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Die
Erfindung betrifft eine Antriebsbatteriebaugruppe eines Elektro-,
Brennstoffzellen- oder Hybridfahrzeugs zum Transport von Personen
und/oder Waren, mit mehreren nach außen durch jeweils eigene
Zellengehäuse geschlossenen, vorgefertigten Batteriezellen
und einem die Batteriezellen miteinander fixierenden Gehäuse,
wobei die Batteriezellen in Reihen angeordnet sind. Die Erfindung
ist bei Kraftfahrzeugen ebenso wie bei Lastkraftwagen oder anderen
Fahrzeugen anwendbar.
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Aufgrund
der geforderten CO2 Reduktion wird die Anzahl
der zumindest hilfsweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen in Zukunft
steigen. Als Energiequelle werden, wie es die vorliegende Erfindung bevorzugt
vorsieht, Hochleistungsbatterien mit NiMH oder Li-Ionen Batteriezellen
verwendet. Diese vorgefertigten Zellen werden zu einem Zellenpaket
zusammengefaßt und in Reihe geschaltet, so daß sich
aus zahlreichen einzelnen Batteriezellen mit üblicherweise
einer Spannung von 3,6 V Hochleistungsbatterien, genauer gesagt
Hochleistungsakkus, ergeben. Das Batteriepaket ist in einem stabilen
Metallgehäuse untergebracht. Aufgrund der enormen Baugröße
von derartigen Batteriebaugruppen müssen diese an bislang
noch nicht für die Energiespeicherung angedachten Stellen
im Fahrzeug untergebracht werden, beispielsweise unterhalb der Fahrzeugkarosserie hinter
der Hinterachse. Die Stabilität des Gehäuses sowie
die Positionierung der einzelnen Batteriezellen muß auch
in einem Crashfall sichergestellt werden, damit es zu keinen Kurzschlüssen
oder sogar Bränden kommen kann. Auch aus diesem Grund ist
es wichtig, stabile Gehäuse zu verwenden.
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Bei
solchen Antriebsbatteriebaugruppen werden vorgefertigte, nach außen
geschlossene Batteriezellen zu einer Hochvoltbatterie (übliche
Spannungen 130 V für den sog. Mild Hybrid und 360 V für einen
Vollhybrid) in dem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt.
Die Batteriezellen dürfen ihre maximale Zelltemperatur
von 55 bis 80°C nicht überschreiten, was die Lebensdauer
der Zellen verringern würde. Eine weitere Ursache für
die Verringerung der Lebensdauer der Batteriezellen und damit der
gesamten Baugruppe kann in einer inhomogenen Temperaturverteilung
zwischen den Zellen liegen. Es ist deshalb darauf zu achten, daß sich
die Temperaturen zwischen den Zellen um nicht mehr als ± 2
bis 5 K vorzugsweise nur ± 2 bis 3 K unterscheiden. Da
die Zellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, kann eine defekte
Zelle für einen Totalausfall der gesamten Batteriebaugruppe
sorgen. Es sind bereits Überlegungen angestellt worden,
die Batteriebaugruppe durch ein aktives Fluid-Kühlsystem
auf konstante Temperatur zu halten.
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Aus
der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2007 021 309.5 , die hiermit
vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung einbezogen
wird, ist es bekannt, die einzelnen Batteriezellen mit dünnen
Metallamellen zu umgeben, die wiederum mit einem Kühlfluid
führenden Rohr thermisch gekoppelt sind. Somit wird jede
Batteriezelle wirksam gekühlt. Um eine spielfreie Lagerung
der Batteriezellen im Außengehäuse sicherzustellen
wurde vorgeschlagen, zwischen den Batteriezellen elastische Kunststoffnasen
als Teil des Außengehäuses vorzusehen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, eine Antriebsbatteriebaugruppe mit einem einfacher
aufgebauten Gehäuse zu schaffen, das dennoch die durchaus
erheblichen Durchmessertoleranzen der Batteriezellen kompensieren
kann, damit eine lagesichere und klapperfreie Halterung gewährleistet
ist.
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Darüber
hinaus soll bei einer aktiven Kühlung der Antriebsbatteriebaugruppe
eine sichere Wärmeübertragung zwischen den einzelnen
Batteriezellen und dem Kühlfluid gewährleistet
sein, trotz der unvermeidlichen Toleranzen der Einzelteile.
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Die
oben genannte erste Aufgabe wird bei einer Antriebsbatteriebaugruppe
der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das
Gehäuse pro Reihe wenigstens zwei an entgegengesetzten
Außenbereichen des Umfangs der Batteriezellen angreifende Wände
aufweist, die in Radialrichtung der Batteriezellen gegeneinander
durch Haltemittel verspannt sind, um die Batteriezellen zwischen
sich radial zu klemmen, wobei jede Wand für eine Batteriezelle
einen entsprechenden Klemmabschnitt besitzt.
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Die
erfindungsgemäße Antriebsbatteriebaugruppe weist
also ein Gehäuse auf, welches aus mehreren Wänden
zusammengesetzt ist, die bei der Montage zueinander verschieblich
sind. Dadurch ist es möglich, die Zellen zwischen den Wänden
zu klemmen, um einen Toleranzausgleich zu erzielen.
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Vorzugsweise
sind die Wände flexibel, können also von Batteriezelle
zu Batteriezelle unterschiedlich gebogen werden, damit sich die
Wände sozusagen an die Toleranz jeder einzelnen Batteriezelle
anpassen können.
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Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform sind die Wände vorgefertigte,
separate Teile, die erst durch die Haltemittel miteinander verbunden
werden. Darüber hinaus wäre es aber auch möglich,
die Wände beispielsweise über Kunststoffbrücken
miteinander zu verbinden, so daß sie als ein gemeinsames Teil
hergestellt werden, das dann nur an den Kunststoffbrücken
gebogen wird, um die Wände aufeinander zu zu bewegen.
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Die
Halterung der Batteriezellen wird dadurch verbessert, daß die
Wände dem Außenumfang der Batteriezellen angepaßte,
insbesondere halbschalenförmige Klemmabschnitte besitzen
können.
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Gemäß der
bevorzugten Ausführungsform haben die Klemmabschnitte dabei
einen Radius, der größer ist als der größte
im Toleranzbereich liegende Radius einer Batteriezelle. Dies soll
sicherstellen, daß auch wirklich den gesamten Toleranzbereich ausschöpfende
Batteriezellen in den Klemmabschnitten aufgenommen werden können.
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Bevorzugt
liegen die Klemmabschnitte an den axialen Endabschnitten der Batteriezellen
an, d. h. oben und unten an den Batteriezellen, so daß dazwischen
noch Platz für z. B. das aktive Kühlsystem vorhanden
ist.
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Das
aktive Kühlsystem umfaßt wenigstens ein, ein Kühlfluid
führendes Rohr zum Abtransport von Wärmeenergie
der Batteriezellen, welches sich durch das Gehäuse erstreckt.
Insbesondere verläuft das Rohr dabei zinnen- oder wellenförmig
durch das Gehäuse, um eine möglichst große
Fläche zur Wärmeübertragung bereitzustellen.
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Das
Rohr besitzt insbesondere gerade und gebogene Bereiche, wobei nur
an den geraden, enger tolerierbaren Bereichen Stützabschnitte
der Wand anliegen sollen. Diese Stützabschnitte fixieren die
Lage des Rohres im Gehäuse und sichern den Kontakt von
Lamellen zum Rohr. Die Stützabschnitte selbst stehen von
der Wand ab, sind an ihr angeformt und sind von den Klemmabschnitten beabstandet. Diese
Beabstandung ist sehr wichtig, denn das gebogene Rohr weist natürlich
fertigungsbedingt hohe Toleranzen auf, die sich nicht mit den Toleranzen
der Batteriezellen ergänzen sollten, was dann der Fall wäre,
wenn die Klemmabschnitte auch die Stützabschnitte für
die Rohre bilden würden.
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Hierbei
ist es insbesondere vorteilhaft, wenn die Wand insgesamt flexibel
ist und die Stützabschnitte von den Klemmabschnitten entfernt
sind, so daß die Abschnitte der Wand, die die Stützabschnitte und
die Klemmabschnitte bilden, sich an die zu haltenden Teile (Batteriezellen
bzw. Rohr) separat anpassen können. Dabei kann es natürlich
vorteilhaft sein, wenn die Stütz- und/oder Klemmabschnitte
flexible Fortsätze der Wand sind.
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Wie
bereist erwähnt, kann die Antriebsbatteriebaugruppe über
Kühllamellen die Wärmeenergie der Zellen in Richtung
Rohr abtransportieren. Hierbei ist das Rohr mit Kühllamellen
gekoppelt, welche an Batteriezellen anliegen.
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Wichtig
ist hierbei vor allem, daß die Kühllamellen großflächig
am Rohr und an den Batterien anliegen, um eine große Wärmeübergangsfläche
bereitzustellen. Hierzu sind an der Wand vorgesehene Lamellenanpreßabschnitte
angedacht, die von der Wand abstehen und die Lamellen an den Umfang
der Batterien flächig andrücken.
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Auch
dabei ist es besonders bevorzugt, wenn die Lamellenanpreßabschnitte
elastische Wandabschnitte bilden, um eine Vorspannung sicherzustellen.
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Die
Lamellenanpreßabschnitte können einer Batterieform
angepaßte Geometrie besitzen, um ein flächiges
Andrücken sicherzustellen.
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Für
die einfache Fertigung der Wände kann es von Vorteil sein,
die Lamellenanpreßabschnitte einstückig mit den
Stützabschnitten auszuführen, so daß die
Lamellenanpreßabschnitte von den Stützabschnitten
ausgehen und sich von diesen weg erstrecken. Die beiden Abschnitte
sollten aber soweit voneinander mechanisch entkoppelbar sein, daß sie
jeweils für sich eine Vorspannkraft auf die angrenzenden
Teile (Lamellen zu Batteriezellen oder zu Rohr) ausüben,
um für deren Lagefixierung und für die Kontaktierung
der angrenzenden Teile zu sorgen.
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Die
Lamellenanpreßabschnitte und die Lamellen selbst sollten
beide bevorzugt beabstandet von den Klemmabschnitten liegen, um
auch hier eine unabhängige Lagefixierung und Kontaktierung
sicherzustellen.
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Es
wäre nachteilig, wenn die Lamellen zwischen einem Klemmabschnitt
und der Batteriezelle zu liegen kämen. In diesem Fall würde
sich nämlich die Toleranz der Lamelle mit der der Batteriezelle
und der der Klemmabschnitte aufsummieren.
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Wie
bereits zuvor angedeutet sollte die radiale Klemmung der Batteriezellen,
die Kontaktierung der Batteriezellen mit den Kühllamellen
und die Kontaktierung der Kühllammellen mit den Rohren
jeweils mittels Aufbringen von Vorspannung mittels unterschiedlicher
Abschnitte der Wand erfolgen.
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Bei
der bevorzugten Ausführungsform sind die Wände
aus Kunststoff, um eine ausreichende Flexibilität der Wandabschnitte
zu erreichen.
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Die
Wände werden insbesondere durch wenigstens einen Deckel
miteinander verbunden, der zusätzlich zu den Haltemitteln
eine weitere Fixierung der Wände ermöglicht.
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Über
den Deckel können die Batteriezellen axial verspannt und
axial spielfrei lagefixiert werden.
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Der
Deckel wird insbesondere mit den Wänden verschraubt.
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Über
die Verschraubung des Deckels können gegebenenfalls auch
die Haltemittel lagefixiert werden, indem sich die Schrauben bis
zu den Haltemitteln erstrecken.
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Die
Haltemittel sind insbesondere an einer Wand vorgesehene Vorsprünge,
die in entsprechende Ausnehmungen der gegenüberliegenden
Wand eindringen. Dabei sollten die Haltemittel und die Ausnehmungen
so aufeinander abgestimmt sein, daß die Haltemittel unterschiedlich
tief, und zwar über den gesamten Toleranzbereich der unterschiedlich
dicken Batteriezellen, in die Ausnehmungen eindringen können.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß die
Haltemittel auf ihrer Außenfläche eine Verzahnung
aufweisen, die in die Oberfläche der zugeordneten Ausnehmung
formschlüssig eingreift.
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Wenn
die Ausnehmung eine Gegenverzahnung besitzt, wird eine Rastverbindung
gebildet. Damit ist es möglich, ohne zusätzliche,
separate Schrauben etc. die Wände einfach aufeinander zu zubewegen
und miteinander stellenweise zu verrasten.
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Insbesondere
ist zwischen benachbarten Batteriezellen jeweils mindestens ein
Haltemittel vorgesehen, damit die Vorspannung und die Anpassung der
Wand an jede einzelne Batteriezelle möglich wird.
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Die
Haltemittel sollten darüber hinaus axial im Bereich der
Klemmabschnitte liegen, um eine unmittelbare Kraftübertragung
auf die Klemmabschnitte zu gewährleisten.
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Die
axiale Länge der Haltemittel entspricht bevorzugt wenigstens
0,8 mal der axialen Länge des zugeordneten Klemmabschnitts,
damit über weitgehend die gesamte Länge des Klemmabschnitts
Kraft auf die Batteriezelle übertragen wird.
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Durch
die Aufteilung des Gehäuses in Wände, die schichtweise
mit den Reihen von Batteriezellen gestapelt sind, lassen sich auch
noch andere Vorteile erzielen. Zum einen ist das so hergestellte
Gehäuse sehr kosteneffektiv, robust und leicht, zum anderen
lassen sich modulare Gehäuse herstellen. Da die Anzahl
von verbauten Batteriezellen variiert, lassen sich einfach mehrere
gleiche Wände aufeinandersetzen, um zu einer Antriebsbatteriebaugruppe mit
anderer Leistung zu kommen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung und aus den nachfolgenden Zeichnungen, auf die Bezug
genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine
perspektivische Explosionsansicht der erfindungsgemäßen
Antriebsbatteriebaugruppe,
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2 eine
vergrößerte Ansicht der nebeneinander postierten
Wände und der Einheit aus Rohren und Kühllamellen,
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3 die
Einheit aus Wänden, Rohren und Lamellen einerseits und
die darin unterzubringenden Batteriezellen andererseits,
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4 eine
Draufsicht auf die noch nicht voll montierte Antriebsbatteriebaugruppe
von oben,
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5 die
Antriebsbatteriebaugruppe kurz vor dem Befestigen des Deckels,
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6 die
fertig montierte erfindungsgemäße Antriebsbatteriebaugruppe,
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7 eine
schematische Längsschnittansicht durch die Batteriebaugruppe
im Bereich einer Batteriezelle,
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8 eine
Schnittansicht durch die Antriebsbatteriebaugruppe längs
der Linie VIII-VIII in 7,
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9 eine
vergrößerte Querschnittsansicht durch eine erfindungsgemäße
Antriebsbatteriebaugruppe im Bereich der Kühllamellen nach
der Linie IX-IX in 7,
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10 eine
schematische Perspektivansicht einer bei der erfindungsgemäßen
Antriebsbatteriebaugruppe eingesetzten Wand,
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11 zwei
gegenüberliegende Wände, die bei der erfindungsgemäßen
Antriebsbatteriebaugruppe eingesetzt werden können.
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12 eine
vergrößerte Schnittansicht durch die Antriebsbatteriebaugruppe
im Bereich der Haltemittel,
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13 eine
vergrößerte Ansicht eines Haltemittels gemäß einer
anderen Ausführungsform,
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14 eine
vergrößerte Schnittansicht durch die Antriebsbatteriebaugruppe
gemäß einer weiteren Ausführungsform
im Bereich eines Haltemittels kurz vor der Verrastung,
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15 eine
schematische Schnittansicht durch eine Batteriezelle einer Baugruppe
gemäß einer weiteren Ausführungsform,
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16 eine
Explosionsansicht der Kühlvorrichtung der Baugruppe nach 15,
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17 eine
Draufsicht auf einen Teil der Baugruppe nach 15,
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18 die
Baugruppe nach 15 mit noch nicht eingeführten
Batteriezellen, und
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19 eine
schematische Schnittansicht durch eine alternative Ausführungsform
von Haltemitteln zwischen benachbarten Wänden.
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In 1 ist
eine Antriebsbatteriebaugruppe eines Elektro-, Brennstoffzellen-
oder Hybridfahrzeugs gezeigt, das mit einer aktiven Kühlung
versehen ist. Das Außengehäuse umfaßt
mehrere aus Kunststoff bestehende Wände 2, 4, 6 und 8,
wobei die Wände 2 und 8 Außenwände
darstellen und die Wände 4 und 6 Zwischenwände.
Darüber hinaus umfaßt das Außengehäuse
einen aufschraubbaren Deckel 10. Wände 2 bis 8 und
Deckel 10 sind aus PP, PA, PPS oder PPA durch Spritzgießen
gefertigt.
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Im
Gehäuse sind zahlreiche Batteriezellen 12 untergebracht
und in Reihe geschaltet, so daß eine Hochvolt-Batterie,
genauer ein Hochvolt-Akku, geschaffen wird. Die einzelnen Batteriezellen 12 sind NiMH
oder Li-Ionen Batterien und in sich geschlossene Einheiten, die
nach außen durch ein eigenes Zellengehäuse 14 abgeschlossen
sind. Die Batteriezellen 12 werden entweder vor der Montage
in das Außengehäuse zu einem Paket zusammengefaßt
oder erst durch das Einsetzen in das Außengehäuse
zum Paket.
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Wie
in 1 zu erkennen ist, sind die Batteriezellen 12 in
parallelen Reihen angeordnet. Bei der Ausführungsform nach 1 gibt
es drei parallele Zellenreihen.
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Jede
Batteriezelle 12 wird außen an ihrem Zellengehäuse,
das insbesondere aus Metall ist, von Kühllamellen 16 umgriffen.
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Wie
in 1 und insbesondere in 2 zu erkennen
ist, sind die Kühllamellen 16 dünne Metallbleche,
die wellenförmig umgeformt sind, um sich der Form der Batteriezellen 12 anzupassen
und sich an diese optimal anzuschmiegen. Jede Kühllamelle 16 umgreift
eine Batteriezellenreihe auf knapp ihrem halben Außenumfang,
so daß pro Batteriezellenreihe zwei Kühllamellen 16 an
gegenüberliegenden Abschnitten jeder Batteriezelle 12 angreifen.
Die Batteriezellen 12 sind sozusagen zum Großteil
in die Kühllamellen 16 eingepackt.
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Um
für einen ausreichend guten Wärmeabtransport zu
sorgen, sind mehrere Kühlfluid führende Rohre 18 vorgesehen,
die unmittelbaren Kontakt mit den zugeordneten Kühllamellen 16 haben
und sich zinnenförmig längs der Kühllamellen 16 auf-
und abwärts erstrecken. Jedes Rohr 18 hat einen
geradlinig verlaufenden Abschnitt 20, der jeweils an den äußersten
Enden eines Halbschalenabschnitts einer Kühllamelle 16 verläuft,
sowie einen fast halbkreisförmigen, gebogenen Abschnitt 22,
der die benachbarten geradlinigen Abschnitte 20 verbindet.
Der gebogene Abschnitt 22 ebenso wie die geradlinigen Abschnitte 20 berühren
die zugeordnete Kühllamelle. Wie in 2 gut zu
erkennen ist, verläuft das Rohr 18 auf einer Seite
eines Halbschalenabschnitts einer Kühllamelle 16 abwärts,
dann über den gebogenen Abschnitt 22 zum gegenüberliegenden
geradlinigen Abschnitt 20, hier aufwärts und anschließend über den
nächsten gebogenen Abschnitt 22 zum benachbarten
Halbschalenabschnitt usw.
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Vorzugsweise
ein Rohr 18 führt somit die Wärme einer
Kühllamelle 16 ab. Die Rohre 18 münden
in einen Kühlfluidanschluß 24, der zu
einem Kühlkreislauf führt.
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Die
Kühllamellen 16 und die Rohre 18 sind nicht
miteinander verschweißt oder verlötet, vielmehr liegen
sie in der Ausgangsstellung mehr oder weniger lose aneinander an.
Das Paket aus Kühllamellen 16 und Rohr 18,
wie es in den 1 und 2 gezeigt
ist, wird zwischen die entsprechenden Wände 2 bis 8 gestellt,
wobei die Wände 2 bis 8 zuerst noch deutlich
voneinander beabstandet sind. Anschließend wird das Paket
aus Batteriezellen 12 oder die einzelnen Batteriezellen 12 in
die entsprechenden von Wänden 2 bis 8 und
Kühllamellen 16 gebildeten Kammern von oben eingesetzt
(siehe 3), wobei in diesem Zustand noch keine Preßpassung
vorhanden ist, so daß das Einschieben der Batteriezellen 12 sehr
einfach ist.
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Einige
fast komplett eingeschobene Batteriezellen 12 sind in 4 zu
erkennen.
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Nachdem
sämtliche durch Wände 2 bis 8 und
Kühllamellen 6 gebildete zylindrische Kammern mit
Batteriezellen 12 bestückt sind, werden die Wände 2 bis 6 quer
zu ihrer Längserstreckung zusammengeschoben (siehe Pfeile
in 4).
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Wie
in den 4, 7 und 8 gut zu sehen
ist, weisen die Wände an ihren oberen und unteren Rändern
sog. Klemmabschnitte 26 in Form von Halbschalen auf, die
die axialen Enden der Batteriezellen 12 umgreifen und unmittelbar
an diesen anliegen. Bei Verwendung von kreiszylindrischen Batteriezellen 12 sind
die Durchmesser der Klemmabschnitte 26 geringfügig
größer als der Maximaldurchmesser der am oberen
Ende der Toleranz liegenden größten Batteriezelle 12.
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Darüber
hinaus stehen die Klemmabschnitte, die einstöckiger Bestandteil
der jeweiligen Wand 2 bis 8 sind, nur so weit
radial vor, daß sie vor der sog. Mittellinie M einer Batteriezellenreihe
(siehe 8) enden, damit zwischen benachbarten, einander
zu gewandten Fortsätzen der Klemmabschnitte 26 stets ein
Spalt 28 verbleibt. Durch Vorhandensein dieser Spalte 28 ist
sichergestellt, daß bei kleinsten Batteriezellen 12 auch
immer eine Klemmkraft zwischen den benachbarten Wänden 2 bis 8 vorhanden
ist, über die Wände an entgegengesetzten Außenbereichen 30 des
Umfangs der Batteriezellen 12 angreifen (siehe 8).
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Wie 8 ebenfalls
zu entnehmen ist, sind an den Wänden 2 bis 8 einstückig
angeformte, von den Wänden 2 bis 8 abstehende
Haltemittel 32 vorgesehen, die in Ausnehmungen der gegenüberliegenden
Wand 2 bis 8 eingreifen und zur Befestigung der
Wände 2 bis 8 aneinander dienen. Über
diese Haltemittel 32 werden die Wände 2 bis 8 zu
einem gemeinsamen Gehäuse zusammengefaßt. Weitere Details
zu den Haltemitteln 32 folgen später unter Bezug
auf die 11 bis 14.
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7 ist
noch zu entnehmen, daß die Wände 2 bis 8 am
unteren Ende einen Sockelabschnitt 34 in Form von halbringförmigen
Fortsätzen aufweisen, auf denen die Batteriezellen 12 in
axialer Richtung aufsitzen. Axial sollte jede Batteriezelle 12 etwas über
die zugeordneten Wände hinaus nach oben vorstehen.
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In 7 sind
auch die Stirnwände 38 der Batteriezelle 12 sowie
elektrische Kontakte 40 zu erkennen.
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Schließlich
sieht man in 7 auch noch eine Kühllamelle 16 mit
einem zugeordnetem Rohr 18, das mittig durch den gebogenen
Abschnitt 22 (im folgenden auch Rohrbogen genannt) geschnitten
ist. Im Falle der Verlegung der Rohrbögen innerhalb der Erstreckung
der Kühllamellen 16 werden die gebogenen Abschnitte 22 angrenzender
Reihen in der Längsrichtung der Zellachse versetzt angeordnet.
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In 7 ist
dies durch übereinanderliegende Anordnung der oberen und
unteren Paare von Rohren 18 gezeigt, wobei beim oberen
und unteren Paar die jeweils oberen bzw. unteren Rohre einander
zugeordnet sind. Durch den Höhenversatz der Rohrbögen
kommt es nicht zum Kreuzen der Rohre 18 im Bereich der
gebogenen Abschnitte 22, und der Mindestabstand der Zellen
ist gleich der 2-fachen Dicke der Kühllamelle 16 plus
einem Rohrdurchmesser.
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Noch
enger können die Zellen positioniert werden, wenn die Rohrbögen
außerhalb der axialen Erstreckung der Kühllamellen 16 und
der Zellen gemäß 15 bis 18 verlegt
werden. In diesem Fall beträgt der minimale Zellabstand
nur 2x der Dicke der Kühllamellen 16.
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In 7 sind
die einzelnen Teile etwas voneinander beabstandet dargestellt, beispielsweise
die Lamellen 16 von dem Zellengehäuse 14,
ebenso wie die Klemmabschnitte 26 von den Batteriezellen 12. Dies
ist jedoch nur zu Unterscheidungszwecken so wiedergegeben, die Teile
sollten vielmehr im Endmontagezustand einander berühren.
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Gut
zu erkennen ist jedoch, daß die Kühllamellen 16 zwischen
den Klemmabschnitten 26 liegen und nicht in die Bereiche
zwischen Klemmabschnitten 16 und den entsprechenden Abschnitten
der Batteriezellen 12 zu liegen kommen, an denen die Klemmabschnitte 26 unmittelbar
anliegen. Der Abstand 12 der Klemmabschnitte 26 ist
folglich auch größer als die axiale Höhe
L1 der dazwischen liegenden Kühllamelle 16.
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In 9 ist
die Positionierung der Rohre 18 und der Kühllamellen 16 besser
zu sehen. An den Wänden 2 bis 8 sind
einstückig daran angeformte, flexible, rippenartige Halterungen
angeformt, die der Positionierung der Kühllammellen 16 und
der Rohre 18 dienen. An den Wänden 2 bis 8 verlaufen
axial zwischen den Klemmabschnitten 26 sog. Stützabschnitte 42,
die eine den Rohren 18 angepaßte Schalenform haben,
damit die Rohre 18 an ihnen gut positioniert anliegen.
Von den Stützabschnitten 42 gehen Lamellenanpreßabschnitte 44 aus,
und zwar annähernd in einem 90° Winkel zueinander,
um als Anpreßabschnitte 44 für benachbarte
Batteriezellen 12 zu dienen.
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Wie
in 9 zu erkennen ist, drücken die nachgiebigen
und sehr elastischen Lamelleanpreßabschnitte 44 die
Kühllamellen 16 gegen die Batteriezellen 12.
Damit kommt es zu einer vollflächigen Anlage der Kühllamellen 16 an
den Batteriezellen 12. Gleichzeitig drücken die
Stützabschnitte 42 die Rohre 18 gegen
diejenigen Kühllamellenabschnitte 46, die zwischen
den benachbarten Batteriezellen 12 liegen und die in diesem
Bereich entsprechend den Rohren 18 gebogen sind, um diese
einzuhüllen.
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Die
Stützabschnitte 42 und die Lamellenanpreßabschnitte 44 sind
von den Klemmabschnitten 26 beabstandet und dienen nicht
der Fixierung der Batteriezellen 12, sondern haben eigene
Teile, die sie positionieren, nämlich die Rohre 18 bzw.
die Kühllamellen 16.
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Die
radiale Klemmung der Batteriezellen 12, die Kontaktierung
der Batteriezellen 12 mit den Kühllamellen 16 und
die Kontaktierung der Kühllamellen 16 mit den
Rohren 18 erfolgt jeweils mittels Aufbringen von Vorspannung
durch die unterschiedlichen Abschnitte der Wände 2 bis 8,
d. h. durch voneinander funktional getrennte Abschnitte in Form
der Klemmabschnitte 26, der Lamellenanpreßabschnitte 44 bzw.
der Stützabschnitte 42.
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Durch
die Flexibilität der Wände 2 bis 8 und der
gerade aufgeführten Abschnitte 26, 42, 44 ist
die Vorspannung zwischen allen Teilen trotz großer Toleranzen
sichergestellt.
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In 10 erkennt
man die Sockelabschnitte 34, die in diesem Fall an der
Wand 8 angeformt sind, die Klemmabschnitte 26 sowie
die in diesem Fall zapfenförmig ausgeführten Haltemittel 32.
Mit unterbrochenen Linien ist auch eine Batteriezelle 12 angedeutet.
Um Gewicht zu reduzieren, weisen die Wände 2 bis 8 axial
zwischen den Klemmabschnitten 26 fensterförmige
Ausnehmungen 48 auf, so daß Verbindungsstege 50 gebildet
werden. Diese Verbindungsstege 50 sind in 10 vereinfacht
dargestellt. Sie sind in Wirklichkeit mit rippenartigen Fortsätzen
in Form der Stütz- und Lamellenanpreßabschnitte 42, 44 versehen,
wie sie in 9 im Schnitt dargestellt sind.
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Nach
dem Einsetzen und radialen Klemmen der Batteriezellen 12,
Kühllamellen 16 und Rohre 18 wird der
Deckel 10 (siehe 1 und 5)
von oben auf die Wände 2 bis 8 aufgesetzt
und mit diesen verschraubt. Der Deckel 10 hat zahlreiche Öffnungen 52,
durch die die Kontakte 40 hindurchtreten können. Der
Deckel 10 verspannt die Batteriezellen 12 axial zwischen
sich und den Sockelabschnitten 34, so daß auch
axial eine spielfreie Lagerung gewährleistet ist.
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Auch
der Deckel 10 sollte aus Kunststoff bestehen und eine gewisse
Nachgiebigkeit aufweisen, um sich der Längentoleranzen
der Batteriezellen 12 anzupassen.
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Nach
der Anbindung des Deckels 10 hält die Antriebsbatteriebaugruppe
die sehr kompakte Gestalt gemäß 6.
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Anstatt
der zapfenförmigen Haltemittel 32 können
diese, wie in 11 dargestellt ist, auch in Axialrichtung
gestreckt und keilförmig sein.
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Die
Haltemittel 32 haben eine axiale Länge oder, besser,
Höhe, die wenigstens 0,8 mal der axialen Länge
des zugeordneten Klemmabschnitts 26 entspricht. Im in 11 gezeigten
Beispiel sind die Haltemittel 32 sogar noch deutlich höher
als die Klemmabschnitte 26.
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Die
an der gegenüberliegenden Wand 6 vorgesehenen,
komplementären Ausnehmungen 54 sind entsprechend
schlitzförmig.
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In 12 ist
zu sehen, daß die Haltemittel 32 eine Rastverbindung
bilden, denn auf ihrer Außenseite weisen sie eine Art Verzahnung 56 auf,
die in eine entsprechende Gegenverzahnung 58 in der Ausnehmung
eindringt. Der Abstand benachbarter Zähne sollte dabei
zwischen 0,1 und 1 mm liegen. Über die Rastverbindung wird
auch eine Formschlußverbindung zwischen den Wänden 2 bis 8 erreicht, über
die dann auch die Vorspannung auf die miteinander zu verpressenden
Teile ausgeübt wird.
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Die
Dicke Z (siehe 12) des Haltemittels 32 in
Axialrichtung gesehen sollte zwischen 0,5 mal dem Abstand benachbarter
Batteriezellen 12 und dem Abstand benachbarter Batteriezellen 12 liegen.
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Die
Haltemittel 32 lassen sich auch in einzelne vorspringende
Haltemittel 60, 62 gemäß 13 unterteilen.
Die Höhe des Gesamtvorsprungs h entspricht dabei der Höhe
des Klemmabschnitts 26. Darüber hinaus kann an
einem Haltemittel, wie vorliegend dem Haltemittel 32 auch
ein Anschlag 64 vorgesehen sein, der die möglichst
zu vermeidende maximale Eindringtiefe der Haltemittel 32 in
die entsprechende Ausnehmung 54 vorgibt.
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Um
anstatt oder zusätzlich zu der Verrastung der Haltemittel 32 eine
Sicherung der Wände 2 bis 8 gegenseitig
zu erzielen, können die Schrauben, mit denen der Deckel 10 an
den Wänden 2 bis 8 befestigt wird, bis
zu den Haltemitteln 32 vordingen und diese relativ zur
benachbarten Wand fixieren.
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In 14 ist
der maximale Versatz zwischen einem Haltemittel 32 und
der zugeordneten Ausnehmung 54 zu erkennen, d. h. der Versatz
zwischen benachbarten Wänden 2 bis 8.
Da die Haltemittel 32 elastisch und die Batteriezellen 12 im
Querschnitt kreisrund sind, sowie die Haltemittel 32 an
ihrer Spitze einen Konus besitzen, können die Mittellinien 66, 68 von
Ausnehmung 54 und Haltemittel 32 etwa dem halben
Abstand benachbarter Batteriezellen 12 entsprechen, wobei
die Vertiefung eine Breite hat, die ebenfalls in etwa dem Abstand
der benachbarten Batteriezellen 12 entspricht.
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Um
eine ausrechende Klemmwirkung an jeder Batteriezelle 12 zu
ermöglichen, sollte zwischen benachbarten Batteriezellen 12 stets
mindestens ein Haltemittel 32 liegen. Insbesondere sind
es natürlich zwei Haltemittel, nämlich ein Haltemittel 32 auf
axialer Höhe jedes Klemmabschnitts 26. Insbesonders bei
Anordnung der Sockelabschnitte 34 auf der Polseite (15–18)
können die Haltemittel 32 anstelle zwischen den
Zellen (12) auch oberhalb und unterhalb
der Zellerstreckung in der Längsachse angebracht werden.
Auf der Polseite ist dies, wie 19 zeigt,
z. B. zwischen den Polen 40 möglich.
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Im
Gegensatz zu der 12, bei der die Verrastung durch
ein Öffnen der beiden Flanken erfolgt, auf denen die Gegenverzahnung 58 angeordnet
ist, ist im Falle der 19 die Gegenverrastung an einem
elastischen Clip 100 angeordnet. Dies hat den Vorteil,
daß die Verpreßkraft reduziert werden kann.
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Das
Gehäuse ist modular aufgebaut, es besteht nur aus Seitenwänden
und gleich aufgebauten Mittelwänden, so daß es
beliebig auf noch mehr Batteriezellenreihen erweitert werden kann.
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In
den Ausführungsformen gemäß den 1 und 10 nehmen
die Sockelabschnitte 34 den Zellenboden in axialer Richtung
auf (Anschlag in axialer Richtung), während der Deckel 10 auf
der Seite der beiden Pole 40 angeordnet ist. Es ist aber
genauso möglich, die Zellen 12 durch Sockelabschnitte 34 axial
zu fixieren, die an den Kunststoffteilen 2, 4, 6, 8 auf
der Seite der Pole 40 angebracht sind, wie dies in 16, 17 und 18 gezeigt
ist. Der Deckel 10 wird bei dieser Ausführungsform
an der den Polen 40 gegenüberliegenden Seite (sog.
Berstbodenseite) der Zellen 12 angeschraubt.
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Der
Vorteil dieser Anordnung ist, daß beim Einführen
der Zellen 12 durch eine entsprechende Aufnahme der unsymmetrisch
angeordneten Pole 40 im Sockelabschnitt 34 eine
Verdrehsicherung gegeben ist, die ein Vertauschen der Plus- und
Minuspole verhindert.
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Auch
bei dieser Ausführungsform liegen die gebogenen Abschnitte 22 der
Rohre 18 ober- und unterhalb der Zellen 12.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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