DE10064648A1 - Aufladeelementvorrichtung - Google Patents

Abstract

Aufladeelementeinheit, umfassend säulenförmige Aufladeelementmodule, die durch Verbinden zylindrischer Zellen in Reihe über einen Isolierring gebildet werden, wobei das Modul an seinen entgegengesetzten Enden eine Klemme hat; Aufladeelementmodulgruppen, gebildet durch seitliches paralleles Aneinanderreihen von Aufladeelementmodulen; Modulaufbau, gebildet durch Übereinanderanordnen der Modulgruppen in mehreren Etagen; Sammelschienenplatten, die an den entgegengesetzten Enden des Aufbaus angeordnet und mit den Klemmen verbunden sind; Sammelschienen, die außerhalb der Sammelschienenplatte angeordnet sind und die Klemmen in Reihe schalten; Gehäuse, in dem Kühlluft strömt und der Aufbau enthalten ist; und Montageplatten mit einem Sicherungsring zur sicheren Befestigung des Isolierrings, wobei Montageplatten unter der untersten Modulgruppe, über der obersten Modulgruppe und zwischen den dazwischenliegenden Modulgruppen vorgesehen sind. Die Montageplatten sind zu einer Einheit verbunden, um den Isolierring durch die Sicherungsrippen sicher zu halten, wobei eine Drehbegrenzungseinrichtung für den Isolierring am Isolierring und an der Sicherungsrippe vorgesehen ist.

Description

Hintergrund der Erfindung 1. Gebiet der Technik

Die Erfindung betrifft eine Aufladeelementeinheit, wie sie in Elektrofahrzeuge, Hybrid-Elektrofahrzeuge und dergleichen als Antriebsquelle eingebaut ist. Die Erfindung betrifft jede Art von Aufladeelementeinheiten mit Brennstoffzellen wie Nickel- Wasserstoff-Batterien und Lithiumbatterien sowie Energiespei­ chereinrichtungen wie Doppelschichtkondensatoren ("ultra­ capacitors").

2. Stand der Technik

Es ist eine Aufladeelementeinheit bekannt, bei der mehrere zylindrische Zellen miteinander verbunden sind, so dass sich ein säulenförmiges Batteriemodul ergibt. Mehrere Module aus zylindrische Batterien sind parallel nebeneinander zu einer Gruppe angeordnet und mehrere Gruppen übereinander angeord­ net. Alle Batteriemodule sind zur Erzeugung von Hochspannung in Reihe geschaltet. Beispielsweise offenbart die japanische Patentanmeldung, Erstveröffentlichung Nr. 10-270006, eine Aufladeelementeinheit, die in einem Gehäuse untergebracht ist und bei der Batteriemodule in drei Reihen angeordnet sind, die in sieben Etagen übereinander angeordnet sind. Jedes Bat­ teriemodul wird durch Öffnungen, die in den Abschlusswänden des Gehäuses und in Trennwänden innerhalb des Gehäuses vorge­ sehen sind, hindurchgeführt und in der Anordnung dadurch be­ festigt, dass ihre entgegengesetzten Klemmen in Harzendplat­ ten befestigt werden, die an den Abschlusswänden angebracht sind. Die Aufladeelementeinheit verträgt große Wärmemengen, weil Kühlluft in Aufbaurichtung (Vertikalrichtung) durch den durch die Trennwände unterteilten Raum in Axialrichtung auf die Batteriemodule geblasen wird.

Bei dem Batteriemodul ist die Klemme mit der Endplatte ver­ bunden, und benachbarte Klemmen werden durch eine Sammel­ schienenplatte angeschlossen und gehalten, wodurch die Enden des Batteriemoduls gut gesichert sind. Der dazwischenliegende Teil des Batteriemoduls dagegen hat einen Abstand zur Um­ fangslinie der Öffnung, was zu Schwingungen und Verbiegungen des Batteriemoduls führt. Die vorgeschlagene Einheit ist des­ halb so gestaltet, dass auf die Trennwand ein Gummidämpfungs­ glied laminiert ist, ein Dämpfungsring in das Gummidämpfungs­ glied integriert ist und das Batteriemodul durch den Dämp­ fungsring geführt wird, damit der Zwischenteil des Batterie­ moduls gehalten wird und Schwingungen und Verbiegungen dieses Teils eingeschränkt werden.

Bei der Ausführung, bei der das Batteriemodul so ausgerichtet ist, dass es durch die in den Abschlusswänden und den Trennwänden vorgesehene Löcher geführt wird, müssen diese Löcher größer sein als der Außendurchmesser des Batteriemoduls, wenn auch nur um Weniges, so dass Schwingungen und Verbiegungen des Moduls unvermeidlich sind. Obwohl der vorbezeichnete Dämpfungsring den Zwischenteil der Batterie hält, ist sie nicht befestigt und nicht vollständig immobilisiert, so dass es durch Schwingungen und Stöße im Fahrbetrieb des Fahrzeugs zu Schwingungen und Verbiegungen kommt. Wenn diese Schwingungen und Verbiegungen des Batteriemoduls groß sind, kann die auf den befestigten Teil der Endplatte einwirkende Belastung zunehmen, und es kann dazu kommen, dass die Endplatte bricht oder der befestigte Teil sich löst. Deshalb müssen die Befestigung und die Endplatte selbst verstärkt werden, wodurch sich wiederum das Gesamtgewicht der Einheit erhöht.

Weil die Kühlluft an dem Batteriemodul entlangströmt, kann bei dem beschriebenen Kühlkonzept außerdem die Kühlwirkung mit zunehmender Entfernung vom Einlassbereich abnehmen, auch wenn der Einlassbereich gekühlt wird. Dadurch haben die Bat­ teriemodule eine unterschiedliche Temperatur, was die Lebens­ dauer der Einheit verkürzt und zu einer Minderung der Leis­ tungsfähigkeit hinsichtlich der effizienten Wiederholung von Aufladung und Entladung führt.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist somit eine Aufgabe der Erfindung, die nachstehend be­ schriebenen Aufladeelementeinheiten zur Verfügung zu stellen. Bei Aufladeelementeinheiten, die aus mehreren Aufladeelemen­ ten oder Batteriemodulen aufgebaut sind, können Schwingungen und Verbiegungen wirksam begrenzt und die auf Befestigungsbe­ reiche an entgegengesetzten Enden ausgeübten Kräfte reduziert werden, wodurch die Festigkeit der Befestigung erhöht und das Gewicht verringert werden. Außerdem können alle Aufladeele­ mente ausreichend und gleichmäßig gekühlt werden, wodurch Auflade- und Entladeeffizienz und die Lebensdauer erhöht wer­ den können.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Aufladeele­ menteinheit zur Verfügung gestellt, die folgendes umfasst: säulenförmige Aufladeelementmodule, die durch Verbindung zy­ lindrischer Zellen in Reihe über einen Isolierring gebildet werden, wobei das Modul an gegenüberliegenden Enden eine Klemme hat; Aufladeelementmodulgruppen, die durch paralleles Nebeneinanderanordnen der Aufladeelementmodule entstehen; ei­ nen Aufbau der Aufladeelementmodule, der durch Übereinander­ anordnen der Aufladeelementmodulgruppen in mehreren Etagen entsteht; Sammelschienenplatten, die an den gegenüberliegen­ den Enden des Aufladeelementmodulaufbaus angeordnet und mit den Klemmen verbunden sind; Sammelschienen, die außerhalb der Sammelschienenplatte angeordnet sind und die Klemmen in Reihe verbinden; ein Gehäuse, durch welches Kühlluft strömt und in dem der Aufladeelementmodulaufbau aufgenommen ist; und Monta­ geplatten mit einem Sicherungsring zum Halten und Befestigen des Isolierrings, wobei die Montageplatte unter der untersten Aufladeelementmodulgruppe, über der obersten Aufladeelement­ modulgruppe und zwischen den dazwischenliegenden Aufladeele­ mentmodulgruppen vorgesehen ist, wobei die Montageplatten zu einer Einheit verbunden sind, um den Isolierring über die Si­ cherungsrippen halten; eine Anordnung zur Drehbegrenzung des Isolierrings ist am Isolierring und an der Sicherungsrippe vorgesehen.

Erfindungsgemäß wird der von den Zellen gehaltene Isolierring von den Sicherungsrippen der Montageplatten gehalten und ge­ sichert, so dass der Zwischenabschnitt des Aufladeelementmo­ duls von den Montageplatten gehalten wird. Dadurch sind Schwingungen und Verbiegungen des Moduls eingeschränkt und die auf die gegenüberliegenden Sicherungsabschnitte der Sam­ melschienenplatten einwirkende Belastung verringert. Infolge­ dessen sind die Festigkeit der Sicherung erhöht und das Ge­ wicht des Aufladeelementmoduls verringert. Außerdem ist die Drehung des Isolierrings eingeschränkt, so dass die erforder­ liche Festigkeit der Sicherung des Isolierrings durch die Montageplatten verringert und damit das Gewicht weiter redu­ ziert werden kann.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Montageplatte Ausricht- bzw. Gleichrichtplatten auf, die zwischen den Aufladeelementmodulen angeordnet sind und in A­ xialrichtung der Aufladeelementmodule verlaufen, wodurch Kühlluft durch den Abstand zwischen den Ausrichtplatten in Richtung des Aufladeelementmodulaufbaus strömt. Der Aufbau der Aufladeelementmodule hat eine Oberseite und eine Unter­ seite, von den eine als Kühllufteinlassfläche dient, und der Aufbau der Aufladeelementmodule ist schräg, so dass die Kühl­ lufteinlassfläche zur aufströmenden Kühlluft weist.

Die Ausrichtplatten sind so mit der Montageplatte verbunden, dass die beiden Elemente eine Einheit bilden und die Montage vereinfacht und effizienter ausgeführt werden kann. Durch Schräganordnung des Aufladeelementmodulaufbaus kommt frische Kühlluft unmittelbar in Kontakt mit der gesamten Oberfläche einer Kühllufteinlassfläche, mit der der Aufladeelementmodul­ aufbau versehen ist; die Kühlluft strömt von der Einlassflä­ che aus auf ihrem Weg durch die Ausrichtplatten in Richtung des Aufbaus der Aufladeelementmodule. Dadurch können Menge und Strömungsgeschwindigkeit der in axialer Richtung und in Richtung des Aufbaus der Aufladeelementmodule strömenden Kühlluft gleichmäßig sein, so dass die Aufladeelementmodule gleichmäßig gekühlt und Lade- und Entladeeffizienz sowie die Lebensdauer der Module erhöht werden.

Zu beachten ist, dass die Anzahl der Etagen von Aufladeele­ mentmodulgruppen kleiner sein kann als die Anzahl der Aufla­ deelementmodule, welche die Aufladeelementmodulgruppe bilden. Eine solche Anordnung kann die Kühleffizienz fördern und die Anzahl der Montageplatten verringern.

Um Fehlverbindungen beim Anschluss der Klemmen mit unter­ schiedlicher Polarität über die Sammelschiene zu vermeiden, sind die nachgenannten Anordnungen bevorzugt.

Das Aufladeelementmodul kann Klemmen entgegengesetzter Pola­ rität aufweisen; auf einem konzentrischen Kreis auf den Klem­ men sind vier Vorsprünge ausgebildet, ein Ende der Sammel­ schiene wird an der Innenseite der Vorsprünge befestigt; die Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der einen Polarität ist gegenüber der Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der anderen Polarität versetzt, so dass ein Vorsprung an dem her­ ausgeführten Abschnitt der Sammelschiene sitzt. Die konzen­ trischen Kreise können einen unterschiedlichen Durchmesser haben. Die Sammelschiene kann ein Loch aufweisen, in das ein Vorsprung aufgenommen wird, damit der Anschluss der Klemmen durch die Sammelschiene ermöglicht wird.

Durch vorstehende Anordnung kann die Sammelschiene nur mit den richtigen Klemmen verbunden werden, so dass jede Fehlver­ bindung vermieden wird. Der Vorsprung nimmt Verwindungskräfte auf und dient als Drehbremse, wenn die Sammelschiene durch einen Bolzen gesichert ist, so dass die Betriebssicherheit erhöht werden kann.

Nach einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Aufladeele­ mentvorrichtung zur Verfügung gestellt, die folgendes um­ fasst: säulenartig angeordnete Aufladeelementmodule, die durch Verbindung zylindrischer Zellen in Reihe über einen I­ solierring gebildet wird, wobei das Modul an seinen gegenü­ berliegenden Enden je eine Klemme hat; Aufladeelementmodul­ gruppen, die durch paralleles Nebeneinanderanordnen der Auf­ ladeelementmodule gebildet werden; Sammelschienenplatten, die an den gegenüberliegenden Enden des Aufladeelementmodulauf­ baus angeordnet und mit den Klemmen verbunden sind; Sammel­ schienen auf der Außenseite der Sammelschienenplatte zum An­ schluss der Klemmen in Reihe; ein Gehäuse, durch welches Kühlluft strömt und welches den Aufladeelementmodulaufbau aufnimmt; und Montageplatten, die voneinander beabstandet in axialer Richtung des Aufladeelementmoduls angeordnet sind, wobei die Montageplatten so angeordnet sind, dass die Aufla­ deelementmodule in sie eingesetzt werden und auf der Umfangs­ linie zu einer Aufladeelementmodulgruppe ausgerichtet sind; Halten und Sichern des Isolierrings, wobei die Montageplatten unter der untersten Aufladeelementmodulgruppe, über der o­ bersten Aufladeelementmodulgruppe und zwischen den dazwischen liegenden Aufladeelementmodulgruppen angeordnet sind; einen Kühlluftpfad in einem radialen Innenbereich oder einem radia­ len Außenbereich der Aufladeelementmodulgruppe, wobei die Montageplatte Befestigungsrippen zum Befestigen und Sichern der Isolierringe hat und auf dem Isolierring und der Befesti­ gungsrippe eine Drehbegrenzungseinrichtung für den Isolier­ ring vorgesehen ist.

Erfindungsgemäß strömt Kühlluft im radialen Innenraum oder Außenraum der Aufladeelementmodulgruppe, die auf der Umfangs­ linie ausgerichtet ist, so dass die Aufladeelementmodule auf ihrer gesamten Länge mit frischer Kühlluft Kontakt haben. Da­ durch werden die Aufladeelementmodule gleichmäßig gekühlt, was die Lade- und Entladeeffizienz erhöht und die Lebensdauer verlängert.

Außerdem ist der von den Zellen gehaltene Isolierring an den Sicherungsrippen der Montageplatten befestigt und gesichert, so dass der Mittelteil des Aufladeelementmoduls von den Mon­ tageplatten gehalten wird. Dadurch werden Schwingungen und Verbiegungen des Moduls eingeschränkt und die auf die gegenü­ berliegenden Sicherungsabschnitte der Sammelschienenplatten wirkende Belastung verringert. Infolgedessen erhöht sich die Festigkeit der Sicherung bei verringertem Gewicht des Aufla­ deelementmoduls. Außerdem wird die Drehung des Isolierrings eingeschränkt, so dass die erforderliche Festigkeit der Si­ cherung des Isolierrings durch die Montageplatten verringert werden und das Gewicht weiter reduziert werden kann.

Zur Ausrichtung auf der Umfangslinie und zum Anschluss der Klemmen über Sammelschienen und zur Vermeidung von Fehlverbindungen beim Anschluss der Klemmen über die Sammelschiene sind erfindungsgemäß die nachgenannten Anordnungen bevorzugt.

Das Aufladeelementmodul kann bei den Klemmen entgegengesetzte Polaritäten haben, und es können auf einem konzentrischen Kreis auf den Klemmen vier Vorsprünge ausgebildet werden. Ein Ende der Sammelschiene kann mit der Innenseite der Vorsprünge verbunden werden, wobei die Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der einen Polarität gegenüber der Phase der Vor­ sprünge auf der Klemme mit der anderen Polarität um K° ver­ setzt werden kann, wobei K° nach nachstehender Gleichung (1) berechnet wird, in der die Anzahl der Aufladeelementmodule mit "H" angegeben ist, so dass ein Vorsprung am herausgeführ­ ten Abschnitt der Sammelschiene sitzt:

360/H = K (1)

Die konzentrischen Kreise können einen unterschiedlichen Durchmesser haben. Außerdem kann die Sammelschiene ein Loch haben, in welchem der eine Vorsprung aufgenommen wird, um den Anschluss der Klemmen über die Sammelschiene zu ermöglichen. Andererseits kann die Sammelschiene ein Loch haben, in dem der Vorsprung aufgenommen wird, um den Anschluss der Klemmen über die Sammelschiene zu ermöglichen.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen nach dem ersten und dem zweiten Aspekt der Erfindung erläutert.

Die Vorrichtung kann einen Verbindungsring aufweisen, an dem die Aufladeelemente in Reihe angeschlossen sind, wobei der Verbindungsring mit dem Isolierring und dem Außenmantel des Aufladeelements, das eine Polarität aufweist und das andere Aufladeelement berührt, verbunden ist. Der Verbindungsring und der Isolierring können eine Positioniereinrichtung zu ihrer Positionierung auf der Umfangslinie haben. Der Isolier­ ring kann zumindest einen Teil der Außenfläche des Verbin­ dungsrings bedecken.

Bei einem Aufladeelementmodul sind die Klemmen unterschiedli­ cher Polarität normalerweise unterschiedlich gestaltet, um Fehlanschlüsse zu vermeiden. Bei vorstehender Ausführungsform kann durch Anschluss der Aufladeelemente während der Positio­ nierung des Isolierrings und des Verbindungsrings über die Positioniereinrichtung ein Aufladeelementmodul gebildet wer­ den, bei dem die Relativpositionen der entgegengesetzten Klemmen auf der Umfangslinie konstant sind. Durch Verwendung solcher Aufladeelementmodule kann die Sammelschiene leicht mit den Klemmen verbunden werden. Außerdem ragt der Isolier­ ring, der zumindest einen Teil der Außenfläche des Verbin­ dungsrings bedeckt, radial über den Verbindungsring hinaus. Daher können die Sicherungsrippe und die Montageplatten aus einem nicht isolierenden Material sein, und zwar aus einem Material mit sehr gutem Festigkeit/Gewicht-Verhältnis und Steifigkeit/Gewicht-Verhältnis wie hochfesten Magnesiumlegie­ rungen und hochsteifen Aluminiumlegierungen, wodurch eine weitere Gewichtsverminderung möglich wird.

Das Aufladeelementmodul kann bei den Klemmen entgegengesetzte Polaritäten haben, wobei die Klemme mit der einen Polarität einen anderen Querschnitt aufweisen kann als die Klemme mit der anderen Polarität und wobei die Klemme in ihrer Mitte ei­ ne Anschlussstelle haben kann. Die Sammelschienenplatte kann zu den Klemmen passende Löcher haben, und die Sammelschienen­ platte kann mit den Aufladeelementmodulen verbunden werden, indem die Klemmen mit den entsprechenden Löchern verbunden werden.

Bei der erfindungsgemäßen Aufladeelementeinheit ist ein Paar Klemmen unterschiedlicher Polarität nebeneinanderliegender Aufladeelementmodule in Reihe geschaltet. Da die Klemmen in vorspringender Form mit unterschiedlichem Querschnitt gestal­ tet sind, lassen sich die unterschiedlichen Polaritäten leicht erkennen, so dass bei Anschlüssen gleicher Polarität falsche Anschlüsse verhindert werden können. Indem in den Sammelschienenplatten Löcher ausgebildet werden, die den Klemmen entsprechen, und die Klemmen damit verbunden werden, kann ein falscher Anschluss der Sammelschienenplatte vermie­ den werden und die Montage reibungslos vonstatten gehen.

Bei der Ausgestaltung der Querschnitte der Klemmen unter­ schiedlicher Polarität können die Plusklemme und die Minus­ klemme einen in etwa sternförmigen oder kreisförmigen Quer­ schnitt erhalten. Damit sind die unterschiedlichen Polaritä­ ten gleich ersichtlich und leicht zu unterscheiden.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Darstellung einer Batterieeinheit entspre­ chend einer ersten Ausführungsform der Erfin­ dung.

Fig. 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemodulaufbaus entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 ist eine perspektivische Ansicht der Verbin­ dungsanordnung von Zellen entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 4 ist ein teilweiser Querschnitt einer Verbin­ dungsanordnung von Zellen entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 5A ist eine Vorderansicht einer Plusklemme und einer Minusklemme des Batteriemoduls sowie einer Sammelschiene und von Bolzen für den Anschluss der Klemmen.

Fig. 5B ist eine Vorderansicht des Zustands, in dem die Plusklemme und die Minusklemme entspre­ chend der ersten Ausführungsform der Erfin­ dung miteinander verbunden sind.

Fig. 6 ist eine perspektivische Ansicht einer Ver­ bindungsanordnung für Klemmen der Batteriemo­ dule entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 7 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich Ausrichtplatten der Batterieeinheit entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 8 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich die Sicherungsanordnung für die Bat­ teriemodule der Batterieeinheit entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 9 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich Sammelschienen und Sammelschienen­ platten der Batterieeinheit entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht einer Ver­ bindungsanordnung für Zellen entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 11 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Batterieeinheit entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 12 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich Ausrichtplatten der Batterieeinheit entsprechend der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 13 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Batterieeinheit entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 14 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich Ausrichtplatten der Batterieeinheit entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 15 ist ein vertikaler Querschnitt, der haupt­ sächlich die Sicherungsanordnung der Batte­ riemodule der Batterieeinheit entsprechend der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht einer Batte­ rieeinheit entsprechend der vierten Ausfüh­ rungsform der Erfindung.

Fig. 17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 18 ist eine perspektivische Ansicht, die die Ausrichtung von Batteriemodulen entsprechend der vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt.

Fig. 19A ist ein Querschnitt der Batteriemodulanord­ nung von der Seite, und

Fig. 19B ist ein Querschnitt der Batteriemodulanord­ nung von vorn, jeweils entsprechend der vier­ ten Ausführungsform der Erfindung.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher beschrieben.

1. Ausführungsform

Fig. 1 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Batterieeinheit entsprechend der ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Batterieeinheit kann zur Lieferung der An­ triebsenergie in Elektrofahrzeuge und Elektrofahrzeuge mit Hybridantrieb eingebaut werden. Die Batterieeinheit ist so aufgebaut, dass mehrere säulenförmige Batteriemodule 10, be­ stehend aus mehreren zylindrischen Zellen, seitlich nebenein­ ander ausgerichtet und in mehreren Etagen übereinander ange­ ordnet werden, wobei die Module in einem Gehäuse 40 unterge­ bracht und in Reihe geschaltet sind. Fig. 2 ist eine schema­ tische perspektivische Ansicht, die die Aufbauanordnung des Batteriemoduls 10 zeigt.

Das Batteriemodul 10 ist so aufgebaut, dass mehrere Zellen 1 (sechs bei dieser Ausführungsform) körperlich in einer Reihe miteinander verbunden und elektrisch in Reihe geschaltet wer­ den. Wie Fig. 3 und 4 zeigen, wird die Außenfläche der Zelle 1 von einem zylindrischen Außenmantel 3 aus Metall gebildet, der an seinem Ende als negative Elektrode 2 dient. Die Ober­ fläche am entgegengesetzten Ende der Zelle 1 ist mit einer positiven Elektrode 5 versehen, die durch ein Dichtungsele­ ment 4 gegenüber dem Metallaußenmantel 3 isoliert ist.

Die Verbindung der Zellen 1 wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 und 4 erläutert.

Die Zellen 1 werden mittels eines zylindrischen Verbindungs­ rings 20 in Reihe miteinander verbunden. Der Verbindungsring 20 weist einen zylindrischen Teil 21 und eine Endfläche 22 auf. Ein Teil der Endfläche 22 wird durch Punktschweißung mit der positiven Elektrode 5 der Zelle 1 verbunden, und der zy­ lindrische Teil 21 wird durch Punktschweißung mit der negati­ ven Elektrode 2 einer anderen Zelle 1 verbunden. Auf diese Weise werden die Zellen 1 in Reihe geschaltet.

Zur Kurzschlussvermeidung wird zwischen dem Verbindungsring 20 und der Zelle 1, deren positive Elektrode 5 an den Verbin­ dungsring 20 angeschweißt ist, ein Isolierring 30 angebracht. Der Mittenteil der Endfläche 22 des Verbindungsrings 20 hat Vorsprünge in axialer Richtung, und sein Seitenteil hat meh­ rere (bei dieser Ausführungsform vier) bogenförmige Nasen bzw. Vorsprünge 23, die radial abstehen. Auf dem Innenumfang des Isolierrings 30 sind mehrere Vertiefungen 31 ausgebildet. Jede der Nasen 23 wird in eine Vertiefung 31 eingesetzt, so dass eine Positioniereinrichtung zum Positionieren des Sitzes des Verbindungsrings 20 und des Isolierrings 30 gegeben ist.

Die Verbindung der Zellen 1 erfolgt in folgender Weise: Erst wird der Isolierring 30 auf den Außenumfang des Verbindungs­ rings 20 aufgesetzt, wobei die Nase 23 des Verbindungsrings 20 in die Vertiefung 31 des Isolierrings 30 eingesetzt wird. Dann wird die Endfläche 22 an die positive Elektrode 5 der Zelle 1 angeschweißt und anschließend die negative Elektrode 2 einer anderen Zelle 1 in den zylindrischen Teil 21 des Ver­ bindungsrings 20 eingesetzt und an diesen angeschweißt. Der Isolierring 30 bedeckt einen Teil des Außenumfangs des Ver­ bindungsrings 20 und steht von dem Außenumfang leicht ab. Von der Außenumfangsfläche des Isolierrings 30 stehen im 180°- Abstand zueinander zwei Passstifte 32 ab.

Wie in Fig. 5 und 6 gezeigt, sitzen in der Mitte der entge­ gengesetzten Enden des Batteriemoduls 10, bei dem die Zellen 1 in der vorbeschriebenen Weise miteinander verbunden sind, eine Plusklemme 11 bzw. eine Minusklemme 12. Die Plusklemme 11 ist ein Vorsprung mit in etwa sternförmigem Querschnitt mit vier spitzwinkeligen Ecken. Die Minusklemme 12 ist ein Vorsprung mit in etwa kreisrundem Querschnitt. In der Mitte von Klemme 11 und 12 ist eine Bohrung 11a bzw. 12a ausgebil­ det. Auf der Innenseite von vier spitzwinkeligen Ecken der Plusklemme 11 ist ein Vorsprung 11b mit kreisförmigem Quer­ schnitt ausgebildet. Auf der Umfangslinie der Minusklemme 12 sind vier ähnliche Vorsprünge 12b ausgebildet. Die Vorsprünge 11b und 12b sind auf einem konzentrischen Kreis um die Boh­ rungen 11a und 12a in gleichem Abstand in Umfangsrichtung an­ geordnet. Der Abstand 11L zwischen der Mitte der Bohrung 11a der Plusklemme 11 und dem Vorsprung 11b ist größer als der Abstand 12L zwischen der Mitte der Bohrung 12a der Minusklem­ me 12, wie in Fig. 5A gezeigt.

Wenn bei einem Batteriemodul 10 die Nase 23 des Verbindungs­ rings 20 in die Vertiefung 31 des Isolierrings 30 eingesetzt ist, ist die Umfangsphase des Vorsprungs 11b der Plusklemme 11 gegenüber der Phase des Vorsprungs 12b der Minusklemme 12 um 45° versetzt.

Es wird das Gehäuse 40, in dem die verschiedenen Batteriemo­ dule 10 aufgenommen sind, beschrieben. Wie in Fig. 1 gezeigt, besteht das Gehäuse 40 aus einem Gehäusekörper 41, der als rechteckiger Kasten ausgebildet ist, und einem Deckel 51.

Der Gehäusekörper 41 hat eine Bodenplatte 42, zwei einander gegenüberliegende Seitenplatten 43 und 44 und einen C-förmigen Querschnitt. Die Bodenplatte 42 ist mit mehreren Rahmenrippen 45 versehen, die parallel und im gleichen Ab­ stand zueinander zwischen den Seitenplatten 43 und 44 verlau­ fen. Die Rippe 45 hat eine Oberseite, die von der Seitenplat­ te 43 aus zur Seitenplatte 44 hin fallend geneigt ist. Im un­ teren Teil der Seitenplatte 43, wo die Rippe 45 die höhere Oberseite hat, sind mehrere Kühllufteinlässe 46 ausgebildet. Im Gegensatz dazu sind mehrere Kühlluftabzugsschlitze 47 im oberen Außenteil der Seitenplatte 44 ausgebildet, wo die Rip­ pe 45 die niedrigere Oberseite hat. Auf den oberen äußeren Teil der Seitenplatte 44 ist ein mit den Kühlluftabzugs­ schlitzen 47 in Verbindung stehender Luftkanal 48 aufge­ schraubt. Auf das Ende des Luftkanals 48 ist ein Kühlluftven­ tilator 49 aufgesetzt, um Kühlluft anzusaugen und aus dem Ge­ häuse 40 auszuleiten.

Der Deckel 51 weist eine Deckplatte 52 und zwei Seitenplatten 53 und 54 auf, die die Seitenflächen des Gehäuses 40 schlie­ ßen, und hat ein C-förmigen Querschnitt. Der Deckel 51 wird auf das Gehäuse 41 gesetzt und an diesem mit Bolzen 55 befes­ tigt. An den Seitenplatten 53 und 54 ist eine Befestigungsschelle 56 angebracht, mit der die Batterieeinheit im Fahr­ zeug montiert werden kann.

Im folgenden wird der Aufbau des Batteriemoduls 10 im Gehäuse erläutert.

Bei der beschriebenen Ausführungsform sind sieben Batteriemo­ dule 10 seitlich nebeneinander ausgerichtet, um eine Batte­ riemodulgruppe 15 zu bilden, und drei Batteriemodulgruppen sind auf die Rippen 45 aufgesetzt, um einen Batteriemodul- Aufbau 16 zu bilden. In Fig. 2 sind zur einfacheren Darstel­ lung Batteriemodule 10 in fünf Reihen und zwei Etagen ange­ ordnet. Die Batteriemodule 10 werden unter Verwendung von mehreren Montageplatten 60A und 60B in zwei verschiedenen Ausführungsformen (Fig. 2, 7 und 8) zu Batteriemodulgruppen 15 und zum Batteriemodul-Aufbau 16 angeordnet.

Die Montageplatte 60A wird zwischen die Batteriemodulgruppen 15 gesetzt und umfasst: Endausrichtplatten 61, die an den entgegengesetzten Enden der Ausrichtung der Batteriemodule 10 angeordnet werden, Zwischenausrichtplatten 62 und dünne Trennplatten 63, die zwischen den Endausrichtplatten 61 ange­ ordnet sind und miteinander abwechselnd angeordnet sind, und Trennwände 64, die diese Platten zu einer Einheit verbinden.

Die Zwischenausrichtplatten 62 liegen parallel zueinander und haben einen in etwa quadratischen Querschnitt, dessen Diago­ nalen parallel zueinander und senkrecht zur Ausrichtungsrich­ tung verlaufen. Die Abschlussplatte 61 ist so gestaltet, dass die Zwischenausrichtplatte 62 entlang ihrer vertikalen Mit­ tenebene horizontal halbiert wird, und hat eine mit einer Vertiefung versehene Innenfläche. Die Endausrichtplatten 61 zeigen von außen auf die zurückgesetzte Innenfläche und sind parallel zur Zwischenausrichtplatte 62 ausgerichtet. Die Trennplatte 63 ist zwischen den Platten 61 und 62 parallel zu diesen ausgerichtet. Die Platten 61 und 62 und die Trennplat­ te 63 sind gleich lang und sind im gleichen Abstand parallel zueinander ausgerichtet, so dass ihre beiden Enden zusammen­ treffen. Die Trennwand 64 ist in etwa rechteckig und verläuft in der Richtung, in der die Batteriemodule 10 ausgerichtet sind. Die Trennwand 64 ist mit den Endausrichtplatten 61 und 62 und den Trennplatten 63 verbunden, und zwar in der Mitte von deren Längsseite, und ist senkrecht zu diesen angeordnet. Die Endausrichtplatten 61 und 62 sowie die Trennplatte 63 sind mit anderen Worten miteinander verbunden, und die Trenn­ wand 64 greift durch sie hindurch.

Am oberen oder am unteren Rand der Trennwand 64 sind mehrere Sicherungsrippen 65 vorgesehen. Die Sicherungsrippe 65 stützt jedes der Batteriemodule 10 der Batteriemodulgruppe 15 ab. Die Sicherungsrippe 65 ist halbkreisförmig ausgebildet, um den Isolierring 30 des Batteriemoduls 10 zu halten, und zwi­ schen den Endausrichtplatten 61 und 62 angeordnet. In der Mitte der Innenseite der Sicherungsrippe 65, die den Isolier­ ring 30 hält, ist ein Loch 66 zur Aufnahme des Passstifts 32 des Isolierrings 30 ausgebildet. Der Passstift 32 und das Loch 66 sind verdrehungsfrei angeordnet, um eine Drehung des Isolierrings 30 zu unterbinden.

Die Montageplatte 60B ist über oder unter dem Batteriemodul­ aufbau 16 angeordnet und so konfiguriert, dass die Montage­ platte 60A auf ihrer horizontalen Mittenebene vertikal hal­ biert wird. Die Montageplatte 60B weist ähnlich wie die Mon­ tageplatte 60A Endausrichtplatten 61, Zwischenausrichtplatten 62, Trennplatten 63 und eine Trennwand 64 mit einer mit einem Loch 66 versehenen Sicherungsrippe 65 auf.

Die Montageplatten 60A und 60B sind in einer Dreiergruppe an­ geordnet, so dass die Platten 61 und 62 und die Trennplatten 63 vertikal aufeinander folgen. Die Länge der Montageplatten 60A und 60B (d. h. die Länge entlang den Platten 61 und 62 und der Trennplatte 63) entspricht der Länge von zwei in Reihe miteinander verbundenen Zellen 1. Die Sicherungsrippe 65 ist dazu da, den Isolierring 30 zwischen den beiden Zellen 1 zu halten.

Der Batteriemodulaufbau 16 wird in folgender Weise mit den Montageplatten 60A und 60B geschaffen: Zunächst werden drei Montageplatten 60B auf den Rippen 45 des Gehäusekörpers 41 ausgerichtet, so dass die Endausrichtplatten 61 und 62 und die Trennplatten 63 senkrecht zu den Rippen 45 sind und die Sicherungsrippen 65 nach oben weisen. Dann werden die Iso­ lierringe 30 auf den gegenüberliegenden Enden und in der Mit­ te des Batteriemoduls 10 auf die Sicherungsrippen 65 aufge­ setzt, um die unterste Batteriemodulgruppe 15 zu bilden, in­ dem sechs Batteriemodule 10 nebeneinander ausgerichtet wer­ den. Dabei wird der Passstift 32 des Isolierrings 30 in das Loch 66 der Sicherungsrippe 65 eingesetzt, um den Isolierring 30 relativ zur Sicherungsrippe 65 zu positionieren. Zusätz­ lich werden die Batteriemodule 10 so angeordnet, dass abwech­ selnd Plusklemmen 11 und Minusklemmen 12 nebeneinander lie­ gen. Dann werden drei Montageplatten 60A so auf die unterste Batteriemodulgruppe 15 gesetzt, dass die Isolierringe 30 von den Sicherungsrippen 65 der Montageplatten 60A und 60B gehal­ ten werden.

In gleicher Weise wird dann die Batteriemodulgruppe 15 der zweiten Etage auf die Montageplatte 60A gesetzt, und die Mon­ tageplatte 60A sowie die Batteriemodulgruppe 15 der dritten Etage werden in dieser Reihenfolge daraufgesetzt. Die Batte­ riemodulgruppen 15 werden so übereinander angeordnet, dass die Polarität seitlich und vertikal aneinandergrenzender Gruppen jeweils unterschiedlich ist. Abschließend wird die Montageplatte 60B auf die Batteriemodulgruppe 15 der dritten Etage aufgesetzt. Wenn die Batteriemodulgruppen 15 und die Montageplatten 60A und 60B abwechselnd übereinandergesetzt sind, wird der Passstift 32 des Isolierrings 30 in das Loch 66 der Sicherungsrippe 65 eingesetzt. Nachdem die Batteriemo­ dule 15 und die Montageplatten 60A und 60B in dieser Weise übereinander angeordnet sind, wie in Fig. 8 gezeigt, werden von oben Bolzen 67 durch die Montageplatten 60A und 60B und die Rippen 45 eingesetzt. Die Montageplatten 60A und 60B wer­ den mittels der Bolzen 67 und der Muttern 68 zu einer Einheit mit den Rippen 45 verbunden.

Die Batteriemodule 10 werden in vorstehend beschriebener Wei­ se in sieben nebeneinanderliegenden Reihen und drei Etagen übereinander angeordnet. In dieser Anordnung sind die Batte­ riemodule 10 gut gesichert, da drei Abschnitte über die Iso­ lierringe 30 von vertikalen Sicherungsrippen 65 gehalten wer­ den. Wie in Fig. 7 gezeigt, sind die Batteriemodule 10 in ei­ nem Würfelmuster zusammengesetzt, und die Platten 61 und 62 sind gleichmäßig unter den Batteriemodulen 10 verteilt. Die zum Batteriemodul 10 weisende Seite der Endausrichtplatten 61 und 62 ist entlang der Außenfläche des Batteriemoduls 10 ge­ bogen. Die vertikal aneinander anschließenden Trennplatten 63 sind durchgehend, so dass der Raum zwischen den seitlich nebeneinander liegenden Batteriemodulen 10 in mehrere Teilräume entlang der vertikal übereinander angeordneten Batteriemodule 10 unterteilt wird. Die vertikal aneinander anschließenden Trennwände 64 sind ebenfalls durchgehend, so dass der Raum zwischen den Batteriemodulen 10 in mehrere Teilräume entlang der axial ausgerichteten Batteriemodule 10 unterteilt wird. Außerdem ist aus Fig. 7 bis 9 zu ersehen, dass der ganze Batteriemodulaufbau 16 nach unten zum Luftkanal 48 hin geneigt ist, weil die Rippen 45 schräg sind.

ist, weil die Rippen 45 schräg sind. Diese Neigungsrichtung ist parallel zur Ausrichtungsrichtung der Batteriemodule 10. Die Unterseite des Batteriemodulaufbaus 16 dient als der nachstehend erwähnte Kühllufteinlass 16A.

Der Passstift 32 des Isolierrings 30 wird in der beschriebe­ nen Weise in das Loch 66 der Sicherungsrippe 65 eingesetzt. Wie in Fig. 2 und 5A gezeigt, ergeben die von vier Vorsprün­ gen 11b gebildeten Seiten der Plusklemme 11 ein Quadrat in Ausrichtungsrichtung und in Aufbaurichtung der Batteriemodul­ gruppe 15. Die vier von vier Vorsprüngen 12b gebildeten Sei­ ten der Minusklemme 12 dagegen sind geneigt und ergeben op­ tisch eine Raute in Ausrichtungsrichtung der Batteriemodul­ gruppe 15. Eine Sammelschienenplatte 70 ist jeweils an den entgegengesetzten Enden des Batteriemodulaufbaus 16 angeord­ net und mit den Klemmen 11 und 12 verbunden. Außen an der Sammelschienenplatte 70 sind leitfähige Sammelschienen 80 an­ geordnet, die die Plusklemmen 11 und die Minusklemmen 12 mit­ einander verbinden.

Wie in Fig. 1 und 9 gezeigt, ist die Sammelschienenplatte 70 eine rechteckige Harzplatte, die die Abschlussfläche des Bat­ teriemodulaufbaus 16 bildet. Die Sammelschienenplatte 70 hat Anschlusslöcher 71 für die Plusklemmen und Anschlusslöcher 72 für die Minusklemmen, die die Plusklemmen 11 bzw. die Minus­ klemmen 12 aufnehmen, wenn die Platte 70 an der Abschlussflä­ che des Batteriemodulaufbaus 16 angebracht wird, d. h. das An­ schlussloch 71 für die Plusklemme ist entsprechend der Plus­ klemme 11 sternförmig ausgebildet, und die Minusklemme 12 ist in etwa kreisförmig mit Vertiefungen für vier Vorsprünge 12b ausgebildet.

Wie in Fig. 5A gezeigt, ist die Sammelschiene 80 eine dünne Platte, die an ihren entgegengesetzten Enden eine Anschlussstelle 81 für die Plusklemme bzw. eine Anschlussstelle 82 für die Minusklemme hat. Die Anschlussstellen 81 und 82 sind je­ weils ein Kreis mit demselben Durchmesser, in dessen Mitte ein Loch 81a bzw. 82a für den Verbindungsbolzen 89 ausgebil­ det ist. Die Anschlussstelle 81 für die Plusklemme wird auf der Innenseite der vier Vorsprünge 11b der Plusklemme 11 auf­ genommen. Die Anschlussstelle 82 für die Minusklemme wird auf der Innenseite der vier Vorsprünge 12b der Minusklemme 12 auf genommen.

Wie in Fig. 5B gezeigt, überbrückt die Sammelschiene 80 die Plusklemme 11 und die Minusklemme 12, die nebeneinander lie­ gen und anzuschließen sind. Bei der Plusklemme 11 sitzt die Sammelschiene 80 zwischen den benachbarten beiden Vorsprüngen 11b. Der Abstand zwischen den Vorsprüngen 11b ist so festge­ legt, dass der Körper 80A an ihnen anliegen kann. Der Abstand zwischen den benachbarten Vorsprüngen 12b der Minusklemme 12 dagegen ist kleiner als bei der Plusklemme 11, so dass der Körper 80A der Sammelschiene 80 hier nicht passt. Im Körper 80A der Sammelschiene 80 ist bei der Anschlussstelle 82 für die Minusklemme ein Loch 83 ausgebildet. Der Vorsprung 12b auf dem Körper 80A wird in das Loch 83 eingesetzt. Das Loch 83 ist ein Langloch zur Berücksichtigung der Toleranz zwi­ schen den Klemmen 11 und 12.

Die Sammelschienenplatte 70 und die Sammelschiene 80 verbin­ den und sichern in folgender Weise die Enden des Batteriemo­ duls 10 und schalten die Klemmen 11 und 12 in Reihe: Zunächst werden die Sammelschienenplatten 70 an den entgegengesetzten Enden des Batteriemodulaufbaus 16 angebracht und das Befesti­ gungsloch 71 für die Plusklemme mit der entsprechenden Plus­ klemme 11 verbunden sowie das Befestigungsloch 72 für die Mi­ nusklemme mit der entsprechenden Minusklemme 12 verbunden. Dann wird, wie in Fig. 5B und im unteren Teil von Fig. 6 gezeigt (die Sammelschienenplatte 70 ist in den Zeichnungen weggelassen), die Sammelschiene 80 als Brücke über die Plus­ klemme 11 und die Minusklemme 12 gelegt, die einander benach­ bart und anzuschließen sind, und die Befestigungsabschnitte 81 und 82 der Sammelschiene werden mit den Klemmen 11 und 12 verbunden. Die Sammelschiene 80 und die Sammelschienenplatte 70 werden beide mit Bolzen 89 befestigt, die durch die Löcher 81a und 82a eingeführt und in die Gewindebohrungen 11a und 12a eingeschraubt werden. Beide Befestigungen sichern die Sammelschienenplatte 70, so dass sie nicht wackelt. Um die beiden Befestigungen zu ermöglichen, kann die Dicke der Sammelschienenplatte 70 größer sein als die Höhe der Vorsprünge 11b und 12b der Klemmen 11 und 12.

Damit werden der Batteriemodulaufbau 16 am Gehäusekörper 41 gesichert und die Batteriemodule 10 in Reihe geschaltet. Dann wird der Deckel 51 auf den Gehäusekörper 41 aufgesetzt und mit Bolzen 55 daran befestigt, womit die Montage der Batte­ rieeinheit in dieser Ausführungsform abgeschlossen ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, wird der Raum in Ausrichtungsrichtung durch die Trennplatten 63 der Befestigungsplatten 60A und 60B sowie die Seitenplatten 43 und 44 des Gehäusekörpers 41 in mehrere Abschnitte unterteilt. Auch der Raum in axialer Rich­ tung des Batteriemoduls 10 wird durch die Trennwand 64 der Befestigungsplatten 60A und 60B und die Seitenplatten 53 und 54 des Deckels 51 in mehrere Abschnitte unterteilt. Im Inne­ ren des Gehäuses 40 sind also durch das Gehäuse 40, die Trennplatten 63 und die Trennwände 64 mehrere Teilräume 90 in Stapelrichtung (vertikaler Richtung) der Batteriemodulgruppe 15 würfelförmig gestaltet.

Funktion und Vorteile der Batterieeinheit werden im folgenden erläutert.

Entsprechend dem Aufbau der Batteriemodule 10 wird der Iso­ lierring 30 zwischen den Zellen 1 von den Sicherungsrippen 65 der vertikalen Montageplatten 60A und 60B gehalten und zuver­ lässig daran gesichert. Dadurch wird der dazwischen liegende Abschnitt des Batteriemoduls 10 sicher von den Montageplatten 60A und 60B gehalten, wodurch Schwingungen und Verbiegungen des Batteriemoduls 10 eingeschränkt und die auf den befestig­ ten Teil des Batteriemoduls 10 ausgeübte Belastung reduziert werden können. Dadurch erhöht sich die Stabilität der Befes­ tigung und kann das Gewicht der Einheit weiter verringert werden. Weil die Drehung des Isolierrings 30 begrenzt wird, indem der Passstift 32 des Isolierrings 30 in das Loch 66 der Sicherungsrippe 65 eingesetzt wird, können die erforderliche Festigkeit der Verbindung zwischen den Montageplatten 60A und 60B und dem Isolierring 30 vermindert und das Gewicht der Einheit weiter reduziert werden.

Es sei darauf hingewiesen, dass auch eine andere als die be­ schriebene Drehbegrenzungsanordnung für den Isolierring 30 gewählt werden kann. Beispielsweise können, wie in Fig. 10 gezeigt, die gegenüberliegenden Seiten des Isolierrings 30 mit ebenen Flächen 33 versehen und an der Sicherungsrippe 65 zwei Passflächen ausgebildet werden.

Was die Anordnung des Batteriemoduls 10 angeht, so kann das Modul so montiert werden, dass die Umfangsposition der entge­ gengesetzten Klemmen 11 und 12 an den entgegengesetzten Enden konstant ist, da die Zellen 1 dadurch verbunden werden, dass die Nase 23 des Verbindungsrings 20 in die Vertiefung 31 des Isolierrings 30 eingesetzt wird. Durch Verwendung solcher Batteriemodule 10 kann die Sammelschienenplatte 70 leicht mit den Klemmen 11 und 12 verbunden werden. Außerdem bedeckt der Isolierring 30 einen Teil der Außenfläche des Verbindungs­ rings 20 und steht radial über diesen hinaus, und die Sicherungsrippe 65 wird in den Isolierring 30 eingesetzt, so dass die Sicherungsrippe 65 den Verbindungsring 20 nicht berührt. Daher können die Sicherungsrippe 65 und die Montageplatten 60A und 60B aus nicht isolierendem Material sein, und zwar aus einem Material mit sehr gutem Festigkeit/Gewicht- Verhältnis und Steifigkeit/Gewicht-Verhältnis, beispielsweise aus hochfesten Magnesiumlegierungen und hochsteifen Alumini­ umlegierungen, so dass eine weitere Gewichtsreduzierung mög­ lich ist.

Außerdem ist die Plusklemme 11 des Batteriemoduls 10 in etwa sternförmig - ähnlich dem Pluszeichen - ausgebildet und die Minusklemme in etwa kreisrund, also ganz anders als die Plus­ klemme 11. Die unterschiedlichen Polaritäten sind daher of­ fensichtlich und leicht zu unterscheiden, so dass eine Ver­ bindung gleicher Polaritäten vermieden werden kann. Bei der vorliegenden Ausführungsform werden das Befestigungsloch für die Plusklemme 11 und das Befestigungsloch 72 für die Minus­ klemme 12 mit den Klemmen 11 bzw. 12 verbunden, so dass eine falsche Montage der Sammelschienenplatte 70 verhindert und die Montage problemlos durchgeführt werden kann.

Außerdem hat die Sammelschiene 80 den Befestigungsabschnitt 81 für die Plusklemme, der nur zu der Plusklemme 11 passt und den Befestigungsabschnitt 82 für die Minusklemme, der nur zu der Minusklemme 12 passt, und ist so gestaltet, dass die nor­ male Verbindung nicht anders als dadurch hergestellt werden kann, dass das Loch 83 des Körpers 80A und der Vorsprung 12b bei der Minusklemme 12 zusammengebracht werden, wodurch eine falsche Montage zuverlässig vermieden werden kann. Die Vor­ sprünge 11b und 12b nehmen Verwindungen auf und dienen als Drehbegrenzung, wenn die Sammelschiene 80 mit dem Bolzen 89 befestigt ist; die Funktionstüchtigkeit kann damit erhöht werden.

Funktion und Vorteile der Kühleinrichtung der vorliegenden Ausführungsform werden im folgenden erläutert.

Wenn die Batterieeinheit arbeitet und sich der Kühlluftventi­ lator 49 einschaltet (Fig. 7), wird Außenluft angesaugt und strömt als Kühlluft durch den Kühllufteinlass 46 in das Ge­ häuse 40. Die einströmende Kühlluft kommt unmittelbar mit der gesamten Kühllufteinlassfläche 16A, d. h. der Unterseite des Batteriemodulaufbaus 16, in Berührung und strömt in alle Teilräume 90. Im Kühllufteinlassbereich wird der Abstand zwi­ schen dem Batteriemodulaufbau 16 und dem Gehäusekörper 41 stromabwärts kleiner, weil der Batteriemodulaufbau 16 geneigt ist. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft stromabwärts zu. Infolgedessen kann in Zusammenwirkung mit dem Umstand, dass die Kühlluft in unmittelbaren Kontakt mit der gesamten Kühllufteinlassfläche 16A kommt, die Strömungs­ geschwindigkeit der in die Teilräume 90 einströmenden Kühl­ luft entlang der Ausrichtungsrichtung der Batteriemodule 10 in etwa gleichmäßig sein.

Die Kühlluft strömt im Teilraum 90 nach oben und zwischen den Ausrichtplatten 61 und 62 hindurch, so dass die Batteriemodu­ le 10 wirksam gekühlt werden. Die Kühlluft, die durch den Batteriemodulaufbau 16 geströmt ist, wird durch den Kühlluftansaugteil 47 über den Kanal 48 nach außen abgegeben.

Die Kühlluft strömt in gleichbleibender Menge und mit glei­ cher Strömungsgeschwindigkeit in axialer Richtung und in Auf­ baurichtung der Batteriemodule 10, so dass die Batteriemodule 10 gleichmäßig gekühlt werden und die Ladungs- und Entla­ dungseffizienz sowie die Lebensdauer erhöht werden. Bei der hier behandelten Ausführungsform besteht der Batteriemodul­ aufbau 16 aus sieben Reihen und drei Etagen, und die Kühlluft strömt in Aufbaurichtung über eine kurze Distanz, so dass die Kühleffizienz weiter erhöht wird. Diese Aufbauanordnung kann die Anzahl der Zwischenausrichtplatten 60A reduzieren.

Die zweite Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnah­ me auf Fig. 11 und 12 erläutert und die dritte Ausführungs­ form der Erfindung unter Bezugnahme auf Fig. 13 bis 15. In diesen Abbildungen sind gleiche Bauteile wie bei der ersten Ausführungsform jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeich­ net; auf ihre Erläuterung wird verzichtet. Die erste, die zweite und die dritte Ausführungsform betreffen die erste Er­ findung.

2. Zweite Ausführungsform

Bei der in Fig. 11 und 12 gezeigten zweiten Ausführungsform besteht der Aufbau der Batteriemodule 16 aus zwei Etagen der Batteriemodulgruppe 15, die zehn Reihen von Batteriemodulen 10 umfasst. Die Anordnung, bei der die Batteriemodulgruppen 15 mit den Montageplatten 60A und 60B übereinander angeordnet werden und der Isolierring 30 an den vertikalen Sicherungs­ rippen 65 gesichert ist, entspricht dem Aufbau der ersten Ausführungsform. Wie in Fig. 12 gezeigt, ist die Anordnung, bei der der Aufbau der Batteriemodule 16 auf den Rippen 45 geneigt angeordnet ist und die Kühlluft mit der gesamten Kühllufteinlassfläche 16A in Kontakt kommt, ebenfalls die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.

Weil der Aufbau der Batteriemodule 16 zwei Etagen umfasst, kann die Kühleffizienz bei der zweiten Ausführungsform noch weiter gesteigert werden, und weil die Gesamtdicke gering ist, ist die Einheit für Fahrzeuge mit beschränktem Platzan­ gebot in der Vertikalen geeignet.

3. Dritte Ausführungsform

Bei der in Fig. 13 bis 15 gezeigten dritten Ausführungsform der Batterieeinheit sind zwei Aufbauten 16 von Batteriemodu­ len aus fünf Reihen und zwei Etagen in zwei Etagen montiert. Die Anordnung, bei der die Batteriemodulgruppen 15 mit den Montageplatten 60A und 60B übereinander angeordnet sind und der Isolierring 30 an den vertikalen Sicherungsrippen 65 ge­ sichert ist, ist die gleiche wie bei der ersten Ausführungs­ form.

Bei der dritten Ausführungsform ist der Kühllufteinlass 46 im oberen und im unteren Teil der Seitenplatte 43 ausgebildet. Der Kühlluftansaugteil 47 dagegen ist im Mittelteil der Sei­ tenplatte 44 in vertikaler Richtung ausgebildet, und der Kühlluftventilator 49 ist daran angebracht. Der vertikale Aufbau 16 der Batteriemodule ist an mehreren Rahmen 95 befes­ tigt, die dazwischen angeordnet und am Gehäusekörper 41 be­ festigt sind. Wie in Fig. 13 und 15 gezeigt, ist der Rahmen 95 als gleichschenkliges Dreieck ausgebildet, dessen Grundli­ nie zum Kühlluftansaugteil 47 weist. Die Platten 95 sind bal­ kenartig zwischen die Seitenplatten 43 und 44 gespannt. Die Platten 95 sind an den Abschnitten angeordnet, die den Siche­ rungsrippen 65 der Montageplatten 60A und 60B entsprechen, und zwar in gleichem Abstand voneinander in axialer Richtung des Batteriemoduls 10.

Wie in Fig. 14 und 15 gezeigt, sind die vertikalen Aufbauten von Batteriemodulen 16 zum Kühlluftansaugteil 47 hin vonein­ ander beabstandet, und der dazwischenliegende Raum steht mit dem Kühlluftansaugteil 47 in Verbindung; sie sind schräg zum Gehäusekörper 40 angeordnet. Beim oberen Aufbau von Batterie­ modulen 16 dient die obere Oberfläche als Kühllufteinlassflä­ che 16A, und die untere Oberfläche de Aufbaus von Batteriemo­ dulen 16 dient als Kühllufteinlassfläche 16A. Die Sammelschienenplatte 70 ist in Größe und Konfiguration so gestal­ tet, dass sie die vertikalen Aufbauten von Batteriemodulen 16 zu einem Ganzen verbindet.

Wie in Fig. 14 gezeigt, kommt bei der dritten Ausführungsform die durch den oberen Kühllufteinlass 46 in das Gehäuse 40 strömende Kühlluft in unmittelbaren Kontakt mit der Kühlluft­ einlassfläche 16A und strömt nach unten in den Teilraum 90, während die Kühlluft, die vom unteren Kühllufteinlass 46 aus in das Gehäuse 40 strömt, unmittelbar in Kontakt mit der Kühllufteinlassfläche 16A kommt und nach oben in die Teilräu­ me 90 strömt. Die Kühlluft, die durch die einzelnen ver­ tikalen Aufbauten von Batteriemodulen 16 geströmt ist, trifft in dem zwischen ihnen liegenden Raum zusammen und wird durch den Kühlluftansaugteil 47 über den Kanal 48 nach außen abge­ geben.

Bei der dritten Ausführungsform umfassen die vertikalen Auf­ bauten von Batteriemodulen 16 zwar vier Etagen, sind jedoch jeweils geneigt angeordnet und haben eine Kühllufteinlassflä­ che 16A, so dass die Kühlluft jeweils durch zwei Etagen strömt. Dadurch kann die Kühleffizienz unterstützt und die Einheit kompakt ausgeführt werden.

4. Vierte Ausführungsform

Die vierte Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnah­ me auf Fig. 16 bis 19 erläutert. In den Abbildungen sind die Teile, die dieselbe Funktion haben wie bei der ersten Ausfüh­ rungsform, jeweils mit demselben Bezugszeichen bezeichnet; ihre Erläuterung entfällt. Die vierte Ausführungsform be­ trifft den zweiten Aspekt der Erfindung.

Fig. 16 ist eine perspektivische Ansicht der vierten Ausfüh­ rungsform der Batterieeinheit, und Fig. 17 ist eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht der Batterieeinheit. Bei der vierten Ausführungsform sind mehrere (hier zehn) Batte­ riemodule 10 auf der Umfangslinie parallel zueinander in den unten erwähnten Montageplatten 160A und 160B so angeordnet, dass sich zwei zylindrische Batteriemodulgruppen 115 ergeben. Mit Bezugszeichen 140 ist ein Gehäuse bezeichnet, in dem die beiden Batteriemodulgruppen 115 parallel zueinander angeord­ net sind. Die Zellen 1 sind in der in Fig. 10 gezeigten Weise miteinander verbunden.

Bei dem Batteriemodul 10 wird die Nase 23 des Verbindungs­ rings 20 so in die Vertiefung 31 des Isolierrings 30 einge­ setzt, dass die Umfangsphasen des Vorsprungs 11b der Plus­ klemme 11 und der Vorsprung 12b der Minusklemme 12 um K° gegeneinander versetzt sind, wobei K° nach folgender Gleichung (1) berechnet wird, in der die Anzahl der Batteriemodule 10, die die Batteriemodulgruppe 115 ergeben, mit "H" bezeichnet ist. Bei dieser Anordnung besteht die Batteriemodulgruppe 115 aus zehn Batteriemodulen 10, so dass die Umfangsphasen der Vorsprünge 11b und 12b um 36° versetzt sind.

360/H = K (1)

Im folgenden wird das Gehäuse 140 erläutert. Wie in Fig. 16 und 17 gezeigt, besteht das Gehäuse 140 im wesentlichen aus dem Gehäusekörper 141 und dem Deckel 151. Der Gehäusekörper 141 ist ein rechteckiger Kasten mit einer Bodenplatte 142 und vier Seitenplatten 143a, 143b, 143c und 143d. Die einander gegenüber liegenden Seitenplatten 143a und 143b bilden die Schmalseiten des Rechtecks. In der Mitte der Seitenplatte 143a ist ein Kühllufteinlass 144 ausgebildet, und in der Mit­ te der Seitenplatte 143b ist ein Kühlluftauslass 145 ausge­ bildet. Ein Kühlluftventilator 146 zum Ansaugen der Außenluft in das Gehäuse 140 durch den Kühllufteinlass 144 ist an der Außenseite der Seitenplatte 143a vorgesehen. Der Deckel 151 ist eine flache Platte zum Schließen der oberen Öffnung des Gehäuses 140 und wird mit Bolzen 152 am Gehäusekörper 141 be­ festigt.

Anschließend wird die Anordnung der Batteriemodule 10 erläu­ tert. Wie in Fig. 17, 18 und 19 gezeigt, werden die Batterie­ module 10, die die Batteriemodulgruppe 115 bilden, in zwei scheibenförmige Montageplatten 160A und 160B eingesetzt, so dass sie auf der Umfangslinie miteinander fluchten und die zylindrische Batteriemodulgruppe 115 ergeben. Die beiden Batteriemodulgruppen 115 sind parallel ausgerichtet und durch eine stromaufwärts liegende Sammelschienenplatte 100 und eine stromabwärts liegende Sammelschienenplatte 110 miteinander verbunden. Im Gehäusekörper 141 ist die stromaufwärts liegen­ de Sammelschienenplatte 100 an der Seite angeordnet, die die Einströmseite für die Kühlluft ist, und die stromabwärts lie­ gende Sammelschienenplatte 110 ist an der Seite angeordnet, zu der die Kühlluft hinströmt. Auf der Außenseite der Sammel­ schienenplatten 100 und 110 sind mehrere Sammelschienen 80 angeordnet, die die Plusklemmen 11 und die Minusklemmen 12 in Reihe schalten, so dass jedes Batteriemodul an den Sammelschienenplatten 100 und 110 befestigt ist.

Wie in Fig. 19A gezeigt, haben die Montageplatten 160A und 160B denselben Außendurchmesser und unterschiedliche Innen­ durchmesser. Die Montageplatten 160A und 160B weisen mehrere kreisförmige Löcher 161 auf, in die die Batteriemodule 10 auf der Umfangslinie im gleichen Abstand zueinander eingesetzt werden. Wenn die Montageplatten 160A und 160B übereinander so liegen, dass ihr Außenrand zur Deckung kommt, fallen die Lö­ cher 161 zusammen, so dass die Batteriemodule 10 parallel zu­ einander ausgerichtet sind. Wie in Fig. 19A gezeigt, ist am Umfang der Löcher 161 der Montageplatten 160A und 1608 eine ringförmige Sicherungsrippe 165 ausgebildet. Die Sicherungs­ rippe 165 ist mit zwei Passflächen (nicht eingezeichnet) ver­ sehen, die in radialer Richtung verlaufen. Die Passflächen liegen an den ebenen Flächen 33 (siehe Fig. 10) an, die auf gegenüberliegenden Seitenflächen des Isolierrings 30 ausge­ bildet sind. Der Innendurchmesser der Sicherungsrippe 165 ist so gewählt, dass der Isolierring 30 des Batteriemoduls 10 in ihn eingepasst werden kann und der Isolierring 30 sicher gehalten wird. Die ebenen Flächen 33 und die Passflächen die­ nen als Drehbegrenzung für den Isolierring 30.

Die Montageplatten 160A und 1608 werden durch Ausrichtplatten 170, die an ihrer Innenoberfläche befestigt sind, miteinander verbunden. Die Ausrichtplatte 170 ist eine dünne Platte, die etwas länger ist als das Batteriemodul 10. Wie in Fig. 198 gezeigt, sind gleich viele Ausrichtplatten 170 vorhanden wie Batteriemodule 10, d. h. zehn Ausrichtplatten 170 sind jeweils in gleichem Abstand zueinander an einem Abschnitt angeordnet, der zwischen zwei benachbarten Löchern 161 liegt, und sind am Innenrand der Montageplatten 160A und 1608 befestigt. Die Ausrichtplatten 170 sind in der Gesamtanordnung konisch aus­ gerichtet, da die Montageplatten 160A und 1608 einen unter­ schiedlichen Durchmesser haben, wie in Fig. 19A gezeigt, und die Enden beim kleinsten Durchmesser werden durch eine schei­ benförmige Verbindungsplatte 171 verbunden. Die Löcher 161 der Montageplatten 160A und 1608 sind so zueinander ausge­ richtet, dass das Batteriemodul 10 linear eingeführt werden kann. Wie in Fig. 19A gezeigt, ist der Abstand zwischen den Montageplatten 160A und 1608 so eingerichtet, dass das Batte­ riemodul 10 axial in drei gleiche Abschnitte unterteilt wird.

Wie in Fig. 17 gezeigt, sind zwei Einheiten aus Montageplat­ ten 160A und 1608 und Ausrichtplatten 170 vorgesehen, die parallel zueinander so ausgerichtet sind, dass jeweils die Mon­ tageplatten 160A und 160A sowie 160B und 160B nebeneinander liegen. Die den mit der Ausrichtplatte 170 verbundenen Enden gegenüberliegenden Enden werden mit der stromaufwärts liegen­ den Sammelschienenplatte 100 verbunden, die beim Kühlluftein­ strömbereich angeordnet ist. Damit werden die Einheiten aus Montageplatten 160A und 160B sowie Ausrichtplatten 170 über die stromaufwärts liegende Sammelschienenplatte 100 zu einer Einheit verbunden.

Die stromaufwärts liegende Sammelschienenplatte 100 ist eine rechteckige Harzplatte, in der zwei Kühllufteinlässe 105 aus­ gebildet sind, die mit dem Innenraum der Ausrichtplatten 171 in Verbindung stehen, die konisch ausgerichtet sind. Um die Kühllufteinlässe 105 herum sind auf deren Umfangslinie in gleichem Abstand zueinander abwechselnd Anschlusslöcher 101 für die Plusklemmen und 102 für die Minusklemmen ausgebildet. Das Anschlussloch 101 für die Plusklemme passt für die Plus­ klemme, und das Anschlussloch 102 für die Minusklemme passt zur Minusklemme 12. Im einzelnen ist das Anschlussloch 101 für die Plusklemme entsprechend der Plusklemme 11 sternförmig ausgebildet, und das Anschlussloch 102 für die Minusklemme ist in etwa kreisförmig ausgebildet und hat Vertiefungen zur Aufnahme der vier Vorsprünge 12b entsprechend der Minusklemme 12.

Die Batteriemodule 10 werden von der Rückseite der oberen Sammelschienenplatte 100 aus in die Löcher 161 der Montage­ platten 160A und 160B eingeführt, und die Plusklemme 11 sowie die Minusklemme 12 werden in das Anschlussloch 101 für die Plusklemme bzw. in das Anschlussloch 102 für die Minusklemme der stromaufwärts liegenden Sammelschienenplatte 100 einge­ setzt. Die Batteriemodule 10 sind so ausgerichtet, da abwech­ selnd Plusklemmen 11 und Minusklemmen 12 nebeneinander liegen. Beim Einführen des Batteriemoduls 10 in das Loch 161 der Montageplatten 160A und 160B werden die beiden ebenen Seiten 33 des Isolierrings 30 mit den Passflächen der Sicherungsrip­ pen 165 zur Deckung gebracht und eingepresst, so da der Iso­ lierring 30 von der Sicherungsrippe 165 gehalten wird.

Die Drehung des Batteriemoduls 10 auf der Umfangslinie wird dadurch beschränkt, dass die ebenen Seiten 33 des Isolier­ rings 30 in den Sitz eingesetzt werden. Die Plusklemmen 11 und die Minusklemmen 12, die nebeneinander liegen und an die gegenüberliegenden Endflächen der Batteriemodulgruppe 115 an­ zuschließen sind, sind auf dem Umfang in regelmäßigen Abstän­ den anschlussbereit angeordnet. Dies ist dadurch bedingt, dass die Umfangsphasen der Vorsprünge 11b der Plusklemme 11 und der Vorsprünge 12b der Minusklemme 12 um K° (= 360/H, 36° bei der hier behandelten Ausführungsform) versetzt sind, wo­ bei die Anzahl der die Batteriemodulgruppe 115 bildenden Batteriemodule 10, wie bereits erwähnt, mit "H" wiedergegeben wird.

Die stromabwärts liegende Sammelschienenplatte 110 ist in gleicher Weise wie die stromaufwärts liegende Sammelschienen­ platte 100 aus Harz gefertigt, rechteckig und ebenso groß wie die Platte 100. Die stromabwärts liegende Sammelschienen­ platte 110 ist entsprechend den Plusklemmen 11 und den Minus­ klemmen 12 mit Anschlusslöchern 111 für die Plusklemmen und 112 für die Minusklemmen versehen. Die Anschlusslöcher 111 und 112 werden mit den Klemmen 11 und 12 verbunden. In der stromabwärts liegenden Sammelschienenplatte 110 sind in den Abschnitten um die Umfangslinie der Batteriemodulgruppe 115 herum Kühlluftauslässe 116 ausgebildet.

Wie bei der ersten Ausführungsform werden sowohl die strom­ aufwärts liegende Sammelschienenplatte 100 als auch die stromabwärts liegende Sammelschienenplatte 110 durch Sammel­ schienen 80 befestigt, die auf ihrer Außenseite angeordnet werden, und werden die Plusklemmen 11 und die Minusklemmen 12 regelmäßig durch die Sammelschiene 80 angeschlossen. Wie in Fig. 19 gezeigt, ist die stromabwärts liegende Sammelschie­ nenplatte 110 auch mit der Verbindungsplatte 71 verbunden, um eine Verbindung mit den Ausgleichsplatten 70 herzustellen.

Wie in Fig. 16 gezeigt, sind die beiden Batteriemodulgruppen 115 in dem Gehäusekörper 141 enthalten und zwar so, dass die stromaufwärts liegende Sammelschienenplatte 100 zur Seiten­ platte 143a und die stromabwärts liegende Sammelschienenplat­ te 110 zur Seitenplatte 143b weisen. Die einander gegenüber liegenden Enden der Sammelschienenplatten 100 und 110 werden an den Seitenplatten 143c und 143d befestigt. Auf den Gehäu­ sekörper 141 wird ein Deckel 151 aufgesetzt, der mit Bolzen 152 befestigt wird, wodurch die Batterieeinheit in der hier besprochenen Ausführungsform komplett ist. Wie in Fig. 19A gezeigt, ist der Raum in axialer Richtung des Batteriemoduls 10 in mehrere Teilräume 190 unterteilt. Im Inneren der Batte­ riemodulgruppe 115 ist ein Kühlluftpfad 191 ausgebildet.

Im folgenden werden Funktionsweise und Vorteile der vierten Ausführungsform erläutert.

Bei der vierten Ausführungsform ist das Batteriemodul 10 so angeordnet, dass sein Mittelteil von den Montageplatten 160A und 160B sicher gehalten wird, da der Isolierring 30 zwischen den Zellen 1 an der Sicherungsrippe 165 der Montageplatten 160A und 160B befestigt ist. Dadurch werden Schwingungen und Verbiegungen des Batteriemoduls 10 eingeschränkt und die auf die Befestigungsbereiche des Batteriemoduls 10 einwirkenden Belastungen verringert. Infolgedessen erhöht sich die Festig­ keit des Batteriemoduls 10, und das Gewicht der Einheit kann weiter gesenkt werden. Da die Drehung des Isolierrings 30 da­ durch eingeschränkt wird, dass die flachen Seiten 33 des Iso­ lierrings 30 in die Passflächen der Sicherungsrippen 165 ein­ gesetzt werden, können die erforderliche Festigkeit der Si­ cherung der Montageplatten 160A und 160B gegenüber dem Iso­ lierring 30 vermindert und das Gewicht der Einheit weiter re­ duziert werden.

Da die Zellen 1 dadurch miteinander verbunden werden, dass der Vorsprung 23 des Verbindungsrings 20 in die Vertiefung 31 des Isolierrings 30 eingesetzt wird, kann das Batteriemodul 10, bei dem die Umfangspositionen (36° bei der hier bespro­ chenen Ausführungsform) der gegensätzlichen Klemmen 11 und 12 an den gegenüberliegenden Enden konstant sind, zusammenge­ setzt werden. Durch Verwendung derartiger Batteriemodule 10 können die Sammelschienenplatten 100, 110 einfach mit den Klemmen 11 und 12 verbunden werden. Außerdem bedeckt der Iso­ lierring 30 einen Teil der Außenfläche des Verbindungsrings 20 und steht radial darüber hinaus und ist die Sicherungsrip­ pe 165 mit dem Isolierring 30 verbunden, so dass die Siche­ rungsrippe 165 den Verbindungsring 20 nicht berührt. Daher können die Sicherungsrippe 165 und die Montageplatten 160A und 160B aus nicht isolierendem Material sein, insbesondere aus einem Material mit sehr gutem Festigkeit/Gewicht- Verhältnis und Steifigkeit/Gewicht-Verhältnis wie beispiels­ weise hochfeste Magnesiumlegierungen und hochsteife Alumini­ umlegierungen, was eine weitere Gewichtsreduzierung ermög­ licht.

Im folgenden werden Funktionsweise und Vorteile der Kühlein­ richtungen für die hier besprochene Ausführungsform erläu­ tert.

Wenn die Batterieeinheit in Betrieb ist und sich der Kühl­ luftventilator 146 einschaltet (Fig. 19A), wird Außenluft an­ gesaugt und strömt durch den Kühllufteinlass 144 als Kühlluft in das Gehäuse 140. Die angesaugte Kühlluft strömt durch die zwei Kühllufteinlässe 105 der stromaufwärts liegenden Sammel­ schienenplatte getrennt nach rechts und nach links in den Kühlluftpfad 191 innerhalb der Batteriemodulgruppe 115. Wie in Fig. 19A und 19B gezeigt, strömt die Kühlluft dann über die Abstände zwischen den Ausrichtplatten 170 in den Teilraum 190, durch diesen hindurch und aus den Batteriemodulgruppen 115 hinaus. Die aus den Batteriemodulgruppen 115 ausgeströmte Kühlluft wird durch das Kühlluftansaugteil 145 nach außen ab­ gegeben.

Durch die Strömungsbewegung der Kühlluft kommt das Batterie­ modul 10 auf seiner gesamten Länge mit frischer Kühlluft in Berührung. Beim Kühlluftpfad 191 verengt sich der Luftraum stromabwärts, weil die Ausrichtplatten 170 konisch ausgerich­ tet sind. Dadurch nimmt die Strömungsgeschwindigkeit der Kühlluft stromabwärts zu. Infolgedessen ist die Menge der in die Teilräume 190 strömenden Kühlluft entlang der gesamten Ausrichtungslänge der Batteriemodule 10 ungefähr gleich. Da­ durch werden die Batteriemodule 10 gleichmäßig gekühlt und die Lade- und Entladeeffizienz sowie die Lebensdauer erhöht.

Wenngleich die vierte Ausführungsform den Kühlluftpfad 191 im Inneren der Batteriemodulgruppe 115 vorsieht, ist zu berück­ sichtigen, dass ein Kühlluftpfad auch im Außenumfangsbereich der Batteriemodulgruppe 115 vorgesehen werden kann und dass die Kühlluft zur Kühlung des Batteriemoduls 10 von außen nach innen strömen kann.

Claims (14)

1. Aufladeelementeinheit, aufweisend säulenartige Auflade­ elementmodule, gebildet durch Reihenschaltung zylindri­ scher Zellen über einen Isolierring, wobei das Modul an seinen entgegengesetzten Enden eine Klemme aufweist; Auf­ ladeelementmodulgruppen, gebildet durch paralleles seit­ liches Aneinanderreihen von Aufladeelementgruppen; einen Aufladeelementmodulaufbau, gebildet durch Übereinanderan­ ordnen der Aufladeelementmodulgruppen in mehreren Etagen; mit den Klemmen verbundene Sammelschienenplatten an den gegenüberliegenden Enden des Aufladeelementmodulaufbaus; Sammelschienen, die außerhalb der Sammelschienenplatte angeordnet sind und die Klemmen in Reihe schalten; ein Gehäuse, durch welches Kühlluft strömt und in dem der Aufladeelementmodulaufbau enthalten ist; und Montageplat­ ten mit einem Sicherungsring zum sicheren Befestigen des Isolierrings, wobei Montageplatten unter der untersten Aufladeelementmodulgruppe und zwischen den mittleren Auf­ ladeelementmodulgruppen vorgesehen sind, wobei die Monta­ geplatten zu einer Einheit verbunden sind, um den Iso­ lierring durch die Sicherungsrippen zu sichern; eine Drehbegrenzungseinrichtung für den Isolierring und die Sicherungsrippe.

2. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 1, bei der die Monta­ geplatte Ausrichtplatten beinhaltet, die zwischen den Aufladeelementmodulen axial zu diesen angeordnet sind, wobei die Kühlluft durch die Abstände der Ausrichtplatten streicht und in Aufbaurichtung der Aufladeelementmodule strömt.

3. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Aufladeelementmodulaufbau eine Oberseite und eine Unterseite hat, von denen eine als Kühllufteinlassfläche dient, und bei der der Aufladeelementaufbau schräg ange­ ordnet ist, so dass die Kühllufteinlassfläche in Kühl­ luftaufsteigrichtung weist.

4. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der das Aufladeelementmodul Klemmen mit gegensätzli­ cher Polarität hat, an einem konzentrischen Kreis auf den Klemmen vier Vorsprünge ausgebildet sind und ein Ende der Sammelschiene in die Innenseite der Vorsprünge eingesetzt wird, die Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der ei­ nen Polarität gegenüber der Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der anderen Polarität versetzt ist, so dass ein Vorsprung am herausführenden Abschnitt der Sammel­ schiene liegt, die konzentrischen Kreise einen unter­ schiedlichen Durchmesser haben und die Sammelschiene ein Loch aufweist, in dem der eine Vorsprung so aufgenommen wird, dass die Klemmen mit der Sammelschiene verbunden werden können.

5. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 3, bei der die Ein­ heit zwei Aufbauten aus Aufladeelementmodulen aufweist, der Aufbau zwei entgegengesetzte Enden in Aufbaurichtung der Aufladeelementmodule hat, eine Innenfläche zum ande­ ren Aufbau weist und eine Außenfläche die Kehrseite der Innenfläche ist, zwei Enden der Aufbauten einander be­ nachbart sind und die arideren beiden Enden der Aufbauten voneinander abgesetzt sind, so dass die Aufbauten V- förmig angeordnet sind, und eine der Innenflächen oder eine der Außenflächen der Aufbauten als Kühllufteinlass­ fläche dient.

6. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Anzahl der Etagen der Aufladeelementmodulgruppen kleiner ist als die Anzahl der Aufladeelementmo­ dule, die die Aufladeelementmodulgruppe bilden.

7. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Montageplatte Trennelemente aufweist, welche den Raum in axialer Richtung und in Aufbaurichtung der Aufladeelementmodule in Würfelstruktur unterteilen und in Aufbaurichtung der Aufladeelementmodule so verlaufen, dass Teilräume gebildet werden, die als Kühlluftpfad die­ nen.

8. Aufladeelementeinheit, aufweisend säulenförmige Auflade­ elementmodule, gebildet durch Aneinanderreihen zylindri­ scher Zellen über einen Isolierring, wobei das Modul an seinen entgegengesetzten Enden eine Klemme hat, Auflade­ elementmodulgruppen, gebildet durch seitliches paralleles Aneinanderreihen von Aufladeelementmodulen, Sammelschie­ nenplatten, die an den entgegengesetzten Enden des Aufla­ deelementmodulaufbaus angeordnet und mit den Klemmen ver­ bunden sind, Sammelschienen, die außerhalb der Sammel­ schienenplatte angeordnet sind und die Klemmen in Reihe schalten, ein Gehäuse, in dem Kühlluft strömt und der Aufladeelementmodulaufbau enthalten ist, und Montageplat­ ten, die voneinander beabstandet in Axialrichtung des Aufladeelementmoduls angeordnet sind, und zwar so, dass die Aufladeelementmodule in sie eingesetzt und auf der Umfangslinie zu einer Aufladeelementmodulgruppe ausge­ richtet sind, eine Sicherung für den Isolierring, wobei die Montageplatte unter der untersten Aufladeelementmo­ dulgruppe, über der obersten Aufladeelementmodulgruppe und zwischen den Aufladeelementmodulgruppen dazwischen vorgesehen sind, und einen Kühlluftpfad, der im radialen Innenbereich oder im radialen Außenbereich der Auflade­ elementmodulgruppe verläuft, wobei die Montageplatte Si­ cherungsrippen zur sicheren Befestigung des Isolierrings hat und am Isolierring sowie an der Sicherungsrippe eine Drehbegrenzungsanordnung vorgesehen ist.

9. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 8, bei der ein Ver­ bindungsring vorgesehen ist, der die Aufladeelemente in Reihe miteinander verbindet, der Verbindungsring mit dem Isolierring und einer Außenseite des Aufladeelements ver­ bunden ist, die eine Polarität trägt, und mit dem anderen Aufladeelement Berührung hat und der Verbindungsring und der Isolierring eine Positioniereinrichtung zu ihrer Po­ sitionierung relativ zueinander auf der Umfangslinie ha­ ben und der Isolierring zumindest einen Teil der Außen­ fläche des Verbindungsrings bedeckt.

10. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 8 oder 9, bei der das Aufladeelementmodul Klemmen mit entgegengesetzter Polari­ tät hat, die Klemme mit der einen Polarität einen anderen Querschnitt hat als die Klemme mit der anderen Polarität und die Klemme eine Anschlussstelle in ihrer Mitte hat, die Sammelschienenplatte zu den Klemmen passende Löcher zu deren Anschluss hat, wobei die Sammelschienenplatte mit den Aufladeelementmodulen dadurch verbunden wird, dass die Löcher mit den entsprechenden Klemmen verbunden werden.

11. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei der das Aufladeelementmodul Klemmen entgegengesetzter Polarität hat, auf einem konzentrischen Kreis auf den Klemmen vier Vorsprünge ausgebildet sind und ein Ende der Sammelschiene innen in die Vorsprünge eingesetzt wird, die Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der einen Po­ larität um K° gegenüber der Phase der Vorsprünge auf der Klemme mit der anderen Polarität versetzt ist, so dass ein Vorsprung am herausführenden Teil der Sammelschiene sitzt, wobei K° nach folgender Gleichung (1) berechnet wird, in der die Anzahl der Aufladeelementmodule mit "H" wiedergegeben ist,
360/H = K (1)
die konzentrischen Kreise einen unterschiedlichen Durch­ messer haben und die Sammelschiene ein Loch hat, in wel­ chem der eine Vorsprung aufgenommen wird, damit der An­ schluss der Klemmen durch die Sammelschiene ermöglicht wird.

12. Aufladeelementeinheit nach Anspruch 10, bei der die Plus­ klemme und die Minusklemme einen sternförmigen bzw. einen kreisförmigen Querschnitt haben.

13. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 12, bei der die Drehbegrenzungseinrichtung für den Isolier­ ring einen Passstift, der entweder am Isolierring oder an der Sicherungsrippe angebracht ist und ein Loch zur Auf­ nahme des Passstifts, das entweder in der Sicherungsrippe oder im Isolierring vorgesehen ist, beinhaltet.

14. Aufladeelementeinheit nach einem der Ansprüche 8 bis 13, bei der die Drehbegrenzungseinrichtung für den Isolier­ ring eine ebene Seite, die an der Außenumfangsfläche des Isolierrings ausgebildet ist und eine Passfläche, die in der Sicherungsrippe ausgebildet ist und mit der ebenen Seite in Anlage gebracht wird, beinhaltet.