WO2017194305A1 - Fahrzeug mit einem hochvoltspeicher - Google Patents

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vehicle
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Semi BEN SALAH
Nicolas Flahaut
Michael Schwarzer
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Bayerische Motoren Werke AG
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Definitions

  • the present invention relates to a vehicle with a high-voltage storage according to the preamble of claim 1.
  • High-voltage accumulators of vehicles are often cooled by refrigerant or coolant.
  • a refrigerant is understood to mean substances that are used in refrigeration or air conditioning systems. Coolants are substances that are not vaporized, but circulate in the liquid state and remove heat from the high-voltage accumulator. Frequently, so-called "multi-port tubes” are used, which are flat, relatively fragile aluminum tube constructions, through which the refrigerant or coolant flows.
  • the object of the invention is to provide a vehicle with a high-voltage storage, which has a compact structure and further, beyond advantageous properties.
  • the starting point of the invention is a vehicle with a high-voltage storage, which has a housing.
  • the housing of the high-voltage accumulator has a housing bottom, which is substantially parallel or parallel to a Roadway is, on which the vehicle moves, and a housing cover, which is spaced from the housing bottom. About housing walls of the housing bottom is connected to the housing cover.
  • housing structure plate Arranged inside the housing of the high-voltage accumulator is at least one element, which is referred to below as a "housing structure plate" and which combines the function of a force-absorbing structural component and the function of a cooler
  • the housing structure plate further has an underside which faces the housing bottom or is connected to the housing bottom and an upper side which faces the housing cover or is connected to the housing cover.
  • At least one cooling channel is provided inside the housing structure plate.
  • two or more than two e.g. be provided parallel cooling channels, which are flowed through in one and the same or in opposite directions of a refrigerant or a coolant.
  • a refrigerant a substance that a Kälte align. Air conditioning circuit flows through and is completely or at least partially evaporated.
  • a coolant is a cooling substance that is liquid throughout the cooling circuit.
  • At least one electrical storage cell is arranged in each case.
  • a plurality of electrical memory cells are respectively arranged on the first side and the second side of the housing structure plate facing away from the first side.
  • the electrical memory cells each have a positive and a negative terminal pole (connection terminal).
  • Individual memory cells can be connected in series or in parallel be.
  • At least one terminal pole or both terminal poles of individual or all of the memory cells are thermally conductive and electrically isolated connected to the first or the second side of the housing structure plate.
  • the high-voltage accumulator resulting in the memory cell wells is discharged via terminal poles of the memory cells to the flowed through by refrigerant or coolant housing structure plate and transported via the refrigerant or coolant from the housing of the high-voltage accumulator and a heat sink (eg., Environment) or issued a vehicle component to be heated or the passenger compartment.
  • a heat sink eg., Environment
  • the housing structure plate extends between two opposite housing walls, for. B. between a - seen in a longitudinal direction of the vehicle - front wall and a rear wall of the housing of the high-voltage storage.
  • the housing structure plate thus extends parallel to a longitudinal direction of the vehicle, which has the advantage that the housing structure plate in a longitudinal crash of the vehicle is contrary to a deformation of the housing of the high-voltage accumulator.
  • the housing structure plate could also be arranged transversely to a longitudinal direction of the vehicle. In this case, the housing structure plate would resist a deformation of the housing of the high-voltage accumulator in a side crash of the vehicle.
  • a plurality of cooling channels functioning as "flow channels” and a plurality of cooling channels functioning as “return channels” are provided in the interior of the housing structure plate, through which coolant or coolant flows in an opposite direction as the flow channels.
  • at least one Umlenk effetsabêt be provided, via which one end of a flow channel is in flow communication with a channel beginning of a return channel, or vice versa.
  • Such Umlenk effetsabites can z. B. be formed by an inserted between an end face of the housing structure plate and a housing wall separate component.
  • an end face of the housing structure plate extends directly up to a housing wall and is connected thereto and the at least one deflection section is formed by a pipe section integrated in the housing wall, via the coolant or coolant from the end of a flow channel to a channel beginning a return channel flows, or vice versa.
  • a plurality of memory cells may be arranged on the first side and the second side of the housing structure plate facing away from the first side.
  • at least one memory cell stack formed by a plurality of electrically interconnected memory cells is arranged on the first side and the second side of the housing structure plate.
  • a plurality of such memory cell stacks are arranged on the first side and the second side of the housing structure plate.
  • the individual memory cells of a memory cell stack can, for. B. in series electrically interconnected.
  • a plurality of memory cell stacks prefferably arranged one after the other on the first side and the second side of the housing structure plate in the longitudinal direction of the housing structure plate.
  • the memory cells each have an upper side and a lower side, which form the largest sides of the memory cell and which are arranged substantially parallel to the housing bottom and to the housing cover.
  • each memory cell is in each case thermally conductively and electrically insulated connected to the housing structure plate via at least one of its connection poles. It can be provided that the or the terminal poles of the memory cells are connected via a thennisch conductive and electrically insulating adhesive layer with the housing structure plate.
  • the housing structure plate can be provided to absorb forces in a crash and to resist deformation of the housing of the high-voltage memory in the longitudinal direction of the housing structure plate. Furthermore, the housing structure plate can assume the function of a so-called "tie rod", ie it can be provided that the housing structure plate is under tension and the housing bottom and the housing cover and / or opposite housing walls between which the housing structure plate extends, clamped together
  • tie rod so-called "tie rod”
  • the housing structure plate may, for. B consist of aluminum or an aluminum alloy. It can be produced, for example, in an extrusion process. Alternatively, it would also be conceivable that the housing structure plate is made of plastic and z. B. has been produced in an extrusion process or that the housing structure plate is made of plastic, wherein in the plastic cooling channels forming pipes have been poured or injected.
  • the housing bottom and the housing cover are clamped together via the housing structure plate.
  • the housing structure plate is welded to the housing cover and / or to the housing bottom, e.g. by laser welding or MIG welding.
  • the housing structure plate is glued to the housing cover and / or to the housing bottom and / or connected by one or more screw connections.
  • the housing bottom is a sandwich component made up of at least two layers.
  • sandwich components have a relatively high flexural rigidity, which counteracts buckling of the housing of the high-voltage accumulator.
  • a sandwich component can, for. As plastic or metal or a composite material (eg., Fiber reinforced plastic) or consist of both plastic and metal.
  • the housing bottom does not necessarily have to be designed as a sandwich component, but z. B. can also be formed by a "simple", ie single-layer plate. A bottom of the housing bottom can simultaneously form a bottom of the vehicle.
  • a relatively rigid housing bottom for example in sandwich construction, would protect the memory cells from below when the vehicle is "placed on" a substrate
  • the distance between the underside of the housing base and a lane on which the vehicle is standing in the range between 120mm and 200mm or in the range between 120mm and 150mm.
  • the cooling channels of the housing structure plate are traversed by a refrigerant or a coolant.
  • the cooling channels of the housing structure plate to a refrigerant circuit for. B. a refrigerant circuit of a vehicle air conditioning system of the vehicle, are connected and flowed through by a refrigerant.
  • a refrigerant circuit has an expansion element.
  • the expansion element of such a refrigerant circuit in the region of one of the housing walls or the housing cover or the housing bottom of the high-voltage accumulator, d. H. located near the high-voltage memory or directly on the high-voltage battery.
  • the distance between the expansion element and a housing wall of the high-voltage accumulator is less than 20 cm, in particular less than 10 cm, in particular less than 5 cm.
  • the expansion element is arranged directly on a wall of the high-voltage storage housing.
  • the expansion element is arranged directly on a flange, on which a refrigerant line of the refrigerant circuit is flanged to the high-voltage storage.
  • several expansion elements can be provided. For example, each Kuhlkanaleingang each be assigned a separate expansion device.
  • the distance between a refrigerant compressor of the refrigerant circuit and the housing of the high-voltage accumulator is low.
  • the refrigerant pipe length between the refrigerant compressor and the inlet into the housing of the high-voltage accumulator is less than 100 cm or preferably less than 50 cm.
  • the memory cells of the high-voltage memory may be e.g. Each of these cells may have a housing made of sheet metal or may be surrounded by a container consisting of a metal foil
  • the container surrounding such a cell may also consist of a plastic film which may be made of plastic a metal layer, eg an aluminum layer, coated or vapor-deposited.
  • Figure 1 is a perspective view of a high-voltage storage device according to the invention.
  • Figure 2 is a plan view of the high-voltage storage of Figure 1;
  • FIG. 3 shows a sectional view along the section line shown in FIG.
  • FIG. 1 shows a high-voltage accumulator 1, which has a housing.
  • the housing has a housing cover not shown here in detail and a housing base 2 arranged at a distance from the housing cover.
  • the housing bottom 2 and the spaced apart from the housing bottom 2 parallel housing cover (not shown) are connected to each other via housing walls, namely a front wall 3, a rear wall 4, a right side wall 5a, 5b and a left side wall 6a, 6b.
  • the high-voltage storage 1 may be arranged in a vehicle such that the side walls 5a, 5b and 6a are parallel to a vehicle longitudinal direction 7.
  • a plurality of stacks of electrical memory cells are arranged in the housing of the high-voltage memory 1.
  • the memory cell stacks are denoted by the reference numerals 8a-8j in FIGS.
  • the memory cell stacks 8a, 8b are arranged one behind the other in the direction of travel 7.
  • the memory cell stack 8c, 8d, 8e are arranged one behind the other in the direction of travel 7.
  • the memory cell stack 8c, 8d, 8e are arranged one behind the other in the direction of travel 7.
  • the memory cell stacks 8c, 8d, 8e extends in the longitudinal direction 7 of the high-voltage memory 1 or the vehicle as an "housing structure plate 9" (see FIG 8i, 8j on the one hand and the memory cell stacks 8f, 8g, 8h on the other hand also a housing structure plate 10, which may be constructed exactly as the housing structure plate.
  • the housing structure plate 9 is constructed here symmetrically with respect to a center plane 11.
  • the median plane 11 or "large sides" of the housing structure plate 9 are perpendicular to the housing bottom 2 and to the housing cover of the high-voltage accumulator 1 and thus perpendicular to a carriageway on which a vehicle in which the high-voltage accumulator 1 is installed stands.
  • the housing structure plate 9 shown in FIG. 3 has cooling channels integrated on each of its two sides, of which only two cooling channels are designated by the reference symbols 12, 13 by way of example. At the cooling channel
  • the 12 may be, for example, a flow channel and the cooling channel
  • the cooling channel 12 is flowed through in a direction directed into the plane of the drawing, by a coolant or a refrigerant and the cooling channel 13 in a direction which is directed out of the plane of the drawing.
  • the housing structure plate 9 functions as a kind of "countercurrent heat exchanger.”
  • Umlenk effetsabitese may be provided, via one end of a flow channel 12 is in fluid communication with a channel beginning of a return channel 13, similar to the counterflow heat exchangers.
  • the memory cell stacks 8a, 8d which are each formed by a plurality of stacked memory cells 14a, 14b, 14c, etc., are arranged on the two opposite sides of the housing structure plate 9.
  • Each of the memory cells has at least one connection pole 15a, 15b, 15c, etc
  • the connection poles 15a, 15b, 15c, etc. of the memory cells 14a, 14b, 14c, etc. are thermally conductive and electrically insulated with the housing structure plate 9 connected.
  • connection poles 15a, 15b, 15c heat generated in the memory cells 14a, 14b, 14c can be emitted to the housing structure plate 9 and via the cooling liquid flowing through the cooling channels 12, 13 or from the high-voltage accumulator 1 flowing through the cooling channels 12, 13 be dissipated.
  • the housing structure plate 9 has a Kasten31. Rectangular profile, which the high-voltage accumulator 1 in the longitudinal direction 7 gives a comparatively high rigidity. In the case of a longitudinal crash of the vehicle, the housing structure plate 9 thus defies deformation of the housing of the high-voltage accumulator 1.
  • the housing structure plate 9 can assume the function of a "tie rod" provided that the housing bottom 2 and the housing cover (not shown) are clamped together via the housing structure plate 9.
  • the housing bottom 2 of the housing cover (not shown) has a lower side The housing structure plate 9 thus opposes forces that would bulge the housing bottom 2 or the housing cover.
  • FIG. 4 shows an enlarged view of the section through the high-voltage accumulator 1 in the region of the housing structure plate 9.
  • a positive pole of the memory cell 14a is electrically connected to a negative terminal of the memory cell 14b.
  • the two terminal poles 14a, 14b thermally conductive, z. B. via a thermally conductive adhesive layer 16, connected to an outer side of the housing structure plate 9, whereby a good heat transfer between the terminal poles 15 a, 15 b and the housing structure plate 9 is achieved.
  • an expansion device 17 may be arranged, in which refrigerant, which flows in the cooling channels, which are contained in the housing structure plates 9, 10, is relaxed.

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Abstract

Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher (1), welcher ein Gehäuse aufweist, wobei das Gehäuse - einen Gehäuseboden (2) aufweist, der im Wesentlichen parallel zu einer Fahrbahn ist, auf der das Fahrzeug steht oder fährt, - einen Gehäusedeckel, der beabstandet von dem Gehäuseboden (2) angeordnet ist, - Gehäusewände (3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b), über die der Gehäuseboden (2) mit dem Gehäusedeckel verbunden ist, wobei das Gehäuse mindestens eine Gehäusestrukturplatte (9, 10) aufweist, die. eine größte Ebene aufweist, welche senkrecht zum Gehäuseboden (2) und zum Gehäusedeckel ist, und. eine Unterseite, welche dem Gehäuseboden (2) zugewandt oder damit verbunden ist und eine Oberseite, welche mit dem Gehäusedeckel zugewandt oder damit verbunden ist, wobei. in einem Inneren der Gehäusestrukturplatte (9, 10) mindestens zwei parallele Kühlkanäle (12, 13) vorgesehen sind, welche von Kältemittel oder einem Kühlmittel durchströmt sind, und. auf einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9) jeweils mindestens eine elektrische Speicherzelle (14a, 14b, 14c), insbesondere jeweils eine Vielzahl elektrischer Speicherzellen angeordnet ist bzw. sind, wobei die Speicherzellen (14a, 14b, 14c) jeweils einen positiven und einen negativen Anschlusspol (15a, 15b, 15c) aufweisen, und mindestens ein Anschlusspol (15a, 15b, 15c) oder beide Anschlusspole (15a, 15b, 15c) der Speicherzellen (14a, 14b, 14c) thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der ersten und/oder der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9) verbunden ist oder sind.

Description

Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einen Hochvoltspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
Ein derartiges Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher ist aus der DE 10 2012 215 848 A1 bekannt.
Hochvoltspeicher von Fahrzeugen werden häufig durch Kältemittel oder Kühlmittel gekühlt. Unter einem Kältemittel versteht man Subtanzen, welche in Kälte- bzw. Klimaanlagenkreisläufen verwendet werden. Kühlmittel sind Substanzen, die nicht verdampft werden, sondern im flüssigen Zustand zirkulieren und Wärme aus dem Hochvoltspeicher abführen. Häufig werden dabei sogenannte „Multiporttubes" eingesetzt, bei denen es sich um flache, relativ fragile Aluminiumrohrkonstruktionen handelt, welche von Kältemittel bzw. Kühlmittel durchströmt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einen Hochvoltspeicher zu schaffen, der einen kompakten Aufbau und weitere, darüber hinausgehende vorteilhafte Eigenschaften aufweist.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher, welcher ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse des Hochvoltspeichers weist einen Gehäuseboden auf, der im Wesentlichen parallel oder parallel zu einer Fahrbahn ist, auf der sich das Fahrzeug bewegt, und einen Gehäusedeckel, der beabstandet von dem Gehäuseboden angeordnet ist. Über Gehäusewände ist der Gehäuseboden mit dem Gehäusedeckel verbunden.
Im Inneren des Gehäuses des Hochvoltspeichers ist mindestens ein Element angeordnet, das im Folgenden als„Gehäusestrukturplatte" bezeichnet wird und das die Funktion einer kraftaufnehmenden Strukturkomponente und die Funktion eines Kühlers in sich vereint. Die Gehäusestrukturplatte weist eine größte Ebene auf, die senkrecht zum Gehäuseboden und senkrecht zum Gehäusedeckel ist. Die Gehäusestrukturplatte weist ferner eine Unterseite auf, welche dem Gehäuseboden zugewandt oder mit dem Gehäuseboden verbunden ist und eine Oberseite, welche dem Gehäusedeckel zugewandt oder mit dem Gehäusedeckel verbunden ist.
Im Inneren der Gehäusestrukturplatte ist mindestens ein Kühlkanal vorgesehen. Alternativ dazu können im Innern der Gehäusestrukturplatte auch zwei oder mehr als zwei z.B. parallele Kühlkanäle vorgesehen sein, die in ein und derselben oder in einander entgegengesetzten Richtungen von einem Kältemittel oder von einem Kühlmittel durchströmt sind. Wie oben bereits erläutert, versteht man unter einem Kältemittel eine Substanz, die einen Kältebzw. Klimaanlagenkreislauf durchströmt und dabei ganz oder zumindest teilweise verdampft wird. Ein Kühlmittel ist eine Kühlsubstanz, welche im gesamten Kühlkreislauf flüssig ist.
Auf einander abgewandten Seiten der Gehäusestrukturplatte, d. h. auf einer ersten Seite und einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte ist jeweils mindestens eine elektrische Speicherzelle angeordnet. Vorzugsweise sind auf der ersten Seite und der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils eine Vielzahl elektrischer Speicherzellen angeordnet. Die elektrischen Speicherzellen weisen jeweils einen positiven und einen negativen Anschlusspol (Anschlussterminal) auf. Einzelne Speicherzellen können dabei in Reihe oder parallel geschaltet sein. Mindestens ein Anschlusspol oder beide Anschlusspole einzelner oder aller Speicherzellen sind thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der ersten oder der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte verbunden.
Während des Betriebs des Hochvoltspeichers in den Speicherzellen entstehende Wanne wird dabei über Anschlusspole der Speicherzellen an die von Kältemittel oder Kühlmittel durchströmte Gehäusestrukturplatte abgegeben und über das Kältemittel bzw. Kühlmittel aus dem Gehäuse des Hochvoltspeichers abtransportiert und an eine Wärmesenke (z. B. Umgebung) oder eine zu beheizende Fahrzeugkomponente oder den Fahrgastraum abgegeben.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Gehäusestrukturplatte zwischen zwei einander gegenüberliegenden Gehäusewänden, z. B. zwischen einer - in einer Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen - Vorderwand und einer Rückwand des Gehäuses des Hochvoltspeichers. Vorzugsweise erstreckt sich die Gehäusestrukturplatte also parallel zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs, was den Vorteil hat, dass die Gehäusestrukturplatte bei einem Längscrash des Fahrzeugs sich einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers widersetzt.
Prinzipiell könnte die Gehäusestrukturplatte aber auch quer zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet sein. In diesem Fall würde sich die Gehäusestrukturplatte bei einem Seitencrash des Fahrzeugs einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers widersetzen.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Inneren der Gehäusestrukturplatte mehrere als„Vorlaufkanäle" fungierende Kühlkanäle und mehrere dazu parallele, als „Rücklaufkanäle" fungierende Kühlkanäle vorgesehen, die in einer entgegengesetzten Richtung wie die Vorlaufkanäle von Kältemittel oder Kühlmittel durchströmt werden. In Endbereichen der Gehäusestrukturplatte kann jeweils mindestens ein Umlenkleitungsabschnitt vorgesehen sein, über den ein Ende eines Vorlaufkanals mit einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals in Strömungsverbindung steht, oder umgekehrt. Ein solcher Umlenkleitungsabschnitt kann z. B. durch eine zwischen eine Stirnseite der Gehäusestrukturplatte und eine Gehäusewand eingesetzte separate Komponente gebildet sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein Stirnseite der Gehäusestrukturplatte unmittelbar bis an eine Gehäusewand heranreicht und mit dieser verbunden ist und der mindestens eine Umlenkabschnitt durch einen in die Gehäusewand integrierten Leitungsabschnitt gebildet ist, über den Kältemittel bzw. Kühlmittel vom Ende eines Vorlaufkanals zu einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals strömt, oder umgekehrt.
Wie oben bereits erwähnt, können auf der ersten Seite und der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte eine Vielzahl von Speicherzellen angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils mindestens ein durch mehrere elektrisch miteinander verschaltete Speicherzellen gebildeter Speicherzellenstapel angeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass auf der ersten Seite und der zweite Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils mehrere derartige Speicherzellenstapel angeordnet sind. Die einzelnen Speicherzellen eines Speicherzellenstapels können z. B. in Reihe elektrisch miteinander verschaltet sein.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Längsrichtung der Gehäusestrukturplatte hintereinander jeweils mehrere Speicherzellenstapel auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte angeordnet sind.
Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse des Hochvoltspeichers mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Gehäusestrukturplatten vorgesehen sind, die jeweils eine erste und eine zweite Seite aufweisen, entlang derer jeweils mehrere Speicherzellenstapel angeordnet sind. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Speicherzellen jeweils eine Oberseite und eine Unterseite auf, welche die größten Seiten der Speicherzelle bilden und welche im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden und zum Gehäusedeckel angeordnet sind.
Wie oben bereits erwähnt worden ist, ist jede Speicherzelle jeweils über mindestens einen ihrer Anschlusspole thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Gehäusestrukturplatte verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der bzw. die Anschlusspole der Speicherzellen über eine thennisch leitende und elektrisch isolierende Klebstoffschicht mit der Gehäusestrukturplatte verbunden sind.
Wie oben bereits erwähnt, kann die Gehäusestrukturplatte dazu vorgesehen sein, in einem Crashfall Kräfte aufzunehmen und sich einer Verformung des Gehäuses des Hochvoltspeichers in Längsrichtung der Gehäusestrukturplatte zu widersetzen. Ferner kann die Gehäusestrukturplatte die Funktion eines sogenannten„Zugankers" übernehmen, d. h. es kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte unter Zugspannung steht und den Gehäuseboden und den Gehäusedeckel und/oder einander gegenüberliegende Gehäusewände, zwischen denen sich die Gehäusestrukturplatte erstreckt, zusammenspannt. Wenn sich die Speicherzellen während des Betriebs infolge von Alterungsprozessen und einem damit einhergehenden Entweichen von Elektrolytsubstanzen in das Speicherzellengehäuseinnere aufweiten, d. h. wenn Speicherzellen während des Betriebs ausbauchen, können entsprechende Kräfte von der unter Zugspannung stehenden Gehäusestrukturplatte aufgenommen werden. Die Gehäusestrukturplatte widersetzt sich dabei einem Ausbauchen des Gehäuses des Hochvoltspeichers, d. h. einem Ausbauchen des Gehäusebodens und des Gehäusedeckels und/oder einander gegenüberliegender Gehäusewände, zwischen denen sich die Gehäusestrukturplatte erstreckt. Die Gehäusestrukturplatte kann z. B aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Sie kann beispielsweise in einem Strangpressverfahren hergestellt werden. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, dass die Gehäusestrukturplatte aus Kunststoff besteht und z. B. in einem Strangpressverfahren hergestellt worden ist oder dass die Gehäusestrukturplatte aus Kunststoff besteht, wobei in den Kunststoff Kühlkanäle bildende Rohre eingegossen bzw. eingespritzt worden sind.
Wie oben bereits erwähnt kann vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel über die Gehäusestrukturplatte zusammengespannt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden verschweißt ist, z.B. durch Laserschweißen oder durch MIG-Schweißen. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden verklebt und/oder durch eine oder mehrere Schraubverbindungen verbunden ist.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einzelne oder alle Gehäusewände unter Zugspannung stehen und den Gehäuseboden und den Gehäusedeckel zusammenspannen.
Ferner kann vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden ein aus mindestens zwei Schichten aufgebautes Sandwichbauteil ist. Derartige Sandwichbauteile weisen eine relativ hohe Biegesteifigkeit auf, was einem Ausbeulen des Gehäuses des Hochvoltspeichers entgegenwirkt. Ein derartiges Sandwichbauteil kann z. B. aus Kunststoff oder aus Metall oder aus einem Verbundmaterial (z. B. faserverstärkter Kunststoff) sein oder sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall bestehen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gehäuseboden nicht notwendigerweise als Sandwichbauteil ausgeführt sein muss, sondern z. B. auch durch eine „einfache", d.h. einschichtige Platte gebildet sein kann. Eine Unterseite des Gehäusebodens kann gleichzeitig eine Unterseite des Fahrzeugs bilden. Ein relativ steifer Gehäuseboden, z.B. in Sandwichbauweise würde die Speicherzellen im Falle eines„Aufsetzens" des Fahrzeugs auf einem Untergrund von unten her schützen. Um die Gefahr eines Aufsetzens in Grenzen zu halten, kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der Unterseite des Gehäusebodens und einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug steht, im Bereich zwischen 120mm und 200mm oder im Bereich zwischen 120mm und 150mm liegt.
Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle der Gehäusestrukturplatte von einem Kältemittel oder einem Kühlmittel durchströmt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle der Gehäusestrukturplatte an einen Kältemittelkreislauf, z. B. einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage des Fahrzeugs, angeschlossen und von einem Kältemittel durchströmt sind. Ein derartiger Kältemittelkreislauf weist ein Expansionsorgan auf. Vorzugsweise ist das Expansionsorgan eines solchen Kältemittelkreislaufs im Bereich einer der Gehäusewände oder des Gehäusedeckels oder des Gehäusebodens des Hochvoltspeichers, d. h. in der Nähe des Hochvoltspeichers oder unmittelbar am Hochvoltspeicher angeordnet. Expandierendes und sich dabei abkühlendes Kältemittel strömt dann unmittelbar nach dem Expansionsvorgang in den Hochvoltspeicher bzw. in die der Gehäusestrukturplatte vorgesehenen Kühlkanäle ein, wodurch sich eine optimale Kühlwirkung erzielen lässt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Expansionsorgan und einer Gehäusewand des Hochvoltspeichers kleiner als 20cm, insbesondere kleiner als 10cm, insbesondere kleiner als 5cm. Vorzugsweise ist das Expansionsorgan unmittelbar an einer Wand des Hochvoltspeichergehäuses angeordnet.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Expansionsorgan unmittelbar an einem Flansch, an dem eine Kältemitteleitung des Kältemittelkreislaufs an den Hochvoltspeicher angeflanscht ist, angeordnet ist. Ferner können mehrere Expansionsorgane vorgesehen sein. Beispielsweise kann jedem Kuhlkanaleingang jeweils ein separates Expansionsorgan zugeordnet sein.
Ferner ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen einem Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs und dem Gehäuse des Hochvoltspeichers gering ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Kältemittelleitungslänge zwischen dem Kältemittelverdichter und dem Eintritt in das Gehäuse des Hochvoltspeichers kleiner als 100cm oder vorzugsweise kleiner als 50cm beträgt.
Bei den Speicherzellen des Hochvoltspeichers kann es sich z.B. um sogenannte„Pouch-Zellen" handeln. Jede dieser Zellen kann ein aus Blech bestehendes Gehäuse aufweisen oder von einem aus einer Metallfolie bestehenden Behältnis umgeben sein. Das .Behältnis", welche eine solche Zelle umgibt, kann auch aus einer Kunststofffolie bestehen, die mit einer Metallschicht, z.B. einer Aluminiumschicht, beschichtet oder bedampft ist.
Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Hochvoltspeichers gemäß der Erfindung;
Figur 2 eine Draufsicht auf den Hochvoltspeicher der Figur 1 ;
Figur 3 eine Schnittansicht entlang der in Figur 2 dargestellten Schnittlinie
A-A; und
Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Hochvoltspeichers im Bereich, in dem Anschlusspole der Speicherzellen mit der Gehäusestrukturplatte thermisch leitend verbunden sind. Figur 1 zeigt einen Hochvoltspeicher 1, der ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse weist einen hier nicht näher dargestellten Gehäusedeckel und einen beabstandet von dem Gehäusedeckel angeordneten Gehäuseboden 2 auf. Der Gehäuseboden 2 und der beabstandet von dem Gehäuseboden 2 parallel angeordnete Gehäusedeckel (nicht dargestellt) sind über Gehäusewände miteinander verbunden, nämlich über eine Vorderwand 3, eine Rückwand 4, eine rechte Seitenwand 5a, 5b und eine linke Seitenwand 6a, 6b. Der Hochvoltspeicher 1 kann so in einem Fahrzeug angeordnet sein, dass die Seitenwände 5a, 5b bzw. 6a parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung 7 sind.
In dem Gehäuse des Hochvoltspeichers 1 sind mehrere Stapel elektrischer Speicherzellen angeordnet. Die Speicherzellenstapel sind den Figuren 1 , 2 mit den Bezugszeichen 8a - 8j bezeichnet.
Die Speicherzellenstapel 8a, 8b, sind in Fahrtrichtung 7 hintereinander angeordnet. Ebenso sind beispielsweise die Speicherzellenstapel 8c, 8d, 8e in Fahrtrichtung 7 hintereinander angeordnet. Zwischen den Speicherzellenstapeln 8a, 8b einerseits und den Speicherzellenstapeln 8c, 8d, 8e andererseits erstreckt sich in Längsrichtung 7 des Hochvoltspeichers 1, bzw. des Fahrzeugs ein als„Gehäusestrukturplatte 9" (vgl. Figur 3) bezeichnetes Element. Ebenso erstreckt sich zwischen den Speicherzellenstapeln 8i, 8j einerseits und den Speicherzellenstapeln 8f, 8g, 8h andererseits ebenfalls eine Gehäusestrukturplatte 10, die genau so aufgebaut sein kann, wie die Gehäusestrukturplatte 9.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die Gehäusestrukturplatte 9 hier symmetrisch bezüglich einer Mittelebene 11 aufgebaut. Die Mittelebene 11 bzw. „große Seiten" der Gehäusestrukturplatte 9 sind senkrecht zum Gehäuseboden 2 und zum Gehäusedeckel des Hochvoltspeichers 1 und somit senkrecht zu einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug, in das der Hochvoltspeicher 1 eingebaut ist, steht. Die in Figur 3 gezeigte Gehäusestrukturplatte 9 weist auf jeder ihrer beiden Seiten integrierte Kühlkanäle auf, von denen lediglich exemplarisch zwei Kühlkanäle mit den Bezugszeichen 12, 13 bezeichnet sind. Bei den Kühlkanal
12 kann es sich beispielsweise um einen Vorlaufkanal und bei dem Kühlkanal
13 um einen Rücklaufkanal handeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal 12 in einer Richtung, die in die Zeichenebene hineingerichtet ist, von einem Kühlmittel oder einem Kältemittel durchströmt ist und der Kühlkanal 13 in einer Richtung, die aus der Zeichenebene herausgerichtet ist.
Dadurch fungiert die Gehäusestrukturplatte 9 als eine Art „Gegenstromwärmetauscher". An stirnseitigen Enden der Gehäusestrukturplatte 9 können jeweils Umlenkleitungsabschnitte vorgesehen sein, über die ein Ende eines Vorlaufkanals 12 mit einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals 13 in Fluidverbindung steht, ähnlich wie dies bei Gegenstromwärmetauschern der Fall ist. Auf den beiden einander abgewandten Seiten der Gehäusestrukturplatte 9 sind z.B. die Speicherzellenstapel 8a, 8d angeordnet, die jeweils durch mehrere übereinander gestapelte Speicherzellen 14a, 14b, 14c etc. gebildet sind. Jede der Speicherzellen weist jeweils mindestens einen Anschlusspol 15a, 15b, 15c, etc. auf. Die Anschlusspole 15a, 15b, 15c etc. der Speicherzellen 14a, 14b, 14c etc. sind thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Gehäusestrukturplatte 9 verbunden.
Über die Anschlusspole 15a, 15b, 15c kann in den Speicherzellen 14a, 14b, 14c entstehende Wärme an die Gehäusestrukturplatte 9 abgegeben und über die durch die Kühlkanäle 12, 13 strömende Kühlflüssigkeit bzw. das durch die Kühlkanäle 12, 13 strömende Kältemittel aus dem Hochvoltspeicher 1 abgeführt werden.
Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die Gehäusestrukturplatte 9 ein Kastenbzw. Rechteckprofil auf, welches dem Hochvoltspeicher 1 in Längsrichtung 7 eine vergleichsweise hohe Steifigkeit verleiht. Bei einem Längscrash des Fahrzeugs widersetzt sich somit die Gehäusestrukturplatte 9 einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers 1.
Zusätzlich kann die Gehäusestrukturplatte 9 die Funktion eines„Zugankers" übernehmen, sofern der Gehäuseboden 2 und der Gehäusedeckel (nicht dargestellt) über die Gehäusestrukturplatte 9 zusammengespannt sind. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden 2 der Gehäusedeckel (nicht dargestellt) mit einer Unterseite bzw. einer Oberseite der Gehäusestrukturplatte 9 verschweißt und/oder verschraubt und/oder verklebt oder in anderer Weise verbunden ist. Die Gehäusestrukturplatte 9 widersetzt sich somit Kräften, welche den Gehäuseboden 2 bzw. den Gehäusedeckel ausbeulen würden.
Figur 4 zeigt in vergrößerter Darstellung den Schnitt durch den Hochvoltspeicher 1 im Bereich der Gehäusestrukturplatte 9. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist ein Pluspol der Speicherzelle 14a elektrisch mit einem Minuspol der Speicherzelle 14b verbunden. Gleichzeitig sind die beiden Anschlusspole 14a, 14b thermisch leitend, z. B. über eine thermisch leitende Klebstoffschicht 16, mit einer Außenseite der Gehäusestrukturplatte 9 verbunden, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen den Anschlusspolen 15a, 15b und der Gehäusestrukturplatte 9 erreicht wird.
Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, kann z.B. an oder in der Nähe der Vorderwand 3 (oder einer anderen Gehäusewand) ein Expansionsorgan 17 angeordnet sein, in dem Kältemittel, welches die Kühlkanäle, die in den Gehäusestrukturplatten 9, 10 enthalten sind, einströmt, entspannt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher (1), welcher ein Gehäuse aufweist, wobei
• das Gehäuse
- einen Gehäuseboden (2) aufweist, der im Wesentlichen parallel zu einer Fahrbahn ist, auf der das Fahrzeug steht oder fährt,
- einen Gehäusedeckel, der beabstandet von dem Gehäuseboden (2) angeordnet ist,
- Gehäusewände (3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b), über die der Gehäuseboden (2) mit dem Gehäusedeckel verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine Gehäusestrukturplatte (9, 10) aufweist, die
■ eine größte Ebene aufweist, welche senkrecht zum Gehäuseboden (2) und zum Gehäusedeckel ist, und
■ eine Unterseite, welche dem Gehäuseboden (2) zugewandt oder damit verbunden ist und eine Oberseite, welche mit dem Gehäusedeckel zugewandt oder damit verbunden ist, wobei
■ in einem Inneren der Gehäusestrukturplatte (9, 10) mindestens ein Kühlkanal (12, 13) vorgesehen ist oder mindestens zwei parallele Kühlkanäle (12, 13) vorgesehen sind, welcher oder welche von Kältemittel oder einem Kühlmittel durchströmt ist bzw. sind, und
■ auf einer ersten Seite und einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9) jeweils mindestens eine elektrische Speicherzelle (14a, 14b, 14c), insbesondere jeweils eine Vielzahl elektrischer Speicherzellen angeordnet ist bzw. sind, wobei die Speicherzellen (14a, 14b, 14c) jeweils einen positiven und einen negativen Anschlusspol (15a, 15b, 15c) aufweisen, und mindestens ein Anschlusspol (15a, 15b, 15c) oder beide Anschlusspole (15a, 15b, 15c) der Speicherzellen (14a, 14b, 14c) thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der ersten und/oder der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9) verbunden ist oder sind.
2. Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren die Gehäusestrukturplatte (9, 10) mindestens zwei parallele Kühlkanäle vorgesehen sind, die in einander entgegengesetzten Richtungen von Kältemittel oder Kühlmittel durchströmt sind.
3. Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) zwischen zwei einander gegenüberliegenden Gehäusewänden (3, 4) angeordnet ist.
4. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Gehäusestrukturplatte mehrere als Vorlaufkanäle fungierende Kühlkanäle (12) und mehrere dazu parallele, als Rücklaufkanäle fungierende Kühlkanäle (13) vorgesehen sind, die in der entgegengesetzten Richtung wie die Vorlaufkanäle (12) durchströmt sind.
5. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Umlenkleitungsabschnitt vorgesehen ist, über den ein Ende eines Vorlaufkanals (12) mit einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals (13) in Strömungsverbindung steht.
6. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Umlenkleitungsabschnitt durch ein zwischen eine Stirnseite der Gehäusestrukturplatte (9, 10) und eine Gehäusewand (3, 4) eingesetzte Komponente gebildet ist.
7. Fahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnseite der Gehäusestrukturplatte (9, 10) unmittelbar bis an eine Gehäusewand (3, 4) heranreicht und mit dieser verbunden ist und der mindestens eine Umlenkleitungsabschnitt in die Gehäusewand (3, 4) integriert ist.
8. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9, 10) jeweils mindestens ein durch mehrere elektrisch miteinander verschaltete Speicherzellen (14a, 14b, 14c) gebildeter Speicherzellenstapel (8a - 8j) angeordnet ist.
9. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Gehäusestrukturplatte (9, 10) in einer Fahrzeuglängsrichtung (7) erstreckt und bei einem Längscrash des Fahrzeugs einem Zusammenstauchen des Gehäuses entgegenwirkt.
10. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der ersten Seite und entlang der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte (9, 10) jeweils mehrere Speicherzellenstapel (8a, 8b; 8c, 8d, 8e) angeordnet sind.
11. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Gehäusestrukturplatten (9, 10) vorgesehen sind, die jeweils eine erste und eine zweite Seite aufweisen, entlang derer jeweils mehrere Speicherzellenstapel (8a - 8j) angeordnet sind.
12. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (14a, 14b, 14c) jeweils eine Oberseite und eine Unterseite aufweisen, welche die größten Seiten der jeweiligen Speicherzelle bilden und welche im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden (2) und zum Gehäusedeckel angeordnet sind.
13. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der bzw. die Anschlusspole (15a, 15b, 15c) der Speicherzellen (14a, 14b, 14c) über eine thermisch leitende und elektrisch isolierende Klebstoffschicht (16) mit der Gehäusestrukturplatte (9, 10) verbunden sind.
14. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) unter Zugspannung steht und den Gehäuseboden (2) und den Gehäusedeckel zusammenspannt.
15. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung besteht und in einem Strangpressverfahren hergestellt worden ist.
16. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) aus Kunststoff besteht und in einem Strangpressverfahren hergestellt worden ist oder dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) aus Kunststoff besteht, wobei in den Kunststoff die Kühlkanäle (12, 13) bildende Rohre eingegossen oder eingespritzt worden sind.
17. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden (2) verschweißt ist, insbesondere durch Laserschweißen oder durch MIG-Schweißen.
18. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden (2) verklebt ist.
19. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusestrukturplatte (9, 10) mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden (2) durch Schraubverbindungen verbunden ist.
20. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass einzelne oder alle Gehäusewände (3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b) unter Zugspannung stehen und den Gehäuseboden (2) und den Gehäusedeckel zusammenspannen.
21. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (2) ein aus mindestens zwei Schichten aufgebautes Sandwichbauteil ist.
22. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Unterseite des Gehäusebodens eine Unterseite des Fahrzeugs bildet.
23. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Fahrbahn und der Unterseite des Gehäusebodens (2) in einem Bereich zwischen 120mm und 200mm oder im Bereich zwischen 120mm und 150mm liegt.
24. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlkanäle (12, 13) der Gehäusestrukturplatte (9, 10) an einen Kältemittelkreislauf des Fahrzeugs angeschlossen und von einem Kältemittel durchströmt sind.
25. Fahrzeug nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältemittelkreislauf ein Expansionsorgan aufweist, das im Bereich einer der Gehäusewände (3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b) des Hochvoltspeichers (1) angeordnet ist.
26. Fahrzeug nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand zwischen Expansionsorgan und einer der Gehäusewände (3, 4, 5a, 5b, 6a, 6b) kleiner als 20cm, insbesondere kleiner als 10cm ist.
27. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Expansionsorgan an einem Flansch, an dem eine Kältemittelleitung des Kältemittelkreislaufs an den Hochvoltspeicher (1) angeflanscht ist, angeordnet ist.
28. Fahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen ein aus Blech bestehendes Gehäuse aufweisen oder von einem aus einer Metallfolie bestehenden Behältnis umgeben sind.
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