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Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche wenigstens zwei Batteriemodule umfasst. Das jeweilige Batteriemodul weist eine Mehrzahl von Batteriezellen auf, welche zwischen zwei Endplatten eines Zellstapels des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet sind. Des Weiteren umfasst das jeweilige Batteriemodul wenigstens zwei Fixiereinrichtungen, welche die beiden Endplatten in ihrer Lage fixieren. Zumindest eine der Fixiereinrichtungen weist wenigstens ein über zumindest eine der Endplatten überstehendes Strukturelement auf, über welches die wenigstens zwei Batteriemodule miteinander gekoppelt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie.
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Die
DE 699 03 989 T2 beschreibt eine aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen aufgebaute Batterie, wobei jedes Batteriemodul eine Bodenplatte und eine Kopfplatte aufweist, welche über jeweilige Endplatten des Batteriemoduls überstehen. Zwischen den Endplatten sind die einzelnen Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet. Zum Verbinden der Batteriemodule miteinander wird die Bodenplatte des oberen Batteriemoduls auf die Kopfplatte des unteren Batteriemoduls aufgelegt, sodass Durchtrittsöffnungen in der Kopfplatte und der Bodenplatte miteinander fluchten. Dann werden Bolzen durch die Durchtrittsöffnungen hindurchgeführt und die Batteriemodule miteinander verschraubt.
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Die
EP 2 341 569 A1 beschreibt eine Batterie, welche eine Mehrzahl von übereinander gestapelten Batteriemodulen umfasst. Jedes Batteriemodul umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche zwischen zwei Endplatten angeordnet sind. Die Endplatten weisen abgewinkelte Laschen mit Befestigungslöchern auf. Durch jeweilige Seitenplatten, eine Bodenplatte und eine Kopfplatte des Batteriemoduls sind Schrauben hindurchgeführt, welche mit den Laschen der Endplatten verschraubt sind. Über weitere, miteinander in Anlage gebrachte Laschen der Endplatten sind die einzelnen Batteriemodule miteinander verschraubt, wobei hierfür ebenfalls Schrauben durch die weiteren Laschen hindurchgeführt sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie der eingangs genannten Art sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Batterie zu schaffen, wobei die Batterie eine besonders hohe Steifigkeit aufweist.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Bei der erfindungsgemäßen Batterie sind die Fixiereinrichtungen, über welche die wenigstens zwei Batteriemodule miteinander gekoppelt sind, miteinander fluchtend in der Batterie angeordnet. Durch diese fluchtende Anordnung der Fixiereinrichtungen ist durch diese eine tragende Struktur der Batterie bereitgestellt, welche der Batterie eine besonders hohe Steifigkeit verleiht. Durch diese Nutzung der Fixiereinrichtungen als Teil einer tragenden Struktur können von der Batterie Kräfte besonders gut aufgenommen werden, welche beispielsweise bei einem Unfall auftreten können, wenn die Batterie in einem Fahrzeug angeordnet ist.
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Die Fixiereinrichtungen dienen also nicht nur dem Fixieren der beiden Endplatten eines jeden Batteriemoduls, sondern ein über die Endplatten vorstehender Überstand wird einerseits zur Stabilisation der Batterie und andererseits zur Befestigung der Batteriemodule aneinander genutzt. Dies führt dazu, dass keine anderweitige Befestigungsstruktur vorgesehen zu werden braucht, um zwei Batteriemodule miteinander zu koppeln. Dadurch ergeben sich Vorteile im Hinblick auf den Bauraum und für die Montage der Batterie.
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Durch die miteinander fluchtende Anordnung der Fixiereinrichtungen in der Batterie ist darüber hinaus ein Gehäuse der Batterie gebildet, welches die Batterie versteift und die Zellstapel der Batteriemodule schützt. Dies gilt insbesondere, wenn die Fixiereinrichtungen jeweilige Seiten des Zellstapels nahezu vollständig abdecken.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist zumindest eine der beiden Fixiereinrichtungen eines jeweiligen Batteriemoduls Durchtrittsöffnungen auf, durch welche jeweilige Vorsprünge hindurchtreten. Diese Vorsprünge sind hierbei einstückig mit Separatoren des jeweiligen Zellstapels ausgebildet, welche die Batteriezellen elektrisch voneinander isolieren. Durch die Fixiereinrichtungen sind somit auch die Separatoren in ihrer Lage relativ zueinander fixiert. Dadurch werden Bereiche, in denen Separatoren benachbarter Batteriezellen aneinander angrenzen, von Belastungen freigehalten.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das wenigstens eine Strukturelement als Hülse ausgebildet sein. Eine solche Hülse ermöglicht auf besonders einfache Art und Weise ein Befestigen von Batteriemodulen aneinander, etwa durch Einschrauben von jeweiligen Bolzen in die Hülsen.
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Eine Länge der Hülse kann hierbei insbesondere einer Höhe der Fixiereinrichtung gleich sein. Eine solche, über die Höhe der Fixiereinrichtung hinweg durchgängig ausgebildete Hülse ist besonders belastbar und stabil.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn die Hülsen der miteinander fluchtenden Fixiereinrichtungen, über welche die wenigstens zwei Batteriemodule miteinander gekoppelt sind, ebenfalls miteinander fluchtend in der Batterie angeordnet sind. Dann brauchen zum Verbinden zweier Batteriemodule lediglich ein Zugstab oder dergleichen Verbindungselement durch die miteinander fluchtenden Hülsen hindurchgeführt und anschließend die beiden Batteriemodule gegeneinander verspannt zu werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Strukturelement als Lasche ausgebildet, welche wenigstens eine Befestigungsöffnung aufweist. Auch über solche Laschen sind die Batteriemodule besonders einfach aneinander zu befestigen. Insbesondere können die Laschen über die Befestigungsöffnungen an einem die beiden Batteriemodule miteinander koppelnden Bauteil eingehängt werden, um auf einfache und sichere Art und Weise eine Festlegung der beiden Batteriemodule aneinander zu erreichen.
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Eine besonders aufwandsarme und kostengünstige Fertigung der Batteriemodule lässt erreichen, wenn das wenigstens eine Strukturelement einstückig mit der Fixiereinrichtung ausgebildet ist.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug weist eine erfindungsgemäße Batterie und eine Karosserie auf. Durch die hohe Steifigkeit der Batterie kann die Batterie besonders gut Kräfte aufnehmen, etwa bei einem Unfall des Fahrzeugs.
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Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn wenigstens eines der Batteriemodule über zumindest eines der Strukturelemente mit der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist. Dann dienen die Fixiereinrichtungen nicht nur der Versteifung der Batterie an sich. Vielmehr dient die eine besonders hohe Steifigkeit aufweisende Batterie so zugleich der Aussteifung der Karosserie des Fahrzeugs. Dadurch können die Eigenschaften der Batterie besonders weitgehend ausgenutzt werden.
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Die für die erfindungsgemäße Batterie beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Fahrzeug und umgekehrt.
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Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen, in welchen gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit identischen Bezugszeichen versehen sind. Dabei zeigen:
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1 ausschnittsweise und perspektivisch ein Batteriemodul einer Fahrzeugbatterie, wobei Seitenplatten des Batteriemoduls Hülsen aufweisen, über welche beim Koppeln zweier Batteriemodule aneinander die Batteriemodule miteinander verschraubt werden können; und
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2 ausschnittsweise ein weiteres Batteriemodul, bei welchem die Seitenplatten Laschen mit Befestigungsschlitzen aufweisen, über welche das Batteriemodul beim Koppeln desselben an ein anderes Batteriemodul an einem die Batteriemodule miteinander verbindenden Bauteil festgelegt werden kann.
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Ein in 1 ausschnittsweise gezeigtes Batteriemodul 10 kann beispielsweise in einer Fahrzeugbatterie zum Einsatz kommen. Jedoch ist ein solches Batteriemodul 10 auch für andere Anwendungen als Energiespeicher verwendbar. Das Batteriemodul 10 umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 12, welche durch jeweils zwischen zwei Batteriezellen 12 angeordnete Separatoren oder Spacer 14 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Batteriezellen 12 und die Spacer 14 sind zwischen zwei Endplatten 16 eines Zellstapels angeordnet, von denen vorliegend lediglich die den Zellstapel zu einer Seite hin begrenzende Endplatte 16 gezeigt ist.
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Die Batteriezellen 12 sind in dem Zellstapel in einer Reihe angeordnet. Aufgrund der in den Batteriezellen 12 stattfindenden chemischen Reaktionen treten in diesen Kräfte auf, welche ein Ausbauchen der Batteriezellen 12 bewirken. Um dem entgegenzuwirken, sind vorliegend als Zugelemente Seitenplatten 18 vorgesehen, welche mit den Endplatten 16 verbunden sind. Die Batteriezellen 12 sind also zwischen den beiden Endplatten 16 eingespannt, wobei die Endplatten 16 durch die Seitenplatten 18 gehalten werden. Dies bewirkt ein Gegeneinander-Pressen der Batteriezellen 12.
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Die Endplatten 16 sind vorliegend mit den beiden Seitenplatten 18 verbunden, indem an den Endplatten 16 ausgebildete Zungen 20 in Schlitze eingeführt sind, welche in den Seitenplatten 18 ausgebildet sind. Es sind in alternativen Ausführungsformen andere Arten der Anbindung der Endplatten 16 an die Seitenplatten 18 denkbar.
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Die Seitenplatten 18 weisen einen Überstand 22 auf, welcher über die Endplatte 16 vorsteht. Da die Seitenplatten 18 über die Endplatten 16 hinausstehen, um ihre Stützfunktion oder Haltefunktion zu realisieren, sind die Seitenplatten 18 in der Regel bestimmend für die Baulänge des Batteriemoduls 10.
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Vorliegend sind nun im Bereich des Überstands 22 Strukturelemente vorgesehen, welche es ermöglichen, zwei Batteriemodule 10 miteinander zu verbinden und/oder die Batteriemodule 10 an der Karosserie eines die Fahrzeugbatterie aufweisenden Fahrzeugs festzulegen. Die Seitenplatten 18 dienen also als tragende Struktur für die Fahrzeugbatterie, welche wenigstens zwei solcher Batteriemodule 10 umfasst.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform des Batteriemoduls 10 sind die Strukturelemente als Schraubdome oder Hülsen 24 ausgebildet, deren axiale Richtung mit der Hochrichtung der Seitenplatten 18 zusammenfällt. Um nun zwei wie in 1 gezeigte Batteriemodule 10 miteinander zu verbinden, können die beiden Batteriemodule 10 aufeinander gestapelt werden. Anschließend werden Schraubbolzen oder Zugstangen durch die miteinander fluchtenden Hülsen 24 hindurchgeführt und verschraubt.
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In der Fahrzeugbatterie sind dann auch die beiden Seitenplatten 18 miteinander fluchtend angeordnet. Dadurch bilden die Seitenplatten 18, welche nahezu die gesamte Höhe der Seitenfläche des Batteriemoduls 10 einnehmen, eine stabile, gehäuseartige Wand der Fahrzeugbatterie. Zudem verleihen die über die Hülsen 24 miteinander gekoppelten Seitenplatten von miteinander verbundenen Batteriemodulen 10 der Fahrzeugbatterie eine besonders große Steifigkeit.
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Die jeweiligen Seitenplatten 18 weisen vorliegend je Spacer 14 zwei Durchtrittsöffnungen auf, durch welche einstückig mit den Spacern 14 ausgebildete Dome oder Vorsprünge 26 hindurchtreten. Diese Vorsprünge 26 werden nach dem Anbringen der Seitenplatten 18 so wie die Köpfe von Nieten flachgedrückt, etwa durch Heißverstemmen, sodass die Batteriezellen 12 sicher in ihrer Lage relativ zueinander fixiert sind.
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Zusätzlich zu den Seitenplatten 18 sind als zwei weitere Fixiereinrichtungen ein am Boden des Batteriemoduls angeordneter Fixierstreifen 28 und ein kopfseitig angeordneter Fixierstreifen 30 vorgesehen, welche ebenfalls jeweils an den beiden Endplatten 16 befestigt sind. Der kopfseitig angeordnete Fixierstreifen 30 verläuft zwischen zwei Stromschienen 32, welche die Batteriezellen 12 elektrisch miteinander koppeln.
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Das in 2 gezeigte Batteriemodul 10 ist im Wesentlichen so wie das in 1 gezeigte Batteriemodul 10 aufgebaut, wobei gemäß 2 das Batteriemodul 10 zu seiner Oberseite hin durch einen Deckel 34 verschlossen ist, welcher den Zellstapel nach oben hin gegen Feuchtigkeit abdichtet.
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Zudem sind in dem Bereich, in welchem die Seitenplatten 18 den Überstand 22 über die Endplatte 16 ausbilden, als Strukturelemente, welche ein Verbinden der Batteriemodule 10 miteinander ermöglichen, Laschen 36 mit Schlitzen 38 oder dergleichen Befestigungsöffnungen vorgesehen.
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Über diese Schlitze 38 können die Laschen 36 an einem weiteren (nicht gezeigten) Bauteil eingehängt werden, um zwei Batteriemodule 10 miteinander zu koppeln. Beispielsweise können die miteinander zu koppelnden Batteriemodule 10 an einer Verteilerplatte eingehängt werden, welche für die elektrische Verschaltung der Batteriemodule 10 der Fahrzeugbatterie miteinander sorgt. Bei einem Unfall können dann von einem ersten Batteriemodul 10 aufgenommene Kräfte über die Verteilerplatte in ein zweites Batteriemodul 10 eingeleitet werden, welches mit dem ersten Batteriemodul 10 über die Verteilerplatte gekoppelt ist.
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Zusätzlich zu den einstückig mit den Seitenplatten 18 ausgebildeten Laschen 36, welche über die Endplatte 16 überstehen, können an der Seitenplatte 18 weitere Laschen 40 vorgesehen sein, welche – wie aus 2 ersichtlich – über den Boden des Zellstapels überstehen können. Auch diese Laschen 40 können Schlitze 42 oder dergleichen Befestigungsöffnungen aufweisen.
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Über die Strukturelemente, welche über die Endplatten 16 der Batteriemodule 10 überstehen, können die Batteriemodule 10 nicht nur miteinander gekoppelt werden, sondern es ist auch eine Anbindung der Batteriemodule 10 an die Karosserie des Fahrzeugs möglich. Dann dienen die Seitenplatten 18 nicht nur der Aussteifung der Fahrzeugbatterie, sondern sie versteifen auch die Karosserie des Fahrzeugs.
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Über diese Strukturelemente wie die vorliegend beispielhaft gezeigten Hülsen 24 (vgl. 1) oder Laschen 36 (vgl. 2) können die Batteriemodule 10 insbesondere mit einem Traggestell gekoppelt werden, welches bei Verwendung der Batterie in einem Fahrzeug fahrzeugseitig vorgesehen sein kann. Auf diese Weise werden die Seitenplatten 18 zur Stabilisierung des Traggestells genutzt. Zudem können die Batteriemodule 10 so nahezu bauraumneutral an dem fahrzeugseitigen Traggestell befestigt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 69903989 T2 [0002]
- EP 2341569 A1 [0003]
