DE102013015786A1

DE102013015786A1 - Batterie mit einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen

Info

Publication number: DE102013015786A1
Application number: DE201310015786
Authority: DE
Inventors: Stefan Grun; Jan Kroggel; Jens Meintschel; Dirk Schröter; Knut Welke
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-09-21
Filing date: 2013-09-21
Publication date: 2015-03-26

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen (2), die zu einem Zellblock (1) zusammengefasst sind. Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Positionierungselemente (11) an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes (1) angeordnet, wobei sich die Positionierungselemente (11) über eine Längsausdehnung des Zellblockes (1) erstrecken und an vorgegebenen Positionen Fixierelemente (F) aufweisen, an welchen jeweils eine Einzelzelle (2) unmittelbar oder mittelbar in einer vorgegebenen Ausrichtung und in einem vorgegebenen Abstand relativ zu zumindest einer weiteren Einzelzelle (2) fixiert ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen, die zu einem Zellblock zusammengefasst sind Aus der DE 10 2011 109 246 A1 ist eine Hochvoltbatterie bekannt. Die Hochvoltbatterie weist eine Vielzahl von Zellen auf, wobei jeweils eine Zelle zwischen zwei Zellhaltern eingespannt ist. Die eingespannten Zellen sind zu einem Zellblock zusammengefügt und durch eine Spannvorrichtung kraftschlüssig zusammengehalten. Am Zellblock ist wenigstens eine Kühl- bzw. Heizvorrichtung zum Temperieren der Zellen fixiert. Die Zellhalter bestehen aus Kunststoff und in jedem dieser Zellhalter sind Einsätze eingebettet, die bei zusammengespanntem Zellblock an Einsätzen des benachbarten Zellhalter anliegen. Die Einsätze weisen eine spezifische Wärmeausdehnung auf, die wenigstens annähernd gleich der Wärmeausdehnung der dem Zellblock zugeordneten metallischen Bauteile wie der Spannvorrichtung oder der Kühl- bzw. Heizvorrichtung ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie mit einer Anzahl elektrisch miteinander verschalteter Einzelzellen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Eine Batterie weist eine Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen auf, die zu einem Zellblock zusammengefasst sind.
Erfindungsgemäß sind zumindest zwei Positionierungselemente an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes angeordnet, wobei sich die Positionierungselemente über eine Längsausdehnung des Zellblockes erstrecken und an vorgegebenen Positionen Fixierelemente aufweisen, an welchen jeweils eine Einzelzelle unmittelbar oder mittelbar in einer vorgegebenen Ausrichtung und in einem vorgegebenen Abstand relativ zu zumindest einer weiteren Einzelzelle fixiert ist.
Mittels der Positionierungselemente als Bestandteile der Batterie ist es in besonders vorteilhafter Weise möglich, dass die Einzelzellen in einem vorgegebenen Maß hinsichtlich der Ausrichtung und des Abstandes im Zellblock fest angeordnet sind, wobei die Ausrichtung und der Abstand der Einzelzelle im Wesentlichen unveränderlich sind. Durch die ausgerichtete Anordnung der Einzelzellen innerhalb des Zellblockes und die Beabstandung der Einzelzellen mittels der Positionierungselemente können weitere Bestandteile der Batterie, wie beispielsweise eine Wärmeleitplatte, positionsgenau an dem Zellblock angebracht werden.
Im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung ist mittels der Positionierungselemente eine Kosten günstige, Gewicht einsparende und Bauraum optimierte Ausbildung der Batterie realisierbar. Ein Längenmaß des Zellblockes gemäß dem Stand, welches aus der Summe aneinander angeordneter in den Zellhaltern eingebetteter Einsätze gebildet ist, variiert durch auftretende Toleranzen zumindest hinsichtlich der Einsätze, wobei dieser Nachteil mittels der Positionierungselemente weitestgehend ausgeschlossen werden kann. Ein Längenmaß des Zellblockes, also die Längsausdehnung desselben, ist in Bezug auf die Erfindung mittels der Positionierelemente vorgegeben, wobei ein Auftreten von Einzeltoleranzen im Wesentlichen ausgeschlossen werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Fixierelemente als Aussparungen und/oder Ausformungen ausgebildet, wodurch die Fixierelemente verhältnismäßig einfach und ohne großen Aufwand ausbildbar sind. Zudem sind keine separaten Bauteile zur Bildung der Fixierelemente erforderlich, die durch zusätzlichen Aufwand an den Positionierelementen anordbar sind.
Besonders vorteilhaft weist die jeweilige Einzelzelle mit Fixierelementen der Positionierelemente korrespondierende Ausformungen und/oder Aussparungen auf, so dass zumindest eine formschlüssige Verbindung zur Ausrichtung der Einzelzellen und zur Beabstandung derselben zueinander innerhalb des Zellblockes herstellbar ist. Ist das Fixierelement als Aussparung ausgebildet, weist die Einzelzelle zur Herstellung der formschlüssigen Verbindung eine mit der Aussparung korrespondierende Ausformung auf und umgekehrt.
In einer möglichen Ausführungsform ist das jeweilige Positionierungselement als Platte mit einer vorgegebenen Anzahl von Fixierelementen ausgebildet, wobei die Platten seitlich an dem Zellblock angeordnet sind. Beispielsweise weist das jeweilige Positionierungselement eine Anzahl von Fixierelementen auf, dass beispielsweise jede zweite Einzelzelle innerhalb des Zellblockes zumindest im Formschluss an einem Fixierelement angeordnet und somit ausgerichtet und zu einer benachbarten Zelle beabstandet ist.
In einer bevorzugten Ausbildung der Batterie ist jede Einzelzelle zwischen zwei schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelementen angeordnet, die mit den Fixierelementen der Positionierelemente korrespondierende Ausformungen und/oder Aussparungen aufweist. Die Halteelemente sind vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet und dienen der elektrischen Isolation der jeweiligen Einzelzelle, wobei die Einzelzellen mittels der Halteelemente fixiert sind. In diesem Fall sind die mit den Fixierelementen der Positionierungselemente korrespondierenden Ausformungen und/oder Aussparungen an den Halteelementen ausgebildet, wodurch die Einzelzelle mittels des Halteelementes innerhalb des Zellblockes positionierbar, d. h. ausrichtbar, und zu der benachbarten Einzelzelle beabstandbar ist.
Vorteilhaft korrespondieren die an den schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelementen ausgebildeten Ausformungen und/oder Aussparungen mit den Fixierelementen der als Platten ausgebildeten Positionierungselemente. Dadurch sind die Halteelemente und somit auch die Einzelzellen mittels der als Platten ausgebildeten Positionierungselemente ausrichtbar und in einem vorgegebenen Abstand zu der benachbarten Einzelzelle beabstandbar.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung dienen die Positionierungselemente zusätzlich zur axialen Verpressung des Zellblockes, so dass eine kompakte Baueinheit gebildet ist. Dazu sind die Positionierungselemente insbesondere biegesteif ausgebildet.
Um unterschiedliche Wärmeausdehnungen in vorteilhafter Weise bei aus Kunststoff gebildeten Halteelementen und aus Metall gebildeten Positionierungselementen weitestgehend kompensieren zu können, weisen die schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelemente der Einzelzellen eine vorgegebene Elastizität auf.
In einer alternativen vorteilhaften Ausführungsform bildet eine an einer Seite des Zellblockes angeordnete Wärmeleitplatte zum Temperieren der Einzelzellen ein Positionierungselement und eine an einer gegenüberliegenden Seite angeordnete Zellverbinderplatine bildet das weitere Positionierungselement, um die Einzelzellen auszurichten und zu benachbarten Einzelzellen zu beabstanden. Bei dieser Ausführungsform ergibt sich der Vorteil, dass mittels vorhandener Bauteile der Batterie die Positionierung der Einzelzellen realisierbar ist, ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich sind und somit ein Gewicht der Batterie im Vergleich zu dieser Ausführungsform erhöht ist.
In einer weiteren alternativen und vorteilhaften Ausführungsform sind zumindest zwei Seitenwandungen eines Batteriegehäuses, in welchem der Zellblock angeordnet ist, als Positionierungselemente ausgebildet. Auch bei dieser Ausführungsform sind in vorteilhafter Weise keine zusätzlichen Bauteile zur Ausrichtung und Beabstandung der Einzelzellen zueinander erforderlich. Zudem übernimmt das Batteriegehäuse die Funktion der Längsverspannung des Zellblockes, da endseitig am Zellblock angeordnete Druckplatten kraftschlüssig am Batteriegehäuse fixierbar sind.
Besonders vorteilhaft sind die Positionierungselemente kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an den Ausformungen und/oder Aussparungen der Einzelzellen und/oder der schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelemente befestigt, so dass die Positionierungselemente dauerhaft fixiert sind und dadurch die Ausrichtung und Beabstandungen der Einzelzellen vorzugsweise über die gesamte Lebensdauer der Batterie sichergestellt werden kann.
Bevorzugt sind die Positionierungselemente form- und/oder kraftschlüssig an den Einzelzellen und/oder Halteelementen befestigt, so dass es möglich ist, die Positionierungselemente zerstörungsfrei von dem Zellblock, beispielsweise zum Austausch einer oder mehrerer Einzelzellen und/oder Halteelemente, entfernen zu können.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung eines Zellblockes mit einer Spannvorrichtung nach dem Stand der Technik,
2 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock mit der Spannvorrichtung nach dem Stand der Technik im zusammengesetzten Zustand,
3 schematisch in perspektivischer Ansicht ein Halteelement nach dem Stand der Technik,
4 schematisch in perspektivischer Ansicht einen Zellblock im teilweise zusammengesetzten Zustand mit einer ersten Ausführungsform von Positionierungselementen,
5 schematisch in perspektivischer Ansicht eine teilweise Explosionsdarstellung des Zellblockes mit der ersten Ausführungsform von Positionierungselementen,
6 schematisch in perspektivischer Ansicht eine teilweise Explosionsdarstellung des Zellblockes mit weiteren Bestandteilen einer Batterie,
7 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock mit den weiteren Bestandteilen im zusammengesetzten Zustand,
8 schematisch eine Seitenansicht des Zellblockes gemäß 7,
9 schematisch einen Längsschnitt des Zellblockes gemäß 7 und 8,
10 schematisch einen Ausschnitt des Längsschnittes des Zellblockes mit beabstandeten Positionierungselementen in der ersten Ausführungsform,
11 schematisch einen Ausschnitt des Längsschnittes des Zellblockes mit angeordneten Positionierungselementen in der ersten Ausführungsform,
12 schematisch eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform eines Halteelementes mit Ausformungen,
13 schematisch eine erste Ansicht des Halteelementes,
14 schematisch eine zweite Ansicht des Halteelementes,
15 schematisch eine dritte Ansicht des Halteelementes,
16 schematisch eine perspektivische Ansicht des Zellblockes mit Halteelementen im teilweise zusammengesetzten Zustand,
17 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung eines Zellblockes mit Positionierungselementen in einer zweiten Ausführungsform,
18 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock gemäß 17 im zusammengesetzten Zustand,
19 schematisch eine perspektivische Ansicht des Halteelementes in einer zweiten Ausführungsform,
20 schematisch in perspektivischer Ansicht eine Explosionsdarstellung eines Zellblockes mit den Halteelementen in der weiteren Ausführungsform und weiteren Bestandteilen der Batterie,
21 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock mit den weiteren Bestandteilen im zusammengesetzten Zustand und ein Batteriegehäuseunterteil,
22 schematisch in perspektivischer Ansicht den im Batteriegehäuseunterteil angeordneten Zellblock und einen Gehäusedeckel in teilweiser Explosionsdarstellung,
23 schematisch eine perspektivische Ansicht des Batteriegehäuses im geschlossenen Zustand,
24 schematisch eine Seitenansicht des geschlossenen Batteriegehäuses,
25 schematisch eine Schnittdarstellung des Batteriegehäuses mit dem in diesem angeordneten Zellblock,
26 schematisch in perspektivischer Ansicht einen teilweise zusammengesetzten Zellblock mit als Pouchzellen ausgebildeten Einzelzellen mit Halteelementen,
27 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Zellblockes mit als Pouchzellen ausgebildeten Einzelzellen und Positionierungselementen,
28 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock mit befestigten Positionierungselementen,
29 schematisch eine Seitenansicht des Zellblockes,
30 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblockes,
31 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes des Zellblockes mit nicht befestigten Positionierungselementen,
32 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes des Zellblockes mit befestigten Positionierungselementen,
33 schematisch in perspektivischer Ansicht einen teilweise zusammengesetzten Zellblock mit als Pouchzellen ausgebildeten Einzelzellen mit rahmenförmigen Halteelementen,
34 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock im zusammengesetzten Zustand und Positionierungselemente,
35 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock im zusammengesetzten Zustand mit befestigten Positionierungselementen,
36 schematisch eine Seitenansicht des Zellblockes gemäß 35,
37 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblockes gemäß den 35 und 36,
38 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes des Zellblockes mit nicht befestigten Positionierungselementen und
39 schematisch eine Schnittdarstellung eines vergrößerten Ausschnittes des Zellblockes mit befestigten Positionierungselementen.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Explosionsdarstellung eines Zellblockes 1 mit weiteren Bestandteilen einer Batterie, insbesondere einer Hochvoltbatterie, für ein Fahrzeug in Form eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges nach dem Stand der Technik dargestellt, wobei der Zellblock 1 mit weiteren Bestandteilen in 2 im zusammengesetzten Zustand gezeigt ist.
Der Zellblock 1 ist aus einer Anzahl von quaderförmigen Einzelzellen 2 gebildet, die eine Hartschale als Gehäuse aufweisen und an deren Oberseite die elektrischen Pole 2.1 angeordnet sind. Eine jeweilige Einzelzelle 2 ist zwischen zwei schalenförmigen Halteelementen 3 angeordnet, mittels denen die Einzelzelle 2 im Wesentlichen im Kraftschluss im verspannten Zustand des Zellblockes gehalten sind. Ein solches schalenförmiges Halteelement 3 ist in 3 in einer perspektivischen Ansicht näher dargestellt. Die elektrischen Pole 2.1 der Einzelzellen 2 überragen die Halteelementen 3, wobei der jeweilige elektrische Pol 2.1 in seinem Umfang von den Halteelementen 3 eingefasst ist,
Die schalenförmigen Halteelemente 3 sind aus Kunststoff gebildet und elektrisch nicht leitend, so dass die Einzelzellen 2, deren Gehäuse Spannung führen, voneinander elektrisch isoliert sind. Alternativ oder zusätzlich sind die schalenförmigen Halteelemente 3 aus Keramik gebildet. Sofern vorgesehen ist, die Halteelemente 3 aus Metall zu fertigen, sind diese mit einer elektrisch nicht leitenden Beschichtung versehen.
Der mittels der Einzelzellen 2 und den Halteelementen 3 gebildete Zellblock 1 wird in axialer Richtung verpresst, so dass eine mechanisch stabile, also eine kompakte Baueinheit gebildet ist.
Auf einer Oberseite 1.1 des Zellblockes 1 ist eine Zellverbinderplatine 4 angeordnet, mittels welcher die Einzelzellen 2 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet sind. Dabei ist die Zellverbinderplatine 4 aus einem Kunststoff und/oder Epoxydharz mit Glasfaserverstärkung gebildet, wobei die eigentlichen Bereiche zur Zellverbindung, also die Zellverbinder aus Aluminium und/oder Kupfer gebildet sind.
Insbesondere zur seriellen Verschaltung werden die Pole 2.1 der jeweiligen Einzelzelle 2, beispielsweise durch Überlapp-Laserschweißung mit der Zellverbinderplatine 4 verbunden. An den Stirnseiten der Zellverbinderplatine 4 sind sich gegenüberliegende Spannungselemente 4.1 als Batteriepole zur Abnahme einer von dem Zellblock 1 erzeugten Spannung angeordnet.
An einer Unterseite des Zellblockes 1 ist zur Temperierung der Einzelzellen 2 eine Wärmeleitplatte 5 angeordnet, die Anschlussstellen 5.1 zur Kopplung der Wärmeleitplatte 5 mit einer Klimaanlage des Fahrzeuges aufweist. Zur verbesserten thermischen Anbindung der Einzelzellen 2 an die Wärmeleitplatte 5 weisen die Halteelemente 3 zum Einen keinen umlaufenden Randbereich auf und zum Anderen ist zwischen dem Zellblock 1 und der Wärmeleitplatte 5 eine sogenannte Wärmeleitfolie 6 angeordnet, mittels welcher zudem Bauteiltoleranzen hinsichtlich der Einzelzellen 2 und/oder der Wärmeleitplatte 5 ausgleichbar sind. Alternativ zu der Wärmeleitfolie 6 ist eine Vergussmasse zwischen dem Zellblock 1 und der Wärmeleitplatte 5 angeordnet oder der Zellblock 1 steht direkt auf der Wärmeleitplatte 5 auf.
Zur Vermeidung mechanischer Spannungen zwischen der Wärmeleitplatte 5 und dem Zellblock 1, insbesondere aufgrund von Temperaturänderungen, weitestgehend ausschließen zu können, müssen die Wärmeausdehnungen der einzelnen Bauteile aneinander angeglichen werden.
Hierzu ist im Stand der Technik in Eckbereiche der schalenförmigen Halteelemente 3, die aus Kunststoff gebildet sind, jeweils eine Metallhülse 7 derart eingebracht, dass deren Längsachse parallel zur Längsachse des Zellblockes 1 verläuft.
Bei Herstellung des Zellblockes liegen die Metallhülsen 7 aneinander an, wobei die Metallhülsen 7 näherungsweise die Wärmeausdehnung zumindest von durch dieselben geführten Zugelementen 8 und der Wärmeleitplatte 5 aufweisen.
Die Zugelemente 8 sind als Zuganker ausgeführt, die Bestandteile einer Spannvorrichtung zur axialen Verpressung des Zellblockes 1 sind. An einem jeweiligen Ende des Zellblockes 1 sind Druckplatten 9 angeordnet, die mit den Zugelementen 8 verschraubbar sind, so dass der Zellblock 1 axial verpresst ist und die kompakte Baueinheit gebildet ist. Darüber hinaus ist die Wärmeleitplatte 5 mit den Druckplatten 9 verschraubt. Die somit erzeugte kompakte Baueinheit ist mittels der endseitig angeordneten Druckplatten 9 in einem beispielhaft in 22 bis 25 dargestellten Batteriegehäuse 10 fixierbar. Da zur axialen Verpressung mittels der durch die Spannvorrichtung erzeugten kraftschlüssigen Fixierung der Einzelzellen 2 und der Halteelemente 3 innerhalb des Zellblockes 1 erhebliche Druckkräfte erforderlich sind, sind die Metallhülsen 7 vorzugsweise aus hochfestem Metall, insbesondere Stahl, gefertigt.
Die in die Halteelemente 3 eingebetteten Metallhülsen 7, deren Länge sich vergleichsweise exakt einstellen lässt, ragen beidseitig des Halteelementes 3 in einem geringen Maß von diesem ab, wodurch ein Abstand der Einzelzellen 2 im verpressten Zellblock 1 eingestellt ist.
Durch die Metallhülsen 7 und die Zugelemente 8 weist der Zellblock 1 im Vergleich ein hohes Gewicht auf, wobei durch die beidseitig von den Halteelementen 3 abragenden Metallhülsen 7 ein zusätzlicher Bauraumbedarf erforderlich ist. Zudem ist ein Längenmaß des Zellblockes 1, d. h. seine Längsausdehnung, die sich aus der Summe der aneinander angeordneten Metallhülsen 7 zusammensetzt, insbesondere bei einer hohen Anzahl von Einzelzellen 2 stärkeren toleranzbedingten Schwankungen unterworfen. Die axiale Verspannung muss somit durch zumindest ein in seiner Länge variables Spannmittel, beispielsweise ein Zuganker mit Gewinde und/oder ein Spannband mit auf das jeweilige Längenmaß angepasster lichter Weite, erfolgen. Darüber hinaus ist der Zellblock 1 gemäß dem Stand der Technik z. B. aufgrund seiner relativ hohen Teileanzahl verhältnismäßig Kosten intensiv.
Um die Einzelzellen 2 unter Berücksichtigung eines Herstell- und Kostenaufwandes innerhalb des Zellblockes 1 exakt auszurichten und einen vorgegebenen Abstand zumindest zwischen benachbarten Einzelzellen 2 einzustellen, sind u. a. in 5 in einer ersten Ausführungsform dargestellte Positionierungselemente 11 vorgesehen.
4 zeigt in perspektivischer Ansicht eine teilweise Explosionsdarstellung eine Zellblockes 1 mit nach dem Stand der Technik ausgebildeten Einzelzellen 2. Die Einzelzellen 2 sind jeweils von zwei schalenförmigen Halteelementen 3 umgeben und an dem jeweiligen Ende des Zellblockes 1 sind Druckplatten 9 angeordnet.
An Stirnseiten 3.1 des Halteelementes 3 sind an der gleichen Position zwei Ausformungen A als Art Zapfen ausgebildet. Diese Ausformungen A sind einteilig mit dem Halteelement 3 ausgebildet und bestehen somit aus dem gleichen Material wie das Halteelement 3. Vorzugsweise werden die Ausformungen A bei Herstellung des Halteelementes 3 ausgeformt. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel nach 4 weisen die Ausformungen A eine Ellipsenform auf.
Die in 5 dargestellten Positionierungselemente 11 sind in der ersten Ausführungsform als Platten ausgebildet, die Fixierelemente F in Form von Aussparungen 11.1 aufweisen. Die Aussparungen 11.1 sind in zwei untereinander angeordneten Reihen in das Positionierungselement 11 eingebracht, und weisen ebenfalls eine Ellipsenform auf. Insbesondere weisen die Aussparungen 11.1 regelmäßige Abstände zueinander auf und erstrecken sich über die gesamte Längsausdehnung des Positionierungselementes 11. Die Abstände zwischen den einzelnen Aussparungen 11.1 als Fixierelemente F entsprechen einer gewünschten Beabstandung nebeneinander angeordneter Einzelzellen 2, die jeweils zwischen zwei Halteelementen 3 angeordnet sind.
Die als Aussparungen 11.1 in das jeweilige Positionierungselement 11 eingebrachten Fixierelemente F korrespondieren aufgrund der angepassten Form mit den Ausformungen A an den Stirnseiten 3.1 der Halteelemente 3, wobei die Positionierungselemente 11 an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes 1 angeordnet sind und sich über das gesamte Längenmaß des aus den Einzelzellen 2 und den Halteelementen 3 gebildeten Zellblockes 1 erstrecken.
In einem ersten Schritt zur Herstellung der Batterie wird der Zellblock 1 aus den Einzelzellen 2 und den Halteelementen 3 gebildet und anschließend werden die Positionierungselemente 11 seitlich an dem Zellblock 1 angeordnet. Dabei werden die Positionierungselemente 11 mittels ihrer Aussparungen 11.1 als Fixierelemente F auf die Ausformungen A an den Stirnseiten 3.1 der Halterahmen 3 aufgesteckt, wobei eine formschlüssige Verbindung zwischen dem Zellblock 1 und den Positionierungselementen 11 hergestellt ist. Zudem erfolgt eine kraftschlüssige Befestigung der Positionierungselemente 11 an den endseitig des Zellblockes 1 angeordneten Druckplatten 9 mittels Verschraubung. Hierzu sind Schrauben 12 durch die Positionierungselemente 11 hindurchführbar und in eine mit einem Gewinde versehene Materialausnehmung der Druckplatte 9 einschraubbar. Die Einzelzellen 2 sind mittels der an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes 1 befestigten Positionierungselemente 11 innerhalb des Zellblockes 1 exakt ausgerichtet und zu benachbarten Einzelzellen 2 exakt beabstandet.
Mittels der Fixierelemente F und den mit diesen korrespondierenden Ausformungen A an den Halteelementen 3 ist eine formschlüssige Verbindung hergestellt.
Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, die Positionierungselemente 11 kraftschlüssig, beispielsweise mittels Schrauben 12, Nieten, Bolzen und/oder Passfedern, an den Halteelementen 3 der Einzelzellen 2 zu befestigen. Wiederum zusätzlich oder alternativ können die Positionierungselemente 11 stoffschlüssig an den Halteelementen 3 befestigt sein. Hierzu können die Positionierungselemente 11 mit den Halteelementen 3 verklebt sein, wobei bis zur Aushärtung des verwendeten Klebstoffes die Halteelemente 3 mittels einer Montagevorrichtung positionierbar sind.
6 zeigt eine perspektivische Ansicht des Zellblockes 1 mit den an diesem befestigten Positionierungselementen 11, die Zellverbinderplatine 4, die Wärmeleitplatte 5, die Wärmeleitfolie 6 und Schrauben 12 im nicht zusammengesetzten Zustand.
Der Zellblock 1 als eine kompakte Baueinheit ist aus den Halteelementen 3, den zwischen diesen angeordneten Einzelzellen 2, den endseitig angeordneten Druckplatten 9 und den Platten als Positionierungselemente 11 gebildet.
In 7 ist der Zellblock 1 mit der Zellverbinderplatine 4, der Wärmeleitfolie 6 und der Wärmeleitplatte 5 im zusammengesetzten Zustand dargestellt. Die Zellverbinderplatine 4 ist an der Oberseite 1.1 und die Wärmeleitplatte 5 an der Unterseite des Zellblockes 1 angeordnet, wobei zwischen dem Zellblock 1 und der Wärmeleitplatte 5 die Wärmeleitfolie 6 zur verbesserten thermischen Anbindung und zum Toleranzausgleich angeordnet ist.
Mittels der seitlich an dem Zellblock 1 angeordneten Positionierungselemente 11 ist zusätzlich zu der Ausrichtung der Einzelzellen 2 mittels der bestehenden Wirkverbindung zwischen den Halteelementen 3 und der Fixierelemente F der Positionierungselemente 11 eine axiale Verpressung des Zellblockes 1 realisiert. Auch, beispielsweise aus einem Überdruck in den Einzelzellen 2 resultierende, auf den Zellblock 1 wirkende Längskräfte werden von den Positionierungselementen 11 aufgenommen. Dadurch ist es nicht erforderlich, Spannelemente und/oder Spannmittel, wie beispielsweise Zugelemente 8 in Form von Zugankern, Gewindestangen, Schrauben 12 und/oder Spannbändern zur Längsverpressung des Zellblockes 1 anzuordnen, wodurch eine Teileanzahl der Batterie verringert werden kann.
Die als Platten ausgebildeten Positionierungselemente 11 sind aus einem Material, insbesondere Metall gebildet, welcher zumindest Biegesteifigkeit als eine Materialeigenschaft aufweist.
Wie oben beschrieben, sind die Positionierungselemente 11 aus Metall und die Halteelement 3 aus Kunststoff gebildet, wobei ein derartiger Kunststoff gewählt ist, dass die Halteelemente 3 eine vorgegebene Elastizität, insbesondere in Richtung der Längsausdehnung des Zellblockes 1, aufweisen. Dadurch können bedingt auftretende Wärmeausdehnungen, insbesondere der Halteelemente 3, kompensiert werden.
Alternativ zur Verwendung eines Kunststoffes mit vorgegebener Elastizität sind die Halteelemente 3 innerhalb des Zellblockes 1 in Längsausrichtung desselben in einem vorgegebenen Abstand zueinander angeordnet, wodurch möglich auftretende Probleme durch unterschiedliche Wärmeausdehnungen weitestgehend ausgeschlossen werden können.
In 8 ist eine Seitenansicht des zusammengesetzten Zellblockes 1 mit befestigtem, sich über die gesamte Längsausdehnung desselben erstreckendem Positionierungselement 11 dargestellt.
9 zeigt eine Schnittdarstellung des Zellblockes 1 mit endseitig angeordneten Druckplatten 9, den Positionierungselementen 11, wobei die an der Zellverbinderplatine 4 angeordneten Spannungselemente 4.1 als Batteriepole zu sehen sind.
Insbesondere ist ein Längsschnitt gezeigt, der durch eine Reihe der Fixierelemente F in Form der Aussparungen 11.1 der Positionierungselemente 11 und der mit den Aussparungen 11.1 korrespondierenden an den Halteelementen 3 ausgebildeten Ausformungen A geführt ist.
In 10 ist ein vergrößerter Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Zellblockes 1 mit zu diesem beabstandeten als Platten ausgebildeten Positionierungselementen 11 dargestellt.
Die Aussparungen 11.1 als Fixierelemente F der Positionierungselemente 11 sind in regelmäßigen Abständen zueinander in dieselben eingebracht und korrespondieren zu an den an den Halteelementen 3 ausgebildeten Ausformungen A, wie in dem vergrößerten Ausschnitt in 11 gezeigt ist.
Die Positionierungselemente 11 sind über deren Aussparungen 11.1 als Fixierelemente F formschlüssig an den Ausformungen A der Halteelemente 3 angeordnet, wodurch die Halteelemente 3 und somit die Einzelzellen 2 innerhalb des Zellblockes 1 exakt positioniert sind.
In 12 ist eine perspektivische Ansicht des Halteelementes 3 mit den ausgebildeten Ausformungen A, deren Position der Position der Aussparungen 11.1 in den Positionierungselementen 11 entspricht.
In den 13 bis 15 sind verschiedene Ansichten des Halteelementes 3 in seiner ersten Ausführungsform dargestellt. Dabei zeigt 13 eine Draufsicht, 14 eine Vorderansicht und 15 eine Seitenansicht des Halteelementes 3.
In 16 ist ein teilweise zusammengesetzter Zellblock 1 dargestellt, wobei die Halteelemente 3 in einer zweiten Ausführungsform ausgebildet sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Einzelzellen 2 jeweils zwischen Halteelementen 3 angeordnet und mittels dieser gehalten.
Die Halteelemente 3 weisen jeweils an ihrer Oberseite 3.2 und an ihrer Unterseite 3.3 in den Eckbereichen Ausformungen A auf, die mit Aussparungen 11.1 als Fixierelemente F der Positionierungselemente 11 korrespondieren. Dabei bilden die Wärmeleitplatte 5 und die Zellverbinderplatine 4 die Positionierungselemente 11, wie in den 17 und 18 näher dargestellt ist.
17 zeigt perspektivisch eine Explosionsdarstellung des zusammengesetzten Zellblockes 1, der die Einzelzellen 2, die Halteelemente 3 in der zweiten Ausführungsform und die endseitig angeordneten Druckplatten 9 umfasst, die Zellverbinderplatine 4, die Wärmeleitfolie 6 und die Wärmeleitplatte 5.
Die Wärmeleitplatte 5 als Positionierungselement 11 weist an ihren Längsseiten randseitig ausgebildete Aussparungen 5.2 auf, die in ihrer Form und ihren Abmessungen mit den Ausformungen A an den Halteelementen 3 korrespondieren. Die an der Unterseite 3.3 des Halteelementes 3 ausgebildeten Ausformungen A sind als abschnittsweise Verlängerung der Stirnseiten 3.1 ausgeformt, wie in 19 näher gezeigt ist. Die zwischen dem Zellblock 1 und der Wärmeleitplatte 5 angeordnete Wärmeleitfolie 6 weist eine Breite auf, so dass diese zwischen den an der Unterseite 3.3 ausgebildeten Ausformungen A anordbar ist.
In die Zellverbinderplatine 4 sind mit den an der Oberseite 3.2 der Halteelemente 3 ausgebildeten Ausformungen A korrespondierende Aussparungen 4.2 als Fixierelemente F eingebracht.
In 18 ist die Batterie ohne Batteriegehäuse 10 im zusammengesetzten Zustand in perspektivischer Ansicht dargestellt.
Die Zellverbinderplatine 4 ist an der Oberseite 1.1 und die Wärmeleitplatte 5 ist an der gegenüberliegenden Unterseite des Zellblockes 1 angeordnet, so dass die Einzelzellen 2 mittels der Halteelemente 3, die formschlüssig mit den Fixierelementen F der Zellverbinderplatine 4 und der Wärmeleitplatte 5 verbunden sind, innerhalb des Zellblockes 1 exakt ausgerichtet und zu den benachbarten Einzelzellen 2 beabstandet sind.
Zusätzlich zu der formschlüssigen Verbindung sind sowohl die Zellverbinderplatine 4 als auch die Wärmeleitplatte 5 als Positionierungselemente 11 mittels Verschraubung mit den Druckplatten 9 und somit mit dem Zellblock 1 kraftschlüssig verbunden.
Die elektrische Verschaltung der Einzelzellen 2 durch Überlapp-Laserschweißung erfolgt, nachdem die Zellverbinderplatine 4 an dem Zellblock befestigt ist.
Mittels der Zellverbinderplatine 4 und der Wärmeleitplatte 5 ist der Zellblock 1 auch in axialer Richtung verspannt, so dass keine weiteren Spannmittel und/oder Spannelemente erforderlich sind. Herrscht ein Überdruck in den Einzelzellen 2 vor, werden dadurch bedingte Längskräfte von der Zellverbinderplatine 4 und/oder der Wärmeleitplatte 5 aufgenommen.
Bei dem in den 16 bis 19 dargestellten Ausführungsbeispiel in Bezug auf die Ausrichtung und Beabstandung der Einzelzellen 2 innerhalb des Zellblockes 1 mittels der Wärmeleitplatte 5 und der Zellverbinderplatine 4 als Positionierungselemente 11 sind keine zusätzlichen Bauteile als Positionierungselemente 11 erforderlich.
19 zeigt eine perspektivische Ansicht der zweiten Ausführungsform des Halterahmens 3. Im Detail sind die an der Oberseite 3.2 und die an der Unterseite 3.3 des Halterahmens 3 ausgebildeten Ausformungen A dargestellt.
In 20 ist eine perspektivische Ansicht eines Zellblockes 1 in teilweiser Explosionsdarstellung gezeigt. Dabei sind die Halteelemente 3 ihrer ersten Ausführungsform entsprechend ausgebildet, wobei diese, wie auch in der zweiten Ausführungsform schalenförmig ausgebildet sind. Die jeweilige Einzelzelle 2 ist zwischen zwei Halteelementen 3, die an ihren Stirnseiten 3.1 jeweils zwei Ausformungen A aufweisen, angeordnet.
Dieser Zellblock 1 mit Zellverbinderplatine 4 und Wärmeleitfolie 6 sowie Wärmeleitplatte 5 ist im zusammengesetzten Zustand in 21 gezeigt, wobei der Zellblock 1 mit den weiteren Bestandteilen 4, 5, 6 vor einem Einsetzen in ein Batteriegehäuseunterteil 10.1 dargestellt.
In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß den 21 bis 25 bilden parallel zur Längsachse des Zellblockes 1 bzw. parallel zur Längsausdehnung des Batteriegehäuseunterteiles 10.1 angeordnete Seitenwandungen S des Batteriegehäuseunterteiles 10.1 die Positionierungselemente 11 für die Einzelzellen 2.
In die Seitenwandungen S sind senkrecht zur Längsausdehnung des Batteriegehäuseunterteiles 10.1 verlaufende nutenförmige Aussparungen 10.1.1 als Fixierelemente F eingebracht. Die nutenförmigen Aussparungen 10.1.1 sind derart ausgebildet, dass die an den Halteelementen 3 ausgebildeten Ausformungen A in den Aussparungen 10.1.1 anordbar sind. Dabei ist ein Halteelement 3 in einer Aussparung 10.1.1 in Form der Nut anordbar.
Auch hier ist an jeweils einer Stirnseite des Zellblockes 1 eine Druckplatte 9 angeordnet, die zumindest mit der an der Unterseite des Zellblockes 1 angeordneten Wärmeleitplatte 5 kraftschlüssig verbunden ist. Die kompakte Baueinheit, bestehend aus den Einzelzellen 2, den Halteelementen 3, der Zellverbinderplatine 4, der Wärmeleitplatte 5 und der Wärmeleitfolie 6 ist in das Batteriegehäuseunterteil 10.1 einsetzbar, wie in der 22 näher gezeigt ist.
Im Bereich der Druckplatten 9 im eingesetzten Zustand des Zellblockes 1 sind jeweils zwei Durchgangslöcher 10.1.2 in die die Positionierungselemente 11 bildenden Seitenwandungen S eingebracht. In die Durchgangslöcher 10.1.2 sind Schrauben 12 einführbar, so dass die Druckplatten 9 und somit auch der Zellblock 1 an dem Batteriegehäuseunterteil 10.1 befestigt sind. Durch diese Befestigung ist der Zellblock 1 axial verpresst, wobei in Längsausdehnung des Zellblockes 1 und des Batteriegehäuseunterteiles 10.1 wirkende Längskräfte von den als Positionierungselemente 11 ausgebildeten Seitenwandungen S aufnehmbar sind.
Ist der Zellblock 1 in dem Batteriegehäuseunterteil 10.1 angeordnet, ist das Batteriegehäuse 10 mittels eines Batteriegehäuseoberteiles 10.2 verschließbar, wie in den 23 bis 25 näher dargestellt ist.
Dabei zeigt 23 eine perspektivische Ansicht des verschlossenen Batteriegehäuses 10, in 24 ist eine Seitenansicht und in 25 ist eine Schnittdarstellung des Batteriegehäuses 10 dargestellt.
In 26 ist ein Zellblock 1 dargestellt, wobei die Einzelzellen 1 als sogenannte Pouchzellen ausgeführt sind. Bei dieser Ausführungsform der Einzelzellen 2 ist ein Zellinneres insbesondere von einer Kunststofffolie umgeben, wobei solche Einzelzellen 2 im Vergleich zu den Einzelzellen 2 mit einem metallischen Gehäuse weniger stabil ausgebildet sind. Aus der folienartigen Hülle sind die Pole 2.1 der Einzelzelle 2 herausgeführt, wobei die Pole 2.1 in gegenläufige Richtung abgewinkelt sind.
Die als Pouchzellen ausgeführten Einzelzellen 2 werden an einem rahmenförmigen Halteelement 3 über eine weiche Elastomerauflage kraftschlüssig fixiert, wobei hierzu ein umlaufender Randbereich der Hülle, insbesondere ein Siegelnahtbereich, mit dem Halteelement 3 verpressbar ist.
Die elektrische Kontaktierung, d. h. die serielle Verschaltung der Einzelzellen 2 erfolgt über eine direkte Verbindung der als Ableiter ausgebildeten Pole 2.1 benachbarter Einzelzellen 2, die zueinander abgewinkelt sind. Die Verbindung erfolgt mittels Überlapp-Laserschweißung.
An den Enden eines mittels dieser Einzelzellen 2 und Halteelementen 3 gebildeten Zellblockes 1 ist jeweils eine Druckplatte 9 angeordnet.
Sowohl die Halteelemente 3 als auch die Druckplatten 9 weisen an ihren Stirnseiten 3.1, 9.1 Materialausnehmungen auf, die jeweils mit einem als Platte ausgebildeten, in 21 gezeigten Positionierungselement 11 korrespondieren. Im Bereich dieser Materialausnehmungen sind jeweils zwei Aussparungen A1 in Form von Schraublöchern eingebracht. Die als Platten ausgebildeten Positionierungselemente 11 sind in den Materialausnehmungen der Halteelemente 3 und der Druckplatten 9 anordbar und weisen entsprechend der Position der Aussparungen A1 ebenfalls Aussparungen 11.1 auf, so dass die Positionierungselemente 11 an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes 1 anordbar und mittels Schrauben 12 befestigbar sind.
Vorzugsweise sind die Schrauben 12 als Senkkopfschrauben ausgeführt, so dass die Schraubenköpfe nicht wesentlich von einer Oberfläche der Positionierungselemente 11 abragen. Beim Einschrauben der Schrauben 12 in die Aussparungen A1 der Halteelemente 3 sind dieselben, an denen die Einzelzellen 2 befestigt sind, innerhalb des Zellblockes 1 ausrichtbar.
An gegenüberliegende Enden sind die Positionierungselemente 11 abgewinkelt, so dass die Druckplatten 9 zumindest abschnittsweise von den Positionierungselementen 11 eingefasst sind. In die abgewinkelten Bereiche sind jeweils zwei Durchgangslöcher 11.2 eingebracht, durch welche Schrauben 12 zur Verschraubung der Positionierungselemente 11 mit den Druckplatten 9 hindurchführbar sind. Dadurch erfolgt eine Längsverpressung des Zellblockes 1 und durch Wärmeausdehnung wirkende Längskräfte sind von den Positionierungselementen 11 aufnehmbar.
Der zusammengesetzte Zellblock 1 mit den befestigten Positionierungselementen 11 ist in 28 in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Zudem ist der Zellblock 1 mit den Positionierungselementen 11 in 29 in einer Seitenansicht und in 30 in einer Schnittdarstellung gezeigt.
Die 31 und 32 zeigen jeweils einen vergrößerten Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Zellblockes 1 mit den Positionierungselementen 11, wobei die Positionierungselemente 11 in 31 im unbefestigten und in 32 im befestigten Zustand dargestellt sind.
Insbesondere zeigen die 31 und 32, dass eine Form der in die Positionierungselemente 11 eingebrachten Aussparungen 11.1 zu der Form der Schraubenköpfe der als Senkschrauben ausgebildeten Schrauben 12 korrespondiert, so dass die Schraubenköpfe, wie oben beschrieben, nicht von dem jeweiligen Positionierungselement 11 abragen.
Die 33 zeigt eine teilweise Explosionsdarstellung mit Einzelzellen 2 in Form von Pouchzellen und Halteelementen 3 gebildeten Zellblockes 1. Auch in diesem Ausführungsbeispiel ist das Halteelement 3 rahmenförmig ausgebildet.
Zur Positionierung der Einzelzellen 2 und zur Beabstandung derselben zueinander ist an den gegenüberliegenden Stirnseiten 3.1 der Halteelemente 3 jeweils eine nutenförmige Aussparung 3.1.1 eingebracht. Dabei sind die nutenförmigen Aussparungen 3.1.1 innerhalb der mittig an dem Halteelement 3 angeordneten Materialausnehmungen in dieselben eingebracht.
Die nutenförmigen Aussparungen 3.1.1 korrespondieren mit als stegförmige Rippen 11.3 an plattenförmig ausgeführten, in 34 näher dargestellten Positionierungselementen 11 ausgebildeten Fixierelementen F, wobei sich die Positionierungselemente 11 über die Längsausdehnung des Zellblockes 1 erstrecken.
In zusammengesetzten Zustand greift jeweils eine stegförmige Rippe 11.3 als Fixierelemente F in eine nutenförmige Aussparung 3.1.1 des Halteelementes 3 ein, wodurch eine formschlüssige Verbindung zwischen dem jeweiligen Positionierelement 11 und dem jeweiligen Halteelement 3 und somit dem Zellblock 1 hergestellt ist.
Die Positionierungselemente 11 sind ähnlich der Ausführungsform in 28 ausgebildet und weisen endseitig jeweils eine Abwinklung auf, in die zwei Durchgangslöcher 11.2 eingebracht sind. Mittels der Abwinklungen sind die Druckplatten 9 zumindest abschnittsweise von den Positionierungselementen 11 eingefasst und die Schrauben 12 sind zur Verschraubung der Positionierungselemente 11 mit den Druckplatten 9 durch die Durchgangslöcher 11.2 hindurchführbar und mit den Druckplatten 9 verschraubbar.
Dadurch erfolgt eine Längsverpressung des Zellblockes 1, wobei gleichzeitig bei Wärmeausdehnung wirkende Längskräfte von den Positionierungselementen 11 aufnehmbar sind.
34 zeigt den zusammengesetzten Zellblock 1 vor dem Befestigen der Positionierungselemente 11 an demselben.
In 35 ist eine perspektivische Ansicht des zusammengesetzten Zellblockes 1 mit befestigten Positionierungselementen 11 dargestellt.
Die 36 zeigt eine Seitenansicht des Zellblockes 1 und in 37 ist eine Schnittdarstellung des Zellblockes 1 dargestellt.
In den 38 und 39 ist jeweils ein vergrößerter Ausschnitt einer Schnittdarstellung des Zellblockes 1 dargestellt, wobei die Positionierungselemente 11 in 38 unbefestigt und in 39 am Zellblock 1 befestigt sind.
Wie oben beschrieben, greifen die Rippen 11.3 des jeweiligen Positionselementes 11 in die Aussparungen 3.1.1 der Halteelemente 3 ein.
Mittels der Positionierungselemente 11, unabhängig von deren Ausführungsform, ist es möglich, die Einzelzellen 2 innerhalb des Zellblockes 1 auszurichten und zueinander zu beabstanden, so dass Wärmeausdehnungen, insbesondere der Einzelzellen 2, kompensierbar sind.
Der Zellblock 1 ist mittels der Positionierungselemente 11 in Längsrichtung verpressbar, wobei aufgrund der Wärmeausdehnung wirkende Längskräfte von den Positionierungselementen 11 aufnehmbar sind.
Denkbar ist, dass zusätzlich Kräfte in Querrichtung des Zellblockes 1 und in Richtung der Hochachse des Zellblockes 1 aufbringbar sind, wobei das Aufbringen der Kräfte in Querrichtung durch Heranziehen der Positionierungselemente 11 an die Halteelemente 3, beispielsweise durch Verschraubung mit denselben und/oder mit den Druckplatten 9, realisierbar ist.
Insbesondere in Verbindung mit der Kraftübertragung in Richtung weiterer Achsen sowie aufgrund der Biegesteifigkeit der Positionierungselemente 11 erfolgt gleichzeitig eine mechanische Stabilisierung des Zellblockes 1.
Um einen Herstellaufwand der Positionierungselemente 11 und/oder der Halteelemente 3 sowie einen Montageaufwand bei der Befestigung der Positionierungselemente 11 an den Halteelementen 3 zu verringern, ist es denkbar, nicht jedes Halteelement 3 des Zellblockes 1 mit einem Fixierelement F eines Positionierungselementes 11 formschlüssig zu verbinden. Beispielsweise kann jedes zweite oder dritte Halteelement 3 formschlüssig mit dem Positionierungselement 11 verbunden werden.
Mittels der Positionierungselemente 11 ist eine erforderliche Bauraumlänge des Zellblockes 1 nicht mehr abhängig von einer Summe der Dickentoleranzen der Halteelemente 3 bzw. der aus der aus dem Stand der Technik bekannten Metallhülsen 7, sondern die Bauraumlänge ergibt sich aus der Toleranz des Abstandes der endseitigen Abwinklungen des Positionierungselementes 11 oder der ausgebildeten äußersten Fixierelemente F des jeweiligen Positionierungselementes 11.
Da die Metallhülsen 7 durch die Anordnung und Befestigung der Positionierungselemente 11 entfallen und die Längsverspannung des Zellblockes 1 mittels der Druckplatten 9 und der Positionierungselemente 11 realisierbar ist, können sich der Bauraumbedarf und die Kosten bei der Herstellung des Zellblockes 1 verringern.
Es ist möglich, die Positionierungselemente 11 anzuordnen, wenn der Zellblock 1 bereits aus Einzelzellen 2, Halteelementen 3 und den Druckplatten 9 gebildet ist. Alternativ dazu können die Halteelemente 3, gegebenenfalls die Druckplatten 9 und die Positionierungselemente 11 ohne Einzelzellen 2 montiert werden, so dass die Einzelzellen 2 anschließend eingesetzt und/oder eingepresst werden.
Die Positionierungselemente 11 können auch in einem Zellblock 1 ohne Halteelemente 3 angeordnet werden, wobei Positionierungselemente 11 direkt auf die Einzelzellen 2 wirken, also unmittelbar mit den Einzelzellen 2 in Kontakt stehen.
Bezugszeichenliste

1: Zellblock
1.1: Oberseite
2: Einzelzelle
2.1: Pol
3: Halteelement
3.1: Stirnseite
3.1.1: Aussparung
3.2: Oberseite
3.3: Unterseite
4: Zellverbinderplatine
4.1: Spannungselemente
4.2: Aussparung
5: Wärmeleitplatte
5.1: Anschlussstelle
5.2: Aussparung
6: Wärmeleitfolie
7: Metallhülse
8: Zugelement
9: Druckplatte
9.1: Stirnseite
10: Batteriegehäuse
10.1: Batteriegehäuseunterteil
10.2: Batteriegehäuseoberteil
10.1.1: Aussparung
10.1.2: Durchgangslöcher
10.2: Batteriegehäuseoberteil
11: Positionierungselement
11.1: Aussparung
11.2: Durchgangsloch
11.3: Rippe
12: Schrauben
A: Ausformung
A1: Aussparung
F: Fixierelement
S: Seitenwandung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011109246 A1 [0001]

Claims

Batterie mit einer Anzahl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Einzelzellen (2), die zu einem Zellblock (1) zusammengefasst sind, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Positionierungselemente (11) an gegenüberliegenden Seiten des Zellblockes (1) angeordnet sind, wobei sich die Positionierungselemente (11) über eine Längsausdehnung des Zellblockes (1) erstrecken und an vorgegebenen Positionen Fixierelemente (F) aufweisen, an welchen jeweils eine Einzelzelle (2) unmittelbar oder mittelbar in einer vorgegebenen Ausrichtung und in einem vorgegebenen Abstand relativ zu zumindest einer weiteren Einzelzelle (2) fixiert ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixierelemente (F) als Aussparungen (11.1) und/oder Ausformungen, insbesondere Rippen (11.3), ausgebildet sind.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Einzelzelle (2) mit Fixierelementen (F) der Positionierungselemente (11) korrespondierende Ausformungen und/oder Aussparungen aufweist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das jeweilige Positionierungselement (11) als Platte mit einer vorgegebenen Anzahl von Fixierelementen (F) ausgebildet ist, wobei die Platten seitlich an dem Zellblock (1) angeordnet sind.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einzelzelle (2) zwischen zwei schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelementen (3) angeordnet ist, die mit den Fixierelementen (F) der Positionierungselemente (11) korrespondierende Ausformungen (A) und/oder Aussparungen (3.1.1) aufweist.
Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die an den schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelementen (3) ausgebildeten Ausformungen (A) und/oder Aussparungen (3.1.1) mit den Fixierelementen (F) der als Platten ausgebildeten Positionierungselemente (11) korrespondiert.
Batterie nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelemente (3) der Einzelzelle (2) eine vorgegebene Elastizität aufweisen.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an einer Seite des Zellblockes (1) angeordnete Wärmeleitplatte (5) zum Temperieren der Einzelzellen (2) ein Positionierungselement (11) und eine an einer gegenüberliegenden Seite angeordnete Zellverbinderplatine (4) das weitere Positionierungselement (11) bildet.
Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Seitenwandungen (S) eines Batteriegehäuses (10), in welchem der Zellblock (1) angeordnet ist, als Positionierungselemente (11) ausgebildet sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungselemente (11) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig an den Ausformungen (A) und/oder Aussparungen (3.1.1) der Einzelzellen (2) und/oder der schalen- und/oder rahmenförmigen Halteelemente (3) befestigt sind.