DE102013200588A1 - Zellenrahmen für ein Batteriemodul eines Elektrofahrzeugs mit verlängerter Reichweite - Google Patents
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Abstract
Ein klappbarer Rahmen für eine Batteriezellenbaugruppe weist einen einteiligen Hauptkörper auf. Der Hauptkörper weist einen ersten Abschnitt, einen zweiten Abschnitt und einen dritten Abschnitt auf. Der erste Abschnitt ist mit sowohl einem zweiten Abschnitt als auch einem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt. Der erste Abschnitt ist zur Aufnahme einer ersten Batteriezelle konfiguriert. Der zweite Abschnitt ist zur Aufnahme einer Ausdehnungseinheit und einer zweiten Batteriezelle konfiguriert. Der zweite Abschnitt ist über die erste Batteriezelle geklappt. Der dritte Abschnitt ist zum Klappen über die zweite Batteriezelle konfiguriert, wodurch sowohl die erste Batteriezelle, die Ausdehnungseinheit als auch die zweite Batteriezelle in dem klappbaren Rahmen gesichert werden.
Description
- GEBIET DER ERFINDUNG
- Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Batterie und insbesondere einen Rahmen für Batteriezellen der Batterie.
- HINTERGRUND DER ERFINDUNG
- Eine Batteriezelle ist als saubere, effiziente und umweltbewusste Leistungsquelle für Elektrofahrzeuge und verschiedene weitere Anwendungen vorgeschlagen worden. Eine Art von Batteriezelle ist als die Lithium-Ionen-Batterie bekannt. Die Lithium-Ionen-Batterie ist wiederaufladbar und kann zu einer breiten Vielzahl von Formen und Größen geformt werden, um in Elektrofahrzeugen verfügbaren Raum effizient zu füllen. Die Batteriezelle kann zum Beispiel von prismatischer Form sein, um ein Stapeln der Batteriezellen zu erleichtern. In einer Batterie können mehrere einzelne Batteriezellen vorgesehen werden, um einen zum Betreiben von Elektrofahrzeugen ausreichenden Leistungsbetrag vorzusehen.
- Typische prismatische Batteriezellen weisen ein Paar von kunststoffbeschichteten Metallschichten auf, die um einen Umfang der Batteriezelle schmelzgeschweißt sind, um die Batteriezellenkomponenten abzudichten. Das Abdichten der Batteriezellen beginnt im Allgemeinen damit, dass eine der kunststoffbeschichteten Metallschichten mit einem Hohlraum versehen wird, der manchmal als ”Butterschalen”-Form bezeichnet wird. Die Batteriezellenkomponenten werden in dem Hohlraum der kunststoffbeschichteten Metallschicht angeordnet. Die andere der kunststoffbeschichteten Metallschichten wird dann oben auf die Batteriezellenkomponenten gesetzt und an dem Umfang an die eine der kunststoffbeschichteten Metallschichten mit dem Hohlraum zum Beispiel durch Heißversiegeln um die Ränder schmelzgeschweißt. Vor dem Fertigstellen der Versiegelung wird die Zelle evakuiert. Dadurch wird die Batteriezelle für den Einbau in der Batterie vorgesehen.
- Batteriezellen, wie Lithiumionen-Batteriezellen, sind bekanntermaßen während des Betriebs und infolge eines Ladezyklus beim Wiederaufladen einer Expansion bzw. Ausdehnung und Kontraktion ausgesetzt. Wiederholte Zyklen einer Ausdehnung und Kontraktion können den Langzeitbetrieb von Lithiumionenbatterien beeinträchtigen. Es ist bekannt gewesen, Polymerschaum-Ausdehnungseinheiten zwischen einzelne Batteriezellen der Batterie einzusetzen, um die Ausdehnung und Kontraktion der Batteriezellen im Betrieb aufzunehmen, einen Einfluss der Ausdehnung und Kontraktion auf die Haltbarkeit der Batterie zu minimieren und jegliche Herstell- und Zusammenbautoleranzen zu kompensieren. Es sind auch Zellenrahmen verwendet worden, um die Batteriezellen und die Ausdehnungseinheiten zusammen zu halten. Jedoch bestanden bekannte Zellenrahmen unerwünscht aus einzelnen Teilen, die vor dem Zusammenbau separat hergestellt und gehandhabt werden mussten.
- Es existiert ein fortwährender Bedarf nach einem Mittel zum mechanischen Halten und Schützen von Batteriezellen und Ausdehnungseinheiten, das eine elektrische Isolierung der Batteriezellen bereitstellt und eine Installation der Batteriezellen und Ausdehnungseinheiten in eine Batterie als eine Batteriezellenbaugruppe zulässt. Das Mittel soll eine einteilige monolithische Komponente sein, die eine Komplexität der Herstellung, Handhabung und des Zusammenbaus der Batterie minimiert.
- ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
- In Übereinstimmung mit der vorliegenden Offenbarung ist überraschend ein Mittel zum mechanischen Halten und Schützen von Batteriezellen und Ausdehnungseinheiten entdeckt worden, das eine elektrische Isolierung der Batteriezellen bereitstellt und eine Installation der Batteriezellen und Ausdehnungseinheiten in eine Batterie als eine Batteriezellenbaugruppe zulässt, und das eine einteilige monolithische Komponente ist, die eine Komplexität der Herstellung, Handhabung und des Zusammenbaus der Batterie minimiert.
- Bei einer Ausführungsform weist ein klappbarer Rahmen für eine Batteriezellenbaugruppe einen einteiligen Hauptkörper auf, der einen ersten Abschnitt besitzt, der mit einem zweiten Abschnitt und einem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt ist. Der erste Abschnitt ist zur Aufnahme einer ersten Batteriezelle konfiguriert. Der zweite Abschnitt ist zum Klappen über die erste Batteriezelle und zur Aufnahme einer Ausdehnungseinheit und einer zweiten Batteriezelle konfiguriert. Der dritte Abschnitt ist zum Klappen über die zweite Batteriezelle und zum Schließen des Rahmens konfiguriert.
- Bei einer anderen Ausführungsform weist eine Batteriezellenbaugruppe eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle auf. Eine Ausdehnungseinheit ist zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle angeordnet. Ein klappbarer Rahmen weist einen einteiligen Hauptkörper auf, der einen ersten Abschnitt besitzt, der mit sowohl einem zweiten Abschnitt und einem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt ist. Der erste Abschnitt nimmt die erste Batteriezelle auf, der zweite Abschnitt nimmt die Ausdehnungseinheit und die zweite Batteriezelle auf und ist über die erste Batteriezelle geklappt. Der dritte Abschnitt ist über die zweite Batteriezelle geklappt.
- Bei einer weiteren Ausführungsform weist ein Verfahren zum Herstellen der Batteriezellenbaugruppe, die den klappbaren Rahmen aufweist, die Schritte auf: A) Anordnen der ersten Batteriezelle in dem ersten Abschnitt; B) Klappen des zweiten Abschnitts über die erste Batteriezelle; C) Anordnen der Ausdehnungseinheit in dem zweiten Abschnitt; D) Anordnen der zweiten Batteriezelle an der Ausdehnungseinheit; und E) Klappen des dritten Abschnitts über die zweite Batteriezelle. Der dritte Abschnitt wirkt mit dem zweiten Abschnitt zusammen, um sowohl die erste Batteriezelle, die Ausdehnungseinheit als auch die zweite Batteriezelle in dem klappbaren Rahmen zu sichern und die Batteriezelle zu bilden.
- ZEICHNUNGEN
- Die obigen wie auch weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann leicht aus der folgenden detaillierten Beschreibung insbesondere unter Bezugnahme auf die hier beschriebenen Zeichnungen offensichtlich.
-
1 ist eine Seitenansicht in Explosionsdarstellung einer Batteriezellenbaugruppe gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung, die einen stufenweisen Zusammenbau der Batteriezelle unter Verwendung eines Zellenrahmens zeigt; -
2 ist eine bruchstückhafte Seitenansicht der Batteriezellenbaugruppe, die in1 gezeigt ist, wobei die gezeigte Batteriezellenbaugruppe mit einem im Querschnitt gezeigten Teil zusammengebaut wird, um ein Inneres der Batteriezellenbaugruppe zu veranschaulichen; -
3 ist eine Seitenansicht des Zellenrahmens, der in der Batteriezellenbaugruppe verwendet wird, die in den1 bis2 gezeigt; -
4 ist eine Draufsicht von oben auf den Zellenrahmen, der in3 gezeigt ist; und -
5 ist eine Draufsicht von unten auf den Zellenrahmen, der in3 gezeigt ist. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- Die folgende detaillierte Beschreibung und die angefügten Zeichnungen beschreiben und veranschaulichen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung. Die Beschreibung und die Zeichnungen dienen dazu, den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung durchzuführen und anzuwenden, und sind nicht dazu bestimmt, den Schutzumfang der Erfindung auf irgendeine Weise zu beschränken. In Bezug auf die offenbarten Verfahren sind die dargestellten Schritte lediglich beispielhafter Natur und somit weder notwendig noch kritisch.
- Bezug nehmend auf die
1 und2 ist eine Batteriezellenbaugruppe100 für eine Batterie (nicht gezeigt) gezeigt. Die Batteriezellenbaugruppe100 weist ein Paar von Batteriezellen102 ,104 auf, das eine Batteriezelle102 und eine zweite Batteriezelle104 aufweist, wobei eine Ausdehnungseinheit106 dazwischen angeordnet ist. Die Batteriezellen102 ,104 sind zur Erzeugung von Leistung aus einer elektrochemischen Reaktion konfiguriert. Die Batteriezellen können jeweils beispielsweise eine prismatische Batteriezelle sein, wie in der vom Anmelder ebenfalls anhängigen U.S.-Patentanmeldung Seriennummer 13/035,236 von Heise beschrieben und gezeigt ist. Als ein nicht beschränkendes Beispiel ist jede der Batteriezel len102 ,104 eine prismatische Lithiumionen-(Li-Ionen-)Beutelzelle mit elektrischen Laschen, um die Batteriezellen102 ,104 in elektrische Kommunikation mit einer Last, wie einem Elektrofahrzeug, zu bringen. Die Ausdehnungseinheit kann eine Polymer- oder Schaumschicht sein, die eine Ausdehnung und Kontraktion der Batteriezellen102 ,104 während des Betriebs zulässt. Es sei angemerkt, dass auch andere Typen der Batteriezellen, die einen anderen Aufbau und eine andere Elektrochemie verwenden, sowie andere Typen von Ausdehnungseinheiten innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung verwendet werden können. - Die Batteriezellenbaugruppe
100 der vorliegenden Offenbarung weist einen klappbaren Rahmen200 auf. Der klappbare Rahmen200 weist einen einteiligen Hauptkörper202 auf. Der einteilige Hauptkörper202 ist aus einem dielektrischen Material geformt. Bei bestimmten Ausführungsformen ist der einteilige Hauptkörper202 aus einem Giesskunststoff geformt und ist elektrisch isolierend. Gegebenenfalls können auch andere dielektrische Materialien verwendet werden, die zum Formen des einteiligen Hauptkörpers202 geeignet sind. - Der einteilige Hauptkörper
202 besitzt einen ersten Abschnitt204 , der mit einem zweiten Abschnitt206 und einem dritten Abschnitt208 mit einer Mehrzahl von Filmscharnieren209 gekoppelt ist. Jedes der Filmscharniere209 ist ein dünnes flexibles Scharnier, das aus Kunststoff besteht und den zweiten Abschnitt206 und den dritten Abschnitt208 mit dem ersten Abschnitt204 verbindet. Die Filmscharniere209 erlauben ein Klappen des zweiten Abschnitts206 und des dritten Abschnitts208 über den ersten Abschnitt204 , wenn sich ausgedünnte Teile des Kunststoffs der Filmscharniere209 biegen, um eine Bewegung zuzulassen. Bei einer illustrativen Ausführungsform sind die Filmscharniere209 als Teil des einteiligen Hauptkörpers202 beispielsweise aus Gusskunststoff geformt. - Der erste Abschnitt
204 ist zur Aufnahme der ersten Batteriezelle102 konfiguriert. Der zweite Abschnitt ist zur Aufnahme der Ausdehnungseinheit106 und der zweiten Batteriezelle104 konfiguriert. Beim Zusammenbau der Batteriezellenbaugruppe100 , wie in2 gezeigt ist, wird der zweite Abschnitt über die erste Batteriezelle102 geklappt und der dritte Abschnitt208 über die zweite Batteriezelle104 geklappt. - Nun Bezug nehmend auf die
3 bis5 besitzt der einteilige Hauptkörper202 im nicht geklappten Zustand eine obere Seite210 und eine untere Seite212 . Die obere Seite210 des dritten Abschnitts208 kann zumindest eine Ausstülpung214 besitzen. Die untere Seite212 des zweiten Abschnitts206 kann zumindest ein Loch216 besitzen. Das zumindest eine Loch216 ist zur Aufnahme der zumindest einen Ausstülpung214 konfiguriert, wenn der Rahmen200 geklappt wird, wie in2 gezeigt ist. Bei einer bestimmten Ausführungsform ist das zumindest eine Loch216 zur Übermaßpassung oder Schnapppassung mit der zumindest einen Ausstülpung214 konfiguriert, wenn der Rahmen200 geklappt wird. Es kann auch ein anderes Mittel zum Sichern des klappbaren Rahmens200 in der geklappten Position innerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Offenbarung verwendet werden. - Wie in
4 gezeigt ist, kann sowohl der erste Abschnitt204 als auch der dritte Abschnitt208 zumindest einen darin geformten Schlitz218 besitzen. Es sei angemerkt, dass der zumindest eine Schlitz218 so konfiguriert ist, dass er elektrische Laschen (nicht gezeigt) der ersten Batteriezelle102 und der zweiten Batteriezelle104 zum Zweck der elektrischen Verbindung der Batteriezellenbaugruppe100 mit anderen Batteriezellen100 in einem Batteriezellenstapel und anschließend mit einer Last aufnimmt. - Bei bestimmten Ausführungsformen besitzt der erste Abschnitt
204 des einteiligen Hauptkörpers202 eine erste Seite220 und eine zweite Seite222 . Der zweite Abschnitt206 des einteiligen Hauptkörpers202 kann mit der ersten Seite220 des ersten Abschnitts204 mit den Filmscharnieren209 gekoppelt sein. Der dritte Abschnitt208 kann auch mit der zweiten Seite222 des ersten Abschnitts204 mit den Filmscharnieren209 gekoppelt sein. - Bei einem nicht beschränkenden Beispiel kann das zumindest eine Loch
216 in der unteren Seite212 des zweiten Abschnitts206 des einteiligen Hauptkörpers202 nahe der ersten Seite220 des ersten Abschnitts204 geformt sein. Gleichermaßen kann die zumindest eine Ausstülpung214 zum Zusammenwirken mit dem zumindest einen Loch216 an der oberen Seite210 des dritten Abschnitts208 des einteiligen Hauptkörpers202 distal zu der zweiten Seite222 des ersten Abschnitts204 geformt sein, so dass die zumindest eine Ausstülpung214 mit dem zumindest einen Loch216 beim Klappen des Rahmens200 zusammenwirken kann. - Bei weiteren Ausführungsformen besitzt sowohl der erste Abschnitt
204 , der zweite Abschnitt206 als auch der dritte Abschnitt208 eine Zentralöffnung224 ,226 ,228 . Vorteilhafterweise erlauben die Zentralöffnungen224 ,226 ,228 gemeinsam einen Kontakt sowohl der ersten Batteriezelle102 als auch der zweiten Batteriezelle104 mit der Ausdehnungseinheit106 beim Klappen des Rahmens200 und beim Zusammenbau der Batteriezellenbaugruppe100 . - Mit neuerlichem Bezug auf die
1 weist die vorliegende Offenbarung ein Verfahren zum Herstellen der Batteriezellenbaugruppe100 auf. Das Verfahren umfasst einen Schritt A) zum Anordnen der ersten Batteriezelle102 in dem ersten Abschnitt204 des Rahmens200 . Bei einem Schritt B) wird der zweite Abschnitt206 des Rahmens200 über die erste Batteriezelle102 geklappt. Die Ausdehnungseinheit106 wird dann in dem Abschnitt206 des Rahmens200 bei einem Schritt C) angeordnet. Bei Schritt D) wird die zweite Batteriezelle104 an der Ausdehnungseinheit 1 bis 6 angeordnet. Die Batteriezellenbaugruppe100 ist fertiggestellt, wenn bei einem Schritt E) der dritte Abschnitt208 des Rahmens200 über die zweite Batteriezelle104 geklappt wird. Es sei angemerkt, dass im zusammengebauten Zustand sowohl die erste Batteriezelle102 als auch die zweite Batteriezelle104 an der Ausdehnungseinheit106 anliegen. Das Klappen des dritten Abschnitts208 des Rahmens200 über die zweite Batteriezelle104 sichert sowohl die erste Batteriezelle102 , die zweite Batteriezelle104 als auch die Ausdehnungseinheit106 in dem klappbaren Rahmen200 . - Das Verfahren kann ferner einen Schritt zum Anordnen der Ausstülpung
214 in dem Loch216 aufweisen, wenn der dritte Abschnitt208 über die zweite Batteriezelle104 geklappt wird. Insbesondere werden, wenn die Ausstülpung214 durch Übermaßpassung oder Schnapppassung in das Loch216 passt, die erste Batteriezelle102 , die Ausdehnungseinheit106 und die zweite Batteriezelle104 in dem klappbaren Rahmen200 gesichert, um die Batteriezellenbaugruppe100 zu formen. - Beim Zusammenbau einer Mehrzahl der Batteriezellenbaugruppen
100 können die Batteriezellenbaugruppen100 in einem Wärmetauscher installiert werden, um ein Modul d. h. eine kompakte unabhängige Baugruppe zu erzeugen, die eine Anzahl der Batteriezellenbaugruppen100 , den Wärmetauscher, damit in Verbindung stehende Elektronik, etc. enthält und die dann elektrisch als eine Batterie verbunden werden können, um Leistung an ein Elektrofahrzeug zu liefern. - Vorteilhafterweise sieht die Batteriezellenbaugruppe
100 , die den klappbaren Rahmen200 der vorliegenden Offenbarung aufweist, eine leichte Teilehandhabung ohne Bedarf nach einer Vormontage von Teilen und zusätzlicher Werkzeugausstattung vor. Die Batteriezellenbaugruppe100 und der klappbare Rahmen200 erfordern auch keine zusätzlichen Teile, wie Befestigungseinrichtungen und Verbindungen bzw. Gelenke. Insbesondere stellen die Filmscharniere209 einen klaren Zusammenbauprozess sicher und wirken einem Fehlen von Teilen und Ablaufschritten des Zusammenbaus entgegen. Aufgrund der bekannten Haltbarkeit von Filmscharnieren209 sind ein wiederholtes Auseinander- und Wiederzusammenbauen der Batteriezellenbaugruppe100 zu Zwecken der Reparatur, der Wartung und des Recyclings durch die Batteriezellenbaugruppe100 und den klappbaren Rahmen200 ebenfalls erleichtert. - Während bestimmte repräsentative Ausführungsformen und Einzelheiten zu Zwecken der Veranschaulichung gezeigt worden sind, sei dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen ohne Abweichung von dem Schutzumfang der Offenbarung durchgeführt werden können, der ferner in den folgenden angefügten Ansprüchen beschrieben ist.
Claims (10)
- Klappbarer Rahmen für eine Batteriezellenbaugruppe, umfassend: einen einteiligen Hauptkörper mit einem ersten Abschnitt, der mit einem zweiten Abschnitt und einem dritten Abschnitt über Filmscharniere gekoppelt ist, wobei der erste Abschnitt zur Aufnahme einer ersten Batteriezelle konfiguriert ist, der zweite Abschnitt zur Aufnahme einer Ausdehnungseinheit und einer zweiten Batteriezelle und zum Klappen über die erste Batteriezelle konfiguriert ist und der dritte Abschnitt zum Klappen über die zweite Batteriezelle konfiguriert ist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 1, wobei der einteilige Hauptkörper im nicht geklappten Zustand eine obere Seite und eine untere Seite aufweist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 2, wobei die untere Seite des zweiten Abschnitts des einteiligen Hauptkörpers zumindest ein Loch besitzt und die obere Seite des dritten Abschnitts zumindest eine Ausstülpung besitzt.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 3, wobei das zumindest eine Loch zur Aufnahme der zumindest einen Ausstülpung konfiguriert ist, wenn der Rahmen geklappt ist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 4, wobei das zumindest eine Loch zur Schnapppassung mit der zumindest einen Ausstülpung konfiguriert ist, wenn der Rahmen geklappt ist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 1, wobei sowohl der erste Abschnitt als auch der dritte Abschnitt zumindest einen darin geformten Schlitz besitzen, der zur Aufnahme elektrischer Laschen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle konfiguriert ist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 1, wobei der erste Abschnitt eine erste Seite und eine zweite Seite besitzt, wobei der zweite Abschnitt mit der ersten Seite des ersten Abschnitts mit den Filmscharnieren gekoppelt ist und der dritte Abschnitt mit der zweiten Seite des ersten Abschnitts mit den Filmscharnieren gekoppelt ist.
- Klappbarer Rahmen nach Anspruch 1, wobei der einteilige Hauptkörper, der den ersten Abschnitt aufweist, der mit dem zweiten Abschnitt und dem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt ist, aus Gießkunststoff geformt ist.
- Batteriezellenbaugruppe, umfassend: eine erste Batteriezelle und eine zweite Batteriezelle; eine Ausdehnungseinheit, die zwischen der ersten Batteriezelle und der zweiten Batteriezelle angeordnet ist; und einen klappbaren Rahmen mit einem einteiligen Hauptkörper, der einen ersten Abschnitt aufweist, der mit einem zweiten Abschnitt und einem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt ist, wobei der erste Abschnitt die erste Batteriezelle aufnimmt, der zweite Abschnitt die Ausdehnungseinheit und die zweite Batteriezelle aufnimmt und über die erste Batteriezelle geklappt ist und der dritte Abschnitt über die zweite Batteriezelle geklappt ist.
- Verfahren zum Herstellen der Batteriezellenbaugruppe mit einem klappbaren Rahmen, wobei der klappbare Rahmen einen einteiligen Hauptkörper mit einem ersten Abschnitt aufweist, der mit einem zweiten Abschnitt und einem dritten Abschnitt mit Filmscharnieren gekoppelt ist, wobei der erste Abschnitt zur Aufnahme einer ersten Batteriezelle konfiguriert ist, der zweite Abschnitt zur Aufnahme einer Ausdehnungseinheit und einer zweiten Batteriezelle und zum Klappen über die erste Batteriezelle konfiguriert ist und der dritte Abschnitt zum Klappen über die zweite Batteriezelle konfiguriert ist, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: A) Anordnen der ersten Batteriezelle in dem ersten Abschnitt; B) Klappen des zweiten Abschnitts über die erste Batteriezelle; C) Anordnen der Ausdehnungseinheit in dem zweiten Abschnitt; D) Anordnen der zweiten Batteriezelle an der Ausdehnungseinheit; und E) Klappen des dritten Abschnitts über die zweite Batteriezelle, wobei der dritte Abschnitt mit dem zweiten Abschnitt zusammenwirkt, um sowohl die erste Batteriezelle, die Ausdehnungseinheit als auch die zweite Batteriezelle in dem klappbaren Rahmen zu sichern.
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