DE102020124833A1 - Coupling element for a high-voltage battery, high-voltage battery and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft unter anderem eine Hochvoltbatterie (3) für ein Kraftfahrzeug (4), aufweisend ein erstes Batteriemodul (2) und ein zweites Batteriemodul (5), wobei das erste Batteriemodul (2) über ein Kopplungselement (1) mit dem zweiten Batteriemodul (5) elektrisch gekoppelt ist, wobei das Kopplungselement (1) einen Hochvoltleiter (6) mit einer ersten Hochvoltkupplung (7) aufweist, die mit einem ersten Hochvoltanschluss (8) des ersten Batteriemoduls (2) gekoppelt ist, und der Hochvoltleiter (6) eine zweite Hochvoltkupplung (9) aufweist, die mit einem zweiten Hochvoltanschluss (10) des zweiten Batteriemoduls (5) gekoppelt ist, und wobei(a) das Kopplungselement (1) einen integrierten Entgasungskanal (42) aufweist, wobei der Entgasungskanal (42) zum Ableiten von sich bei einem Event (E) in dem ersten Batteriemodul (2) und/oder in dem zweiten Batteriemodul (5) entwickelnden Gasen (G) aus dem ersten Batteriemodul (2) und/oder aus dem zweiten Batteriemodul (5) ausgebildet ist, und/oder(b) der erste Hochvoltanschluss (8) und der zweite Hochvoltanschluss (10) derart ausgebildet und/oder in dem ersten Batteriemodul (2) und dem zweiten Batteriemodul (5) befestigt sind, dass einer der beiden Hochvoltanschlüsse (8, 10) bei einem Event (E) in einem der beiden Batteriemodule (2, 5) das Kopplungselement (1) aus einer Durchführung (19, 26) des Batteriemoduls (2, 5) freigibt, in dem sich das Event (E) ereignet, sodass die freigegebene Durchführung (19, 26) in Kommunikation mit der Umgebung gebracht wird und sich bei dem Event (E) entwickelnde Gase (G) in die Umgebung freigegeben werden können.The invention relates, inter alia, to a high-voltage battery (3) for a motor vehicle (4), having a first battery module (2) and a second battery module (5), the first battery module (2) being connected to the second battery module ( 5) is electrically coupled, the coupling element (1) having a high-voltage conductor (6) with a first high-voltage coupling (7) which is coupled to a first high-voltage connection (8) of the first battery module (2), and the high-voltage conductor (6) has a second high-voltage clutch (9) which is coupled to a second high-voltage connection (10) of the second battery module (5), and wherein (a) the coupling element (1) has an integrated degassing channel (42), the degassing channel (42) for discharging formed during an event (E) in the first battery module (2) and/or in the second battery module (5) developing gases (G) from the first battery module (2) and/or from the second battery module (5), and/or er(b) the first high-voltage connection (8) and the second high-voltage connection (10) are designed and/or fastened in the first battery module (2) and the second battery module (5) in such a way that one of the two high-voltage connections (8, 10) an event (E) in one of the two battery modules (2, 5) releases the coupling element (1) from a passage (19, 26) of the battery module (2, 5), in which the event (E) occurs, so that the released Implementation (19, 26) is brought into communication with the environment and at the event (E) evolving gases (G) can be released into the environment.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kopplungselement zum elektrischen Koppeln eines ersten Batteriemoduls einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem zweiten Batteriemodul der Hochvoltbatterie. Ferner betrifft die Erfindung eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Kopplungselement sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hochvoltbatterie.The present invention relates to a coupling element for electrically coupling a first battery module of a high-voltage battery for a motor vehicle to a second battery module of the high-voltage battery. Furthermore, the invention relates to a high-voltage battery for a motor vehicle with such a coupling element and a motor vehicle with such a high-voltage battery.
Bei der Entwicklung von Hochvoltbatterien werden zumeist mehrere, teilweise konträre Ziele verfolgt. Ein Ziel ist die Bereitstellung einer Hochvoltbatterie mit einer möglichst hohen Kapazität, um somit bei einem Kraftfahrzeug eine höhere Reichweite erzielen zu können. Da der Bauraum für eine Hochvoltbatterie am Kraftfahrzeug sehr begrenzt ist, ist es ein weiteres Ziel, die Abmessungen der Hochvoltbatterie möglichst gering zu halten. Eine Möglichkeit zum Erreichen dieser Ziele ist eine Erhöhung der Energiedichte des Aktivmaterials der Batteriezellen der Hochvoltbatterie. Alternativ oder zusätzlich wird versucht, ein Volumen der Batteriezellen so groß wie möglich und ein die Batteriezellen umgebendes Batteriegehäuse der Hochvoltbatterie so klein wie möglich zu gestalten. Zudem müssen sämtliche mechanischen Lastfälle der Hochvoltbatterie ohne übermäßige Nebenreaktionen in den Batteriezellen, ohne Brand sowie ohne Kurzschluss gewährleistet sein.In the development of high-voltage batteries, several, sometimes conflicting goals are usually pursued. One goal is to provide a high-voltage battery with the highest possible capacity in order to be able to achieve a longer range in a motor vehicle. Since the installation space for a high-voltage battery on the motor vehicle is very limited, another goal is to keep the dimensions of the high-voltage battery as small as possible. One way to achieve these goals is to increase the energy density of the active material in the battery cells of the high-voltage battery. Alternatively or additionally, an attempt is made to make the volume of the battery cells as large as possible and to make the battery housing of the high-voltage battery surrounding the battery cells as small as possible. In addition, all mechanical load cases of the high-voltage battery must be guaranteed without excessive side reactions in the battery cells, without fire and without short circuits.
Zur Realisierung einer optimalen Leistungsdichte sowie Energiedichte müssen Strukturbauteile der Hochvoltbatterie platzsparend und möglichst ohne überflüssige Redundanzen ausgebildet sein. Neben dem Bauraum für die Batteriezellen muss auch ausreichend Bauraum für elektrische Verschaltungen der Batteriezellen sowie für Steuergeräte vorgehalten werden.In order to achieve optimal power density and energy density, structural components of the high-voltage battery must be designed to save space and, if possible, without unnecessary redundancies. In addition to the installation space for the battery cells, sufficient installation space must also be reserved for electrical interconnections of the battery cells and for control units.
Lasttragende Batteriemodule haben sich als guter Kompromiss zwischen hoher Kapazität, geringem Platzbedarf und hoher Betriebssicherheit bewährt. Bei lasttragenden Batteriemodulen sind Lastpfade von Crashsituationen, wie beispielsweise dem Pfahlcrash auf einer Seite des Kraftfahrzeugs, direkt in ein Modulgehäuse der Batteriemodule verlagert sowie integriert, sodass mehr Bauraum im Batteriegehäuse für die Batteriezellen zur Verfügung steht. Eine Weiterentwicklung eines lasttragenden Batteriemoduls ist als „Smart-Battery-Unit“ (SBU) bekannt und weist einen integrierten Unterfahrschutz (UFS) auf.Load-bearing battery modules have proven to be a good compromise between high capacity, small space requirements and high operational reliability. In load-bearing battery modules, load paths from crash situations, such as a pole crash on one side of the motor vehicle, are relocated and integrated directly into a module housing of the battery module, so that more space is available in the battery housing for the battery cells. A further development of a load-bearing battery module is known as a "smart battery unit" (SBU) and has an integrated underride protection (UFS).
Bei Hochvoltbatterien mit SBUs erfolgt eine Hochvoltkopplung der SBUs zumeist über vertikal angeordnete, also in z-Richtung bzw. Höhenrichtung ausgerichtete, Hochvoltanschlüsse. Dies erfordert an einer Oberseite des Batteriegehäuses oberhalb der SBUs zusätzlichen Bauraum für die Hochvoltanschlüsse, Hochvoltstecker sowie Hochvoltverkabelungen. Dies ist insbesondere bei Kraftfahrzeugen problematisch, welche keinen Mitteltunnel bzw. eine besonders platzsparende Ausgestaltung der Karosserie aufweisen, sodass eine möglichst flache Ausgestaltung des Batteriegehäuses erforderlich ist.In the case of high-voltage batteries with SBUs, high-voltage coupling of the SBUs usually takes place via high-voltage connections which are arranged vertically, i.e. aligned in the z-direction or height direction. This requires additional installation space for the high-voltage connections, high-voltage plugs and high-voltage cabling on an upper side of the battery housing above the SBUs. This is particularly problematic in motor vehicles that do not have a center tunnel or a particularly space-saving design of the body, so that the battery housing must be designed as flat as possible.
Die zielgerichtete und geordnete Abführung von heißen Gasen im Falle eines Events aus der an sich geschlossenen und abgedichteten SBU stellt in diesem Zusammenhang eine weitere besondere Herausforderung dar. Dies gilt gleichermaßen für alle anderen, auch derzeitigen bzw. konventionellen Batteriesysteme. Die heißen Gase im Falle eines Events strömen bei den derzeitigen bzw. konventionellen Batteriesystemen vom Batteriemodul ungerichtet in das sie umgebende Batteriesystemgehäuse und werden von dort über in der Regel mehrere, verteilt angeordnete Entgasungsöffnungen ins Freie geleitet.The targeted and orderly removal of hot gases in the event of an event from the self-contained and sealed SBU represents another special challenge in this context. This applies equally to all other, including current and conventional battery systems. In the event of an event, the hot gases in current or conventional battery systems flow in an undirected manner from the battery module into the surrounding battery system housing and from there are usually discharged to the outside via a number of distributed degassing openings.
Die ungerichtete Strömung von heißen Gasen im Falle eines Events von den beschädigten Zellen bzw. der beschädigten Zelle bzw. dem entsprechenden Modul in das Batteriegehäuse und innerhalb des Batteriegehäuses erfolgt aber nicht zielgerichtet, sondern unterliegt den thermodynamischen Prozessen selbst, sodass die Gefahr erhöht ist, das weitere Batteriemodule in das Eventgeschehen miteinbezogen werden und den Schaden und dessen Auswirkungen erhöhen.The undirected flow of hot gases in the event of an event from the damaged cells or the damaged cell or the corresponding module into the battery housing and within the battery housing is not targeted, but is subject to the thermodynamic processes themselves, so that the risk is increased further battery modules are included in the event and increase the damage and its effects.
Eine zielgerichtete und geordnete Leitung der heißen Gase im Falle eines Events innerhalb eines Batteriegehäuses ist schwierig umsetzbar. Das Thema der Sicherheit gegen thermische Propagation und deren Auswirkungen erfährt erst in jüngerer Vergangenheit und gegenwärtig verstärkte Aufmerksamkeit. Ein gegliedertes Batteriesystem mit in sich geschlossenen und abgedichteten Elementen - hier die SBUs - ist in diesem Zusammenhang per se den konventionellen Batteriesystemen überlegen, da es räumliche Trennungen von sich aus bereits mitbringt.A targeted and orderly routing of the hot gases in the event of an event within a battery housing is difficult to implement. The topic of security against thermal propagation and its effects has only recently received increased attention. A structured battery system with self-contained and sealed elements - in this case the SBUs - is superior to conventional battery systems in this context, since it inherently involves spatial separation.
Nicht nur wäre die ungerichtete Abführung bei Vorsehen von mehreren, verteilt angeordneten Entgasungsöffnungen aus den obigen Gründen bei den SBUs nachteilig, hinzu kommt, dass die SBUs lasttragend ausgebildet sind und daher mehrere solcher Entgasungsöffnungen auch aus struktureller Sicht nachteilig sind.Not only would the undirected discharge be disadvantageous if several distributed degassing openings were provided for the SBUs for the above reasons, the SBUs are also designed to be load-bearing and therefore several such degassing openings are also disadvantageous from a structural point of view.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Hochvoltbatterie zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine hohe Betriebssicherheit aufweist.It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in a high-voltage battery. In particular, it is an object of the present invention to provide a high-voltage battery for a motor vehicle on a simple che and inexpensive way has a high level of operational reliability.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Kopplungselement zum elektrischen Koppeln eines ersten Batteriemoduls einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem zweiten Batteriemodul der Hochvoltbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 4 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kopplungselement beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by a coupling element for electrically coupling a first battery module of a high-voltage battery for a motor vehicle to a second battery module of the high-voltage battery with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kopplungselement zum elektrischen Koppeln eines ersten Batteriemoduls einer Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit einem zweiten Batteriemodul der Hochvoltbatterie gelöst. Das Kopplungselement weist einen Hochvoltleiter mit einer ersten Hochvoltkupplung zum elektrischen Koppeln mit einem ersten Hochvoltanschluss des ersten Batteriemoduls und einer zweiten Hochvoltkupplung zum elektrischen Koppeln mit einem zweiten Hochvoltanschluss des zweiten Batteriemoduls auf. Das Kopplungselement weist einen integrierten Entgasungskanal auf, wobei der Entgasungskanal zum Ableiten von sich bei einem Event in dem ersten Batteriemodul und/oder in dem zweiten Batteriemodul entwickelnden Gasen aus dem ersten Batteriemodul und/oder aus dem zweiten Batteriemodul ausgebildet ist.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a coupling element for electrically coupling a first battery module of a high-voltage battery for a motor vehicle to a second battery module of the high-voltage battery. The coupling element has a high-voltage conductor with a first high-voltage coupling for electrically coupling to a first high-voltage connection of the first battery module and a second high-voltage coupling for electrically coupling to a second high-voltage connection of the second battery module. The coupling element has an integrated degassing channel, the degassing channel being designed to discharge gases that develop in the first battery module and/or in the second battery module during an event from the first battery module and/or from the second battery module.
Der Entgasungskanal ist ein Kanal, der innerhalb des Kopplungselements verläuft, und das sich in einem der Batteriemodule entwickelnde Gas einfach nach außerhalb des Kopplungselements bzw. aus dem Kopplungselement raus und somit an die Umgebung abführen kann. Dabei können die Batteriemodule keine weiteren Öffnungen oder Durchführungen zur Umgebung hin bis auf den Entgasungskanal bzw. seine Öffnung zu der Umgebung hin aufweisen, damit die Strömung des Gases besonders zielgerichtet erfolgen kann und auch sichergestellt werden kann.The degassing channel is a channel that runs inside the coupling element and the gas that develops in one of the battery modules can simply be discharged to the outside of the coupling element or out of the coupling element and thus to the environment. In this case, the battery modules cannot have any further openings or lead-throughs to the environment apart from the degassing channel or its opening to the environment, so that the gas can flow in a particularly targeted manner and can also be ensured.
Entsprechend kann der integrierte Entgasungskanal derart eingerichtet sein, dass er die sich entwickelnden Gase in die Umgebung abführt. Ein Auslass des Entgasungskanals kann dazu mit der Umgebung fluidtechnisch kommunizieren. Dabei kann vorgesehen werden, dass das Kopplungselement zur Kopplung mit den Batteriemodulen derart ausgebildet und eingerichtet ist, dass sich der Auslass des Entgasungskanals in die Umgebung hinein stets zwischen den Batteriemodulen bzw. ihren Modulgehäusen befindet, damit die Gase in die Umgebung zwischen den Batteriemodulen bzw. Modulgehäusen entweichen können. Entsprechend kann bei einer Hochvoltbatterie vorgesehen sein, dass der Auslass oder mehrere Auslässe des Entgasungskanals sich im Einbauzustand des Kopplungselements zwischen den Batteriemodulen bzw. seinen Modulgehäusen befindet bzw. befinden.Correspondingly, the integrated degassing channel can be set up in such a way that it discharges the gases that develop into the environment. For this purpose, an outlet of the degassing channel can communicate fluidically with the environment. It can be provided that the coupling element for coupling to the battery modules is designed and set up in such a way that the outlet of the degassing channel into the environment is always located between the battery modules or their module housings, so that the gases can escape into the environment between the battery modules or Module housings can escape. Correspondingly, in a high-voltage battery it can be provided that the outlet or several outlets of the degassing channel is or are located between the battery modules or its module housings when the coupling element is installed.
Als Event wird in dem erfindungsgemäßen Sinne ein Ereignis einer Beschädigung wenigstens einer Zelle des Batteriemoduls verstanden, bei der es zu einer Temperaturerhöhung mit Rauch- bzw. Gasentwicklung bis hin zu einem Brand innerhalb des Batteriemoduls kommt. Eine derartige Beschädigung kann mechanisch, durch eine Überladung der wenigstens einen Zelle, durch einen äußeren Kurzschluss, thermische Einwirkungen der wenigstens einen Zelle, eine Dendritenbildung und dergleichen kommen. Die Beschädigung selbst kann zwar nicht verhindert werden, jedoch können die Folgen erfindungsgemäß durch das Abführen des infolge des Events erzeugten Gases in die Umgebung abgemildert und die in dem Batteriemodul ablaufende thermische Reaktion kann verlangsamt werden.In the context of the invention, an event is understood to be an occurrence of damage to at least one cell of the battery module, which results in a temperature increase with the development of smoke or gas up to a fire within the battery module. Such damage can occur mechanically, through overcharging of the at least one cell, through an external short circuit, thermal effects on the at least one cell, dendrite formation and the like. Although the damage itself cannot be prevented, the consequences can be mitigated according to the invention by discharging the gas generated as a result of the event into the environment and the thermal reaction taking place in the battery module can be slowed down.
Der Hochvoltleiter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die erste Hochvoltkupplung und die zweite Hochvoltkupplung parallel zueinander angeordnet sind. Somit sind der erste Hochvoltanschluss des ersten Batteriemoduls mit der ersten Hochvoltkupplung und der zweite Hochvoltanschluss des zweiten Batteriemoduls mit der zweiten Hochvoltkupplung in einem einzigen Fügeschritt bzw. einer einzigen Fügerichtung miteinander elektrisch koppelbar. Besonders bevorzugt sind die erste Hochvoltkupplung und die zweite Hochvoltkupplung axial zueinander angeordnet. Der Hochvoltleiter weist vorzugsweise ein Material mit besonders hoher elektrischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise Kupfer, Aluminium oder dergleichen, auf. Eine Breite und/oder Höhe des Hochvoltleiters und/oder des Kopplungselements beträgt vorzugsweise zwischen 10 mm und 40 mm. Vorzugsweise weist der Hochvoltleiter zu seinen Endbereichen in Längenrichtung hin eine reduzierte Breite und/oder Höhe auf. Hierfür weist der Hochvoltleiter vorzugsweise einen oder mehrere Absätze und/oder einen oder mehrere Fasen auf. Somit ist eine Fügebewegung des Kopplungselements mit dem ersten Batteriemodul bzw. zweiten Batteriemodul formschlüssig begrenzbar. Zudem ist auf diese Weise eine elektrische Kontaktierung der ersten Hochvoltkupplung mit dem ersten Hochvoltanschluss bzw. der zweiten Hochvoltkupplung mit dem zweiten Hochvoltanschluss verbesserbar. Eine Länge des Hochvoltleiters und/oder des Kopplungselements beträgt vorzugsweise zwischen 30 mm und 120 mm. Über den Hochvoltleiter sind Betriebsströme der Hochvoltbatterie zum Betreiben eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs durch die Batteriemodule leitbar.The high-voltage conductor is preferably designed in such a way that the first high-voltage clutch and the second high-voltage clutch are arranged parallel to one another. Thus, the first high-voltage connection of the first battery module with the first high-voltage clutch and the second high-voltage connection of the second battery module with the second high-voltage clutch can be electrically coupled to one another in a single joining step or a single joining direction. The first high-voltage clutch and the second high-voltage clutch are particularly preferably arranged axially with respect to one another. The high-voltage conductor preferably has a material with particularly high electrical conductivity, such as copper, aluminum or the like. A width and/or height of the high-voltage conductor and/or the coupling element is preferably between 10 mm and 40 mm. The high-voltage conductor preferably has a reduced width and/or height towards its end regions in the longitudinal direction. For this purpose, the high-voltage conductor preferably has one or more shoulders and/or one or more bevels. A joining movement of the coupling element with the first battery module or second battery module can thus be limited in a form-fitting manner. In addition, in this way electrical contact is made between the first high-voltage clutch and the first High-voltage connection or the second high-voltage clutch can be improved with the second high-voltage connection. A length of the high-voltage conductor and/or the coupling element is preferably between 30 mm and 120 mm. Operating currents of the high-voltage battery for operating an electric motor of the motor vehicle can be conducted through the battery modules via the high-voltage conductor.
Die erste Hochvoltkupplung und/oder die zweite Hochvoltkupplung sind vorzugsweise gemäß einem männlichen Stecker ausgebildet. Dementsprechend sind der erste Hochvoltanschluss und/oder der zweite Hochvoltanschluss vorzugsweise gemäß einem weiblichen Stecker, insbesondere einer Buchse, ausgebildet. Die erste Hochvoltkupplung und/oder die zweite Hochvoltkupplung weist vorzugsweise einen runden, dreieckigen oder rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf.The first high-voltage clutch and/or the second high-voltage clutch are preferably designed in accordance with a male connector. Accordingly, the first high-voltage connection and/or the second high-voltage connection are/are preferably designed in the form of a female plug, in particular a socket. The first high-voltage clutch and/or the second high-voltage clutch preferably has a round, triangular or rectangular, in particular square, cross section.
Bevorzugt ist, dass der Entgasungskanal einen sich von der ersten Hochvoltkupplung bis zu der zweiten Hochvoltkupplung erstreckenden horizontalen Entgasungsabschnitt zum Aufnehmen der Gase aus dem ersten Batteriemodul und/oder aus dem zweiten Batteriemodul aufweist. Der horizontale Entgasungsabschnitt erstreckt sich dabei längs des Kopplungselements. Entsprechend können mittels nur eines Entgasungskanals, der mit dem horizontalen Entgasungsabschnitt von einem Ende zu dem anderen Ende des Kopplungselements verlaufen kann, von beiden Batteriemodulen aus die bei einem Event entstehenden heißen Gase aufgenommen und abgeleitet werden. Unabhängig von dem Batteriemodul können die Gase so zuverlässige und zielgerichtet in die Umgebung abgeführt werden.It is preferred that the degassing channel has a horizontal degassing section extending from the first high-voltage clutch to the second high-voltage clutch for receiving the gases from the first battery module and/or from the second battery module. The horizontal degassing section extends along the coupling element. Correspondingly, the hot gases produced during an event can be taken in and discharged from both battery modules by means of only one degassing channel, which can run with the horizontal degassing section from one end to the other end of the coupling element. Independent of the battery module, the gases can be discharged into the environment in a reliable and targeted manner.
Dabei ist zudem bevorzugt, dass der Entgasungskanal einen zwischen der ersten Hochvoltkupplung und der zweiten Hochvoltkupplung mit dem horizontalen Entgasungsabschnitt verbundenen vertikalen Entgasungsabschnitt zum Abführen der aufgenommenen Gase aus dem Kopplungselement, dem ersten Batteriemoduls und dem zweiten Batteriemodul heraus aufweist. Bei einem runden Kopplungselement kann der horizontale Entgasungsabschnitt dabei vollständig um eine Mittelachse bzw. eine Rotationsachse des Kopplungselements umlaufend ausgebildet sein. Der vertikale Entgasungsabschnitt hingegen kann nicht vollständig um die Mittelachse bzw. Rotationsachse des Kopplungselements umlaufend ausgebildet sein, sondern Unterbrechungen bzw. Verbindungsstege aufweisen, die die beiden Hälften des Kopplungselements strukturell verbinden. Der vertikale Entgasungsabschnitt verläuft anders als der horizontale Entgasungsabschnitt nicht längs des Kopplungselements, sondern zu seinem Umfang bzw. nach außen hin. Eine oder mehrere Öffnungen des vertikalen Entgasungsabschnitts stehen dadurch in Kommunikation mit der Umgebung. Der horizontale Entgasungsabschnitt befindet sich dabei zwischen den beiden Batteriemodulen, sodass die bei einem Event in einem der beiden Batteriemodule entstehenden Gase zwischen den Batteriemodulen an die Umgebung abgeführt werden können.It is also preferred that the degassing channel has a vertical degassing section connected to the horizontal degassing section between the first high-voltage clutch and the second high-voltage clutch for discharging the gases that have been taken in from the coupling element, the first battery module and the second battery module. In the case of a round coupling element, the horizontal degassing section can be designed to run completely around a central axis or an axis of rotation of the coupling element. The vertical degassing section, on the other hand, cannot be designed to run all the way around the central axis or axis of rotation of the coupling element, but rather have interruptions or connecting webs that structurally connect the two halves of the coupling element. Unlike the horizontal degassing section, the vertical degassing section does not run along the coupling element, but rather to its circumference or to the outside. One or more openings of the vertical degassing section are thereby in communication with the environment. The horizontal degassing section is located between the two battery modules, so that the gases produced in one of the two battery modules during an event can be discharged between the battery modules to the environment.
Bevorzugt ist ferner, dass das Kopplungselement einen Niedervoltleiter mit einer ersten Niedervoltkupplung zum Koppeln mit einem ersten Niedervoltvoltanschluss des ersten Batteriemoduls und einer zweiten Niedervoltkupplung zum Koppeln mit einem zweiten Niedervoltanschluss des zweiten Batteriemoduls aufweist. Grundsätzlich nämlich müssen die SBUs zumeist über Niedervoltanschlüsse miteinander vernetzt werden, um einen Datentransfer durch die SBUs zu ermöglichen. Die Niedervoltanschlüsse werden gegenüber der hier vorgeschlagenen Lösung aber üblicherweise separat von den Hochvoltanschlüssen ausgeführt und erfordern zusätzlichen Bauraum sowie einen zusätzlichen Montageaufwand durch eine erhöhte Anzahl zu montierender Bauteile. Ein weiterer Nachteil ist die schlechte Demontierbarkeit derartiger Hochvoltbatterien. Einzelne Batteriemodule lassen sich nur sehr aufwendig austauschen. Zudem ist dies im Havariefall problematisch, da ein schnelles Entfernen der Batteriezellen aus der Hochvoltbatterie durch die Rettungskräfte zur Vermeidung einer zusätzlichen Gefährdung des Unfallorts grundsätzlich nicht möglich ist. Mit der vorgeschlagenen Ausführung des Kopplungselements mit dem Niedervoltleiter werden die vorstehenden Nachteile hingegen überwunden. Dadurch kann ein Kopplungselement mit Hochvoltleitung, Niedervoltleitung und Entgasungsfunktion in einem bereitgestellt werden.It is also preferred that the coupling element has a low-voltage conductor with a first low-voltage coupling for coupling to a first low-voltage connection of the first battery module and a second low-voltage coupling for coupling to a second low-voltage connection of the second battery module. Basically, the SBUs usually have to be networked with each other via low-voltage connections in order to enable data transfer through the SBUs. However, compared to the solution proposed here, the low-voltage connections are usually implemented separately from the high-voltage connections and require additional installation space and additional assembly work due to an increased number of components to be assembled. Another disadvantage is that such high-voltage batteries are difficult to dismantle. Individual battery modules can only be replaced with great effort. In addition, this is problematic in the event of an accident, since it is fundamentally impossible for the emergency services to quickly remove the battery cells from the high-voltage battery in order to avoid an additional hazard at the scene of the accident. With the proposed design of the coupling element with the low-voltage conductor, however, the above disadvantages are overcome. As a result, a coupling element with a high-voltage line, low-voltage line and degassing function can be provided in one.
Der Niedervoltleiter ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die erste Niedervoltkupplung und die zweite Niedervoltkupplung parallel zueinander angeordnet sind. Somit sind der erste Niedervoltvoltanschluss des ersten Batteriemoduls mit der ersten Niedervoltkupplung und der zweite Niedervoltvoltanschluss des zweiten Batteriemoduls mit der zweiten Niedervoltkupplung in einem einzigen Fügeschritt bzw. einer einzigen Fügerichtung miteinander koppelbar. Besonders bevorzugt sind die erste Niedervoltkupplung und die zweite Niedervoltkupplung axial zueinander angeordnet. Der Niedervoltleiter weist vorzugsweise ein Material mit besonders hoher optischer Leitfähigkeit, wie beispielsweise transparenten Kunststoff oder dergleichen, auf. Der Niedervoltleiter ist vorzugsweise stabförmig ausgebildet. Eine Breite und/oder Höhe des Niedervoltleiters beträgt vorzugsweise zwischen 2 mm und 4 mm. Eine Länge des Niedervoltleiters beträgt vorzugsweise zwischen 30 mm und 120 mm. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Länge des Niedervoltleiters zumindest der Länge des Hochvoltleiters entspricht. Über den Niedervoltleiter sind elektrische Daten und/oder elektrische Steuerungsbefehle der Hochvoltbatterie durch die Batteriemodule leitbar.The low-voltage conductor is preferably designed in such a way that the first low-voltage clutch and the second low-voltage clutch are arranged parallel to one another. Thus, the first low-voltage connection of the first battery module with the first low-voltage clutch and the second low-voltage connection of the second battery module with the second low-voltage clutch can be coupled to one another in a single joining step or a single joining direction. The first low-voltage clutch and the second low-voltage clutch are particularly preferably arranged axially with respect to one another. The low-voltage conductor preferably has a material with particularly high optical conductivity, such as transparent plastic or the like. The low-voltage conductor is preferably in the form of a rod. A width and/or height of the low-voltage conductor is preferably between 2 mm and 4 mm. A length of the low-voltage conductor is preferably between 30 mm and 120 mm. It can be provided according to the invention that the length of the low-voltage conductor is at least the length of the high-voltage equivalent. Electrical data and/or electrical control commands for the high-voltage battery can be routed through the battery modules via the low-voltage conductor.
Die erste Niedervoltkupplung und/oder die zweite Niedervoltkupplung weisen vorzugsweise eine plattenförmige Kontaktfläche zum flächigen Kontaktieren einer plattenförmigen Gegenkontaktfläche des ersten Niedervoltanschlusses und/oder des zweiten Niedervoltanschlusses. Die erste Niedervoltkupplung und/oder die zweite Niedervoltkupplung weisen vorzugsweise einen runden oder rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf.The first low-voltage coupling and/or the second low-voltage coupling preferably have a plate-shaped contact surface for making planar contact with a plate-shaped mating contact surface of the first low-voltage connection and/or the second low-voltage connection. The first low-voltage clutch and/or the second low-voltage clutch preferably have a round or rectangular, in particular square, cross section.
Vorzugsweise ist der Niedervoltleiter als Lichtleiter zum Übertragen von Lichtwellen ausgebildet. Lichtwellen haben den Vorteil, dass keine Beeinträchtigung der Kommunikation des Niedervoltleiters durch die über den Hochvoltleiter fließenden Ströme besteht, sodass der Hochvoltleiter und Niedervoltleiter auch sehr nah beieinander angeordnet sein können. Somit ist eine sichere sowie zuverlässige Datenübertragung über den Niedervoltleiter gewährleistet.The low-voltage conductor is preferably designed as an optical fiber for transmitting light waves. Light waves have the advantage that the currents flowing through the high-voltage conductor do not impair the communication of the low-voltage conductor, so that the high-voltage conductor and low-voltage conductor can also be arranged very close to one another. This ensures safe and reliable data transmission via the low-voltage conductor.
Ein Kopplungselement mit Hochvoltleiter und Niedervolteiter hat gegenüber herkömmlichen Kopplungselementen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine gleichzeitige Hochvoltkopplung und Niedervoltkopplung der Batteriemodule erzielbar ist. Durch die Integration des Hochvoltleiters und des Niedervoltleiters in ein kompaktes Bauteil ist eine besonders platzsparende Ausbildung des Batteriegehäuses möglich. Zudem lassen sich einzelne Batteriemodule besonders leicht montieren und demontieren, sodass ein Entfernen der Batteriemodule in einem Havariefall oder der Austausch eines defekten Batteriemoduls verbessert ist. Überdies benötigen die Modulgehäuse für die elektrischen Anschlüsse somit nur noch eine Durchführung, sodass eine Stabilität sowie eine Dichtigkeit des Modulgehäuses verbesserbar sind. Zudem ist eine Anzahl der erforderlichen Dichtmittel zum Abdichten des Modulgehäuses auf diese Weise reduzierbar. Bei entsprechender Ausbildung eines Batteriemanagementsystems ist mittels des erfindungsgemäßen Kopplungselements zudem eine Hochvoltkopplung und eine Niedervoltkopplung der Batteriemodule mit dem Batteriemanagementsystem realisierbar.A coupling element with a high-voltage conductor and a low-voltage conductor has the advantage over conventional coupling elements that simultaneous high-voltage coupling and low-voltage coupling of the battery modules can be achieved with simple means and in a cost-effective manner. The integration of the high-voltage conductor and the low-voltage conductor in a compact component makes it possible to design the battery housing in a particularly space-saving manner. In addition, individual battery modules can be assembled and disassembled particularly easily, so that removing the battery modules in the event of an accident or replacing a defective battery module is improved. In addition, the module housings therefore only require one feedthrough for the electrical connections, so that the stability and tightness of the module housing can be improved. In addition, the number of sealing means required for sealing the module housing can be reduced in this way. With a corresponding design of a battery management system, a high-voltage coupling and a low-voltage coupling of the battery modules to the battery management system can also be implemented by means of the coupling element according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Kopplungselement vorgesehen sein, dass der Niedervoltleiter innerhalb des Hochvoltleiters angeordnet ist. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass sich der Niedervoltleiter neben einer Längsachse des Hochvoltleiters erstreckt. Dies hat den Vorteil, dass bei entsprechender Ausgestaltung des ersten Niedervoltanschlusses eine Kontaktierung mit dem Niedervoltleiter in Abhängigkeit einer relativen rotatorischen Ausrichtung des Kopplungselements zum ersten Batteriemodul erfolgt, beispielsweise wenn das Kopplungselement durch entsprechende Rotation an dem ersten Batteriemodul fixiert ist. Vorzugsweise weist der Hochvoltleiter eine Kavität auf, in welcher der Niedervoltleiter angeordnet ist. Die Kavität weist vorzugsweise einen Haltebereich auf, welcher zum Halten des Niedervoltleiters innerhalb der Kavität ausgebildet ist. Der Haltebereich ist vorzugsweise ausgebildet, den Niedervoltleiter an mindestens drei voneinander beabstandeten Bereichen, vorzugsweise vollumfänglich, zu kontaktieren. Vorzugsweise erstreckt sich der Haltebereich über die gesamte Länge der Kavität, sodass eine Außenfläche des Niedervoltleiters eine Innenfläche der Kavität komplett kontaktiert. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Niedervoltleiter durch einen Spritzgussprozess in die Kavität eingebracht ist. Dies hat den Vorteil, dass der Niedervoltleiter mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise vor äußeren Einflüssen geschützt ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a coupling element that the low-voltage conductor is arranged inside the high-voltage conductor. It can be provided according to the invention that the low-voltage conductor extends alongside a longitudinal axis of the high-voltage conductor. This has the advantage that with a corresponding configuration of the first low-voltage connection, contact is made with the low-voltage conductor depending on a relative rotational orientation of the coupling element to the first battery module, for example when the coupling element is fixed to the first battery module by corresponding rotation. The high-voltage conductor preferably has a cavity in which the low-voltage conductor is arranged. The cavity preferably has a holding area which is designed to hold the low-voltage conductor within the cavity. The holding area is preferably designed to contact the low-voltage conductor in at least three areas that are spaced apart from one another, preferably over the entire circumference. The holding area preferably extends over the entire length of the cavity, so that an outer surface of the low-voltage conductor makes complete contact with an inner surface of the cavity. It can be provided according to the invention that the low-voltage conductor is introduced into the cavity by an injection molding process. This has the advantage that the low-voltage conductor is protected against external influences using simple means and in a cost-effective manner.
Es ist erfindungsgemäß besonders bevorzugt, dass der Niedervoltleiter koaxial zum Hochvoltleiter angeordnet ist. Demnach erstreckt sich der Niedervoltleiter vorzugsweise auf einer Längsachse des Hochvoltleiters. Vorzugsweise entspricht die Längsachse des Hochvoltleiters einer Längsachse des Kopplungselements. Eine Kopplung des Niedervoltleiters mit dem ersten Niedervoltanschluss kann demnach unabhängig von einer rotatorischen relativen Lage des Kopplungselements zum ersten Batteriemodul erfolgen. Dies hat den Vorteil, dass eine Herstellbarkeit des Kopplungselements mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert ist. Somit lassen sich Fertigungskosten auf vorteilhafte Weise reduzieren.It is particularly preferred according to the invention that the low-voltage conductor is arranged coaxially to the high-voltage conductor. Accordingly, the low-voltage conductor preferably extends along a longitudinal axis of the high-voltage conductor. The longitudinal axis of the high-voltage conductor preferably corresponds to a longitudinal axis of the coupling element. A coupling of the low-voltage conductor to the first low-voltage connection can therefore take place independently of a rotational position of the coupling element relative to the first battery module. This has the advantage that it is easier to manufacture the coupling element using simple means and in a cost-effective manner. Manufacturing costs can thus be reduced in an advantageous manner.
Weiter bevorzugt ist der Hochvoltleiter als Drehteil und/oder rotationssymmetrisch um eine Rotationsachse ausgebildet. Unter einer rotationssymmetrischen Ausbildung wird im Rahmen der Erfindung auch eine im Wesentlichen rotationssymmetrische Ausbildung verstanden, bei welcher eine vollkommene Rotationssymmetrie durch lokales Entfernen von Werkstoff, wie beispielsweise durch eine Bohrung, eine Nut oder dergleichen, oder durch lokales Hinzufügen von Werkstoff, wie beispielsweise mittels additiver Fertigungsverfahren, beseitigt ist. Das Kopplungselement weist demnach vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt auf und erstreckt sich entlang der Längsachse sowie um diese herum. Dies hat den Vorteil, dass das Kopplungselement mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise herstellbar ist.More preferably, the high-voltage conductor is designed as a turned part and/or rotationally symmetrical about an axis of rotation. Within the scope of the invention, a rotationally symmetrical design is also understood to mean a substantially rotationally symmetrical design in which complete rotational symmetry is achieved by locally removing material, such as through a bore, a groove or the like, or by locally adding material, such as by means of additive Manufacturing process is eliminated. Accordingly, the coupling element preferably has a circular cross section and extends along and around the longitudinal axis. This has the advantage that the coupling element can be produced using simple means and in a cost-effective manner.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Kopplungselement vorgesehen sein, dass das Kopplungselement ein erstes Rastelement aufweist, wobei das erste Rastelement ausgebildet ist, durch Rotation des Kopplungselements um die Rotationsachse des Kopplungselements mit einem ersten Gegenrastelement des ersten Batteriemoduls in Eingriff zu geraten. Der Mechanismus aus Rastelement und Gegenrastelement kann beispielsweise gemäß einem Bajonettverschluss ausgebildet sein. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Rastelement oder das Gegenrastelement eine Kulisse, wie beispielsweise eine Herzkurve oder dergleichen, aufweist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Rastelement oder das Gegenrastelement einen Rastpin aufweist. Vorzugsweise weist das Kopplungselement ein zweites Rastelement zum entsprechenden Verrasten mit einem zweiten Gegenrastelement des zweiten Batteriemoduls auf. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine lösbare Fixierung des Kopplungselements am ersten Batteriemodul erzielbar ist. Hierdurch kann das Kopplungselement beispielsweise bereits vormontiert am ersten Batteriemodul bereitgestellt werden, sodass der Montageaufwand der Hochvoltbatterie reduziert ist.In a particularly preferred embodiment of the invention, in a kupplungsele be provided that the coupling element has a first latching element, the first latching element being designed to come into engagement with a first counter-latching element of the first battery module by rotation of the coupling element about the axis of rotation of the coupling element. The mechanism consisting of the latching element and counter-latching element can be designed, for example, in accordance with a bayonet catch. It can be provided according to the invention that the latching element or the counter-latching element has a gate, such as a heart curve or the like. It can be provided according to the invention that the latching element or the counter-latching element has a latching pin. The coupling element preferably has a second latching element for correspondingly latching with a second counter-latching element of the second battery module. This has the advantage that the coupling element can be detachably fixed to the first battery module using simple means and in a cost-effective manner. As a result, the coupling element can be provided, for example, already pre-assembled on the first battery module, so that the effort involved in assembling the high-voltage battery is reduced.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Kopplungselement eine umlaufende erste Dichtung zum Abdichten gegen eine erste Durchführung eines ersten Modulgehäuses des ersten Batteriemoduls auf. Die erste Dichtung ist vorzugsweise am Hochvoltleiter, insbesondere an einer Außenfläche des Hochvoltleiters, vorzugsweise koaxial zur Längsachse, angeordnet. Vorzugsweise ist die erste Dichtung an der ersten Hochvoltkupplung angeordnet. Eine solche erste Dichtung ist insbesondere bei einem rotationssymmetrischen Hochvoltleiter von Vorteil. Vorzugsweise weist der Hochvoltleiter eine umlaufende erste Nut auf, wobei die erste Dichtung zumindest teilweise innerhalb der ersten Nut angeordnet ist. Die erste Dichtung ist vorzugsweise als O-Ring oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise weist das Kopplungselement eine umlaufende zweite Dichtung zum Abdichten gegen eine zweite Durchführung eines zweiten Modulgehäuses des zweiten Batteriemoduls auf. Die zweite Dichtung ist vorzugsweise am Hochvoltleiter, insbesondere an einer Außenfläche des Hochvoltleiters, vorzugsweise koaxial zur Längsachse, angeordnet. Vorzugsweise ist die zweite Dichtung an der zweiten Hochvoltkupplung angeordnet. Eine solche zweite Dichtung ist insbesondere bei einem rotationssymmetrischen Hochvoltleiter von Vorteil. Vorzugsweise weist der Hochvoltleiter eine umlaufende zweite Nut auf, wobei die zweite Dichtung zumindest teilweise innerhalb der zweiten Nut angeordnet ist. Die zweite Dichtung ist vorzugsweise als O-Ring oder dergleichen ausgebildet. Eine erste Dichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein erster Modulinnenraum des ersten Batteriemoduls nach außen abdichtbar ist.According to a preferred embodiment of the invention, the coupling element has a peripheral first seal for sealing against a first passage of a first module housing of the first battery module. The first seal is preferably arranged on the high-voltage conductor, in particular on an outer surface of the high-voltage conductor, preferably coaxially to the longitudinal axis. The first seal is preferably arranged on the first high-voltage clutch. Such a first seal is particularly advantageous in the case of a rotationally symmetrical high-voltage conductor. The high-voltage conductor preferably has a circumferential first groove, with the first seal being arranged at least partially within the first groove. The first seal is preferably designed as an O-ring or the like. The coupling element preferably has a peripheral second seal for sealing against a second passage of a second module housing of the second battery module. The second seal is preferably arranged on the high-voltage conductor, in particular on an outer surface of the high-voltage conductor, preferably coaxially to the longitudinal axis. The second seal is preferably arranged on the second high-voltage clutch. Such a second seal is particularly advantageous in the case of a rotationally symmetrical high-voltage conductor. The high-voltage conductor preferably has a circumferential second groove, with the second seal being arranged at least partially within the second groove. The second seal is preferably designed as an O-ring or the like. A first seal has the advantage that a first module interior of the first battery module can be sealed off from the outside with simple means and in a cost-effective manner.
Besonders bevorzugt weist das Kopplungselement einen ersten Halteabschnitt zum Eingreifen eines federkraftbeaufschlagten ersten Halteelements des ersten Batteriemoduls in einer Koppelstellung des Kopplungselements auf. Der erste Halteabschnitt weist vorzugsweise eine, vorzugsweise umlaufende, quer zur Längsachse verlaufende Hinterschneidung oder Nut auf. Weiter bevorzugt weist der erste Halteabschnitt eine Abschrägung auf, um ein Koppeln und/oder Entkoppeln des Kopplungselements vom ersten Batteriemodul zu verbessern. Das erste Halteelement weist beispielsweise eine Rastnase auf, welche mittels einer Feder des ersten Halteelements gegen den ersten Halteabschnitt drückbar ist. Das erste Halteelement ist vorzugsweise ausgebildet, beim Zusammenfügen des Kopplungselements mit dem ersten Batteriemodul an einer Oberfläche des Kopplungselements entlangzugleiten und in den ersten Halteabschnitt einzugreifen. Vorzugsweise weist das Kopplungselement einen zweiten Halteabschnitt zum Eingreifen eines zweiten Halteelements des zweiten Batteriemoduls in der Koppelstellung des Kopplungselements auf. Der zweite Halteabschnitt weist vorzugsweise eine, vorzugsweise umlaufende, quer zur Längsachse verlaufende Hinterschneidung oder Nut auf.The coupling element particularly preferably has a first holding section for engaging a spring-loaded first holding element of the first battery module in a coupling position of the coupling element. The first holding section preferably has a preferably circumferential undercut or groove running transversely to the longitudinal axis. More preferably, the first holding section has a bevel in order to improve coupling and/or decoupling of the coupling element from the first battery module. The first holding element has, for example, a latching lug which can be pressed against the first holding section by means of a spring of the first holding element. The first holding element is preferably designed to slide along a surface of the coupling element when the coupling element is joined to the first battery module and to engage in the first holding section. The coupling element preferably has a second holding section for engaging a second holding element of the second battery module in the coupling position of the coupling element. The second holding section preferably has a preferably circumferential undercut or groove running transversely to the longitudinal axis.
Weiter bevorzugt weist der zweite Halteabschnitt eine Abschrägung auf, um ein Koppeln und/oder Entkoppeln des Kopplungselements vom zweiten Batteriemodul zu verbessern. Das zweite Halteelement weist beispielsweise eine Rastnase auf, welche mittels einer Feder des zweiten Halteelements gegen den zweiten Halteabschnitt drückbar ist. Das zweite Halteelement ist vorzugsweise ausgebildet, beim Zusammenfügen des Kopplungselements mit dem zweiten Batteriemodul an einer Oberfläche des Kopplungselements entlangzugleiten und in den zweiten Halteabschnitt einzugreifen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Verbleiben des Kopplungselements in der Koppelstellung verbessert ist. Zum Herauslösen des Kopplungselements ist somit zunächst ein Haltewiderstand zu überwinden.More preferably, the second holding section has a bevel in order to improve coupling and/or decoupling of the coupling element from the second battery module. The second holding element has, for example, a latching lug which can be pressed against the second holding section by means of a spring of the second holding element. The second holding element is preferably designed to slide along a surface of the coupling element when the coupling element is joined to the second battery module and to engage in the second holding section. This has the advantage that the retention of the coupling element in the coupling position is improved with simple means and in a cost-effective manner. In order to detach the coupling element, a holding resistance must first be overcome.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Hochvoltbatterie weist ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul auf. Das erste Batteriemodul ist über ein Kopplungselement nach einem mit dem zweiten Batteriemodul elektrisch gekoppelt. Das Kopplungselement weist einen Hochvoltleiter mit einer ersten Hochvoltkupplung auf, die mit einem ersten Hochvoltanschluss des ersten Batteriemoduls gekoppelt ist, und der Hochvoltleiter weist eine zweite Hochvoltkupplung auf, die mit einem zweiten Hochvoltanschluss des zweiten Batteriemoduls gekoppelt ist.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a high-voltage battery for a motor vehicle. The high-voltage battery has a first battery module and a second battery module. The first battery module is electrically coupled to the second battery module via a coupling element. The coupling element has a high-voltage conductor with a first high-voltage clutch, which is coupled to a first high-voltage connection of the first battery module, and the high-voltage conductor has a second high-voltage clutch on, which is coupled to a second high-voltage connection of the second battery module.
Das Kopplungselement kann einen integrierten Entgasungskanal aufweisen, wobei der Entgasungskanal zum Ableiten von sich bei einem Event in dem ersten Batteriemodul und/oder in dem zweiten Batteriemodul entwickelnden Gasen aus dem ersten Batteriemodul und/oder aus dem zweiten Batteriemodul ausgebildet ist. Anders ausgedrückt kann das Kopplungselement in der Hochvoltbatterie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung ausgebildet sein.The coupling element can have an integrated degassing channel, the degassing channel being designed to discharge gases that develop in the first battery module and/or in the second battery module during an event from the first battery module and/or from the second battery module. In other words, the coupling element can be formed in the high-voltage battery according to the first aspect of the invention.
Alternativ oder zusätzlich können aber auch der erste Hochvoltanschluss und der zweite Hochvoltanschluss derart ausgebildet und/oder in dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul befestigt sein, dass einer der beiden Hochvoltanschlüsse bei einem Event in einem der beiden Batteriemodule das Kopplungselement aus einer Durchführung des Batteriemoduls freigibt, in dem sich das Event ereignet, sodass die freigegebene Durchführung in Kommunikation mit der Umgebung gebracht wird und sich bei dem Event entwickelnde Gase in die Umgebung freigegeben werden können. Auch dadurch kann die eingangs gestellte Aufgabe gelöst werden. Dabei kann das Kopplungselement selbstverständlich gemäß der im Rahmen dieser Beschreibung offenbarten Merkmale und mit oder ohne den Entgasungskanal ausgebildet sein.Alternatively or additionally, however, the first high-voltage connection and the second high-voltage connection can also be designed and/or fastened in the first battery module and the second battery module in such a way that one of the two high-voltage connections releases the coupling element from a passage in the battery module in the event of an event in one of the two battery modules in which the event occurs so that the enabled performance is placed in communication with the environment and gases evolving at the event can be released into the environment. The task set at the beginning can also be solved in this way. The coupling element can of course be designed according to the features disclosed in the context of this description and with or without the degassing channel.
Durch eine derartige Ausbildung und/oder Befestigung der Hochvoltanschlüsse ist es möglich, dass die Durchführungen, durch die das Kopplungselement durchgeführt ist bzw. in denen es sitzt und diese zur Umgebung hin verschließt, insbesondere mittels der Dichtung abdichtet, freigegeben bzw. geöffnet werden. Dabei sorgt das Event für die Gasentwicklung und damit eine Temperatur- und Druckerhöhung in dem von dem Event betroffenen Batteriemodul. Der steigende Druck drückt das Kopplungselement an seiner Stirnfläche in Richtung des anderen Batteriemoduls. Durch die entsprechende Ausbildung bzw. Befestigung des Hochvoltanschlusses in dem anderen Batteriemodul kann vorgesehen sein, dass gar beide Durchführungen freigegeben werden und/oder das Kopplungselement in eines der Batteriemodule hineinfällt. Die aufgrund des Events in einem der Batteriemodule gebildeten Gase können nun in die Umgebung strömen.By designing and/or fastening the high-voltage connections in this way, it is possible for the bushings through which the coupling element is passed or in which it sits and closes them to the environment, in particular by means of the seal, to be released or opened. The event causes the development of gas and thus an increase in temperature and pressure in the battery module affected by the event. The increasing pressure pushes the coupling element on its face in the direction of the other battery module. Through the appropriate design or attachment of the high-voltage connection in the other battery module, it can be provided that both bushings are released and/or the coupling element falls into one of the battery modules. The gases formed in one of the battery modules as a result of the event can now flow into the environment.
Insbesondere kann auch vorgesehen sein, dass der Hochvoltanschluss des Batteriemoduls, in dem sich das Event ereignet, mit der Hochvoltkupplung des Kopplungselements dekontaktiert bzw. aus der elektrischen Verbindung gebracht wird. Dadurch wird vermieden, dass die Batteriezellen des Batteriemoduls, das von dem Event betroffen ist, weiter mit Strom versorgt werden und möglicherweise zu einer weiteren Beschleunigung des Events sorgen. Hierzu kann die elektrische Kontaktierung zwischen dem Hochvoltanschluss und der Hochvoltkupplung bzw. können letztere so eingerichtet sein, dass sie einer linearen Richtung entlang der Rotationsachse bzw. einer Mittelachse des Kopplungselements gegeneinander verschiebbar sind. Ein entsprechendes Verschieben bzw. eine entsprechende Verschubbewegung des Kopplungselements aufgrund des dem Event folgenden Druckaufbaus in das jeweils andere Batteriemodul sorgt dann dafür, dass die Hochvoltkupplung außer Eingriff mit dem Hochvoltanschluss desjenigen Batteriemoduls gebracht wird, in dem sich das Event ereignet.In particular, it can also be provided that the high-voltage connection of the battery module, in which the event occurs, is disconnected from the high-voltage clutch of the coupling element or is disconnected from the electrical connection. This prevents the battery cells of the battery module affected by the event from continuing to be supplied with power and possibly causing the event to accelerate further. For this purpose, the electrical contact between the high-voltage connection and the high-voltage clutch or the latter can be set up in such a way that they can be displaced relative to one another in a linear direction along the axis of rotation or a central axis of the coupling element. A corresponding displacement or a corresponding shifting movement of the coupling element due to the pressure build-up following the event in the other battery module then ensures that the high-voltage clutch is disengaged from the high-voltage connection of that battery module in which the event occurs.
Durch die Freigabe der entsprechenden Durchführung in der Wandung des Modulgehäuses des Batteriemoduls, in der das Kopplungselement sich befindet bzw. sitzt, durch den Verschub bzw. die horizontale Bewegung oder Translation des Kopplungselements kann die Ableitung der heißen Gase im Falle eines Events zielgerichtet und geordnet aus dem von dem Event betroffenen Batteriemodul erfolgen, ohne weitere Komponenten der Hochvoltbatterie in Mitleidenschaft zu ziehen. Besonders vorteilhaft ist, dass gleich zwei Durchführungen je Batteriemodul in zwei getrennten Richtungen zur Verfügung stehen, die ferner noch von beiden Batteriemodulen in derselben Reichweite erreicht werden können. Durch den Verschub des Kopplungselements besteht die Möglichkeit eines Kurzschlusses, sodass geeignete Maßnahmen, wie z. B. Isolationsbeschichtungen, im Bereich der Durchführungen bzw. innerhalb der Batteriemodule bzw. ihrer Modulgehäuse bei hineinfallendem Kopplungselement getroffen werden müssen. Dies ist in einfacher Form durch entsprechende Kunststoffbeschichtungen und/oder -bauteile möglich.By releasing the corresponding passage in the wall of the module housing of the battery module, in which the coupling element is located or sitting, by shifting or horizontal movement or translation of the coupling element, the hot gases can be discharged in a targeted and orderly manner in the event of an event the battery module affected by the event without affecting other components of the high-voltage battery. It is particularly advantageous that two bushings per battery module are available in two separate directions, which can also be reached by both battery modules within the same range. Due to the shifting of the coupling element, there is the possibility of a short circuit, so that suitable measures, such as e.g. B. insulation coatings, must be taken in the bushings or within the battery modules or their module housing in falling coupling element. This is possible in a simple form by using appropriate plastic coatings and/or components.
Bevorzugt ist dabei, dass der erste Hochvoltanschluss und/oder der zweite Hochvoltanschluss zumindest eine Schwächung aufweist. Die Schwächung kann insbesondere eine Materialschwächung, beispielsweise in Form einer verringerten Materialstärke oder eines Materials mit geringer Festigkeit, sein. Die Schwächung kann derart ausgeführt sein, dass sie bei einer definiert einstellbaren Belastung versagt. Die Belastung wird derart eingestellt, dass sie normalen Belastungen bei der Fahrt mit der Kraftfahrzeug oder etwa einem Crash standhält, jedoch bei einem Event in einem der Batteriemodule mit entsprechendem Druckaufbau versagt. Auf diese Weise kann die Gegenlagerung des Kopplungselements an dem Hochvoltanschluss aufgehoben und die Durchführung bzw. die Durchführungen können freigegeben werden.It is preferred that the first high-voltage connection and/or the second high-voltage connection has at least one weakening. The weakening can in particular be a weakening of the material, for example in the form of a reduced material thickness or of a material with low strength. The weakening can be designed in such a way that it fails at a defined adjustable load. The load is set in such a way that it withstands normal loads when driving the motor vehicle or, for example, in a crash, but fails in the event of an event in one of the battery modules with a corresponding build-up of pressure. In this way, the counter-support of the coupling element on the high-voltage connection can be canceled and the bushing or bushings can be released.
Insbesondere ist bevorzugt, dass die zumindest eine Schwächung eine Sollbruchstelle ist. Wenn die Schwächung nachgibt bzw. die Sollbruchstelle bricht, verliert das Kopplungselement seinen Halt bzw. seine Befestigung an dem Hochvoltanschluss, an den es mittels seiner Hochvoltkupplung angeschlossen gewesen ist. Auf der anderen Stirnseite des von dem Event betroffenen Batteriemoduls drückt der vom Event erzeugte Druck die Hochvoltkupplung aus dem Hochvoltanschluss. Das Kopplungselement verliert seinen Halt, wird lose und fällt bedingt durch den Druck in dem vom Event betroffenen Batteriemodul in das benachbarte Batteriemodul. Dadurch werden die gegenüberliegenden Durchführungen der Batteriemodule freigegeben. Besonders vorteilhaft hierbei ist, dass dieser Sollbruch des Hochvoltanschlusses zu der bereits erwähnten elektrischen Dekontaktierung von Kopplungselement und Hochvoltanschluss in dem von dem Event betroffenen Batteriemodul führt. Die Sollbruchstelle in dem Hochvoltanschluss ist eine besonders kostengünstige und technisch leicht umsetzbare Maßnahme zur Bereitstellung der Ausbildung der Hochvoltanschlüsse gemäß der zuvor erwähnten Ausführung, damit diese die Durchführung des von dem Event betroffenen Batteriemoduls freigibt.In particular, it is preferred that the at least one weakening is a predetermined breaking point. When the weakening gives way or the predetermined breaking point breaks, the coupling element loses its grip or its attachment to the high-voltage connection to which it was connected by means of its high-voltage coupling. On the other end of the battery module affected by the event, the pressure generated by the event pushes the high-voltage coupling out of the high-voltage connection. The coupling element loses its hold, becomes loose and falls into the neighboring battery module due to the pressure in the battery module affected by the event. This releases the opposite lead-throughs of the battery modules. It is particularly advantageous here that this predetermined breakage of the high-voltage connection leads to the already mentioned electrical decontacting of the coupling element and high-voltage connection in the battery module affected by the event. The predetermined breaking point in the high-voltage connection is a particularly cost-effective and technically easy-to-implement measure for providing the design of the high-voltage connections according to the previously mentioned embodiment, so that the battery module affected by the event can be passed through.
Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass der erste Hochvoltanschluss und/oder der zweite Hochvoltanschluss an einem Befestigungselement befestigt ist, welches elastisch ausgebildet ist und/oder zumindest eine Schwächung aufweist. Auch hier kann die Schwächung eine Sollbruchstelle sein. Entsprechend kann auch eine in der Befestigung des Hochvoltanschlusses nachgelagerte Komponente selbst die Schwächung aufweisen, um den technisch gewünschten Effekt des Lösens des Kopplungselements aus den Durchführungen zu erzielen.Alternatively or additionally, it is preferred that the first high-voltage connection and/or the second high-voltage connection is fastened to a fastening element which is designed to be elastic and/or has at least one weakening. Here, too, the weakening can be a predetermined breaking point. Correspondingly, a component downstream in the fastening of the high-voltage connection can itself have the weakening in order to achieve the technically desired effect of detaching the coupling element from the bushings.
Besonders bevorzugt ist auch die elastische Ausführung des Befestigungselements. Das elastische Befestigungselement gibt in Druckrichtung, die durch den in dem von dem Event erfassten Batteriemodul erzeugten Druck mit der Gasentwicklung vorgegeben wird, nach und kann so bei hinreichend Druck bzw. Nachgeben eine Verschiebung bzw. einen Verschub des Kopplungselements soweit bis in das Batteriemodul, das nicht von dem Event betroffen ist, erlauben, dass es die die Durchführung in dem von dem Event erfassten Batteriemodul freigibt. Auch dadurch können die Durchführungen auf technisch einfache und zuverlässige Art und Weise freigegeben werden.The elastic design of the fastening element is also particularly preferred. The elastic fastening element yields in the pressure direction, which is predetermined by the pressure generated in the battery module detected by the event with the gas development, and can thus, with sufficient pressure or yielding, cause a displacement or shifting of the coupling element as far as the battery module, the not affected by the event, allow it to authorize execution in the battery module covered by the event. This also allows the bushings to be released in a technically simple and reliable manner.
Dabei ist bevorzugt, dass das elastisch ausgebildete Befestigungselement eine Feder, insbesondere eine mechanische Feder, ist, da es ein besonders kostengünstiges und thermisch ausgesprochen stabiles elastisches Befestigungselement ist. Die Feder kann entsprechend in dem Batteriemodul bzw. an dem Modulgehäuse oder einer anderen Komponente des jeweiligen Batteriemoduls gelagert sein und somit auch als Federlagerung bezeichnet werden. Die Freigabe des Verschubwegs für das Kopplungselement erfolgt entsprechend durch die Federlagerung des Hochtvoltanschlusses. Diese Federlagerung wird derart ausgeführt, dass sich bei einer definiert einstellbaren Belastung, die der bereits zuvor definierten Belastung der Schwächung entsprechend kann, die Feder zusammendrückt und auf diese Weise die Gegenlagerung des Kopplungselements verschoben wird, ohne den elektrischen Kontakt zwischen der Hochvoltkupplung des Kopplungselements und dem Hochvoltanschluss zu unterbrechen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Federlagerung auch im Normalzustand eine Funktion erfüllen kann, nämlich die Verbindung der Hochvoltkupplung mit dem Hochvoltanschluss durch die von ihr aufgebrachte Anpresskraft zu verbessern.It is preferred that the elastically designed fastening element is a spring, in particular a mechanical spring, since it is a particularly cost-effective and thermally extremely stable elastic fastening element. The spring can accordingly be mounted in the battery module or on the module housing or another component of the respective battery module and can therefore also be referred to as a spring mount. The displacement path for the coupling element is released accordingly by the spring bearing of the high-voltage connection. This spring bearing is designed in such a way that with a defined adjustable load, which can correspond to the previously defined load of the weakening, the spring compresses and in this way the counter bearing of the coupling element is displaced without electrical contact between the high-voltage coupling of the coupling element and the to interrupt the high-voltage connection. It is particularly advantageous that the spring bearing can also fulfill a function in the normal state, namely to improve the connection of the high-voltage clutch to the high-voltage connection through the contact pressure it exerts.
Das erste Batteriemodul weist ein erstes Modulgehäuse auf, in welchem Batteriezellen angeordnet und vorzugsweise miteinander verschaltet sind. Das erste Modulgehäuse weist vorzugsweise eine erste Durchführung auf, durch welche ein erster Hochvoltanschluss sowie ein erster Niedervoltanschluss des ersten Batteriemoduls von außen zugänglich sind. Der erste Hochvoltanschluss ist mit der ersten Hochvoltkupplung des Kopplungselements elektrisch gekoppelt. Ein erster Niedervoltanschluss kann mit der ersten Niedervoltkupplung des Kopplungselements gekoppelt sein. Das erste Batteriemodul ist vorzugsweise als lasttragendes Batteriemodul ausgebildet.The first battery module has a first module housing in which battery cells are arranged and preferably connected to one another. The first module housing preferably has a first passage through which a first high-voltage connection and a first low-voltage connection of the first battery module are accessible from the outside. The first high-voltage connection is electrically coupled to the first high-voltage clutch of the coupling element. A first low-voltage connection can be coupled to the first low-voltage clutch of the coupling element. The first battery module is preferably designed as a load-bearing battery module.
Das zweite Batteriemodul weist ein zweites Modulgehäuse auf, in welchem Batteriezellen angeordnet und vorzugsweise miteinander verschaltet sind. Das zweite Modulgehäuse weist vorzugsweise eine zweite Durchführung auf, durch welche ein zweiter Hochvoltanschluss sowie ein zweiter Niedervoltanschluss des zweiten Batteriemoduls von außen zugänglich sind. Der zweite Hochvoltanschluss ist mit der zweiten Hochvoltkupplung des Kopplungselements elektrisch gekoppelt. Ein zweiter Niedervoltanschluss kann mit der zweiten Niedervoltkupplung des Kopplungselements gekoppelt sein. Das zweite Batteriemodul ist vorzugsweise als lasttragendes Batteriemodul ausgebildet. Vorzugsweise weist die Hochvoltbatterie weitere Batteriemodule auf, welche entsprechend dem ersten Batteriemodul und dem zweiten Batteriemodul über Kopplungselemente miteinander, insbesondere in Reihe, elektrisch gekoppelt sind. Die Kopplungselemente sind vorzugsweise auf einer horizontalen Ebene, also der x-y-Ebene, angeordnet.The second battery module has a second module housing in which battery cells are arranged and preferably connected to one another. The second module housing preferably has a second passage through which a second high-voltage connection and a second low-voltage connection of the second battery module are accessible from the outside. The second high-voltage connection is electrically coupled to the second high-voltage clutch of the coupling element. A second low-voltage connection can be coupled to the second low-voltage clutch of the coupling element. The second battery module is preferably designed as a load-bearing battery module. The high-voltage battery preferably has further battery modules which, corresponding to the first battery module and the second battery module, are electrically coupled to one another, in particular in series, via coupling elements. The coupling elements are preferably arranged on a horizontal plane, ie the x-y plane.
Bei der erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Kopplungselement gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie gegenüber herkömmlichen Hochvoltbatterien den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine hohe Betriebssicherheit bereitgestellt ist. Durch die Verwendung von Kopplungselementen, bei welchen der Hochvoltleiter und der Niedervoltleiter in ein kompaktes Bauteil integriert sind, zum Verschalten der Batteriemodule ist eine besonders platzsparende Ausbildung des Batteriegehäuses möglich. Zudem lassen sich die einzelnen Batteriemodule der Hochvoltbatterie besonders leicht montieren und demontieren, sodass ein Entfernen der Batteriemodule in einem Havariefall oder der Austausch eines defekten Batteriemoduls verbessert ist. Überdies benötigen die Modulgehäuse für die elektrischen Anschlüsse somit nur noch eine Durchführung, sodass eine Stabilität sowie eine Dichtigkeit des Modulgehäuses verbesserbar sind. Zudem ist eine Anzahl der erforderlichen Dichtmittel zum Abdichten des Modulgehäuses auf diese Weise reduzierbar. Bei entsprechender Ausbildung eines Batteriemanagementsystems ist mittels des erfindungsgemäßen Kopplungselements zudem eine Hochvoltkopplung und eine Niedervoltkopplung der Batteriemodule mit dem Batteriemanagementsystem realisierbar.All the advantages that have already been described for a coupling element according to the first aspect of the invention result from the high-voltage battery according to the invention. Accordingly, the high-voltage battery according to the invention has the advantage over conventional high-voltage batteries that a high level of operational reliability is provided with simple means and in a cost-effective manner. The use of coupling elements, in which the high-voltage conductor and the low-voltage conductor are integrated into a compact component, for interconnecting the battery modules makes it possible to design the battery housing in a particularly space-saving manner. In addition, the individual battery modules of the high-voltage battery can be assembled and disassembled particularly easily, so that it is easier to remove the battery modules in the event of an accident or to replace a defective battery module. In addition, the module housings therefore only require one feedthrough for the electrical connections, so that the stability and tightness of the module housing can be improved. In addition, the number of sealing means required for sealing the module housing can be reduced in this way. With a corresponding design of a battery management system, a high-voltage coupling and a low-voltage coupling of the battery modules to the battery management system can also be implemented by means of the coupling element according to the invention.
Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Kopplungselements, einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie sowie eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
-
1 in einer Schnittdarstellung ein Kopplungselement, -
2 in einer Schnittdarstellung ein erstes Batteriemodul, -
3 in einer Schnittdarstellung ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul, welche mittels eines Kopplungselements miteinander gekoppelt sind, -
4 in einer Schnittdarstellung ein erstes Batteriemodul und ein mittels eines Kopplungselements mit dem ersten Batteriemodul gekoppeltes zweites Batteriemodul, wobei in dem zweiten Batteriemodul ein Event auftritt, -
5 die4 mit dem Kopplungselement in dem ersten Batteriemodul und einem Gasaustritt aus dem zweiten Batteriemodul, -
6 einen Ausschnitt der4 , wobei die Hochvoltanschlüsse der Batteriemodule Sperrelemente aufweisen, -
7 die6 mit dem Kopplungselement in dem ersten Batteriemodul und einem Gasaustritt aus dem zweiten Batteriemodul, -
8 eine Seitenansicht auf einen der Hochvoltanschlüsse der Batteriemodule aus7 , -
9 eine Draufsicht auf den in8 gezeigten Hochvoltanschluss, -
10 die4 mit einer alternativen Ausführung des ersten Batteriemoduls, -
11 die5 mit der alternativen Ausführung des ersten Batteriemoduls gemäß10 , -
12 die6 mit einer alternativen Ausführung der beiden Batteriemodule gemäß10 , -
13 die7 mit einer alternativen Ausführung der beiden Batteriemodule gemäß10 , -
14 eine Draufsicht auf den in12 gezeigten Hochvoltanschluss des Batteriemoduls, -
15 eine Seitenansicht aufden Hochvoltanschluss aus 14 , -
16 eine Schnittdarstellung eines ersten alternativen Kopplungselements, -
17 eine Draufsicht auf das erstenalternative Kopplungselement aus 16 , -
18 eine Schnittdarstellung eines zweiten alternativen Kopplungselements, -
19 eine Draufsicht auf das zweite alternative Kopplungselement, -
20 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
-
1 a coupling element in a sectional view, -
2 in a sectional view a first battery module, -
3 in a sectional view, a first battery module and a second battery module, which are coupled to one another by means of a coupling element, -
4 in a sectional view, a first battery module and a second battery module coupled to the first battery module by means of a coupling element, with an event occurring in the second battery module, -
5 the4 with the coupling element in the first battery module and a gas outlet from the second battery module, -
6 a section of4 , whereby the high-voltage connections of the battery modules have blocking elements, -
7 the6 with the coupling element in the first battery module and a gas outlet from the second battery module, -
8th a side view of one of the high-voltage connections of thebattery modules 7 , -
9 a top view of the in8th shown high-voltage connection, -
10 the4 with an alternative design of the first battery module, -
11 the5 with the alternative embodiment of the first battery module according to10 , -
12 the6 with an alternative design of the two battery modules according to10 , -
13 the7 with an alternative design of the two battery modules according to10 , -
14 a top view of the in12 shown high-voltage connection of the battery module, -
15 a side view of the high-voltage connection 14 , -
16 a sectional view of a first alternative coupling element, -
17 a plan view of the firstalternative coupling element 16 , -
18 a sectional view of a second alternative coupling element, -
19 a plan view of the second alternative coupling element, -
20 in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den
In
An einem der ersten Hochvoltkupplung 7 entgegengesetzten Ende weist der Hochvoltleiter 6 eine zweite Hochvoltkupplung 9 zum elektrischen Koppeln mit einem zweiten Hochvoltanschluss 10 (vgl.
In
Wie
Wie
Im Unterschied zu der
Optional kann eine, insbesondere C-förmige oder klammerförmige, Umgreifung 38 um das erste Hochvoltanschlussteil 30 bzw. an dem zweiten Hochvoltanschlussteil 31 angeordnet werden. Diese Umgreifung 38 ermöglicht einen Ausgleich der stromführenden Querschnitte, die infolge der Perforationen für die Sollbruchstellen 37 reduziert worden sind, ohne dass das zweite Hochvoltanschlussteil 31 in seiner Stärke vergrößert werden muss, was wiederum die Sollbrucheigenschaften der Sollbruchstellen 37 nachteilig beeinflussen würde.Optionally, a
Anstelle der Sollbruchstellen 37 gemäß der
Wie
Wie die
Ein solches Kopplungselement 1 kann alternativ zu den vorgestellten Schwächungen 37 in den Hochvoltanschlüssen 8, 10 und den elastischen Befestigungselementen 39 verwendet werden, um ein Entgasen der sich bei einem Event E in einem der beiden Batteriemodule 2, 5 entwickelnden Gase G zu ermöglichen.Such a
Das Kopplungselement 1 gemäß der
Das Kopplungselement 1 weist einen Entgasungskanal 42 auf, der einen horizontalen Entgasungsabschnitt 42a und einen vertikalen Entgasungsabschnitt 42b aufweist. Der horizontale Entgasungsabschnitt 42a steht mit den Batteriemodulen 2, 5 in fluidtechnischer Kommunikation. Dadurch kann das beim Event E entstehende Gas G in das Kopplungselement 1 eingeleitet werden, das aufgrund des zunehmenden Drucks D den Weg in den horizontalen Entgasungsabschnitt 42a wählt.The
Im Verbauzustand befindet sich das Kopplungselement 1 mit seinem vertikalen Entgasungsabschnitt 42b, der fluditechnisch mit dem horizontalen Entgasungsabschnitt 42a verbunden ist, zwischen den Batteriemodulen 2, 5 und damit offen zur Umgebung hin. Das Gas G kann folglich über den Weg von dem horizontalen Entgasungsabschnitt 42a zu dem vertikalen Entgasungsabschnitt 42b in die Umgebung hinausweichen.In the installed state, the
Die heißen Gase G im Falle eines Events E strömen aus dem vom Event E betroffenen Batteriemodul 2, 5 in den horizontalen Entgasungsabschnitte 42a und von dort weiter in den vertikalen Entgasungsabschnitt 42b, die miteinander fluditechnisch verbunden sind, und von dort aus nach außen in die Umgebung. Dadurch kann die Ableitung der heißen Gase G im Falle eines Events E zielgerichtet und geordnet aus dem vom Event E betroffenen Batteriemodul 2, 5 erfolgen, ohne weitere Komponenten der Hochvoltbatterie 3 in Mitleidenschaft zu ziehen. The hot gases G in the event of an event E flow out of the
Besonders vorteilhaft ist, dass gleich zwei Entgasungskanäle 42 der Batteriemodule 2, 5 in zwei getrennten Richtungen zur Verfügung stehen, die ferner noch von beiden Batteriemodulen 2, 5 in derselben Reichweite erreicht werden können. Größe und Form der Entgasungskanäle 42 ist dabei variabel gestaltbar und durch Metallfräßen bei metallisch ausgebildeten Kopplungselementen 1 einfach und kostengünstig herstellbar. Alternativ zu einer metallischen Ausbildung der Kopplungselemente 1 kann auch ein Kunststoffkern mit aufgebrachten Metallschichten für den Transport der elektrischen Energie gewählt werden. Dies ermöglicht die Herstellung des Kunststoffkerns mit dem Entgasungskanal 42 im 3D-Druck oder Spritzgussverfahren. Beide Verfahren sind sehr kostengünstig, erlauben große Freiheiten in der Gestaltung der Struktur und ermöglichen zudem eine sehr präzise Herstellung.It is particularly advantageous that two degassing
Die Entgasungsfunktion kann in unterschiedlichen Geometrien des Kopplungselements 1 mit unterschiedlichen Vorteilen realisiert werden. Je nach gegebenen Randbedingungen u. a. des Fahrzeugs können unterschiedliche Varianten eingesetzt werden. Zu bevorzugen ist bei einem händischen Bestücken/Verbau und bei gewolltem/erforderlichen Ableiten der heißen Gase G nach unten, d. h. vom Kraftfahrzeug 4 weg, ein Querschnitt, der einen falschen Verbau verhindert, beispielsweise gemäß der Geometrie der
Da die Batteriemodule 2, 5 hier an sich angeschlossene und dichte Einheiten bilden und die Entgasungskanäle 42 eine Brücke darüber hinweg bilden, können geeignete Maßnahmen ergriffen werden, dass keine Umgebungs-/Umwelteinflüsse (insbesondere Wasser) von außen über den Entgasungskanal 42 im Kopplungselement 1 nach innen in das Batteriemodul 2, 5 hinein gelangen können. Dies kann beispielsweise außerhalb des Batteriemoduls 2, 5 verhindert werden. Alternativ kann bei geringen zu erwartenden Mengen an Umgebungs-/Umwelteinflüssen auch ein Reservoir innerhalb des Batteriemoduls 2, 5 vorgesehen werden, um diese im Inneren des Batteriemoduls 2, 5 aufzufangen.Since the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Kopplungselementcoupling element
- 22
- erstes Batteriemodulfirst battery module
- 33
- Hochvoltbatteriehigh-voltage battery
- 44
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 55
- zweites Batteriemodulsecond battery module
- 66
- Hochvoltleiterhigh-voltage conductor
- 77
- erste Hochvoltkupplungfirst high-voltage clutch
- 88th
- erster Hochvoltanschlussfirst high-voltage connection
- 99
- zweite Hochvoltkupplungsecond high-voltage clutch
- 1010
- zweiter Hochvoltanschlusssecond high-voltage connection
- 1111
- Niedervoltleiterlow-voltage conductor
- 1212
- erste Niedervoltkupplungfirst low-voltage clutch
- 1313
- erster Niedervoltvoltanschlussfirst low-voltage connection
- 1414
- zweite Niedervoltkupplungsecond low-voltage clutch
- 1515
- zweiter Niedervoltanschlusssecond low-voltage connection
- 1616
- erstes Rastelementfirst locking element
- 1717
- erstes Gegenrastelementfirst counter-locking element
- 1818
- erste Dichtungfirst seal
- 1919
- erste Durchführungfirst implementation
- 2020
- erstes Modulgehäusefirst module housing
- 2121
- erster Halteabschnittfirst holding section
- 2222
- erstes Halteelementfirst holding element
- 2323
- Antriebssystemdrive system
- 2424
- Elektromotorelectric motor
- 2525
- zweite Dichtungsecond seal
- 2626
- zweite Durchführungsecond execution
- 2727
- zweites Modulgehäusesecond module housing
- 2828
- erster Unterfahrschutzfirst underrun protection
- 2929
- zweiter Unterfahrschutzsecond underrun protection
- 3030
- erstes Hochvoltanschlussteil, vertikales Hochvoltanschlussteilfirst high-voltage connection part, vertical high-voltage connection part
- 3131
- zweites Hochvoltanschlussteil, horizontales Hochvoltanschlussteilsecond high-voltage connection part, horizontal high-voltage connection part
- 3232
- erstes Sperrelementfirst blocking element
- 3333
- drittes Hochvoltanschlussteilthird high-voltage connector
- 3434
- viertes Hochvoltanschlussteilfourth high-voltage connection part
- 3535
- zweites Sperrelementsecond blocking element
- 3636
- Ausnehmungrecess
- 3737
- Schwächung, Sollbruchstelleweakening, predetermined breaking point
- 3838
- Umgreifungembrace
- 3939
- erstes elastisches Befestigungselement, erste Federfirst elastic fastener, first spring
- 4040
- zweites elastisches Befestigungselement, zweite Federsecond elastic fastener, second spring
- 4141
- Sammelschienebusbar
- 4242
- Entgasungskanaldegassing channel
- 42a42a
- horizontaler Entgasungsabschnitthorizontal degassing section
- 42b42b
- vertikaler Entgasungsabschnitt vertical degassing section
- DD
- Druckprint
- EE
- Eventevents
- GG
- Gasgas
- KK
- Koppelstellungcoupled position
- RR
- Rotationsachseaxis of rotation
Claims (10)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020124833.4A DE102020124833A1 (en) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | Coupling element for a high-voltage battery, high-voltage battery and motor vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102020124833.4A DE102020124833A1 (en) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | Coupling element for a high-voltage battery, high-voltage battery and motor vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102020124833A1 true DE102020124833A1 (en) | 2022-03-24 |
Family
ID=80473768
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE102020124833.4A Pending DE102020124833A1 (en) | 2020-09-23 | 2020-09-23 | Coupling element for a high-voltage battery, high-voltage battery and motor vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102020124833A1 (en) |
Cited By (1)
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| CN116387688A (en) * | 2023-05-04 | 2023-07-04 | 库尔兹电子科技(南通)有限公司 | Energy storage battery management system capable of rapidly cooling |
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| WO2018004158A1 (en) | 2016-06-27 | 2018-01-04 | 삼성에스디아이 주식회사 | Secondary battery module |
-
2020
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| CN116387688B (en) * | 2023-05-04 | 2023-11-21 | 库尔兹电子科技(南通)有限公司 | Energy storage battery management system capable of rapidly cooling |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R163 | Identified publications notified | ||
| R083 | Amendment of/additions to inventor(s) | ||
| R082 | Change of representative |
Representative=s name: BALS & VOGEL PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE |