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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transportverpackung mit einer Modulsicherung für ein Batteriemodul.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Batteriemodulen für batterieelektrische Fahrzeuge beschrieben. Die Erfindung kann aber bei jeder Anwendung genutzt werden, in der Batteriemodule sicher transportiert werden sollen.
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Ein Batteriemodul weist ein integriertes Trennelement zum Trennen eines Kurzschlussstroms im Falle eines Kurzschlusses während des Transports auf. Das Trennelement kann als aktives oder passives Trennelement ausgeführt sein. Das Trennelement dient dabei nur als Transportsicherung. Im verbauten Zustand werden mehrere Batteriemodule zur Traktionsbatterie des Fahrzeugs verschaltet und über Trennelemente des Fahrzeugs extern abgesichert.
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So beschreibt die
DE 10 2014 017 081 A1 eine Anschlussanordnung zum elektrischen Kontaktieren eines Batteriemoduls, wobei die Anschlussanordnung ein elektrisch leitendes Kontaktelement aufweist. Hierzu weist die Anschlussanordnung als Berührschutz eine erste Wandung aus einem elektrisch isolierenden Material auf, die einen eine Schachtöffnung an einem Ende und einen Schachtgrund an einem gegenüberliegenden anderen Ende aufweisenden Steckschacht abgrenzt, wobei das Kontaktelement in dem Steckschacht gegenüber der Schachtöffnung an dem Schachtgrund angeordnet ist.
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Des Weiteren offenbart die
AT 521 257 B1 eine Vorrichtung zum unabhängigen Kontaktieren zweier Batteriezellen mit einem eine Durchtrittsöffnung aufweisenden Grundkörper, wobei der Grundkörper zwei bezüglich der Durchtrittsöffnung gegenüberliegende Aufnahmekörper zum umfangsseitigen Umgreifen jeweils eines Endabschnittes der in einer Fügerichtung in die Aufnahmekörper eingesetzten Batteriezellen aufweist und eine Kontaktfeder in einen Führungsgang des ersten Aufnahmekörpers eingesetzt ist, der in die Durchtrittsöffnung zum stoffschlüssigen Verbinden der Kontaktfeder mit der in den zweiten Aufnahmekörper eingesetzten Batteriezelle mündet.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine Möglichkeit zu schaffen, um auf das Trennelement im Batteriemodul verzichten zu können.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Es wird eine Modulsicherung für den Transport eines Batteriemoduls vorgestellt, wobei die Modulsicherung ein Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material und ein elektrisches Trennelement zum Unterbrechen eines elektrischen Stromflusses aufweist, wobei das Trennelement so von dem Gehäuse umschlossen ist, dass ein erster elektrischer Anschluss des Trennelements in einer ersten Schnittstelle des Gehäuses zugänglich ist und ein zweiter elektrischer Anschluss des Trennelements in einer zweiten Schnittstelle des Gehäuses zugänglich ist.
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Weiterhin wird eine Transportverpackung für den Transport eines Batteriemoduls vorgestellt, wobei in die Transportverpackung zumindest eine Modulsicherung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz integriert ist, wobei das Gehäuse der Modulsicherung durch einen Teilbereich der Transportverpackung ausgebildet ist und die erste Schnittstelle der Modulsicherung so an einer Innenseite der Transportverpackung angeordnet ist, dass ein Pol des Batteriemoduls beim Einlegen des Batteriemoduls in die Transportverpackung den ersten Anschluss des Trennelements elektrisch kontaktiert.
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Ferner wird ein Batteriemodul mit einer Modulsicherung gemäß dem hier vorgestellten Ansatz vorgestellt, wobei der erste Anschluss des Trennelements über die erste Schnittstelle mit einem Pol des Batteriemoduls elektrisch leitend verbunden ist. Das Batteriemodul kann dabei trennmittelfrei ausgeführt sein, da die extern verbundene Modulsicherung während des Transports die Überstromschutzfunktion bereitstellt.
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Ein Trennelement kann als elektrische Sicherung bezeichnet werden. Das Trennelement ist dazu ausgebildet, einen elektrischen Stromfluss durch das Trennelement passiv oder aktiv zu unterbrechen, wenn der Stromfluss größer als ein vordefinierter Wert ist. Dabei kann das Trennelement als passive Schmelzsicherung ausgeführt sein. Die Schmelzsicherung weist einen Schmelzbereich auf, in dem ein Leitungsquerschnitt so dimensioniert ist, dass der Schmelzbereich schmilzt, wenn der Stromfluss größer als der vordefinierte Wert ist. Der Schmelzbereich weist dabei im Allgemeinen einen geringeren Leitungsquerschnitt auf, als angrenzende Bereiche. Das Trennelement kann auch als aktive Pyrofuse ausgebildet sein. Die Pyrofuse weist eine pyrochemische Ladung zum Durchtrennen eines Trennbereichs auf. Die Ladung wird durch ein Zündsignal gezündet. Das Zündsignal wird durch eine Überwachungselektronik ausgegeben, wenn der Stromfluss größer als der vordefinierte Wert ist oder ein anderer Grund zum Durchtrennen gegeben ist.
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Ein Batteriemodul kann ein Teil einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs sein. Das Batteriemodul kann ein Gehäuse aufweisen, in dem mehrere insbesondere prismatische Zellen oder ein Stapel aus taschenförmigen Zellen angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet sind. Das Gehäuse kann aus unterschiedlichen Materialien bestehen. Teilbereiche des Gehäuses können aus einem elektrisch leitenden Material bestehen und damit eine hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Andere Teilbereiche können aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen.
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Das Batteriemodul weist einen Pluspol und einen Minuspol auf. Die Zellen des Batteriemoduls sind elektrisch zwischen dem Pluspol und dem Minuspol angeordnet. Der Pluspol und der Minuspol liegen auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen. Dadurch kann zwischen dem Pluspol und dem Minuspol eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Das Batteriemodul kann in einem Strompfad zwischen dem Pluspol und dem Minuspol ohne Trennelement ausgeführt sein. Der Pluspol und der Minuspol können an unterschiedlichen Stellen des Gehäuses angeordnet sein. Pluspol und Minuspol können je durch ein Anschlussterminal oder durch einen elektrisch leitenden Teilbereich des Gehäuses ausgebildet sein.
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Ein Anschlussterminal kann durch einen Isolator von einem elektrisch leitenden Teilbereich des Gehäuses elektrisch isoliert sein. Alternativ kann ein das Anschlussterminal umgebender Teilbereich des Gehäuses aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen und den Isolator ausbilden.
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Beispielsweise kann ein Gehäusedeckel des Gehäuses aus einem elektrisch isolierenden Material bestehen, während ein Gehäuseunterteil des Gehäuses aus einem elektrisch leitenden Metallmaterial bestehen kann. Anschlussterminals können sowohl im Gehäusedeckel als auch im Gehäuseunterteil angeordnet sein.
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Pluspol und/oder Minuspol können für den Transport des Batteriemoduls mit je einer hier vorgestellten Modulsicherung elektrisch leitend verbunden werden. Das Gehäuse der Modulsicherung verdeckt dabei den angeschlossenen Pol und bietet so einen Berührschutz beziehungsweise Schutz gegen Verschmutzung. Ein Anschluss des Trennelements ist dabei elektrisch leitend mit dem Pol verbunden. Dadurch liegt das ganze Trennelement inklusive des anderen Anschlusses auf einem elektrischen Potential des Pols. Die Modulsicherung mit dem Trennelement ist damit während des Transports im Strompfad zwischen dem Pluspol und dem Minuspol des Batteriemoduls angeordnet. Die Modulsicherung wird vor der bestimmungsgemäßen Verwendung des Batteriemoduls entfernt. Die Modulsicherung kann wiederverwendet werden. Die entfernte Modulsicherung kann ein Umlaufteil sein.
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Eine Transportverpackung kann eine Schutzvorrichtung für zumindest ein Batteriemodul sein. Die Modulsicherung kann in die Transportverpackung integriert sein. Die Transportverpackung kann einen Rahmen oder Exoskelett für das Batteriemodul aufweisen. Der Rahmen beziehungsweise das Exoskelett kann mechanischen Schutz für das Batteriemodul bereitstellen. Die Transportverpackung kann auch eine geschlossene Kiste beziehungsweise Wanne für das Batteriemodul aufweisen. Die Kiste beziehungsweise Wanne kann beispielsweise Schutz vor Umwelteinflüssen bereitstellen. Die Transportverpackung kann einen Deckel aufweisen. Innere Abmessungen der Transportverpackung können an Abmessungen des Batteriemoduls angepasst sein. Die Transportverpackung kann standardisierte äußere Abmessungen aufweisen, um unterschiedliche Transportverpackungen zusammen auf Paletten transportieren zu können. Die Transportverpackung kann stapelbar sein. Die Transportverpackung kann Griffe aufweisen. Die Transportverpackung kann Zurrpunkte zur Transportsicherung aufweisen.
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Die erste Schnittstelle mit dem ersten Anschluss und die zweite Schnittstelle mit dem zweiten Anschluss können auf gegenüberliegenden Seiten des Gehäuses der Modulsicherung angeordnet sein. Die Schnittstellen können in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet sein. Die Modulsicherung kann beispielsweise aus einer Aufsetzrichtung auf den Pol des Batteriemoduls aufgesetzt werden. Durch die gegenüberliegenden Schnittstellen kann die freie Schnittstelle beispielsweise für eine Kontrollmessung ebenfalls aus der Aufsetzrichtung kontaktiert werden.
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Die erste Schnittstelle und alternativ oder ergänzend die zweite Schnittstelle können steckbar ausgeführt sein. Eine Steckrichtung der ersten Schnittstelle und alternativ oder ergänzend der zweiten Schnittstelle kann quer zu einer Haupterstreckungsrichtung des Gehäuses ausgerichtet sein. Die Steckrichtung kann einer Montagerichtung der Modulsicherung entsprechen. In gestecktem Zustand kann die Modulsicherung seitlich über das Batteriemodul überstehen.
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Die erste Schnittstelle und alternativ oder ergänzend die zweite Schnittstelle können einen über den jeweiligen Anschluss überstehenden Berührschutz aufweisen. Ein Berührschutz kann eine Berührung des Anschlusses durch ein im Wesentlichen eben auf der Schnittstelle aufliegendes Bauteil verhindern. Durch den Berührschutz kann ein versehentliches Kontaktieren des Anschlusses verhindert werden. Der Berührschutz kann beispielsweise durch eine um den Anschluss umlaufende Rippe ausgebildet sein. Die Rippe kann ringförmig um den Anschluss umlaufen.
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Das Batteriemodul kann einen als Gegenstück zum Berührschutz der Modulsicherung ausgebildeten Berührschutz für den Pol aufweisen. Der Berührschutz der Modulsicherung kann mit dem im Gehäuse des Batteriemoduls ausgebildeten Berührschutz des Pols zusammengesteckt sein. Der Anschluss des Trennelements kann mit dem Pol des Batteriemoduls verschraubt sein. Der Pol beziehungsweise der Anschluss können ein Gewinde zum Verschrauben einer Schraube aufweisen. Der Anschluss beziehungsweise der Pol können dann ein Durchgangsloch für die Schraube aufweisen. Ein Kopf der Schraube kann durch eine Schutzkappe elektrisch isoliert sein.
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Der erste Anschluss und alternativ oder ergänzend der zweite Anschluss können als elektrisch leitende Hohlzylinder ausgeführt sein. In dem Hohlzylinder kann eine Schraube zum Verschrauben des Pols mit einem entsprechenden Gegenstück geführt werden. Der Hohlzylinder kann eine große Kontaktfläche an einer Stirnfläche bereitstellen.
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Das Gehäuse kann auf einer der ersten Schnittstelle gegenüberliegenden Seite eine Stapelaufnahme aufweisen, die konzentrisch zur ersten Schnittstelle angeordnet ist. Alternativ oder ergänzend kann das Gehäuse auf einer der zweiten Schnittstelle gegenüberliegenden Seite eine Stapelaufnahme aufweisen, die konzentrisch zur zweiten Schnittstelle angeordnet ist. Die Stapelaufnahmen können dazu ausgebildet sein, mit je einer Schnittstelle einer weiteren Modulsicherung eine Stapelverbindung auszubilden. Eine Stapelaufnahme kann als Gegenstück zur Schnittstelle ausgebildet sein. Die Stapelaufnahme kann die Schnittstelle in gestapeltem Zustand zumindest teilweise aufnehmen beziehungsweise teilweise umschließen. Im gestapelten Zustand kann die Schnittstelle in der Stapelaufnahme in zumindest zwei Raumrichtungen anliegen. Die Stapelaufnahme kann beispielsweise eine zur Schnittstelle passende Aussparung sein. Durch die Stapelaufnahme können mehrere unbenutzte Modulsicherungen gestapelt werden und so platzsparend transportiert werden.
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Die erste Schnittstelle und alternativ oder ergänzend die zweite Schnittstelle können eine Rasteinrichtung zum Einrasten der Modulsicherung an dem Batteriemodul aufweisen. Eine Rasteinrichtung kann an einem Gegenstück des Batteriemoduls einrasten. Durch das Einrasten kann eine Montage beziehungsweise Demontage der Modulsicherung vereinfacht werden, da die Modulsicherung ohne Verschraubung mechanisch stabil mit dem Batteriemodul verbunden werden kann beziehungsweise die Verschraubung gelöst werden kann, ohne dass die Modulsicherung abfällt.
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Alternativ zu der Rasteinrichtung kann die Schnittstelle eine Bajonettverbindung aufweisen, die über eine Kombination aus linearer Bewegung und drehender Bewegung eine vibrationsfeste Verbindung zwischen der Modulsicherung und dem Batteriemodul ermöglicht. Die Schnittstelle kann auch ein Gewinde aufweisen. Dann kann die Modulsicherung auf den Pol des Batteriemoduls unter Verwendung des Gewindes aufgeschraubt werden. Der Pol weist dabei jeweils ein entsprechendes Gegenstück auf.
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Das Trennelement kann in einem mit einem Löschmittel gefüllten Hohlraum des Gehäuses angeordnet sein. Ein beim Unterbrechen des Strompfads resultierender Lichtbogen wird durch das Löschmittel gelöscht. Das Löschmittel kann Löschsand sein. Der Löschsand wird durch eine Temperatur des Lichtbogens aufgeschmolzen. Die Schmelze unterbricht den Lichtbogen und härtet anschließend zu einem glasartigen Isolator aus. Alternativ zu Löschsand kann das Löschmittel auch ein Löschgas sein. Das Löschgas kühlt den Lichtbogen und ist schwer ionisierbar, wodurch der Lichtbogen schwächer wird und erlischt.
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Eine Überwachungselektronik zum Erfassen von physikalischen Messwerten des Batteriemoduls und alternativ oder ergänzend der Modulsicherung kann im Gehäuse angeordnet sein. Eine Überwachungselektronik kann zumindest einen Sensor aufweisen und einen Messwert des Sensors auswerten.
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Beispielsweise kann die Überwachungselektronik einen Temperatursensor aufweisen und eine Temperatur erfassen. Der Temperatursensor kann insbesondere an der ersten Schnittstelle des Pols des Batteriemoduls angeordnet sein und die Temperatur des ersten Pols erfassen.
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Die Überwachungselektronik kann beispielsweise einen Beschleunigungssensor aufweisen. Der Beschleunigungssensor kann auf die Modulsicherung beziehungsweise das angeschlossene Batteriemodul einwirkende Beschleunigungen erfassen.
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Die Überwachungseinrichtung kann einen Spannungssensor aufweisen. Der Spannungssensor kann eine elektrische Spannung gegen ein elektronisches Referenzpotential erfassen. Das Referenzpotential kann dabei beispielsweise am anderen Pol des Batteriemoduls abgegriffen werden.
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Ein Wert des zumindest einen Sensors kann beispielsweise aufgezeichnet werden und/oder mit einem Schwellenwert verglichen werden. Wenn der Wert den Schwellenwert übersteigt oder darunter absinkt kann die Überwachungselektronik einen Alarm auslösen oder eine Fehlermeldung generieren und über eine Kommunikationseinrichtung der Überwachungselektronik senden beziehungsweise in einem Speicher der Überwachungselektronik abspeichern. Der Speicher kann am Ende des Transports ausgelesen werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend wird ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Darstellung eines Batteriemoduls mit einer Modulsicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel; und
- 2 eine Schnittdarstellung durch eine Modulsicherung gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-2 als Referenz beibehalten.
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1 zeigt eine Darstellung eines Batteriemoduls 100 mit einer Modulsicherung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Batteriemodul 100 ist ein Teil einer Batterie für beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Das Batteriemodul 100 ist hier in einer Draufsicht dargestellt. Das Batteriemodul 100 weist ein Modulgehäuse 104 auf. Das Modulgehäuse 104 ist quaderförmig und umschließt mehrere miteinander elektrisch verschaltete elektrochemische Zellen des Batteriemoduls 100. Die Zellen sind beispielsweise prismatische Zellen oder sogenannte Pouchzellen. Die Zellen sind mit einem Pluspol 106 und einem Minuspol 108 des Batteriemoduls 100 verbunden. Der Pluspol 106 und Minuspol 108 sind als Anschlussterminals 110 ausgeführt und hier an zwei Ecken des Modulgehäuses 104 angeordnet. Dabei ist das Modulgehäuse 104 elektrisch isolierend ausgeführt. Die Anschlussterminals 110 sind von außerhalb des Batteriemoduls 100 zugänglich.
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Das Batteriemodul 100 ist hier in einem Transportzustand dargestellt. Dabei ist die Modulsicherung 102 an dem Batteriemodul 100 angebracht. Dazu ist eine erste Schnittstelle der Modulsicherung 102 mit dem Anschlussterminal 110 des Minuspols 108 verbunden worden. Ein Gehäuse 112 der Modulsicherung 102 verdeckt das Anschlussterminal 110 vollständig. Da das im Gehäuse 112 eingeschlossene Trennelement der Modulsicherung 102 elektrisch leitend mit dem Minuspol 108 verbunden ist, liegt das Trennelement auf dem gleichen elektrischen Potential wie der Minuspol 108. Zum Überprüfen eines Zustands des Batteriemoduls 100 kann das Potential an einer zugänglichen zweiten Schnittstelle 114 der Modulsicherung 102 abgegriffen werden.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Modulsicherung 102 in eine Transportverpackung 116 für das Batteriemodul 100 integriert. Dabei ist die Modulsicherung 102 so in der Transportverpackung 116 angeordnet, dass der Minuspol 108 beziehungsweise Pluspol 106 beim Einlegen des Batteriemoduls 100 in die Transportverpackung 116 in direktem Kontakt zur ersten Schnittstelle beziehungsweise dem ersten Anschluss des Trennelements angeordnet ist.
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2 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine Modulsicherung 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die Modulsicherung 102 entspricht dabei im Wesentlichen der Modulsicherung in 1. Das Gehäuse 112 ist aus einem Gehäuseoberteil 200 und einem Gehäuseunterteil 202 zusammengesetzt. Das Gehäuseoberteil 200 und das Gehäuseunterteil 202 sind als Spritzgussteile aus einem Kunststoffmaterial ausgeführt. Im Inneren des Gehäuses 112 ist ein Trennelement 204 zum sicheren Trennen eines Überstroms angeordnet, also eines elektrischen Stromflusses durch das Trennelement 204 der größer als ein Grenzwert ist. Das Gehäuseoberteil 200 und das Gehäuseunterteil 202 sind zusammengefügt worden, nachdem das Trennelement 204 zwischen ihnen angeordnet worden ist.
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Das Trennelement 204 ist hier als Schmelzsicherung ausgebildet. Das Trennelement 204 kann alternativ als Pyrofuse ausgebildet sein. Das Trennelement 204 weist an gegenüberliegenden Enden je einen Anschluss 206, 208 auf. Der erste Anschluss 206 ist in einer ersten Schnittstelle 210 des Gehäuses 112 angeordnet. Der zweite Anschluss 208 ist in der zweiten Schnittstelle 114 des Gehäuses 112 angeordnet. Die erste Schnittstelle 210 ist im Gehäuseunterteil 202 angeordnet. Die zweite Schnittstelle 114 ist im Gehäuseoberteil 200 angeordnet. Die Schnittstellen 210, 114 weisen damit in unterschiedliche Richtungen.
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Zwischen den Anschlüssen 206, 208 weist das Trennelement 204 hier einen Abschnitt 214 mit einem verjüngten Leitungsquerschnitt auf. Im Bereich der Anschlüsse 206, 208 ist das Trennelement 204 als Stromschiene mit im Wesentlichen rechteckigen Leitungsquerschnitt ausgebildet. Die Anschlüsse 206, 208 sind auf den unterschiedlichen Flachseiten der Stromschiene angeordnet und damit abgewinkelt zum Trennelement 204 ausgeführt. Das Gehäuse 112 umschließt die Stromschiene vollständig. Nur die Anschlüsse 206, 208 sind von außen kontaktierbar.
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Ein Hohlraum des Gehäuses 112 zwischen einer Wand des Gehäuses 112 und dem Trennelement 204 ist hier mit Löschsand 216 gefüllt. Mit anderen Worten ist die Stromschiene mit dem verjüngten Abschnitt 214 in den Löschsand 216 eingebettet.
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In einem Ausführungsbeispiel sind die Anschlüsse 206, 208 als Hohlzylinder ausgebildet. In Verlängerung der Hohlzylinder ist in der Stromschiene je ein Gewinde zum Verschrauben der Modulsicherung 102 mit dem Batteriemodul angeordnet.
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In einem Ausführungsbeispiel weisen die Schnittstellen 210, 212 je einen Berührschutz 218 für den jeweiligen Anschluss 206, 208 auf. Der Berührschutz 218 steht über den jeweiligen Anschluss 206, 208 über und verhindert ein versehentliches Berühren des Anschlusses 206, 208. Der Berührschutz 218 ist als Kragen rund um den jeweiligen Anschluss 206, 208 ausgebildet.
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In einem Ausführungsbeispiel ist die Modulsicherung 102 wie in 1 an dem Batteriemodul 100 angeordnet. Dabei ist die erste Schnittstelle 210 mit einem Gegenstück 220 am Batteriemodul 100 gekoppelt. Das Gegenstück 220 ist durch das Modulgehäuse 104 des Batteriemoduls 100 ausgebildet. Der erste Anschluss 206 weist einen elektrisch leitenden Kontakt zum Anschlussterminal 110 auf. Das Anschlussterminal 110 und der Anschluss 206 sind als gleich dimensionierte Hohlzylinder ausgebildet und liegen jeweils mit einer ringförmigen Stirnseite aneinander an. Das Anschlussterminal 110 ist auf eine Flachseite einer in das Batteriemodul 100 führenden Stromschiene 222 angeordnet. Die Stromschiene 222 ist in das Modulgehäuse 104 des Batteriemoduls 100 eingebettet. Eine Schraube zum Sichern der Verbindung ist nicht dargestellt, verläuft jedoch axial durch die Hohlzylinder. Hier weisen die Stromschiene 222 und das Modulgehäuse 104 ein in den Hohlzylinder des Anschlussterminals 110 mündendes Durchgangsloch zum Einführen der Schraube auf. Die Schraube kann dabei einen Antrieb in einer Sonderform aufweisen, um Missbrauch zu verhindern. Der Antrieb kann beispielsweise dreieckig ausgeführt sein.
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In einem Ausführungsbeispiel ist das Gegenstück 220 zur Schnittstelle 210 als ein über das Anschlussterminal 110 überstehender Berührschutz ausgebildet. Ein Innendurchmesser des Gegenstücks 220 beziehungsweise des Berührschutzes entspricht dabei im Wesentlichen einem Außendurchmesser des Berührschutzes 218 der Modulsicherung 102. Damit ist der Anschluss 206 beim Zusammenfügen der Schnittstelle 210 koaxial zum Gegenstück 220 geführt.
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In einem Ausführungsbeispiel weist das Gegenstück 220 auf einer Außenseite des Berührschutzes eine umlaufende Erhebung 224 auf. Die Schnittstelle 210 weist ein Rastelement 226 auf, das beim Zusammenstecken der Schnittstelle 210 und des Gegenstücks 220 an der Erhebung 224 einrastet und eine axiale Position der Schnittstelle 210 und des Gegenstücks 220 in einer Steckrichtung zumindest vorläufig fixiert.
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In einem Ausführungsbeispiel weist die Modulsicherung 102 Stapelaufnahmen 228 auf. Die Stapelaufnahmen 228 sind dazu ausgebildet, je eine der Schnittstellen einer anderen Modulsicherung zumindest zum Teil aufzunehmen, wenn diese andere Modulsicherung auf die hier dargestellte Modulsicherung 102 gestapelt ist. Die Stapelaufnahmen 228 sind koaxial zu den Schnittstellen 210, 212 auf der jeweils entgegengesetzten Seite des Gehäuses 112 angeordnet. Dabei sind die Stapelaufnahmen 228 zumindest teilweise so geformt, wie das Gegenstück 220 des Batteriemoduls 100. Auch die Stapelaufnahmen 228 sind dazu ausgebildet, einen äußeren Rand des Berührschutzes 218 der aufzunehmenden Schnittstelle zumindest teilweise zu umschließen. Die Stapelaufnahmen 228 weisen jedoch eine geringere Tiefe auf, als das Gegenstück 220.
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In einem Ausführungsbeispiel ist im Gehäuse 112 eine Überwachungselektronik 230 angeordnet. Die Überwachungselektronik 230 ist dazu ausgebildet, Kenngrößen der Modulsicherung 102 und/oder des Batteriemoduls 100 zu erfassen. Die erfassten Kenngrößen werden dann abgespeichert und können beispielsweise bei der Demontage der Modulsicherung 102 ausgelesen werden. Beispielsweise kann die Überwachungselektronik 230 einen Stromfluss durch das Trennelement 204 erfassen.
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Die Überwachungselektronik 230 kann auch den Transport des Batteriemoduls 100 überwachen. Beispielsweise können Beschleunigungswerte erfasst werden und eine Meldung hinterlegt werden, wenn bestimmte Grenzwerte überschritten worden sind. Ebenso kann eine Temperatur erfasst werden und eine eventuelle Schädigung der Zellchemie durch zu niedrige und/oder zu hohe Temperaturen erkannt werden. So kann ein unsachgemäßer Transport dokumentiert werden.
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Mit anderen Worten wird eine steck- und austauschbare Modulsicherung für den Transportschutz von Batteriemodulen vorgestellt.
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Um den gefahrlosen Transport von Batteriemodulen sicherzustellen, werden diese vorschriftsgemäß verschiedenen Prüfungen unterzogen. Insbesondere wird eine Einzelprüfung auf einen externen Kurzschluss durchgeführt.
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Gewöhnlicherweise besteht ein Batteriemodul aus mehreren Batteriezellen, wobei jede Zelle eine eigene Sicherung enthält. Bei Modulen mit einer Spannung kleiner 60V kann der externe Kurzschluss noch sicher von den Sicherungen in den Zellen getrennt werden. Bei Spannungen größer 60V wird ein zusätzliches modulinternes Trennelement verbaut, welches den Kurzschlusstrom trennt. Typischerweise handelt es sich hierbei um fest verbaute Schmelzsicherungen oder pyrotechnischen Trennelemente. Im Modul wird somit ein Trennelement zur ausschließlichen Einhaltung der Transportvorschriften verbaut, welches Mehrkosten von ca. 5 bis 15€ pro Modul verursacht. Dieses zusätzliche modulinterne Trennelement ist nach Verbau des Moduls im Fahrzeug wirkunglos, da hier die Fahrzeugsicherungsebene die Kurzschlussabsicherung sicherstellt.
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Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird das modulinterne Trennelement durch ein mehrfach verwendbares externes Sicherungselement ersetzt. Das externe Sicherungselement wird dabei nur zum Zweck des Transports missbrauchssicher an das Modul montiert. Durch die Konzeption dieses externen Sicherungselements als Umlaufgut können die oben genannten Mehrkosten pro Modul eingespart werden. Des Weiteren wird das Gewicht der Module im Fahrzeugeinbau verringert, da dieses Sicherungselement nicht zum Fahrzeugverbau am Modul verbleiben muss.
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Das externe Sicherungselement ist dabei in einem Gehäuse montiert, steckbar und austauschbar. Vorteilhafterweise wird das externe Sicherungselement mit dem Plus- oder Minuspol des Moduls missbrauchssicher und sicher gegen unbefugtes Entfernen verbunden. Das Sicherungselement bildet dann seinerseits einen Pol aus, dessen Polarität der des verbundenen Batteriepols entspricht. Damit bleibt ein Erfassen von Modulkenngrößen von außerhalb weiterhin möglich.
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Des Weiteren ist in oder an das Sicherungselement eine Staubschutzfunktion integriert, um den verbundenen Modulpol vor Verschmutzung zu schützen. Vorteilhafterweise ist das externe Sicherungselement als Umlaufteil ausgeführt, um für mehrere Transportvorgänge einsetzbar zu sein. Um dies zu ermöglichen ist das Sicherungselement besonders stoßfest und robust und einfach stapelbar ausgeführt.
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Das Sicherungselement kann in die Transportverpackung des Moduls dergestalt integriert sein, dass beim Einlegen des Moduls in die Verpackung das Sicherungselement automatisch verbunden wird. Ein Sicherungselement kann auch mehrere Module während des Transportes absichern.
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In das Sicherungselement kann eine Überwachungselektronik integriert sein, welche das Sicherungselemente betreffenden Kenngrößen, wie beispielsweise den Auslösezustand und die Anzahl der Umläufe, das Modul betreffende Kenngrößen, wie beispielsweise die Temperatur und den Ladezustand und/oder während des Transportes aufgetretene Bedingungen, wie beispielsweise Stoßbelastungen und Feuchtigkeit erfasst. Diese Überwachungselektronik kann sich selber versorgen oder seine Energie aus dem Modul beziehen.
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Ein vorteilhaftes Herstellverfahren für das Sicherungselement ist, dass das Gehäuse so ausgeführt wird, dass verschiedene Sicherungselemente modular verbaut werden können, um verschiedene Auslösecharakteristika bei gleichbleibendem Gehäuse zu ermöglichen. Dabei umfasst das Herstellverfahren die Schritte
- -Einlegen des Sicherungselements in eine Gehäuseunterseite,
- -Montieren der Gehäuseoberseite,
- -Füllen des entstandenen Hohlraums mit Löschsand oder Schutzgas.
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Die elektrischen und/oder mechanischen Modulschnittstellen verschiedenartiger Module können standardisiert werden. Das hier vorgestellte intelligente oder passive Transportsicherungselement kann dadurch herstellerübergreifend eingesetzt werden.
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Durch den hier vorgestellten Ansatz kann auf Trennelemente jeglicher Art in Batteriemodulen verzichtet werden, wodurch eine Reduktion des Gewichts sowie des Bauraumbedarf im Fahrzeug bei gleichzeitiger Kostenreduktion erreicht werden kann. Durch die zusätzliche Integration einer Überwachungselektronik können die Randbedingungen während des Modultransports erfasst werden und somit für Lebensdauervoraussagen und Überwachungsvorgänge genutzt werden können.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft gewählt.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Batteriemodul
- 102
- Modulsicherung
- 104
- Modulgehäuse
- 106
- Pluspol
- 108
- Minuspol
- 110
- Anschlussterminal
- 112
- Gehäuse
- 114
- zweite Schnittstelle
- 116
- Transportverpackung
- 200
- Gehäuseoberteil
- 202
- Gehäuseunterteil
- 204
- Trennelement
- 206
- erster Anschluss
- 208
- zweiter Anschluss
- 210
- erste Schnittstelle
- 214
- Abschnitt
- 216
- Löschsand
- 218
- Berührschutz
- 220
- Gegenstück
- 222
- Stromschiene
- 224
- Erhebung
- 226
- Rasteinrichtung
- 228
- Stapelaufnahme
- 230
- Überwachungselektronik
