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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Mehrzahl von Batteriezellen, insbesondere für eine Batterieanordnung eines Kraftfahrzeugs, mit einem Gehäusemantel zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriezellen, wobei der Gehäusemantel eine seitliche Lagerung für die Batteriezellen bildet, zwei Fixierelementen, die an gegenüberliegenden Stirnseiten des Gehäusemantels angeordnet sind und jeweils eine stirnseitige Lagerung für die Batteriezellen bilden, wobei der Gehäusemantel eine mechanische Verbindung zwischen den Fixierelementen bildet.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Batterieanordnung mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen.
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Auf dem Gebiet der Batterietechnik zur Speicherung von elektrischer Energie ist es allgemein bekannt, eine Mehrzahl von einzelnen Batteriezellen zu einem Batteriemodul zusammenzuschalten, um entsprechende Ströme oder Spannungen durch die einzelnen Batteriezellen bereitzustellen. Die einzelnen Batteriezellen können dabei unterschiedliche Formen aufweisen und werden üblicherweise in einem Rahmen miteinander mechanisch verbunden. Alternativ können die einzelnen Batteriezellen jeweils mit einer einzelnen Halterung verbunden sein, die mit einer beliebigen Anzahl von weiteren Halterungen von Batteriezellen mechanisch verbunden werden können, um so eine Batterieanordnung aus mehreren Batteriezellen zu bilden. Eine derartige Batterieanordnung mit zusammensteckbaren Halterungen ist beispielsweise aus der
US 2012/0114996 A1 bekannt. Dabei ist es nachteilig, dass die einzelnen Batteriezellen aufwändig mit den jeweiligen Halterungen verbunden werden müssen und die Halterungen dann aufwändig zusammengesteckt werden müssen, um die Batterieanordnung zu bilden. Ferner ist es nachteilig, dass die Batteriezellen für die bekannten zusammensteckbaren Batteriezellen jeweils spezielle Aufnahme- und Verbindungspunkte benötigen und dadurch keine handelsüblichen Batteriezellen verwendet werden können.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein vereinfachtes Batteriemodul bereitzustellen, das mit geringem technischem Aufwand einzelne Batteriezellen miteinander verbinden kann und das mit weiteren Batteriemodulen zu einer Batterie verbunden werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Batteriemodul dadurch gelöst, dass an einer Außenfläche des Gehäusemantels eine Mehrzahl von komplementären Verbindungsabschnitten ausgebildet sind, um den Gehäusemantel mit einem Gehäusemantel eines weiteren Batteriemoduls zu verbinden.
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Diese Aufgabe wird ferner bei der eingangs genannten Batterieanordnung gelöst durch eine Mehrzahl von Batteriemodulen gemäß der vorliegenden Erfindung, die mittels der komplementären Verbindungselemente miteinander verbunden sind, wobei eine Mehrzahl von Batteriezellen in den Batteriemodulen aufgenommen sind.
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Dadurch, dass der Gehäusemantel eine seitliche Lagerung für die Batteriezellen bildet, können Batteriezellen in dem Gehäusemantel mit geringem Aufwand aufgenommen werden und mittels der Fixierelemente in dem Gehäusemantel fixiert werden. Der Gehäusemantel bildet dabei eine mechanische Verbindung zwischen den Fixierelementen, so dass die Batteriezellen vollständig in dem Gehäusemantel aufgenommen sind. Dadurch, dass an der Außenfläche des Gehäusemantels die komplementären Verbindungsabschnitte ausgebildet sind, kann das Batteriemodul mit geringem Aufwand mit einem oder mehreren weiteren Batteriemodulen verbunden werden, so dass mit geringem Aufwand eine beliebige Anzahl von Batteriemodulen mit mehreren Batteriezellen verbunden werden können und so eine Batterie mit einer beliebigen Anzahl von Batteriezellen zusammengeschaltet werden kann. Somit können beliebig viele handelsübliche Batteriezellen zusammengesteckt werden, um eine Batterie mit beliebiger Größe und nahezu beliebiger Leistung bereitzustellen.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird somit vollständig gelöst.
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In einer bevorzugten Ausführungsform bilden die komplementären Verbindungselemente eine formschlüssige Verbindung, die in einer Längsrichtung des Gehäusemantels beweglich ausgebildet ist.
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Dadurch können die zu verbindenden Batteriemodule mit geringem Aufwand durch Aufstecken aneinander befestigt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die komplementären Verbindungselemente Verbindungspaare bilden, von denen eines eine langgestreckte Nut aufweist. Diese langgestreckte Nut weist vorzugsweise einen Hinterschnitt auf, um entsprechend komplementäre Verbindungselemente mit der Nut zu verbinden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn eines der Verbindungspaare ein schwalbenschwanzförmiges Element aufweist, das dazu ausgebildet ist, mit der langgestreckten Nut eine formschlüssige Verbindung zu bilden.
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Dadurch kann mit technisch geringem Aufwand eine feste und axial verschiebliche formschlüssige Verbindung gebildet werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn der Gehäusemantel eine Mehrzahl von Aufnahmeabschnitten bildet, die dazu ausgebildet sind, eine Mehrzahl von zylinderförmigen Batteriezellen aufzunehmen.
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Dadurch können mit technisch geringem Aufwand herkömmliche handelsübliche Batteriezellen in dem Gehäusemantel angeordnet werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Aufnahmeabschnitte in einer Mehrzahl von Reihen mit jeweils einer Mehrzahl von Aufnahmeabschnitten angeordnet sind, und wobei die Aufnahmeabschnitte von benachbarten Reihen versetzt zueinander angeordnet sind.
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Dadurch können die zylinderförmigen Batteriezellen besonders platzsparend in dem Batteriemodul angeordnet werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die Reihen jeweils um einen halben Durchmesser eines Aufnahmeabschnittes versetzt zueinander angeordnet sind.
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Dadurch kann eine besonders hohe Packungsdichte der Batteriezellen erzielt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die Fläche des Gehäusemantels in Umfangsrichtung ein Wellenprofil entsprechend der jeweils benachbarten Aufnahmeabschnitte aufweist.
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Dadurch kann das Batteriemodul besonders platzsparend mit einem weiteren Batteriemodul und einem identischen Wellenprofil verbunden werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn die jeweils komplementären Verbindungselemente an der äußeren Fläche des Gehäusemantels derart angeordnet sind, dass in einem zusammengebauten Zustand benachbarter Reihen von verbundenen Batteriemodulen versetzt zueinander angeordnet sind.
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Dadurch können die Batteriemodule in einem zusammengebauten Zustand besonders platzsparend miteinander verbunden werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn die benachbarten Reihen von benachbarten Batteriemodulen in dem zusammengebauten Zustand um einen halben Durchmesser eines Aufnahmeabschnitts bzw. um einen halben Durchmesser einer Batteriezelle versetzt zueinander angeordnet sind.
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Dadurch kann auch unter den Batteriemodulen eine besonders hohe Packungsdichte der Batteriemodule erzielt werden.
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Es ist weiterhin bevorzugt, wenn benachbarte Reihen von Aufnahmeabschnitten des Batteriemoduls eine unterschiedliche Anzahl von Aufnahmeabschnitten aufweist.
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Dadurch können die Batteriemodule besonders günstig seitlich miteinander verbunden werden.
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Es ist dabei besonders bevorzugt, wenn eine Differenz der Anzahl der Aufnahmeabschnitte der benachbarten Reihen 1 ist.
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Dadurch können identische Batteriemodule in Reihe nebeneinander miteinander verbunden werden und gleichzeitig eine hohe Packungsdichte erzielen.
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Es ist weiterhin allgemein bevorzugt, wenn an den gegenüberliegenden Stirnseiten des Batteriemoduls Kontaktelemente ausgebildet sind, um die Batteriezellen elektrisch miteinander zu verbinden.
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Dadurch ist eine besonders einfache und platzsparende elektrische Kontaktierung der Batteriezellen möglich.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Seitenansicht eines Batteriemoduls zur Aufnahme von Batteriezellen;
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2 eine schematische Draufsicht des Batteriemoduls aus 1; und
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3 eine schematische Zusammenbauzeichnung von mehreren Batteriemodulen in einer schematischen Draufsicht.
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In 1 ist ein Batteriemodul in einer schematischen Seitenansicht gezeigt und allgemein mit 10 bezeichnet. Das Batteriemodul 10 weist einen Gehäusemantel 12 auf, der eine Umfangsfläche des Batteriemoduls 10 bildet und in dem eine Mehrzahl von Batteriezellen 14 aufgenommen sind. Die Batteriezellen 14 sind nebeneinander in dem Batteriemodul 10 aufgenommen und seitlich mittels des Gehäusemantels 12 abgestützt. Das Batteriemodul 10 weist ferner zwei Fixierelemente 16, 18 auf, die an den jeweiligen Stirnseiten des Gehäusemantels 12 angeordnet sind und die Batteriezellen 14 in einer Längsrichtung bzw. an einem oberen und einem unteren Ende des Gehäusemantels 12 fixieren. Die Batteriezellen 14 sind zylinderförmig ausgebildet und weisen an ihren jeweiligen axialen Enden jeweils einen elektrischen Kontakt 20, 22 auf, um die Batteriezellen 14 entsprechend elektrisch zu kontaktieren. Als elektrisches Kontaktelement sind in dem Batteriemodul 10 zwei elektrische Kontaktleisten 24, 26 angeordnet, um die Kontakte 20, 22 der Batteriezellen 14 entsprechend elektrisch zu kontaktieren und die elektrische Energie der Batteriezellen nach außen zu führen. In der hier dargestellten schematischen Zeichnung sind die Batteriezellen 14 parallel geschaltet, um einen entsprechend hohen Strom an Modulkontakten 28, 30 bereitzustellen. Es versteht sich, dass die Kontaktleisten 24, 26 auch eine Reihenschaltung der Batteriezellen 14 ermöglicht, um eine entsprechend hohe Spannung an den Modulkontakten 28, 30 bereitzustellen.
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An einer Außenseite des Gehäusemantels 12 sind Verbindungsleisten 32, 34 ausgebildet, um verschiedene Batteriemodule 10 mechanisch miteinander zu verbinden und mit einer Vielzahl von verbundenen Batteriemodulen 10 eine Batterie zusammenzustellen. Die Verbindungsleisten 32, 34 sind dabei jeweils komplementär ausgebildet und derart angeordnet, dass die Batteriemodule 10 in Reihen hintereinander und nebeneinander zu einem gesamten Block von Batteriemodulen 10 zusammengesteckt werden können, wie es im Weiteren näher erläutert ist.
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Die Verbindungsleisten 32, 34 sind derart komplementär ausgebildet, dass sie in einer axialen Richtung relativ zueinander verschieblich gelagert sind und in einer Querrichtung dazu eine formschlüssige Verbindung bilden. Dadurch können die einzelnen Batteriemodule 10 mit technisch geringem Aufwand aneinandergesteckt werden, wobei die Verbindungsleisten 32, 34 jeweils aufeinandergeschoben werden, um die Batteriemodule 10 mechanisch miteinander zu verbinden. Vorzugsweise weist eine der Verbindungsleisten 32 einen Hinterschnitt auf und die jeweils andere der komplementären Verbindungsleisten 34 eine schwalbenschwanzähnliche Form oder eine T-Form, so dass mit der jeweils anderen Verbindungsleiste 32 eine formschlüssige Verbindung gebildet werden kann.
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In dem Batteriemodul 10 sind verschiedene Aufnahmeabschnitte 36 ausgebildet, um jeweils eine Batteriezelle 14 aufzunehmen. Da die Aufnahmeabschnitte 36 entsprechend geformt sind, so dass die Batteriezellen 14 in dem Batteriemodul 10 seitlich fixiert gelagert sind, ist eine Bestückung des Batteriemoduls 10 mit Batteriezellen 14 besonders einfach von oben möglich, wie es durch Pfeile 37 angedeutet ist. In dem hier dargestellten Beispiel sind die Batteriezellen 14 zylindrische Batteriezellen einer handelsüblichen Variante, wie zum Beispiel Mignonzellen. Der Gehäusemantel 12 ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gebildet.
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In 2 ist das Batteriemodul 10 in einer schematischen Draufsicht dargestellt. Gleiche Elemente sind mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, wobei hier lediglich die Besonderheiten erläutert sind.
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In den Aufnahmeabschnitten 36 sind die zylinderförmigen Batteriezellen 14 aufgenommen und seitlich abgestützt, und zwar entweder durch den Gehäusemantel 12 oder aber durch benachbarte Batteriezellen 14. Die Aufnahmeabschnitte 36 sind in zwei Reihen 38, 40 angeordnet, die sich in einer Querrichtung 42 erstrecken bzw. wobei die Aufnahmeabschnitte 36 in der Querrichtung 32 hintereinander angeordnet sind. Die Aufnahmeabschnitte 36 der Reihen 38, 40 sind in der Querrichtung 42 versetzt zueinander angeordnet, so dass die Aufnahmeabschnitte 36 der Reihe 38 teilweise zwischen den Aufnahmeabschnitten 36 der Reihe 40 angeordnet sind und umgekehrt. Die Aufnahmeabschnitte 36 der Reihen 38, 40 sind um einen halben Durchmesser der Aufnahmeabschnitte 36 versetzt. Dadurch kann eine besonders hohe Packungsdichte der Batteriezellen 14 in dem Batteriemodul 10 erzielt werden.
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Die Verbindungsleisten 32, 34 sind an der Außenseite bzw. an der Mantelfläche des Gehäusemantels 12 ausgebildet, und zwar derart, dass identische Batteriemodule an ihren Außenflächen des Gehäusemantels 12 miteinander fest verbunden werden können, um eine Batterie mit mehreren Batteriemodulen 10 zu bilden.
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Die Verbindungsleisten 32, 34 bilden dabei komplementäre Paare, die jeweils eine langgestreckte Verbindungsnut 32 mit einem Hinterschnitt und eine schwalbenschwanzförmige oder T-förmige erhabene Leiste 34 aufweisen. Dadurch lassen sich in einer Längsrichtung des Batteriemoduls 10 die Verbindungsleisten 32, 34 aufeinander aufstecken und entsprechend in ihrer axialen Richtung gegeneinander verschieben, wobei sie jeweils in einer Richtung orthogonal zu der Längsrichtung eine formschlüssige Verbindung bilden.
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In 3 sind in einer schematischen Draufsicht eine Mehrzahl von Batteriemodulen 10 gezeigt, die miteinander verbunden sind bzw. zusammengesteckt sind und dadurch eine Batterieanordnung 50 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 14 bilden.
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Die Batteriemodule 10 sind dabei hintereinander an einer Längsseite des Gehäusemantels 12 miteinander verbunden und werden auch an einer Querseite miteinander verbunden, wie es durch Pfeile 52 angedeutet ist. Durch die versetzte Anordnung der Aufnahmeabschnitte 36 und die damit verbundene, in Umfangsrichtung wellenförmig ausgebildete Umfangsfläche des Gehäusemantels 12 können die Batteriemodule 10 platzsparend in einer dichten Packung miteinander verbunden werden, wie es in 3 gezeigt ist. Die Reihen 38, 40 der Batteriemodule 10 weisen dabei jeweils eine Differenz von einem Aufnahmeabschnitt 36 auf, um in der versetzten Anordnung der Aufnahmeabschnitte 36 bzw. der Batteriezellen 14 entsprechend komplementär miteinander verbunden werden zu können, wie es durch die Pfeile 52 gezeigt ist.
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Insgesamt kann somit eine Batterieanordnung 50 bereitgestellt werden mit einer beliebigen Anzahl von Batteriemodulen 10, die eine beliebige Anzahl von Batteriezellen 14 aufweisen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2012/0114996 A1 [0003]
