DE102018205628A1

DE102018205628A1 - Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018205628A1
Application number: DE102018205628.5A
Authority: DE
Inventors: Daniel Meckenstock; Joergen Hilmann; Marius Sawatzki
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-04-13
Filing date: 2018-04-13
Publication date: 2019-10-17
Also published as: CN110379956A; US11235669B2; US20190315238A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie (1) mit wenigstens zwei Batteriemodulen (2, 3), die jeweils ein Modulgehäuse (4) und wenigstens ein elektrisches Anschlusselement (5, 6) zum elektrischen Verbinden der Batteriemodule (2, 3) aufweisen. Ein Batteriemodul (2, 3) weist ein innerhalb seines Modulgehäuses (4) angeordnetes und mit seinem Anschlusselement (5, 6) verbundenes Vorspannelement (9) auf. Das mit dem Vorspannelement (9) verbundene Anschlusselement (5, 6) ist zwischen einer Anschlussstellung, in der das Anschlusselement (5, 6) durch eine Durchbrechung (10) an dem Modulgehäuse (4) hindurchgeführt ist, und einer Schutzstellung, in der das Anschlusselement (5, 6) vollständig innerhalb des Modulgehäuses (4) angeordnet ist, bewegbar an dem Batteriemodul (2, 3) angeordnet. Das Vorspannelement (9) spannt das Anschlusselement (5, 6) in Richtung der Schutzstellung vor. Das Anschlusselement (5, 6) ist in seiner Anschlussstellung über wenigstens eine Verbindungseinheit (11) mit einem anderen Batteriemodul (2, 3) verbunden. Die Verbindungseinheit (11) ist derart ausgebildet, dass die mit der Verbindungseinheit (11) hergestellte Verbindung durch eine Bewegung der elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule (2, 3) relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung, die quer zu einer Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement (5, 6) mittels des Vorspannelements (9) vorgespannt ist, zerstörungsfrei oder unter Zerstörung der Verbindungseinheit (11) lösbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1, aufweisend wenigstens zwei benachbart zueinander angeordnete Batteriemodule, die jeweils ein Modulgehäuse zur Aufnahme von Batteriezellen und jeweils wenigstens ein elektrisches Anschlusselement zum elektrischen Verbinden der Batteriemodule aufweisen.
Eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs kann unter anderem zum Versorgen von elektrischen Antriebseinrichtungen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie verwendet werden. Eine solche Hochvoltbatterie weist üblicherweise mehrere elektrisch miteinander verschaltete Batteriemodule auf. Jedes Batteriemodul weist ein Modulgehäuse und mehrere in dem Modulgehäuse angeordnete, elektrisch miteinander verschaltete Batteriezellen auf. Eine Hochvoltbatterie muss verschiedenen Sicherheitsanforderungen genügen, um möglichst zuverlässig zu verhindern, dass es im Falle eines Unfalls mit mechanischer Lasteinwirkung auf die Hochvoltbatterie und damit einhergehender zumindest teilweiser Zerstörung und/oder Verformung der Hochvoltbatterie nicht zu einem elektrischen Kontakt zwischen Batteriemodulen und anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen des Kraftfahrzeugs kommt.
Die DE 10 2013 017 249 A1 offenbart eine Steckverbinderanordnung zur elektrischen Kopplung von Batteriemodulen, die jeweils ein Batteriemodulgehäuse aufweisen. An Ecken und/oder Kanten jedes Batteriemodulgehäuses sind mindestens zwei Steckverbinder angeordnet, wobei bei nebeneinander angeordneten Batteriemodulgehäusen zwei zu verschiedenen Batteriemodulen gehörende Steckverbinder parallel nebeneinanderliegend ausgerichtet sind und durch einen an beide Steckverbinder anfügbaren Verbindungsstecker elektrisch miteinander verbindbar sind.
Die JP 2007 066 855 A offenbart einen Sicherheitsstecker zum Bereitstellen einer Sicherheit gegen Entladung, wenn der Sicherheitsstecker gelöst wird, und zum Verhindern eines unbeabsichtigten Wiederverbindens. Beim Trennen des Steckers von einer Steckdose trennen sich die Steckeranschlüsse von den Kontakten, und gleichzeitig bedeckt ein Dichtkörper einer Entladespule den Raum zwischen den Steckeranschlüssen und den Kontakten ab. Als ein Ergebnis wird die Erzeugung einer Bogenentladung, die mit der Trennung der Steckeranschlüsse von den Kontakten verbunden ist, unterdrückt. Selbst wenn eine Bogenentladung auftritt, wird verhindert, dass Funken der Bogenentladung nach außen entweichen. Nachdem der Stecker von der Steckdose gelöst worden ist, besteht ferner keine Möglichkeit, dass sich der Stecker aufgrund seines Eigengewichts absenkt, da der Dichtkörper zwischen den Verbindungsanschlüssen und den Kontakten vorhanden ist, wodurch es möglich ist, dass die Steckeranschlüsse die Kontakte berühren, so dass ein unbeabsichtigtes Wiederverbinden sicher verhindert werden kann.
Die US 2014/0342591 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Anbringen und Lösen eines Verbinders für ein Elektrofahrzeug mit austauschbarer Batterie. Die Vorrichtung verbindet und trennt automatisch einen Verbinder an einer Batterie und einen Verbinder an einem Fahrzeug, wenn eine Batterie ausgetauscht wird. Die Vorrichtung kann ein Verbindergehäuse, das an einem Batteriemontagemodul zum Montieren und Trennen der Batterie angeordnet ist, und ein Verbindungselement, das mit einem Kabel am Fahrzeug verbunden ist, beweglich innerhalb des Verbindergehäuses angeordnet ist und selektiv mit dem Verbinder an der Batterie verbunden ist, aufweisen. Ein bewegliches Element ist in Übereinstimmung mit dem Verbindungselement durch einen Führungsstift des Verbinders an der Batterie beweglich in dem Verbindergehäuse angeordnet und ein Energieübertragungselement ist mit dem Verbindungselement und dem beweglichen Element verbunden und bewegt das Verbindungselement entgegengesetzt zu der Bewegungsrichtung des beweglichen Elements.
Die DE 10 2013 200 930 A1 offenbart eine Vorrichtung zum mechanischen Koppeln von wenigstens zwei benachbart zueinander angeordneten Akkumulatormodulen eines modular aufgebauten Akkumulators. Die Vorrichtung weist zumindest ein an einem Akkumulatormodul angeordnetes erstes Verbindungsmittel und mindestens ein an wenigstens einem weiteren Akkumulatormodul angeordnetes weiteres Verbindungsmittel auf, wobei die Verbindungsmittel derart ausgebildet und an den Akkumulatormodulen angeordnet sind, dass das erste Verbindungsmittel bei bestimmungsgemäßer Anordnung der Akkumulatormodule formschlüssig in das weitere Verbindungsmittel eingreift.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, im Falle eines Unfalls mit einer mechanischen Lasteinwirkung auf eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs eine elektrische Verbindung von Batteriemodulen der Hochvoltbatterie mit anderen elektrisch leitfähigen Bauteilen des Kraftfahrzeugs zu verhindern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Hochvoltbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst, bei der wenigstens ein Batteriemodul wenigstens ein innerhalb seines Modulgehäuses angeordnetes und mit seinem Anschlusselement verbundenes Vorspannelement aufweist, zudem das mit dem Vorspannelement verbundene Anschlusselement zwischen einer Anschlussstellung, in der das Anschlusselement durch eine Durchbrechung an dem Modulgehäuse hindurchgeführt ist und zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, und einer Schutzstellung, in der das Anschlusselement vollständig innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist, bewegbar an dem Batteriemodul angeordnet ist, zudem das Vorspannelement das Anschlusselement in Richtung der Schutzstellung vorspannt, zudem das Anschlusselement in seiner Anschlussstellung über wenigstens eine Verbindungseinheit mit einem anderen Batteriemodul verbunden ist und zudem die Verbindungseinheit derart ausgebildet ist, dass die mit der Verbindungseinheit hergestellte Verbindung durch eine Bewegung der elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung, die quer zu einer Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement mittels des Vorspannelements vorgespannt ist, zerstörungsfrei oder unter Zerstörung der Verbindungseinheit lösbar ist.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die in der nachfolgenden Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sowie Maßnahmen in beliebiger technisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden können und weitere Ausgestaltungen der Erfindung aufzeigen. Die Beschreibung charakterisiert und spezifiziert die Erfindung insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren zusätzlich.
Erfindungsgemäß sind die elektrischen Anschlusselemente von benachbart zueinander angeordneten Batteriemodulen der Hochvoltbatterie in einem Normalzustand der Hochvoltbatterie miteinander verbunden, so dass die Batteriemodule über die Anschlusselemente elektrisch miteinander verbunden sind. Hierbei wird das mittels des Vorspannelements in Richtung seiner Schutzstellung vorgespannte Anschlusselement mittels der Verbindungseinheit mit dem jeweils anderen Batteriemodul verbunden und hierdurch sicher in seiner ausgefahrenen Anschlussstellung gehalten.
Unter einem Normalzustand der Hochvoltbatterie ist dabei ein Zustand der Hochvoltbatterie zu verstehen, in dem keine oder lediglich durch einen kollisionsfreien Fahrbetrieb des Kraftfahrzeugs erzeugte mechanische Lasten auf die Hochvoltbatterie einwirken. Hingegen ist unter einem Kollisionszustand der Hochvoltbatterie ein Zustand der Hochvoltbatterie zu verstehen, in dem bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs kollisionsbedingte und dadurch deutlich höhere mechanische Lasten auf die Hochvoltbatterie einwirken, die zu einer zumindest teilweisen Zerstörung und/oder Veränderung der Formgebung der Hochvoltbatterie führen.
Das in der Anschlussstellung befindliche Anschlusselement ist körperlich und elektrisch mit einem Anschlusselement eines anderen Batteriemoduls verbunden. Dabei kann das erfindungsgemäß verlagerbare Anschlusselement als Stecker oder als Steckbuchse ausgebildet sein, während das Anschlusselement des anderen Batteriemoduls als Steckbuchse bzw. Stecker ausgebildet sein kann. Jedes Anschlusselement kann einadrig, zweiadrig oder mehradrig ausgeführt sein.
Im Falle des Vorliegens eines solchen Kollisionszustands kann es zu einer Verlagerung bzw. Bewegung der Batteriemodule der Hochvoltbatterie relativ zueinander kommen. Da die erfindungsgemäße Verbindungseinheit derart ausgebildet ist, dass die mit der Verbindungseinheit hergestellte Verbindung zwischen dem in seiner Anschlussstellung befindlichen Anschlusselement und dem anderen Batteriemodul durch eine Bewegung der elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung, die quer zu einer Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement mittels des Vorspannelements vorgespannt ist, zerstörungsfrei oder unter Zerstörung der Verbindungseinheit lösbar ist, kann die Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem anderen Batteriemodul im Kollisionszustand der Hochvoltbatterie gelöst werden, so dass die elektrische Verbindung zwischen den relativ zueinander verlagerten Batteriemodulen getrennt wird.
Diese elektrische Trennung der Batteriemodule wird erfindungsgemäß insbesondere dadurch bewirkt, dass nach dem Lösen der Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem anderen Batteriemodul das Anschlusselement mittels des Vorspannelements von seiner Kontaktstellung in seine Schutzstellung bewegt werden und somit vollständig innerhalb des Modulgehäuses des Batteriemoduls angeordnet ist, so dass es nicht in einen Kontakt mit einem anderen Bauteil der Hochvoltbatterie und des Kraftfahrzeugs gelangen kann. Hierdurch kann zuverlässig verhindert werden, dass ein Hochspannungskurzschluss erzeugt wird oder ein Starkstrom durch ein elektrisch leitfähiges Bauteil des Kraftfahrzeugs fließt.
Jedes Anschlusselement kann einen Körper aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff aufweisen, in dem wenigstens eine elektrische Leitung endet, die beispielsweise mit einem Kontaktelement des Anschlusselements verbunden ist. Durch die Ausbildung des Anschlusselements mit dem elektrisch isolierenden Körper kann das Anschlusselement manuell gehandhabt werden, ohne dass dabei die Gefahr gegeben ist, dass eine Anschlusselemente der Hochvoltbatterie miteinander verbindende Person einen elektrischen Schlag erhält. Das erfindungsgemäße Anschlusselement kann linear bewegbar oder verschwenkbar an dem Batteriemodul angeordnet sein.
Das Vorspannelement kann mittelbar oder unmittelbar mit dem Modulgehäuse des Batteriemoduls verbunden sein. Das Vorspannelement übt entweder eine Druckkraft oder eine Zugkraft auf das Anschlusselement aus, um dieses in Richtung seiner Schutzstellung vorzuspannen. Das Vorspannelement kann teilweise oder vollständig aus einem metallischen Werkstoff hergestellt sein. Das Vorspannelement kann gegenüber dem damit verbundenen Anschlusselement und/oder gegenüber einem weiteren Bauteil des jeweiligen Batteriemoduls elektrisch isoliert sein.
Die Durchbrechung an dem Modulgehäuse des Batteriemoduls kann eine an die Form einer Querschnittsfläche eines durch die Durchbrechung hindurchgeführten Abschnitts des Anschlusselements angepasste Gestalt aufweisen und um ein vorgegebenes Ausmaß größer als die Querschnittsfläche des Abschnitts des Anschlusselements ausgebildet sein.
Das Modulgehäuse des jeweiligen Batteriemoduls kann teilweise oder vollständig aus einem metallischen Werkstoff, einem Kunststoff oder einem Verbundwerkstoff hergestellt sein und ist vorzugsweise formstabil ausgebildet. Jedes Batteriemodul kann auch mehr als zwei in dem Modulgehäuse angeordnete Batteriezellen aufweisen, die beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen sein können. Über die Anschlusselemente können beispielsweise gegenpolige elektrische Anschlüsse von benachbarten Batteriemodulen elektrisch miteinander verbunden werden. Es können auch zwei oder mehrere erfindungsgemäße Anschlusselemente eines einzelnen Batteriemoduls eine einzige erfindungsgemäße Verbindungseinheit gemeinsam haben bzw. über diese gemeinsam mit dem anderen Batteriemodul verbunden sein.
Die Hochvoltbatterie kann insbesondere eine Traktionsbatterie eines elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder eines Hybridelektrofahrzeugs, sein. Die Hochvoltbatterie kann auch mehr als zwei Batteriemodule aufweisen, die paarweise erfindungsgemäß elektrisch miteinander verbunden sind. Es kann auch jedes Batteriemodul erfindungsgemäß ausgebildet sein und ein entsprechend zwischen einer Schutzstellung und einer Anschlussstellung verlagerbares Anschlusselement aufweisen, so dass im Kollisionsfall der Hochvoltbatterie alle Anschlusselemente geschützt innerhalb der Batteriemodule angeordnet sind.
Die Erfindung kann mit einem herkömmlichen Standardanschlusselement kombiniert werden, ohne dass größere bauliche Veränderungen erforderlich sind. Eine Abdichtung des erfindungsgemäßen Modulgehäuses kann durch eine Kombination der Erfindung mit einem herkömmlichen Standardanschlusselement realisiert werden. Die Erfindung ermöglicht eine robuste, sichere und schnelle elektrische Trennung von Batteriemodulen in einem Kollisionsfall der Hochvoltbatterie.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Verbindungseinheit wenigstens ein mit dem Anschlusselement verbundenes Formschlusselement und wenigstens ein mit dem anderen Batteriemodul verbundenes weitere Formschlusselement auf, wobei die Formschlusselemente zur Ausbildung einer Verbindung in Form eines zerstörungsfrei lösbaren Formschlusses zwischen dem Anschlusselement und dem anderen Batteriemodul miteinander verbindbar sind. Der Formschluss zwischen den Formschlusselementen kann durch eine Ausbildung von wenigstens einem Vorsprung mit einer Hinterschneidung an dem einen Formschlusselement und einer hierzu komplementären Ausgestaltung eines Abschnitts des anderen Formschlusselements ausgebildet werden. Der Vorsprung kann beispielsweise eine zumindest teilweise abgerundete, beispielsweise kreisförmige oder elliptische, und/oder zumindest teilweise polygonale Querschnittsfläche aufweisen, die senkrecht zu der Bewegungsrichtung gegeben ist, die quer zu der Vorspannrichtung verläuft, in die das Anschlusselement mittels des Vorspannelements vorgespannt ist. Beispielsweise kann zwischen den Formschlusselementen eine Schwalbenschwanzverbindung ausgebildet werden, um die Kontaktelemente formschlüssig miteinander zu verbinden. Bei einer Montage der Hochvoltbatterie können die einzelnen Batteriemodule auf einfache Art und Weise elektrisch miteinander verbunden werden, ohne dass hierzu beispielsweise eine Schraubverbindung oder dergleichen betätigt werden muss, um elektrische Kontaktelemente aneinander zu fixieren. Es müssen lediglich zunächst die Anschlusselemente miteinander verbunden, insbesondere ineinandergesteckt, werden und anschließend die Formschlusselemente formschlüssig miteinander verbunden werden, was durch eine Bewegung der Batteriemodule relativ zueinander in die Bewegungsrichtung erfolgt, die quer zu der Vorspannrichtung verläuft, in die das Anschlusselement mittels des Vorspannelements vorgespannt ist. Der Formschluss ist vorzugsweise geeignet, Zugbelastungen in Richtung der Vorspannrichtung zu widerstehen und gleichzeitig ein einfaches Lösen der Verbindung zwischen dem Anschlusselement und dem anderen Batteriemodul unter geringem Kraftaufwand zu ermöglichen. Der Formschluss kann derart ausgebildet sein, dass er durch eine Relativbewegung zwischen den Formschlusselementen in zwei entgegengesetzten Richtungen gelöst werden kann. Die Formschlusselemente können beispielsweise teilweise oder vollständig umlaufend radial außen zu dem Anschlusselement angeordnet sein.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass die Verbindungseinheit wenigstens ein an dem anderen Batteriemodul fixiertes Kopplungselement aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es beim Lösen der mit der Verbindungseinheit hergestellten Verbindung zerstört wird. Das Kopplungselement kann beispielsweise wenigstens eine Sollbruchstelle aufweisen. Das Kopplungselement kann beispielsweise stoffschlüssig mit einem mit dem Anschlusselement verbundenen Bauteil und dem anderen Batteriemodul verbunden sein. Das Kopplungselement kann beispielsweise stark gegenüber Zugbelastungen sein, jedoch schwach gegenüber Scherbelastungen sein. Diese Eigenschaft kann beispielsweise über eine geometrische Formgebung, beispielsweise einem empfindlichen Auslöser für Scherbelastungen, oder über die Verwendung eines unter einer schnell einwirkenden mechanischen Last zerbrechlichen Materials erzeugt werden.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Anschlusselement mit einer innerhalb des Modulgehäuses und radial beabstandet zu dem Anschlusselement angeordneten Verbindungshülse verbunden, die an einem ortsfest innerhalb des Modulgehäuses angeordneten Führungszylinder zwischen einer der Anschlussstellung des Anschlusselements zugeordneten ersten Maximalstellung und einer der Schutzstellung des Anschlusselements zugeordneten zweiten Maximalstellung axial verschiebbar geführt ist, wobei die Verbindungshülse das Anschlusselement mit der Verbindungseinheit verbindet. Hierdurch wird eine sichere lineare Führung des Anschlusselements bereitgestellt. Das Anschlusselement ist über die Verbindungshülse mittelbar mit der Verbindungseinheit verbunden. Die Verbindungshülse und/oder der Führungszylinder können beispielsweise aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff hergestellt sein. An dem Modulgehäuse kann wenigstens eine Öffnung angeordnet sein, durch die ein Abschnitt der Verbindungshülse hindurchgeführt sein kann, um mit der Verbindungseinheit verbunden werden zu können. Das mit dem Anschlusselement mittelbar über die Verbindungshülse verbundene Formschlusselement kann durch eine entsprechende Ausgestaltung des dem anderen Batteriemodul zugewandten Endabschnitts der Verbindungshülse realisiert sein.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung stützt sich das Vorspannelement einerseits an einem der Durchbrechung zugewandten Zylinderboden des Führungszylinders und andererseits an einem der Durchbrechung abgewandten, mit dem Anschlusselement verbundenen Zylinderboden der Verbindungshülse ab. Hierdurch ist das Vorspannelement geschützt innerhalb der Verbindungshülse und des Führungszylinders angeordnet, um eine dauerhafte Funktionsweise der vorliegenden Erfindung sicherzustellen.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass ein Innendurchmesser der Verbindungshülse größer als ein Außendurchmesser des Führungszylinders ist, an einem der Durchbrechung zugewandten Endabschnitt der Verbindungshülse ein radial nach innen weisender Kragen zumindest teilweise umlaufend angeordnet ist, der an einer Außenmantelfläche des Führungszylinders geführt ist, an einem der Durchbrechung abgewandten Endabschnitt des Führungszylinders ein radial nach außen weisender Kragen zumindest teilweise umlaufend angeordnet ist, der an einer Innenmantelfläche der Verbindungshülse geführt ist, und ein Innendurchmesser des an der Verbindungshülse angeordneten Kragens kleiner als ein Außendurchmesser des an dem Führungszylinder angeordneten Kragens ist. Hierdurch sind die Verbindungshülse und der Führungszylinder unverlierbar miteinander verbunden. Die der Schutzstellung des Anschlusselements zugeordnete Maximalstellung der Verbindungshülse wird durch einen axialen Kontakt zwischen den Kragen definiert. Alternativ kann ein Innendurchmesser des Führungszylinders größer als ein Außendurchmesser der Verbindungshülse sein, wobei an einem der Durchbrechung zugewandten Endabschnitt der Verbindungshülse ein radial nach außen weisender Kragen zumindest teilweise umlaufend angeordnet sein kann, der an einer Innenmantelfläche des Führungszylinders geführt ist, wobei an einem der Durchbrechung abgewandten Endabschnitt des Führungszylinders ein radial nach innen weisender Kragen zumindest teilweise umlaufend angeordnet ist, der an einer Außenmantelfläche der Verbindungshülse geführt ist, und wobei ein Außendurchmesser des an der Verbindungshülse angeordneten Kragens größer als ein Innendurchmesser des an dem Führungszylinder angeordneten Kragens sein kann.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung sind Kontaktflächen von miteinander verbundenen Anschlusselementen zumindest teilweise mit einer weichmetallischen Beschichtung versehen sind. Die weichmetallische Beschichtung kann beispielsweise aus Kupfer hergestellt sein. Durch die Verwendung der weichmetallischen Beschichtung zum Kontaktieren der Anschlusselemente miteinander kann ein stoffschlüssiges Verbinden der Anschlusselemente aufgrund einer Erwärmung der Anschlusselemente, die durch das Fließen eines relativ starken Stroms durch die Anschlusselemente im Betrieb der Hochvoltbatterie erzeugt werden kann, verhindert werden, um die Ausführbarkeit der vorliegenden Erfindung sicherzustellen. Die Kontaktflächen der Anschlusselemente können jeweils auch vollständig mit der weichmetallischen Beschichtung versehen sein.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist wenigstens ein Vorspannelement als Druckfeder oder Zugfeder ausgebildet. Das jeweilige als Druckfeder ausgebildete Vorspannelement kann beispielsweise zwischen dem der Durchbrechung abgewandten Boden der Verbindungshülse und einem der Durchbrechung zugewandten Zylinderboden des Führungszylinders eingespannt sein. Alternativ kann das jeweilige als Druckfeder ausgebildete Vorspannelement beispielsweise zwischen dem der Durchbrechung abgewandten Boden der Verbindungshülse und dem jeweiligen Modulgehäuse eingespannt sein. Hierbei kann das jeweilige Vorspannelement als Spiralfeder ausgebildet und umlaufend an dem Anschlusselement angeordnet sein.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der folgenden Figurenbeschreibung offenbart. Es zeigen

1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie in einem Normalzustand und
2 eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Hochvoltbatterie in einem Kollisionszustand.

In den unterschiedlichen Figuren sind gleiche Teile stets mit denselben Bezugszeichen versehen, weswegen diese in der Regel auch nur einmal beschrieben werden.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie 1 für ein nicht gezeigtes Kraftfahrzeug in einem Normalzustand.
Die Hochvoltbatterie 1 weist zwei benachbart zueinander angeordnete Batteriemodule 2 und 3 auf, die jeweils ein Modulgehäuse 4 zur Aufnahme von nicht gezeigten Batteriezellen und jeweils wenigstens ein elektrisches Anschlusselement 5 bzw. 6 zum elektrischen Verbinden der Batteriemodule 2 und 3 miteinander aufweisen. Das Anschlusselement 5 ist als Stecker ausgebildet und das Anschlusselement 6 ist als Steckbuchse ausgebildet, in die das Anschlusselement 5 eingesteckt ist. Jedes Anschlusselement 5 bzw. 6 ist mit wenigstens einer nicht gezeigten elektrischen Leitung elektrisch verbunden. Das Anschlusselement 6 ist ortsfest innerhalb eines Halteelements 7 angeordnet, das einen umlaufenden Flansch 8 aufweist, über den das Halteelement 7 an dem Modulgehäuse 4 des Batteriemoduls 3 befestigt ist. Nicht gezeigte Kontaktflächen der Anschlusselemente 5 und 6 können zumindest teilweise mit einer nicht gezeigten weichmetallischen Beschichtung versehen sein.
Das Batteriemodul 2 weist zwei innerhalb seines Modulgehäuses 4 angeordnete und mit seinem Anschlusselement 5 verbundene, jeweils als Druckfeder bzw. Spiralfeder ausgebildete Vorspannelemente 9 auf.
Das mit den Vorspannelementen 9 verbundene Anschlusselement 5 ist zwischen einer in 1 gezeigten Anschlussstellung, in der das Anschlusselement 5 durch eine Durchbrechung 10 an dem Modulgehäuse 4 hindurchgeführt ist und zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist, und einer in 2 gezeigten Schutzstellung, in der das Anschlusselement 5 vollständig innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet ist, bewegbar an dem Batteriemodul 2 angeordnet. Die Vorspannelemente 9 spannen das Anschlusselement 5 in Richtung der Schutzstellung vor.
Das Anschlusselement 5 ist in seiner Anschlussstellung über eine Verbindungseinheit 11 mit einem anderen Batteriemodul 3 verbunden. Die Verbindungseinheit 11 ist derart ausgebildet, dass die mit der Verbindungseinheit 11 hergestellte Verbindung zwischen dem Anschlusselement 5 und dem anderen Batteriemodul 3 durch eine Bewegung der elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule 2 und 3 relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung, die quer zu einer durch einen Pfeil 12 angedeuteten Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement 5 mittels der Vorspannelemente 9 vorgespannt ist, unter Zerstörung der Verbindungseinheit 11 lösbar ist. Insbesondere weist die Verbindungseinheit 11 ein an dem anderen Batteriemodul 3 fixiertes Kopplungselement 13 auf, das derart ausgebildet ist, dass es beim Lösen der mit der Verbindungseinheit 11 hergestellten Verbindung zerstört wird, wie es in 2 gezeigt ist.
Alternativ kann die Verbindungseinheit 11 wenigstens ein mit dem Anschlusselement 5 verbundenes, nicht gezeigtes Formschlusselement und wenigstens ein mit dem anderen Batteriemodul 3 verbundenes, nicht gezeigtes weiteres Formschlusselement aufweisen, wobei die Formschlusselemente zur Ausbildung einer Verbindung in Form eines zerstörungsfrei lösbaren Formschlusses zwischen dem Anschlusselement 5 und dem anderen Batteriemodul 3 miteinander verbindbar sein können.
Das Anschlusselement 5 ist mit einer innerhalb des Modulgehäuses 4 und radial beabstandet zu dem Anschlusselement 5 angeordneten Verbindungshülse 14 verbunden, die an einem ortsfest innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordneten Führungszylinder 15 zwischen einer der Anschlussstellung des Anschlusselements 5 zugeordneten, in 1 gezeigten ersten Maximalstellung und einer der Schutzstellung des Anschlusselements 5 zugeordneten, in 2 gezeigten zweiten Maximalstellung axial verschiebbar geführt ist. Die Verbindungshülse 14 verbindet das Anschlusselement 5 mit der Verbindungseinheit 11. Insbesondere ist das Kopplungselement 13 an einem dem anderen Batteriemodul 3 zugewandten Endabschnitt der Verbindungshülse 14 fixiert.
Jedes Vorspannelement 9 stützt sich einerseits an einem der Durchbrechung 10 zugewandten Zylinderboden 16 des Führungszylinders 15 und andererseits an einem der Durchbrechung 10 abgewandten, mit dem Anschlusselement 5 verbundenen Zylinderboden 17 der Verbindungshülse 14 ab.
Ein Innendurchmesser der Verbindungshülse 14 ist größer als ein Außendurchmesser des Führungszylinders 15. An einem der Durchbrechung 10 zugewandten Endabschnitt der Verbindungshülse 14 ist ein radial nach innen weisender Kragen 18 zumindest teilweise umlaufend angeordnet, der an einer Außenmantelfläche 19 des Führungszylinders 15 geführt ist. An einem der Durchbrechung 10 abgewandten Endabschnitt des Führungszylinders 15 ist ein radial nach außen weisender Kragen 20 zumindest teilweise umlaufend angeordnet, der an einer Innenmantelfläche 21 der Verbindungshülse 14 geführt ist. Ein Innendurchmesser des an der Verbindungshülse 14 angeordneten Kragens 18 ist kleiner als ein Außendurchmesser des an dem Führungszylinder 15 angeordneten Kragens 20.
2 zeigt eine schematische Darstellung der in 1 gezeigten Hochvoltbatterie 1 in einem Kollisionszustand. Durch eine Kollision des Kraftfahrzeugs ist das Batteriemodul 3 entsprechend dem Pfeil 22 relativ zu dem Batteriemodul 2 verlagert worden. Hierbei sind die elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule 2 und 3 relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung bewegt worden, die quer zu der durch den Pfeil 12 angedeuteten Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement 5 mittels der Vorspannelemente 9 vorgespannt ist. Dadurch ist das Kopplungselement 13 zerstört worden, wodurch die Verbindung zwischen dem Anschlusselement 5 und dem anderen Batteriemodul 3 unter Zerstörung der Verbindungseinheit 11 gelöst worden ist. Nach dem Lösen der Verbindung zwischen dem Anschlusselement 5 und dem anderen Batteriemodul 3 ist das Anschlusselement 5 mittels der Vorspannelemente 9 linear in die gezeigte Schutzstellung bewegt worden, so dass das Anschlusselement 5 vollständig innerhalb des jeweiligen Modulgehäuses 4 angeordnet ist.
Bezugszeichenliste

1: Hochvoltbatterie
2: Batteriemodul
3: Batteriemodul
4: Modulgehäuse
5: Kontaktelement
6: Kontaktelement
7: Halteelement
8: Flansch von 7
9: Vorspannelement
10: Durchbrechung
11: Verbindungseinheit
12: Pfeil (Vorspannrichtung)
13: Kopplungselement
14: Verbindungshülse
15: Führungszylinder
16: Zylinderboden von 15
17: Boden von 14
18: Kragen von 14
19: Außenmantelfläche von 15
20: Kragen von 15
21: Innenmantelfläche von 14
22: Pfeil (Verlagerung)

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013017249 A1 [0003]
JP 2007066855 A [0004]
US 2014/0342591 A1 [0005]
DE 102013200930 A1 [0006]

Claims

Hochvoltbatterie (1) für ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens zwei benachbart zueinander angeordnete Batteriemodule (2, 3), die jeweils ein Modulgehäuse (4) zur Aufnahme von Batteriezellen und jeweils wenigstens ein elektrisches Anschlusselement (5, 6) zum elektrischen Verbinden der Batteriemodule (2, 3) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Batteriemodul (2, 3) wenigstens ein innerhalb seines Modulgehäuses (4) angeordnetes und mit seinem Anschlusselement (5, 6) verbundenes Vorspannelement (9) aufweist, das mit dem Vorspannelement (9) verbundene Anschlusselement (5, 6) zwischen einer Anschlussstellung, in der das Anschlusselement (5, 6) durch eine Durchbrechung (10) an dem Modulgehäuse (4) hindurchgeführt ist und zumindest teilweise außerhalb des Modulgehäuses (4) angeordnet ist, und einer Schutzstellung, in der das Anschlusselement (5, 6) vollständig innerhalb des Modulgehäuses (4) angeordnet ist, bewegbar an dem Batteriemodul (2, 3) angeordnet ist, das Vorspannelement (9) das Anschlusselement (5, 6) in Richtung der Schutzstellung vorspannt, das Anschlusselement (5, 6) in seiner Anschlussstellung über wenigstens eine Verbindungseinheit (11) mit einem anderen Batteriemodul (2, 3) verbunden ist und die Verbindungseinheit (11) derart ausgebildet ist, dass die mit der Verbindungseinheit (11) hergestellte Verbindung durch eine Bewegung der elektrisch miteinander verbundenen Batteriemodule (2, 3) relativ zueinander in eine Bewegungsrichtung, die quer zu einer Vorspannrichtung verläuft, in der das Anschlusselement (5, 6) mittels des Vorspannelements (9) vorgespannt ist, zerstörungsfrei oder unter Zerstörung der Verbindungseinheit (11) lösbar ist.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (11) wenigstens ein mit dem Anschlusselement (5, 6) verbundenes Formschlusselement und wenigstens ein mit dem anderen Batteriemodul (2, 3) verbundenes weitere Formschlusselement aufweist, wobei die Formschlusselemente zur Ausbildung einer Verbindung in Form eines zerstörungsfrei lösbaren Formschlusses zwischen dem Anschlusselement (5, 6) und dem anderen Batteriemodul (2, 3) miteinander verbindbar sind.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinheit (11) wenigstens ein an dem anderen Batteriemodul (2, 3) fixiertes Kopplungselement (13) aufweist, das derart ausgebildet ist, dass es beim Lösen der mit der Verbindungseinheit (11) hergestellten Verbindung zerstört wird.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlusselement (5, 6) mit einer innerhalb des Modulgehäuses (4) und radial beabstandet zu dem Anschlusselement (5, 6) angeordneten Verbindungshülse (14) verbunden ist, die an einem ortsfest innerhalb des Modulgehäuses (4) angeordneten Führungszylinder (15) zwischen einer der Anschlussstellung des Anschlusselements (5, 6) zugeordneten ersten Maximalstellung und einer der Schutzstellung des Anschlusselements (5, 6) zugeordneten zweiten Maximalstellung axial verschiebbar geführt ist, und die Verbindungshülse (14) das Anschlusselement (5, 6) mit der Verbindungseinheit (11) verbindet.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Vorspannelement (9) einerseits an einem der Durchbrechung (10) zugewandten Zylinderboden (16) des Führungszylinders (15) und andererseits an einem der Durchbrechung (10) abgewandten, mit dem Anschlusselement (5, 6) verbundenen Zylinderboden (17) der Verbindungshülse (14) abstützt.
Hochvoltbatterie (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Innendurchmesser der Verbindungshülse (14) größer als ein Außendurchmesser des Führungszylinders (15) ist, an einem der Durchbrechung (10) zugewandten Endabschnitt der Verbindungshülse (14) ein radial nach innen weisender Kragen (18) zumindest teilweise umlaufend angeordnet ist, der an einer Außenmantelfläche (19) des Führungszylinders (15) geführt ist, an einem der Durchbrechung (10) abgewandten Endabschnitt des Führungszylinders (15) ein radial nach außen weisender Kragen (20) zumindest teilweise umlaufend angeordnet ist, der an einer Innenmantelfläche (21) der Verbindungshülse (14) geführt ist, und ein Innendurchmesser des an der Verbindungshülse (14) angeordneten Kragens (18) kleiner als ein Außendurchmesser des an dem Führungszylinder (15) angeordneten Kragens (20) ist.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Kontaktflächen von miteinander verbundenen Anschlusselementen (5, 6) zumindest teilweise mit einer weichmetallischen Beschichtung versehen sind.
Hochvoltbatterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Vorspannelement (9) als Druckfeder oder Zugfeder ausgebildet ist.