage der Verbindungseinrichtung mittels eines solchen Greifroboters ist eine Montagezeit im Vergleich zu einer manuellen Montage vorteilhaft verringert. Alternativ oder vorzugsweise zusätzlich zur Greifkontur weist jede der Verbindungseinrichtungen eine Positionierungskontur zum Ausrichten der Verbindungseinrichtung auf.
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Die Greifkontur und/oder die Positionierungskontur sind vorzugsweise im Bereich der Stromschiene angeordnet. Geeigneter Weise werden diese Konturen im Zuge des Spritz-Gieß-Vorgangs bei der Herstellung der Kunststoffummantelung der Stromschiene angeformt.
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Beispielsweise sind die Steuereinheiten miteinander mittels eines (Daten-)Kabels datenübertragungstechnisch miteinander verbunden. Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung jedoch ist jede der Steuereinheiten zur optischen Datenübertragung eingerichtet. Hierzu ist jeder der Datenleiter als ein Lichtwellenleiter ausgebildet.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist jede der Steuereinheiten an deren senkrecht zur Batterielängsrichtung orientierten Stirnseiten jeweils eine Schnittstelle für die optische Datenübertragung auf. Dabei ist am Gehäuse, zweckmäßigerweise an der jeweiligen Stirnseite, der Steuereinheit ein Fortsatz angeordnet, welcher die Schnittstelle bezüglich der Batterielängsrichtung überragt und zur Stirnseite emporsteht.
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Beispielsweise weist der Fortsatz Wandabschnitte auf, welche senkrecht zur Stirnseite emporstehen und gegen eine Gehäusebodennormale des Gehäusebodens, also gegen die Batteriehochrichtung, geneigt sind. Insbesondere bilden die beiden Wandabschnitte dabei eine V-Form. So dient der Fortsatz als Führung bzw. als eine Positionierhilfe im Zuge der Montage. Alternativ sind beispielsweise auch andere Geometrien für die Positionierungshilfe, wie beispielsweise eine Clip- oder Rastverbindung, denkbar.
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Vorzugsweise überdeckt der Fortsatz dabei das Freiende des als Lichtwellenleiter ausgebildeten Datenleiters in Batteriequerrichtung. Insbesondere ragt im Montagezustand der Traktionsbatterie der Datenleiter freiendseitig zwischen die Wandabschnitte. Dabei ist das Freiende des Datenleiters beispielsweise beabstandet zu einem (Licht-)Sensor oder zu einer LED der Schnittstellte angeordnet. Bei einer auf die Verbindungseinrichtung einwirkenden Kraft, oder bei einer thermischen Ausdehnung der Stromschiene aufgrund eines Batteriestroms, und einer damit gegebenenfalls einhergehenden Verstellung der Stromschiene bezüglich der Schnittstelle, wird das Freiende des Datenleiters mittels des Fortsatzes im Bereich der Schnittstelle gehalten und/oder verbleibt aufgrund des Fortsatzes und aufgrund dessen zumindest geringfügigen Flexibilität auf die Schnittstelle gerichtet.
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Weiterhin ist mittels des Fortsatzes eine Ablagerung von Schmutz, insbesondere von Staubpartikeln auf der Schnittstelle verhindert oder eine Gefahr dessen zumindest verringert. Der Fortsatz erfüllt zusammenfassend mehrere Funktionen.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist jede der Steuereinheiten einen starr an deren Gehäuse angeordneten Stecker für eine korrespondierende Steckeraufnahme des jeweiligen Batteriemoduls auf. Dabei ist die Steckeraufnahme an der Anschlussseite des zugeordneten ersten bzw. zweiten Batteriemoduls, geeigneter Weise zwischen den beiden Terminals, angeordnet. Der Stecker und die Steckeraufnahme bilden im Montagezustand eine Steckverbindung, wobei kein zusätzliches Kabel zwischen dem Batteriemodul und der Steuereinheit notwendig ist. Aufgrund dessen ist ein Montageaufwand vorteilhafterweise weiter verringert. Vorzugsweise liegt dabei die Steuereinheit in bauraumsparender Weise an der Anschlussseite an und ist beispielsweise mittels einer Schraub-, Rast oder Clipsverbindung am Batteriemodul befestigt. Eine Positioniersicherheit der Steuereinrichtung bezüglich des zugeordneten Batteriemoduls ist somit vorteilhaft erhöht.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Traktionsbatterie in einer der oben dargestellten Varianten auf. Insbesondere sind sowohl benachbarte Batteriemodule elektrisch als auch diesen Batteriemodulen zugeordnete Steuereinheiten datenübertragungstechnisch mittels einer einteilig ausgebildeten Verbindungseinrichtung miteinander verbunden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 schematisch in einer Draufsicht ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie mit einer Anzahl an ersten und an zweiten Batteriemodulen, wobei jedem der Batteriemodule eine Steuereinheit zugeordnet ist, und wobei jeweils mittels einer Verbindungseinrichtung benachbarte Batteriemodule elektrisch und deren zugeordnete Steuereinheiten datenübertragungstechnisch miteinander verbunden sind,
- 2 in perspektivischer Ansicht eine Reihe der ersten Batteriemodule, wobei jedes der ersten Batteriemodule eine Anschlussseite mit zwei Terminals sowie mit einer zwischen den Terminals angeordneten Steckeraufnahme für einen Stecker der zugeordneten Steuereinheit aufweist,
- 3 in perspektivischer Ansicht die den ersten und den zweiten Batteriemodulen zugeordneten Steuereinheiten, welche mittels den Verbindungseinrichtung datenübertragungstechnisch miteinander in Serie geschaltet sind,
- 4a in perspektivischer Draufsicht die Verbindungseinrichtung mit zwei Stromschienen sowie mit zwei Datenleitern, wobei die Verbindungseinrichtung einteilig ausgebildet ist,
- 4b in perspektivischer Ansicht eine alternative Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung, wobei diese jeweils einen elastischen Bereich zwischen deren Stromschiene und deren Datenleiter aufweist,
- 5a ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht eine der Steuereinheiten mit einer ersten Variante einer Schnittstelle für eine optische Datenübertragung mit der Steuereinheit der benachbarten Steuereinheit, und
- 5b ausschnittsweise in perspektivischer Ansicht eine der Steuereinheiten mit einer zweiten Variante der Schnittstelle, gemäß welcher das Gehäuse der Steuereinheit einen die Schnittstelle überragenden und zur Stirnseite emporstehenden Fortsatz aufweist.
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Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 mit einer Traktionsbatterie 4 dargestellt. Die Traktionsbatterie 4 stellt an Batterieanschlüssen 6 eine elektrische Spannung bzw. einen elektrischen Strom für einen Verbraucher 7, beispielsweise einem Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2, bereit.
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Die Traktionsbatterie 4 umfasst ein Batteriegehäuse 8, in welchem eine sich in einer Reihen- oder Batterielängsrichtung L erstreckende erste Reihe aus ersten Batterieelementen oder Batteriemodulen 10 sowie eine zu dieser parallel orientierte zweite Reihe aus zweiten Batterieelementen oder Batteriemodulen 12 aufgenommen ist. Dabei ist die zweite Reihe in einer Batteriequerrichtung Q versetzt zur ersten Reihe angeordnet. Gemäß der Ausführung der 1 umfasst die Traktionsbatterie 4 jeweils sechs erste Batteriemodule 10 und sechs zweite Batteriemodule 12, in nicht weiter dargestellten Varianten der Traktionsbatterie umfasst die Traktionsbatterie auch mehr oder weniger als sechs erste Batteriemodule 10 bzw. zweite Batteriemodule 12, jedoch mindestens zwei erste Batteriemodule 10 und mindestens zwei zweite Batteriemodule 12.
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Die ersten Batteriemodule 10 und die zweiten Batteriemodule 12 sind weiterhin in nicht weiter dargestellter Weise mit den Batterieanschlüssen 6 elektrisch verbunden.
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Die ersten Batteriemodule 10 und die zweiten Batteriemodule 12 weisen jeweils eine Anschlussseite 14 auf. An jeder der Anschlussseiten 14 sind dabei zwei Terminals 16 sowie eine Steckeraufnahme 18 hinsichtlich der Batterielängsrichtung L zwischen den beiden Terminals 16 angeordnet. Dabei sind die Aufnahmeseiten 14 der ersten Batteriemodule 10 jeweils der Anschlussseite 14 des in Batteriequerrichtung Q gegenüberliegenden zweiten Batteriemoduls 12 zugewandt und umgekehrt. Mit anderen Worten liegen die Anschlussseiten 14 der ersten Batteriemodule 10 bezüglich der Batteriequerrichtung Q denen der zweiten Batteriemodule 12 gegenüber. Die Anschlussseiten 14 sind also senkrecht zur Batteriequerrichtung Q orientiert und sind einer Batteriemitte zugewandt. Die Anschlussseiten 14 der ersten Batteriemodule 10 spannen eine gemeinsame Ebene auf und die Anschlussseiten 14 der zweiten Batteriemodule 12 spannen eine zu dieser Ebene parallele Ebene auf.
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Den ersten Batteriemodulen 10 sowie den zweiten Batteriemodulen 12 sind jeweils eine Steuereinheit 20 zugeordnet, welche im Bereich der Anschlussseite 14 des jeweils zugeordneten Batteriemoduls 10 oder 12 angeordnet sind. Somit sind in Batteriequerrichtung Q zwischen einem der ersten Batteriemodule 10 und dem diesem gegenüberliegenden zweiten Batteriemodul 12 die beiden diesen zugeordneten Steuereinheiten 20 angeordnet.
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Für jeweils zwei der ersten Batteriemodule 10, welche in Batterielängsrichtung L zueinander benachbart sind, sowie für die beiden diesen in Batteriequerrichtung Q gegenüberliegenden zweiten Batteriemodulen 12 ist eine gemeinsame Verbindungseinrichtung 22 vorgesehen. Die jeweilige Verbindungseinrichtung 22 weist zwei Stromschienen 24 sowie zwei Datenleiter 26 auf, wobei die Verbindungseinrichtung 22 einteilig ausgebildet ist. Hierzu sind die Stromschienen 24 sowie die Datenleiter 26 mit einer Kunststoffummantelung versehen, welche mittels eines Spritz-Guss-Verfahrens hergestellt ist.
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Mittels einer der beiden Stromschienen 24 der jeweiligen Verbindungseinrichtung 22 sind die Terminals 16 der entsprechenden benachbarten ersten Batteriemodule 10 elektrisch miteinander verbunden. Mit der anderen der beiden Stromschienen 24 dieser Verbindungseinrichtung 22 sind die Terminals 16 der beiden diesen ersten Batteriemodulen 10 gegenüberliegenden zweiten Batteriemodule 12 elektrisch miteinander verbunden. Dabei sind die beiden ersten Batteriemodule 10 zueinander in Serie geschaltet. Zusätzlich sind die beiden zweiten Batteriemodule 12 elektrisch in Serie geschaltet.
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Die Stromschienen 24 sind jeweils mittels Schraubenelementen 28 am entsprechenden Terminal 16 befestigt.
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Weiterhin sind mittels einem der beiden Datenleiter 26 dieser Verbindungseinrichtung 22 die beiden Steuereinheiten 20, welche den entsprechenden ersten Batteriemodulen 10 zugeordnet sind, und mittels des anderen der beiden Datenleiter 26 dieser Verbindungseinrichtung 22 die beiden Steuereinheiten 20, welche den beiden zweiten Batteriemodulen 12 zugeordnet sind, datenübertragungstechnisch miteinander verbunden.
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Zum Zwecke einer verbesserten Erkennbarkeit sind in der 1 die in Batterielängsrichtung L vorderen (in der Zeichenebene unten dargestellten) Steuereinheiten 20 transparent und die in dieser Richtung vordere Verbindungseinrichtung 22 nicht dargestellt.
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In der 2 ist diese Verbindung der Batteriemodule 10 und 12 sowie deren Steuereinheiten 20 in vergrößertem Ausschnitt in perspektivischer Ansicht dargestellt. Dabei sind die zweiten Batteriemodule 12 zum Zwecke einer verbesserten Übersichtlichkeit nicht dargestellt.
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Wie weiterhin insbesondere in der 2 erkennbar ist, weisen die Steuereinheiten 20 einen starr an deren Gehäuse 30 angeordneten Stecker 32 für die Steckeraufnahme 18 des jeweiligen Batteriemoduls 10 oder 12 auf. Der Stecker 32 und die Steckeraufnahme 18 bilden im Montagezustand eine Steckverbindung. Die Steuereinheiten 20 liegen dabei an der jeweiligen Anschlussseite 14 des entsprechenden Batteriemoduls 10 oder 12 an und sind mittels einer Schraubverbindung befestigt.
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In der 3 ist die Anordnung der Steuereinheiten 20 zwischen den Verbindungseinrichtungen 22 gezeigt. Die in Batterielängsrichtung L hintersten Steuereinheiten 20 sind dabei mittels einer Verbindungseinrichtung 22' datenübertragungstechnisch miteinander verbunden, wobei der Datenleiter 26 ein U-Form aufweist und wobei die Verbindungseinrichtung 22' lediglich eine einzige Stromschiene aufweist.
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Gemäß einer nicht weiter dargestellten Variante der Traktionsbatterie 4 sind mittels einer Verbindungseinrichtung 22 lediglich zwei benachbarte erste Batteriemodule 10 elektrisch und deren zugeordneten Steuereinheiten 20 datenübertragungstechnisch miteinander verbunden oder alternativ hierzu sind lediglich zwei benachbarte zweite Batteriemodule 12 elektrisch und deren zugeordneten Steuereinheiten 20 datenübertragungstechnisch miteinander verbunden.
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In der 4a ist eine der Verbindungseinrichtung 22 vergleichsweise detailliert dargestellt. Die Verbindungseinrichtung 22 weist im Bereich zwischen den Anschlüssen 33 der Stromschienen 24 für die Terminals 16 einen bogenförmigen Abschnitt auf. Dieser Abschnitt in einer zur Batteriequerrichtung Q und zur Batterielängsrichtung L senkrechten Batteriehochrichtung Z (nach oben) gewölbt. Auf diese Weise sind die Verbindungseinrichtungen 22 zumindest geringfügig in Batterielängsrichtung L stauchbar oder streckbar.
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Weiterhin weisen die Verbindungseinrichtungen 22 zwischen deren Datenleitern 26 eine lochartige Aussparung 34 auf, durch welche ein Versteifungsdom 36 geführt ist. Mittels des Versteigungsdoms ist ein Batteriegehäuseboden 38 mit einem nicht weiter dargestellten Batteriegehäusedeckel verbindbar, vgl. 1. Die Aussparung 34 ist zusammenfassend zwischen demjenigen Datenleiter 26, welcher die den ersten Batteriemodulen 10 zugeordneten Steuereinheiten 20 verbindet, und demjenigen Datenleiter 26 angeordnet, welcher die den zweiten Batteriemodulen 12 zugeordneten Steuereinheiten 20 verbindet.
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Die Verbindungseinrichtungen 22 weisen im Bereich deren Stromschienen 24 eine kreisförmige und zur Kunststoffummantelung der Stromschiene 24 emporstehende Greifkontur 40 für einen automatisierten Greifroboter auf. Zusätzlich zur Greifkontur 40 ist eine laschenförmige Positionierungskontur 42 zum Ausrichten der Verbindungseinrichtung 22 anhand des Greifroboters (nicht dargestellt) im Bereich jeder Stromschiene 24 auf.
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Die 4b zeigt eine alternative Ausgestaltung der Verbindungseinrichtung 22. Hierbei ist ein Bereich 44 zwischen der Stromschiene 24 und dem Datenleiter 26 schraffiert dargestellt, welcher elastisch ist. Dieser Bereich 44 ist mittels eines Elastomers gebildet, wobei die Bereiche der Kunststoffummantelung für die Stromschienen 24 und für die Datenleiter 26 aus einem Duro- oder aus einem Thermoplast gebildet sind. Auf diese Weise sind die Bereiche der Kunststoffummantelung für die Stromschienen 24 und die Datenleiter 26 mechanisch entkoppelt.
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Wie in den 5a und 5b erkennbar ist, erfolgt eine Datenübertragung zwischen den Steuereinheiten 20 optisch. Hierzu sind die Datenleiter 26 als Lichtwellenleiter ausgebildet. Die Steuereinheiten 20 weisen an deren zur Batterielängsrichtung L senkrecht orientierten Stirnseiten 46 jeweils eine Schnittstelle 48 mit einer als LED (light emitting diode) ausgebildeten Lichtquelle 50, mit einem Lichtsensor 52 sowie mit einer Platine 54 auf.
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In der 5a ist in vergrößertem Ausschnitt eine erste Variante der Schnittstelle 48 dargestellt. Hierbei ist die Schnittstelle 48, also die Lichtquelle 50, der Lichtensor 52 sowie eine Platine 54, umfangsseitig von einem zum Gehäuse 30 emporstehenden Fortsatz 56 umfasst, so dass diese vor einer Beschädigung geschützt ist.
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Gemäß der alternativen Ausgestaltung der 5b überragt der Fortsatz 56 die Schnittstelle 48 bezüglich der Batterielängsrichtung L und steht zur Stirnseite 46 empor. Dabei ist der Fortsatz 56 zweiteilig ausgebildet und weist zwei Wandabschnitte auf, welche gegen die Batteriehochrichtung Z geneigt sind. Dabei bilden die beiden Wandabschnitte eine V-Form. Weiterhin flankieren die Wandabschnitte des Fortsatzes 56 das Freiende des als Lichtwellenleiter ausgebildeten Datenleiters 26 in Batteriequerrichtung Q. Mit anderen Worten ragt der Datenleiter 26 freiendseitig zwischen die Wandabschnitte des Fortsatzes 56. Dabei ist das Freiende des Datenleiters 26 beabstandet zur Schnittstellte 48 angeordnet.
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Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Kraftfahrzeug
- 4
- Traktionsbatterie
- 6
- Batterieanschluss
- 7
- Verbraucher
- 8
- Batteriegehäuse
- 10
- erstes Batterieelement/Batteriemodul
- 12
- zweites Batterielement/Batteriemodul
- 14
- Anschlussseite
- 16
- Terminal
- 18
- Steckeraufnahme
- 20
- Steuereinheit
- 22, 22'
- Verbindungseinrichtung
- 24
- Stromschiene
- 26
- Datenleiter
- 28
- Schraubenelement
- 30
- Gehäuse
- 32
- Stecker
- 33
- Anschluss
- 34
- Aussparung
- 36
- Versteifungsdom
- 38
- Batteriegehäuseboden
- 40
- Greifkontur
- 42
- Positionierungskontur
- 44
- elastischer Bereich
- 46
- Stirnseite
- 48
- Schnittstelle
- 50
- Lichtquelle
- 52
- Lichtsensor
- 54
- Platine
- 56
- Fortsatz
- L
- Reihen-/Batterielängsrichtung
- Q
- Batteriequerrichtung
- Z
- Batteriehochrichtung
