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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie („Traktionsbatterie“), mit dessen Hilfe ein Kraftfahrzeug rein elektrisch angetrieben werden kann.
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Aus
US 2011/0104556 A1 ist ein Batteriemodul mit mehreren zwischen zwei Stirnseiten hintereinander angeordneten Batteriezellen bekannt, bei dem die zwei Stirnseiten über in Längsrichtung verlaufende an den Batteriezellen anliegende Leisten miteinander verschraubt sind. Weitere Montagelösungen sind aus der
DE 10 2012 208 239 A1 sowie aus der
DE 10 2004 055 815 A1 bekannt.
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Es besteht ein ständiges Bedürfnis eine Kraftfahrzeugbatterie leicht montieren zu können.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung Maßnahmen aufzuzeigen, die eine gute Montierbarkeit einer Kraftfahrzeugbatterie ermöglichen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Erfindungsgemäß ist eine Kraftfahrzeugbatterie zum rein elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehen mit mindestens einem Batteriemodul zur Erzeugung und/oder Speicherung elektrischer Energie, wobei das Batteriemodul mehrere in Längsrichtung zwischen einer ersten Stirnplatte und einer zweiten Stirnplatte hintereinander angeordnete Batteriezellen aufweist, und einem Tragboden zur Anordnung mehrerer Batteriemodul in Querrichtung nebeneinander, wobei der Tragboden mindestens eine in Längsrichtung verlaufende im Wesentlichen T-Nut-förmige Haltenut aufweist, wobei die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite in vertikaler Richtung verliersicher an der Haltenut in Längsrichtung relativ zum Tragboden bewegbar geführt sind.
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Durch die an der Haltenut geführten Stirnseiten kann eine Bewegbarkeit der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite in Längsrichtung erreicht werden, wobei gleichzeitig eine verliersichere Befestigung in vertikaler Richtung erreicht werden kann. Eine verliersichere Befestigung der Stirnseiten in Längsrichtung kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass das Batteriemodul zusammen mit dem Tragboden in ein Gehäuse eingesetzt werden, wodurch das Gehäuse ein Lösen der Stirnseiten und damit des Batteriemoduls durch eine zu weite Relativbewegung zum Tragboden in Längsrichtung blockieren kann. Hierbei wird die Erkenntnis ausgenutzt, dass durch die Mehrzahl der in Längsrichtung hintereinander angeordneten Batteriezellen sich eine sehr große Toleranzkette durch Herstellungs- und/oder Lagetoleranzen der Batteriezellen ergeben kann, die zu unterschiedlichen Längserstreckungen des Batteriemoduls führen können. Die unterschiedlichen Längserstreckungen des Batteriemoduls können wiederum zu unterschiedlichen Abständen der ersten Stirnseite zur zweiten Stirnseite führen. Durch die in Längsrichtung bewegbare Befestigung des Batteriemoduls mit der Haltenut können sich bei unterschiedlichen Längserstreckung des Batteriemoduls ergebene unterschiedliche Abstände der Stirnseiten zueinander ausgleichen, so dass auch in Längsrichtung besonders lange Batteriemodule mit besonders vielen Batteriezellen leicht mit dem Tragboden montiert werden können, wodurch eine gute Montierbarkeit der Kraftfahrzeugbatterie ermöglicht ist.
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Das Batteriemodul kann insbesondere mehrere, insbesondere als Beutelzelle („Pouch-Cell“) ausgestaltete Batteriezellen aufweisen, die in Längsrichtung hintereinander angeordnet sind und zwischen denen insbesondere Isolierfolien und/oder Wärmeleitfolien, beispielsweise Graphitfolien, und/oder Temperierelemente zum Heizen und/oder Kühlen der Batteriezellen angeordnet sein können. Diese Bauteile sind insbesondere schichtartig als Stapel hintereinander angeordnet, wobei sich in Längsrichtung nachfolgende Bauteile insbesondere direkt kontaktieren. Insbesondere ist es möglich mindestens eine weitere Stirnseite zwischen zwei Batteriezellen anzuordnen, wodurch die Anzahl der Verbindungsstellen mit der Haltenut erhöht werden kann. Vorzugsweise sind für jedes Batteriemodul mindestens zwei Haltenuten vorgesehen, die jeweils mit den Stirnseiten verbunden sind, wodurch beispielsweise eine Schrägstellung des Batteriemoduls zum Tragboden in einer Horizontalebene vermieden werden kann. Der Tragboden kann insbesondere aus Metall hergestellt sein, wobei die Haltenut beispielsweise durch Fräsen mit einem T-Nut-Fräser, vorzugsweise durch Ziehen oder Strangpressen, hergestellt sein kann.
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Insbesondere ist mit der ersten Stirnseite ein in der Haltenut zurückgehaltener zumindest mit einem Anteil in Querrichtung abstehender erster Halteansatz und/oder mit der zweiten Stirnseite ein in der Haltenut zurückgehaltener zumindest mit einem Anteil in Querrichtung abstehender zweiter Halteansatz verbunden. Bei einer Bewegung des Batteriemoduls in vertikaler Richtung kann die jeweilige Stirnseite mit ihrem Halteansatz an einem Vorsprung der Haltenut anschlagen, so dass das Batteriemodul verliersicher über den in den Haltenut eingesetzten Halteansatz mit dem Tragboden befestigt ist. Gleichzeitig kann der jeweilige Halteansatz bei der Montage in Längsrichtung innerhalb der Haltenut linear verschoben werden, so dass die Relativlage des Batteriemoduls leicht eingestellt werden kann und/oder ein je Batteriemodul unterschiedlicher Abstand der Stirnseiten zueinander bei der Montage leicht berücksichtigt werden kann.
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Vorzugsweise ist ein den Halteansatz ausbildender Hammerkopf oder Schwalbenschwanz vorgesehen. Dadurch kann der Halteansatz insbesondere zwei zumindest mit einem Anteil in Querrichtung verlaufende Halteflächen ausbilden, die jeweils an einem von zwei Vorsprüngen der Haltenut in vertikaler Richtung anschlagen können. Der Schwalbenschwanz kann zur Horizontalen schräg verlaufende Halteflächen ausbilden. Der Hammerkopf kann insbesondere im Querschnitt im Wesentlichen T-förmig ausgebildet sein. Der Hammerkopf kann insbesondere im Wesentlichen horizontal verlaufende Halteflächen ausbilden.
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Besonders bevorzugt ist der erste Halteansatz durch eine mit der ersten Stirnseite verbundene erste Hammerkopfschraube und/oder der zweite Halteansatz durch eine mit der zweiten Stirnseite verbundene zweite Hammerkopfschraube ausgebildet. Die Hammerkopfschraube weist einen Hammerkopf auf, der zur Ausbildung des Halteansatzes in die Haltenut eingesetzt werden kann. Die Hammerkopfschraube weist ein Gewinde auf, mit dem die Hammerkopfschraube mit der zugeordneten Stirnseite verbunden werden kann. Hierbei ist es möglich, dass zwei oder mehr Batteriemodule übereinander angeordnet sein können und die Hammerkopfschraube mit der Stirnseite des obersten Batteriemoduls verbunden ist.
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Insbesondere ist die erste Hammerkopfschraube mit einer ersten Mutter und/oder die zweite Hammerkopfschraube mit einer zweiten Mutter verschraubt, wobei die erste Mutter und/oder die zweite Mutter zur reibschlüssigen Arretierung des Batteriemoduls mit dem Tragboden während der Montage für ein Befestigungswerkzeug zugänglich ist. Bei der Montage des Batteriemoduls mit dem Tragboden kann zwischen dem Vorsprung der Haltenut und dem Hammerkopf der Hammerkopfschraube ein Spiel vorliegen, so dass das Batteriemodul leicht entlang der Haltenut in Längsrichtung verschoben werden kann. Wenn das Batteriemodul in der gewünschten Stellung positioniert ist, kann die der jeweiligen Hammerkopfschraube zugeordnete Mutter angezogen werden, so dass das Spiel zwischen dem Hammerkopf und dem Vorsprung der Haltenut eliminiert werde kann. Insbesondere kann der Vorsprung der Haltenut zwischen dem Hammerkopf und der zugeordneten Stirnseite mit einer entsprechend hohen Klemmkraft in der gewünschten Relativlage des Batteriemoduls zum Tragboden verklemmt werden, so dass eine Relativbewegung in Längsrichtung reibschlüssig gesperrt werden kann.
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Vorzugsweise ist ein Kühlmodul zur Temperierung der Batteriezellen mit dem Batteriemodul verbunden, wobei das Batteriemodul ein die erste Mutter und/oder die zweite Mutter abdeckenden Kühlkörper aufweist. Der Kühlkörper kann insbesondere an einem oberen Ende der Batteriezellen thermisch angebunden sein und insbesondere das obere Ende der Batteriezellen kontaktieren. Der Kühlkörper kann dadurch insbesondere auch als Deckel für die Batteriezellen wirken und unterhalb des Kühlkörpers angeordnete Bauteile des Batteriemoduls vor äußeren Einflüssen schützen. Dadurch kann der Kühlkörper auch die erste Mutter und/oder die zweite Mutter abdecken und schützen, so dass auch der Bereich oberhalb der jeweiligen Mutter zu Kühlungszwecken von dem Kühlkörper genutzt werden kann. Insbesondere kann das Kuhlmodul montiert werden, nachdem die mit der jeweiligen Hammerkopfschraube zusammenwirkende Mutter angezogen ist und eine weitere Zugänglichkeit der Mutter während der Montage nicht mehr benötigt wird.
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Besonders bevorzugt weist die Haltenut mindestens eine oder genau eine Einsetzaussparung zum Einsetzen des ersten Halteansatzes und/oder des zweiten Halteansatzes in die Haltenut auf. Im Bereich der Einsetzaussparung können beispielsweise die Vorsprünge der Haltenut fehlen, so dass der Halteansatz in vertikaler Richtung in die Haltenut eingesetzt werden kann, ohne dass es erforderlich ist den Halteansatz an einer stirnseitigen Öffnung der Haltenut in Längsrichtung einzuschieben. Nach dem Einsetzten des Halteansatzes in die Haltenut über die Einsetzaussparung kann das Batteriemodul soweit in Längsrichtung verschoben werden, dass der Halteansatze unterhalb des Vorsprunges der Haltenut positioniert ist und eine in vertikaler Richtung verliersichere Verbindung bereitstellt. Vorzugsweise ist genau eine Einsetzaussparung vorgesehen, in die zunächst der Halteansatz der einen Stirnseite eingesetzt wird. Nachfolgend kann das Batteriemodul soweit in Längsrichtung verschoben werden bis der Halteansatz der anderen Stirnseite über die Einsetzaussparung in die Haltenut gelangen kann.
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Insbesondere weist die Haltenut einen in Längsrichtung wirkenden Endanschlag zur lagegenauen Positionierung der ersten Stirnseite oder der zweiten Stirnseite auf. Durch den Endanschlag kann verhindert werden, dass das Batteriemodul bei der Montage soweit in Längsrichtung verschoben wird, dass der Halteansatz stirnseitig aus der Haltenut herausgelangt. Ferner kann durch den Endanschlag eine definierte Relativlage für eine Stirnseite des Batteriemoduls vorgegeben werden.
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Vorzugsweise ist die erste Stirnseite mit der zweiten Stirnseite in Längsrichtung verspannt. Dadurch können die Batteriezellen und weitere zwischen den Batteriezellen vorgesehene Teile zwischen der ersten Stirnseite und der zweiten Stirnseite verpresst werden, wodurch unnötige Spalte auch bei größeren toleranzbedingten Abweichungen vermieden werden können. Dadurch kann sich ein guter thermischer Kontakt zwischen den zwischen den Stirnseiten verpressten Teilen einstellen, der eine gute Temperierung der Batteriezellen ermöglicht. Ferner kann die Längserstreckung des Batteriemoduls minimiert werden. Die erste Stirnseite und die zweite Stirnseite können beispielsweise über in Längsrichtung verlaufende Spannschrauben miteinander verspannt werden.
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Besonders bevorzugt weist das Batteriemodul einen Modulboden zur Platzierung der Batteriezellen, der erste Stirnseite und der zweiten Stirnseite auf dem Modulboden auf, wobei der Modulboden unterhalb der ersten Stirnseite und/oder unterhalb der zweiten Stirnseite mindestens ein sich in Längsrichtung erstreckendes Langloch zur Durchführung einer Verbindung der ersten Stirnseite und/oder der zweiten Stirnseite mit der Haltenut aufweist. Der Modulboden erleichtert das Zusammensetzen des Batteriemoduls bei der Montage. Durch das mindestens eine Langloch kann eine Differenz im Abstand der Stirnseiten zueinander berücksichtigt werden, so dass beispielsweise eine Hammerkopfschraube durch den Modulboden hindurchgeführt werden kann, um in die Haltenut eingesetzt werden zu können.
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Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:
- 1: eine schematische perspektivische Teilansicht eines Batteriemoduls von unten,
- 2: eine schematische perspektivische Ansicht eines Teils einer Kraftfahrzeugbatterie mit dem Batteriemodul aus 1 und
- 3: eine schematische Schnittansicht der Kraftfahrzeugbatterie aus 2.
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Das in 1 dargestellte Batteriemodul 10 weist eine erste Stirnseite 12 und eine in Längsrichtung 14 mit der ersten Stirnseite 12 verspannte zweite Stirnseite 16 auf. Zwischen der ersten Stirnseite 12 und der zweiten Stirnseite 16 sind mehrere, beispielsweise vierzig, Batteriezellen 18 verspannt, wobei insbesondere zwischen den Batteriezellen 18, beispielsweise insgesamt vierzig, Graphitfolien vorgesehen sein können. Zwischen den Batteriezellen 18 können auch, beispielsweise insgesamt vierzig oder zwanzig, Temperierelemente zum Heizen und/oder Kühlen der Batteriezellen vorgesehen sein, so dass sich in Längsrichtung 14 eine große Toleranzkette einstellt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Batteriemodul 10 eine weitere entsprechend ausgestaltete Ebene mit zwischen einer ersten Stirnseite 12 und einer zweiten Stirnseite 16 angeordneten Batteriezellen 18 auf, die über eine Zwischenplatte 20 zur unteren Ebene beabstandet ist.
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Die Batteriezellen 18 sowie die erste Stirnseite 12 und die zweite Stirnseite 16 sind auf einem Modulboden 22 aufgesetzt. Mit der ersten Stirnseite 12 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt zwei erste Hammerkopfschrauben 24 verbunden, deren erste Hammerköpfe 26 einen ersten Halteanschlag ausbilden und durch den Modulboden 22 insbesondere über ein im Modulboden vorgesehenes sich in Längsrichtung 14 erstreckendes Langloch hindurchgeführt sind. Mit der zweiten Stirnseite 16 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt zwei zweite Hammerkopfschrauben 28 verbunden, deren zweite Hammerköpfe 30 einen zweiten Halteanschlag ausbilden und durch den Modulboden 22 hindurchgeführt sind.
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Wie in 2 dargestellt können mehrere Batteriemodule 10 zur Ausbildung einer als Traktionsbatterie verwendbaren Kraftfahrzeugbatterie 32 mit einem Tragboden 34 verbunden werden. Der Tragboden 34 weist hierzu mehrere in Längsrichtung 14 verlaufende als T-Nut ausgestaltete Haltenuten 36 auf, wobei im dargestellten Ausführungsbeispiel für jedes Batteriemodul 10 zwei Haltenuten 36 vorgesehen sind. Die Haltenut 36 weist genau eine Einsetzaussparung 38 auf, über welche die in Längsrichtung 14 hintereinander angeordneten Hammerköpfe 26, 30 in die jeweilige zugeordnete Haltenut 36 eingesetzt werden können. Dadurch ist eine Relativbewegung des Batteriemoduls 10 zum Tragboden 34 in einer Querrichtung 40 gesperrt. Das Batteriemodul 10 kann entlang der Haltenut 36 in Längsrichtung 14 verschoben werden, so dass die Hammerköpfe 26, 30 an sich an den Einsatzaussparungen anschließenden Vorsprüngen 42 in vertikaler Richtung 44 anschlagen können. Die maximale relative Verschiebbarkeit des Batteriemoduls 10 in Längsrichtung 14 kann durch stirnseitige Endanschläge 46 der Haltenut 36 begrenzt werden, wobei einer der Endanschläge 46 eine definierte Endstellung des Batteriemoduls 10 relativ zum Tragboden 34 vorgeben kann. Ferner kann ein Kühlmodul 48 zur Temperierung der Batteriezellen 18 mit dem Batteriemodul 10 verbunden sein. Das Kühlmodul 48 kann insbesondere einen plattenförmigen Kühlkörper 50 aufweisen, der vorzugsweise die gesamte Oberseite des Batteriemoduls abdeckt.
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Wie in 3 dargestellt kann die erste Hammerkopfschraube 24 mit einer ersten Mutter 52 und die zweite Hammerkopfschraube 28 mit einer zweiten Mutter 54 verschraubt sein. Bevor der Kühlkörper 50 mit dem Batteriemodul 10 verbunden wird, sind die Muttern 52, 54 für ein Werkzeug zum Verschrauben der Hammerkopfschrauben 24, 28 mit den Muttern 52, 54 zugänglich, so dass das Batteriemodul 10 bei der Montage mit dem Tragboden 34 bewegungsfest verschraubt werden kann, indem die Vorsprünge 42 der Haltenuten 36 zwischen den Hammerköpfen 26, 30 und dem Modulboden 22 verklemmt werden. Nach der Montage des Kühlmoduls 48 sind die Muttern 52, 54 durch den Kühlkörper 50 abgedeckt und vor Umwelteinflüssen geschützt.
