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Die Erfindung betrifft einen Zellblock für eine Kraftfahrzeugbatterie und eine Kraftfahrzeugbatterie mit einem erfindungsgemäßen Zellblock.
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Es sind bereits Zellblöcke für eine Kraftfahrzeugbatterie mit einer Mehrzahl von seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen und mit komprimierbaren Druckelementen, die zumindest dazu vorgesehen sind, zu einem Ausgleich einer Volumenzunahme der Batteriezellen während eines Ladens und Entladens der Batteriezellen komprimiert zu werden, bekannt.
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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Zellblock mit angepasstem Komprimierverhalten von Druckelementen bereitzustellen. Sie wird durch eine erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die Erfindung geht aus von einem Zellblock für eine Kraftfahrzeugbatterie mit einer Mehrzahl von seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen und mit komprimierbaren Druckelementen, die zumindest dazu vorgesehen sind, zu einem Ausgleich einer Volumenzunahme der Batteriezellen während eines Ladens und Entladens der Batteriezellen komprimiert zu werden.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, eine andere Komprimierbarkeit aufweisen als die Druckelemente, die an einem Zellblockende angeordnet sind. Dadurch kann ein Komprimierverhalten der Druckelemente an auftretende Belastungen angepasst werden. Insbesondere können Druckelemente, an denen eine geringere Belastung auftritt, mit einer geringeren Komprimierbarkeit ausgeführt werden. Dadurch kann eine gesamte Kraftbeaufschlagung des Zellblocks und/oder eine gesamte Zellblockabmessung minimiert werden. Unter „komprimierbaren Druckelementen” sollen in diesem Zusammenhang seitlich an den Batteriezellen angeordnete Elemente verstanden werden, die dazu vorgesehen sind, bei einer Ausdehnung der Batteriezellen komprimiert zu werden und dadurch eine Positionsverschiebung von Batteriezellen zu vermeiden. Grundsätzlich können die komprimierbaren Druckelemente auch dazu vorgesehen sein, eine Federkraft auf die Batteriezellen auszuüben, um eine Volumenzunahme der Batteriezellen in Richtung auf die Druckelemente durch Gegendruck zu vermeiden.
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Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, untereinander eine identische Komprimierbarkeit aufweisen und die Druckelemente, die an einem Zellblockende angeordnet sind, untereinander eine identische Komprimierbarkeit aufweisen. Dadurch kann eine Verringerung einer Anzahl von vorzuhaltenden unterschiedlichen Druckelementen erreicht werden.
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Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, und die Druckelemente, die an einem Zellblockende angeordnet sind, jeweils eine einzelne Spannmatte aufweisen, wobei eine Mattenstärke der Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, doppelt so groß ist wie eine Mattenstärke der Druckelemente, die an einem Zellblockende angeordnet sind. Es können somit auf konstruktiv einfache Weise die Druckelemente mit unterschiedlicher Komprimierbarkeit bereitgestellt werden. Ferner können Montagefehler vermieden werden, da die Druckelemente unterschiedlicher Komprimierbarkeit sich optisch eindeutig voneinander unterscheiden.
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Ferner wird vorgeschlagen, dass die Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, und die Druckelemente, die an einem Zellblockende angeordnet sind, Spannmatten identischer Mattenstärken aufweisen, wobei die Druckelemente, die zwischen zwei Batteriezellen angeordnet sind, doppelt so viele Spannmatten aufweisen wie die Druckelemente an einem Zellblockende. Dadurch können die Druckelemente durch eine einzige Art von vorzuhaltenden Spannmatten gebildet werden.
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Des Weiteren wird eine Kraftfahrzeugbatterie mit einem erfindungsgemäßen Zellblock vorgeschlagen.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Dabei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugantriebsstrangs mit einer Kraftfahrzeugbatterie mit einem erfindungsgemäßen Zellblock,
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2 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks und
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3 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Zellblocks.
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Die 1 und 2 zeigen schematisiert einen Kraftfahrzeugantriebsstrang mit einer Kraftfahrzeugbatterie 30a sowie einen Zellblock 45a aus Batteriezellen 10a für die Hochvolt-Kraftfahrzeugbatterie im Detail. Der Kraftfahrzeugantriebsstrang umfasst einen Verbrennungsmotor 42a und einen Elektromotor 43a, die zum Antrieb von Antriebsrädern 44a vorgesehen sind. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a ist insbesondere zur Abgabe von elektrischer Leistung an den Elektromotor 43a und zur Aufnahme von elektrischer Leistung, die der Elektromotor 43a in einem Generatorbetrieb erzeugt, vorgesehen. Die Kraftfahrzeugbatterie 30a ist als eine Hochvolt-Kraftfahrzeugbatterie ausgebildet.
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Die Kraftfahrzeugbatterie 30a umfasst einen oder mehrere Zellblöcke 45a. Die Zellblöcke 45a umfassen eine Mehrzahl von Batteriezellen 10a. Die Zellblöcke 45a sowie die Batteriezellen 10a in den Zellblöcken 45a sind elektrisch parallel und/oder seriell geschaltet, um eine für den Kraftfahrzeugantriebsstrang erforderliche Spannung und Kapazität bereitzustellen. Die Batteriezellen 10a weisen jeweils eine Zellspannung im Niedervoltbereich auf, die von einer verwendeten Zellchemie abhängt. Bei einer Ausbildung der Batteriezellen 10a als Lithium-Ionen-Batterien beträgt die Zellspannung beispielsweise 3,6 Volt. Grundsätzlich kann die Zellspannung aber auch andere Werte aufweisen. Das Kraftfahrzeug weist je nach Verschaltung der Batteriezellen 10a eine Betriebsspannung auf, die in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Verwendung im Niedervoltbereich oder im Hochvoltbereich liegen kann. Ist die Kraftfahrzeugbatterie 30a als Starterbatterie ausgebildet, kann die Betriebsspannung beispielsweise bei 12 Volt liegen. Insbesondere für eine Anwendung in einem Hybridantriebsstrang oder Elektroantriebsstrang kann die Kraftfahrzeugbatterie 30a auch für eine Betriebsspannung von 120 Volt oder mehr vorgesehen sein.
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Die Kraftfahrzeugbatterie 30a weist ein Gehäuse 31a auf, das die Batteriezellen 10a aufnimmt. Weiter umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 30a eine Elektronik 32a, die insbesondere zur Überwachung der Batteriezellen 10a sowie zur Einstellung einer elektrischen Leistung, die den Batteriezellen 10a zugeführt oder den Batteriezellen 10a entnommen wird, vorgesehen ist. Außerdem umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 30a eine Temperiereinrichtung 33a für die Batteriezellen 10a und/oder die Elektronik 32a, welche insbesondere zur Kühlung und/oder Heizung der Batteriezellen 10a vorgesehen ist. Die Temperiereinrichtung 33a umfasst eine Kühlplatte 34a, die mit Kanälen für ein Fluid versehen ist. Die Kühlplatte 34a wird in einem Betrieb von einem Klimakühlmittel oder einer Kühlflüssigkeit als Kühlfluid durchströmt. Die Batteriezellen 10a, die Elektronik 32a und die Temperiereinrichtung 33a befinden sich in dem gemeinsamen Gehäuse 31a.
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Sämtliche Batteriezellen 10a sind analog ausgebildet. Um in der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen zwischen den einzelnen Batteriezellen 10a unterscheiden zu können, sind die Bezugszeichen der einzelnen Batteriezellen 10a um eine mit einem Punkt gekennzeichnete Nummerierung ergänzt, die lediglich der Unterscheidung der Batteriezellen 10a in der Beschreibung und den Zeichnungen dient. Bauteile der einzelnen Batteriezellen 10a sind, sofern eine Unterscheidung zwischen den Bauteilen der einzelnen Batteriezellen 10a hilfreich ist, mit einer Punktnummerierung der jeweiligen Batteriezelle 10a versehen. Bezugszeichen ohne Nummerierung beziehen sich immer auf alle Bauteile, welche das gleiche Bezugszeichen aufweisen. Eine Beschreibung der einzelnen Batteriezelle 10a ist beispielsweise auf sämtliche Batteriezellen 10.1a, 10.2a übertragbar. Bezüglich weiterer, von den Batteriezellen 10a verschiedener Bauteile, die mehrfach analog ausgebildet vorliegen, sind die Bezugszeichen ebenfalls um eine mit einem Punkt gekennzeichnete Nummerierung ergänzt, die lediglich der Unterscheidung der Bauteile in der Beschreibung und den Zeichnungen dient.
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Zu einer äußeren Fixierung von Abmessungen des Zellblocks 45a umfasst der Zellblock 45a Endfixierungsplatten 64a, 65a aus einem starren Material, die an Zellblockenden 50a, 51a angeordnet sind. Ein Fixierband 66a ist zum Zusammenhalten der Batteriezellen 10a des Zellblocks 45a um die Batteriezellen 10a und die Endfixierungsplatten 64a, 65a gespannt.
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Der Zellblock 45a weist komprimierbare Druckelemente 62a, 63a auf, die zumindest dazu vorgesehen sind, zu einem Ausgleich einer Volumenzunahme der Batteriezellen 10a während eines Ladens und Entladens der Batteriezellen 10a komprimiert zu werden. Die Druckelemente 62a, 63a sind jeweils zwischen zwei Batteriezellen 10a sowie an den Zellblockenden 50a, 51a angeordnet. Eine Volumenzunahme der Batteriezellen 10a findet beispielsweise bei einem Auffüllen der Batteriezellen 10a mit Elektrolyt und während eines Ladens und Entladens der Batteriezellen 10a statt. Die Druckelemente 62a, 63a werden durch ein zusätzliches Volumen der Batteriezellen 10a komprimiert. Durch eine Aufnahme der Volumenzunahme der Batteriezellen 10a werden eine Druckbelastung benachbarter Batteriezellen 10a sowie eine Positionsverschiebung der Batteriezellen 10a innerhalb des Zellblocks 45a vermieden.
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Die Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, weisen eine andere Komprimierbarkeit auf als die Druckelemente 63a, die an einem Zellblockende 50a, 51a angeordnet sind. Die Druckelemente 63a an den Zellblockenden 50a, 51a sind dazu vorgesehen, eine geringere Volumenzunahme aufzunehmen als die Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, da die Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, zur Volumenzunahme zweier Batteriezellen 10a vorgesehen sind. Die Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, weisen untereinander eine identische Komprimierbarkeit auf und die Druckelemente 63a, die an einem Zellblockende 50a, 51a angeordnet sind, weisen untereinander eine identische Komprimierbarkeit auf.
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Die Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, und die Druckelemente 62a, 63a, die an einem Zellblockende 50a, 51a angeordnet sind, weisen jeweils eine einzelne Spannmatte 67a, 68a auf, wobei eine Mattenstärke der Druckelemente 62a, die zwischen zwei Batteriezellen 10a angeordnet sind, doppelt so groß ist wie eine Mattenstärke der Druckelemente 63a, die an einem Zellblockende 50a, 51a angeordnet sind. Die Spannmatten 67a, 68a sind aus einem PU-Schaum hergestellt. Die Druckelemente 62a, 63a werden durch die Volumenzunahme der Batteriezellen 10a komprimiert und kehren nach einer Abnahme der Volumenzunahme der Batteriezellen 10a in eine ursprüngliche Form zurück. In alternativen Ausgestaltungen können die Spannmatten 67a, 68a auch dazu vorgesehen sein, eine Federkraft zur Begrenzung der Volumenzunahme der Batteriezellen 10a bereitzustellen und können dazu ein Federelement aufweisen.
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In der 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen und die Zeichnungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung der anderen Ausführungsbeispiele, insbesondere der 1 bis 2, verwiesen wird. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in den 1 bis 2 nachgestellt. Im Ausführungsbeispiel der 3 ist der Buchstabe a durch den Buchstaben b ersetzt.
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Das Ausführungsbeispiel der 3 entspricht im Wesentlichen dem vorhergehenden Ausführungsbeispiel. Ein Zellblock 45b weist komprimierbare Druckelemente 62b, 63b auf, die zumindest dazu vorgesehen sind, zu einem Ausgleich einer Volumenzunahme von Batteriezellen 10b während eines Ladens und Entladens der Batteriezellen 10b komprimiert zu werden. Die Druckelemente 62b, die zwischen zwei Batteriezellen 10b angeordnet sind, weisen eine andere Komprimierbarkeit auf als die Druckelemente 63b, die an einem Zellblockende 50b, 51b angeordnet sind. Die Druckelemente 62b, die zwischen zwei Batteriezellen 10b angeordnet sind, und die Druckelemente 63b, die an einem Zellblockende 50b, 51b angeordnet sind, weisen Spannmatten 67b identischer Mattenstärken auf, wobei die Druckelemente 62b, die zwischen zwei Batteriezellen 10b angeordnet sind, doppelt so viele Spannmatten 67b aufweisen wie die Druckelemente 62b, 63b an einem Zellblockende 50b, 51b.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriezelle
- 30
- Kraftfahrzeugbatterie
- 31
- Gehäuse
- 32
- Elektronik
- 33
- Temperiereinrichtung
- 42
- Verbrennungsmotor
- 43
- Elektromotor
- 44
- Antriebsrädern
- 45
- Zellblock
- 50
- Zellblockende
- 51
- Zellblockende
- 62
- Druckelement
- 63
- Druckelement
- 64
- Endfixierungsplatte
- 65
- Endfixierungsplatte
- 66
- Fixierband
- 67
- Spannmatte
- 68
- Spannmatte
