DE102011089142A1

DE102011089142A1 - Stapelbares Batteriemodul

Info

Publication number: DE102011089142A1
Application number: DE102011089142A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Johannes Biedert
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2011-12-20
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013091942A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stapelbares Batteriemodul (10) mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (16) und zwei das Batteriemodul (10) an gegenüberliegenden Seiten einfassenden Adapterplatten (14), wobei die zur Verschaltung der aufgereihten Batteriezellen (16) verwendeten Polanschlüsse und Zellverbinder auf einer Oberseite des Batteriemoduls (10) angeordnet sind. Das Batteriemodul (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatten (14) winkelförmige paarweise angeordnete Halteelemente (20) aufweisen, die sich jeweils am oberen freien Ende der Adapterplatten (14) befinden und eine Aufstellfläche (12) in definiertem Abstand über die Flucht der Polanschlüsse und Zellverbinder bilden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein stapelbares Batteriemodul mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen und zwei das Batteriemodul an gegenüberliegenden Seiten einfassenden Adapterplatten. Ferner betrifft die Erfindung eine Batterie, die mehrere aufeinandergestapelte Batteriemodule enthält. Schließlich betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug, das mit einer solchen Batterie ausgestattet ist.
Stand der Technik
Zum Aufbau leistungsfähiger Antriebsbatterien für Hybrid-, Plug-in-Hybrid und Elektrokraftfahrzeuge müssen aus einzelnen Batteriezellen Batteriemodule zusammengestellt werden, von denen wiederum mehrere die komplette Batterie bilden. Die Batteriemodule sind im Gehäuse der Batterie auf engstem Raum untergebracht, seriell oder parallel elektrisch miteinander verschaltet und in ihrer Einbaulage mechanisch fixiert. Damit der Bauraum in dem Batteriegehäuse optimal genutzt ist, werden Batteriemodule nicht nur nebeneinander, sondern auch in gestapelter Form übereinander angeordnet. Einzelne Batteriezellen werden demnach zu Batteriemodulen und dann zu Batterien zusammengefasst. Dies erfolgt durch eine Parallel- oder Reihenschaltung der Pole der Batteriezellen. Dabei entsteht per Definition ein Batteriemodul aus mindestens zwei Batteriezellen.
Nach US 2010/035142 A ist ein Batteriemodul mit einem in ein sechsseitiges Modulgehäuse eingepassten Batteriezellenpack bekannt. Dabei weist die obere Schmalseite, welche zum überwiegenden Teil die Anschlussleiste des Batteriemoduls abdeckt, an ihren Längskanten durchgehende Nuten auf, in welche formschlüssig eine als entsprechendes Gegenstück ausgebildete Unterkante des Bodens eines weiteren Batteriemoduls einsetzbar ist. Es ist damit eine Schiebe-Kupplungs-Verbindung für mehrere übereinander aufstapelbare Batteriemodule des Batteriesystems hergestellt.
Mit US 2011/117401 A ist eine Batterie konzipiert, bei der mehrere Batteriemodule übereinander gestapelt sind. Die in den Batteriemodulen zusammengefassten Batteriezellen werden durch seitlich, an den Stirnseiten eines jeden Batteriemoduls, angebrachte Platten gehalten, wobei diese an ihrer oberen und unteren Seite mit einer Montageplatte in Verbindung stehen. Die Montageplatte beabstandet die gestapelten Batteriemodule zueinander und hält sie formschlüssig zusammen. In der Montageplatte müssen Profilierungen vorgesehen werden oder Verspannelemente zwischen den an den Stirnseiten des Batteriemoduls angebrachten Platten angeordnet werden, damit das jeweilige Batteriemodul seine Lage in der Batterie nicht verändert.
In WO 10055157 A1 ist eine weitere Batterie mit gestapelten Batteriemodulen beschrieben. Das weitgehend geschlossene Modulgehäuse besteht aus einem nicht leitenden Material. Die Stapelbarkeit ergibt sich, indem im Boden- und Deckelbereich des Modulgehäuses Profilierungen oder Ausnehmungen vorgesehen sind, die wechselseitig ineinandergreifen. Eine Gehäuseseite weist Öffnungen auf, die der elektrischen Verschaltung zwischen mehreren Batteriemodulen der Batterie dienen.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem stapelbaren Batteriemodul mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, und zwei das Batteriemodul an gegenüberliegenden Seiten einfassenden Adapterplatten, wobei die zur Verschaltung der aufgereihten Batteriezellen verwendeten Polanschlüsse und Zellverbinder auf einer Oberseite des Batteriemoduls angeordnet sind. Das Batteriemodul ist dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatten winkelförmige paarweise angeordnete Halteelemente aufweisen, die sich jeweils am oberen freien Ende der Adapterplatten befinden und eine Aufstellfläche in definiertem Abstand über die Flucht der Polanschlüsse und Zellverbinder bilden. Alle vier Ecken des Batteriemoduls können dabei ein Halteelement aufweisen.
Eine derartige Ausbildung des Batteriemoduls lässt es zu, dass die Batteriezellen in Bezug auf ihre metallischen Gehäuseflächen zum großen Teil unbedeckt bleiben und damit vorteilhafterweise unkompliziert miteinander verschaltet sowie auch effektiv temperiert werden können. Die Adapterplatten werden ihrerseits wieder fest mit einem Gehäuseteil der Batterie verbunden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfassen die winkelförmigen Halteelemente jeweils zwei vertikal im Winkel von 90° zueinander aufgestellte plattenförmige Elemente und ein zu ihnen horizontal angeordnetes Element zur Bereitstellung der Aufstellfläche. Damit kann ein zweites Batteriezellenmodul über ein erstes mit seiner Bodenfläche passgerecht aufgesetzt werden, wobei keine weiteren Verbindungsmittel oder Verspannelemente benötigt werden. Die Grundplatte eines aufgestapelten zweiten Batteriemoduls kann gleichzeitig einen Deckel für ein überbautes erstes Batteriemodul bilden. Die Batteriezellen sind dazu vorzugsweise auf einer Grundplatte angeordnet.
Die Halteelemente können links und rechts am oberen freien Ende der Adapterplatten mit definiertem Versatz nach außen und mit der Öffnung ihres rechten Winkels in Richtung der Fläche der im Batteriemodul zusammengefassten Batteriezellen weisend angebracht sein. Damit können zwei und mehr übereinander gestapelte Batteriemodule seitlich in ihrer Lage verschiebesicher gehalten werden. Der vertikale Versatz der Halteelemente geht nur um die Materialstärke der vertikal aufgestellten Elemente nach außen, was den Vorteil hat, dass der Bauraum in einem Batteriegehäuse für die Aufnahme möglichst vieler Batteriemodule intensiv genutzt werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung liegt in der Bereitstellung einer Batterie, die eine Mehrzahl aufeinandergestapelter Batteriemodule vorgenannter Ausführung beinhaltet.
Die erfindungsgemäße Batterie kann in einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem vollständig oder partiell elektromotorisch angetriebenen Kraftfahrzeug Verwendung finden.
Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel zum erfindungsgemäß vorgeschlagenen Batteriemodul wird in 1 näher erläutert. Es zeigt:
1 eine perspektivische Gesamtansicht eines stapelbaren Batteriemoduls.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein stapelbares Batteriemodul 10 aus mehreren nebeneinander angeordneten Batteriezellen 16. Die in prismatischer Form vorliegenden Batteriezellen 16 bilden insgesamt ein quaderförmiges Batteriemodul 10, das an seinen schmalen und sich gegenüberstehenden Seiten durch jeweils eine Adapterplatte 14 eingefasst ist. Die hier nicht dargestellten Polanschlüsse der Batteriezellen 16 liegen auf der Oberseite des Batteriemoduls 10 und werden mit – hier ebenfalls nicht dargestellten – Zellverbindern in an sich bekannter Weise elektrisch verschaltet. Die Batteriezellen 16 werden vorliegend auf einer Grundplatte 22 angeordnet.
Die Adapterplatten 14 tragen an ihrem freien nach oben gerichtetem Ende Halteelemente 20, die aus drei plattenförmigen Elementen 24, 26 bestehen. Die plattenförmigen Elemente sind als zwei vertikal im Winkel von 90° zueinander angeordnete Elemente 24, in Verbindung mit einem Element 26 mit einer horizontalen Aufstellfläche 12 im jeweiligen Halteelement 20 vorhanden. Die Halteelemente 20 sind dabei mit definiertem Versatz nach außen an den Adapterplatten 14 angebracht, so dass ein weiteres stapelbares Batteriemodul 10, mit gleichen äußeren Abmessungen, insbesondere bezüglich seiner Grundplatte 22, wie ein darunter positioniertes, auf das dargestellte Batteriemodul 10 aufsetzbar ist. Die Halteelemente 20 können beispielsweise aus Metall bestehen und durch Schweißen mit einer ebenfalls metallischen Adapterplatte 14 fest verbunden werden.
Eine Abmessung der Dicke des plattenförmigen Elements 26, welches die Aufstellfläche 12 für das aufzusetzende nächste Batteriemodul 10 bereitstellt, ist so bemessen, dass die Polanschlüsse und Zellverbinder nicht in Kontakt mit dem aufgesetzten Batteriemodul 10 kommen. Mit anderen Worten, eine durch die Aufstellflächen 12 der Halteelemente 20 vorgegebene Ebene ist höher zur Oberseite der Batteriezellen 16 beabstandet als die maximale Höhe der Polanschlüsse und Zellverbinder.
Alternativ zur dargestellten Ausführungsform des Batteriemoduls 10 mit vier Halteelementen 20 können auch lediglich zwei diagonal gegenüberliegend an den Adapterplatten 14 angebrachte Halteelemente 20 vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/035142 A [0003]
US 2011/117401 A [0004]
WO 10055157 A1 [0005]

Claims

Stapelbares Batteriemodul (10) mit einer Vielzahl von in Reihe geschalteten Batteriezellen (16) und zwei das Batteriemodul (10) an gegenüberliegenden Seiten einfassenden Adapterplatten (14), wobei die zur Verschaltung der aufgereihten Batteriezellen (16) verwendeten Polanschlüsse und Zellverbinder auf einer Oberseite des Batteriemoduls (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Adapterplatten (14) winkelförmige paarweise angeordnete Halteelemente (20) aufweisen, die sich jeweils am oberen freien Ende der Adapterplatten (14) befinden und eine Aufstellfläche (12) in definiertem Abstand über die Flucht der Polanschlüsse und Zellverbinder bilden.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die winkelförmigen Halteelemente (20) jeweils zwei vertikal im Winkel von 90° zueinander aufgestellte plattenförmige Elemente (24) und ein zu ihnen horizontal angeordnetes Element (26) zur Bereitstellung der Aufstellfläche (12) umfassen.
Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei die Halteelemente (20) links und rechts am oberen freien Ende der Adapterplatten (14) mit definiertem Versatz nach außen und mit der Öffnung ihres rechten Winkels in Richtung der Fläche der im Batteriemodul (10) zusammengefassten Batteriezellen (16) weisend, angebracht sind.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei alle vier Ecken des Batteriemoduls (10) ein Halteelement (20) aufweisen.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezellen (16) auf einer Grundplatte (22) angeordnet sind.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezellen (16) Lithium-Ionen-Zellen sind.
Batterie, umfassend eine Mehrzahl aufeinandergestapelter Batteriemodule (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6.
Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch antreibbares Kraftfahrzeug, mit einer Batterie gemäß Anspruch 7.