DE102015214184A1

DE102015214184A1 - Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102015214184A1
Application number: DE102015214184.5A
Authority: DE
Inventors: Volker Kaese; Sandro Weigelt; Martin Schüssler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2015-07-27
Filing date: 2015-07-27
Publication date: 2017-02-02
Anticipated expiration: 2035-07-28
Also published as: DE102015214184B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug. Dabei umfasst das Batteriemodul (10) einen Zellverbund (12) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (14). Die Batteriezellen (14) sind in eine Erstreckungsrichtung (x) des Batteriemoduls (10) aneinander angrenzend angeordnet. An einer Oberseite (22) der Batteriezellen (14) ist zumindest ein Anschlusselement (28) angeordnet. Zumindest zwei Batteriezellen (14) der Mehrzahl von Batteriezellen (14) sind mit zumindest einem Zellverbinder (30), welcher das jeweilige Anschlusselement (28) der wenigstens zwei Batteriezellen (14) kontaktiert, elektrisch gekoppelt. Ferner weist der Zellverbinder (30) wenigstens zwei Anschlussabschnitte (78) auf, wobei jeweils ein Anschlussabschnitt (78) mit dem Anschlusselement (28) der zumindest zwei Batteriezellen (14) verbunden ist. Der Zellverbinder (30) weist wenigstens einen Verbindungsabschnitt (80) auf, welcher die jeweiligen Anschlussabschnitte (78) verbindet und sich bereichsweise entlang einer Seitenfläche (24) der zumindest zwei Batteriezellen (14) erstreckt, wobei die Seitenfläche (24) der Batteriezelle (14) an die Oberseite (22) der Batteriezelle (14) angrenzt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftzeug. Das Batteriemodul umfasst einen Zellverbund mit einer Mehrzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen sind dabei in eine Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls aneinander angrenzend angeordnet. An einer Oberseite der Batteriezellen ist jeweils zumindest ein Anschlusselement angeordnet. Ferner sind zumindest zwei Batteriezellen der Mehrzahl von Batteriezellen mit zumindest einem Zellverbinder, welcher das jeweilige Anschlusselement der wenigstens zwei Batteriezellen kontaktiert, elektrisch gekoppelt. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul.
Es ist bekannt, einzelne Batteriezellen zu sogenannten Batteriezellenmodulen zusammenzufassen. Beispielsweise werden die Batteriezellen eines Zellverbundes in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die elektrische Verbindung erfolgt an den jeweiligen Anschlusselementen oder elektrischen Polen der Batteriezellen mit Hilfe von sogenannten Zellverbindern. Die Batteriezellen werden üblicherweise über Aluminium- oder Kupferblechschienen, welche auch als Busbars bezeichnet werden, oder dergleichen Zellverbinder miteinander kontaktiert und zu einem Zellverbund verbunden. Der Zellverbinder liegt dazu auf den jeweiligen Anschlusselementen auf und trägt somit zur baulichen Höhe des Batteriemoduls bei.
Aus dem Stand der Technik der DE 10 2005 054 435 A1 sind schräg angeordnete Batteriezellen einer Batterieeinheit für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Batterieeinheit ist in einem Kasten angeordnet, in welchem die Batterieeinheit mittels Haltebefestigungen gehalten ist. Die Batterieeinheit lagert in dem Kasten ferner auf einer Ablenkrampe, die im Falle einer Kollision des Kraftfahrzeugs, bei welcher die Batteriezellen der Batterieeinheit zusammengeschoben werden würden, die Batteriezellen in einen oberhalb der Batterieeinheit angeordneten Sammelraum ablenkt.
Zwar reduziert die schräge Anordnung der Batteriezellen der Batterieeinheit prinzipiell die bauliche Höhe der Batterieeinheit gegenüber einer herkömmlichen geraden beziehungsweise aufrechten Anordnung der Batteriezellen. Da aber oberhalb der Batterieeinheit ein Sammelraum vorgesehen ist, wird der in Höhenrichtung des Kraftfahrzeugs vorzusehende Bauraum gegenüber der herkömmlichen Anordnung nicht eingespart, sondern die Anordnung hat einen erhöhten Platzbedarf.
Während der Betriebszeit der Batteriezellen „atmen“ die Batteriezellen, das heißt, sie verändern in Abhängigkeit vom Ladungszustand und gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Temperatur ihr Volumen, wodurch die Batteriezellen im Zellverbund gegenseitig Kräfte aufeinander ausüben. Mit anderen Worten können sich die Zellen aufbauchen. Durch das Aufbauchen kann der Abstand zwischen den jeweiligen Batteriezellen größer werden, und dadurch können die Anschlusselemente beschädigt werden, mit denen ein Zellverbinder elektrisch gekoppelt ist. Ein Ausdehnen des Zellverbinders kann auch durch die Strombelastung im Zellverbinder selbst, in Form einer thermischen Ausdehnung, hervorgerufen werden. Durch die Strombelastung, d.h. den Stromfluss durch den Zellverbinder, entstehen im Betrieb der Batteriezellen aufgrund der Übergangswiderstände an den Zellverbindern Verlustleistungen, die in Wärme umgewandelt werden und somit zu einer thermischen Ausdehnung des Zellverbinders führen. Durch das Ausdehnen der Batteriezellen oder des Zellverbinders selbst „zieht“ der Zellverbinder an den jeweiligen Anschlusselementen, auf denen er aufliegt, um die Ausdehnung zu kompensieren. Um eine solche mechanische Spannungsbelastung der jeweiligen Anschlusselemente zu vermeiden, können Zellverbinder eine Dehnungsschleife aufweisen, welche eine Ausdehnung des Zellverbinders erlaubt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welches einen besonders geringen Bauraumbedarf hat und eine Ausdehnung des Zellverbinders kompensiert.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul umfasst einen Zellverbund mit einer Mehrzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen sind dabei in eine Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls aneinander angrenzend angeordnet. Mit anderen Worten sind die Batteriezellen in einer Reihe aneinander angrenzend angeordnet. Die Batteriezellen umfassen ferner jeweils ein insbesondere prismatisches Batteriezellengehäuse. Mit anderen Worten können die jeweiligen Batteriezellen eine prismatische Form, insbesondere eine Quaderform, aufweisen. Innerhalb des Batteriezellengehäuses ist in an sich bekannter Weise ein galvanisches Element angeordnet, welches mit einem jeweiligen elektrochemischen Material beschichtete Ableiter umfasst. An einer Oberseite der Batteriezellen ist jeweils zumindest ein Anschlusselement angeordnet. Bevorzugt weisen die jeweiligen Batteriezellen an einer Oberseite zwei Anschlusselemente (die sogenannten elektrischen Pole) auf, zwischen welchen eine elektrische Spannung vorliegt. Eines der beiden Anschlusselemente ist dabei bevorzugt als Pluspol, das andere Anschlusselement bevorzugt als Minuspol ausgebildet. Zu dem jeweiligen Anschlusselement kann jeweils ein Ableiter der Batteriezelle führen.
Zumindest zwei Batteriezellen der Mehrzahl von Batteriezellen sind mit zumindest einem Zellverbinder, welcher das jeweilige Anschlusselement der wenigstens zwei Batteriezellen kontaktiert, elektrisch gekoppelt. Die Batteriezellen des Batteriemoduls sind dazu bevorzugt elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die Schaltung erfolgt, wie bereits erwähnt, an dem jeweiligen Anschlusselement der zumindest zwei Batteriezellen mit Hilfe des zumindest einen Zellverbinders. Die zumindest zwei Batteriezellen des Zellverbundes werden also über den zumindest einen Zellverbinder miteinander kontaktiert. Werden die zumindest zwei Batteriezellen des Zellverbundes beispielsweise in Reihe geschaltet, so wird der Minuspol einer Batteriezelle mit dem Pluspol der angrenzenden Batteriezelle verbunden. Werden die zumindest zwei Batteriezellen des Zellverbundes beispielsweise parallel geschaltet, so werden der Pluspol der einen Batteriezelle mit dem Pluspol der angrenzenden Batteriezelle und der Minuspol der einen Batteriezelle mit dem Minuspol der angrenzenden Batteriezelle miteinander verbunden. Werden insbesondere mehr als zwei Batteriezellen des Zellverbundes elektrisch miteinander gekoppelt, so ist auch eine Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung möglich.
Das Batteriemodul zeichnet sich dadurch aus, dass der zumindest eine Zellverbinder wenigstens zwei Anschlussabschnitte aufweist, wobei jeweils ein Anschlussabschnitt mit dem Anschlusselement der zumindest zwei Batteriezellen verbunden ist. Mit anderen Worten ist ein Anschlussabschnitt an einem Anschlusselement der einen der zumindest zwei Batteriezellen und an einem Anschlusselement einer angrenzenden der zumindest zwei Batteriezellen angeordnet. Ferner weist der zumindest eine Zellverbinder wenigstens einen Verbindungsabschnitt auf, welcher die jeweiligen Anschlussabschnitte verbindet und sich bereichsweise entlang einer Seitenfläche der zumindest zwei Batteriezellen erstreckt. Mit anderen Worten kann der zumindest eine Zellverbinder entlang einer der Seitenflächen der zumindest zwei Batteriezellen oder entlang der (beiden) Seitenflächen der zumindest zwei Batteriezellen geführt sein. Die Seitenfläche der Batteriezelle grenzt dabei an die Oberseite der Batteriezelle an. Ist die Batteriezelle beziehungsweise das Batteriezellengehäuse prismatisch ausgebildet, so kann sich die Oberseite der Batteriezelle parallel zu einer Bodenfläche der Batteriezelle erstrecken. Bei einem prismatischen Batteriezellengehäuse umfasst die Batteriezelle vier Seitenflächen, welche senkrecht an die Oberseite der Batteriezelle angrenzen und zwischen der Oberseite und der Bodenfläche der Batteriezelle angeordnet sind. Zwei der vier Seitenflächen erstrecken sich parallel zueinander in Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls. Die zwei anderen der vier Seitenflächen erstrecken sich senkrecht zur Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls parallel zueinander.
Durch die seitliche Anordnung des Zellverbinders liegt der Zellverbinder nicht starr auf den jeweiligen Anschlusselementen der zumindest zwei Batteriezellen auf und kann Bewegungen zwischen den Batteriezellen, hervorgerufen durch Volumenänderungen, besonders gut ausgleichen.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Batteriezellen des Zellverbundes geneigt zu der Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls in die Erstreckungsrichtung aneinander angrenzend angeordnet sind. Mit anderen Worten sind die Batteriezellen in einer Reihe schuppenartig aneinander angeordnet. Beispielsweise sind die Batteriezellen des Zellverbundes in einem vorbestimmten Winkel geneigt zu der Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls in die Erstreckungsrichtung aneinander angrenzend angeordnet. Der Winkel kann beispielsweise einen Wert zwischen 30° und 90°, insbesondere von 45°, aufweisen.
Die schräge Anordnung der Batteriezellen des Batteriemoduls reduziert die bauliche Höhe des Batteriemoduls gegenüber der herkömmlichen geraden beziehungsweise aufrechten Anordnung der Batteriezellen. Des Weiteren gestaltet es sich bei der schrägen Batteriezellenanordnung als schwierig, die jeweiligen Batteriezellen durch einfaches Auflegen des zumindest einen Zellverbinders elektrisch zu verbinden. Dieses Problem wird durch die seitliche Anordnung des Zellverbinders umgangen.
In vorteilhafter Weise sind die jeweiligen Anschlussabschnitte und der wenigstens eine Verbindungsabschnitt des Zellverbinders plattenförmig ausgebildet. Dabei verläuft eine Breitseite des Verbindungsabschnitts entlang der Seitenfläche der zumindest einen Batteriezelle, insbesondere parallel zur Seitenfläche. Mit anderen Worten sind die jeweiligen Anschlussabschnitte und der wenigstens eine Verbindungsabschnitt des Zellverbinders flach ausgebildet, das heißt, deren Breite ist größer als deren Dicke. Bevorzugt liegt eine Breitseite des jeweiligen Anschlussabschnitts auf dem Anschlusselement auf. Da die Anschlussabschnitte insbesondere flach auf dem jeweiligen Anschlusselement aufliegen und der Verbindungsabschnitt entlang einer Seitenfläche verläuft, kann der Zellverbinder beim Übergang des Anschlussabschnitts zum Verbindungsabschnitt einen, insbesondere im Wesentlichen rechtwinkligen, Knick aufweisen. Mit anderen Worten kann der Zellverbinder in einem Übergangsbereich von dem jeweiligen Anschlussabschnitt zum Verbindungsabschnitt abgewinkelt sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass zusätzlich Bauraum eingespart werden kann. Ferner kann eine vollflächige Kontaktierung der jeweiligen Anschlusselemente erreicht werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Verbindungsabschnitt gekrümmt ist. Beispielsweise kann der Verbindungsabschnitt U-förmig oder V-förmig ausgebildet sein. Durch die gekrümmte Ausführungsform des Verbindungsabschnitts ergibt sich der Vorteil, dass eine Ausdehnung des Zellverbinders in die Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls besonders gut kompensiert werden kann.
In vorteilhafter Weise ist der Zellverbund zwischen einer ersten zu der Erstreckungsrichtung parallelen Seitenwand des Batteriemoduls und einer der ersten Seitenwand, insbesondere parallel, gegenüberliegenden zweiten Seitenwand des Batteriemoduls angeordnet. Bevorzugt sind die erste und/oder die zweite Seitenwand des Batteriemoduls als Gussteil, beispielsweise aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung, und/oder aus Kunststoff, ausgebildet. Durch die beidseitige Anordnung der Seitenwände an dem Zellverbund des Batteriemoduls besitzt das Batteriemodul eine besonders hohe Stabilität.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der wenigstens eine Verbindungsabschnitt an einer der Seitenwände des Batteriemoduls anliegt. Mit anderen Worten erstreckt sich eine Breitseite des Verbindungsabschnitts, insbesondere parallel, zu einer der Seitenwände des Batteriemoduls. Beispielsweise ist die Seitenwand, zu welcher sich eine Breitseite des Verbindungsabschnitts des Zellverbinders parallel erstreckt, zwischen dem Zellverbund und dem Verbindungsabschnitt des Zellverbinders angeordnet. Dadurch ist der Zellverbinder weggeführt von einer Wärmequelle des Batteriemoduls, welche eine thermische Ausdehnung des Zellverbinders verstärken könnte. Ferner ist diese Anordnung des Zellverbinders besonders einfach.
In vorteilhafter Weise weist die erste und/oder die zweite Seitenwand einen Aufnahmebereich auf, in welchem der wenigstens eine Verbindungsabschnitt des Zellverbinders zumindest bereichsweise aufgenommen ist. Dazu ist der Aufnahmebereich beispielsweise als Tasche ausgebildet. Mit anderen Worten kann der wenigstens eine Verbindungsabschnitt bereichsweise in der ersten und/oder der zweiten Seitenwand versenkt angeordnet sein. Daraus ergibt sich der Vorteil, dass das Batteriemodul besonders kompakt aufgebaut ist. Dadurch ergibt sich ein besonders geringer Bauraumbedarf. Um einer elektrischen Wechselwirkung der jeweiligen Seitenwand mit dem Zellverbinder entgegenzuwirken, ist in dem Aufnahmebereich bevorzugt eine Isolierung angeordnet, welche den wenigstens einen Verbindungsabschnitt des Zellverbinders gegenüber der jeweiligen Seitenwand elektrisch isoliert.
Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder die zweite Seitenwand einen Kühlkanal zum Kühlen des zumindest einen Zellverbinders mittels eines den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums umfasst. Mit anderen Worten kann durch die Anordnung des zumindest einen Zellverbinders im Bereich der Seitenwand eine Anbindung an einen Kühlkanal erfolgen. Dadurch kann thermische Energie von dem zumindest einen Zellverbinder an eine jeweilige Seitenwand beziehungsweise das Kühlmedium übertragen werden. Die Kühlung des Zellverbinders hat den Vorteil, dass sich der Zellverbinder thermisch kaum ausdehnt und es somit zu keiner Beschädigung der jeweiligen Anschlusselemente der Batteriezelle kommen kann.
Des Weiteren gehört zu der Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen als von der Erfindung umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt oder erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen.
Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls in einer Seitenansicht mit einem Zellverbund mit schräg angeordneten Batteriezellen, welche durch eine Trageinrichtung gestützt sind, und mit einem seitlich angeordnetem Zellverbinder, welcher die Batteriezellen elektrisch miteinander koppelt;
2 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls aus 1 in einer Draufsicht;
3 eine schematische Darstellung einer ersten Seitenwand, einer zweiten Seitenwand und der Trageinrichtung des Batteriemoduls in einer Explosionsdarstellung;
4 eine schematische Darstellung der ersten Seitenwand mit einem Kühlkanal mit Kühlmitteleinlass und mit Aufnahmebereichen für jeweilige Zellverbinder;
5 eine schematische Darstellung des Zellverbundes mit einem an einem ersten Ende des Zellverbundes angeordneten Fixierelement und einem am zweiten Ende des Zellverbundes angeordneten Stützelement in einer Seitenansicht;
6 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls mit einem Batteriegehäuse, in welchem der Zellverbund mit den geneigten Batteriezellen angeordnet ist, wobei an dem ersten Ende des Zellverbundes eine Variante des Fixierelements und an dem zweiten Ende des Zellverbundes eine Variante des Stützelements angeordnet ist;
7 eine schematische Darstellung einer Komponentenanordnung aus der ersten Seitenwand, der zweiten Seitenwand, der Trageinrichtung, einer Variante des Stützelements und einer Variante des Fixierelements des Batteriemoduls in einer Perspektivansicht;
8 eine Vergrößerung eines Ausschnitts der Komponentenanordnung gemäß 7 mit den Batteriezellen in einer Seitenansicht;
9 eine schematische Darstellung der Komponentenanordnung aus 7 mit den Batteriezellen in einer Perspektivansicht;
10 eine schematische Darstellung einer Modulanordnung mit drei Batteriemodulen in einer Draufsicht und einer schematischen Strömungsführung eines Kühlmediums;
11 eine schematische Darstellung des Zellverbundes mit einer elektrischen Kopplung der Batteriezellen mit seitlich angeordneten Zellverbindern in einer Perspektivansicht;
12 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Batteriemoduls, wobei jeweils in einem Aufnahmebereich einer Seitenwand des Batteriemoduls ein Teil eines Zellverbinders angeordnet ist;
13 eine schematische Darstellung der elektrisch gekoppelten Batteriezellen des Batteriemoduls gemäß 11 in einer Perspektivansicht, welche an der Trageinrichtung und zwischen den Seitenwänden des Batteriemoduls angeordnet sind;
14 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle des Batteriemoduls mit einem bereichsweise an einer Seitenwand angeordneten Zellverbinder;
15 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls gemäß 13 in einer Perspektivansicht mit einer Variante des Fixierelements und einer Abdeckeinheit, welche den Zellverbund überdeckt;
16 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls gemäß 15 in einer weiteren Perspektivansicht;
17 eine schematische Darstellung des Batteriemoduls gemäß 15 in einer Schnittansicht;
18 eine schematische Darstellung eines Kanals zwischen der Abdeckeinheit und zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen;
19 eine schematische Darstellung einer Modulanordnung mit drei Batteriemodulen und einem Rahmen, welcher die jeweiligen Batteriemodule einfasst und an der Abdeckeinheit der Batteriemodule angeordnet ist;
In 1 ist schematisch ein Batteriemodul 10 mit einem Zellverbund 12 gezeigt, welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen 14 umfasst. Das Batteriemodul 10 ist dabei in einer Seitenansicht gezeigt. Ein solches Batteriemodul 10 kann beispielsweise in einer Batterie eines Kraftfahrzeugs zum Einsatz kommen. Die Batteriezellen 14 können hierfür ferner als Lithium-Ionen-Zellen ausgebildet sein. In einem solchen Batteriemodul 10 sind die Batteriezellen 14 elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, um entsprechend hohe Spannungen und Ströme bereitzustellen.
Die Batteriezellen 14 umfassen jeweils ein Batteriezellengehäuse, welches vorliegend beispielhaft prismatisch, insbesondere als Quader, ausgebildet ist. Innerhalb des Batteriezellengehäuses ist in an sich bekannter Weise ein galvanisches Element angeordnet, welches mit einem jeweiligen elektrochemischen Material beschichteten Ableiter (in den Figuren nicht gezeigt) umfasst. Jeweils ein Ableiter ist zu einem Anschlusselement 28, etwa einem Pluspol oder einem Minuspol, der Batteriezelle 14 geführt, welches an einer Oberseite 22 der jeweiligen Batteriezelle 14 angeordnet sind.
Wie 1 zeigt, sind die Batteriezellen 14 geneigt zu einer Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 mit einem Winkel α zur Erstreckungsrichtung x angeordnet. Mit anderen Worten sind die Batteriezellen 14 in Reihe schuppenartig aneinander angrenzend und geneigt zur Erstreckungsrichtung x angeordnet. Der Winkel α kann einen Wert zwischen 30° und 90°, insbesondere von 45°, aufweisen. Durch die schräge Anordnung reduziert sich die bauliche Höhe in eine Hochrichtung z des Batteriemoduls 10 gegenüber einer herkömmlichen geraden beziehungsweise aufrechten Anordnung der Batteriezellen 14. Eine aufrecht angeordnete Batteriezelle 14 ist in 1 durch die gestrichelten Linien veranschaulicht. Die Reduzierung der baulichen Höhe des Batteriemoduls 10 ist durch einen Doppelpfeil z1 verdeutlicht. Die durch die schräge Zellanordnung resultierende Bauhöhe des Batteriemoduls 10 ist durch einen weiteren Doppelpfeil z2 verdeutlicht.
Da die Batteriezellen 14 geneigt zu der Erstreckungsrichtung x angeordnet sind, ist auch die jeweilige Bodenfläche 26 der Batteriezellen 14 ebenfalls geneigt zur Erstreckungsrichtung x angeordnet und ist nicht, wie beispielsweise bei der geraden, aufrechten Anordnung der Batteriezellen 14, zu der Erstreckungsrichtung x parallel. Dadurch entsteht zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen 14, nämlich zwischen der Bodenfläche 26 und einer Seitenfläche 24 einer angrenzenden Batteriezelle 14, ein im Querschnitt insbesondere dreieckförmiger Hohlraum.
Dieser Hohlraum wird durch eine Trageinrichtung 16 ausgefüllt (vergleiche 3). Die Trageinrichtung 16 ist dazu ausgebildet, die Batteriezellen 14 zu stützen. Die Trageinrichtung 16 weist in die Erstreckungsrichtung x eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Aufnahmeprofilen 18 auf. In jeweils einem Aufnahmeprofil 18 ist eine Batteriezelle 14 abgestützt.
Die Mehrzahl von aneinander angrenzenden Aufnahmeprofilen 18 bildet ein Sägezahnprofil aus. Jeweils ein Aufnahmeprofil 18 der Mehrzahl von Aufnahmeprofilen 18 der Trageinrichtung 16 umfasst eine Vertiefung zwischen den Spitzen der Zähne des Sägezahnprofils. Das jeweilige Aufnahmeprofil 18 grenzt an die Bodenfläche 26 und an die an die Bodenfläche 26 angrenzende Seitenfläche 24 der Batteriezelle 14 an, welche in dem Aufnahmeprofil 18 angeordnet ist. Mit anderen Worten kann jeweils ein Aufnahmeprofil 18 eine abgewinkelte Anlagefläche für jeweils eine Batteriezelle 14 bilden. Das Aufnahmeprofil 18 erstreckt sich dabei beispielsweise senkrecht zu der Erstreckungsrichtung x in Breitenrichtung (in 1 nicht gezeigt) entlang der Bodenfläche 26 und der Seitenfläche 24 der Batteriezelle 14.
Die Trageinrichtung 16 kann beispielsweise als Hohlräume aufweisendes Strangpressprofil ausgebildet sein. In den Bereichen des jeweiligen Hohlraums, welcher unterhalb der Bodenfläche 26 der Batteriezelle 14 zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen 14 gebildet ist, kann die Trageinrichtung 16 die gleiche Form wie der Hohlraum, also eine im Querschnitt dreieckige Form, aufweisen. Durch das hohle Strangpressprofil kann in dem Hohlraum jeweils ein Kühlkanal 20 ausgebildet sein, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Da der Zellverbund 12 eine Mehrzahl geneigter Batteriezellen 14 aufweist, weist das Batteriemodul 10 mehrere solcher Kühlkanäle 20 auf.
Die Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10 sind elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die elektrisch leitende Verbindung erfolgt an dem jeweiligen Anschlusselement 28 der Batteriezelle 14 mit Hilfe eines sogenannten Zellverbinders 30 (vergleiche 12). Vorliegend sind an der Oberseite 22 der jeweiligen Batteriezellen 14 zwei Anschlusselemente 28, die sogenannten elektrischen Pole, angeordnet, zwischen welchen eine elektrische Spannung vorliegt. Die Oberseite 22 der jeweiligen Batteriezellen 14 erstreckt sich parallel gegenüber der Bodenfläche 26 der jeweiligen Batteriezellen 14. Eines der beiden Anschlusselemente 28 ist dabei bevorzugt als Pluspol, das andere Anschlusselement 28 bevorzugt als Minuspol ausgebildet. Die Batteriezellen 14 werden über zumindest einen Zellverbinder 30 miteinander elektrisch leitend verbunden. In 1 sind die Batteriezellen 14 parallel geschaltet.
Da die Batteriezellen 14 geneigt zur Erstreckungsrichtung x angeordnet sind, kann der Zellverbinder 30 nur in im Hinblick auf den Bauraum ungünstiger Weise auf die Oberseite 22 der Batteriezellen 14 aufgelegt werden, um die Batteriezellen 14 zu verbinden. Vorliegend wird daher der Zellverbinder 30 zunächst ausgehend von dem jeweiligen Anschlusselement 28 zu einer Seite des Zellverbundes 12, d.h. in Breitenrichtung y des Batteriemoduls 10, in Richtung einer Seitefläche der Batteriezelle 14 geführt, welche sich in Erstreckungsrichtung der Batteriezelle 14 erstreckt. Dadurch können die Batteriezellen 14 seitlich mit dem Zellverbinder 30 elektrisch miteinander gekoppelt werden. Der Zellverbinder 30 verläuft also entlang der Seitenflächen 24 der Batteriezellen 14, welche mit der Erstreckungsrichtung x zusammenfallen. Auf die genaue Anordnung des Zellverbinders 30 wird später genauer eingegangen.
In 2 ist das Batteriemodul 10 aus 1 in einer Draufsicht gezeigt. Daraus geht die seitliche Anordnung des Zellverbinders 30 deutlicher hervor. Ausgehend von dem jeweiligen Anschlusselement 28 einer jeweiligen Batteriezelle 14 ist ein erster Zellverbinder 30 einmal in Breitenrichtung y zu einer Seite des Batteriemoduls 10 und ein weiterer Zellverbinder 30 zu einer anderen Seite des Batteriemoduls 10 geführt und verbindet in Erstreckungsrichtung x die jeweiligen Batteriezellen 14 elektrisch miteinander.
Wie aus 2 noch hervorgeht, sind die Batteriezellen 14 zwischen einer zu der Erstreckungsrichtung x parallelen ersten Seitenwand 32 und einer der ersten Seitenwand 32 parallel gegenüberliegenden zweiten Seitenwand 34 angeordnet. Dadurch werden die Batteriezellen 14 zusätzlich gestützt.
In 3 sind die erste Seitenwand 32, die zweite Seitenwand 34 und die Trageinrichtung 16 des Batteriemoduls 10 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. In Zusammenschau mit 4 wird im Folgenden der Aufbau der jeweiligen Seitenwand 32, 34 genauer erläutert. In 4 ist zwar nur die erste Seitenwand 32 gezeigt, die zweite Seitenwand 34 kann aber analog zur ersten Seitenwand 32 ausgestaltet sein, wie es nachfolgend näher erläutert wird.
Wie zu 2 bereits beschrieben, sind die Batteriezellen 14 zwischen der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 angeordnet. Des Weiteren ist auch die Trageinrichtung 16 zwischen den beiden Seitenwänden 32, 34 angeordnet. Die Trageinrichtung 16 kann somit eine Bodenplatte des Batteriemoduls 10 bilden, auf welcher die Batteriezellen 14 angeordnet sind. Zur Bildung des Gerüsts aus Trageinrichtung 16, erster 32 und zweiter Seitenwand 34 können die drei Bauteile miteinander verschweißt werden.
Wie 4 zu entnehmen ist, umfasst die erste Seitenwand 32 einen Kühlmitteleinlass 36, an welchen ein Verteilkanal 44 anschließt. Der Verteilkanal 44 verläuft in einer Schleife innerhalb der ersten Seitenwand 32. Die erste Seitenwand 32 weist ferner Öffnungen 40 auf. Ist die erste Seitenwand 32 an der Trageinrichtung 16 angeordnet (vergleiche 3), so ist der Verteilkanal 44 über zumindest eine Öffnung der Öffnungen 40 mit zumindest einem Kühlkanal 20 der Trageinrichtung 16 fluidisch gekoppelt.
Da die Trageinrichtung 16 mehrere Kühlkanäle 20 besitzt, stimmt bevorzugt die Anzahl der Öffnungen 40 mit der Anzahl der Kühlkanäle 20 der Trageinrichtung 16 überein. D.h., jeder Kühlkanal 20 der Trageinrichtung 16 ist über jeweils eine Öffnung 40 mit dem Verteilkanal 44 fluidisch gekoppelt. Analog zur ersten Seitenwand 32, weist auch die zweite Seitenwand 34 diese Öffnungen 40 auf. Über die Öffnungen 40 der zweiten Seitenwand 34 sind die Kühlkanäle 20 der Trageinrichtung 16 fluidisch mit dem Sammelkanal (in Figuren nicht dargestellt) gekoppelt. Analog zum Verteilkanal 44 der ersten Seitenwand 32 kann der Sammelkanal in einer Schleife innerhalb der zweiten Seitenwand 34 verlaufen und in einen Kühlmittelauslass 38, über den das Kühlmedium aus dem Batteriemodul 10 abführbar ist, münden (vergleiche 3).
Gemäß 3 weisen die erste Seitenwand 32 und die zweite Seitenwand 34 jeweils an einer Oberseite schlitzförmige Öffnungen auf. Diese schlitzförmigen Öffnungen sind Öffnungen von Aufnahmebereichen 42 (vergleiche 4). Die Aufnahmebereiche 42 sind zur Aufnahme zumindest eines Teils eines jeweiligen Zellverbinders 30 ausgelegt. Wie besonders gut in 4 zu erkennen ist, sind die Aufnahmebereiche 42 als Taschen ausgebildet ist. Auf die Aufnahmebereiche 42 wird an späterer Stelle noch genauer eingegangen. In die Hochrichtung z verläuft der Verteilkanal 44 ausgehend von dem Kühlmitteleinlass 36 unterhalb der Aufnahmebereiche 42 zu einem oberen Bereich der ersten Seitenwand 32 und verläuft dann in die Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 unterhalb der Aufnahmebereiche 42. Anschließend verläuft der Verteilkanal 44 in einem Bogen zu einem unteren Bereich der ersten Seitenwand 32 und verläuft in die Erstreckungsrichtung x entlang der Öffnungen 40, um das Kühlmedium in die Kühlkanäle 20 der Trageinrichtung 16 zu verteilen. Analog zum Verteilkanal 44 der ersten Seitenwand 32 kann der Sammelkanal in der zweiten Seitenwand 34 verlaufen. Nur durchströmt hier das Kühlmedium den Sammelkanal hin zum Kühlmittelauslass 38.
Durch den Verlauf des Verteilkanals 44 und/oder des Sammelkanals wird der Zellverbund 12 auch durch die erste 32 und zweite Seitenwand 34 gekühlt. Um die Kühlung noch zusätzlich zu verstärken, weisen die erste 32 und/oder die zweite Seitenwand 34, wie 3 zu entnehmen ist, Freiräume, d.h. Löcher, auf, durch welche im Betrieb des Batteriemoduls 10 freigesetzte Wärme entweichen kann.
Aus 5 geht der geneigte Zellverbund 12 mit einem Fixierelement 46 und einem Stützelement 48 hervor. An einem ersten Ende A des Zellverbunds 12 ist das Fixierelement 46 angeordnet. Das Fixierelement 46 weist eine Keilform auf. Mit anderen Worten ist das Fixierelement 46 als Keil ausgebildet. Das Fixierelement 46 dient dazu, eine die Batteriezellen 14 in die Erstreckungsrichtung x gegeneinander pressende Kraft auf den Zellverbund 12 auszuüben.
An einem dem ersten Ende A in der Erstreckungsrichtung x gegenüberliegenden zweiten Ende B des Zellverbundes 12 ist ein Stützelement 48 angeordnet. Das Stützelement 48 bildet ein Widerlager für den Zellverbund 12. Mit anderen Worten lagert der Zellverbund 12 auf einer Auflagefläche des Stützelements 48, welches an dem zweiten Ende B des Zellverbundes 12 angeordnet ist. Die Auflagefläche ist insbesondere mit dem gleichen Winkel wie die Batteriezellen 14 geneigt zur Erstreckungsrichtung x ausgerichtet. In 5 weist das Stützelement 48 eine plattenförmige Gestalt auf.
Kommt das Batteriemodul 10 beispielsweise in einem Kraftfahrzeug zum Einsatz, so kann in die Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 hinter dem Stützelement 48 ein Hilfsrahmen 50 oder dergleichen Karosseriebauteil angeordnet sein. Kommt es zu einem Crash des Kraftfahrzeugs, bei welchem der Hilfsrahmen 50 sich in Richtung des Batteriemoduls 10, wie durch den Pfeil angedeutet, bewegt, so drückt der Hilfsrahmen 50 die Batteriezellen 14 nicht zusammen oder beschädigt sie. Vielmehr wird der Hilfsrahmen 50 durch das Stützelement 48 umgelenkt. Dazu ist das Stützelement 48, ebenfalls wie die Batteriezellen 14, geneigt zur Erstreckungsrichtung x angeordnet und plattenförmig ausgebildet. Somit kommt in diesem Fall dem Stützelement 48 eine Doppelfunktion zu. Nämlich einmal eine Stützfunktion als Widerlager und eine Schutzfunktion, indem das Stützelement 48 im Fall eines Crashs die auf das Batteriemodul 10 beziehungsweise das Stützelement 48 auftreffenden Komponenten ablenkt.
Gemäß 6 weisen das Fixierelement 46 und das Stützelement 48 eine Keilform auf. Um den Bauraum besonders gut auszunutzen, weisen das Fixierelement 46 und das Stützelement 48 jeweils Aussparungen 56 auf. In die Aussparungen 56 können Komponenten des Batteriemoduls 10, wie beispielsweise Kabel, aufgenommen sein. Die Aussparungen 56 können ferner auch als zusätzliche Kühlkanäle, welche sich durch das Fixierelement 46 und das Stützelement 48 in Breitenrichtung y des Batteriemoduls 10 erstrecken, ausgebildet sein. Der Zellverbund 12, das Fixierelement 46, das Stützelement 48 und die Trageinrichtung 16 (in 6 nicht dargestellt) können von einem Gehäuse 52 des Batteriemoduls 10 umgeben sein. Mit anderen Worten sind der Zellverbund 12, das Fixierelement 46, das Stützelement 48 und die Trageinrichtung 16 in dem Gehäuse 52 angeordnet. Die erste Seitenwand 32 und die zweite Seitenwand 34 können dabei entweder jeweils eine Wandung des Gehäuses 52 ausbilden oder innerhalb des Gehäuses 52 angeordnet sein.
Das Gehäuse 52 umfasst eine Abdeckeinheit 54, welche den Zellverbund 12 überdeckt. Das Gehäuse 52 ist mit zumindest zwei Befestigungselementen 66 beispielsweise an der Karosserie gehalten. Die Befestigungselemente 66 können insbesondere als Schrauben ausgebildet sein.
Um die Batteriezellen 14 zu verspannen, kann das Fixierelement 46 nach dem Keilprinzip in Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 eine die Batteriezellen 14 gegeneinander pressende Kraft auf die Batteriezellen 14 ausüben. Dazu ist das Fixierelement 46 an dem ersten Ende A des Zellverbunds 12 zwischen einer Batteriezelle 14 und einer Wandung des Gehäuses 52 angeordnet. Dadurch entsteht zwischen dem Zellverbund 12 und dem Gehäuse 52 eine Keilverbindung. Durch das Einbringen des keilförmigen Fixierelements 46 werden die Batteriezellen 14 gegeneinander verspannt. Damit aber das Fixierelement 46 eine Vorspannkraft auf die Batteriezellen 14 ausübt, wird das Fixierelement 46 über ein Verspannelement 58 mit dem Gehäuse 52 gekoppelt. Durch das Verspannelement 58 ist die die Batteriezellen 14 gegeneinander pressende Kraft einstellbar. Bei dem Verspannelement 58 kann es sich beispielsweise um eine Schraube handeln.
In Zusammenschau der 7 bis 9 sollen der Aufbau des Batteriemoduls 10 und die Funktion der Komponenten des Batteriemoduls 10 genauer erläutert werden.
In 7 ist das Gerüst aus 3 um das Fixierelement 46, in einer weiteren Variante, und das Stützelement 48, in einer weiteren Variante, erweitert. Das Fixierelement 46 und das Stützelement 48 sind dabei mit der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 verbunden. Beispielsweise können das Fixierelement 46 und das Stützelement 48 mit der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 verschraubt sein.
In 7 setzt sich das Fixierelement 46, auch wenn es einstückig ausgebildet ist, aus drei Teilen zusammen. Das Fixierelement 46 besteht aus zwei keilförmigen Randstücken, dem ersten Randstück 60 und dem zweiten Randstück 62. Beide Randstücke 60, 62 sind jeweils in einer Vertiefung V an der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 angeordnet sind. Das erste Randstück 60 ist in der Vertiefung V der ersten Seitenwand 32 und das zweite Randstück 62 in der Vertiefung V der zweiten Seitenwand 34 angeordnet. Beide Randstücke 60, 62 des Fixierelements 46 weisen im Querschnitt eine Trapezform auf. Auch die jeweilige Vertiefung V der Seitenwände 32, 34 weist im Querschnitt eine Trapezform auf. Beide Randstücke 60, 62 sind über ein Mittelstück 64 miteinander verbunden. Das Mittelstück 64 ist plattenförmig ausgebildet und liegt, wie 8 und 9 zu entnehmen ist, an dem ersten Ende A des Zellverbundes 12 an dem Zellverbund 12 an.
Die Vertiefung V an beiden Seitenwänden 32, 34 dient als Führung für die jeweils in den Vertiefungen V angeordneten Randstücke 60, 62 des Fixierelements 46. Beide Randstücke sind mittels eines Verspannelements (in 7 bis 9 nicht gezeigt) mit der jeweiligen Seitenwand 32, 34 verspannt. Das Verspannelement kann beispielsweise als Schraube ausgebildet sein. Wird das Verspannelement angezogen, so wird das jeweilige Randstück 60, 62 tiefer, d.h. entgegen der Hochrichtung z, in die Vertiefung V gezogen. Dadurch wird das Mittelstück 64, je mehr das Verspannelement angezogen wird und sich das jeweilige Randstück 60, 62 entgegen die Hochrichtung z bewegt, stärker an das erste Ende A des Zellverbundes 12 gedrückt. Mit anderen Worten wird das Fixierelement 46 mit der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 des Batteriemoduls 10 über das Verspannelement derart gekoppelt, dass mittels des Verspannelements die die Batteriezellen 14 gegeneinander pressende Kraft einstellbar ist.
In 10 ist eine Modulanordnung 68 mit drei Batteriemodulen 10 gezeigt, welche identisch ausgebildet sind. Ferner ist schematisch eine Strömungsführung des Kühlmediums gezeigt, welches die Batteriemodule 10 beim Durchströmen kühlt.
In dieser Ausführungsform werden alle drei Batteriemodule 10 über einen Hauptkanal 70 mit dem Kühlmedium versorgt. Zu den jeweiligen Batteriemodulen 10 führt von dem Hauptkanal 70 jeweils ein Versorgungskanal 72. Der Versorgungskanal 72 leitet das Kühlmedium über den Kühlmitteleinlass 36 des jeweiligen Batteriemoduls 10 in den Verteilkanal 44 des jeweiligen Batteriemoduls 10. In dem mittleren Batteriemodul 10 der Modulanordnung 68 ist schematisch durch die zwei Pfeile angedeutet, wie das Kühlmedium von dem Verteilkanal 44 durch den jeweiligen Kühlkanal 20 der Trageinrichtung 16 strömt. Danach gelangt es über die Öffnungen 40 in den Sammelkanal 76 des jeweiligen Batteriemoduls 10 hin zu einem Ableitungskanal 74, welcher das Kühlmedium beispielsweise zu einem Wärmetauscher weiterleitet.
Durch diese Kanalkonstellation – Hauptkanal 70, Versorgungskanal 72, Verteilkanal 44, Kühlkanal 20, Sammelkanal 76 und Ableitungskanal 74 – wird jedes der drei Batteriemodule 10 der Modulanordnung 68 mit dem Kühlmedium auf etwa der gleichen Vorlauftemperatur angeströmt und somit gleichmäßig gekühlt. Der Hauptkanal 70 und/oder der Versorgungskanal 72 und/oder der Verteilkanal 44 und/oder der Sammelkanal 76 und/oder der Ableitungskanal 74 können als Rohr und/oder als Schlauch ausgebildet sein.
Im Folgenden soll nun in Zusammenschau der 11 bis 13 die Verbindung der Batteriezellen 14 mit dem jeweiligen Zellverbinder 30 sowie die Ausgestaltung des Zellverbinders 30 erläutert werden.
Jeweils zwei Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10 sind in den 11 bis 13 elektrisch in Reihe geschaltet. Die elektrische Verbindung an dem jeweiligen Anschlusselement 28 der Batteriezelle 14 erfolgt mit Hilfe des Zellverbinders 30. An der Oberseite 22 weisen dazu die jeweiligen Batteriezellen 14 zwei Anschlusselemente 28, die sogenannten elektrischen Pole, auf, zwischen welchen eine elektrische Spannung vorliegt. Eines der beiden Anschlusselemente 28 ist dabei bevorzugt als Pluspol, das andere Anschlusselement 28 bevorzugt als Minuspol ausgebildet. Zumindest zwei aneinander angrenzend angeordnete Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10 werden über den Zellverbinder 30 miteinander kontaktiert und elektrisch leitend verbunden. Werden die Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10 beispielsweise in Reihe geschaltet, wie es in den 11 bis 13 der Fall ist, so wird der Minuspol einer Batteriezelle 14 mit dem Pluspol der angrenzenden Batteriezelle 14 verbunden.
Im Folgenden soll auf den Zellverbinder 30 genauer eingegangen werden. Der Zellverbinder 30 selbst weist zwei Anschlussabschnitte 78 auf. Jeweils ein Anschlussabschnitt 78 ist mit jeweils einem Anschlusselement 28 (Pluspol oder Minuspol) der Batteriezellen 14 verbunden. In diesem Fall koppelt der Zellverbinder 30 zwei Batteriezellen 14 elektrisch, indem der Minuspol der einen Batteriezelle 14 mit dem Pluspol der in Erstreckungsrichtung x angrenzenden Batteriezelle 14 elektrisch gekoppelt wird. Ferner weist der Zellverbinder 30 einen Verbindungsabschnitt 80 auf, welcher die zwei Anschlussabschnitte 78 verbindet. Zudem erstreckt sich der Verbindungsabschnitt 80 bereichsweise entlang der zu der Erstreckungsrichtung x parallelen Seitenfläche 24 der zwei Batteriezellen 14.
Die beiden Anschlussabschnitte 78 und der Verbindungsabschnitt 80 des Zellverbinders 30 sind plattenförmig und flach ausgebildet. Somit liegen die Anschlussabschnitte 78 flach auf dem jeweiligen Anschlusselement 28 auf. Mit flach ist hier gemeint, dass die Breite größer ist als die Dicke der Anschlussabschnitte 78 und des Verbindungsabschnitts 80. Mit anderen Worten liegt die Breitseite der jeweiligen Anschlussabschnitte 78 auf dem Anschlusselement 28 auf. Ferner sind die jeweiligen Anschlussabschnitte 78 des Zellverbinders 30 zu einer Seite des Zellverbundes 12 senkrecht zur Erstreckungsrichtung x, d.h. in der der Breitenrichtung y, geführt. Der Verbindungsabschnitt 80 des Zellverbinders 30 erstreckt sich parallel zur Erstreckungsrichtung x zwischen den jeweiligen Anschlussabschnitten 78, wobei eine Breitseite des Verbindungsabschnitts 80 entlang der Seitenfläche 24 der Batteriezelle 14 verläuft. Der Verbindungsabschnitt 80 verläuft also parallel zu der Seitenfläche 24 der Batteriezelle 14.
Wie 12 zeigt, ist der Verbindungsabschnitt 80 beispielhaft U-förmig gekrümmt und ein Bereich des Verbindungsabschnitts 80 ist in der ersten Seitenwand 32 versenkt angeordnet. Der Verbindungsabschnitt 80 kann auch eine andere Krümmung, beispielsweise eine V-Form, aufweisen. Ferner kann der Zellverbinder 30 beim Übergang des Anschlussabschnitts 78 zum Verbindungsabschnitt 80 insbesondere einen rechtwinkligen Knick aufweisen. Mit anderen Worten kann der Zellverbinder 30 in einem Übergangsbereich von dem jeweiligen Anschlussabschnitt 78 zum Verbindungsabschnitt 80 abgewinkelt sein. Dazu sieht die erste Seitewand 32 wie bereits in 4 angedeutet, den Aufnahmebereich 42 vor, welcher insbesondere als Tasche ausgebildet ist. In dem Aufnahmebereich 42 ist der Verbindungsabschnitt 80 des Zellverbinders 30 zumindest bereichsweise aufgenommen. Ferner ist in dem Aufnahmebereich 42 eine Isolierung 82 angeordnet. Die Isolierung 82 isoliert den Verbindungsabschnitt 80 des Zellverbinders 30 in dem Aufnahmebereich 42 gegenüber der ersten Seitenwand 32 elektrisch. Was für die erste Seitenwand 32 in Verbindung mit dem Zellverbinder 30 beschrieben wurde, gilt bevorzugt auch analog für die zweite Seitenwand 34.
Alternativ zur Anordnung des Zellverbinders 30 in dem Aufnahmebereich 42 in einer der Seitenwände 32, 34 kann der Verbindungsabschnitt 80 des Zellverbinders 30 auch einfach nur an der jeweiligen Seitenwand – ersten Seitenwand 32 oder zweiten Seitenwand 34 – anliegen, wie dies aus 14 hervorgeht.
In Zusammenschau der 15 bis 18 soll nun auf den Aufbau eines Kanals, welcher dazu ausgebildet ist, ein aus einer Batteriezelle 14 austretendes Fluid aufzunehmen, eingegangen werden.
Auf dem Zellverbund 12 liegt eine Abdeckeinheit 54 auf. Die Abdeckeinheit 54 ist beispielsweise aus Kunststoff gebildet und kann als Berührschutz dienen. Mit anderen Worten ist die Abdeckeinheit 54 als Deckel ausgebildet. Dazu weist die Abdeckeinheit 54 eine Deckplatte 57 auf, welche auf dem Zellverbund 12 aufliegt. An die Deckplatte 57 grenzen vier Randstege 55 an, welche seitlich am Zellverbund 12 verlaufen. Die Abdeckeinheit 54 kann mit der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 gekoppelt, insbesondere verschraubt, sein. Dazu können zwei der vier Randstege 55, welche sich in Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 erstrecken, mit der ersten Seitenwand 32 und der zweiten Seitenwand 34 verbunden sein. Dazu liegt einer der zwei Randstege 55 an einer Oberseite der ersten Seitenwand 32 und der zweite der zwei Randstege 55 an einer Oberseite der zweiten Seitenwand 34 auf. Ferner weisen die zwei Randstege 55 in Erstreckungsrichtung x des Batteriemoduls 10 mehrere Entgasungsöffnungen 84 auf, welche in einer Reihe angeordnet sind.
Neben dem Berührschutz ist der Abdeckeinheit 54 noch eine weitere Funktion zugeteilt, wie dies insbesondere aus 18 hervorgeht, auf welche im Folgenden genauer eingegangen wird. Die Abdeckeinheit 54 überdeckt den Zellverbund 12 derart, dass jeweils zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen 14 des Zellverbunds 12 und der Abdeckeinheit 54, insbesondere einer Innenseite der Deckplatte 57, welche dem Zellverbund 12 zugewandt ist, wenigstens ein Kanal 86 ausgebildet ist. Dieser Kanal 86 ist von einem aus einer der Batteriezellen 14 austretenden Fluid durchströmbar. Die Abdeckeinheit 54 bildet also eine Wandung des Kanals 86.
Da die Batteriezellen 14 geneigt zur Erstreckungsrichtung x angeordnet sind, liegt die Oberseite 22 einer jeweiligen Batteriezelle 14 senkrecht zu einer in die Erstreckungsrichtung x angrenzenden Seitenwand einer angrenzenden Batteriezelle 14. Durch die Abdeckeinheit 54 und die Zellanordnung weist der Kanal 86 eine prismatische Form, insbesondere im Querschnitt eine Dreieckform, auf. In Erstreckungsrichtung x weist das Batteriemodul 10 jeweils zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen 14 einen solchen Kanal 86 auf. Die Mehrzahl solcher Kanäle 86 geht aus der Querschnittansicht in 17 hervor. Um den Kanal 86 gegenüber seiner Umgebung abzugrenzen, ist zwischen zumindest zwei Batteriezellen 14, zwischen welchen der Kanal 86 ausgebildet ist, und der Abdeckeinheit 54 jeweils eine Dichtung 88 an jeweils einer Kante der jeweiligen Batteriezelle 14 angeordnet. Die Kante der jeweiligen Batteriezelle 14, welche der Abdeckeinheit 54 zugewandt ist, bildet den höchsten Punkt des Zellverbundes 12 in Höhenrichtung z des Batteriemoduls 10. Die Dichtung 88 erstreckt sich dabei in Breitenrichtung y über die gesamte Breite der jeweiligen Batteriezelle 14. Der Kanal 86 ist ferner über die Entgasungsöffnung 84 mit einem Fluidsammelkanal (in Figuren nicht dargestellt) gekoppelt. Der Fluidsammelkanal kann beispielsweise als Schlauch oder Rohr ausgebildet sein. Durch den Fluidsammelkanal kann ein aus den Batteriezellen 14 austretendes Gas kanalisiert und weg von zündungsführenden Teilen, d.h. Teilen welche das Gas beispielsweise durch Funkenbildung entzünden können, in einen Außenbereich des Kraftfahrzeugs geführt werden.
In 17 ist eine Seitenansicht des Batteriemoduls 10 gezeigt. Darin sieht man deutlich, wie zwischen aneinander angrenzenden Batteriezellen 14 der jeweilige Kanal 86 ausgebildet ist.
In 19 ist die Modulanordnung 68 mit den drei Batteriemodulen 10 gezeigt. Die drei Batteriemodule 10 sind jeweils von einem Rahmen 90 eingefasst. Der Rahmen 90 ist ferner mit der Abdeckeinheit 54 des jeweiligen Batteriemoduls 10 der Modulanordnung 68 gekoppelt. Der Rahmen 90 selbst kann als Hohlkörper ausgebildet sein. Durch den Hohlkörper kann der bereits oben beschriebene Fluidsammelkanal gebildet sein, welcher fluidisch mit dem wenigstens einen Kanal 86 über die Entgasungsöffnung 84 des jeweiligen Batteriemoduls 10 gekoppelt ist. Der Rahmen 90 kann aber auch den Fluidsammelkanal umfassen. Mit anderen Worten kann der Fluidsammelkanal in dem Hohlkörper angeordnet sein.
Insgesamt ergibt sich vorliegend durch eine spezielle Anordnung von Batteriezellen 14 eines Batteriemoduls 10 eine Minimierung des Bauraumbedarfs in Batteriesystemen, insbesondere Hochvolt-Batteriesystemen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005054435 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug umfassend: – einen Zellverbund (12) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (14), wobei die Batteriezellen (14) in eine Erstreckungsrichtung (x) des Batteriemoduls (10) aneinander angrenzend angeordnet sind, wobei – an einer Oberseite (22) der Batteriezellen (14) jeweils zumindest ein Anschlusselement (28) angeordnet ist, wobei – zumindest zwei Batteriezellen (14) der Mehrzahl von Batteriezellen (14) mit zumindest einem Zellverbinder (30), welcher das jeweilige Anschlusselement (28) der wenigstens zwei Batteriezellen (14) kontaktiert, elektrisch gekoppelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass – der Zellverbinder (30) wenigstens zwei Anschlussabschnitte (78) aufweist, wobei jeweils ein Anschlussabschnitt (78) mit dem Anschlusselement (28) der zumindest zwei Batteriezellen (14) verbunden ist, wobei – der Zellverbinder (30) wenigstens einen Verbindungsabschnitt (80) aufweist, welcher die jeweiligen Anschlussabschnitte (78) verbindet und sich bereichsweise entlang einer Seitenfläche (24) der zumindest zwei Batteriezellen (14) erstreckt, wobei die Seitenfläche (24) der Batteriezelle (14) an die Oberseite (22) der Batteriezelle (14) angrenzt.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (14) des Zellverbundes (12) geneigt zu der Erstreckungsrichtung (x) des Batteriemoduls (10) in die Erstreckungsrichtung aneinander (x) angrenzend angeordnet sind.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen Anschlussabschnitte (78) und der wenigstens eine Verbindungsabschnitt (80) des Zellverbinders (30) plattenförmig ausgebildet sind, wobei eine Breitseite des Verbindungsabschnitts (80) entlang der Seitenfläche (24) der zumindest einen Batteriezelle (14), insbesondere parallel zur Seitenfläche (24), verläuft.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsabschnitt (80), insbesondere U-förmig, gekrümmt ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbund (12) des Batteriemoduls (10) zwischen einer ersten zu der Erstreckungsrichtung (x) parallelen Seitenwand (32) des Batteriemoduls (10) und einer der ersten Seitenwand (32), insbesondere parallel, gegenüberliegenden zweiten Seitenwand (34) des Batteriemoduls (10) angeordnet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Verbindungsabschnitt (80) an einer der Seitenwände (32, 34) des Batteriemoduls (10) anliegt.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Seitenwand (32) und/oder die zweite Seitenwand (34) einen Aufnahmebereich (42), welcher insbesondere als Tasche ausgebildet ist, aufweist, in welchem der wenigstens eine Verbindungsabschnitt (80) des Zellverbinders (30) zumindest bereichsweise aufgenommen ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Aufnahmebereich (42) eine Isolierung (82) angeordnet ist, welche den wenigstens einen Verbindungsabschnitt (80) des Zellverbinders (30) gegenüber der jeweiligen Seitenwand (32, 34) elektrisch isoliert.
Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (32) und/oder die zweite Seitenwand (34) einen Kühlkanal zum Kühlen des zumindest einen Zellverbinders (30) mittels eines den Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums umfasst.
Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.