Die vorliegende Erfindung betrifft ein Fahrzeug mit einen Hochvoltspeicher gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Ein derartiges Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher ist aus der DE 10 2012 215 848 A1 bekannt.

Hochvoltspeicher von Fahrzeugen werden häufig durch Kältemittel oder Kühlmittel gekühlt. Unter einem Kältemittel versteht man Subtanzen, welche in Kälte- bzw. Klimaanlagenkreisläufen verwendet werden. Kühlmittel sind Substanzen, die nicht verdampft werden, sondern im flüssigen Zustand zirkulieren und Wärme aus dem Hochvoltspeicher abführen. Häufig werden dabei sogenannte „Multiporttubes" eingesetzt, bei denen es sich um flache, relativ fragile Aluminiumrohrkonstruktionen handelt, welche von Kältemittel bzw. Kühlmittel durchströmt sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Fahrzeug mit einen Hochvoltspeicher zu schaffen, der einen kompakten Aufbau und weitere, darüber hinausgehende vorteilhafte Eigenschaften aufweist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.

Ausgangspunkt der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher, welcher ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse des Hochvoltspeichers weist einen Gehäuseboden auf, der im Wesentlichen parallel oder parallel zu einer Fahrbahn ist, auf der sich das Fahrzeug bewegt, und einen Gehäusedeckel, der beabstandet von dem Gehäuseboden angeordnet ist. Über Gehäusewände ist der Gehäuseboden mit dem Gehäusedeckel verbunden.

Im Inneren des Gehäuses des Hochvoltspeichers ist mindestens ein Element angeordnet, das im Folgenden als„Gehäusestrukturplatte" bezeichnet wird und das die Funktion einer kraftaufnehmenden Strukturkomponente und die Funktion eines Kühlers in sich vereint. Die Gehäusestrukturplatte weist eine größte Ebene auf, die senkrecht zum Gehäuseboden und senkrecht zum Gehäusedeckel ist. Die Gehäusestrukturplatte weist ferner eine Unterseite auf, welche dem Gehäuseboden zugewandt oder mit dem Gehäuseboden verbunden ist und eine Oberseite, welche dem Gehäusedeckel zugewandt oder mit dem Gehäusedeckel verbunden ist.

Im Inneren der Gehäusestrukturplatte ist mindestens ein Kühlkanal vorgesehen. Alternativ dazu können im Innern der Gehäusestrukturplatte auch zwei oder mehr als zwei z.B. parallele Kühlkanäle vorgesehen sein, die in ein und derselben oder in einander entgegengesetzten Richtungen von einem Kältemittel oder von einem Kühlmittel durchströmt sind. Wie oben bereits erläutert, versteht man unter einem Kältemittel eine Substanz, die einen Kältebzw. Klimaanlagenkreislauf durchströmt und dabei ganz oder zumindest teilweise verdampft wird. Ein Kühlmittel ist eine Kühlsubstanz, welche im gesamten Kühlkreislauf flüssig ist.

Auf einander abgewandten Seiten der Gehäusestrukturplatte, d. h. auf einer ersten Seite und einer der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte ist jeweils mindestens eine elektrische Speicherzelle angeordnet. Vorzugsweise sind auf der ersten Seite und der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils eine Vielzahl elektrischer Speicherzellen angeordnet. Die elektrischen Speicherzellen weisen jeweils einen positiven und einen negativen Anschlusspol (Anschlussterminal) auf. Einzelne Speicherzellen können dabei in Reihe oder parallel geschaltet sein. Mindestens ein Anschlusspol oder beide Anschlusspole einzelner oder aller Speicherzellen sind thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der ersten oder der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte verbunden.

Während des Betriebs des Hochvoltspeichers in den Speicherzellen entstehende Wanne wird dabei über Anschlusspole der Speicherzellen an die von Kältemittel oder Kühlmittel durchströmte Gehäusestrukturplatte abgegeben und über das Kältemittel bzw. Kühlmittel aus dem Gehäuse des Hochvoltspeichers abtransportiert und an eine Wärmesenke (z. B. Umgebung) oder eine zu beheizende Fahrzeugkomponente oder den Fahrgastraum abgegeben.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung erstreckt sich die Gehäusestrukturplatte zwischen zwei einander gegenüberliegenden Gehäusewänden, z. B. zwischen einer - in einer Längsrichtung des Fahrzeugs gesehen - Vorderwand und einer Rückwand des Gehäuses des Hochvoltspeichers. Vorzugsweise erstreckt sich die Gehäusestrukturplatte also parallel zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs, was den Vorteil hat, dass die Gehäusestrukturplatte bei einem Längscrash des Fahrzeugs sich einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers widersetzt.

Prinzipiell könnte die Gehäusestrukturplatte aber auch quer zu einer Längsrichtung des Fahrzeugs angeordnet sein. In diesem Fall würde sich die Gehäusestrukturplatte bei einem Seitencrash des Fahrzeugs einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers widersetzen.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung sind im Inneren der Gehäusestrukturplatte mehrere als„Vorlaufkanäle" fungierende Kühlkanäle und mehrere dazu parallele, als „Rücklaufkanäle" fungierende Kühlkanäle vorgesehen, die in einer entgegengesetzten Richtung wie die Vorlaufkanäle von Kältemittel oder Kühlmittel durchströmt werden. In Endbereichen der Gehäusestrukturplatte kann jeweils mindestens ein Umlenkleitungsabschnitt vorgesehen sein, über den ein Ende eines Vorlaufkanals mit einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals in Strömungsverbindung steht, oder umgekehrt. Ein solcher Umlenkleitungsabschnitt kann z. B. durch eine zwischen eine Stirnseite der Gehäusestrukturplatte und eine Gehäusewand eingesetzte separate Komponente gebildet sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass ein Stirnseite der Gehäusestrukturplatte unmittelbar bis an eine Gehäusewand heranreicht und mit dieser verbunden ist und der mindestens eine Umlenkabschnitt durch einen in die Gehäusewand integrierten Leitungsabschnitt gebildet ist, über den Kältemittel bzw. Kühlmittel vom Ende eines Vorlaufkanals zu einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals strömt, oder umgekehrt.

Wie oben bereits erwähnt, können auf der ersten Seite und der der ersten Seite abgewandten zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte eine Vielzahl von Speicherzellen angeordnet sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils mindestens ein durch mehrere elektrisch miteinander verschaltete Speicherzellen gebildeter Speicherzellenstapel angeordnet ist. Ferner kann vorgesehen sein, dass auf der ersten Seite und der zweite Seite der Gehäusestrukturplatte jeweils mehrere derartige Speicherzellenstapel angeordnet sind. Die einzelnen Speicherzellen eines Speicherzellenstapels können z. B. in Reihe elektrisch miteinander verschaltet sein.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass in Längsrichtung der Gehäusestrukturplatte hintereinander jeweils mehrere Speicherzellenstapel auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Gehäusestrukturplatte angeordnet sind.

Ferner kann vorgesehen sein, dass in dem Gehäuse des Hochvoltspeichers mindestens zwei parallel zueinander angeordnete Gehäusestrukturplatten vorgesehen sind, die jeweils eine erste und eine zweite Seite aufweisen, entlang derer jeweils mehrere Speicherzellenstapel angeordnet sind. Nach einer Weiterbildung der Erfindung weisen die Speicherzellen jeweils eine Oberseite und eine Unterseite auf, welche die größten Seiten der Speicherzelle bilden und welche im Wesentlichen parallel zum Gehäuseboden und zum Gehäusedeckel angeordnet sind.

Wie oben bereits erwähnt worden ist, ist jede Speicherzelle jeweils über mindestens einen ihrer Anschlusspole thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Gehäusestrukturplatte verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass der bzw. die Anschlusspole der Speicherzellen über eine thennisch leitende und elektrisch isolierende Klebstoffschicht mit der Gehäusestrukturplatte verbunden sind.

Wie oben bereits erwähnt, kann die Gehäusestrukturplatte dazu vorgesehen sein, in einem Crashfall Kräfte aufzunehmen und sich einer Verformung des Gehäuses des Hochvoltspeichers in Längsrichtung der Gehäusestrukturplatte zu widersetzen. Ferner kann die Gehäusestrukturplatte die Funktion eines sogenannten„Zugankers" übernehmen, d. h. es kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte unter Zugspannung steht und den Gehäuseboden und den Gehäusedeckel und/oder einander gegenüberliegende Gehäusewände, zwischen denen sich die Gehäusestrukturplatte erstreckt, zusammenspannt. Wenn sich die Speicherzellen während des Betriebs infolge von Alterungsprozessen und einem damit einhergehenden Entweichen von Elektrolytsubstanzen in das Speicherzellengehäuseinnere aufweiten, d. h. wenn Speicherzellen während des Betriebs ausbauchen, können entsprechende Kräfte von der unter Zugspannung stehenden Gehäusestrukturplatte aufgenommen werden. Die Gehäusestrukturplatte widersetzt sich dabei einem Ausbauchen des Gehäuses des Hochvoltspeichers, d. h. einem Ausbauchen des Gehäusebodens und des Gehäusedeckels und/oder einander gegenüberliegender Gehäusewände, zwischen denen sich die Gehäusestrukturplatte erstreckt. Die Gehäusestrukturplatte kann z. B aus Aluminium oder aus einer Aluminiumlegierung bestehen. Sie kann beispielsweise in einem Strangpressverfahren hergestellt werden. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, dass die Gehäusestrukturplatte aus Kunststoff besteht und z. B. in einem Strangpressverfahren hergestellt worden ist oder dass die Gehäusestrukturplatte aus Kunststoff besteht, wobei in den Kunststoff Kühlkanäle bildende Rohre eingegossen bzw. eingespritzt worden sind.

Wie oben bereits erwähnt kann vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden und der Gehäusedeckel über die Gehäusestrukturplatte zusammengespannt sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden verschweißt ist, z.B. durch Laserschweißen oder durch MIG-Schweißen. Alternativ oder ergänzend dazu kann vorgesehen sein, dass die Gehäusestrukturplatte mit dem Gehäusedeckel und/oder mit dem Gehäuseboden verklebt und/oder durch eine oder mehrere Schraubverbindungen verbunden ist.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass einzelne oder alle Gehäusewände unter Zugspannung stehen und den Gehäuseboden und den Gehäusedeckel zusammenspannen.

Ferner kann vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden ein aus mindestens zwei Schichten aufgebautes Sandwichbauteil ist. Derartige Sandwichbauteile weisen eine relativ hohe Biegesteifigkeit auf, was einem Ausbeulen des Gehäuses des Hochvoltspeichers entgegenwirkt. Ein derartiges Sandwichbauteil kann z. B. aus Kunststoff oder aus Metall oder aus einem Verbundmaterial (z. B. faserverstärkter Kunststoff) sein oder sowohl aus Kunststoff als auch aus Metall bestehen. Es sei ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Gehäuseboden nicht notwendigerweise als Sandwichbauteil ausgeführt sein muss, sondern z. B. auch durch eine „einfache", d.h. einschichtige Platte gebildet sein kann. Eine Unterseite des Gehäusebodens kann gleichzeitig eine Unterseite des Fahrzeugs bilden. Ein relativ steifer Gehäuseboden, z.B. in Sandwichbauweise würde die Speicherzellen im Falle eines„Aufsetzens" des Fahrzeugs auf einem Untergrund von unten her schützen. Um die Gefahr eines Aufsetzens in Grenzen zu halten, kann vorgesehen sein, dass der Abstand zwischen der Unterseite des Gehäusebodens und einer Fahrbahn, auf der das Fahrzeug steht, im Bereich zwischen 120mm und 200mm oder im Bereich zwischen 120mm und 150mm liegt.

Wie bereits erwähnt, kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle der Gehäusestrukturplatte von einem Kältemittel oder einem Kühlmittel durchströmt sind. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Kühlkanäle der Gehäusestrukturplatte an einen Kältemittelkreislauf, z. B. einen Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage des Fahrzeugs, angeschlossen und von einem Kältemittel durchströmt sind. Ein derartiger Kältemittelkreislauf weist ein Expansionsorgan auf. Vorzugsweise ist das Expansionsorgan eines solchen Kältemittelkreislaufs im Bereich einer der Gehäusewände oder des Gehäusedeckels oder des Gehäusebodens des Hochvoltspeichers, d. h. in der Nähe des Hochvoltspeichers oder unmittelbar am Hochvoltspeicher angeordnet. Expandierendes und sich dabei abkühlendes Kältemittel strömt dann unmittelbar nach dem Expansionsvorgang in den Hochvoltspeicher bzw. in die der Gehäusestrukturplatte vorgesehenen Kühlkanäle ein, wodurch sich eine optimale Kühlwirkung erzielen lässt. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen dem Expansionsorgan und einer Gehäusewand des Hochvoltspeichers kleiner als 20cm, insbesondere kleiner als 10cm, insbesondere kleiner als 5cm. Vorzugsweise ist das Expansionsorgan unmittelbar an einer Wand des Hochvoltspeichergehäuses angeordnet.

Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass das Expansionsorgan unmittelbar an einem Flansch, an dem eine Kältemitteleitung des Kältemittelkreislaufs an den Hochvoltspeicher angeflanscht ist, angeordnet ist. Ferner können mehrere Expansionsorgane vorgesehen sein. Beispielsweise kann jedem Kuhlkanaleingang jeweils ein separates Expansionsorgan zugeordnet sein.

Ferner ist es von Vorteil, wenn der Abstand zwischen einem Kältemittelverdichter des Kältemittelkreislaufs und dem Gehäuse des Hochvoltspeichers gering ist. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Kältemittelleitungslänge zwischen dem Kältemittelverdichter und dem Eintritt in das Gehäuse des Hochvoltspeichers kleiner als 100cm oder vorzugsweise kleiner als 50cm beträgt.

Bei den Speicherzellen des Hochvoltspeichers kann es sich z.B. um sogenannte„Pouch-Zellen" handeln. Jede dieser Zellen kann ein aus Blech bestehendes Gehäuse aufweisen oder von einem aus einer Metallfolie bestehenden Behältnis umgeben sein. Das .Behältnis", welche eine solche Zelle umgibt, kann auch aus einer Kunststofffolie bestehen, die mit einer Metallschicht, z.B. einer Aluminiumschicht, beschichtet oder bedampft ist.

Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine perspektivische Darstellung eines Hochvoltspeichers gemäß der Erfindung;

Figur 2 eine Draufsicht auf den Hochvoltspeicher der Figur 1 ;

Figur 3 eine Schnittansicht entlang der in Figur 2 dargestellten Schnittlinie

A-A; und

Figur 4 eine vergrößerte Darstellung des Hochvoltspeichers im Bereich, in dem Anschlusspole der Speicherzellen mit der Gehäusestrukturplatte thermisch leitend verbunden sind. Figur 1 zeigt einen Hochvoltspeicher 1, der ein Gehäuse aufweist. Das Gehäuse weist einen hier nicht näher dargestellten Gehäusedeckel und einen beabstandet von dem Gehäusedeckel angeordneten Gehäuseboden 2 auf. Der Gehäuseboden 2 und der beabstandet von dem Gehäuseboden 2 parallel angeordnete Gehäusedeckel (nicht dargestellt) sind über Gehäusewände miteinander verbunden, nämlich über eine Vorderwand 3, eine Rückwand 4, eine rechte Seitenwand 5a, 5b und eine linke Seitenwand 6a, 6b. Der Hochvoltspeicher 1 kann so in einem Fahrzeug angeordnet sein, dass die Seitenwände 5a, 5b bzw. 6a parallel zu einer Fahrzeuglängsrichtung 7 sind.

In dem Gehäuse des Hochvoltspeichers 1 sind mehrere Stapel elektrischer Speicherzellen angeordnet. Die Speicherzellenstapel sind den Figuren 1 , 2 mit den Bezugszeichen 8a - 8j bezeichnet.

Die Speicherzellenstapel 8a, 8b, sind in Fahrtrichtung 7 hintereinander angeordnet. Ebenso sind beispielsweise die Speicherzellenstapel 8c, 8d, 8e in Fahrtrichtung 7 hintereinander angeordnet. Zwischen den Speicherzellenstapeln 8a, 8b einerseits und den Speicherzellenstapeln 8c, 8d, 8e andererseits erstreckt sich in Längsrichtung 7 des Hochvoltspeichers 1, bzw. des Fahrzeugs ein als„Gehäusestrukturplatte 9" (vgl. Figur 3) bezeichnetes Element. Ebenso erstreckt sich zwischen den Speicherzellenstapeln 8i, 8j einerseits und den Speicherzellenstapeln 8f, 8g, 8h andererseits ebenfalls eine Gehäusestrukturplatte 10, die genau so aufgebaut sein kann, wie die Gehäusestrukturplatte 9.

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, ist die Gehäusestrukturplatte 9 hier symmetrisch bezüglich einer Mittelebene 11 aufgebaut. Die Mittelebene 11 bzw. „große Seiten" der Gehäusestrukturplatte 9 sind senkrecht zum Gehäuseboden 2 und zum Gehäusedeckel des Hochvoltspeichers 1 und somit senkrecht zu einer Fahrbahn, auf der ein Fahrzeug, in das der Hochvoltspeicher 1 eingebaut ist, steht. Die in Figur 3 gezeigte Gehäusestrukturplatte 9 weist auf jeder ihrer beiden Seiten integrierte Kühlkanäle auf, von denen lediglich exemplarisch zwei Kühlkanäle mit den Bezugszeichen 12, 13 bezeichnet sind. Bei den Kühlkanal

12 kann es sich beispielsweise um einen Vorlaufkanal und bei dem Kühlkanal

13 um einen Rücklaufkanal handeln. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass der Kühlkanal 12 in einer Richtung, die in die Zeichenebene hineingerichtet ist, von einem Kühlmittel oder einem Kältemittel durchströmt ist und der Kühlkanal 13 in einer Richtung, die aus der Zeichenebene herausgerichtet ist.

Dadurch fungiert die Gehäusestrukturplatte 9 als eine Art „Gegenstromwärmetauscher". An stirnseitigen Enden der Gehäusestrukturplatte 9 können jeweils Umlenkleitungsabschnitte vorgesehen sein, über die ein Ende eines Vorlaufkanals 12 mit einem Kanalanfang eines Rücklaufkanals 13 in Fluidverbindung steht, ähnlich wie dies bei Gegenstromwärmetauschern der Fall ist. Auf den beiden einander abgewandten Seiten der Gehäusestrukturplatte 9 sind z.B. die Speicherzellenstapel 8a, 8d angeordnet, die jeweils durch mehrere übereinander gestapelte Speicherzellen 14a, 14b, 14c etc. gebildet sind. Jede der Speicherzellen weist jeweils mindestens einen Anschlusspol 15a, 15b, 15c, etc. auf. Die Anschlusspole 15a, 15b, 15c etc. der Speicherzellen 14a, 14b, 14c etc. sind thermisch leitend und elektrisch isoliert mit der Gehäusestrukturplatte 9 verbunden.

Über die Anschlusspole 15a, 15b, 15c kann in den Speicherzellen 14a, 14b, 14c entstehende Wärme an die Gehäusestrukturplatte 9 abgegeben und über die durch die Kühlkanäle 12, 13 strömende Kühlflüssigkeit bzw. das durch die Kühlkanäle 12, 13 strömende Kältemittel aus dem Hochvoltspeicher 1 abgeführt werden.

Wie aus Figur 3 ersichtlich ist, weist die Gehäusestrukturplatte 9 ein Kastenbzw. Rechteckprofil auf, welches dem Hochvoltspeicher 1 in Längsrichtung 7 eine vergleichsweise hohe Steifigkeit verleiht. Bei einem Längscrash des Fahrzeugs widersetzt sich somit die Gehäusestrukturplatte 9 einer Deformierung des Gehäuses des Hochvoltspeichers 1.

Zusätzlich kann die Gehäusestrukturplatte 9 die Funktion eines„Zugankers" übernehmen, sofern der Gehäuseboden 2 und der Gehäusedeckel (nicht dargestellt) über die Gehäusestrukturplatte 9 zusammengespannt sind. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass der Gehäuseboden 2 der Gehäusedeckel (nicht dargestellt) mit einer Unterseite bzw. einer Oberseite der Gehäusestrukturplatte 9 verschweißt und/oder verschraubt und/oder verklebt oder in anderer Weise verbunden ist. Die Gehäusestrukturplatte 9 widersetzt sich somit Kräften, welche den Gehäuseboden 2 bzw. den Gehäusedeckel ausbeulen würden.

Figur 4 zeigt in vergrößerter Darstellung den Schnitt durch den Hochvoltspeicher 1 im Bereich der Gehäusestrukturplatte 9. Wie aus Figur 4 ersichtlich ist, ist ein Pluspol der Speicherzelle 14a elektrisch mit einem Minuspol der Speicherzelle 14b verbunden. Gleichzeitig sind die beiden Anschlusspole 14a, 14b thermisch leitend, z. B. über eine thermisch leitende Klebstoffschicht 16, mit einer Außenseite der Gehäusestrukturplatte 9 verbunden, wodurch ein guter Wärmeübergang zwischen den Anschlusspolen 15a, 15b und der Gehäusestrukturplatte 9 erreicht wird.

Wie aus den Figuren 1 und 2 ersichtlich ist, kann z.B. an oder in der Nähe der Vorderwand 3 (oder einer anderen Gehäusewand) ein Expansionsorgan 17 angeordnet sein, in dem Kältemittel, welches die Kühlkanäle, die in den Gehäusestrukturplatten 9, 10 enthalten sind, einströmt, entspannt wird.