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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen und einem Gehäuse, das zumindest ein Deckelteil und eine Gehäusewanne mit mehreren zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle geformten Fächern aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein entsprechendes Gehäusesystem für eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, das eine Gehäuseabdeckung und eine Gehäusewanne mit mehreren Fächern zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle aufweist. Außerdem betrifft die Erfindung ein zugehöriges Verfahren zur Montage eines Batteriesystems.
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Stand der Technik
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Lithium-Ionen-Batterien sind wiederaufladbare elektrische Energiespeicher, die heute bereits eine breite Verwendung finden, wie beispielsweise in Mobiltelefonen, Smartphones, Laptops und anderen tragbaren Consumer-Geräten. Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft im Consumer-Bereich und auch bei stationären Anwendungen, wie beispielsweise Windkraftanlagen und Notstromsystemen, und auch im Automotive-Bereich, wie beispielsweise bei Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen, Plug-In-Hybridfahrzeugen oder Mikrohybridfahrzeugen, in weiterhin erhöhtem Maße wiederaufladbare Batteriesysteme und insbesondere Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen werden, an die hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit und Leistungsfähigkeit gestellt werden.
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Daneben werden an die Batteriesysteme auch immer höhere Anforderungen bezüglich geringen Bauraums, minimalen Gewichts und einer rationellen sowie möglichst kostengünstigen Herstellung gestellt.
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Die hier betrachteten Batteriezellen weisen typischerweise ein sogenanntes Hardcase-Gehäuse auf. Dabei kann es sich beispielsweise um Hardcase-Zellen, die ein prismatisches oder zylindrisches Gehäuse besitzen, handeln. Bei Lithium-lonen-Zellen, die im Automotive-Bereich eingesetzt sind, werden die einzelnen Lithium-lonen-Zellen in einer Reihe zu einem Batteriemodul verschaltet. Dabei kann ein Batteriemodul beispielsweise sechs oder zwölf Lithium-Ionen-Zellen aufweisen. In der 1 ist eine grafische Darstellung eines beispielhaften Batteriemoduls 10 mit mehreren Batteriezellen 11 gezeigt. Die Batteriezellen 11 des Batteriemoduls 10 werden hier durch Spannbänder 12 zusammengehalten. Ferner werden jeweils mehrere Batteriemodule zu einer sogenannten Subunit beziehungsweise Untereinheit 20 zusammengefasst, wie in der 2 gezeigt wird. Dabei sind in der Untereinheit 20, die in 2 gezeigt wird, acht Batteriemodule 10 vorhanden. Ferner ist, wie in der Zeichnung gezeigt, jedes Batteriemodul 10 und die Untereinheit 20 mit weiteren, hier nicht beschriebenen funktionalen Bauteilen ausgestattet. Wie schließlich in 3 dargestellt, werden mehrere Untereinheiten 20 wiederum zu einem Batteriepack 30 zusammengefasst. Das Batteriepack 30 weist ein Gehäuse mit diversen externen Anschlüssen auf, von denen in der Zeichnung beispielhaft einer mittels des Bezugszeichens 31 bezeichnet wird.
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Wie sich herausgestellt hat, liegt eine immer größere Herausforderung des Mechanik-Designs in der Gewichtsreduzierung und einer rationellen Aufbau- und Verbindungstechnik. Dabei kommt den erwähnten Batteriemodulen eine immer größere Bedeutung zu, da diese im Batteriepack für das meiste Gewicht verantwortlich sind und deren Assemblierung typischerweise den größten Anteil der Montagezeit benötigt.
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Üblicherweise werden zur Montage eines Batteriemoduls 10 die einzelnen Batteriezellen 11, insbesondere Lithium-Ionen-Zellen, nacheinander in eine Pressvorrichtung gelegt und stapelweise ausgerichtet. Dann werden die Batteriezellen 11 zusammen mit verschiedenen, jeweils an einer Stirnseite des Stapels vorgesehenen Einzelteilen, wie beispielsweise Adapterplatten, Isolierband, Glasfasertape oder Anpressplatten, mittels der Pressvorrichtung zusammengepresst. Anschließend wird das verpresste Batteriemodul 10 mit einem oder mehreren Spannbändern 12 versehen. Dies erfordert viele Arbeitsschritte. Außerdem sind durch den typischen Höhenversatz der einzelnen Batteriezellen 11 von bis zu 0,5 mm später zu erfolgende Arbeitsschritte, wie beispielsweise die Anbringung von Dichtungen und eines Gassammlers, aufwendiger, und es ergeben sich Toleranzprobleme. Ein solcher grundlegender Aufbau eines Batteriemoduls wird auch als „Module Blanc“ bezeichnet.
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In der 4 ist ein weiteres Beispiel eines herkömmlichen Batteriemoduls 40 gezeigt. Im Unterschied zu der Darstellung in 1 werden nach 4 zusätzlich die Dichtungen 41 der Entgasungsöffnungen sowie ein mit drei Stahlblechen gebildeter Gassammler 42 gezeigt, der über die Dichtungen 41 mit den Batteriezellen 11 verbunden wird, um das bei den elektrochemischen Reaktionen in den Batteriezellen 11 entstehende Gas abzuführen.
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Um die Sicherheit und Funktion von Lithium-Ionen-Batteriepacks zu gewährleisten, ist es ferner insbesondere erforderlich, die Batteriezellen innerhalb eines vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Während des Betriebs der Batteriezellen entsteht Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezelle über eine kritische Betriebstemperatur zu vermeiden. Um die optimalen Temperaturbereiche zu erreichen, sind die Batteriezellen an ein Thermomanagementsystem angeschlossen, durch das die Batteriezellen insbesondere während des Betriebs gekühlt werden.
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Nach dem derzeitigen Stand der Technik werden dazu Kühlplatten insbesondere über Trennfolien beispielsweise an der Unterseite des Batteriemoduls angebracht. Die 5 zeigt ein solches herkömmliches Batteriemodul 50, an dessen Unterseite eine Kühlplatte 51 angebracht ist, wobei zwischen der Kühlplatte 51 und den Batteriezellen eine Trennfolie 52, beispielsweise eine PPI-Folie oder eine silikonisierte Polyesterfolie, angeordnet ist. Die Kühlplatte 51 kann als fluiddurchströmte Platte ausgebildet sein. Wie in 5 gezeigt, ist die Kühlplatte 51 mit einem Kühlblech 53 verbunden. Zur Befestigung der Kühlplatte 51 werden Blechteile, hier die Seitenbleche 54, Exzenter 55 und Bolzen 56, eingesetzt, sodass die Kühlplatte 51 und die Trennfolie 52 mit der Unterseite der Batteriezellen 11 beziehungsweise des Batteriemoduls 50 verspannt sind. In 5 sind ferner insbesondere auch ein Zulauf 57 und Röhren 58 eines Kühlsystems zu erkennen.
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Ferner ist bei den in den 1 bis 4 gezeigten Montagen jeweils zu beachten, dass zur effizienten Platznutzung die Batteriezellen möglichst nahe beieinander angeordnet sein sollten.
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Aus der
WO 2011/029189 A1 ist ferner eine Batterie mit einem Gehäuse bekannt, das mehrere Fächer aufweist, wobei in jedem Fach mehrere flache Batteriezellen mit ihren breiten Seiten aneinander angrenzend hintereinander angeordnet sind. Die Fächer sind dabei durch Flüssigkeitskanäle aufweisende stegblechartige Wände (Englisch: „web“) gebildet.
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Aus der
US 7264901 B2 ist eine Batterie mit einem Gehäuse mit einem ersten Container und mit einem zweiten Container bekannt, die Fächer zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle aufweisen. Die Seitenprofile der beiden Container sind derart ausgestaltet, dass im zusammengebauten Zustand des Gehäuses Kühlkanäle zwischen den beiden Containern ausgebildet werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen und einem Gehäuse zur Verfügung gestellt, das zumindest ein Deckelteil und eine Gehäusewanne mit mehreren zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle geformten Fächern aufweist. Das zumindest eine Deckelteil ist mit den Batteriezellen zumindest mechanisch verbunden oder bildet einen Teil der Batteriezellen. Ferner sind das zumindest eine Deckelteil und die Gehäusewanne so geformt, dass die Batteriezellen bei einer Montage des Batteriesystems mittels des zumindest einen Deckelteils in dem Gehäuse gemeinsam fixierbar sind.
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Dank der Erfindung wird eine vorteilhaft realisierte Aneinanderreihung von Batteriezellen ermöglicht, die im Vergleich zum Stand der Technik weitaus kostengünstiger ist und mit bedeutend weniger Teilen auskommt. Erfindungsgemäß können die Batteriezellen zudem auf eine einfache und zuverlässige Art und Weise positionsgenau gleichzeitig fixiert werden. Es wird dabei eine Integral- -und Multifunktionsbauweise zur Verfügung gestellt, bei der nicht nur die Anzahl der Bauteile, sondern auch die Anzahl der erforderlichen Montageschritte deutlich verringert wird. So wird durch die Erfindung beispielsweise ermöglicht, mehrere Batteriezellen in einem Schritt zu montieren und derart positionsgerecht zu fixieren, dass ein Höhenversatz der Batteriezellen zueinander vermieden wird. Dies wird insbesondere durch die Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gehäuses und das Zusammenwirken der Gehäusewanne mit den Deckelteilen erreicht.
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Ein weiterer Vorteil, der sich dadurch ergibt, dass erfindungsgemäß umständliche Montage- und Justagearbeiten, die im Stand der Technik erforderlich waren, eliminiert und die Anzahl der Montageschritte reduziert werden können, ist ferner darin zu sehen, dass auch die Fehleranzahl herabgesetzt wurde.
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Ferner kann auch auf den Einsatz einer Montagepresse verzichtet werden. Durch die Anwendung der Erfindung kann seitens des Herstellers ferner eine Verringerung des Logistik- und Lageraufwandes erreicht werden, und die Anzahl der Lieferanten kann gesenkt werden.
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Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ohne gemeinsames Gehäuse sind für die Batteriezellen keine zusätzlichen äußeren Isolierfolien notwendig, und statt beispielsweise sechs einzelner Zellengehäuse (Englisch: „Can“) wird ein gemeinsames Gehäuse („C-Box“ oder „Common Box“) verwendet.
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Bevorzugt ist die erfindungsgemäße Gehäusewanne auf eine einstückige Weise ausgebildet.
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Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind eine oder mehrere, insbesondere alle Batteriezellen, mit einem separaten Deckelteil ausgestattet. Dadurch kann eine hohe Flexibilität erreicht werden, wobei jede Batteriezelle mittels des ihr zugehörigen Deckelteils passgenau in das jeweilige Fach des Gehäuses eingefügt werden kann.
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Nach einer anderen Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Gehäuse ein gemeinsames Deckelteil auf, an dem mehrere oder alle Batteriezellen angebracht sind.
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Dadurch können die Batteriezellen auf besonders einfache Weise gemeinsam in die Fächer eingefügt werden. Dadurch kann der Zusammenbau eines „Module Blanc“ quasi mit einem Schritt erfolgen. Statt mehrerer, beispielsweise sechs oder mehr, Zellabdeckungen beziehungsweise „Cap-Plates“ wird dabei lediglich ein gemeinsames Deckelteil verwendet.
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Erfindungsgemäß weist das Batteriesystem ferner eine an der Gehäusewanne fixierte Gehäuseabdeckung auf.
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Bevorzugt ist die Gehäuseabdeckung dabei formschlüssig an der Gehäusewanne fixiert. Weiterhin bevorzugt werden die Batteriezellen beziehungsweise das zumindest eine Deckelteil formschlüssig fixiert. Erfindungsgemäß ist das zumindest eine Deckelteil formschlüssig zwischen der Gehäuseabdeckung und der Gehäusewanne angeordnet.
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Nach einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Batteriesystem ferner einen in die Gehäuseabdeckung oder in das zumindest eine Deckelteil integrierten Gassammler auf.
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Das Batteriesystem ist dabei bei Entgasung zu 100% dicht, wobei insbesondere der Gassammler und die Zellabdeckung aus einem Teil gefertigt sind.
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Ferner kann das Batteriesystem auch mehrere in das Deckelteil integrierte Zellverbinder zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen aufweisen.
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Nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann bei einer Montage des Batteriesystems eine gemeinsame Fixierung der Batteriezellen mittels der Gehäuseabdeckung erfolgen. Bevorzugt erfolgt dabei die Fixierung auf eine formschlüssige Art und Weise.
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Dadurch kann weiterhin eine starke Gewichtsersparnis durch Eliminieren von Stahlteilen, wie einem Gassammler, einer Adapterplatte, einer Druckplatte usw., erfolgen. Auch Spannbänder und Pins können eingespart werden. Es ist ferner keine separate Dichtung für jede Batteriezelle notwendig.
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Erfindungsgemäß können die Fächer zur Aufnahme der Batteriezellen hintereinander angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich können die Fächer zur Aufnahme der Batteriezellen auch nebeneinander angeordnet sein. Somit können nach einer Ausführungsform der Erfindung die Fächer entlang zweier Richtungen, die senkrecht zueinander stehen, quasi in Matrixform angeordnet sein.
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Die Fächer können eine rechteckige oder eine zylindrische Form aufweisen, zur Aufnahme von prismatischen beziehungsweise von zylindrischen Batteriezellen.
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Nach einer weiteren sehr vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das Batteriesystem eine Wasserkühlung und/oder eine Luftkühlung auf. Anschaulich gesagt, wird dabei ein erfindungsgemäßes Batteriezellpack (C-PAC, „cell pack“) zu einem Zellpack- und Kühlungskonzept („cell packages and cooling concept“) erweitert. Dadurch werden weitere Bauteile reduziert und daraus folgend auch Gewicht gespart.
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Dabei kann mit Vorteil vorgesehen sein, dass die erfindungsgemäßen Fächer der Gehäusewanne mit Gehäusewänden, die Kühlkanäle aufweisen, gebildet sind.
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Bevorzugt sind die Kühlkanäle derart in den Gehäusewänden, insbesondere in Zwischenwänden und/oder Außenwänden des Gehäuses, angeordnet, dass jede Batteriezelle von zumindest zwei Seiten durch an die Batteriezelle angrenzende Kühlkanäle gekühlt werden kann. Ferner kann die Gehäusewanne eine Bodenplatte aufweisen, in der Kühlkanäle beziehungsweise Zufluss- oder Abflusskanäle verlaufen.
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Dadurch kann vorteilhaft eine nahezu Rundumkühlung der Batteriezellen erreicht werden, wodurch die volumetrische Energiedichte weiter erhöht wird. Gleichzeitig kann gewährleistet werden, dass die erfindungsgemäße vereinfachte Montage der übrigen Elemente des Batteriesystems dadurch nicht beeinträchtigt wird. Durch einen einheitlichen Aufbau aller Module besteht hier auch ein weiterhin erhöhtes Potenzial durch Standardisierung, wodurch eine Kostendegression erreicht wird. Insgesamt kann ein hoher Rationalisierungseffekt erzielt und maximal an Gewicht gespart werden. Der Kühlkreislauf kann integriert werden, ohne nennenswerten Bauraum und Bauteile zu beanspruchen. Insbesondere kann auch eine zentrale Kühlmittelpumpe eingespart werden.
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Nach einer Variante der Weiterbildung kann insbesondere eine Wasserkühlung gewählt werden, die in das erfindungsgemäße Batteriesystem integriert wird. Dabei kann das erfindungsgemäße gemeinsame Gehäuse beziehungsweise die Gehäusewanne (C-Box) zusätzlich insbesondere durch Löten, Schweißen oder andere geeignete Verfahren mit einer Bodenplatte, die weitere Kanäle aufweist, verbunden werden.
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Nach einer anderen Variante der vorteilhaften Weiterbildung wird das gemeinsame Gehäuse beziehungsweise die Gehäusewanne (C-Box) mit einer Luftkühlung versehen, bei der eine erzwungene Konvektion beispielsweise durch einen Lüfter erfolgt. Innerhalb der Gehäusewanne beziehungsweise der C-Box verlaufen dabei Schlitze, durch die Luft geblasen wird, welche die Batteriezellen umströmt und somit gleichmäßig mit gekühlter Luft versorgt.
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Durch die erfindungsgemäße integrierte Kühlung kann ein im Stand der Technik noch erforderliches umständliches Montieren der Kühlplatte nunmehr vermieden werden. Insbesondere können sehr vorteilhaft Bauteile zum Halten und Anpressen der Kühlplatte eingespart werden. Hinsichtlich des Kühlsystems sind weitestgehend keine internen Montageschritte, wie beispielsweise eine Schlauchmontage, mehr nötig. Auch kann das Fügen von C-Box mit der Bodenplatte beziehungsweise dem Frontstück beim Lieferanten erledigt werden. Ein hoher Aufwand in der Konstruktion von CAD-Modellen kann somit entfallen. Auch kann eine zusätzliche Isolierung, wie beispielsweise eine PPI-Folie, zwischen den Batteriezellen und der Kühlplatte entfallen.
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Durch das erfindungsgemäß integrierte Kühlsystem kann auch der Wirkungsgrad der Batteriezellen verbessert werden, und die Batteriezellen werden gleichmäßiger gekühlt ohne Temperaturgradient. Dadurch erhalten die Batteriezellen eine höhere Lebensdauer und weisen eine geringere Alterung auf.
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Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Gehäusesystem für eine Batterie mit mehreren Batteriezellen zur Verfügung gestellt, das eine Gehäuseabdeckung und eine Gehäusewanne mit mehreren Fächern zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle aufweist. Das Gehäusesystem ist dabei derart ausgestaltet, dass die Batteriezellen mittels eines oder mehrerer Deckelteile der Batteriezellen in dem Gehäuse gemeinsam fixierbar sind und die Gehäusewanne mit Kühlkanäle aufweisenden Gehäusewänden gebildet ist.
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Nach noch einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Verfahren zur Montage eines erfindungsgemäßen Batteriesystems geschaffen. Dabei werden verfahrensgemäß die Batteriezellen zunächst in die Fächer des Gehäuses eingebracht. Dann werden die Batteriezellen durch Anbringen einer entsprechenden Gehäusedeckung über das zumindest eine Deckelteil gemeinsam an der Gehäusewanne fixiert.
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Das beanspruchte Batteriesystem umfasst bevorzugt Lithium-Ionen-Zellen. Gemäß besonderen Ausführungsformen der Erfindung kann das Batteriesystem aber auch andere Typen von Batteriezellen umfassen, wie beispielsweise Nickel-Metall-Hydrid-Zellen oder Lithium-Metall-Polymer Zellen.
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Ferner wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches eine erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst, wobei die Batteriezelle mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeuges verbunden ist.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
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Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen nach dem Stand der Technik,
- 2 eine Untereinheit aus mehreren Batteriemodulen nach dem Stand der Technik,
- 3 ein Batteriepack mit mehreren Untereinheiten nach dem Stand der Technik,
- 4 ein weiteres Beispiel für ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen nach dem Stand der Technik,
- 5 ein Batteriemodul, an dem eine Kühlplatte angebracht ist, nach dem Stand der Technik,
- 6 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit gemeinsamem Deckelteil nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 7 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit Batteriezellen mit jeweils separatem Deckelteil nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 8 ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer bevorzugten Fixierung der erfindungsgemäßen Gehäuseabdeckung und des Deckteils nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,
- 9 ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer anderen bevorzugten Fixierung der erfindungsgemäßen Gehäuseabdeckung und des Deckteils nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,
- 10 ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit einer Gehäusewanne mit einer bevorzugten Anordnung von zylindrisch geformten Fächern nach einer besonderen Ausführungsform der Erfindung,
- 11 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit integrierter Wasserkühlung nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 12 ein erfindungsgemäßes Batteriesystem mit integrierter Luftkühlung nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung, und
- 13 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Batteriesystems mit integrierter Luftkühlung nach der vierten Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In der folgenden ausführlichen Beschreibung der Erfindung und den Figuren werden gleiche oder ähnliche Komponenten durchgehend mit demselben Bezugszeichen bezeichnet.
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In der 6 ist ein Batteriesystem 60 nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei kann die in 6 gezeigte Anordnung insbesondere ein verbessertes Batteriemodul 61 darstellen, wobei ein erfindungsgemäßes Batteriepack mehrere der in 6 gezeigten Batteriemodule 61 aufweisen kann. Das Batteriesystem 60 oder Batteriemodul 61 weist ein Gehäusesystem mit einer Gehäusewanne 68 (C-Box) und einer Gehäuseabdeckung 62 auf. Die Gehäusewanne 68 umfasst mehrere Fächer 69, von denen jedes dazu vorgesehen ist, eine einzelne Batteriezelle 65 aufzunehmen. Die Batteriezellen 65 haben ein Deckelteil 66.
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In der ersten Ausführungsform nach 6 ist das Deckelteil 66 als gemeinsames Deckelteil 66 („common plate“) ausgebildet, über das alle Batteriezellen 65 verbunden sind. Ferner weist die Gehäuseabdeckung 62 integrierte Kabel und Zellverberbinder 63 auf. Die Gehäuseabdeckung 62 kann durch Schrauben 64 mit der Gehäusewanne 68 verschraubt werden.
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Im Vergleich zum Stand der Technik wird nunmehr ein „Module Blanc“ mit sechs einzelnen Zellen und deren jeweiligen Zellgehäusen ersetzt durch ein einziges Zellengehäuse. Das Deckelteil („cap plate“) für jede Batteriezelle wird durch ein gemeinsames Deckelteil 66 ersetzt, an das alle Zellen angebracht werden. Mehrere Batteriezellen, in diesem Fall sechs, werden ohne Zellgehäuse mit der Gehäusewanne 68 in einem Schritt gefügt.
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Dadurch werden die herkömmlichen seitlichen Stahlteile, wie eine Adapterplatte, oder Druckplatte, Spannbänder usw., überflüssig. Die Stahlblechbiegeteile des Gassammlers werden in einer Integralbauweise zu einem Teil verschmolzen und in das gemeinsame Deckelteil 66 integriert, wodurch eine sehr vorteilhafte Funktionsintegration beziehungsweise Multifunktionsbauweise verwirklicht wird.
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In der 7 wird ein Batteriesystem 60 nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Dabei ist das Batteriesystem 60 ähnlich aufgebaut, wie das in 6 mit dem Unterschied, dass jede Batteriezelle 65 mit einem separaten Deckelteil 66 ausgestattet ist. Aufgrund eines einheitlichen Fügeprozesses besitzen die Batteriezellen 65 keinen Höhenversatz mehr und sechs Dichtungen können durch eine gemeinsame Dichtung 71 für alle Batteriezellen 65 ersetzt werden. Die Gehäuseabdeckung 62 („cover“) und die Dichtung 71 können eventuell auch über Zweikomponentenspritzgießen zu einem Verbundbauteil zusammengefasst werden.
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Die Fächer 69 nach der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der Erfindung sind bevorzugt elektrisch isolierend ausgebildet. Daher ist nicht erforderlich, die einzelnen Batteriezellen 65 mit separaten Gehäusen zu versehen.
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In der 8 wird eine bevorzugte Möglichkeit der Fixierung der Gehäuseabdeckung 62 an der Gehäusewanne 68 gezeigt. Nach 8 wird die Gehäuseabdeckung 62 mit der Gehäusewanne 68 verschraubt, wobei das Deckelteil 66 zwischen der Gehäuseabdeckung 62 und der Gehäusewanne 68 angeordnet ist.
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Somit kann sehr vorteilhaft die Gehäuseabdeckung 62 mit den an der Seite angebrachten Zapfen durch Formschluss in den Bohrungen der Gehäusewanne 68 fixiert werden. Deswegen wird die Lage der Zellverbinder 63 zu den Terminals der Batteriezellen 65 eindeutig fixiert.
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In der 9 ist eine alternative Befestigungsmöglichkeit gezeigt. An der Stelle A der Gehäusewanne 68 aus 6 kann als Fixierfeature ein Zapfen 91 herausstehen, und in der Gehäuseabdeckung 62 kann dementsprechend eine Bohrung angebracht werden.
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In der 10 ist ferner eine alternative Anordnung der Fächer 69 gezeigt, bei der die Fächer eine zylindrische Form aufweisen und ferner eine Anordnung der Batteriezellen 65 gleichzeitig in beiden Richtungen (X und Y) erfolgen kann.
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Somit weist das erfindungsgemäße Batteriesystem eine Reihe von Vorteilen auf. So kann die herkömmliche sperrige Bauweise durch das oben dargestellte verbesserte Design mit kompaktem Aufbau ersetzt werden. Es wird eine sogenannte Sandwichbauweise durch eine Schachtelbauweise auf sehr vorteilhafte Art und Weise ergänzt. Dabei ist nach einer Sandwichbauweise zunächst die erfindungsgemäße Gehäusewanne ein einheitlicher Bezugspunkt für alle Montage- und Demontageoperationen, wonach durch Schichten/Stapeln eine geradlinige, in einer Richtung verlaufende Montage ermöglicht wird. Die dazu ergänzend wirkende Schachtelbauweise verspannt mit dem letzten Element alle zuvor montierten Elemente, was beispielsweise durch Gewinde an den Seiten der Gehäusewanne oder ähnliches ermöglicht wird. Dadurch wird insbesondere ein unbeabsichtigtes Lösen von zuvor montierten Elementen vermieden.
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In der 11 ist ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 60 nach einer dritten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, das zusätzlich mit einer integrierten Wasserkühlung ausgestattet ist. Dazu ist die Gehäusewanne 68 mit integrierten Kühlkanälen ausgestattet, die auf sehr komfortable und kompakte Weise einen Kühlkreislauf 112 ermöglichen können, wie in der 11 durch Pfeile angedeutet wird. Die Gehäusewanne 68 wird ferner mit einer Bodenplatte 111 mit einem Kühlkanallayout versehen. Der Zulauf des Kühlwassers kann zentral in der Mitte erfolgen. Das Kanallayout für den Rücklauf kann sich auch in der Gehäusewanne 68 befinden. Dabei kann das Kühlwasser in die oberen Einlaufstutzen 113 eingeleitet werden und durch das Kanallayout an den Batteriezellen 65 entlang von oben nach unten fließen. Über das Kanallayout der Bodenplatte 111 tritt es durch den Auslaufstutzen 114 wieder aus. Die Batteriezellen 65 werden jetzt alle gleichmäßig mit Kühlwasser umspült.
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In der 12 wird ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 60 nach einer vierten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, das mit einer integrierten Luftkühlung ausgestattet ist. Dazu ist die Gehäusewanne 68 mit integrierten Kühlkanälen ausgestattet, die auf sehr komfortable und kompakte Weise einen Luftkühlkreislauf 121 ermöglichen, der in der 12 mit Pfeilen angedeutet wird. Die Luft wird hier in die Gehäusewanne 68 durch entsprechend vorgesehene Schlitze 122 eingelassen beziehungsweise ausgelassen.
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In der 13 wird das erfindungsgemäße Batteriesystem 60 nach der vierten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei dem die Kühlkanäle 131 in den Wänden der Gehäusewanne 68 als Schlitze 131 ausgebildet sind, die quer zwischen den in die Gehäusewanne 68 einzufügenden Batteriezellen 65 beziehungsweise den Fächern 69 verlaufen.
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Insbesondere durch eine erfindungsgemäße Integration von der Kühlplatte mit der Gehäusewanne 68 kann ein sehr vorteilhaftes Multifunktionsbauteil geschaffen werden. Herkömmlich sind immer mindestens zwei oder mehr Batteriemodule auf einer Kühlplatte angeordnet, wodurch keine gleichmäßige Kühlung erreicht werden kann. Denn durch den umständlichen manuellen Pressvorgang sind nicht alle Batteriezellen auf einer Ebene. Stattdessen hängen manche Batteriezellen sozusagen in der Luft und haben nicht alle den gleichen Abstand zur Kühlplatte und daraus folgend nicht die gleiche Temperatur. Erfindungsgemäß jedoch werden die Batteriezellen auf komfortable Weise auch seitlich gekühlt, sodass eine kompakte Rundumkühlung bereitgestellt wird, bei der kein Temperaturunterschied innerhalb der Batteriezellen auftritt.
