DE102012219781A1

DE102012219781A1 - Stromschiene zur elektrischen Verbindung von Batterieanschlüssen aneinandergereihter Batteriezellen

Info

Publication number: DE102012219781A1
Application number: DE201210219781
Authority: DE
Inventors: Guido Hofer; Bernhard Wallner
Original assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Current assignee: Lisa Draexlmaier GmbH
Priority date: 2012-10-29
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2014-04-30

Abstract

Batteriemodul, umfassend: – eine Vielzahl aneinandergereihte Batteriezellen, wobei jede Batteriezelle einen elektrisch positiven Anschluss und einen elektrisch negativen Anschluss aufweist, – eine Stromschiene (30), welche mindestens zwei der Batteriezellen elektrisch verbindet, wobei – die Stromschiene (30) eine Sammelschiene (33) und mehrere von der Sammelschiene (33) abragende Kontaktzungen (34) aufweist, wobei zwischen benachbarten Kontaktzungen (34) ein Trennspalt gebildet ist und die Kontaktzungen (34) über die Sammelschiene (33) elektrisch leitend verbunden sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Stromschiene für ein Batteriemodul, welche die Anschlüsse aneinandergereihter Batteriezellen elektrisch leitend verbindet oder kontaktiert. Die Erfindung betrifft demnach auch ein Batteriemodul mit einer solchen Stromschiene. Das Batteriemodul ist insbesondere zur Verwendung in einem Fahrzeug, wie z. B. einem Elektrofahrzeug vorgesehen. Das bevorzugt wiederaufladbare Batteriemodul kann die für den Fahrbetrieb des Fahrzeugs notwendige Energie liefern, d. h. eine für den Fahrbetrieb vorgesehenen Elektromotor mit elektrischer Energie versorgen. Die Erfindung betrifft ferner ein Montageverfahren für das Batteriemodul.
Aus dem Stand der Technik sind Stromschienen bekannt, welche aneinandergereihte Batteriezellen elektrisch verbinden. Da die Dimension der Batteriezelle eine verhältnismäßig hohe Toleranz zulässt, können die Anschlüsse mehrerer Batteriezellen verhältnismäßig großen Höhenschwankungen unterliegen. Legt man zur elektrischen Verbindung der Zellen Stromschienen auf die Anschlüsse aneinandergereihter Batteriezellen auf, werden aufgrund der Höhenabweichungen nicht alle Zellen mit der Stromschiene kontaktiert. Um dennoch eine Kontaktierung zu erreichen sind Verformungen der Batteriezelle oder des Anschlusses der Batteriezelle, und/oder der Stromschiene erforderlich. Die Anschlüsse der Batteriezellen reagieren jedoch äußerst empfindlich auf zu große Krafteinwirkungen und Verformungen, die z. B. zu einer Leckage der Batteriezelle oder zum Abriss des Anschlusses der Batteriezelle führen können, wodurch die Batteriezelle zerstört wird.
Aus dem Stand der Technik sind bereits flexible Stromschienen bekannt, die aus Lamellenmaterial aufgebaut sind. Lamellenstromschienen erzielen ihre Flexibilität aus der Länge der Blechstreifen. Bei einem üblichen Rastmaß von 26,5 mm bei VDA-Zellen sind so kurze Lamellenstromschienen allerdings nicht sehr flexibel und können die oben genannte Problematik nicht hinreichend lösen.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung ein Batteriemodul bereitzustellen, deren Batteriezellen elektrisch kontaktiert sind, wobei eine Beschädigung der Anschlüsse der Batteriezellen oder der Batteriezellen selbst verhindert werden soll. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Batteriemodul bereitzustellen, dessen Batteriezellen einfach und kostengünstig montierbar sind. Eine weitere Aufgabe ist es, ein Montageverfahren für das Batteriemodul anzugeben.
Die Aufgaben werden mit den Gegenständen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Die Erfindung geht von einem Batteriemodul aus, das eine Vielzahl aneinandergereihte Batteriezellen aufweist, wobei die Batteriezellen z. B. einen Batteriezellenstapel bilden können. Die Batteriezellen können in einem Batteriemodulgehäuse aufgenommen sein.
Das Batteriemodul kann ein insbesondere kastenförmiges oder quaderförmiges Batteriemodulgehäuse aufweisen, welches die Vielzahl Batteriezellen aufnimmt. Das Batteriemodulgehäuse kann z. B. mehrteilig ausgestaltet sein. Das Batteriemodulgehäuse kann eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand, die z. B. in etwa parallel zu der ersten Seitenwand angeordnet ist und eine erste Stirnwand und eine zweite Stirnwand aufweisen, wobei die erste und die zweite Stirnwand die erste und zweite Seitenwand an den entgegengesetzten Enden der Seitenwände verbinden, insbesondere stirnseitig verschließen. Hierdurch wird eine im Querschnitt viereckige, insbesondere rechteckige Umfassung gebildet. Obwohl bevorzugt ist, dass die Seitenwände länger als die Stirnwände sind, können die Seitenwände und die Stirnwände auch gleichlang ausgebildet sein, so dass die Umfassung quadratisch ist, was einen Sonderfall eines Rechtecks darstellt. Insbesondere können die Seitenwände mit den Stirnwänden verschraubt oder bevorzugt verschweißt, insbesondere laserverschweißt sein. Die Seiten- und Stirnwände können zumindest teilweise aus einem metallischen Werkstoff, wie z. B. einem Aluminiumwerkstoff gefertigt sein. Die Seitenwände können z. B. aus einem blechförmigen Halbzeug hergestellt sein. Die Stirnwände können als Druckplatten ausgestaltet sein und/oder plattenförmig sein. Die Seitenwände können mit einem Boden verbunden sein, der den Boden des Batteriemoduls bzw. des Batteriemodulgehäuses bildet. Beispielsweise können der Boden und die erste und zweite Seitenwand aus einem Blech, wie z. B. einem Metall- oder Aluminiumwerkstoff, geformt sein, wobei die Seitenwände in Bezug auf den Boden, insbesondere unter Ausbildung einer Legekante abgewinkelt sind, wie z. B. um in etwa 90°, wodurch insbesondere in im Querschnitt U-förmiges Batteriemodulgehäuseteil gebildet wird.
Das Batteriemodulgehäuse kann an seiner Oberseite einen Deckel aufweisen, der z. B. aus Kunststoff, wie z. B. einem thermoplastischen Kunststoff gebildet oder geformt ist. Der Deckel dient dazu, die Batteriezellen, insbesondere deren Anschlüsse und/oder die Anschlüsse verbindende Stromschienen von einem äußeren Zugriff abzudecken. Der Deckel kann z. B. so geformt sein, dass er eine Öffnung, insbesondere eine Zugangsöffnung an der ersten und/oder zweiten Seitenwand und bevorzugt der ersten Stirnwand oder zweiten Stirnwand verschließt oder verschließen kann.
Die Batteriezellen, die vorzugsweise aneinandergereiht angeordnet sind, können insbesondere elektrisch miteinander verschaltet, insbesondere parallel und/oder seriell verschaltet sein. Die Batteriezellen können z. B. prismatische oder quaderförmige Batteriezellen sein, wobei deren Zellendicke geringer als deren Zellenhöhe und/oder deren Zellenbreite ist. Vorzugsweise sind mehrere Batteriezellen in Dickenrichtung, d. h. in Richtung der Zellendicke aneinandergereiht angeordnet, insbesondere entlang der Längsrichtung eines Gaskanals oder entlang der ersten und/oder zweiten Seitenwand. Die Batteriezellen weisen jeweils einen elektrisch positiven Anschluss (Pluspol) und einen elektrisch negativen Anschluss (Minuspol) auf, die vorzugsweise auf einer gemeinsamen Fläche der prismatischen oder quaderförmigen Batteriezelle angeordnet sind. Die Anschlüsse können auch als Terminals oder Anschlussterminals bezeichnet werden. Die Anschlüsse können z. B. als Schweiß- oder Schraubanschlüsse aus Metall, wie z. B. aus einem Kupferwerkstoff oder bevorzugt einem Aluminiumwerkstoff ausgeführt sein. Einer der elektrischen Anschlüsse der Batteriezelle kann näher an der ersten Seitenwand angeordnet sein als der andere der elektrischen Anschlüsse dieser Batteriezelle, wobei der andere der elektrischen Anschlüsse dafür näher an der zweiten Seitenwand angeordnet ist. Insbesondere können die elektrischen Anschlüsse in Richtung Oberseite oder zu dem Deckel hin weisen.
Das Batteriemodul kann ein erstes Anschlussstück, das einen elektrisch positiven Batteriemodulanschluss bildet und das elektrisch leitend mit wenigstens einer der Batteriezellen verbunden ist, aufweisen. Ferner kann das Batteriemodul ein zweites Anschlussstück, das einen elektrisch negativen Batteriemodulanschluss bildet und elektrisch leitend mit wenigstens einer der Batteriezellen verbunden ist, aufweisen. Insbesondere sind die Batteriezellen des Batteriemoduls elektrisch zwischen das erste Anschlussstück und das zweite Anschlussstück geschaltet, wie z. B. parallel und/oder seriell. Die Batteriezellen können mit weiter unten beschriebenen Stromschienen auf diese Weise verschaltet werden. Das erste Anschlussstück und das zweite Anschlussstück können z. B. von einer hierin beschriebenen Stromschiene gebildet werden.
Z. B. kann eine Batteriezelle mit der nächsten Batteriezelle in Serie geschaltet sein, usw. In einem anderen Beispiel können zwei parallel geschaltete Batteriezellen mit zwei folgenden parallel geschalteten Batteriezellen in Serie geschaltet sein, usw. In noch einem weiteren Beispiel können drei parallel geschaltete Batteriezellen mit drei folgenden parallel geschalteten Batteriezellen in Serie geschalten sein, usw. In noch einem weiteren Beispiel können vier parallel geschaltete Batteriezellen mit vier folgenden parallel geschalteten Batteriezellen in Serie geschaltet sein, usw. Diese Reihen lassen sich beliebig fortführen. Vorzugsweise sind die elektrisch gleich geladenen Pole von miteinander parallel geschalteten Batteriezellen auf der gleichen Seite, insbesondere Breitenseite der Batteriezelle angeordnet. Insbesondere können die elektrisch gleich geladenen Pole von miteinander parallel geschalteten Batteriezellen auf gegenüberliegenden Seiten, insbesondere Breitenseiten der Batteriezellen liegen. Hierdurch lassen sich mehrere Batteriezellen durch verhältnismäßig einfach gestaltete, insbesondere längliche und/oder gerade Stromschienen miteinander parallel und/oder seriell schalten. Die Stromschiene, insbesondere eine Sammelschiene der Stromschiene kann sich hierbei mit ihrer Längsrichtung z. B. parallel in die Richtung erstrecken, in die die Batteriezellen aneinandergereiht sind.
Das Batteriemodul umfasst mindestens eine Stromschiene, vorzugsweise mehrere Stromschienen. Die Stromschiene verbindet mindestens zwei der Batteriezellen, insbesondere jeweils einen Anschluss der mindestens zwei Batteriezellen elektrisch miteinander. Auf diese Weise lässt sich die oben genannte Parallel- und Reihenschaltung herstellen.
Die Stromschiene weist eine Sammelschiene und mehrere von der Sammelschiene, insbesondere in die gleiche Richtung abragende Kontaktzungen auf, wobei zwischen benachbarten Kontaktzungen ein Trennspalt gebildet ist und die Kontaktzungen über die Sammelschiene elektrisch leitend verbunden sind. Durch die abragenden Kontaktzungen wird vorteilhaft bewirkt, dass diese leicht nachgiebig sind, so dass Höhentoleranzen der Anschlüsse der Batteriezellen ausgeglichen werden können. Durch den Trennspalt zwischen den benachbarten Kontaktzungen sind die Kontaktzungen über die Sammelschiene, insbesondere nur über die Sammelschiene miteinander verbunden, so dass die Kontaktzungen leicht nachgiebig sind, um die Höhenunterschiede ausgleichen zu können.
Besonders bevorzugt ist die Kontaktzunge über einen Gelenkabschnitt mit der Sammelschiene verbunden. Der Gelenkabschnitt ist vorzugsweise hinsichtlich seiner Biegbarkeit geschwächt. Insbesondere weist der Gelenkabschnitt – in gleicher Biegerichtung – ein geringeres Biegewiderstandsmoment als die Kontaktzunge, insbesondere der zwischen dem freien Ende und dem Gelenkabschnitt angeordnete Teil der Kontaktzunge auf. Hierdurch wird erreicht, dass gezielt der Bereich zwischen der Kontaktzunge und der Sammelschiene für den Höhenausgleich verformt wird.
Besonders bevorzugt weist der Gelenkabschnitt eine Dicke auf, die kleiner als die Dicke der Kontaktzunge und vorzugweise auch kleiner als die Dicke der Sammelschiene ist. Durch die geringere Dicke ergibt sich ein geringeres Biegewiderstandsmoment. Die Kontaktzunge ist vorzugsweise flach ausgestaltet.
Bevorzugt ist die Stromschiene aus einem artgleichen Werkstoff wie der Anschluss, an dem die Stromschiene befestigt werden soll, hergestellt. Insbesondere kann die Stromschiene aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt sein. Besonders bevorzugt kann die Stromschiene aus einem stranggepresstem Halbzeug hergestellt sein. Vorzugsweise erstrecken sich die Sammelschiene entlang und die Kontaktzungen quer zu der Längsrichtung des Strangpressprofils. Das stranggepresste Halbzeug, d. h. das Strangpressprofil, hat den Vorteil, dass die Sammelschiene mit einem verhältnismäßig hohem stromtragenden Querschnitt ausgestaltet sein kann, während die Kontaktzungen verhältnismäßig dünn sind. Ferner kann durch das Strangpressen auch der in Bezug auf die Dicke der Kontaktzunge dünnere Gelenkabschnitt hergestellt werden. Der Trennspalt zwischen zwei benachbarten Kontaktzungen kann auf eine einfache Weise durch Ausstanzen aus dem stranggepressten Halbzeug hergestellt werden. Optional vorhandene Schweißabschnitte oder Nuten an den Kontaktzungen können ebenfalls an dem stranggepressten Halbzeug bereitgestellt werden.
Das Batteriemodul weist insbesondere für jede der Batteriezellen, welche sie elektrisch verbindet, eine Kontaktzunge auf. Jeder der Kontaktzungen kann ein Anschluss zugeordnet sein, den die Kontaktzunge kontaktiert oder mit dem die Kontaktzunge verbunden ist. Die Kontaktzunge kann mit dem ihr zugeordneten Anschluss der Batteriezelle verschweißt oder verschraubt sein. Verschweißen hat bei der Montage den Vorteil, dass keine Teile, wie z. B. Schrauben oder Muttern im Bereich der unter Spannung stehenden Anschlüsse gehandhabt werden müssen, wodurch die Gefahr eines Kurzschlusses verringert wird. Das bevorzugt verwendete Laserschweißverfahren zur Verbindung der Kontaktzunge mit ihren jeweiligen Anschlüssen hat den Vorteil, dass der Hitzeeintrag in die Anschlüsse sehr gering ist, wodurch die Batteriezellen geschont werden. Verschweißen hat ferner den Vorteil, dass im Gegensatz zu Verschrauben nicht notwendigerweise Bohrungen in die Kontaktzunge eingebracht oder eingestanzt werden müssen. Sofern die Kontaktzungen verschraubt werden, hat dies den Vorteil, dass keine aufwendigen Schweißapparaturen benötigt werden. Ferner lässt sich eine Verschraubung auch ohne weiteres wieder lösen.
Die Verschraubung kann z. B. einen Schraubbolzen umfassen, der sich durch eine in der Kontaktzunge angeordnete Bohrung erstreckt. Der Schraubbolzen kann an dem Anschluss der Batteriezelle befestigt sein oder werden. Z. B. kann die Batteriezelle ein Gewinde aufweisen, in das der schraubenförmige, einen Schraubenkopf umfassende Schraubbolzen einschraubbar ist. Alternativ kann der Anschluss der Batteriezelle einen als Stehbolzen ausgestalteten Schraubbolzen aufweisen, auf den eine Mutter aufgeschraubt wird.
Sofern die Kontaktzunge mit dem ihr zugeordneten Anschluss verschweißt ist, ist es bevorzugt, dass die hierfür vorgesehene Schweißnaht quer, insbesondere senkrecht zu der Richtung verläuft, in welche die Kontaktzunge von der Sammelschiene abragt. Mit anderen Worten kann sich die Schweißnaht entlang, insbesondere parallel zu der Längsrichtung der Sammelschiene erstrecken. Durch diese Anordnung der Schweißnaht wird diese bei Höhenausgleichen verhältnismäßig gering belastet. Bevorzugt ist die Schweißnaht im Bereich des abragenden Endes der oder einer jeden Kontaktzunge angebracht.
Besonders bevorzugt kann die Kontaktzunge einen Schweißabschnitt aufweisen, der auch als Schweißfahne bezeichnet werden kann, und der bevorzugt an dem freien Ende der Kontaktzunge angeordnet ist. Die Dicke des Schweißabschnitts kann kleiner als die des zwischen Sammelschiene und Schweißabschnitt angeordneten Abschnitts der Kontaktzunge sein. Durch den dünnen Schweißabschnitt kann die Kontaktzunge mit verhältnismäßig wenig Energieeintrag an ihrem Anschluss angeschweißt werden. Ferner kann der dünne Schweißabschnitt nachgiebig oder verformbar sein, da er – in gleiche Biegerichtung – ein geringeres Biegewiderstandsmoment als der zwischen Sammelschiene und Schweißabschnitt angeordnete Abschnitt der Kontaktzunge aufweist.
Die Kontaktzunge kann insbesondere an ihrer Oberseite, d. h. an der Seite der Kontaktzunge, die von dem Anschluss, dem die Kontaktzunge zugeordnet ist, weg weist, eine Nut aufweisen. Die Längsrichtung der Nut erstreckt sich vorzugsweise entlang oder parallel zu der Sammelschiene oder der Längsrichtung des stranggepressten Halbzeugs. Die Nutflanken fassen die Nut seitlich ein und erstrecken sich in Längsrichtung der Nut. Die zwischen den Nutflanken gebildete Nutbreite kann kleiner oder größer als die Breite des zwischen benachbarten Kontaktzungen gebildeten Trennspalts sein. Vorzugsweise entspricht die zwischen Nutflanken gebildete Nutbreite jedoch in etwa der Breite des zwischen benachbarten Kontaktzungen gebildeten Trennspalts. Der Vorteil hierbei ist, dass ein Verbindungsstück, insbesondere eine weitere Stromschiene, die eine Breite aufweist, die in etwa der Breite der Nut oder des Trennspalts entspricht, wahlweise in die Nut oder den Trennspalt einlegbar ist und mit der die Kontaktzungen bildenden Stromschiene oder mit einer oder mehreren Kontaktzungen dieser Stromschiene verschweißbar ist. Dieses Verbindungsstück kann z. B. zwei Batteriemodule elektrisch leitend miteinander verbinden. Z. B. kann die Stromschiene das oben genannte erste oder/und zweite Anschlussstück bilden.
Es ist somit allgemein bevorzugt, dass in der Nut oder dem Trennspalt ein Verbindungsstück angeordnet ist, welches zwei Batteriemodule elektrisch leitend verbindet, wobei das Verbindungsstück mit der Stromschiene oder der Kontaktzunge oder den Kontaktzungen, die den Trennspalt einfassen, verschweißt ist.
Die Erfindung betrifft auch ein Batteriemodul, das neben der Vielzahl aneinandergereihter Batteriezellen und mindestens einer Stromschiene, welche mindestens zwei der Batteriezellen elektrisch verbindet, eine Leiterplatte aufweist. Dieser Aspekt kann separat weiterverfolgt werden und von dem oben beschriebenen Batteriemodul vorteilhaft weitergebildet werden oder das oben beschriebene Batteriemodul vorteilhaft weiterbilden.
Die Leiterplatte kann an der Stromschiene befestigt sein oder werden, wobei eine Leiterbahn der Leiterplatte mit oder an der Stromschiene elektrisch kontaktiert ist oder wird. Z. B. kann die Stromschiene, insbesondere die Sammelschiene, mindestens ein Befestigungsmittel aufweisen, mittels dem die Leiterplatte an der Stromschiene befestigbar ist.
Die Leiterplatte, die insbesondere ein plattenförmiges, elektrisch nicht leitendes Material und mindestens eine, vorzugweise mehrere daran oder darauf angeordnete Leiterbahnen aufweist, kann bevorzugt einen Modulcontroller bilden oder mitbilden, mit dem die Batteriezellen des Batteriemoduls überwachbar sind. An der Leiterplatte können zusätzlich noch elektrische Bauteile angeordnet sein. Die Leiterbahn und die optional vorhandenen elektrischen Bauteile der Leiterplatte können auf der Seite angeordnet sein, die zu den Batteriezellen hin weist. Vorzugsweise sind sie jedoch auf der Seite der Leiterplatte angeordnet, die von den Batteriezellen weg oder in Richtung Deckel des Batteriemodulgehäuses weist.
Die Stromschiene, insbesondere die Sammelschiene kann z. B. ein Gewinde oder einen Schraubbolzen bilden, mit dem die Leiterplatte an der Stromschiene befestigbar ist, insbesondere mittels einer in das Gewinde der Sammelschiene eingreifenden Schraube oder auf das Gewinde des Stehbolzens aufgeschraubten Schraubenmutter.
Insbesondere kann die Verschraubung, mittels der die Leiterplatte an der Stromschiene befestigt oder befestigbar ist, einen Schraubbolzen aufweisen, der an der Stromschiene befestigt ist oder befestigbar ist und der sich durch eine Bohrung der Leiterplatte erstreckt.
Vorzugsweise kann die Stromschiene, insbesondere die Sammelschiene, einen Klemmspalt aufweisen, in dem die Leiterplatte klemmend gehalten werden kann oder gehalten wird, wobei eine von der Stromschiene oder der Sammelschiene gebildete Klemmfeder eine Seite des Klemmspalts bildet und/oder gegen die Leiterplatte drückt und sie einklemmt. Der Klemmspalt oder/und die Klemmfeder kann auf der Seite der Sammelschiene angeordnet sein, die der Seite, von der die Kontaktzungen von der Sammelschiene abragen, gegenüberliegt. Die Klemmfeder kann z. B. durch Strangpressen an dem Halbzeug bereitgestellt werden. Z. B. kann die Klemmfeder von der Sammelschiene abragen, wobei das abragende Ende, insbesondere J-förmig, gekrümmt ist. Durch die Krümmung wird eine Federeigenschaft erzielt. Insbesondere kann der gekrümmte Abschnitt gegen die Leiterplatte drücken.
Allgemein bevorzugt kann die Leiterplatte mit der Stromschiene, insbesondere der Sammelschiene der Stromschiene verschraubt sein oder von der Stromschiene, insbesondere der Sammelschiene der Stromschiene klemmend gehalten werden.
Besonders vorteilhaft ist es, dass eine Fläche der Sammelschiene gegen die Leiterbahn, mit der die Sammelschiene kontaktiert wird, drückt oder an der Leiterbahn anliegt, so dass die Leiterbahn und die Sammelschiene sicher elektrisch kontaktiert werden. Hierdurch kann eine separate Schraub-, Steck- oder Lötverbindung, wie sie oftmals zwischen der Leiterbahn und der Stromschiene im Stand der Technik ausgeführt ist, vermieden werden. Hierdurch lassen sich die Leiterbahn der Leiterplatte und die Stromschiene äußerst einfach und kostengünstig kontaktieren.
Da das Batteriemodul bevorzugt mehrere Stromschienen aufweist, kann jede Stromschiene mit einer ihr zugeordneten, insbesondere separaten Leiterbahn der Leiterplatte kontaktiert werden.
In besonders bevorzugten Ausführungen ist die Leiterplatte länglich und erstreckt sich in die Richtung, in welche die Batteriemodule aneinandergereiht sind. Vorzugsweise ist die Stromschiene an einer der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte befestigt. Besonders bevorzugt sind eine oder mehrere Stromschienen an einer der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte befestigt und optional eine oder mehrere Stromschienen an der anderen der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte befestigt.
Ein besonderer Vorteil ergibt sich bei der Herstellung des Batteriemoduls. Grundsätzlich ist es möglich, dass die eine oder die mehreren Stromschienen an den Anschlüssen der Batteriezellen befestigt, insbesondere verschweißt oder verschraubt werden und anschließend die Leiterplatte an den Stromschienen befestigt wird. Als vorteilhaft hat es sich jedoch herausgestellt, dass die Leiterplatte mit der oder den Stromschienen verbunden wird, insbesondere verschraubt oder klemmend verbunden wird, so dass die mindestens eine Stromschiene oder jede der Stromschienen mit von einer ihr zugeordneten Leiterbahn elektrisch leitend kontaktiert wird. Z. B. kann die Leiterplatte in den Klemmspalt der Stromschiene(n) gesteckt werden. Die hierdurch gebildete Einheit aus der mindestens einen Stromschiene und der Leiterplatte wird an vorzugsweise bereits in einem Batteriemodulgehäuse angeordnete Batteriezellen, insbesondere an einen Stapel von Batteriezellen herangeführt. Hierbei wird die Stromschiene mit wenigstens zwei Batteriezellen elektrisch leitend kontaktiert und an den Anschlüssen dieser Batteriezellen befestigt. Vorteilhaft wird erreicht, dass weniger Arbeitsschritte in dem Bereich der Anschlüsse der Batteriezellen durchgeführt werden müssen, wodurch das Herstellungsverfahren prozesssicherer wird, da die Gefahr von Kurzschlüssen verringert wird.
Die Erfindung wurde anhand mehrerer vorteilhafter Aspekte und Weiterbildungen beschrieben, die auch beliebig miteinander kombiniert werden können. Vorteilhafte Ausführungen werden nun anhand von Figuren beschrieben. Die dabei offenbarten Merkmale bilden je einzeln und in jeglicher Merkmalskombination den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche weiter. Es zeigen:
1 ein Batteriemodul,
2 ein Batteriemodul mit abgenommenen Deckel,
3 eine Prinzipskizze von aneinander gereihten und mittels Stromschienen verbundenen Batteriezellen,
4 die Prinzipskizze aus 3 mit einem eingelegten U-Profil für einen Gaskanal,
5 die Prinzipskizze aus 4 mit einer das U-Profil verschließenden Leiterplatte, die mit den Stromschienen verschraubt ist,
6 eine Prinzipskizze von aneinander gereihten und mittels Stromschienen verbundenen Batteriezellen, wobei die Stromschienen alternativ zu denen aus
4 ausgestaltet sind,
7 eine Stromschiene aus 6 in einer Querschnittsansicht,
8 eine Einheit aus einer Leiterplatte und an den Seiten der Leiterplatte angeordneten, insbesondere mittels Schraubverbindungen befestigten Stromschienen, die nach den 6 und 7 ausgestaltet sind,
9 eine alternative Einheit aus einer Leiterplatte und an den Seiten der Leiterplatte angeordneten, insbesondere mittels Klemmverbindung befestigten Stromschienen in einer Querschnittsansicht
10 die Einheit aus 9 in einer perspektivischen Ansicht
11 ein zwei Batteriemodule elektrisch leitend verbindendes Verbindungselement, das in einem Trennspalt zwischen zwei Kontaktzungen angeordnet und den zwei Kontaktzungen verschweißt ist,
12 ein zwei Batteriemodule elektrisch leitend verbindendes Verbindungselement, das in einer an der Oberseite der Kontaktzungen gebildeten Nut angeordnet und mit den Nutflanken verschweißt ist,
13 ein System mit mehreren an ihren Seitenwänden aneinander gereihten Batteriemodulen,
14 ein System mit mehreren an ihren Stirnwänden aneinander gereihten Batteriemodulen,
15 ein System mit mehreren Batteriemodulen, die an ihren Seiten- und Stirnwänden aneinander gereiht angeordnet sind,
16 ein System umfassend mehrere Batteriemodule, die übereinander gestapelt und an ihren Seitenwänden aneinander gereiht angeordnet sind,
17 eine Detailansicht aus 16 auf die Stirnwand von zwei aufeinander gestapelten Batteriemodulen und
18 eine Detailansicht aus 17.
In den 1 und 2 wird ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1 gezeigt. Das Batteriemodul 1 umfasst ein Batteriemodulgehäuse 20, welches einen Gehäusedeckel 21 und eine Umfassung 22, 23a, 23b aufweist. Die Umfassung 22, 23a, 23b wird aus einem U-förmig gebogenen Metallblech, welches den Boden 24 und die in etwa parallel zueinander angeordneten ersten und zweiten Seitenwände 23a, 23b bildet und zwei in etwa parallelen Stirnwänden 22 gebildet, die die Seitenwände 23a, 23b an ihren entgegengesetzten Enden stirnseitig verschließen und die Seitenwände 23a, 23b somit miteinander verbinden. Die als Druckplatten ausgebildeten ersten und zweiten Stirnwände 22 sind, insbesondere mittels Laserschweißen, mit den Seitenwänden 23a, 23b verschweißt. Alternativ könnten die Stirnwände 22 mit den Seitenwänden 23a, 23b verschraubt oder verklebt sein. Die Stirnwände 22 und/oder die Seitenwände 23a, 23b und der Boden 24 sind vorzugsweise aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet.
Die ersten und zweiten Seitenwände 23a, 23b werden von den Schenkeln eines U-förmig gebogenen Metallblechs gebildet, wobei der Boden 24 die beiden Seitenwände 23a, 23b verbindet. Die Seitenwände 23a, 23b sind in Bezug auf den Boden 24 in etwa rechtwinklig gebogen, so dass zwischen der ersten Seitenwand 23a und dem Boden 24 und der zweiten Seitenwand 23b und dem Boden 24 jeweils eine Biegekante gebildet wird. An der Oberseite des Batteriemoduls 1 sind die Seitenwände 23a, 23b in etwa um 90° abgekantet, so dass ein abgekanteter Abschnitt 23c gebildet wird, der vorzugsweise zu der jeweils anderen Seitenwand 23a, 23b hin weist. Der abgekantete Abschnitt 23c kann z.B. parallel zum Boden 24 sein.
An den Seitenwänden 23a, 23b, insbesondere an den abgekanteten Abschnitten 23c ist der bevorzugt aus Kunststoff gebildete Deckel 21, insbesondere dessen Hauptabschnitt 21a befestigt. Der Hauptabschnitt 21a des Deckels 21 ist vorzugsweise so befestigt, dass er nicht ohne weiteres von dem Batteriemodul 1 abgenommen werden kann.
Der Deckel 21 weist zu jeder seiner Stirnwände 22 hin je einen klappbaren Abschnitt 21c auf, der mit dem Hauptabschnitt 21a mittels eines Filmscharniers 21b verbunden ist. Der klappbare Abschnitt 21c kann zwischen einer geöffneten Position und einer geschlossenen Position hin und her geschwenkt werden. Die geschlossene Position ist in 1 dargestellt. Die Schwenkachse des klappbaren Abschnitts 21c ist bevorzugt parallel zu den Stirnwänden 22. Durch Hochklappen des Abschnitts 21c wird der Zugriff auf ein erstes oder zweites Anschlussstück 30a, 30b, von der Oberseite des Batteriemoduls 1 oder von der Seite des Deckels 21 her freigegeben. Bei geöffneter Stellung des Deckels kann somit ein externes Verbindungselement 70, das nicht zum Batteriemodul gehört, an dem Befestigungsbolzen 62 des ersten oder zweiten Anschlussstücks 30a, 30b befestigt werden, wodurch das Batteriemodul 1 z.B. mit einem anderen Batteriemodul 1 elektrisch leitend verbindbar ist. Auf den Befestigungsbolzen 62 ist eine Mutter 61 aufschraubbar, zwischen der und dem Anschlussstück 30a, 30b das externe Verbindungselement eingeklemmt wird. Der Abschnitt 21c verhindert in seiner geschlossenen Position den Zugriff auf das Anschlussstück 30a, 30b von oben oder der Deckelseite her. Der Hauptabschnitt 21 verhindert permanent einen Zugriff auf in dem Batteriemodul 1 angeordnete Stromschienen 30, wodurch die Gefahr eines vom Montagepersonal versehentlich hergestellten Kurzschlusses verringert wird.
Die ersten und zweiten Stirnwände 22 des Batteriemoduls 1 erlauben, dass mehrere Batteriemodule 1 über- oder aufeinander stapelbar sind (siehe auch 16), wobei die Stirnwände 22 des oberen Batteriemoduls 1 auf den Stirnwänden 22 des unteren Batteriemoduls 1 aufliegen. Hierdurch wird bewirkt, dass die Gewichtskraft des oberen Batteriemoduls 1 über die Stirnwände 22 des unteren Batteriemoduls 1 geleitet wird. Vorzugsweise sind die Seitenwände 23a, 23b des unteren Batteriemoduls 1 im Wesentlichen unbelastet. Grundsätzlich ist es möglich, dass der Boden 24 des oberen Batteriemoduls 1 die Oberseite, insbesondere den Deckel 21 oder die abgekanteten Abschnitte 23c des unteren Batteriemoduls 1 berührt. Vorzugsweise besteht jedoch zwischen dem oberen Batteriemodul 1 und dem unter Batteriemodul 1 zumindest ein sehr geringer Spalt, so dass sichergestellt ist, dass sich das obere Batteriemodul 1 mit seinen Stirnwänden 22 an den Stirnwänden 22 des unteren Batteriemoduls 1 abstützt.
Die erste und zweite Stirnwand 22 weist an seiner Oberseite mindestens eine, in diesem Beispiel zwei obere Stellflächen 22d und an seiner Unterseite mindestens eine, in diesem Beispiel zwei untere Stellflächen 22c auf. In dem gezeigten Beispiel werden vier obere und vier untere Stellflächen 22d, 22c gezeigt, die in den Ecken der Oberseite und in den Ecken der Unterseite des kastenförmigen Batteriemoduls angeordnet sind. Das obere Batteriemodul 1 kann mit seinen unteren Stellflächen 22c auf die Stellflächen 22d des unteren Batteriemoduls 1 gestellt werden, so dass sich die Stellflächen 22c, 22d berühren. Das obere Batteriemodul 1 kann z.B. mit dem unteren Batteriemodul 1 verschraubt werden, so dass eine stabile Einheit aus mehreren Batteriemodulen 1 gebildet wird.
Der Abstand zwischen der unteren Stellfläche 22c und der oberen Stellfläche 22d der Seitenwand 22 ist bevorzugt größer oder gleich der Höhe des übrigen Batteriemoduls 1. In dem gezeigten Beispiel ist die obere Stellfläche 22d in Bezug auf den Deckel 21 höhenversetzt, insbesondere nach oben hin, wobei es grundsätzlich auch möglich ist, die obere Stellfläche 22d nach unten höhenversetzt anzuordnen. Die untere Stellfläche 22d ist in Bezug auf den Boden 24 höhenversetzt, insbesondere nach unten hin, wobei auch hier eine Höhenversetzung nach oben hin möglich ist. Wichtig ist nur, dass der Abstand zwischen den Stellflächen 22c und 22d größer als die Höhe des übrigen Batteriemoduls 1 ist. Ist z.B. die obere Stellfläche 22d in Bezug auf den Deckel 21 nach unten versetzt, muss die untere Stellfläche 22c in Bezug auf den Boden 24 zumindest so weit nach unten versetzt sein, wie die obere Stellfläche 22d in Bezug auf den Deckel 21 nach unten versetzt ist. Gleiches gilt für den umgekehrten Fall, d.h. wenn die untere Stellfläche 22c in Bezug auf den Boden 24 nach oben hin versetzt ist, muss die obere Stellfläche 22d zumindest so weit über den Deckel 21 nach oben versetzt sein, wie die untere Stellfläche 22c in Bezug auf den Boden 24 nach oben versetzt ist.
In dem Gehäuse 20 sind eine Vielzahl in Dickenrichtung 10 _D (3) aneinander gereihte Batteriezellen 10 aufgenommen. Die Batteriezellen 10 sind quaderförmig und werden auch als prismatische Batteriezellen 10 bezeichnet. Jede Batteriezelle 10 weist einen elektrisch positiven Anschlussterminal 11 und einen elektrisch negativen Anschlussterminal 12 auf, die auf einer gemeinsamen Seite der Batteriezelle 10 angeordnet sind. Zwischen den positiven und negativen Terminals 11, 12 weist jede Batteriezelle 10 eine Gasausströmöffnung 13 auf, an der ein Überdruckventil gebildet ist, welches sich öffnet und das Ausströmen von Gas aus der Batteriezelle 10 erlaubt, wenn in der Batteriezelle 10 ein unzulässig hoher Überdruck erzeugt wird, wie es z.B. der Fall sein kann, wenn ein sogenannter thermal runaway stattfindet.
Die Dicke 10 _D einer jeden Batteriezelle 10 variiert aufgrund bestimmter Parameter, wie z.B. dem Ladezustand, der Temperatur und dem Alter der Batteriezelle 10. Die Dicke 10 _D der Batteriezelle 10 ist somit im Betrieb variabel. Vorteilhaft werden die aneinander gereihten Batteriezellen 10 bei der Montage des Batteriemoduls 1 durch die als Druckplatten ausgestalteten Stirnwände 22 in Dickenrichtung 10 _D der Batteriezellen 10 mit einer Vorspannkraft zusammengedrückt oder komprimiert, wobei die Stirnwände 22 mit den Seitenwänden 23 verschweißt werden, so dass die Batteriezellen 10 von dem Batteriemodulgehäuse 20, insbesondere den Stirnwänden 22 unter Vorspannung gelagert werden. Das Batteriemodulgehäuse 20 ist so ausgeführt, dass es die Batteriezellen 10 auch dann noch zusammenhält, wenn diese dazu neigen, sich auszudehnen, wie z.B. beim Laden. Somit wird sichergestellt, dass das Batteriemodul 1 stets im Wesentlichen die gleichen Außenmaße beibehält, unabhängig vom Ladezustand der Batteriezellen 10.
Das in dem Beispiel gezeigte Batteriemodul 1 weist zwölf Batteriezellen 10 auf, wobei jeweils zwei Zellen 10 parallel geschaltet sind und mit zwei benachbarten, parallel geschalteten Zellen 10 in Serie geschaltet sind.
Die Anschlussterminals 11, 12 der Batteriezellen 10 sind als Schraubanschlüsse ausgeführt, wobei sie alternativ auch als Schweißanschlüsse ausgeführt sein können. Die Anschlussterminals 11, 12 weisen mit Gewinden versehene Stehbolzen auf, auf die jeweils eine Mutter 61 geschraubt wird. Zwischen der Mutter 61 und dem Anschlussterminal 11, 12 wird eine Stromschiene 30 eingeklemmt, die wenigstens zwei benachbarte Batteriezellen 10 miteinander verbindet, insbesondere parallel und/oder in Reihe schaltet. In dem in 2 gezeigten Beispiel sind jeweils zwei benachbarte Batteriezellen 10 parallel geschaltet, wobei diese zwei Batteriezellen 10 mit den nächsten zwei parallel geschalteten Batteriezellen 10 in Reihe geschaltet sind. Hierzu ist die Stromschiene 30 mit zwei elektrisch negativen Anschlussterminals 12 und zwei elektrisch positiven Anschlussterminals 11 kontaktiert, insbesondere verschraubt oder alternativ verschweißt.
Die Anschlussterminals 11, 12 der aneinandergereihten Batteriezellen 10 liegen auf zwei voneinander beabstandeten ersten und zweiten Linien, insbesondere Geraden, die sich entlang der ersten und zweiten Seitenwand 23a, 23b oder in die Richtung erstrecken, in welche die Batteriezellen 10 aneinandergereiht sind. Die erste Linie befindet sich näher an der ersten Seitenwand 23a und die zweite Linie befindet sich näher an der zweiten Seitenwand 23b. Die mit einer Stromschiene 30 parallel geschalteten Batteriezellen 10 sind so angeordnet, dass ihre elektrisch gleich geladenen Anschlussterminals 11; 12 auf der gleichen Linie liegen. Die mit diesen Batteriezellen 10 mittels der Stromschiene 30 in Reihe geschalteten Batteriezellen 10 sind so angeordnet, dass deren anders geladenen elektrischen Anschlussterminals 11; 12 ebenfalls auf dieser Linie liegen.
Wie insbesondere aus 2 erkennbar ist, ist das Batteriemodulgehäuse 20 an vier verschiedenen, mit einem Anschlussstück 30 belegbaren Stellen, d. h. im Bereich der Ecken oder Kanten, an denen eine Seitenwand 23a, 23b auf eine Stirnwand 22 trifft, für die Aufnahme eines ersten bzw. zweiten Anschlussstücks 30a, 30b vorbereitet. Das Batteriemodulgehäuse 20 weist hierfür je belegbarer Stelle zwei vorbereitete Durchtrittseinrichtungen auf, wovon eine auf die Seite mit der der Seitenwand 23a, 23b und die andere auf die Seite mit der Stirnwand 22 hin mündet oder hin weist. Das Batteriemodulgehäuse 20 weist somit vier belegbare Stellen auf, nämlich:

– eine erste belegbare Stelle, die eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der ersten Seitenwand 23a hin und eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der ersten Stirnwand 22 hin aufweist,
– eine zweite belegbare Stelle, die eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der ersten Seitenwand 23a hin und eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der zweiten Stirnwand 22 hin aufweist,
– eine dritte belegbare Stelle, die eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der zweiten Seitenwand 23b hin und eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der ersten Stirnwand 22 hin aufweist, und
– eine vierte belegbare Stelle, die eine vorbereitete Durchtrittseinrichtung zu der zweiten Seitenwand 23b hin und eine Durchtrittseinrichtung zu der zweiten Stirnwand 22 hin aufweist.

Jede der vier vorbereiteten zu einer der Seitenwände hin weisenden Durchtrittseinrichtungen weist eine Ausnehmung 21d in der Seitenwand 23a, 23b und dem abgekanteten Abschnitt 23c auf. Die ersten und zweiten belegbaren Stellen weisen je eine Ausnehmung 21d an der ersten Seitenwand und die dritten und vierten belegbaren Stellen weisen je eine Ausnehmung 21d an der zweiten Seitenwand 23b auf.
Jede der vier vorbereiteten zu einer der Stirnwände 22 hin weisenden Durchtrittseinrichtungen weist eine Ausnehmung 21e in der Stirnwand 22 auf. Die ersten und dritten belegbaren Stellen weisen eine Ausnehmung 21e an der ersten Stirnwand 22 und die zweiten und vierten belegbaren Stellen weisen je eine Ausnehmung 21e an der zweiten Stirnwand 22 auf.
Wie aus 2 erkennbar ist, sind nur zwei der vier vorbereiteten Stellen mit einem Anschlussstück 30a, 30b, d.h. die erste Stelle mit einem ersten Anschlussstück 30a und die zweite Stelle mit einem zweiten Anschlussstück 30b belegt. Das so vorbereitete Batteriemodulgehäuse 20 ist somit flexibel für unterschiedlich verschaltete Batteriemodule 10 einsetzbar. Außerdem erlaubt das Batteriemodulgehäuse 20, dass die Anschlussstücke 30a, 30b an den Stellen angeordnet werden, dass kurze Wege zu einem benachbarten Batteriemodul 1 bestehen, um dieses benachbarte Batteriemodul 1 mit dem Batteriemodul 1 elektrisch leitend zu verbinden.
Der Deckel 21 weist an seinem klappbaren Abschnitt 21c einen stirnseitigen Zugangsverschluss 21g, der den stirnseitigen Zugang 21e der ersten und dritten Stelle verschließt, und einen seitlichen Zugangsverschluss 21f, der den längsseitigen Zugang 21d verschließt, auf. Die Zugangsverschlüsse 21g, 21f sind jeweils mittels einer Sollbruchstelle 21h an dem klappbaren Abschnitt 21c angeordnet. Je nachdem, an welcher der vorbereiteten Stellen ein Anschlussstück 30a, 30b angeordnet wird und von welcher Wand, d. h. Stirnwand 22 oder Seitenwand 23, her eine externe, insbesondere Batteriemodul verbindende Stromschiene mit dem Anschlussstück 30a, 30b verbunden werden soll, wird der entsprechende Zugangsverschluss 21f, 21g entfernt, wobei die übrigen, nicht genutzten Zugänge mit den entsprechenden Zugangsverschlüssen verschlossen bleiben oder sind.
Das erste Anschlussstück 30a und das zweite Anschlussstück 30b werden jeweils von einer Stromschiene gebildet, welche zwei Batteriezellen 10 elektrisch leitend verbindet, insbesondere parallel schaltet. Das Anschlussstück 30a, 30b ist mit den Anschlussterminals 11, 12 verschraubt. Zusätzlich zu diesen Verschraubungen weist das Anschlussstück 30a, 30b eine erste zungenartige Abragung, die zu der stirnseitigen Durchtrittseinrichtung weist, und eine zweite zungenförmige Abragung, die in etwa senkrecht auf die erste zungenförmige Abragung steht und in Richtung der seitlichen Durchtrittseinrichtung weist, auf.
Das Batteriemodul 1 weist einen Gaskanal 40 auf, der von einem U-Profil 41 und einer Leiterplatte 50, die einen Modulcontroller bildet oder mitbildet, gebildet wird, wie am besten aus den 3 bis 5 erkennbar ist. Das längliche U-Profil 41 weist im Querschnitt zwei Schenkel 42 auf, die von einem Verbindungsabschnitt 43 verbunden werden. Die dem Verbindungsabschnitt 43 gegenüberliegende Seite zwischen den Schenkeln 42 wird von der Leiterplatte 50 verschlossen. Der Verbindungsabschnitt 43 des U-Profils 41 weist für jede der Gasausströmöffnungen 13 einen Durchbruch 44 auf, wobei die Durchbrüche 44 so angeordnet sind, dass sie jeweils eine Gasausströmöffnung 13 überdecken. Hierdurch wird bewirkt, dass aus der Batteriezelle 10 ausströmendes Gas in den Gaskanal 40 strömt und an dem Gaskanal 40 entlang geleitet wird. Der längliche Gaskanal 40 erstreckt sich mit seiner Längsrichtung in die Richtung, in der die Batteriezellen 10 aneinander gereiht sind. Der Gaskanal 10 weist in diesem Beispiel an seinem in Längsrichtung weisenden Ende im Bereich der Stirnwände 22 des Batteriemoduls 1 jeweils einen Übergangsabschnitt 45 auf, der einen Übergang von dem viereckigen Querschnitt des Gaskanals 40 auf einen runden Querschnitt eines Anschlusses bildet. Der Gaskanal 40 ist an eine externe, d. h. nicht zum Batteriemodul 1 gehörende Leitung anschließbar, insbesondere mittels des runden Anschlusses, so dass Gas aus dem Gaskanal 40 und somit aus dem Batteriemodul 1 entweichen und an eine geeignete Stelle geführt werden kann. Dadurch wird verhindert, dass Gas unkontrolliert aus dem Batteriemodul 1 austritt und möglicherweise Insassen des Fahrzeugs gefährdet.
Die Leiterplatte 50 weist mindestens eine, vorzugsweise mehrere Leiterbahnen 52 auf, die bevorzugt auf der Oberseite, d. h. an der von dem U-Profil weg weisenden Seite der Leiterplatte 50 angeordnet sind. Sofern die Leiterplatte 50 elektronische Bauteile umfasst, sind sie ebenfalls auf der Oberseite angeordnet.
Die Leiterbahnen 52 der Leiterplatte 50 können mit mindestens einen elektrischen Anschluss an der Außenseite des Batteriemoduls 1 elektrisch leitend verbunden sein, wie z. B. einen Steckanschluss, wodurch Leiterbahnen 52 der Leiterplatte 50 mit einem externen Steuergerät zur Überwachung und/oder Steuerung des Batteriemoduls 1 verbindbar sind.
Die Leiterplatte 50 ist in dem in den 1 bis 8 gezeigten Beispielen mittels einer Schraubverbindung an den Stromschienen 30, welche die Batteriezellen 10 miteinander elektrisch verschalten, befestigt, wobei jeweils eine Leiterbahn 52 der Leiterplatte 50 mit jeweils einer Stromschiene 30 elektrisch kontaktiert wird. Vorteilhaft geschieht dies dadurch, dass die auf der Oberseite der Leiterplatte 50 angeordnete Leiterbahn 52 mit einer Durchkontaktierung verbunden ist bzw. eine Durchkontaktierung bildet, die sich durch einen Durchbruch, insbesondere die Bohrungen, durch die sich die Schraube 60 für die Befestigung der Leiterplatte 50 an den Stromschienen 30 erstreckt, auf die andere Seite der Leiterplatte 50 erstreckt und dort die Stromschiene 30 kontaktiert. Durch Befestigen der Leiterplatte 50 an der Stromschiene 30 mittels Schraubverbindung wird gleichzeitig auch die Durchkontaktierung der Leiterbahn 52 gegen die Stromschiene 30 gedrückt, wodurch der Übergangswiderstand zwischen Stromschiene 30 und Leiterbahn 52 verringert wird. Zum Beispiel kann die Durchkontaktierung die Bohrung, durch die sie hindurch tritt, ringförmig umgeben.
In den 3 bis 5 sind mehrere Stromschienen 30 dargestellt, welche mit den Anschlussterminals 11, 12 der Batteriezellen 10 verschraubt sind, wobei die Anschlussterminals 11, 12 Stehbolzen aufweisen, welche sich durch Bohrungen in den Stromschienen 30 erstrecken, wobei die Stromschienen 30 mittels einer an dem Stehbolzen aufgeschraubten Mutter 61 gegen die Anschlussterminals 11, 12 gedrückt werden. Die Stromschienen 30 weisen jeweils eine Lasche 31 auf, welche von der jeweiligen Stromschiene 30 in Richtung zu den auf der anderen Seite angeordneten Anschlussterminals 11, 12 ragt. Die Lasche 31 weist eine Bohrung oder Gewindebohrung, alternativ einen Stehbolzen auf. Die Leiterplatte 50 weist entsprechend der Bohrungen oder der Stehbolzen der Laschen 31 deckungsgleiche Bohrungen auf. Die Leiterplatte 50 lässt sich mittels Schrauben 60, welche sich durch die Bohrungen der Leiterplatte 50 erstrecken, an dem Gewinde der Stromschienen 30 befestigen, alternativ durch auf die Stehbolzen aufgeschraubte Muttern (nicht dargestellt).
In den 6 bis 12 werden bevorzugte Ausführungsform von Stromschienen 30 für das Batteriemodul 1 aus z.B. den 1 und 2 gezeigt, wobei die Stromschienen 30 hinsichtlich ihrer von einer länglichen Sammelschiene 33 abragenden Kontaktzungen 34 gleich ausgestaltet sind. Die Ausgestaltung der Kontaktzungen 34 erlaubt das Anbringen eines externen Verbindungselements 70, welches z.B. zwei Batteriemodule 1 elektrisch miteinander verbinden, wie z.B. parallel oder seriell verschalten kann (11 und 12). Die Stromschienen aus den 6 bis 8 unterscheiden sich von den Stromschienen 30 aus den 9 bis 12 hinsichtlich der Befestigung der Leiterplatte 50 an den Stromschienen 30. Für die Ausführung aus den 6 bis 12 sind die Anschlüsse 11, 12 der Batteriezellen als Schweißanschlüsse ausgeführt.
Die bevorzugt aus einem Strangpressprofil hergestellte Stromschiene 30 weist mehrere von der Sammelschiene 30 abragende flache Kontaktzungen 34 auf. Die Anzahl der Kontaktzungen 34 entspricht der Anzahl der Batteriezellen 10 oder deren Anschlüsse 11, 12, die von der Stromschiene 30 kontaktiert werden sollen. Je zu kontaktierendem Anschluss 11, 12 weist die Stromschiene 30 eine Kontaktzunge 34 auf.
Zwischen benachbarten Kontaktzungen 34 ist ein Trennspalt gebildet, der z.B. durch Ausstanzen hergestellt werden kann. Die Kontaktzunge 34 ist über einen Gelenkabschnitt 38 mit der Sammelschiene 33 verbunden, so dass die Kontaktzunge 34 um eine Gelenkachse des Gelenkabschnitts 38, die sich in etwa parallel zur Längsrichtung der Sammelschiene 33 erstreckt, elastisch oder plastisch schwenkbar ist. Der Gelenkabschnitt 38 weist eine geringere Dicke als die Kontaktzunge 34 auf. Die Kontaktzunge 34 weist an ihrem freien Ende, das heißt von der Sammelschiene 33 entfernten Ende eine Schweißfahne 39 auf, deren Dicke geringer als die der Kontaktzunge 34 ist. Die Kontaktzunge 34 wird mittels eines Schweißverfahrens, insbesondere eines Laserschweißverfahrens an dem Anschlussterminal 11, 12 der Batteriezelle 10 angeschweißt, wobei die Schweißnaht hierzu vorzugsweise parallel zu der Längsrichtung der Sammelschiene 33 oder/und der Gelenkachse des Gelenkabschnitts 38 verläuft. Mit dieser Ausführung der Stromschiene 30 lassen sich Höhenunterschiede zwischen den Anschlussterminals 11, 12 von mit einer gemeinsamen Sammelschiene 33 verbundenen Batteriezellen 10 besonders vorteilhaft ausgleichen. Ferner wird die Schweißnaht zwischen Anschlussterminal 11, 12 und Kontaktzunge 34 durch das unvermeidbare Ausdehnen und Zusammenziehen der Batteriezellen 10 nur mäßig belastet.
Die Kontaktzunge 34 weist auf ihrer Oberseite eine Nut 35 auf, die seitlich von zwei Nutflanken eingefasst wird und sich entlang der Längsrichtung der Sammelschiene 33 erstreckt. Die Nut 35 erlaubt es, dass ein von dem Batteriemodul 1 externes, insbesondere stromschienenartiges oder flachmaterialartiges Verbindungselement 70 in der Nut 35 positioniert (12) und mit der Stromschiene 30, insbesondere der Kontaktzunge 34 verschweißt wird, wie z.B. mit einem Laserschweißverfahren. Hierzu kann an den Nutflanken jeweils eine Schweißnaht, wie z.B. eine Kehlnaht hergestellt werden. Bevorzugt ist die Stromschiene 30 so in dem Batteriemodulgehäuse 20 angeordnet, dass sich die Nut 35 in einer Verlängerung oder Flucht mit der zu der Seite mit der Stirnwand 22 weisenden Durchtrittseinrichtung befindet.
Der Trennspalt zwischen benachbarten Kontaktzungen 34 erlaubt es, dass ein von dem Batteriemodul 1 externes, insbesondere stromschienenartiges oder flachmaterialartiges Verbindungselement 70 in dem Trennspalt positioniert (11) und mit der Stromschiene 30, insbesondere den Kontaktzungen 34, zwischen denen der Trennspalt gebildet ist, verschweißt wird, wie z.B. mit einem Laserschweißverfahren. Hierzu kann an den Kontaktzungen 34 jeweils eine Schweißnaht, wie z.B. eine Kehlnaht hergestellt werden. Bevorzugt ist die Stromschiene 30 so in dem Batteriemodulgehäuse 20 angeordnet, dass sich der Trennspalt in einer Verlängerung oder Flucht mit der zu der Seite mit der Stirnwand 22 weisenden Durchtrittseinrichtung befindet. Bevorzugt entspricht die Breite des Trennspalts in etwa der Breite der Nut 35 und des Verbindungselement 70, so dass das Verbindungselement 70 wahlweise in der Nut 35 oder dem Trennspalt positioniert werden kann, wie es aus dem Vergleich der 11 und 12 hervorgeht.
Wenn das Verbindungselement 30 in dem Trennspalt positioniert ist, erstreckt es sich durch die Durchtrittseinrichtung, die zu der Seite mit der Seitenwand 23a, 23b weist (11). Wenn das Verbindungselement 30 in der Nut 35 positioniert ist, erstreckt es sich durch die Durchtrittseinrichtung, die zu der Seite mit der Stirnwand 22 weist (12).
Die Stromschiene 30 ist ein monolithischer Körper und wird durch ein Strangpressprofil, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff gebildet, wobei die Spalte zwischen benachbarten Kontaktzungen ausgestanzt sind.
Die Stromschiene 30, insbesondere die Sammelschiene 33 ist in der Ausführung aus den 6 bis 8 mit der Leiterplatte 50 verschraubt und in der Ausführung aus den 9 bis 12 mit der Leiterplatte 50 klemmend verbunden, d.h. an die Seitenkante der Stromschiene 30 aufgesteckt.
Bei der Ausführung aus den 6 bis 8 werden die Gewindebohrungen für die Schrauben 60 zur Befestigung der Leiterplatte 50 mit einem separaten Arbeitsschritt in die Sammelschiene 33 geformt. Die Sammelschiene 33 weist eine sich in Längsrichtung erstreckende Ausklinkung auf, deren Flanke die Längskante der Leiterplatte 33 führt oder/und mit einer entsprechenden Ausklinkung, insbesondere deren Flanke, einer Stromschiene 30 der gegenüberliegenden Seite eine Einfassung für die Leiterplatte 50 bildet, welche die Leiterplatte 50 seitlich einfasst oder führt. Die Gewindebohrung für die Verschraubung ist in der Ausklinkung, insbesondere an einem Grund der Ausklinkung angeordnet.
Bei der Ausführung aus den 9 bis 12 entfällt das Anbringen dieser Gewindebohrungen und dieser Ausklinkungen, da die Leiterplatte 50 von der Sammelschiene 33 eingeklemmt wird. Die Sammelschiene 33 weist einen Klemmspalt 36 auf, der zwischen einer monolithisch mit der Sammelschiene 33 geformten Klemmfeder 37 und einem ebenfalls monolithisch mit der Sammelschiene 33 gebildeten Gegenhalter gebildet wird. Die Klemmfeder 37 ist elastisch nachgiebig, wobei zwischen ihr und dem Gegenhalter ein Abstand, d.h. der Klemmspalt 36, gebildet ist, der geringer als die Dicke der Leiterplatte 50 ist. Wird die Leiterplatte 50 in den Klemmspalt 36 gesteckt, wird die Klemmfeder 37 gespannt, wodurch sich der Klemmspalt 36 aufweitet, so dass er die Leiterplatte 50 aufnehmen kann und diese gegen den Gegenhalter drückt. Eine von der Leiterplatte 50 gebildete Leiterbahn 52 wird von der Klemmfeder 37 gegen den Gegenhalter 36 gedrückt, wodurch die Leiterbahn 52 mit der Stromschiene 30 elektrisch leitend kontaktiert wird. Die Klemmfeder 37 weist ein freies Ende auf, welches elastisch nachgiebig gegen insbesondere die Unterseite der Leiterplatte 50 drückt. Die Klemmfeder 37 ragt von der Sammelschiene 33 ab, wobei das freie Ende der Klemmfeder 37 umgebogen, insbesondere um ca. 180° umgebogen ist, dass es zu der Sammelschiene 33 hin weist. Wie aus der Querschnittsansicht aus 7 ersichtlich ist, lässt sich die Stromschiene 30 auf eine einfache Weise aus einem Strangpressprofil herstellen.
In 13 wird ein System mit mehreren Batteriemodulen 1a–d gezeigt, wobei die mehreren Batteriemodule 1a–1d mit ihren Seitenwänden 23a, 23b aneinandergereiht angeordnet sind, so dass die Seitenwände 23a, 23b benachbarter Batteriemodule 1a–d zueinander weisen. Die Batteriemodule 1a–d können z.B. wie das Batteriemodul 1 aus den 1 bis 5, optional mit den Modifikationen nach den 6 bis 12 ausgestaltet sein.
Das Batteriemodulgehäuse 20 weist an der Seite mit der ersten Seitenwand 23a und an der Seite mit der zweiten Seitenwand 23b jeweils zwei vorbereitete Durchtrittseinrichtungen auf. Die Batteriemodule 1a–d sind so zueinander angeordnet, dass zumindest eine, vorzugsweise zwei vorbereitete Durchtrittseinrichtungen des einen Batteriemoduls 1a–d je einer vorbereiteten Durchtrittseinrichtung des benachbarten Batteriemoduls 1a–d gegenüberliegen, d.h. dass die gegenüberliegenden Durchtrittseinrichtungen miteinander fluchten. Die gegenüberliegenden Durchtrittseinrichtungen können als Durchtrittseinrichtungspaar bezeichnet werden. Die zueinander weisenden Seiten der benachbarten Batteriemodule 1a, 1b; 1b, 1c; 1c, 1d bilden je ein erstes Durchtrittseinrichtungspaar und ein zweites Durchtrittseinrichtungspaar.
Das Anschlussstück 30b des einen Batteriemoduls 1a kann mittels eines schienenartigen oder flachmaterialartigen Verbindungselements 70 mit einem Anschlussstück 30a des benachbarten Batteriemoduls 1b elektrisch leitend verbunden werden, wobei sich das Verbindungselement 70 durch die Durchtrittsöffnungen 21d der gegenüberliegenden und zueinander weisenden Durchtrittseinrichtungen, d.h. durch das z.B. erste Durchtrittseinrichtungspaar erstreckt. Der optional die Durchtrittsöffnung 21d verschließende und vom Deckel 21 gebildete Durchtrittsöffnungsverschluss 21f ist hierfür durch Abbrechen an der Sollbruchstelle 21h entfernt worden. Vorteilhaft kann die Länge des Verbindungselements 70 hierdurch sehr gering gehalten werden.
Die Durchtrittsöffnungen 21d des anderen, z.B. zweiten Durchtrittseinrichtungspaars, sind mittels des jeweiligen Durchtrittsöffnungsverschlusses 21f verschlossen bzw. können verschlossen bleiben, da sich durch das zweite Durchtrittseinrichtungspaar kein Verbindungselement 70 erstreckt.
Umfasst das System, wie in 13 angegeben, mindestens drei aneinandergereihte Batteriemodule 1 und wären die Batteriemodule 1a–1d nach z.B. 2 konfiguriert, wäre eine Verschaltung der Batteriemodule 1a–d mit derartig kurzen Verbindungselementen 70 nicht durchgängig möglich. Die Anzahl Batteriezellen (12 Stück) und deren Verschaltung 2 parallel 2 seriell würde mit der aus 2 ersichtlichen Konfiguration der Stromschienen 30 bewirken, dass die Anschlussstücke 30a, 30b auf der gleichen Linie bzw. an der gleichen Seitenwand 23a, 23b angebracht werden müssten. Somit würde spätestens bei der Verbindung des zweiten Batteriemoduls 1b, d.h. elektrisch zwischen das erste und zweite Batteriemodul 1a, 1c geschaltete Batteriemodul 1b, das Problem entstehen, dass das Verbindungselement 70 länger als der direkte Verbindungsweg ausgestaltet sein müsste.
Um zu erreichen, dass das Verbindungselement 70 die Anschlussstücke 30a, 30b der benachbarten Batteriemodule 1a, 1b; 1b, 1c; 1c, 1d dennoch auf direktem Weg verbinden kann, ist es vorteilhaft, dass die Anschlussstücke 30a, 30b an zwei diagonal gegenüberliegende Stellen der vier belegbaren Stellen des zweiten Batteriemoduls 1b angeordnet sind und/oder dass das zweite Batteriemodul 1b eine Querungsstromschiene 32 aufweist.
Die Querungsstromschiene 32 ist mittels eines ersten Abschnitts an dem auf der ersten Linie liegenden Anschluss 11 mindestens einer der Batteriezellen 10 und mittels eines zweiten Abschnitts an einem auf der zweiten Linie liegenden Anschluss mindestens einer anderen, insbesondere der benachbarten Batteriezelle 10 befestigt und verbindet diese Anschlüsse 11, 12 mittels eines Querungsabschnitts elektrisch leitend. Da in dem gezeigten Beispiel jeweils zwei Batteriezellen 10 mittels eines ersten Abschnitts der Querungsstromschiene parallel geschaltet sind, verbindet die Querungsstromschiene 32 zwei parallel geschaltete Batteriezellen 10 mit zwei nächstfolgenden mittels eines zweiten Abschnitts der Querungsstromschiene 32 parallel geschalteten Batteriezellen 10. Der Querungsabschnitt ist zwischen dem ersten Abschnitt und dem zweiten Abschnitt angeordnet. Die Querungsstromschiene 32, insbesondere der erste Abschnitt und/oder der zweite Abschnitt, kann analog zu den hierin beschriebenen Ausführungen eine Befestigungseinrichtung, insbesondere einen Stehbolzen oder eine Gewindebohrung, zur Befestigung der Leiterplatte 50, wie z.B. mittels einer Schraubverbindung, aufweisen. Die Verbindungen zwischen dem ersten Abschnitt und dem Anschluss der mindestens einen Batteriezelle 10 und dem zweiten Abschnitt und dem Anschluss der mindestens einen Batteriezelle 10 können wie in dem gezeigten Beispiel als Schraubverbindungen oder optional als Schweißverbindungen ausgeführt sein. Für eine Schweißverbindung können der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt jeweils mindestens eine oder mindestens zwei Kontaktzungen 34 (6 bis 8) aufweisen, die von dem ersten Abschnitt bzw. dem zweiten Abschnitt abragen und zwischen denen ein Trennspalt gebildet ist. Weiterbildungen ergeben sich analog aus den 6 bis 8, 11 und 12, wie z.B. die Befestigung mittels eines Gelenkabschnitts 38, der Schweißabschnitt 39, die Nut 35.
Die Querungsstromschiene 32 ist vorzugsweise aus einem Blech, wie z. B. einem Aluminium- oder Kupferblech ausgestanzt.
In 14 wird ein System mit mehreren Batteriemodulen 1a–c gezeigt, wobei die mehreren Batteriemodule 1a–1c mit ihren Stirnwänden 22 aneinandergereiht angeordnet sind, so dass die Stirnwände benachbarter Batteriemodule 1a–c zueinander weisen. Die Batteriemodule 1a–c können z.B. wie das Batteriemodul 1 aus den 1 bis 5, optional mit den Modifikationen nach den 6 bis 12 ausgestaltet sein.
Das Batteriemodulgehäuse 20 weist an der Seite mit der ersten Stirnwand 22 und an der Seite mit der zweiten Stirnwand 22 jeweils zwei vorbereitete Durchtrittseinrichtungen auf. Die Batteriemodule 1a–c sind so zueinander angeordnet, dass zumindest eine, vorzugsweise zwei vorbereitete Durchtrittseinrichtungen des einen Batteriemoduls 1a–c je einer vorbereiteten Durchtrittseinrichtung des benachbarten Batteriemoduls 1a–c gegenüberliegen, d.h. dass die gegenüberliegenden Durchtrittseinrichtungen miteinander fluchten. Die gegenüberliegenden Durchtrittseinrichtungen können als Durchtrittseinrichtungspaar bezeichnet werden. Die zueinander weisenden Seiten der benachbarten Batteriemodule 1a, 1b; 1b, 1c bilden je ein erstes Durchtrittseinrichtungspaar und ein zweites Durchtrittseinrichtungspaar.
Das Anschlussstück 30b des einen Batteriemoduls 1a kann mittels eines schienenartigen oder flachmaterialartigen Verbindungselements 70 mit einem Anschlussstück 30a des benachbarten Batteriemoduls 1b elektrisch leitend verbunden werden, wobei sich das Verbindungselement 70 durch die Durchtrittsöffnungen 21e der gegenüberliegenden und zueinander weisenden Durchtrittseinrichtungen, d.h. durch das z.B. erste Durchtrittseinrichtungspaar erstreckt. Der optional die Durchtrittsöffnung 21e verschließende und vom Deckel 21 gebildete Durchtrittsöffnungsverschluss 21g ist hierfür durch Abbrechen an der Sollbruchstelle 21h entfernt worden. Vorteilhaft kann die Länge des Verbindungselements 70 sehr gering gehalten werden.
Die Durchtrittsöffnungen 21e des anderen, z.B. zweiten Durchtrittseinrichtungspaars, sind mittels des jeweiligen Durchtrittsöffnungsverschlusses 21g verschlossen bzw. können verschlossen bleiben, da sich durch das zweite Durchtrittseinrichtungspaar kein Verbindungselement 70 erstreckt.
Umfasst das System, wie in 14 angegeben, mindestens drei aneinandergereihte Batteriemodule 1 und sind die Batteriemodule 1a–1d nach z.B. 2 konfiguriert, ist eine Verschaltung der Batteriemodule 1a–d mit derartig kurzen Verbindungselementen 70 durchgängig möglich. Die Anzahl Batteriezellen (12 Stück) und deren Verschaltung 2 parallel 2 seriell bewirkt mit der aus 2 ersichtlichen Konfiguration der Stromschienen 30, dass die Anschlussstücke 30a, 30b auf der gleichen Linie bzw. an der gleichen Seitenwand 23a, 23b angebracht sind. Eine Querungsstromschiene 32, wie sie für das System aus 13 beschrieben wird, ist in keinem Batteriemodul 1a–c erforderlich, gleichwohl aber möglich, sofern mindestens ein benachbartes Batteriemodul 1a, 1b; 1b, 1c eine solche Querungsstromschiene 32 aufweist.
Ob Querungsstromschienen 32 erforderlich sind oder nicht, hängt ganz allgemein auch von der Anzahl der aneinandergereihten Batteriezellen 10 ab, wie z.B. ob es sich um eine gerade oder eine ungerade Anzahl Zellen 10 handelt. Ist die Anzahl der aneinandergereihten Batteriezellen 10 ungerade, wie z.B. 7, 9, 11, 13 oder 15 Batteriezellen, und ist jeweils eine Batteriezelle 10 mit der nächsten Batteriezelle 10 in Reihe geschaltet, ist in den Batteriemodulen 1a–d aus 13 eine Querungsstromschiene 32 nicht zwingend erforderlich, wohingegen sie in zumindest einem den Batteriemodule 1a–c, insbesondere 1b, aus 14 erforderlich wäre. Ist die Anzahl der Batteriezellen 10 gerade, wie z.B. 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 Batteriezellen 10, und ergibt die Division dieser Anzahl durch die Anzahl jeweils parallel verschalteter Batteriezellen eine ungerade natürliche Zahl (wie z.B. 14:2 = 7; 10:2 = 5; 12:4 = 3), ist in den Batteriemodulen 1b, 1c aus 13 eine Querungsstromschiene 32 nicht zwingend erforderlich, wohingegen sie in zumindest einem den Batteriemodule 1a–c, insbesondere 1b, aus 14 erforderlich wäre. Ist die Anzahl der Batteriezellen 10 gerade, wie z.B. 6, 8, 10, 12, 14 oder 16 Batteriezellen 10, und ergibt die Division dieser Anzahl durch die Anzahl jeweils parallel verschalteter Batteriezellen eine gerade natürliche Zahl (wie z.B. 14:7 = 2; 10:5 = 2; 12:3 = 4), ist in den Batteriemodulen 1b, 1c aus 13 eine Querungsstromschiene 32 erforderlich und wohingegen sie in den Batteriemodulen 1a–c aus 14 dann nicht zwingend erforderlich wäre.
In 15 wird eine Anordnung aus mehreren Batteriemodulen 1a–c gezeigt. Die Anordnung umfasst ein Batteriemodul 1b, das mit seiner Stirnwand 22 an der Seitenwand 23a; 23b eines benachbarten Batteriemoduls 1c angeordnet ist, wobei die Durchgangseinrichtung des Batteriemoduls 1b, die zur Seite mit der Stirnwand 22 weist, der Durchgangseinrichtung des Batteriemoduls 1c, die zur Seite mit der zur Stirnwand 22 weisenden Seitenwand 23a; 23b weist, gegenüberliegt, so dass die gegenüberliegenden Durchgangseinrichtungen fluchten und ein Durchgangseinrichtungspaar bilden. In dem gezeigten Beispiel bilden die aneinandergereihten Batteriemodule 1b, 1c nur ein Durchgangseinrichtungspaar. Die jeweiligen Stellen der gegenüberliegenden Durchtrittseinrichtungen sind jeweils mit einem Anschlussstück 30a, 30b bestückt, die mit einem einfach gestalteten, in diesem Beispiel winkelförmigen Verbindungselement 70, insbesondere einer Stromschiene, elektrisch leitend verbunden werden.
Die Anordnung aus 15 entspricht ferner einer Kombination der Anordnungen aus den 13 und 14. Zum Beispiel umfasst die Anordnung mehrere Batteriemodule 1a–b, wie z.B. zwei, drei, vier, fünf oder noch mehr Batteriemodule 1, die mit ihren Seitenwänden aneinandergereiht sind (13) und mindestens ein Batteriemodul 1c, vorzugsweise mehrere, insbesondere zwei Batteriemodule 1, die mit ihren Stirnwänden aneinandergereiht sind (14). Eine Seitenwand des Batteriemodules 1c ist stirnseitig an den Batteriemodulen 1a–b angeordnet, so dass die Seitenwände zu den Stirnwänden weisen. Je nach Verschaltung und Positionierung der Batteriemodule 1a–c können die Batteriemodule 1a–c Querungsstromschienen 32 umfassen (13).
In 16 wird eine Anordnung mit mehreren Batteriemodulen 1 gezeigt. Die Batteriemodule 1 sind in der oben beschriebenen Weise aufeinandergestapelt und mit ihren Seitenwänden 23a, 23b aneinandergereiht angeordnet, so dass sich ein Stapel mit der Höhe von mindestens zwei Batteriemodulen 1 und einer Breite von mindestens zwei, in diesem Beispiel vier, Batteriemodulen ergibt.
Stellvertretend für die Stirnwände 22 des Batteriemoduls 1 wird mit Bezug auf die 1, 2, 16, 17 und 18 eine Stirnwand 22 näher beschrieben.
Die Stirnwand 22 weist an ihrer Unterseite mindestens eine Bohrung, insbesondere Gewindebohrung 22e, wie z.B. hier zwei Gewindebohrungen 22e, zur Befestigung des Batteriemoduls 1 an einer Tragstruktur, wie z.B. einem Rahmen oder einer Fahrzeugstruktur, oder an einem darunter angeordneten Batteriemodul 1 auf. Die Stirnwand 22 weist an ihrer Oberseite mindestens eine Bohrung, insbesondere Gewindebohrung 22f, wie z.B. hier zwei Gewindebohrungen 22f, zur Befestigung des Batteriemoduls 1 an einem darüber angeordneten Batteriemodul 1 auf. Die Längsachse der oberen Bohrung 22f fluchtet mit der Längsachse der unteren Bohrung 22e. Zwischen der oberen Bohrung 22f und der unteren Bohrung 22e ist eine insbesondere taschenförmige oder durchgehende Ausnehmung 22b gebildet.
Die untere Befestigungsbohrung erstreckt sich durch die untere Stellfläche 22c. Die obere Befestigungsbohrung erstreckt sich durch die obere Stellfläche 22d. Die Stirnwand 22 weist je oberer Stellfläche 22d eine obere Befestigungsbohrung 22f und je unterer Stellfläche 22c eine untere Befestigungsbohrung 22e auf.
Insbesondere weisen die obere Bohrung 22f ein Gewinde und die untere Bohrung 22e ein Gewinde auf. Der Gewindenenndurchmesser des Gewindes der oberen Bohrung 22f ist kleiner als der Kerndurchmesser des Gewindes der unteren Bohrung 22e. Diese Gewindeanordnung erlaubt besonders vorteilhaft, dass sich Batteriemodul 1 mit seiner Unterseite wahlweise an einer Tragstruktur oder an einem darunter angeordneten Batteriemodul 1 festschrauben lässt.
Wird das Batteriemodul mit seiner Unterseite an einer Tragstruktur festgeschraubt, kann eine Befestigungsschraube, welche den Nenndurchmesser des Gewindes der unteren Bohrung aufweist, von der Unterseite her in den das Gewinde eingeschraubt werden, so dass die Tragstruktur zwischen der unteren Stellfläche und dem Schraubenkopf eingeklemmt wird.
Wird das Batteriemodul mit seiner Unterseite an einem darunter angeordneten Batteriemodul festgeschraubt, kann eine Befestigungsschraube, welchen den Nenndurchmesser des Gewindes der oberen Bohrung aufweist, sich von der Ausnehmung 22b her durch die untere Bohrung des oberen Batteriemoduls erstrecken und in das Gewinde der oberen Bohrung des unteren Batteriemoduls eingeschraubt sein, so dass der zwischen Ausnehmung 22b und unterer Stellfläche des oberen Batteriemoduls zwischen dem Schraubenkopf und der oberen Stellfläche des unteren Batteriemoduls eingeklemmt wird. Die Schraube kann z.B. mittels eines Schraubwerkzeugs, welches durch die obere Bohrung des oberen Batteriemoduls zu der Schraube geführt wird eingeschraubt werden.
Hierfür können beispielhaft metrische ISO-Gewinde eingesetzt werden, wie z.B. M6 für das obere Gewinde und M8 für das untere Gewinde oder M8 für das obere Gewinde und M10 für das untere Gewinde.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
10: Batteriezelle
10_B: Zellenbreite
10_H: Zellenhöhe
10_D: Zellendicke
11: positive Elektrode / Terminal
12: negative Elektrode / Terminal
13: Gasausströmöffnung
20: Batteriemodulgehäuse
21: Gehäusedeckel
21a: Hauptabschnitt
21b: Scharnier / Filmscharnier
21c: klappbarer Abschnitt
21d: Durchtrittsöffnung / Ausnehmung
21e: Durchtrittsöffnung / Ausnehmung
21f: Durchtrittsöffnungsverschluss
21g: Durchtrittsöffnungsverschluss
21h: Sollbruchstelle
21i: Rastelement
22: Stirnwand / Druckplatte
22a: Schweißnaht / Laserschweißnaht
22b: Ausnehmung / Tasche
22c: untere Stellfläche
22d: obere Stellfläche
22e: untere Befestigungsbohrung / unteres Gewinde
22f: obere Befestigungsbohrung / oberes Gewinde
23a: erste Seitenwand
23b: zweite Seitenwand
23c: abgekanteter Abschnitt / Abkantung
24: Boden
30: Stromschiene
30a: erstes Anschlussstück
30b: zweites Anschlussstück
31: Lasche
32: Querungssstromschiene
33: Sammelschiene
34: Kontaktzunge
35: Nut
36: Klemmspalt
37: Klemmfeder
38: Gelenkabschnitt
39: Schweißfahne
40: Fluidkanal / Gaskanal
41: U-Profil
42: Schenkel / Seitenschenkel
43: Verbindungsabschnitt / Verbindungssteg
44: Durchbruch
45: Übergangsabschnitt / Übergangsstück
50: Platte / Leiterplatte / Controller
51: Bohrung
52: Leiterbahn
60: Schraube
61: Mutter
62: Befestigungsbolzen
70: Verbindungselement
71: Schweißnaht

Claims

Batteriemodul (1), umfassend: a) eine Vielzahl aneinandergereihte Batteriezellen (10), wobei jede Batteriezelle (10) einen elektrisch positiven Anschluss (11) und einen elektrisch negativen Anschluss (12) aufweist, b) eine Stromschiene (30), welche mindestens zwei der Batteriezellen (10) elektrisch verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass c) die Stromschiene (30) eine Sammelschiene (33) und mehrere von der Sammelschiene (33) abragende Kontaktzungen (34) aufweist, wobei zwischen benachbarten Kontaktzungen (34) ein Trennspalt gebildet ist und die Kontaktzungen (34) über die Sammelschiene (33) elektrisch leitend verbunden sind.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (34) über einen Gelenkabschnitt (38) mit der Sammelschiene (33) verbunden ist, der ein geringeres Biegewiderstandsmoment als die Kontaktzunge (34) aufweist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke des Gelenkabschnitts (38) kleiner als die Dicke der bevorzugt flachen Kontaktzunge (34) und vorzugsweise auch kleiner als die Dicke der Sammelschiene (33) ist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (30) für jede der Batteriezellen (10), welche sie elektrisch verbindet, eine Kontaktzunge (34) aufweist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Kontaktzungen (34) mit dem ihr zugeordneten Anschluss (11, 12) der Batteriezellen (10) kontaktiert oder verbunden, insbesondere verschweißt oder verschraubt ist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (30) aus einem Aluminiumwerkstoff oder/und aus einem stranggepressten Halbzeug hergestellt ist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (34) einen Schweißabschnitt (39), insbesondere eine Schweißfahne aufweist, der bevorzugt an dem freien Ende der Kontaktzunge (34) angeordnet ist und/oder dessen Dicke kleiner als die des zwischen Sammelschiene (33) und Schweißabschnitt (39) angeordneten Abschnitts der Kontaktzunge (34) ist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (34) mit einer Schweißnaht mit ihrem zugeordneten Anschluss (11, 12) verschweißt ist, die quer, insbesondere senkrecht, zu der Richtung verläuft, in der die Kontaktzunge (34) von der Sammelschiene (33) abragt.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktzunge (34), insbesondere an der von ihrem Anschluss (11, 12) weg weisenden Oberseite, eine Nut (35) aufweist, wobei die zwischen den Nutflanken gebildete Nutbreite in etwa der Breite des zwischen benachbarten Kontaktzungen (34) gebildeten Trennspalts entspricht.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Nut (35) oder dem Trennspalt ein Verbindungsstück (70) angeordnet ist, welches zwei Batteriemodule (1) elektrisch verbindet, wobei das Verbindungsstück (70) mit der Stromschiene (30) verschweißt ist.
Batteriemodul (1), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend: a) eine Vielzahl aneinandergereihte Batteriezellen (10), wobei jede Batteriezelle (10) einen elektrisch positiven Anschluss (11) und einen elektrisch negativen Anschluss (12) aufweist, b) eine Stromschiene (30), welche mindestens zwei der Batteriezellen (10) elektrisch verbindet und eine Leiterplatte (50), dadurch gekennzeichnet, dass c) die Leiterplatte (50) an der Stromschiene (30) befestigt ist, wobei eine Leiterbahn (52) der Leiterplatte (50) mit der Stromschiene (30) elektrisch kontaktiert ist.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (50) mit der Stromschiene (30), insbesondere einer Sammelschiene (33) der Stromschiene (30) verschraubt ist, oder von der Stromschiene (30), insbesondere einer Sammelschiene (33) der Stromschiene (30) klemmend gehalten wird.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromschiene (30) einen Klemmspalt (36) aufweist, in dem die Leiterplatte (50) klemmend gehalten wird, wobei eine von der Stromschiene (33) gebildete Klemmfeder (37) gegen die Leiterplatte (50) drückt und sie einklemmt.
Batteriemodul (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschraubung einen Schraubbbolzen aufweist, der an der Stromschiene (30) befestigt ist und der sich durch eine Bohrung (51) der Leiterplatte (50) erstreckt.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Leiterplatte (50) länglich ist und sich mit ihrer Längsrichtung in die Richtung erstreckt, in welche die Batteriezellen (10) aneinandergereiht sind, wobei bevorzugt ist, dass die Stromschiene (30) an einer der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte (50) befestigt ist.
Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, gekennzeichnet durch mehrere solcher Stromschienen (30), wobei die Leiterplatte (50) länglich ist und sich mit ihrer Längsrichtung in die Richtung erstreckt, in welche die Batteriezellen (10) aneinandergereiht sind, wobei bevorzugt ist, dass eine oder mehrere Stromschienen (30) an einer der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte (50) befestigt sind und insbesondere dass eine oder mehrere Stromschienen (30) an der anderen der sich in Längsrichtung erstreckenden Seitenkanten der Leiterplatte (50) befestigt sind.
Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls (1), wobei eine Leiterplatte (50) mit mindestens einer Stromschiene (30) verbunden, insbesondere verschraubt oder klemmend verbunden wird, so dass eine Leiterbahn der Leiterplatte (50) die Stromschiene (30) elektrisch leitend kontaktiert, wobei die Einheit aus der mindestens einen Stromschiene (30) an vorzugsweise bereits in einem Batteriemodulgehäuse (20) angeordnete Batteriezellen (10) herangeführt wird, wobei die Stromschiene (30) mit wenigstens zwei Batteriezellen (10) elektrisch kontaktiert und an den Anschlüssen (11, 12) dieser Batteriezellen (10) befestigt, insbesondere mit den Anschlüssen (11, 12) der Batteriezellen (10) verschweißt oder verschraubt wird.