DE102011077331A1

DE102011077331A1 - Batteriemodul, Batterie mit diesem Batteriemodul und Kraftfahrzeug mit dieser Batterie

Info

Publication number: DE102011077331A1
Application number: DE102011077331A
Authority: DE
Inventors: Holger Fink
Original assignee: SB LiMotive Germany GmbH; SB LiMotive Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-12-13
Also published as: WO2012168178A1; EP2718996A1

Abstract

Es wird ein Batteriemodul beschrieben, welches wenigstens eine auf einer Bodenplatte (18) angeordnete Batteriezelle (16) umfasst. Die Batteriezelle (16) und die Bodenplatte (18) sind mit wenigstens einem Befestigungssystem (26) miteinander ortsfest verbunden. Dabei weist das Befestigungssystem (26) wenigstens zwei ineinander einrastende Befestigungspartner (30, 32) auf, wobei der erste Befestigungspartner (30) an der Batteriezelle (16) und der zweite Befestigungspartner (32) an der Bodenplatte (18) angeordnet sind. Ferner werden eine Batterie (10) mit wenigstens einem Batteriemodul (14) der oben genannten Art und ein Kraftfahrzeug mit dieser Batterie (10) vorgeschlagen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, eine Batterie mit diesem Batteriemodul und ein Kraftfahrzeug mit dieser Batterie, wobei das Batteriemodul wenigstens eine auf einer Bodenplatte angeordnete Batteriezelle umfasst, wobei die Batteriezelle und die Bodenplatte mit wenigstens einem Befestigungssystem miteinander ortsfest verbunden sind.
Stand der Technik
Es ist bekannt, den Grundaufbau einer Batterie so zu gestalten, dass in der Batterie jeweils mehrere Batteriezellen in einem Batteriemodul zusammengefasst sind und mehrere Batteriemodule wiederum in einer Untereinheit angeordnet sind. Die Batterie ist dann aus mehreren dieser Untereinheiten gebildet.
Das Zusammenfügen dieser Bauteile zu den Baugruppen erfolgt dabei meist durch Schraub- oder Nietverbindungen, wodurch für den Zusammenbau eine Verwendung von Werkzeugen und ein erhöhter Montageaufwand nötig sind.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul zur Verfügung gestellt, welches wenigstens eine auf einer Bodenplatte angeordnete Batteriezelle umfasst. Die Batteriezelle und die Bodenplatte sind mit wenigstens einem Befestigungssystem miteinander ortsfest verbunden. Dabei weist das Befestigungssystem wenigstens zwei ineinander einrastende Befestigungspartner auf, wobei der erste Befestigungspartner an der Batteriezelle und der zweite Befestigungspartner an der Bodenplatte angeordnet sind. Die Batterie ist dabei bevorzugt eine Li-Ionen-Batterie.
Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, die Batteriezelle schnell, einfach und zuverlässig durch Einrasten der wenigstens einen Batteriezelle in die Bodenplatte zusammenzubauen. Zudem ist vorteilhaft für eine Montage lediglich die Zugänglichkeit aus einer einzigen Richtung erforderlich.
Durch die Kontur der Befestigungspartner wird beim Zusammenfügen der Batteriezelle und der Bodenplatte wenigstens einer der Befestigungspartner zu einer elastischen Verformung gezwungen, aus welcher dieser beim Einrasten zurückfedert und den anderen Befestigungspartner hintergreift. Dadurch wird vorteilhaft kein zusätzliches Werkzeug für die Montage der Batteriezelle auf der Bodenplatte benötigt.
Weiterhin ist mit dem Befestigungssystem vorteilhaft eine eindeutige Position der Batteriezelle auf der Bodenplatte des Batteriemoduls vorgegeben. Damit lässt sich der Montagevorgang der erfindungsgemäßen Batterie leicht in einen automatisierten Prozess einbeziehen.
Der erste Befestigungspartner ist in dieser Anmeldung dadurch definiert, dass er an der Batteriezelle angeordnet ist, und der zweite Befestigungspartner ist dadurch definiert, dass er an der Bodenplatte angeordnet ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass durch die zwei Befestigungspartner wenigstens ein Formschluss in einer senkrecht von der Bodenplatte weisenden Richtung hergestellt ist.
Hiermit ist vorteilhaft direkt nach einer Montage der Batteriezelle auf der Bodenplatte ein Abheben der Batteriezelle von der Bodenplatte verhindert.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Batteriezelle eine prismatische Form aufweist.
Hiermit ist vorteilhaft eine kompakte Bauweise des Batteriemoduls ermöglicht, da bei einer Aneinanderreihung der prismatischen Körper kein ungenutzter Zwischenraum entsteht.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Befestigungspartner ein Vorsprung und der zweite Befestigungspartner ein hinter den Vorsprung greifender Federarm sind.
Hiermit ist ein zweiter Befestigungspartner geschaffen, der aus der Grundform der Bodenplatte herausragt. Der Kern der Bodenplatte bleibt mit einer derartigen Ausführung des Befestigungssystems unberührt. So ist es vorteilhaft ermöglicht, Systeme, Leitungen, insbesondere Kühlleitungen oder dergleichen durch die Bodenplatte zu führen.
So ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Bodenplatte wärmeableitend, also eine Kühlplatte ist.
Mit der Ausgestaltung der Bodenplatte als Kühlplatte ist die wenigstens eine Batteriezelle vorteilhaft leichter zu temperieren.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der erste Befestigungspartner mit einem Gehäuse der Batteriezelle einteilig ausgeführt ist.
Da das Batteriezellengehäuse erfindungsgemäß bevorzugt aus einem Metall gefertigt ist, verfügt der erste Befestigungspartner vorteilhaft gleichzeitig über die guten Festigkeits- und Steifigkeitswerte des Metalls. Zudem ist somit vorteilhaft die Anzahl der Einzelteile verringert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Befestigungspartner mit der Bodenplatte einteilig ausgeführt ist
Hiermit ist vorteilhaft die Anzahl der Einzelteile verringert.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen der Batteriezelle und der Bodenplatte eine, eine Vorspannkraft zwischen der Batteriezelle und der Bodenplatte aufbringende Zwischenschicht angeordnet ist.
Hiermit ist das Befestigungssystem vorteilhaft zusätzlich gegen ein Lösen der Befestigungspartner voneinander gesichert.
Erfindungsgemäß wird zudem eine Batterie bereitgestellt, welche wenigstens eine erfindungsgemäße Batteriezelle in einer der zuvor genannten Ausgestaltungen aufweist. Die Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriemoduls als Bauteil kommen so auch der Batterie als Baugruppe zugute.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Kraftfahrzeug bereitgestellt mit der Batterie, welche wenigstens eine erfindungsgemäße Batteriezelle in einer der zuvor genannten Ausgestaltungen aufweist, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung ausgeführt.
Der Begriff Batterie schließt in dieser Anmeldung auch Batteriesysteme, Akkumulatoren, Akkumulatorbatterien, Akkumulatorsysteme, insbesondere Li-Ionen-Systeme oder Li-Polymer-Ionen-Systeme mit ein.
Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 den Grundaufbau einer Batterie nach dem Stand der Technik,
2 ein Batteriemodul nach dem Stand der Technik,
3 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul in einer Prinzipskizze,
4 eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einer Prinzipskizze, und
5 eine Batteriezelle des erfindungsgemäßen Batteriemoduls im Querschnitt.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 ist beispielhaft und nicht beschränkend der Grundaufbau einer Batterie 10 nach dem Stand der Technik gezeigt. Die erfindungsgemäße Batterie 10 weist prinzipiell den gleichen Grundaufbau auf. In der Batterie 10 sind jeweils mehrere Batteriezellen 16 in einem Batteriemodul 14 zusammengefasst. Mehrere Batteriemodule 14 sind jeweils in einer Untereinheit 12 angeordnet. Und mehrere Untereinheiten 12 bilden hier die Batterie 10.
Es ist auch möglich, dass die Batterie 10 lediglich eine einzige Untereinheit 12 oder nur ein einziges Batteriemodul 14 umfasst.
In 2 ist beispielhaft und nicht beschränkend ein Batteriemodul 14 nach dem Stand der Technik gezeigt. Das Batteriemodul 14 der erfindungsgemäßen Batterie 10 beruht auf diesem Aufbau. In der abgebildeten Variante weist das Batteriemodul 14 sechs Batteriezellen 16 auf. Es können auch mehr oder weniger als sechs Batteriezellen 16 pro Batteriemodul 14 sein. Die Anzahl der Batteriezellen 16 richtet sich nach den geforderten Leistungs- und Energieparametern des Batteriemoduls 14 und den Leistungs- und Energieparametern der einzelnen Batteriezellen 16.
Die Batteriezellen 16 weisen jeweils einen im Wesentlichen prismatischen Grundkörper auf, bevorzugt einen im Wesentlichen quaderförmigen Grundkörper, und sind nebeneinander gemeinsam auf einer Bodenplatte 18 angeordnet. Das Batteriemodul 14 weist dadurch ebenfalls eine im Wesentlichen prismatische Grundgestalt auf, bevorzugt eine im Wesentlichen quaderförmige Grundgestalt.
Bevorzugt sind die Batteriezellen 16 dabei mit ihrer Unterseite auf der Bodenplatte 18 montiert, also der Körperseite, die der Körperseite gegenüberliegt, auf welcher sich die Terminals 34 befinden.
Zum Zusammenhalt der einzelnen Batteriezellen 16 sind diese von wenigstens einem Spannband 22 umschlossen. Um dabei die äußeren Batteriezellen 16, also jene, die nur zu einer Seite an eine weitere Batteriezelle 16 grenzen, nicht zu stark zu beanspruchen, sind an den Stirnseiten der Batteriezelle 14 bevorzugt Druckplatten 20 vorgesehen. Die Druckplatten 20 verteilen von den Spannbändern 22 ausgeübte Kräfte großflächiger auf die äußeren Batteriezellen 16.
Optional sind zwischen den einzelnen Batteriezellen 16 Wärmeleitbleche angeordnet, um die einzelnen Batteriezellen 16 besser thermisch miteinander zu vernetzen.
3 zeigt in einer Prinzipskizze beispielhaft und nicht beschränkend eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 14. Dargestellt ist ein Querschnitt parallel zu einer Stirnseite des Batteriemoduls 14.
Gezeigt ist das Batteriemodul 14 mit einer Batteriezelle 16 und einer Bodenplatte 18. In erfindungsgemäßer Ausgestaltung weisen die Batteriezelle 16 und die Bodenplatte 18 Befestigungssysteme 26 auf. Abgebildet sind zwei spiegelbildlich zueinander angeordnete Befestigungssysteme 26.
Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Befestigungssystem 26 vorgesehen. In Abhängigkeit von Größe und Masse der Batteriezelle 16 ist erfindungsgemäß die Anordnung weiterer Befestigungssysteme 26 vorgesehen. Diese können auch versetzt und/oder in einem Winkel zueinander angeordnet sein. Auch ist es erfindungsgemäß denkbar, dass verschiedene Ausführungen von Befestigungssystemen 26 gleichzeitig vorhanden sein können.
Die in 3 gezeigten Befestigungssysteme 26 weisen jeweils zwei Befestigungspartner, einen ersten 30 und einen zweiten 32 auf. Dabei ist der erste Befestigungspartner 30 in dieser Anmeldung dadurch definiert, dass er an der Batteriezelle 16 angeordnet ist und der zweite Befestigungspartner 32 ist dadurch definiert, dass er an der Bodenplatte 18 angeordnet ist. Bevorzugt sind die Befestigungssysteme 26 dabei an einer Seite der Batteriezelle 16 angeordnet, die seitlich zu der Seite der Batteriezelle 16 mit den Terminals 34 angeordnet ist.
Die Gestalt der abgebildeten Befestigungspartner 30 und 32 ist lediglich beispielhaft. In 3 sind die ersten Befestigungspartner 30 jeweils durch einen Vorsprung der Batteriezelle 16, insbesondere durch einen Vorsprung eines Gehäuses der Batteriezelle 16, gebildet. Die Vorsprünge weisen jeweils einen Anstieg und einen Hinterschnitt auf.
Die zweiten Befestigungspartner 32 sind hier durch jeweils einen Federarm gebildet, der an der Bodenplatte 18 angeordnet ist. Der Federarm weist im Wesentlichen eine längliche Gestalt auf, die durch Biegung elastisch verformbar ist. An seinem freien Ende ist der Federarm mit einer schrägen Fläche versehen, durch welche diese elastische Verbiegung beim Abfahren der Kontur des ersten Befestigungspartners 30 verursacht wird. Hinter der Schrägen weist der Federarm einen Hinterschnitt auf. Dieser stellt beim Einrasten der Befestigungspartner 30 und 32 zusammen mit einer Fläche des ersten Befestigungspartners 30 einen Formschluss entgegen der Montagerichtung her. Ein Abheben der Batteriezelle 16 von der Bodenplatte 18 ist damit verhindert.
Beim Zusammenfügen der Batteriezelle 16 mit der Bodenplatte 18 werden die Federarme von der Kontur der Vorsprünge, also den Anstiegen beiseite gedrückt und federn nach dem Passieren der Anstiege in ihre normale, unverformte Position zurück. Die Vorsprünge der Batteriezelle 16 sind dadurch jeweils vom Hinterschnitt der Federarme hintergriffen.
4 zeigt in einer Prinzipskizze beispielhaft und nicht beschränkend eine weitere Ausführung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 14. Dargestellt ist ein Querschnitt parallel zu einer Stirnseite des Batteriemoduls 14.
Ergänzend zu der in der 3 gezeigten Ausgestaltung verfügt die Variante der 4 über eine zwischen der Batteriezelle 16 und der Bodenplatte 18 angeordnete Zwischenschicht 28. Die Zwischenschicht 28 ist erfindungsgemäß optional angeordnet.
Die Zwischenschicht 28 übt eine definierte Vorspannkraft auf die Batteriezelle 16 und die Bodenplatte 18 in montiertem Zustand aus. Die Zwischenschicht 28 weist dabei elastische Verformungseigenschaften auf. Dies wird durch die wellenförmige Darstellung in 4 symbolisiert. Die tatsächliche Gestalt der Zwischenschicht 28 kann von der dargestellten abweichen.
5 zeigt beispielhaft und nicht beschränkend einen Querschnitt einer Batteriezelle 16 der erfindungsgemäßen Batterie. Die Batteriezelle 16 weist zwei integrierte erste Befestigungspartner 30 auf. Die Zahl und die Anordnung der Befestigungspartner 30 kann dabei variieren, sie muss nicht der Anzahl an zweiten Befestigungspartnern 32 der hier nicht mit abgebildeten Bodenplatte 18 entsprechen, so dass mehrere Möglichkeiten für den Ort einer Fixierung der Batteriezelle 16 auf der Bodenplatte 18 geschaffen sind.
Die ersten Befestigungspartner 30 sind in 5 beispielhaft als Vorsprünge ausgeformt. Erfindungsgemäß sind die Batteriezelle 16 und die ersten Befestigungspartner 30 bevorzugt einteilig ausgeführt. Entsprechend der Form der ersten Befestigungspartner 30 sind die zweiten Befestigungspartner 32 korrespondierend zu den ersten Befestigungspartnern 30 ausgebildet, so dass ein Einrasten in definierter Position ermöglicht ist.

Claims

Batteriemodul (14) mit wenigstens einer auf einer Bodenplatte (18) angeordneten Batteriezelle (16), wobei die Batteriezelle (16) und die Bodenplatte (18) mit wenigstens einem Befestigungssystem (26) miteinander ortsfest verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Befestigungssystem (26) wenigstens zwei ineinander einrastende und einen Formschluss herstellende Befestigungspartner (30, 32) aufweist, wobei der erste Befestigungspartner (30) an der Batteriezelle (16) und der zweite Befestigungspartner (32) an der Bodenplatte (18) angeordnet ist.
Batteriemodul (14) nach Anspruch 1, wobei durch die zwei Befestigungspartner (30, 32) wenigstens ein Formschluss in einer senkrecht von der Bodenplatte (18) weisenden Richtung hergestellt ist.
Batteriemodul (14) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die wenigstens eine Batteriezelle (16) eine prismatische Form aufweist.
Batteriemodul (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Befestigungspartner (30) ein Vorsprung und der zweite Befestigungspartner (32) ein hinter den Vorsprung greifender Federarm ist.
Batteriemodul (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Befestigungspartner (30) mit einem Gehäuse der Batteriezelle (16) einteilig ausgeführt ist.
Batteriemodul (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Befestigungspartner (32) mit der Bodenplatte (18) einteilig ausgeführt ist.
Batteriemodul (14) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwischen der Batteriezelle (16) und der Bodenplatte (18) eine, eine Vorspannkraft zwischen der Batteriezelle (16) und der Bodenplatte (18) aufbringende Zwischenschicht (28) angeordnet ist.
Batterie (10) mit wenigstens einem Batteriemodul (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kraftfahrzeug mit einer Batterie (10) mit wenigstens einem Batteriemodul (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Batterie (10) mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.