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Abstract

Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit – einem aus mindestens einem Batteriemodul (1) bestehenden Batteriestack (2) zur Bereitstellung elektrischer Energie und – einem auf dem Batteriestack (2) montieren Batteriemanagementsystem (3) zur Zustandsüberwachung des Batteriemoduls (1), wobei das Batteriemanagementsystem (3) hierzu elektrisch leitend mit dem Batteriemodul (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Batteriemanagementsystem (3) und Batteriestack (2) zur Herstellung des elektrischen Kontaktes elektrisch leitende Zwischenelemente (5) vorgesehen sind, die durch die Montage des Batteriemanagementsystems (3) auf dem Batteriestack (2) mechanisch vorgespannt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit
    • – einem aus mindestens einem Batteriemodul bestehenden Batteriestack zur Bereitstellung elektrischer Energie und
    • – einem auf dem Batteriestack montierten Batteriemanagementsystem zur Zustandsüberwachung des Batteriemoduls,
    wobei das Batteriemanagementsystem hierzu elektrisch leitend mit dem Batteriemodul verbunden ist.
  • Batteriestacks für Kraftfahrzeuge dienen zur Bereitstellung elektrischer Energie für den Fahrzeugantrieb und bestehen in der Regel aus mehreren, häufig plattenförmigen, Batteriemodulen, die miteinander elektrisch verschaltet sind. Zur Zustandsüberwachung der Batteriemodule wird ein so genanntes Batteriemanagementsystem eingesetzt, das im Stand der Technik über eine separate Verdrahtung mit den einzelnen Batteriemodulen des Batteriestacks elektrisch verbunden ist. Die Überwachung erfolgt beispielsweise hinsichtlich des Spannungsniveaus und/oder der Temperatur der einzelnen Batteriemodule, wobei die Temperatur zum Beispiel mittels Thermoelementen erfasst wird. Sofern das Spannungsniveau und/oder die Temperatur im einzelnen Batteriemodul von einem bestimmten Sollwert zu stark abweicht, meldet das Batteriemanagementsystem eine entsprechende Warnung und schaltet ggf. auch dieses Batteriemodul aus Sicherheitsgründen ab.
  • Gemäß dem Stand der Technik erfolgt die elektrische Kontaktierung der Batteriemodule mit dem Batteriemanagementsystem üblicherweise mittels einer Schraubverbindung oder mittels einer Verlötung, die einen großen Aufwand bei der Erstmontage der Stromversorgungseinrichtung verursacht. Insbesondere sofern ein Batteriemodul – beispielsweise aufgrund einer vom Batteriemanagementsystem ermittelten Sollwertabweichung bzgl. der Temperatur und/oder des Spannungsniveaus – ausgetauscht werden muss, ist ebenfalls ein großer Arbeitsaufwand erforderlich, um die Lötverbindung zu entfernen und eine neue Lötverbindung am neuen Batteriemodul anzubringen. Darüber hinaus besteht die Gefahr von fehlerhaften Verlötungen, so genannten kalten Lötstellen. Auch bei der beschrieben Schraubverbindung muss der elektrische Kontakt zwischen Batteriemanangementsystem und Batteriestack über einen separaten Arbeitsgang hergestellt werden.
  • Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Stromversorgungseinrichtung mit den eingangs beschriebenen Merkmalen anzugeben, die einfach montierbar ist und darüber hinaus einen einfach durchzuführenden und kostengünstigen Austausch eines defekten Batteriemoduls gewährleistet.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zwischen Batteriemanagementsystem und Batteriestack zur Herstellung des elektrischen Kontaktes elektrisch leitende Zwischenelemente vorgesehen sind, die durch die Montage des Batteriemanagementsystems auf den Batteriestack mechanisch vorgespannt sind. Die erfindungsgemäße, auf einer Klemmwirkung basierende elektrische Kontaktierung des Batteriemoduls erlaubt eine einfache Erstmontage der Stromversorgungseinrichtung und auch einen sehr einfachen Austausch eines defekten Batteriemoduls, da die Klemmwirkung bei der ohnehin obligatorischen Demontage des Batteriemanagementsystems zum Austausch des Batteriemoduls automatisch aufgehoben wird. Insofern erfolgt erfindungsgemäß durch die Montage des Batteriemanagementsystems auf dem Batteriestack gleichsam auch die Herstellung des elektrischen Kontaktes zum Batteriemodul in einem einzigen Arbeitsgang. Eine separate Herstellung des elektrischen Kontaktes vor der Montage des Batteremanagementsystems auf dem Batteriestack ist nicht mehr erforderlich. Die Demontage des Batteriemanagementsystems vom Batteriestack verursacht entsprechend unmittelbar auch eine Trennung der elektrischen Verbindung zwischen defektem Batteriemodul und Batteriemanagementsystem, wodurch der Austausch des defekten Batteriemoduls durch ein neues Element sehr schnell und ohne großen Aufwand durchgeführt werden kann.
  • Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung sind die Zwischenelemente als Federelemente ausgebildet. Diese erfahren aufgrund ihrer Kompression bei der Montage des Batteriemanagementsystems auf dem Batteriestack eine entsprechende Vorspannung, so dass auch bei sehr unruhiger Fahrt des Kraftfahrzeuges eine sichere elektrische Verbindung zwischen Batteriemanagementsystem und Batteriestack gewährleistet ist. Die Federelemente können hierbei als Schraubenfedern und/oder Blattfedern ausgebildet sein.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es aber auch, dass die Zwischenelemente eine Steckverbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und elektrischen Kontaktelementen des Batteriemoduls herstellen. Auch bei dieser Verbindungsart werden die Zwischenelemente bei der Montage des Batteriemanagementsystems mechanisch vorgespannt und hierbei auf den elektrischen Kontaktelementen des Batteriemoduls festgeklemmt. Auf diese Weise wird ebenfalls eine sichere elektrische Verbindung zwischen Batteriemanagementsystem und Batteriemodul gewährleistet, die auch bei erheblichen Fahrzeugerschütterungen erhalten bleibt.
  • Zweckmäßigerweise weist das Batteriemanagementsystem eine Platine auf, auf der – vorzugsweise an deren Unterseite – die Zwischenelemente gemeinsam angeordnet sind. Zwecks Vermeidung einer Beeinträchtigung der elektrischen Verbindung durch Korrosion können die Zwischenelemente an den elektrischen Kontaktstellen auch vergoldet sein.
  • Im Rahmen der Erfindung liegt es ferner, dass der Batteriestack mehrere Batteriemodule aufweist, die gemeinsam in einer rahmenförmigen Aufnahmevorrichtung des Batteriemanagementsystems zusammengefasst sind. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung übernimmt das Batteriemanagementsystem zusätzlich die Funktion der Vereinigung der einzelnen, üblicherweise plattenförmig ausgebildeten, Batteriemodule zum Batteriestack.
  • Das Batteriemanagementsystem weist zweckmäßigerweise Einrichtungen zur Überwachung der Temperatur und/oder des Spannungsniveaus in dem Batteriemodul auf. Die hierzu beispielsweise eingesetzten Temperatursensoren können derart angeordnet sein, dass unmittelbar die Temperatur an der Oberfläche des Batteriemoduls gemessen wird. Es ist allerdings auch möglich, mit Hilfe der Temperatursensoren die Temperatur in den Zwischenelementen zu messen. Diese besitzen aufgrund ihrer guten elektrischen Leitfähigkeit in der Regel auch eine gute Wärmeleitfähigkeit, so dass anhand deren Temperatur ein Rückschluss auf die Oberflächentemperatur des entsprechenden Batteriemoduls möglich ist. Hinsichtlich der Temperaturmessung ist es auch denkbar, dass auf der Platine des Batteriemanagementsystems Temperatursensoren vorgesehen sind, die über Wärmeleitpaste mit dem Batteriemodul verbunden sind. Das Batteriemanagementsystem kann auf den Batteriestack aufgeschraubt oder aufgeclipst sein. Durch diesen Montagevorgang wird automatisch die elektrische Verbindung von Batteriemanagementsystem und Batteriestack hergestellt, so dass ein separater Montagevorgang zur Herstellung dieser Verbindung entfällt.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro-Kraftfahrzeug mit einer Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–9.
  • Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung ausführlich erläutert. Es zeigen schematisch:
  • 1 eine erfindungsgemäße Stromversorgungseinrichtung in dreidimensionaler Explosionsdarstellung,
  • 2 die Ansicht X der in 1 dargestellte Platine und
  • 3 die Ansicht X der in 1 dargestellten Stromversorgungseinrichtung im montierten Zustand.
  • Die 1 zeigt eine Stromversorgungseinrichtung, die als Antriebseinheit für ein Elektrofahrzeug dient. Sie weist zur Bereitstellung elektrischer Energie einen aus acht Batteriemodulen 1 bestehenden Batteriestack 2 und ein auf dem Batteriestack 2 montiertes Batteriemanagementsystem 3 zur Zustandsüberwachung der Batteriemodule 1 auf. Das Batteriemanagementsystem 3 ist hierzu elektrisch leitend mit elektrischen Kontaktelementen 4, sogenannten Stromfahnen, der Batteriemodule 1 verbunden. Zwischen Batteriemanagementsystem 3 und Batteriestack 2 sind zur Herstellung des elektrischen Kontaktes separate elektrisch leitende Zwischenelemente 5 vorgesehen. Insbesondere einer vergleichenden Betrachtung mit den 2 und 3 ist zu entnehmen, dass die Zwischenelemente 5 durch die Montage des Batteriemanagementsystems 3 auf den Batteriestack 2 mechanisch vorgespannt werden. Im Ausführungsbeispiel sind die Zwischenelemente 5 als fahnenförmige Blattfedern ausgebildet. Den Figuren ist ferner zu entnehmen, dass das Batteriemanagementsystem 3 eine Platine 6 aufweist, auf deren Unterseite die fahnenförmigen Blattfedern 5 gemeinsam angeordnet sind. Zwecks Vermeidung von Korrosion sind die Blattfedern 5 zumindest an den Kontaktstellen vergoldet. Die Platine 6 wird zunächst elektrisch leitend an dem Oberteil 8 des Batteriemanagementsystems 3 montiert, bevor dieses auf den Batteriestack 2 aufgesetzt wird.
  • Die 2 zeigt die Platine 6 des Batteriemanagementsystems 3 in einer Einzeldarstellung. In dieser Darstellung weisen die fahnenförmigen Blattfedern 5 keine Vorspannung auf. Anhand der 3 ist zu erkennen, dass durch die Montage des Batteriemanagementsystems 3 auf dem Batteriestack 2 eine mechanische Vorspannung der fahnenförmigen Blattfedern 5 erzeugt wird, welche eine sichere Kontaktierung der Blattfedern 5 zu den elektrischen Kontaktelementen 4 der Batteriemodule 1 sicherstellt.
  • Den 1 und 3 ist ferner zu entnehmen, dass die Batteriemodule 1 gemeinsam in einer rahmenförmigen Aufnahmevorrichtung 7 des Batteriemanagementsystems 3 zusammengefasst sind. Entsprechend übernimmt das Batteriemanagementsystem 3 zusätzlich die Funktion der Vereinigung der acht einzelnen Batteriemodule 1 zum Batteriestack 2. Diese Vereinigung kann beispielsweise über ein (nicht näher dargestelltes) Aufschrauben und/oder Aufclipsen des Batteriemanagementsystems 3 auf den Batteriestack 2 erfolgen. Dieser Montagevorgang stellt gleichzeitig die elektrische Kontaktierung des Batteriemanagementsystems 3 mit den einzelnen Batteriemodulen 1 sicher, wie vorstehend bereits beschrieben.
  • Das Batteriemanagementsystem 3 weist nicht näher dargestellte Einrichtungen zur Überwachung der Temperatur und/oder des Spannungsniveaus in den Batteriemodulen 1 auf. Der Batteriestrom selbst fließt nicht über das Batteriemanagementsystem 3, sondern über eine separate (nicht näher dargestellte) Verdrahtung, da die hohe Amperezahl des Batteriestroms nicht über die Platine 6 des Batteriemanagementsystems 3 ableitbar ist. Der Batteriestack 2 besitzt üblicherweise eine Länge L von 15–25 cm und eine Breite B von 6–10 cm.

Claims (10)

  1. Stromversorgungseinrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit – einem aus mindestens einem Batteriemodul (1) bestehenden Batteriestack (2) zur Bereitstellung elektrischer Energie und – einem auf dem Batteriestack (2) montieren Batteriemanagementsystem (3) zur Zustandsüberwachung des Batteriemoduls (1), wobei das Batteriemanagementsystem (3) hierzu elektrisch leitend mit dem Batteriemodul (1) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Batteriemanagementsystem (3) und Batteriestack (2) zur Herstellung des elektrischen Kontaktes elektrisch leitende Zwischenelemente (5) vorgesehen sind, die durch die Montage des Batteriemanagementsystems (3) auf dem Batteriestack (2) mechanisch vorgespannt sind.
  2. Stromversorgungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (5) als Federelemente ausgebildet sind.
  3. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Federelemente (5) als Schraubenfedern oder Blattfedern ausgebildet sind.
  4. Stromversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (5) eine Steckverbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem (3) und elektrischen Kontaktelementen (4) des Batteriemoduls (1) herstellen.
  5. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (3) eine Platine (6) aufweist, auf der die Zwischenelemente (5) gemeinsam angeordnet sind.
  6. Stromversorgungeinrichtung nach einem der Ansprüche 1–5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenelemente (5) vergoldet sind.
  7. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–6, dadurch gekennzeichnet, dass der Batteriestack (2) mehrere Batteriemodule (1) aufweist, die gemeinsam in einer rahmenförmigen Aufnahmevorrichtung (7) des Batteriemanagementsystems (3) zusammengefasst sind.
  8. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (3) Einrichtungen zur Überwachung der Temperatur und/oder des Spannungsniveaus in dem Batteriemodul (1) aufweist.
  9. Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemanagementsystem (3) auf den Batteriestack (2) aufgeschraubt oder aufgeclipst ist.
  10. Kraftfahrzeug, insbesondere Elektro-Kraftfahrzeug mit einer Stromversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1–9.
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