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Die Erfindung betrifft ein Fluidleitungs-Anschlussstück für wenigstens eine Fluidleitung einer Kühleinrichtung in einem Gehäuse einer Batteriebaugruppe, eine Batteriebaugruppe für Speicherzellen für elektrische Energie, insbesondere für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug, sowie ein Verfahren zur Montage eines Fluidleitungs-Anschlussstücks.
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Elektromobilität, also der Antrieb eines Personen- oder Lastkraftfahrzeugs zumindest größtenteils über elektrische Energie, erfordert Energiespeicher mit einer hohen Leistungsdichte. Hierzu sind Batteriebaugruppen bekannt, die ein Gehäuse aufweisen, in dem eine Vielzahl von Speicherzellen für elektrische Energie, in Form von wiederaufladbaren Akkumulatoren, dicht nebeneinander angeordnet sind. Die Betriebsspannung liegt meist bei mehreren hundert Volt Gleichspannung, weswegen derartige Batteriebaugruppen auch als Hochvoltspeicher bezeichnet werden.
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Im Betrieb, also beim Laden bzw. Entladen der Speicherzellen, treten so hohe Energiedichten auf, dass eine Kühlung der Speicherzellen erforderlich ist, wobei normalerweise eine Flüssigkeitskühlung durch ein geeignetes Kühl- oder Kältemittel eingesetzt wird. Die Kühleinrichtung sollte möglichst bauraumoptimiert integriert sein.
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Zum Schutz vor Umwelteinflüssen sind die Speicherzellen im Gehäuse oft hermetisch eingeschlossen, was es erfordert, die Fluidversorgung durch eine Gehäusewand hindurch zu ermöglichen.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfach zu montierende derartige Kühlfluidzuführung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird mit einem Fluidleitungs-Anschlussstück für wenigstens eine Fluidleitung einer Kühleinrichtung in einem Gehäuse einer Batteriebaugruppe gelöst, das eine Anschlussplatte umfasst, die dazu vorgesehen ist, auf einen Durchbruch in einer Wand des Gehäuses aufgesetzt zu werden. Das Fluidleitungs-Anschlussstück umfasst außerdem wenigstens ein Rastelement, das so ausgebildet ist, dass es in Anlage an einen den Durchbruch umgebenen Abschnitt der Gehäusewand kommen kann. Auf der Fläche der Anschlussplatte ist mit radialem Abstand zu einem Außenrand der Anschlussplatte wenigstens eine Fluiddurchführung angeordnet. Das wenigstens eine Rastelement ist so angeordnet, dass die Anschlussplatte in einer Vormontagestellung parallel zur Ebene des Durchbruchs um ein vorgegebenes Maß verschiebbar ist, während das Rastelement in Eingriff mit der Gehäusewand bleibt.
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Der Durchbruch in der Gehäusewand ist dabei selbstverständlich so auf das Fluidleitungs-Anschlussstück abgestimmt, dass dessen Umfangsrand auch bei einer maximalen Verschiebung an jeder Stelle radial außerhalb eines Umfangsrands des Durchbruchs liegt. Auch in der maximal verschobenen Position überdeckt also das Fluidleitungs-Anschlussstück über den gesamten Umfang des Durchbruchs dessen Umfangsrand und deckt daher den Durchbruch stets komplett ab, sodass sich einfach eine gedichtete Verbindung schaffen lässt.
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In der Vormontagestellung, in der das oder die Rastelement(e) mit der Gehäusewand in Eingriff sind, die Anschlussplatte aber noch verschiebbar ist, lässt sich die Anschlussplatte einfach an eine passende Stelle verschieben, an der die Montage insbesondere der internen Fluidleitungen möglich ist. In dieser Position wird die Anschlussplatte fest und permanent am Gehäuse fixiert, beispielsweise durch Verschrauben.
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Die Möglichkeit, die Position der Fluiddurchführung bezüglich des Gehäuses im Rahmen des vorgegebenen Maßes, um das die Anschlussplatte verschiebbar ist, zu verändern, ermöglicht also einen Toleranzausgleich hinsichtlich der Position der internen und/oder externen Fluidleitungen.
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Die Fluiddurchführungen des Fluidleitungs-Anschlussstücks dienen dazu, interne Fluidleitungen der Kühleinrichtung innerhalb des Gehäuses mit externen Fluidleitungen eines externen Kühlsystems, die außerhalb des Gehäuses liegen, beispielsweise eines Fahrzeugs, zu verbinden. Die Fluiddurchführung des Fluidleitungs-Anschlussstücks weist hierzu bevorzugt an zwei entgegengesetzten Seiten jeweils wenigstens ein Verbindungselement für eine interne und eine externe Fluidleitung auf.
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Die Verbindungselemente sind beispielsweise Anschlussstutzen oder Anschlussbuchsen, die senkrecht zur Fläche der Anschlussplatte ausgerichtet sind.
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Um eine kombinierte Montage räumlich nah beieinander angeordneter Zu- und Ableitungen für das Kühlfluid zu ermöglichen, sind vorzugsweise auf der Anschlussplatte nebeneinander zwei Fluiddurchführungen vorgesehen. Es ist natürlich auch denkbar, nur eine oder mehr als zwei Fluiddurchführungen vorzusehen. Unter einem Kühlfluid wird hier auch ein Kältemittel, insbesondere ein leicht flüchtiges Kältemittel eines Klimakreislaufs verstanden.
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Das Rastelement kann beispielsweise zwei sich gegenüberliegende Rastarme umfassen, die von der Fläche der Anschlussplatte abstehen und die sich radial über den Umfangsrand der Anschlussplatte hinaus erstrecken. Werden die Rastarme durch den Durchbruch geschoben, können sie so zunächst vom Umfangsrand des Durchbruchs elastisch radial nach innen ausgelenkt werden, bevor sie nach Passieren des Durchbruchs radial nach außen zurückfedern und dann den Rand des Durchbruchs hintergreifen und so das Fluidleitungs-Anschlussstück am Gehäuse vorfixieren. Die Anschlussplatte ist in diesem Zustand gegenüber dem Gehäuse noch verschiebbar. Dies stellt eine Vormontagestellung dar.
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Die Rastarme sollten radial außerhalb der Fluiddurchführung(en) liegen, um den Anschluss der Fluidleitungen nicht zu behindern.
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Die Rastarme sind insbesondere an einem Umfangsrand der Anschlussplatte angeordnet. Beispielsweise weist jeder der Rastarme eine V-Form auf.
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Eine radiale Position des Kontaktpunktes der Rastarme mit der Gehäusewand radial außerhalb des Durchbruchs ist vorteilhaft radial weiter vom Rand des Durchbruchs entfernt als der maximale Verschiebeweg der Anschlussplatte von einer idealen Mittelposition, an der entlang des Umfangsrandes z.B. überall der gleiche Abstand zum Rand des Durchbruchs besteht, um auch bei Erreichen des maximalen Verschiebewegs sicherzustellen, dass die Rastarme in Eingriff mit der Gehäusewand bleiben.
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Die oben genannte Aufgabe wird auch mit einer Batteriebaugruppe mit einem Fluidleitungs-Anschlussstück, wie es oben beschrieben wurde, gelöst. Die Batteriebaugruppe umfasst ein Gehäuse, in dem Speicherzellen für elektrische Energie aufgenommen sind, sowie eine Kühleinrichtung, die interne Fluidleitungen zum Anschluss an ein Kühlsystem aufweist, wobei das Gehäuse in einer Gehäusewand einen Durchbruch aufweist, auf den das Fluidleitungs-Anschlussstück so aufgesetzt ist, dass die Anschlussplatte den Durchbruch überdeckt und das wenigstens eine Rastelement den Umfangsrand des Durchbruchs hintergreift. Die internen Fluidleitungen sind von einer Innenseite der Gehäusewand her mit den Fluiddurchführungen des Fluidleitungs-Anschlussstücks verbunden, und externe Fluidleitungen zur Verbindung mit dem Kühlsystem sind von einer Außenseite des Fluidleitungs-Anschlussstücks mit den Fluiddurchführungen verbunden. Durch die Vormontagestellung, in der die Anschlussplatte bezüglich des Umfangsrand des Durchbruchs noch verschiebbar ist, können die Fluiddurchführungen des Fluidleitungs-Anschlussstücks so positioniert werden, dass die Montage insbesondere der internen Fluidleitungen problemlos möglich ist. Auf diese Weise lässt sich ein Toleranzausgleich herbeiführen.
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Dies ist vor allem nützlich, wenn die Fluidleitung eine starre Metallleitung, insbesondere eine Aluminiumleitung, ist, deren Position innerhalb des Gehäuses nur geringfügig veränderbar ist. Derartige Leitungen werden oft für die internen Kühlleitungen verwendet, da sie auch für gasförmige Kältemittel geeignet sind.
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Die Kühleinrichtung im Inneren des Gehäuses umfasst beispielsweise eine oder mehrere Kühlplatten, von der die interne Fluidleitungen ausgehen, wobei die Kühlplatte in thermischem Kontakt mit den Speicherzellen ist.
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Es ist möglich, mehrere Kühlplatten in einem Gehäuse vorzusehen, die jeweils zwei interne Fluidleitungen aufweisen, von denen eine eine Zuleitung und die andere eine Ableitung für das Kühlfluid bildet. Dementsprechend können auch mehrere Fluidleitungs-Anschlussstücke in der Wand des Gehäuses vorgesehen sein, wobei jeweils ein Fluidleitungs-Anschlussstück in einen Durchbruch in der Gehäusewand eingesetzt ist.
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Zur Abdichtung des Gehäuses nach außen ist vorzugsweise zwischen dem Fluidleitungs-Anschlussstück, insbesondere der Anschlussplatte, und der Gehäusewand eine Dichtung angeordnet. Diese Dichtung ist natürlich so auszulegen, dass sie in jeder Position der Anschlussplatte gegenüber dem Durchbruch über den gesamten Umfang eine ausreichende Dichtwirkung entfaltet.
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Außerdem wird die oben genannte Aufgabe auch mit einem Verfahren zur Montage eines oben beschriebenen Fluidleitungs-Anschlussstücks in einer oben beschriebenen Batteriebaugruppe gelöst.
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Hierzu wird das Fluidleitungs-Anschlussstück auf den Durchbruch in der Gehäusewand aufgesetzt, sodass die Anschlussplatte den Durchbruch überdeckt und das wenigstens eine Rastelement in Eingriff mit der Gehäusewand kommt. Die Anschlussplatte wird in der Vormontagestellung so in Bezug auf den Rand des Durchbruchs ausgerichtet, dass die wenigstens eine Fluiddurchführung in eine vorgegebene Anordnung bezüglich einer anzuschließende Fluidleitung kommt. Die anzuschließende Fluidleitung wird mit der Fluiddurchführung verbunden, und die Anschlussplatte wird fest an der Gehäusewand fixiert.
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Die Montage vereinfacht sich, wenn das Fluidleitungs-Anschlussstück von der Außenseite des Gehäuses her auf den Durchbruch aufgesetzt wird, sodass die Rastarme durch den Durchbruch nach innen in das Gehäuse ragen. Eine endgültige Fixierung, beispielsweise durch Verschrauben, erfolgt jedoch meist von der Innenseite des Gehäuses, während die Rastarme das Fluidleitungs-Anschlussstück in der Vormontagestellung halten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
- - 1 eine schematische perspektivische Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Fluidleitungs-Anschlussstücks in einer erfindungsgemäßen Batteriebaugruppe sowie Schritte eines erfindungsgemäßen Montageverfahrens;
- - 2 eine schematische perspektivische Darstellung des Fluidleitungs-Anschlussstücks aus 1; und
- - 3 eine schematische Draufsicht des Fluidleitungs-Anschlussstücks aus 2 montiert in einem Gehäuse einer Batteriebaugruppe.
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1 zeigt eine Batteriebaugruppe 10, mit einem nur abschnittsweise gezeigten Gehäuse 12, das eine Gehäusewand 14 umfasst. In der Gehäusewand 14 ist ein Durchbruch 16 ausgebildet, der sich von einer Innenseite zu einer Außenseite des Gehäuses 12 erstreckt.
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Im Inneren des Gehäuses 12 ist ein Zellmodul 18 mit nicht näher dargestellten Speicherzellen für elektrische Energie aufgenommen. Das Zellmodul 18 ist in thermischem Kontakt mit einer Kühleinrichtung 19 (schematisch in 1), die mit internen Fluidleitungen 20 verbunden ist, durch die ein geeignetes Kühlfluid strömt, um die Speicherzellen zu kühlen. Die Kühleinrichtung 19 umfasst hier eine oder mehrere Kühlplatten, die in thermischem Kontakt mit den Speicherzellen sind. Das Kühlfluid ist insbesondere ein Kältemittel.
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Die internen Fluidleitungen 20 enden hier in einem Anschlussteil 24, das zwei Verbindungsstutzen 26 aufweist.
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In den Durchbruch 16 ist ein Fluidleitungs-Anschlussstück 28 eingesetzt, hier von der Außenseite des Gehäuses 12 her, in dem wenigstens eine Fluiddurchführung 30 ausgebildet ist (siehe 2 und 3), die einen Fluiddurchgang durch die Wand 14 des Gehäuses 12 schafft.
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Die internen Fluidleitungen 20 sind mittels des Anschlussteils 24 mit dem Fluidleitungs-Anschlussstück 28 verbunden. Externe Fluidleitungen 32 sind von der Außenseite des Gehäuses 12 ebenfalls mit dem Fluidleitungs-Anschlussstück 28 verbunden, sodass ein Fluidaustausch mit einem (nicht dargestellten) externen Kühlsystem gegeben ist. Das externe Kühlsystem kann beispielsweise ein Kühlsystem, z.B. ein Klimakreislauf, eines Fahrzeugs sein.
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In diesem Beispiel sind zwei externe Fluidleitungen 32 sowie zwei interne Fluidleitungen 20 pro Fluidleitungs-Anschlussstück 28 vorgesehen, welches dementsprechend zwei Fluiddurchführungen 30 aufweist. Eine der Fluidleitungen dient jeweils der Zuleitung von Kühlfluid, während die andere Fluidleitung der Ableitung des Kühlfluids dient.
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Die internen Fluidleitungen 20 sind in diesem Fall starre Rohre, insbesondere Aluminiumrohre.
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Das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 weist in diesem Beispiel eine Anschlussplatte 34 auf, auf deren Fläche die beiden Fluiddurchführungen 30 vorgesehen sind und die sich im montierten Zustand parallel zur Wand 14 erstreckt.
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Im Bereich eines Außenrandes 36 der Anschlussplatte 34 sind zwei Rastelemente 38 angeordnet. In diesem Beispiel sind die Rastelemente 38 durch zwei gegenüberliegende, jeweils V-förmige Rastarme gebildet, wobei sich jeweils ein freies Ende 40 der Rastarme radial nach außen über den Außenrand 36 der Anschlussplatte 34 hinaus erstreckt.
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Die Fluiddurchführungen 30 sind mit radialem Abstand zum Außenrand 36 und den Rastelementen 38 positioniert.
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Die Anschlussplatte 34 ist hier von einer Halteplatte 41 umgeben, und bildet mit dieser ein gemeinsames Bauteil. Die Halteplatte 41 weist zwei Fixierabschnitte 42 auf, die radial außerhalb der Anschlussplatte 34 liegen und die dazu dienen, das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 fest und permanent mit der Wand 14 des Gehäuses 12 zu verbinden (siehe 1).
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Zur Montage der internen Fluidleitungen 20 und der externen Fluidleitungen 32 am Fluidleitungs-Anschlussstück 28 wird zunächst das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 von außen so in den Durchbruch 16 eingesetzt, dass die beiden Rastelement 38 durch den Durchbruch 16 ragen.
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Zwischen einem Rand des Durchbruchs 16 auf der Außenseite der Wand 14 und dem Fluidleitungs-Anschlussstück 28 ist dabei eine Dichtung 39 vorgesehen.
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Die Rastelemente 38 sind so auf die Abmessungen des Durchbruchs 16, insbesondere eines Umfangsrands 44 des Durchbruchs 16, abgestimmt, dass beim Durchschieben der Rastelemente 38 durch den Durchbruch 16 die Rastarme durch den Umfangsrand 44 des Durchbruchs 16 elastisch radial nach innen ausgelenkt werden und nach Passieren der Wand 14 die freien Enden 40 der Rastarme radial nach außen zurückfedern und anschließend den Umfangsrand 44 des Durchbruchs 16 hintergreifen. Auf diese Weise gelangt das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 in eine Vormontagestellung, in der es gegen sein eigenes Gewicht am Gehäuse 12 gehalten ist, die Anschlussplatte 34 aber noch bezüglich des Durchbruchs 16 um ein vorgegebenes Maß bis zu einem maximalen Verschiebeweg verschieblich ist.
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So lassen sich Toleranzen zwischen der in 2 dargestellten mittleren Position der Fluiddurchführungen 30 und den internen Fluidleitungen 20, insbesondere den Verbindungsstutzen 26 des Anschlussteils 24 ausgleichen, indem die Anschlussplatte 34 bezüglich des Umfangsrands 44 des Durchbruchs 16 verschoben wird.
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3 zeigt die Situation, wenn der maximale Verschiebeweg in Richtung zur linken unteren Ecke des Bildes ausgeschöpft ist.
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Beide Fluiddurchführungen 30 sind nach wie vor zugänglich. Beide Rastelemente 38 hintergreifen nach wie vor den Umfangsrand 44 des Durchbruchs 16, sodass das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 auch in dieser Position sicher in der Vormontagestellung an der Wand 14 des Gehäuses 12 fixiert bleibt. Die Montage des Fluidleitungs-Anschlussstücks 28 kann daher von unten erfolgen, da die Rastelemente 38 dessen Eigengewicht halten.
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Die Halteplatte 41 überdeckt hier stets die gesamte Fläche des Durchbruchs 16.
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Wenn die Positionen der Fluiddurchführungen 30 und der internen Fluidleitungen 20 über den möglichen Toleranzausgleich zum Rand des Durchbruchs 16 angepasst sind, werden die internen Fluidleitungen 20 mit den Fluiddurchführungen 30 verbunden, hier indem die Verbindungsstutzen 26 in Anschlussbuchsen 46 an den zur Innenseite des Gehäuses 12 weisenden Enden der Fluiddurchführungen 30 eingesteckt werden. Die Anschlussbuchsen 46 dienen dabei als Verbindungselement für die internen Fluidleitungen 20.
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In dieser Position wird abschließend das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 mittels der Fixierabschnitte 42 fest und permanent mit der Wand 14 des Gehäuses 12 verbunden, hier verschraubt.
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Analog könnte natürlich auch ein Versatz zu den externen Fluidleitungen 32 angepasst werden.
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An der entgegengesetzten Seite der Anschlussplatte 34 enden die Fluiddurchführungen 30 beispielsweise in zwei Anschlussstutzen, die als Verbindungselement für die externen Fluidleitungen 32 dienen (hier nicht dargestellt).
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Da sich das Fluidleitungs-Anschlussstück 28 in seiner Vormontagestellung noch gegenüber der Gehäusewand 14 verschieben lässt, können Toleranzen in der Position der internen Fluidleitungen 20 zu einfacheren Montage ausgeglichen werden.
