-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung einer Hochvolt-Batterie an einer Karosserie eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
-
Derartige Anordnungen von Hochvolt-Batterien an selbsttragenden Karosserien von Kraftwagen, insbesondere von Personenkraftwagen, sind aus dem allgemeinen Stand der Technik und insbesondere aus dem Serienfahrzeugbau bereits hinlänglich bekannt. Bei der jeweiligen Anordnung weist die jeweilige Hochvolt-Batterie (HV-Batterie) mehrere elektrisch miteinander verbundene und zum Speichern von elektrischer Energie ausgebildete Speicherzellen auf, welche auch als Batteriezellen bezeichnet werden. Außerdem ist bei der jeweiligen Anordnung die jeweilige Hochvolt-Batterie zumindest mittelbar an der auch als Rohbau bezeichneten Karosserie gehalten. Des Weiteren sind weitere, zusätzlich zu der Hochvolt-Batterie vorgesehene und mit der Hochvolt-Batterie verbundene Hochvolt-Komponenten zumindest mittelbar an der Karosserie gehalten. Über die jeweilige Hochvolt-Komponente kann die Hochvolt-Batterie beispielsweise mit elektrischer Energie versorgt werden und/oder die Hochvolt-Batterie kann die in ihr gespeicherte elektrische Energie über die jeweilige Hochvolt-Komponente bereitstellen.
-
Darüber hinaus offenbart die
DE 10 2013 015 531 A1 einen Kraftfahrzeugkarosserie-Rohbau, in den kraftleitend und zur Übernahme struktureller Rohbaufunktionen eine Aufnahmeschale, die zur Aufnahme einer Antriebsbatterie ausgebildet ist, gefügt ist.
-
Des Weiteren offenbart die
DE 10 2011 119 540 A1 eine Batterieanordnung in einem Fahrzeug, mit einer Traktionsbatterie, die am Fahrzeug-Rohbau fest angebunden ist.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Anordnung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders einfache und insbesondere gewichts- und kostengünstige Anordnung der Hochvolt-Batterie und der Hochvolt-Komponenten realisiert werden kann.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
-
Um eine Anordnung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders einfache und insbesondere gewichts- und kostengünstige Anordnung der Hochvolt-Batterie und der Hochvolt-Komponenten realisiert werden kann, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die auch als Rohbau bezeichnete Karosserie eine mittels einer Temperiereinrichtung des Kraftwagens temperierbare Hochvolt-Sicherheitszelle bildet, in welcher die Hochvolt-Batterie und die weiteren Hochvolt-Komponenten angeordnet sind. Die Hochvolt-Batterie ist ein Hochvolt-Bauelement, und auch die weiteren Hochvolt-Komponenten sind Hochvolt-Bauelemente. Da die Hochvolt-Sicherheitszelle temperierbar ist, können die Hochvolt-Bauelemente besonders vorteilhaft temperiert, das heißt gekühlt und/oder erwärmt werden. Außerdem können die Hochvolt-Bauelemente im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen mit einem wesentlich geringeren Verkabelungsaufwand elektrisch miteinander verbunden werden, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Hochvolt-Leitungssätze eingespart werden können. Durch die Anordnung der Hochvolt-Bauelemente in der Hochvolt-Sicherheitszelle können die Hochvolt-Bauelemente und deren Funktionen zentral verortet werden, wodurch das Gewicht und die Kosten der Anordnung in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden können. Innerhalb der Hochvolt-Sicherheitszelle kann eine jeweilige, zumindest elektrische Verbindung zwischen den Hochvolt-Bauelementen durch ungeschirmte Leitungen und/oder Stromschienen erfolgen, sodass die Hochvolt-Bauelemente besonders kosten- und gewichtsgünstig elektrisch miteinander verbunden werden können. Ferner können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Stecker eingespart werden, da auf spezielle Steckverbinder verzichtet werden kann, sofern eine jeweilige Verbindung innerhalb der auch als HV-Sicherheitszone bezeichneten Hochvolt-Sicherheitszelle erfolgt.
-
Die Hochvolt-Bauelemente sind jeweilige Hochvolt-Module, welche auch einfach als Module bezeichnet werden. Die jeweiligen Module können ohne spezielles, eigenes Gehäuse in der Hochvolt-Sicherheitszelle angeordnet werden, sodass das Gewicht besonders gering gehalten werden kann. Ferner ist es denkbar, dass das jeweilige Modul ein jeweils eigenes Gehäuse aufweist, an welches jedoch keine speziellen Anforderungen gestellt werden müssen. Dadurch können das Gewicht und die Kosten in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden. Außerdem können besonders kurze Verbindungswege zwischen den Modulen realisiert werden, wobei sich solche kurzen Verbindungswege zwischen den Modulen günstig auf das EMV-Verhalten (EMV - elektromagnetisches Verhalten) auswirken kann. Filteraufwände können gebündelt und somit gegenüber herkömmlichen Lösungen reduziert werden.
-
Ferner ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das jeweilige Modul optional und austauschbar in der Hochvolt-Sicherheitszelle angeordnet ist, sodass vorzugsweise die Hochvolt-Sicherheitszelle modular mit dem jeweiligen Hochvolt-Bauelement bestückbar ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass das jeweilige Modul unabhängig von den jeweils anderen Modulen in der Hochvolt-Sicherheitszelle angeordnet und aus der Hochvolt-Sicherheitszelle entnommen werden kann. Außerdem können die Hochvolt-Bauelemente mittels der durch den Rohbau gebildeten Hochvolt-Sicherheitszelle besonders gut geschützt werden, sodass ein besonders vorteilhaftes Unfallverhalten darstellbar ist. Die Hochvolt-Sicherheitszelle, welche auch als HV-Sicherheitszelle bezeichnet wird, ist Teil der auch als Rohbau bezeichneten Karosserie und erfüllt alle Anforderungen bezüglich eines Unfallverhaltens, einer Hochvolt-Sicherheit, eines Umweltverhaltens und hinsichtlich EMV. Über die Temperiereinrichtung können thermische Verhältnisse innerhalb der einfach auch als Zelle bezeichneten Hochvolt-Sicherheitszelle vorgegeben werden, sodass ein besonders vorteilhafter Betrieb der Hochvolt-Bauelemente gewährleistet werden kann.
-
Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Idee zugrunde: In Elektrofahrzeugen werden nach heutigem Stand der Technik unterschiedliche Aufgaben durch unterschiedliche, voneinander separate Einheiten realisiert. Die jeweilige Einheit ist aus einer Hochvolt-Komponente und dabei beispielsweise als Hochvolt-Batterie, als DC/DC-Wandler oder als An-Bord-Lader ausgebildet. Der An-Bord-Lader ist Bestandteil des Kraftwagens beziehungsweise an diesem Angeordnet, wobei die Hochvolt-Batterie über den An-Bord-Lader aufgeladen werden kann. Diese Einheiten werden üblicherweise in jeweiligen, eigenen Gehäuse untergebracht, die wiederum hohe Anforderungen bezüglich HV-Sicherheit, insbesondere im Hinblick auf einen Unfall, erfüllen müssen. Die Erfindung zielt nun darauf ab, die Separation der Einheiten aufzulösen und alle Funktionen eines Hochvolt-Bordnetzes (HV-Bordnetz) an einem Ort im Fahrzeug zu bündeln. Dieser Ort ist ein Bauraum in Form der Hochvolt-Sicherheitszelle der beziehungsweise die durch den Rohbau begrenzt ist. Der Bauraum ist dabei im Rohbau für die Unterbringung der Hochvolt-Bauelemente ausgelegt und entsprechend sicher. Mit anderen Worten ist die Hochvolt-Sicherheitszelle ein Raum im Rohbau, wobei dieser Raum für die Unterbringung der Hochvolt-Bauelemente vorgesehen und entsprechend sicher ausgelegt ist. Diese sichere Auslegung beinhaltet eine Auslegung nicht nur auf mechanische Stabilität, sondern auch zusätzlich in Bezug auf HV-Sicherheit, EMV und Klimatisierung (HV - Hochvolt). Die Hochvolt-Sicherheitszelle kann dann entsprechend den Fahrzeuganforderungen modular bestückt werden, wobei auf ein spezielles Gehäuse der einzelnen Module verzichtet werden kann.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Darstellung einer Anordnung wenigstens einer Hochvolt-Batterie an einer auch als Rohbau bezeichneten Karosserie eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens.
-
Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung eine Anordnung 10 wenigstens einer Hochvolt-Batterie 12 an einer auch als Rohbau bezeichneten, selbsttragenden Karosserie 14 eines vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagens. Der Kraftwagen ist als Hybrid-Fahrzeug oder vorzugsweise als Elektrofahrzeug ausgebildet und umfasst somit wenigstens eine elektrische Maschine, mittels welcher der Kraftwagen elektrisch angetrieben werden kann. Hierzu wird die elektrische Maschine in einem Motorbetrieb und somit als Elektromotor betrieben. Um die elektrische Maschine in dem Motorbetrieb zu betreiben, wird die elektrische Maschine mit elektrischer Energie beziehungsweise elektrischem Strom versorgt, die beziehungsweise der in der Hochvolt-Batterie 12 gespeichert ist. Da der Kraftwagen mittels der elektrischen Maschine elektrisch angetrieben werden kann, wird die elektrische Maschine auch als Traktionsmaschine bezeichnet. Da die elektrische Maschine mit in der Hochvolt-Batterie 12 gespeicherter elektrischer Energie versorgt werden kann, wird die Hochvolt-Batterie 12 (HV-Batterie) auch als Traktionsbatterie bezeichnet.
-
Die Hochvolt-Batterie 12 umfasst eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen Batterie-Modulen 16, welche beispielsweise über ein Hochvolt-Bordnetz 18 elektrisch miteinander verbunden sind. Das jeweilige Batterie-Modul 16 ist ein auch als Hochvolt-Komponente bezeichnetes Hochvolt-Bauelement und umfasst dabei mehrere, elektrisch miteinander verbundene und auch als Batteriezellen bezeichneten Speicherzellen, mittels beziehungsweise in welchen elektrische Energie gespeichert werden kann. Die Batterie-Module 16 können die in ihnen gespeicherte elektrische Energie beispielsweise über das Hochvolt-Bordnetz 18 bereitstellen, sodass beispielsweise die elektrische Maschine über das Hochvolt-Bordnetz 18 mit der in den Batterie-Modulen 16 gespeicherten elektrischen Energie versorgt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die Hochvolt-Batterie 12 und somit die Batterie-Module 16 über das Hochvolt-Bordnetz 18 mit elektrischer Energie versorgt werden können, welche in der Hochvolt-Batterie 12 gespeichert werden kann.
-
Bei der Anordnung 10 sind die Hochvolt-Batterie 12 und weitere, zusätzlich zu der Hochvolt-Batterie 12 vorgesehene und, insbesondere über das Hochvolt-Bordnetz 18, mit der Hochvolt-Batterie 12 verbundene Hochvolt-Komponenten 20 jeweils zumindest mittelbar an dem Rohbau gehalten. Die Hochvolt-Komponenten 20 sind weitere Hochvolt-Bauelemente, wobei auch das jeweilige Batterie-Modul 16 ein Hochvolt-Bauelement ist. Auch das Hochvolt-Bordnetz 18 kann als Hochvolt-Bauelement betrachtet werden. Eine erste der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein Gleichstrom-Lademodul 22, welches auch als DC-Lademodul bezeichnet wird. Unter einem Hochvolt-Bauelement ist vorliegend ein Bauelement zu verstehen, welches mittels Hochvolt-Strom betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird. Der Hochvolt-Strom und somit das jeweilige Hochvolt-Bauelement weisen eine elektrische Spannung, insbesondere eine elektrische Betriebsspannung auf, welche größer als 50 Volt ist und vorzugsweise mehrere hundert Volt beträgt. Somit können besonders große elektrische Leistungen zum elektrischen Antreiben des Kraftwagens realisiert werden. Auch die Hochvolt-Batterie 12 ist ein Hochvolt-Bauelement. Ferner ist beispielsweise unter einem Niedrigvolt-Bauelement (LV-Bauelement) ein Bauelement zu verstehen, welches mittels einer elektrischen Spannung, insbesondere mittels einer elektrischen Betriebsspannung betreibbar ist beziehungsweise betrieben wird, die geringer als 50 Volt, vorzugsweise geringer als 30 Volt, ist. Eine zweite der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein Niedrigvolt-Gleichstrom/Gleichstrom-Modul 24, welches auch als LV-DC/DC-Modul bezeichnet wird. Eine dritte der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein Inverter-Modul 26 und eine vierte der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein Schalt-/Sicherungsmodul 28. Eine fünfte der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein OBC-Modul 30. Das OBC-Modul ist ein An-Bord-Lader, welcher Bestandteil des Kraftwagens ist. Über den An-Bord-Lader kann die Hochvolt-Batterie 12 mit elektrischer Energie geladen werden. Eine sechste der Hochvolt-Komponenten 20 ist ein weiteres Inverter-Modul 32. Um nun die Kosten und das Gewicht der Anordnung 10 in einem besonders geringen Rahmen halten zu können, bildet der Rohbau eine mittels einer Temperiereinrichtung des Kraftwagens temperierbare Hochvolt-Sicherheitszelle 34, in welcher die Hochvolt-Bauelemente, das heißt die Hochvolt-Batterie 12, die Hochvolt-Komponente 20 und das Hochvolt-Bordnetz 18 angeordnet sind. Die Hochvolt-Bauelemente sind beispielsweise über einfache Leitungen oder Stromschienen elektrisch miteinander verbunden. Außerdem ist das jeweilige Hochvolt-Bauelement ein Modul ohne spezielles beziehungsweise eigenes Gehäuse, wodurch das Gewicht in einem besonders geringen Rahmen gehalten werden kann. Das jeweilige Modul ist optional und austauschbar und kann somit unabhängig von dem jeweils anderen Modul in der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 angeordnet und aus dieser entnommen werden. Somit ist die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 mit dem jeweiligen Hochvolt-Bauelement modular bestückbar.
-
Die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 weist dabei wenigstens einen Temperieranschluss 36 auf, über welchen ein beispielsweise als Flüssigkeit oder auch als Gas ausgebildetes Fluid zum Temperieren, das heißt zum Erwärmen und/oder zum Kühlen, der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 und somit der Hochvolt-Bauelemente in Hochvolt-Sicherheitszelle 34 einleitbar ist. Zwischen dem Fluid und den Hochvolt-Bauelementen kann ein Wärmeaustausch stattfinden, wodurch die Hochvolt-Bauelemente temperiert, das heißt gekühlt oder erwärmt werden. Die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 kann dabei wenigstens einen in der Fig. nicht dargestellten Abführanschluss aufweisen, über welche das Fluids, insbesondere nach dem Temperieren der Hochvolt-Bauelemente aus der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 abführbar ist.
-
Die Hochvolt-Batterie 12 muss nicht zwangsläufig in Form der Batterie-Module 16 in die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 eingebracht werden, sondern kann alternativ als ein Energiespeicher ausgeführt werden, der dann gravimetrisch optimiert werden kann.
-
Des Weiteren weist die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 wenigstens einen beispielsweise als Niedrigvolt-Anschluss ausgebildeten elektrischen Anschluss 38 auf, über welchen wenigstens eine außerhalb der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 angeordnete und als Niedrigvolt-Komponente ausgebildete Komponente elektrisch mit wenigstens einem der Hochvolt-Bauelemente verbindbar ist. Außerdem weist die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 beispielsweise Wechselstromanschlüsse 40, 42 und 44 sowie wenigstens einen Hochvolt-Anschluss 46 auf. Die Wechselstromanschlüsse 40, 42 und 44 und der Hochvolt-Anschluss 46 sind Anschlüsse, über welche beispielsweise außerhalb der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 angeordnete Bauteile elektrisch mit wenigstens einem der Hochvolt-Bauelemente in der Hochvolt-Sicherheitszelle 34 verbunden werden können. Insbesondere kann beispielsweise die zuvor genannte elektrische Maschine über zumindest einen der Anschlüsse elektrisch mit zumindest einem der Hochvolt-Bauelemente wie beispielsweise mit der Hochvolt-Batterie 12 elektrisch verbunden werden.
-
Insgesamt ist aus der Fig. erkennbar, dass die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 ein in den Rohbau integrierter und durch den Rohbau begrenzter Raum ist, in welchem die Hochvolt-Bauelemente untergebracht sind. Dabei ist die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 entsprechend sicher ausgelegt, und zwar nicht nur im Hinblick auf mechanische Stabilität, sondern zusätzlich in Bezug auf HV-Sicherheit, EMV und Temperierung beziehungsweise Klimatisierung. Die Hochvolt-Sicherheitszelle 34 kann entsprechend den Fahrzeuganforderungen modular bestückt werden, wobei auf ein spezielles Gehäuse des jeweiligen Moduls verzichtet werden kann. Durch die räumliche Nähe der auch als Hochvolt-Komponenten bezeichneten Hochvolt-Bauelemente können diese auch durch eine Recheneinheit zentral gesteuert werden. Dies erlaubt eine Reduzierung an Steuergeräten.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Anordnung
- 12
- Hochvolt-Batterie
- 14
- Karosserie
- 16
- Batterie-Modul
- 18
- Hochvolt-Bordnetz
- 20
- Hochvolt-Komponenten
- 22
- Gleichstrom-Lademodul
- 24
- Niedrigvolt-Gleichstrom/Gleichstrom-Modul
- 26
- Inverter-Modul
- 28
- Schalt-/Sicherungsmodul
- 30
- OBC-Modul
- 32
- Inverter-Modul
- 34
- Hochvolt-Sicherheitszelle
- 36
- Temperieranschluss
- 38
- elektrischer Anschluss
- 40
- Wechselstromanschluss
- 42
- Wechselstromanschluss
- 44
- Wechselstromanschluss
- 46
- Hochvolt-Anschluss
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013015531 A1 [0003]
- DE 102011119540 A1 [0004]
