Die Erfindung betrifft eine Hochspannungsbatterie für ein Kraftfahrzeug, aufweisend wenigstens ein Speicherelement für elektrische Energie, wenigstens eine mit einer niedrigeren Spannung als die Hochspannung betriebene Steuereinheit und eine wenigstens ein Schütz und/oder wenigstens eine Sicherung als elektrische Komponenten umfassende Baueinheit. Daneben betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Anbringen einer Baueinheit an einem Gehäuse einer Hochspannungsbatterie.

Moderne Kraftfahrzeuge mit einer Option auf Elektrobetrieb, welche mithin einen Elektromotor aufweisen, sind üblicherweise mit einer Hochspannungsbatterie versehen, die die für den Elektromotor benötigte elektrische Energie zur Verfügung stellt. Doch auch außerhalb von solchen Elektro- oder Hybridkraftfahrzeugen wurden bereits Hochspannungsbatterien in Kraftfahrzeugen vorgeschlagen, um bestimmte Verbraucher bedienen zu können, beispielsweise Klimaanlagen und dergleichen. Dabei soll unter einer Hochspannung im Kontext von Kraftfahrzeugen vorliegend jede Spannung verstanden werden, die oberhalb des üblichen Spannungsbereichs für Kraftfahrzeuge, insbesondere oberhalb von 48 V, liegt.

Derartige Hochspannungsbatterien, insbesondere solche, die in Elektro- oder Hybrid kraftfahrzeugen eingesetzt werden, weisen meist auch eine bestimmte Eigenintelligenz auf, das bedeutet, ein Teil der der Hochspannungsbatterie zugeordneten Steuerlogik ist in Form von Steuereinheiten innerhalb der Hochspannungsbatterie realisiert. Beispielsweise wurden als Steuereinheiten bereits einzelnen Batteriezellen als Speicherelemente zugeordnete Controller vorgeschlagen, so dass eine derartige Steuereinheit den Betrieb der Batteriezelle oder allgemein des Speicherelements überwachen und gegebenenfalls sogar beeinflussen kann. Für derartige Steuereinheiten als Teil der Hochspannungsbatterie werden üblicherweise die niedrigeren Spannungen verwendet, die in Kraftfahrzeug-Bordnetzen für sonstige Verbraucher, beispielsweise Steuergeräte, Anzeigennittel und dergleichen verwendet wird. Diese Niedrigspannung beträgt bei vielen bekannten Kraftfahrzeugen 12 V, teilweise auch 24 V. Mithin weisen moderne Hochspannungsbatterien neben Hochspannungsanschlüssen auch Niedrigspannungsanschlüsse und/oder Steuerleitungsanschlüsse auf.

Ein wesentlicher weiterer Bestandteil moderner Hochspannungsbatterien sind Schalteinrichtungen (Schütze) und Sicherungen, die zum einen für eine erhöhte Sicherheit sorgen, zum anderen aber durch entsprechende Ansteue- rung sicherstellen können, dass an den Hochspannungsanschlüssen der Hochspannungsbatterie die gewünschte richtige Spannung anliegt und die elektrische Energie optimiert aus den einzelnen Speicherelementen, beispielsweise Batteriezellen, entnommen wird.

Im Stand der Technik wurden bereits modular aufgebaute Hochspannungsbatterien vorgeschlagen, in denen eine Baueinheit vorgesehen ist, die die Schalteinrichtungen (Schütze) und Sicherungen enthält, mithin zusammen- fasst. Eine derartige Baueinheit kann beispielsweise als Schützbox oder„bat- tery junction box" (BJB) bezeichnet werden. Derartige Baueinheiten werden innerhalb der Hochspannungsbatterie eingebaut, so dass das Gehäuse der Hochspannungsbatterie, welches auch die Speicherelemente enthält, geöffnet werden muss, wenn auf diese Baueinheit zugegriffen werden soll. Es ist mithin ein Arbeiten bei Hochspannung gegeben, wozu insbesondere qualifiziertes Fachpersonal benötigt wird.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit anzugeben, Wartungsmaßnahmen bezüglich einer wenigstens eine Schalteinrichtung und/oder wenigstens eine Sicherung enthaltenden Baueinheit bei einer Hochspannungsbatterie zu vereinfachen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Hochspannungsbatterie der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Baueinheit ex- tern zu einem das Speicherelement und die Steuereinheit aufnehmenden Gehäuse an diesem derart in einer vorgegebenen Lage befestigt ist, dass wenigstens zwei mit wenigstens einer der elektrischen Komponenten der Baueinheit verbundene Hochspannungskontakte der Baueinheit bei Aufstecken der Baueinheit an das Gehäuse mit zugeordneten gehäuseseitigen Hochspannungskontakten und wenigstens eine wenigstens einen Stromversorgungskontakt und/oder einen Steuerleitungskontakt umfassende Kontaktanordnung der Baueinheit mit einer zugeordneten gehäuseseitigen, mit der Steuereinheit verbundenen Kontaktanordnung elektrisch leitend verbunden werden.

Dabei kann die von der Hochspannungsbatterie zur Verfügung gestellte Hochspannung, die sich beispielsweise durch Reihenschaltung wenigstens eines Teils der Speicherelemente, die als Batteriezellen ausgebildet sein können, ergeben kann, größer als 48 V, insbesondere als 100 V, sein. Die niedrigere, für die Steuereinheiten benötigte Spannung kann beispielsweise 12 V oder 24 V betragen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist auch hier als Baueinheit eine Schützbox bzw. eine„battery junction box" (BJB) vorgesehen, die sämtliche Schalteinrichtungen und Sicherungen enthält, die verwendet werden, um aus den Spannungen der einzelnen Speicherelemente die letztlich von der Batterie auszugebende Hochspannung zusammenzustellen und Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere bei Fehlverschaltungen und/oder sonstigen Fehlerfällen, durch die Sicherungen zu bieten. Dabei sei im Übrigen angemerkt, dass es die vorliegende Erfindung nicht ausschließt, dass auch wenigstens eine mit der niedrigeren Spannung betriebene Steuereinheit innerhalb der Baueinheit verbaut ist, beispielsweise eine, die sich auf das Ansteuern der Schalteinrichtungen und/oder Sicherungen bezieht. Zweckmäßig sind wenigstens ein Teil der Steuereinheiten, die innerhalb des Gehäuses der Hochspannungsbatterie verbaut sind, jeweils Gruppen von wenigstens einem Speicherelement zugeordnet (Batteriezellen-Controller). Derartige Steuereinheiten können dazu ausgebildet sein, den Betrieb der einzelnen Speicherelemente zu überwachen und/oder aufgrund von Steuersignalen und/oder selbst festgestellten Betriebsbedingungen anzupassen. Erfindungsgemäß wird nun vorgeschlagen, die Baueinheit nicht länger innerhalb des Batteriegehäuses zu verbauen, sondern diese außen an dem Gehäuse anzubringen und es so auszugestalten, dass sämtliche Kontaktierungen, die zu anderen Komponenten der Hochspannungsbatterie vorzunehmen sind, bereits mit dem Vorgang des mechanischen Verbaus der Baueinheit automatisch hergestellt werden. Das bedeutet, die Schützbox weist ihrerseits Hochspannungskontakte und die der niedrigen Spannung zugeordnete Kontaktanordnung auf, wobei insbesondere entweder die gehäuseseiti- gen oder aber bevorzugt die baueinheitseitigen Kontakte hervorstehen, so dass letztlich ein Aufstecken der Baueinheit auf das Batteriegehäuse erfolgt, in dessen Ablauf die hervorstehenden Kontakte in entsprechende, die zugehörigen Kontakte enthaltende Vertiefungen als Aufnahmen eingreifen, so dass die Kontaktierung mit der mechanischen Montage vollständig hergestellt wird, das bedeutet, sowohl für die Hochspannungskontakte als auch für die niedrigen Spannung bzw. der Steuerung zugeordnete Kontakte. Somit ist eine besonders einfache und schnelle Kontaktierung und Dekontaktierung der Schützbox gemeinsam mit der mechanischen Montage gegeben.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sieht vor, dass eine Berührschutzvorrichtung wenigstens für die Hochspannungskontakte zum Berührschutz bei hergestelltem Kontakt während des Aufsteckens der Baueinheit vorgesehen ist. Ist mithin die direkte Verbindung zumindest bezüglich der Hochspannungskontakte berührgeschützt ausgeführt, und erfolgt ein Herstellen der Hochspannungsverbindung erst dann, wenn keine spannungsführenden Teile mehr durch Werkzeuge und/oder Teile des menschlichen Körpers berührt werden können, ist auch eine äußerst sichere Kontaktierung und Montage der Baueinheit möglich, insbesondere auch durch Personen, die nicht für die Arbeit mit Hochspannung ausgebildet sind.

In diesem Kontext wird es besonders bevorzugt, wenn die baueinheitseitigen Hochspannungskontakte aus dieser hervorstehend ausgebildet sind und die gehäuseseitigen Hochspannungskontakte versenkt in Aufnahmen für die baueinheitseitigen Hochspannungskontakte angeordnet sind, wobei die baueinheitseitigen Hochspannungskontakte baueinheitseitig über eine Länge mit einem isolierenden Material umgeben sind, die größer als die Tiefe der Aufnahmen ist. Auf diese Art und Weise ist sichergestellt, dass zu dem Zeitpunkt, wo sich die Hochspannungskontakte gegenseitig berühren, mithin eine elektrische Verbindung hergestellt ist, allenfalls noch berührgeschützte Anteile der baueinheitseitigen Hochspannungskontakte nach außen freiliegen können, welche aufgrund des isolierenden Materials jedoch durch Werkzeug und/oder Teile einer arbeitenden Person berührt werden können, ohne dass ein Risiko besteht.

Mithin wird letztlich in diesen Ausgestaltungen eine Direktsteckverbindung geschaffen, die eine Montage/Demontage der als Schützbox ausgebildeten Baueinheit ermöglicht, ohne dass an unter Hochspannung stehenden Komponenten gearbeitet werden muss.

Die Baueinheit kann zweckmäßigerweise über Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, an dem Gehäuse gehaltert werden. Spätestens dann, wenn die Baueinheit durch die Schrauben an dem Batteriegehäuse befestigt wird, kontaktieren sich die durch die verschiedenen Kontakte gebildeten Schnittstellen.

Eine besonders zweckmäßige Weiterbildung ergibt sich auch dann, wenn das Gehäuse und die Hochspannungseinheit jeweils ein Schirmelement mit derart ausgebildeten Schirmverbindern aufweisen, dass diese beim Aufstecken der Baueinheit elektrisch leitend verbunden werden. Die automatisch bei der Montage auftretende Kontaktierung kann mithin noch dadurch erweitert werden, dass dies auch für die bei derartigen Hochspannungsbatterien üblicherweise vorgesehenen Schirmelemente, die für eine elektrische Abschirmung sorgen sollen, gilt. Auf diese Art und Weise ist nicht nur die Hoch- spannungskontaktierung und die Niedrigspannungskontaktierung, umfassend auch die Masseanbindung, beim Aufstecken und Montieren automatisch hergestellt, sondern auch die Schirmungsanbindung für die EMV.

Bereits die Tatsache, dass die zwischen dem Gehäuse und der Baueinheit hergestellten Kontaktierungen bei montierter Baueinheit mechanisch durch die Baueinheit geschützt sind, ist ein vorteilhafter Nebeneffekt der beschriebenen Hochspannungsbatterie. In diesem Kontext erweist es sich als besonders bevorzugte Ausgestaltung, wenn baueinheitseitig wenigstens die Hochspannungskontakte, insbesondere auch die Kontaktanordnung, vollständig umgebend ein Dichtelement zur Abdichtung von Verbindungsstellen gegen äußere Einflüsse vorgesehen ist. Dabei kann das Dichtelement beispielsweise als ein Dichtring ausgebildet sein. Auf diese Art und Weise ist es möglich, nachdem das Dichtelement bei montierter Baueinheit zwischen dem Gehäuse und einer Fläche der Baueinheit abdichtend wirkt, ein hervorragender Schutz der Kontakte und der Verbindungsstellen gegen äußere Einflüsse bzw. Umwelteinflüsse gegeben.

In besonders zweckmäßiger Art und Weise sind die Hochspannungskontakte und die Kontaktanordnung, insbesondere gemeinsam mit den Befestigungsmitteln, nach dem Poka Yoke-Prinzip angeordnet. Das bedeutet, dass im Wesentlichen sichergestellt ist, dass ein falsches Aufstecken, beispielsweise unter versehentlich falscher Kontaktierung, möglichst weitgehend ausgeschlossen wird, indem die Anordnung und Ausgestaltung der jeweiligen Kontakte entsprechend gewählt ist, insbesondere auch in Abstimmung mit den Befestigungsmitteln, beispielsweise der Position von Durchgangslöchern von Schrauben und dergleichen. So wird die Montage weiter vereinfacht und die Fehleranfälligkeit wird weiter reduziert.

Neben der Hochspannungsbatterie betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hochspannungsbatterie. Sämtliche Ausführungen bezüglich der erfindungsgemäßen Hochspannungsbatterie lassen sich analog auf das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug übertragen, mit welchem mithin auch die bereits genannten Vorteile erhalten werden können. Insbesondere kann die elektrische Energie der Hochspannungsbatterie zum Betrieb eines Elektromotors und/oder sonstigen Verbrauchers des Kraftfahrzeugs eingesetzt werden.

Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Anbringen einer Baueinheit an einem Gehäuse einer Hochspannungsbatterie der erfindungs- gemäßen Art, welches sich dadurch auszeichnet, dass die Baueinheit auf das Gehäuse unter Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen den Hochspannungskontakten und den Kontakten der Kontaktanordnung aufgesteckt wird. Auch bezüglich des erfindungsgemäßen Verfahrens gelten die Ausführungen zur Hochspannungsbatterie fort, so dass auch mit dem Verfahren die genannten Vorteile erreicht werden. Insbesondere kann nach dem Aufstecken noch eine mechanische Halterung durch Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, verbessert werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug,

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Hochspannungsbatterie in einer Außenansicht,

Fig. 3 eine Prinzipskizze, die das Aufstecken der Baueinheit auf die

Hochspannungsbatterie erläutert,

Fig. 4 eine erste Detaildarstellung zum Berührschutz und

Fig. 5 eine zweite Detaildarstellung zum Berührschutz.

Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 1 . Bei diesem handelt es sich um ein Elektrokraftfahrzeug oder ein Hybridkraftfahrzeug, so dass es einen Elektromotor 2 aufweist. Zur Energieversorgung des Elektromotors 2 ist dieser mit einer erfindungsgemäßen Hochspannungsbatterie 3 verbunden.

Die Hochspannungsbatterie 3 ist in einer schematischen Außenansicht in Fig. 2 genauer dargestellt, die im hinteren Bereich aufgebrochen ist, um prinzipartig dargestellte Speicherelemente 4 zu zeigen, die als Batteriezellen ausgebildet sein können. Jedem der Speicherelemente 4 ist vorliegend eine Steuereinheit 5 zugeordnet, die den Betrieb des jeweiligen Speicherelements 4 überwacht und gegebenenfalls anpassen kann. Während die Hochspannungsbatterie 3 vorliegend eine Nennspannung größer als 100 V, insbesondere größer als 200 V, liefert, werden die Steuereinheiten 5 mit der üblichen Bordnetzspannung von 12 V als Niedrigspannung betrieben.

Die für die Hochspannungsbatterie 3 erforderlichen Schütze (Schalteinrichtungen) und Sicherungen sind in einer Baueinheit 6 (Schützbox) angeordnet, die ersichtlich außen an einem die Speicherelemente 4 enthaltenden Gehäuse 7 der Hochspannungsbatterie 3 angeordnet sind. Die Baueinheit 6 ist über Schrauben 8 an dem Gehäuse 7 befestigt und weist ersichtlich nach außen hin sowohl Hochspannungsanschlüsse 9 als auch einen Steckplatz 10 für die Niedrigspannungszufuhr und Steuerleitungen auf.

Die Kontaktierung der Baueinheit 6 ins Innere des Gehäuses erfolgt beim Aufstecken automatisch bzw. zwangsläufig, wie durch die Prinzipskizze der Fig. 3 näher erläutert werden soll. Diese zeigt das Gehäuse 7 und die Baueinheit 6 voneinander beabstandet bei einem Aufsteckvorgang, wobei zunächst noch anzumerken ist, dass sowohl das Gehäuse 7 als auch die Baueinheit 6 ein der Übersichtlichkeit halber nicht vollständig dargestelltes Schirmelement 1 1 zur elektromagnetischen Abschirmung aufweisen, welche elektrisch leitend mit einem gehäuseseitigen Schirmverbinder 12 respektive einem baueinheitseitigen Schirmverbinder 13 verbunden sind. Gehäuseseitig sind ferner Hochspannungskontakte 14 sowie eine als Stiftwanne 15 ausgebildete Kontaktanordnung 16 für die Niedrigspannungskontakte, die hier Stromversorgungskontakte 17 und Steuerleitungskontakte 18 aufweist, vorhanden. Diesen Kontakten jeweils zugeordnet weist die Baueinheit 6 bauein- heitseitige Hochspannungskontakte 19 auf, die aus dieser hervorstehen, während die gehäuseseitigen Hochspannungskontakte 14 in Aufnahmen 20 versenkt angeordnet sind. Ferner weist die Baueinheit 6 als Kontaktanordnung 21 einen Stecker 22 mit entsprechenden, hier der Übersichtlichkeit halber nicht genauer dargestellten Stromversorgungskontakten und Steuerleitungskontakten auf. Wie aus Fig. 3 leicht ersichtlich ist, werden beim Aufstecken der Baueinheit 6 die Verbindungen der jeweils nach dem Poka-Yoke-Prinzip angeordneten Kontakte 12, 13, 14, 19, 17, 18 und im Stecker 22 enthaltene Kontakte automatisch durch den mechanischen Aufsteckvorgang hergestellt.

Die Kontakte 19 und die Kontaktanordnung 21 der Baueinheit 6 sind zudem von einem als Dichtring 23 ausgebildeten Dichtelement 24 umgeben, die die entstehenden Verbindungsstellen vor Umwelteinflüssen schützt.

Wie in Fig. 3 ebenso erkenntlich ist, weisen die Kontakte 19 auf einer bestimmten Länge eine Ummantelung mit einem als Berührschutzvorrichtung dienenden, isolierendem Material 25 auf, das im Hinblick auf Fig. 4 und Fig. 5 näher erläutert wird. Fig. 4 zeigt einen Zustand, in dem beim Aufstecken der Baueinheit 6 der elektrische Kontakt zwischen dem Hochspannungskontakt 19 und dem Hochspannungskontakt 14 gerade eben hergestellt ist. Nachdem die Länge, über die der Kontakt 19 baueinheitseitig mit dem Material 25 überzogen ist, größer als die Tiefe der Aufnahme 20 bis zu dem Kontakt 14 gewählt ist, existiert ersichtlich im Spalt 26 zwischen der Baueinheit 6 und dem Gehäuse 7 keine freiliegende, Hochspannung führende, elektrisch leitende Fläche; der Berührschutz ist also gegeben. Zum Vergleich zeigt Fig. 5 eine Situation, in der tatsächlich innerhalb des Spalts 26 ein Teil der elektrisch leitenden Oberfläche des Hochspannungskontakts 19 freiliegt, wobei dieser allerdings weit von dem Hochspannungskontakt 14 entfernt ist, so dass kein Hochspannungsrisiko besteht.