-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der Vorläufigen U.S.-Anmeldung 61/579,204, eingereicht am 22. Dezember 2011.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Montagestrategie für Batterien und im Spezielleren die Verwendung einer solchen Strategie für verschiedene, modulare Batterieauslegungen, bei denen die Batterien dazu verwendet werden, Antriebskraft für Kraftfahrzeug- und verwandte Transportanwendungen zu erzeugen.
-
Verschiedene Batterien, einschließlich Lithium-Ionenbatterien, Blei-Säure-Batterien und Nickel-Metallhydridbatterien, können so ausgelegt sein, dass sie herkömmliche Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeug- und verwandte Transportanwendungen ergänzen oder ersetzten. Durch die Fähigkeit, Energie von stationären und fahrzeugeigenen Quellen sowie von wiedergewonnener kinetischer Energie, die durch das Fahrzeug und seine Bauteile bereitgestellt wird, passiv zu speichern, sind Batterien (im Allgemeinen) und wiederaufladbare Batterien (im Besonderen) dafür prädestiniert, als Teil eines Antriebssystems für Automobile, Lastkraftwagen, Busse, Motorräder und verwandte Fahrzeugplattformen zu dienen. In einer für Kraftfahrzeuganwendungen geeigneten Form sind die Batterien als eine im Allgemeinen dünne, rechteckige Zelle mit einer daraus herausragenden positiven und negativen Spannungsklemme geformt; mehrere solcher Batterien können in der Regel zu größeren Anordnungen kombiniert werden – wobei darin Module inbegriffen sind, die ihrerseits zu einem als Batteriegruppe bekannten, kompletten System ausgeformt sein können – um die gewünschte Leistungsabgabe zu erzeugen.
-
Bei derzeit gebräuchlichen Modulen zum Festhalten, Montieren oder anderweitigen Befestigen von Batteriezellen sind zahlreiche Bauteile sowie komplizierte Fertigungsprozesse erforderlich, um eine korrekte Montage zu gewährleisten, wobei Laserschweißen, Punktschweißen, sowie eine hohe Bauteilanzahl an Befestigungselementen oder dergleichen zum Einsatz kommen. Im Fall des Schweißens treten bei solchen Prozessen äußerst hohe Temperaturen auf und es kommt zu Schweißwülsten und verwandten, unerwünschten Nebenwirkungen. Darüber hinaus kann die Verwendung von Kompressionsbegrenzern (zusammen mit ihren zugehörigen Verbindungsstangen) entlang der Stapelabmessung beim Zusammenbau von zahlreichen Batteriezellen zu einem größeren Batteriemodul während des Stapelns zu Toleranzproblemen führen. Da die Kompressionsbegrenzer oft in großen Chargen gefertigt werden – wobei die Maßhaltigkeit von einer Charge zu einer anderen relativ hohen Toleranzen unterworfen sein kann – könnte das Stapeln solcher Begrenzer (die jeweils einzeln für sich betrachtet akzeptierbar sind) in Einrechnung des Multiplikatoreffekts, der sich ergibt, wenn zahlreiche Begrenzer in einem Modul platziert werden, zu nicht mehr akzeptierbaren Fehlmaßen bei der Bauteilgröße führen. Außermittigkeiten bei den in den Kompressionsbegrenzern ausgebildeten Bohrungen können solche Montageprobleme noch verschlimmern, da sich die Verbindungsstangen unter Umständen nicht mit den Toleranzen eines fehlausgerichteten Stapels von Durchbrechungen vertragen. Weitere Bauteile, wie etwa Kompressionsbänder (hilfreich bei der Gewährleistung korrekter Abmessungen eines zusammengebauten Stapels) und Niederhalteleisten (hilfreich bei der Gewährleistung einer separaten Abstützung des zusammengebauten Moduls auf einem Trog), führen zu einer Erhöhung der allgemeinen Bauteilanzahl und verringern dabei insgesamt die modularen Möglichkeiten des Batteriesystems. Es ist schwierig, unterschiedliche Fahrzeugplattformen (bei denen die Größe, Form und Leistungsabgabe eines Fahrzeugs oder die Batteriegruppenkonfigurationen die endgültige Auslegung der Batteriegruppe bestimmen) mit Produktions- und Lagerhaltungstechniken wie den weiter oben beschriebenen in Einklang zu bringen, und ein Versuch, einer solchen Vielzahl von Auslegungen Rechnung zu tragen, macht einen auf den obigen Ausführungen basierenden Ansatz ineffizient und kostenintensiv.
-
Es wäre von Vorteil, über einen modularen Montage- oder Befestigungsansatz zu verfügen, der einer Vielzahl von Batteriegruppengrößen und -auslegungen gerecht wird.
-
KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß den Lehren der vorliegenden Erfindung wird eine Modulbauweise zum festen Zusammenfassen einer oder mehrerer Batterien (d. h. Batteriezellen) zu einer größeren Batterieanordnung (wie beispielsweise eines Batteriemoduls oder einer Batteriegruppe) offenbart. Die Bauweise ist dergestalt, dass zahlreiche Untermodulanordnungen gebildet werden, welche an einem Trog, einem Rahmen oder einer sonstigen darunter befindlichen, primären Tragstruktur befestigt, damit verbunden oder sonst wie daran festgemacht werden können. Eine jede der Untermodulanordnungen kann einen offenen Kasten definieren, der sich aus zwei entlang einer Achse gegenüberliegenden Winkeln und zwei entlang einer dazu orthogonalen Achse gegenüberliegenden Endplatten zusammensetzt. Die kastenähnliche Struktur kann auf oder zusammen mit der primären Tragstruktur in einer modularen Weise platziert werden, um so viele Batteriezellen in modularer Form zu ermöglichen wie benötigt werden. Ausgerichtete Stapel von einzelnen Batteriezellen (die beispielsweise einem Spielkartenstapel ähneln) können in dem in der kastenähnlichen Struktur definierten Volumen dergestalt platziert werden, dass sich die Endplatten entlang einer Achse bewegen können, die im Wesentlichen normal zu ihrer jeweiligen ebenflächigen Abmessung (sowie zu jener der gestapelten Zellen) verläuft. Auf diese Weise ist zumindest die entsprechende Abmessung der kastenähnlichen Struktur in Reaktion auf eine federähnliche Kraft, die durch den Batteriestapel auf die Endplatten übertragen wird, beweglich. Adapterplatten vereinfachen den Modulaufbau, indem sie (in einer Form) eine ineinandergreifend verriegelnde Verbindung mit dem Kasten, der durch die Winkel und die Endplatten gebildet wird, umfassen; die Konstruktion der Adapterplatten ist einer einfachen und variablen Befestigung an der darunter befindlichen Tragstruktur förderlich. Dies wiederum macht eine Anzahl von Batteriegruppen-Integrationen und -Variationen möglich, und zwar im Besonderen insofern als diese sich auf die vermehrte Verwendung von gemeinsamen Teilen in mehreren Unterbringungsauslegungen beziehen, bei denen eine unterschiedliche Anzahl einzelner Batterien verwendet werden kann, um Batteriegruppen mit unterschiedlichen Größen, Formen, Leistungsabgabewerten oder dergleichen zu bilden. Eine solche anpassbare Auslegung ist robuster als jene, die bei Bauweisen mit Reifen und Kompressionsbegrenzern verwendet wird.
-
Im gegenwärtigen Zusammenhang wird die Batteriegruppe als eine im Wesentlichen komplette Anordnung oder ein komplettes System von Bauteilen betrachtet, die für den Antrieb des Fahrzeugs notwendig sind, für welches die Gruppe konzipiert wurde, wohingegen Batteriemodule und einzelne Batteriezellen (wie weiter oben erwähnt) als Unterkomponenten des Gesamtsystems betrachtet werden. Gleichermaßen kann eine Anordnung von Bauteilen für eine für Fahrzeuganwendungen verwendete Batteriegruppe – zusätzlich zu zahlreichen Batteriezellen – Kühlplatten, Rahmen, Tröge, Sicherungsmechanismen und andere Ausrüstungsgegenstände umfassen, die zwar nicht der Erzeugung von elektrischem Strom dienen aber dennoch einen wichtigen Teil des Gesamt-Batteriesystems bilden. Traditionellerweise werden alle diese Bauteile auf solche Weise gestapelt und zusammengefügt, dass sich deren Gewicht, Kosten und Komplexität zunehmend erhöhen. Beispielsweise können die Rahmen alleine bis zu 10% des Gesamtgewichts der Batteriegruppen-Gesamtanordnung oder des Batteriegruppen-Gesamtsystems ausmachen. Eine weitere Schwierigkeit liegt darin, dass die Ausrüstung und Fertigungstechnik, bei einem solchen System verwendet werden, die Bildung modularer Anordnungen, welche je nach den spezifischen Leistungsanforderungen oder nach der Auslegung des Fahrzeugs modifizierbar sind, nicht zulassen.
-
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung wird eine Kraftfahrzeug-Batteriegruppe mit Batteriezellen, einer primären Tragstruktur und zumindest einer Modulanordnung offenbart. Eine jede Modulanordnung umfasst Winkel, die entlang einer Winkelachse voneinander beabstandet sind, und Endplatten, die entlang einer Endplattenachse angeordnet sind, so dass die Endplatten und die Winkel gemeinsam eine kastenähnliche Struktur definieren. Die Batteriezellen sind entweder gestapelt oder stapelfähig; in beiden Fällen kann beim Platzieren der gestapelten Batteriezellen in dem Volumen, das durch die kastenähnliche Struktur definiert ist, zumindest eine der Endplatten entlang der Endplattenachse bewegt werden, die entlang der gestapelten Abmessung der Batteriezellen gebildet ist und im Allgemeinen orthogonal zu der Winkelachse verläuft. Die Verbindung der benachbarten Ränder der Endplatten und der Winkel ist dergestalt, dass ein Spalt oder ein ähnlicher, zusätzlicher Raum gebildet wird. Außerdem sind eine oder mehrere Adapterplatten inbegriffen, um eine sichere Verbindung der Modulanordnung mit der primären Tragstruktur über einen oder mehrere Winkel bereitzustellen. Es kann auch zusätzliche Ausrüstung vorhanden sein, einschließlich einer Kühlleitung (hier auch als Wärmetauschleitung bezeichnet), um die Wärmezufuhr zu oder Wärmeabfuhr von den verschiedenen Batteriezellen zu begünstigen. In einer besonderen Form ist die Batteriegruppe so geformt, dass sie eine im Wesentlichen umgebungsformtreue Einpassung innerhalb eines entsprechenden Teils eines Fahrzeugs bereitstellt. Wie in Verbindung mit dem vorangegangenen Aspekt erörtert, definieren die Winkel einen Kanal, um einen Spalt bereitzustellen und die Verbindung mit den Endplatten zu begünstigen.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Montage einer Kraftfahrzeug-Batteriegruppe offenbart. Das Verfahren umfasst, dass eine oder mehrere Modulanordnungen (wie beispielsweise die zuvor erwähnten Untermodule) zu im Allgemeinen kastenähnlichen Strukturen angeordnet werden, die entlang einer oder mehrerer Abmessungen des Kastens erweiterbar sind. Auf diese Weise kann jedes Untermodul zahlreiche Batteriezellen aufnehmen, die einem bestimmten Grad an Kompression ausgesetzt sind (allerdings keinem so starken Druck, dass dadurch die Struktur einer der Batteriezellen beschädigt würde), so dass die gestapelten Zellen entlang ihrer gestapelten Abmessung eine nach auswärts drückende Kraft ausüben. Wie weiter oben erörtert, ist die Passung zwischen den benachbarten Platten, Winkeln oder ähnlichen Strukturen, welche die Wände der kastenähnlichen Struktur bilden, dergestalt, dass sie eine relative Bewegung der Endplatten relativ zu den Winkeln erlauben, wohingegen die Konstruktion der Adapterplatten dergestalt ist, dass die Größe, Platzierung oder Anzahl der Modulanordnungen speziell angepasst werden kann, so dass diese mit den Leistungs-, Größen- und Formanforderungen des Fahrzeugs, in welches die Batteriegruppe eingesetzt wird, übereinstimmen.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Die nachfolgende, detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist am besten in Verbindung mit den folgenden Zeichnungen verständlich, in denen gleiche Strukturelemente durch gleiche Referenzzahlen bezeichnet sind und in denen:
-
1 ein Fahrzeug mit einem Hybridantriebssystem in Form einer Batteriegruppe und einer Brennkraftmaschine zeigt;
-
2A Details in Verbindung mit der Batteriegruppe zeigt;
-
2B eine Detailansicht eines beispielhaften Stapels einzelner Batteriezellen zeigt, in der die Platzierung von Kompressionsbegrenzern als ein Mittel zur Zusammensetzung eines solchen Stapels gemäß dem Stand der Technik hervorgehoben ist;
-
3 ein einzelnes Batterie-Untermodul gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 eine detailliertere Ansicht der Verbindung einer Adapterplatte, eines Winkels und einer Endplatte gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 ein Paar benachbarter Batterie-Untermodule zeigt, die durch eine Mindestbreiten-Mittelplatte aneinander befestigt sind; und
-
6 jeweils das Platzieren eines 12-Zellen-Stapels in einen Modulkäfig und anschließend das Komprimieren zu einem Modul durch das Zusammenwirken des Käfigs mit den Endplatten zeigt.
-
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
-
In 1, 2A und 2B, auf welche als erstes Bezug genommen wird, umfasst ein Fahrzeug 1 ein Hybridantriebssystem in Form einer Quelle für elektrische Energie, die aus einer herkömmlichen Brennkraftmaschine 5 und einer Batteriegruppe 10 besteht. Ein solches Fahrzeug ist als Hybrid-Elektrofahrzeug (HEV-Fahrzeug) bekannt. Für den Fachmann ist festzustellen, dass das Fahrzeug 1 unter Umständen keine Brennkraftmaschine 5 benötigt, wobei es sich in diesem Fall nicht um ein HEV-Fahrzeug, sondern um ein Elektrofahrzeug (EV-Fahrzeug) handelt; beide Formen sind innerhalb des Umfangs der vorliegenden Erfindung gelegen. Unter zusätzlichen Antriebsstrangbauteilen (von denen keine hier gezeigt sind), die dazu nützlich sind, einem oder mehreren der Räder Antriebskraft bereitzustellen, und die mit der Batteriegruppe 10 und/oder der Brennkraftmaschine 5 gekoppelt sind, sind unter anderem auch Elektromotoren, Drehwellen, Achsen, ein Getriebe, Controller oder dergleichen zu verstehen. In 1 ist im vorliegenden Fall zwar ein Automobil gezeigt, es soll jedoch die Anwendbarkeit des Hybridantriebssystems auf andere Kraftfahrzeugformen (einschließlich Lastkraftwagen, Busse, Luftfahrzeuge, Wasserfahrzeuge, Raumfahrzeuge und Motorräder) ebenfalls in den Umfangsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
-
Wie im Besonderen in 2A gezeigt, besteht die Batteriegruppe 10 aus zahlreichen Batteriemodulen 100, die ihrerseits aus einzelnen Batteriezellen 1000, dazupassenden Kühlplatten 1100 und (wie im Besonderen in 2B gezeigt) einem Rahmen 1200 bestehen, der dazu dient, eine Stützstruktur bereitzustellen. Benachbarte einzelne Zellen 1000 (die in einer Form zu im Allgemeinen ebenflächigen Rechteckelementen geformt sind) können dergestalt gestapelt sein, dass sie (ebenso wie die dazwischen platzierten Kühlplatten 1100) wie gezeigt einander zugewandt sein können. In einem typischen Beispiel kann die Batteriegruppe 10 aus zwischen ungefähr zweihundert und dreihundert Zellen 1000 gebildet sein, obwohl für den Fachmann festzustellen ist, dass je nach den Leistungsanforderungen des Fahrzeugs 1 zusätzliche oder weniger Zellen 1000 benötigt werden können. In einer industriellen Ausführungsform, die von der Abtretungsempfängerin der vorliegenden Erfindung verwendet wird, sind die zahlreichen einzelnen Batteriezellen 1000 in einer Kombination aus seriellen und parallelen Anschlüssen in neun Modulen 100 angeordnet, die in der gezeigten, sich wiederholenden Anordnung angeordnet sind, um die im Allgemeinen T-förmige Gruppe 10 zu definieren. Zusätzliche Bauteile der Batteriegruppe 10 können umfassen: eine Kühlmittelzuführleitung 20 (die in Fluidzusammenwirken mit den Kühlplatten 1100 stehen kann, um eine Zuführung von Kühlmittel (nicht gezeigt) zwischen den einzelnen Batteriezellen 1000 und einem Kühler oder ähnlichen Wärmetauscher (von denen keiner gezeigt ist) zu vereinfachen), eine elektronische Steuerung 30, eine Trennwand 40, eine Batterieschnittstelleneinheit 50, einen Handbetriebs-Trennstecker 60, eine Isolierung 70 und eine Abdeckung 80, um andere Betriebsmerkmale der Batteriegruppe 10 bereitzustellen. Sämtliche der weiter oben erwähnten Bauteile umfassen eine von unten her Halt gebende Stützstruktur in Form eines (auch Modultrog genannten) Batteriegruppentrogs 90, welcher überdies Merkmale umfassen kann, um die Verformungsfähigkeit beim Aufprall sowie andere unterstützende Funktionen des Fahrzeugs zu verbessern. Niederhalteleisten 95 werden dazu verwendet, um eine vorstehende Fläche des Stützrahmens dergestalt festzuklemmen, dass sich die Module 100 relativ zu dem Trog 90, der die primäre Tragstruktur für die einzelnen Zellen 1000, die Module 100 und die sonstigen Teile der zusammengesetzten Batteriegruppe 10 bereitstellt, nicht bewegen. Somit kann der Trog 90 in einer Form die Tragstruktur der Batteriegruppe dergestalt bereitstellen, dass eine oder mehrere der kastenähnlichen Strukturen, welche die Form der Untermodule definieren, daran befestigt werden können. In einer bevorzugten Form erfolgt die Befestigung des Untermoduls 110 an dem Trog 90 dergestalt, dass dadurch komplizierte Fertigungsprozesse, wie etwa jene, die das Ausbilden der kastenähnlichen Struktur der Module 100 betreffen, sowie jene, die mit dem Befestigen der Module 100 an dem Trog 90 zusammenhängen, vermieden werden. In einer bevorzugten Ausführungsform definiert das Fahrzeug 1 entweder eine rahmengetragene Karosseriekonstruktion oder eine selbsttragende Karosseriekonstruktion; bei beiden Auslegungen ist die Batteriegruppe 10 der vorliegenden Erfindung so geformt, dass sie eine im Wesentlichen umgebungsformtreue Einpassung innerhalb einer Karosserie und/oder eines Rahmens bzw. einer selbsttragenden Karosserieplattform eines Fahrzeugs bereitstellt. Eine solche im Wesentlichen umgebungsformtreue Einpassung ergibt sich vorzugsweise durch miteinander vergleichbare Formen bei den Außenabmessungen der Batteriegruppen 10 und durch eine komplementäre Form bei dem Abschnitt der Karosserie, des Rahmens oder der selbsttragenden Karosseriestruktur, die dafür bestimmt ist, um die Batteriegruppe 10 herum ausgebildet zu werden.
-
In 2B, auf welche nun im Besonderen Bezug genommen wird, zeigt eine teilweise Schnittansicht die verschiedenen Kompressionsbegrenzer 103, Verbindungsstangen 105 und Stützflansche oder Trennwände 107 (mit darin ausgebildeten Durchbrechungen für die Verbindungsstangen 105 und die Kühlkanäle), die dazu verwendet werden, die Kompressionsbegrenzer 103 nach dem Stand der Technik in korrekt ausgerichtetem und gestapeltem Zustand zu halten. Wie hier ersichtlich ist die Größe und die Platzierung der Durchbrechungen in den Flanschen oder Trennwänden 107 so gestaltet, dass eine Fehlausrichtung entlang der Länge des Stapels möglich ist, sofern nicht auf sehr strenge Toleranzgrenzen geachtet wird. Ebenso sind die Abmessungen der Kompressionsbegrenzer 103 entlang der gestapelten Abmessung so gestaltet, dass die Komprimierbarkeit und der darauffolgende Einschluss der gestapelten Brennstoffzellen (hier nicht gezeigt, jedoch einzeln durch entsprechende Rahmen 1200 dargestellt) beeinträchtigt werden könnte.
-
In 3, auf welche als Nächstes Bezug genommen wird, ist ein im Allgemeinen kastenförmiges Zellen-Untermodul 110 (mit einer darin befindlichen Gruppe von ausgerichteten und gestapelten Batteriezellen) gezeigt, das auf dem Trog 90 sitzt und mit diesem verbunden ist; dieses Untermodul 110 umfasst einen im Allgemeinen U-förmigen Modulkäfig 115, der ein Paar von im Allgemeinen ebenflächigen, aufrecht stehenden, perforierten Winkeln 120 definiert, die durch eine im Allgemeinen ebenflächige Basis 122 dergestalt voneinander beabstandet sind, dass die Winkel 120 einander gegenüberliegen. Ein Paar von ebenflächigen Einschub-Endplatten 140 kann in einen Kanal 125 eingepasst werden, der durch eine Krümmung in den Enden der Winkel 120 ausgebildet ist. Durch die ineinandergreifenden Umbiegungen, welche in Zusammenwirken des Kanals 125 und der Ränder der im Allgemeinen ebenflächigen Konstruktion der Endplatten 140 gebildet werden, wird die Ausbildung der kastenförmigen Struktur unter Verzicht auf Schweißungen oder Befestigungselemente ermöglicht. Darüber hinaus ist die Größe des Kanals 125 dergestalt, dass ein Spalt 135 gebildet wird, welcher einen relativ lockeren Sitz der Endplatte 140 innerhalb der Winkel 120 ermöglicht. Dies ist insofern von Nutzen, als dadurch Platz für ein federartiges Beladen eines ausgerichteten Stapels an einzelnen Batteriezellen 1000 (wie weiter unten eingehender erörtert) ermöglicht wird, um einen sicheren Sitz der Zellen 1000 innerhalb der kastenähnlichen Form de Untermoduls 110 zu gewährleisten. Somit kann die an dem Zusammenwirken beteiligte Endplatte 140 in einer benachbart gegenüberliegenden Beziehung relativ zu der Adapterplatte 130 platziert werden, so dass bei der Platzierung von zahlreichen Batteriezellen innerhalb der kastenähnlichen Struktur des Zellen-Untermoduls 110 die Seitenränder der gestapelten Zellen (hier in 3 nicht gezeigt) sich im Wesentlichen entlang der nach innen weisenden Oberfläche der entsprechenden Endplatte 140 ausrichten. In einer Ausführungsform können die Endplatten 140 und/oder die Winkel 20 sich verjüngende Ränder aufweisen, um eine Verbindungsfläche zu begünstigen, durch die in einer Weise ähnlich jener bei einer konischen Kugelgelenkbauweise ein Zusammenschluss erfolgt.
-
Die Adapterplatten 130 (die in einer bevorzugten Form ebenfalls von im Allgemeinen ebenflächiger Konstruktion sind) können in einer benachbart gegenüberliegenden Beziehung relativ zu den Endplatten 140 platziert sein. Die Endplatten 140 sind nämlich so konzipiert, dass sie eine Anzahl von Adapterplatten 130 aufnehmen, die zusätzlich nach unten hin direkt mit dem Trog 90 verschraubt sind. Darüber hinaus können (wie weiter unten noch eingehender erörtert wird) diese Adapterplatten 130 zwei benachbarte Batteriemodule entweder Seite an Seite oder Ende an Ende miteinander verriegeln. Diese Adapterplatten 130 können mit Merkmalen von anderen Batteriegruppenbauteilen, wie etwa einer Anbringungsstelle für einen Handbetriebs-Trennstecker (nicht gezeigt), kombiniert werden. Die Adapterplatte 130 umfasst einheitlich ausgeformte Montage-Fußflächen 131 als Flanschabschnitte, um eine verschraubte, verbolzte oder ähnliche Befestigung 133 zwischen dem Zellen-Untermodul 110 und dem darunter befindlichen Batteriegruppentrog 90 zu ermöglichen. Zwar ist die vorliegende Adapterplatte 130 mit Montagestellen an der unteren Ecke gezeigt, für den Fachmann ist jedoch festzustellen, dass auch andere Auslegungen, wie beispielsweise obere Flansche mit endständig oder seitlich relativ zu der kastenähnlichen Struktur des Untermoduls 110 ausgebildeten Bolzenlöchern (von denen keine gezeigt sind) ebenfalls in den Umfangsbereich der vorliegenden Erfindung fallen. Es soll hier genügen, festzuhalten, dass eine der hervortretenden Eigenschaften der Adapterplatte 130 darin besteht, dass ihre mit Flansch und mit Durchbrechungen ausgestattete Befestigungsauslegung von im Wesentlichen als eine Einheit ausgebildeter Konstruktion ist und mit Montagepunkten versehen ist, die ausreichen, um mit komplementären Stellen an dem Trog 90 oder an einem anderen Strukturelement der Batteriegruppe zusammenzupassen, wodurch eine modulare Konstruktion leichter ermöglicht wird als in Fällen, in denen man an begrenzte Befestigungsstellen gebunden ist. Bezeichnenderweise erlauben die Flansch-Fußflächen 131 eine im Wesentlichen durchgehende Anbringung der Untermodule 110 an dem darunter befindlichen Trog 90. Beim Zusammenbau definiert eine kartesische Koordinatenachse die drei im Allgemeinen orthogonalen Achsen, welche einer Winkelachse 120 A, einer Adapterplattenachse 130 A (die, wie in 6 gezeigt, mit einer Endplattenachse 140 A zusammenfällt) und einer Vertikalachse VA entsprechen. Wie hier ersichtlich definiert jede Achse eine lineare Ausdehnung, die sich in einer Richtung erstreckt, die jeweils im Wesentlichen normal zu den ebenflächigen Ausdehnungen ihrer entsprechenden Winkel oder Platten verläuft.
-
In 4, auf welche nun zusammen mit 3 Bezug genommen wird, besteht – genauso wie bei der Beziehung zwischen den Winkeln 120 und den Endplatten 140 – eine verschachtelte Anordnung des im Allgemeinen ebenflächigen Randes der Adapterplatte 130 innerhalb des C-förmigen Kanals 125, der in dem Ende des Winkels 120 ausgebildet ist. Die Adapterplatte 130, der Winkel 120 und die Modulendplatte 140 sind hier detaillierter in ihrer zusammengesetzten Form gezeigt, wobei der Batteriegruppentrog 90 aus 3 aus der vorliegenden Figur der besseren Klarheit der Betrachtung wegen entfernt worden ist. In einer Form sind zahlreiche einzelne, im Allgemeinen rechteckige, ebenflächige Zellen und Kühlplatten (von denen keine gezeigt ist) in dem Untermodul 110 des zusammengesetzten Moduls gestapelt; bei diesem Vorgang werden sie entlang ihrer gestapelten Abmessung komprimiert, woraufhin ein Ausdehnen des Zellen- und Kühlplattenstapels erlaubt wird. Im Zuge dieser Ausdehnung kommt es zu einem Druck gegen die benachbarte Seite der Endplatte 140, was bewirkt, dass diese auf sicherere Weise mit dem Winkel 120 zusammenwirkt. Eine zusätzliche flache Platte 150 ist optional als Kühlplatte vorhanden, welche – bei dieser Auslegung – zwischen der Endplatte 140 und den Zellen (hier nicht gezeigt) platziert ist. Wie in der Figur gezeigt, können die Seitenränder der Endplatte 140 ebenfalls in einen im Allgemeinen C-förmigen Kanal hineinreichend ausgebildet sein, so dass der C-förmige Abschnitt einer jeden Endplatte 140 in den C-förmigen Abschnitt des benachbarten Winkels 120 hinein verschachtelt angeordnet sein kann. Sobald die Endplatte 140 in Position ist, kann anschließend die Adapterplatte 130 in den Kanal 125 hinabgeschoben werden. Das von oben nach unten erfolgende Einschieben der Adapterplatten 130 in den Kanal 125 ermöglicht es, dass die gestapelte Abfolge von zahlreichen einzelnen Zellen an dem Trog 90 befestigt oder sonst wie daran angebracht wird. Weitere Bauteile des Untermoduls 110, einschließlich der Zellenüberwachungselektronik 160, der positiven und negativen Spannungsklemmen 170 und der Untermodulabdeckung 180 sind in 3 als in dem Untermodul 110 enthalten gezeigt. In Auslegungen, bei denen obere Flansche (ähnlich den Flansch-Fußflächen 131) verwendet werden, können Batteriezellen-Untermodule 110 in einer vertikal gestapelten Anordnung platziert werden, was zu einer noch größeren Flexibilität beiträgt, mit der sich die Batteriegruppen in eine bestimmte Fahrzeugauslegung einpassen können.
-
In 6, auf welche als Nächstes Bezug genommen wird, ist eine Gruppe von zwölf einzelnen Zellen 1000 – gemeinsam mit Endplatten 140 und dem oberen Abschnitt, der durch die Batterieschnittstelleneinheit 160, die (unter anderem) die positiven und negativen Batterieklemmen 170 umfasst, definiert ist – als Stapel in die beabstandeten Winkel 120 eingesetzt, um die kastenähnliche Struktur des Untermoduls 110 zu bilden. Der kombinierte Effekt der Winkel 120 und der Endplatten 140 besteht darin, dass der Käfig 115, der in die kastenähnliche Struktur eingeformt ist, die Endplatten 140 und die gestapelten Zellen in Kompression hält, während die Endplatten 140 die Seiten des Käfigs 115, die sich entlang der gestapelten Achse der Zellen erstrecken, fassen. Allgemein sind die Zellen 1000 in direkter Beziehung ihrer Seitenflächen zueinander gestapelt, so dass ihre Ränder im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sind, um eine im Allgemeinen rechteckige Form zu definieren. Die Endplatten 140 werden zu den entgegengesetzten Enden der gestapelten Zellen 1000 hinzugefügt, während die Batterieschnittstelleneinheit 160 an der Oberseite angebracht wird, so dass sich nun drei der sechs Seiten des Untermoduls 110 in Position befinden. Die leichten Druckeigenschaften der Zellen 1000 neigen dazu, einen Druck entlang der Endplattenachse 140 A auszuüben, so dass die Endplatten 140 gleichermaßen nach außen gedrückt werden. Diese Unteranordnung wird anschließend in den von dem Käfig 115 definierten Raum hineingesenkt, so dass im eingesetzten Zustand die Ränder der Endplatten 140 in die Kanäle 125 der Winkel 120 eingeschoben sind. Wie weiter oben erwähnt, erlauben die innerhalb der Kanäle 125 vorhandenen Spalte einen gewissen Grad an Beweglichkeit, um den von den gestapelten Zellen 1000 auf die Endplatten 140 ausgeübten Druckkräften Rechnung zu tragen. Im zusammengesetzten Zustand definieren die Untermodule 110 alle sechs Seiten der kastenähnlichen Struktur zur Bereitstellung eines Zusammenhalts und einer Stützung der zahlreichen einzelnen Batteriezellen 1000, welche wiederum durch den Trog 90 getragen werden. Mit der Hinzunahme einer oder mehrerer Adapterplatten (hier nicht gezeigt) entlang einer der verschiedenen Montagestellen auf dem Trog 90 können die Untermodule 110 dergestalt angeordnet werden, dass sie die Module 100 bilden, welche in 2A gezeigt sind.
-
In 5, auf welche als Nächstes Bezug genommen wird, kann eine ineinandergreifend verriegelnde Adapterplatte (nun genannt Mittelplatte) 230 dergestalt konzipiert sein, dass damit zwei Untermodule 110 Seite an Seite oder Ende an Ende miteinander verriegelt werden können. Die ineinandergreifend verriegelnde Adapterplatte 230 stellt die Verbindung mit dem Winkel 120 in einer im Wesentlichen ähnlichen Weise her wie bei der Verbindung zwischen der Modulendplatte 140 und der ineinandergreifenden Adapterplatte 130, sie ist jedoch so konzipiert, dass damit zugleich eine Verbindung zwischen zwei Untermodulen 110 hergestellt wird. Dadurch wird die Einhaltung einer Mindestbreite zur Berücksichtigung von Abmessungsschwankungen sowie des Durchmessers des zwischen den benachbarten Untermodulen 110 eingesetzten Befestigungselements begünstigt. Die Endplatten 140 können mit Merkmalen anderer Bauteile, wie etwa einer Anbringungsstelle für einen Handbetriebs-Trennschalter, kombiniert werden. Darüber hinaus können die Endplatten 140 so konzipiert sein, dass sie die Unterbringung zusätzlicher Batteriegruppenauslegungen, die in den Figuren nicht gezeigt sind, erlauben. Die Mittelplattenauslegung zwischen zwei benachbarten Untermodulen 110 verringert nicht nur den Gesamtplatzbedarf der Anordnung, indem die Distanz zwischen benachbarten Untermodulen 110 verringert wird, sie kann auch an manchen der Enden zu einer Abdeckplatte am Ende der Batteriegruppe verdoppelt werden. Dies ist trifft ungeachtet dessen zu, ob die Adapterplatten 130 oder Mittelplatten 230 für eine (am Trog 90 erfolgende) Bodenbefestigung (wie etwa jene durch die weiter oben erwähnte verschraubte Beziehung) oder für eine Befestigung im oberen Bereich (die besonders bei gestapelten Modulkonfigurationen sinnvoll wäre) ausgelegt sind.
-
Obwohl hier nicht gezeigt, ist die modulare Beschaffenheit der Untermodulkonstruktion dergestalt, dass die Adapterplatten nicht nur die Flexibilität bei den Optionen zur Trogmontage und zur Modulstapelung als eine Möglichkeit, unterschiedlichen Leistungs- und Formauslegungen des Fahrzeugs gerecht zu werden, begünstigen, sondern auch insofern eine weitere Reduzierung der Teileanzahl bewirken, als die Notwendigkeit einer Endplatte an dem Abdeckungsende der Batteriegruppe 10 entfällt.
-
Es sei angemerkt, dass Begriffe wie ”vorzugsweise”, ”üblicherweise” und ”typischerweise” hier nicht dazu verwendet werden, um den Umfang der beanspruchten Erfindung einzuschränken, oder um anzudeuten, dass gewisse Merkmale entscheidend, wesentlich oder auch nur wichtig für den Aufbau oder die Funktion der beanspruchten Erfindung seien. Vielmehr dienen diese Begriffe lediglich dazu, alternative oder zusätzliche Merkmale hervorzuheben, welche in einer bestimmten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet werden können oder auch nicht. Gleichermaßen werden Begriffe wie etwa ”im Wesentlichen” dazu verwendet, um den spezifischen Grad an Ungewissheit darzustellen, der jeglichem quantitativen Vergleich, jedem Wert und jeder Messung oder anderen Darstellung zugemessen werden kann. Er wird außerdem dazu verwendet, um den Grad darzustellen, um den eine quantitative Darstellung von einem angegebenen Referenzwert abweichen kann, ohne dass dies zu einer Veränderung bei der Basisfunktion des in Rede stehenden Sachverhalts führt.
-
Für die Zwecke des Beschreibens und Definierens der vorliegenden Erfindung sei angemerkt, dass der Begriff ”Vorrichtung” hier verwendet wird, um eine Kombination von Teilen und Einzelbauelementen darzustellen, und zwar ungeachtet dessen, ob die Teile mit anderen Teilen kombiniert sind. Beispielsweise kann eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Batterie oder eine ähnliche elektrische Stromquelle umfassen, die ihrerseits zur Bereitstellung von Antriebskraft verwendet werden kann. Eine Vorrichtung kann sich auch auf ein Fahrzeug beziehen, in das die Antriebskraftquelle oder sonstige Ausrüstung integriert ist, aus der sich das Fahrzeug oder die Antriebskraftquelle zusammensetzt oder das in Verbindung mit diesen verwendet wird; die Wesensart der Vorrichtung erschließt dabei jeweils aus dem Zusammenhang. Darüber hinaus sind Variationen zu den Begriffen ”Automobil”, ”Kraftfahrzeug-”, ”Fahrzeug-” oder dergleichen, sofern der Zusammenhang nichts anderes nahelegt, in ihrer allgemeinen Bedeutung zu verstehen. Als solche ist die Bezugnahme auf ein Automobil so zu verstehen, dass damit Autos, Lastkraftwagen, Busse, Motorräder und andere, ähnliche Beförderungsarten abgedeckt sind, sofern nicht durch den Zusammenhang eine speziellere Bedeutung angesprochen ist. Desgleichen kann die Erfindung in Verbindung mit Batteriezellen verwendet werden, die nicht mit Kraftfahrzeuganwendungen im Zusammenhang stehen, wobei etwa temperaturempfindliche Ausrüstung eines zusätzlichen thermischen Schutzes bedürfen kann; es versteht sich, dass solche zusätzlichen Auslegungen in den Umfangsbereich der vorliegenden Erfindung fallen.
-
Nachdem nun die Erfindung im Detail und unter Bezugnahme auf spezifische Ausführungsformen derselben beschrieben worden ist, ist es offensichtlich, dass Abänderungen und Variationen möglich sind, ohne dass dadurch von dem Umfang der Erfindung, wie er in den beigefügten Patentansprüchen definiert ist, abgewichen wird. Es werden zwar im Spezielleren gewisse Aspekte der vorliegenden Erfindung hier als bevorzugt oder besonders vorteilhaft bezeichnet, es wird jedoch nicht erwogen, dass die vorliegende Erfindung notwendigerweise auf diese bevorzugten, erfindungsgemäßen Aspekte beschränkt sein soll.
