DE102015214185B4 - Battery module for a motor vehicle, module assembly and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul (10) umfasst einen Zellverbund (12) mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (14). Die Batteriezellen (14) sind dabei in einem vorbestimmten Winkel geneigt zu einer Erstreckungsrichtung (x) des Batteriemoduls (10) in die Erstreckungsrichtung (x) aneinander angrenzend angeordnet. Ferner umfasst das Batteriemodul (10) eine Trageinrichtung (16). Die Trageinrichtung (16) weist in die Erstreckungsrichtung (x) eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Aufnahmeprofilen auf. In jeweils einem Aufnahmeprofil ist eine Batteriezelle (14) abgestützt. Des Weiteren umfasst die Trageinrichtung (16) zumindest einen Kühlkanal, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist.The invention relates to a battery module (10) for a motor vehicle. The battery module (10) comprises a cell assembly (12) with a plurality of battery cells (14). The battery cells (14) are arranged at a predetermined angle inclined to an extension direction (x) of the battery module (10) in the extension direction (x) adjacent to each other. Furthermore, the battery module (10) comprises a carrying device (16). The carrying device (16) has a plurality of adjoining receiving profiles in the direction of extent (x). In each case a receiving profile, a battery cell (14) is supported. Furthermore, the carrying device (16) comprises at least one cooling channel through which a cooling medium can flow.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul umfasst einen Zellverbund mit einer Mehrzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen sind dabei in einem vorbestimmten Winkel geneigt zu einer Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls in die Erstreckungsrichtung aneinander angrenzend angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Modulanordnung mit zumindest zwei solchen Batteriemodulen und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Batteriemodul und/oder einer solchen Modulanordnung.The invention relates to a battery module for a motor vehicle. The battery module comprises a cell network with a plurality of battery cells. The battery cells are arranged at a predetermined angle inclined to an extension direction of the battery module in the direction of extension adjacent to each other. Furthermore, the invention relates to a module arrangement with at least two such battery modules and a motor vehicle with such a battery module and / or such a module arrangement.
Aus dem Stand der Technik der
In der
In der
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.Although the oblique arrangement of the battery cells of the battery unit reduces in principle the structural height of the battery unit compared to a conventional straight or upright arrangement of the battery cells. However, since a collecting space is provided above the battery unit, the installation space to be provided in the height direction of the motor vehicle is not saved compared to the conventional arrangement, but the arrangement has an increased space requirement.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul, eine Modulanordnung und ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art zu schaffen, welches oder welche einen besonders geringen Bauraumbedarf hat und den Bauraum besonders gut ausnutzt.Object of the present invention is therefore to provide a battery module, a module assembly and a motor vehicle of the type mentioned, which or which has a particularly low space requirement and uses the space particularly well.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Modulanordnung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.This object is achieved by a battery module having the features of patent claim 1, by a module arrangement having the features of patent claim 9 and by a motor vehicle having the features of patent claim 11. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the dependent claims.
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 einem vorbestimmten Winkel geneigt zu einer Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls in die Erstreckungsrichtung aneinander angrenzend angeordnet. Mit anderen Worten sind die Batteriezellen in einer Reihe schuppenartig aneinander 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 weisen die jeweiligen Batteriezellen bevorzugt 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 führt jeweils ein Ableiter der Batteriezelle.According to the invention, this object is achieved by a battery module for a motor vehicle. The battery module comprises a cell network with a plurality of battery cells. The battery cells are arranged at a predetermined angle inclined to an extension direction of the battery module in the direction of extension adjacent to each other. In other words, the battery cells are arranged in a row like scales. The battery cells further each include a particular prismatic battery cell housing. In other words, the respective battery cells may have a prismatic shape, in particular a cuboid shape. Within the battery cell housing, a galvanic element is arranged in a manner known per se, which comprises arresters coated with a respective electrochemical material. On an upper side, the respective battery cells preferably have two connection elements, the so-called electric poles, between which there is an electrical voltage. One of the two connecting elements is preferred as a positive pole, the other connecting element preferably designed as a negative pole. In each case leads to the respective connection element, an arrester of the battery cell.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul zeichnet sich dadurch aus, dass das Batteriemodul eine Trageinrichtung umfasst, welche in die Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls eine Mehrzahl von aneinander angrenzenden Aufnahmeprofilen aufweist. In jeweils einem Aufnahmeprofil ist eine Batteriezelle abgestützt. Bevorzugt ist die Trageinrichtung als Strangpressprofil ausgebildet. Beispielsweise kann es sich bei dem Strangpressprofil um ein Aluminiumstrangpressprofil oder um ein Strangpressprofil aus einer Aluminiumlegierung handeln. Das erlaubt es, auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise die Trageinrichtung herzustellen. Ist das Strangpressprofil insbesondere als hohles Strangpressprofil ausgebildet, so weist die Trageinrichtung und damit das Batteriemodul ein besonders geringes Gewicht auf.The battery module according to the invention is characterized in that the battery module comprises a carrying device, which has in the direction of extension of the battery module a plurality of adjoining receiving profiles. In each case a recording profile is a Battery cell supported. Preferably, the carrying device is designed as an extruded profile. For example, the extruded profile can be an aluminum extruded profile or an extruded profile made of an aluminum alloy. This makes it possible to produce the carrying device in a particularly simple and cost-effective manner. If the extruded profile is designed in particular as a hollow extruded profile, then the carrying device and thus the battery module have a particularly low weight.
Erfindungsgemäß bildet die Mehrzahl von Aufnahmeprofilen in die Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls ein Sägezahnprofil. Mit anderen Worten weist die Trageinrichtung in die Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls bevorzugt im Querschnitt eine Zickzackform auf. Da die Batteriezellen geneigt zu der Erstreckungsrichtung angeordnet sind, sind auch die jeweiligen Bodenflächen der Batteriezelle ebenfalls geneigt zur Erstreckungsrichtung angeordnet und nicht, wie beispielsweise bei der geraden aufrechten Anordnung der Batteriezellen, parallel zu der Erstreckungsrichtung. Dadurch entsteht zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen der Mehrzahl von Batteriezellen unter der Bodenfläche einer jeweiligen Batteriezelle ein, insbesondere dreieckförmiger, Hohlraum. Dieser Hohlraum wird durch das Aufnahmeprofil der Trageinrichtung ausgefüllt und stützt dadurch die Batteriezellen.According to the invention, the plurality of receiving profiles in the extension direction of the battery module forms a sawtooth profile. In other words, the carrying device preferably has a zigzag shape in cross-section in the direction of extent of the battery module. Since the battery cells are arranged inclined to the extension direction, the respective bottom surfaces of the battery cell are also arranged inclined to the extension direction and not, as in the straight upright arrangement of the battery cells, parallel to the extension direction. This results between two adjacent battery cells of the plurality of battery cells under the bottom surface of a respective battery cell, in particular a triangular, cavity. This cavity is filled by the receiving profile of the support means and thereby supports the battery cells.
Bildet also beispielsweise die Mehrzahl von Aufnahmeprofilen ein Sägezahnprofil aus und ist in jeweils einem Aufnahmeprofil eine Batteriezelle angeordnet, so schließt das jeweilige Aufnahmeprofil an eine Bodenfläche und eine angrenzende Seitenfläche der Batteriezelle an. Mit anderen Worten kann jeweils ein Aufnahmeprofil eine abgewinkelte Anlagefläche für jeweils eine Batteriezelle bilden. Das Aufnahmeprofil erstreckt sich dabei beispielsweise senkrecht zu der Erstreckungsrichtung entlang der Bodenfläche und der an die Bodenfläche anschließenden Seitenfläche der Batteriezelle. Durch die Trageinrichtung sind keine zusätzlichen Halteelemente notwendig, welche die Batteriezellen in ihrer schrägen Position halten.Thus, for example, if the plurality of receiving profiles forms a sawtooth profile and a battery cell is arranged in each case in a receiving profile, then the respective receiving profile adjoins a bottom surface and an adjacent side surface of the battery cell. In other words, in each case one receiving profile can form an angled contact surface for one battery cell each. The receiving profile extends, for example, perpendicular to the extension direction along the bottom surface and the adjoining the bottom surface side surface of the battery cell. By the support means no additional holding elements are necessary, which hold the battery cells in their oblique position.
Ferner umfasst die Trageinrichtung zumindest einen Kühlkanal, welcher von einem Kühlmedium durchströmbar ist. Bei dem Kühlmedium kann es sich beispielsweise um ein gasförmiges Kühlmedium, insbesondere um Luft, und/oder um ein flüssiges Kühlmedium, insbesondere um ein Wasser-Glykol-Gemisch, handeln. Dadurch kommt der Trageinrichtung oder Tragstruktur eine Doppelfunktion zugute. Zum einen stützt die Trageinrichtung die Batteriezellen und zum anderen können durch den in der Trageinrichtung angeordneten Kühlkanal die Batteriezellen gekühlt werden. Durch die Integration des Kühlkanals in die Trageinrichtung ist das Batteriemodul besonders kompakt ausgestaltet und besitzt also einen besonders geringen Bauraumbedarf.Furthermore, the carrying device comprises at least one cooling channel, which can be traversed by a cooling medium. The cooling medium may be, for example, a gaseous cooling medium, in particular air, and / or a liquid cooling medium, in particular a water-glycol mixture. As a result, the carrying device or support structure benefits a double function. On the one hand, the carrying device supports the battery cells and, on the other hand, the battery cells can be cooled by the cooling channel arranged in the carrying device. By integrating the cooling channel in the support means, the battery module is designed to be particularly compact and thus has a particularly low space requirement.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zumindest eines der Aufnahmeprofile eine Wandung des zumindest einen Kühlkanals bildet. Mit anderen Worten ist zumindest eine Wandung des Kühlkanals durch zumindest ein Aufnahmeprofil bereitgestellt. Wie oben bereits erwähnt, kann die Trageinrichtung beispielsweise als hohles Strangpressprofil ausgebildet sein, welches den Hohlraum jeweils zwischen zwei aneinander angrenzenden Batteriezellen einnimmt. Der Bereich der Trageinrichtung, welcher in dem Hohlraum angeordnet ist, kann als der Kühlkanal von dem Kühlmedium durchströmbar sein. Da zumindest ein Kühlkanal bereits in der Tragstruktur durch die Ausbildung der Aufnahmeprofile gebildet ist, wird Bauraum eingespart.An embodiment of the invention provides that at least one of the receiving profiles forms a wall of the at least one cooling channel. In other words, at least one wall of the cooling channel is provided by at least one receiving profile. As already mentioned above, the support device may be formed, for example, as a hollow extruded profile, which occupies the cavity in each case between two adjacent battery cells. The region of the carrying device, which is arranged in the cavity, can be flowed through by the cooling medium as the cooling channel. Since at least one cooling channel is already formed in the support structure by the formation of the receiving profiles, space is saved.
In vorteilhafter Weise ist die Trageinrichtung zwischen einer ersten zu der Erstreckungsrichtung parallelen Seitenwand des Batteriemoduls und einer der ersten Seitenwand, insbesondere parallel, gegenüberliegenden zweiten Seitenwand des Batteriemoduls angeordnet ist. Insbesondere sind auch die Batteriezellen, welche durch die Trageinrichtung gestützt werden, zwischen der ersten und der 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 der Trageinrichtung beziehungsweise den Batteriezellen besitzt das Batteriemodul eine besonders hohe Stabilität.In an advantageous manner, the carrying device is arranged between a first side wall of the battery module which is parallel to the extension direction and one of the first side wall, in particular parallel, opposite second side wall of the battery module. In particular, the battery cells, which are supported by the support means, between the first and the second side wall of the battery module are arranged. Preferably, the first and / or the second side wall of the battery module as a casting, for example made of aluminum or an aluminum alloy, and / or plastic, is formed. Due to the two-sided arrangement of the side walls on the support device or the battery cells, the battery module has a particularly high stability.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die erste Seitenwand einen Verteilkanal mit einem Kühlmitteleinlass aufweist, welcher mit dem zumindest einen Kühlkanal der Trageinrichtung fluidisch gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ weist die zweite Seitenwand einen Sammelkanal mit einem Kühlmittelauslass auf, wobei der Sammelkanal fluidisch mit dem zumindest einen Kühlkanal der Trageinrichtung gekoppelt ist. So kann beispielsweise das Kühlmedium über den Kühlmitteleinlass in den Verteilkanal in der ersten Seitenwand gelangen. Das Kühlmedium kann in den Verteilkanal einströmen und von dort in den zumindest einen Kühlkanal der Trageinrichtung umgelenkt werden. Anschließend kann das Kühlmedium in den Sammelkanal der zweiten Seitenwand gefördert werden und über den Kühlmittelauslass aus dem Sammelkanal austreten. Durch den Verteilkanal und/oder den Sammelkanal kann das Kühlmedium nicht nur besonders einfach in oder aus dem Kühlkanal geleitet werden, sondern auch die Kühlung des Batteriemoduls erhöht werden, da damit nicht nur die Tragstruktur, sondern auch die erste und/oder die Seitenwand zur Kühlung des Batteriemoduls beiträgt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the first side wall has a distribution channel with a coolant inlet, which is fluidically coupled to the at least one cooling channel of the support device. Additionally or alternatively, the second side wall has a collecting channel with a coolant outlet, wherein the collecting channel is fluidically coupled to the at least one cooling channel of the carrying device. For example, the cooling medium can reach the distribution channel in the first side wall via the coolant inlet. The cooling medium can flow into the distribution channel and be deflected from there into the at least one cooling channel of the support device. Subsequently, the cooling medium can be conveyed into the collecting channel of the second side wall and exit via the coolant outlet from the collecting channel. Through the distribution channel and / or the collecting channel, the cooling medium can be guided not only particularly easy in or out of the cooling channel, but also the cooling of the battery module can be increased because not only the support structure, but also the first and / or the side wall for cooling the battery module contributes.
Das Batteriemodul umfasst, wie oben bereits erläutert, eine Mehrzahl von Batteriezellen. Die Batteriezellen des Batteriemoduls sind dazu bevorzugt elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet. Die Schaltung kann an einem jeweiligen Anschlusselement – dem Pluspol oder Minuspol – der Batteriezelle mit Hilfe von sogenannten Zellverbindern geschehen. Zumindest zwei der Batteriezellen des Zellverbunds können über zumindest einen Zellverbinder elektrisch leitend verbunden werden. Werden die Batteriezellen des Batteriemoduls beispielsweise in Reihe geschaltet, so wird der Minuspol einer Batteriezelle mit dem Pluspol der angrenzenden Batteriezelle verbunden. Werden die Batteriezellen des Batteriemoduls 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. Auch eine Kombination aus Parallel- und Reihenschaltung ist möglich. As already explained above, the battery module comprises a plurality of battery cells. For this purpose, the battery cells of the battery module are preferably electrically connected in series and / or in parallel. The circuit can be done on a respective connection element - the positive pole or negative pole - the battery cell by means of so-called cell connectors. At least two of the battery cells of the cell assembly can be electrically conductively connected via at least one cell connector. If the battery cells of the battery module, for example, connected in series, the negative pole of a battery cell is connected to the positive pole of the adjacent battery cell. If, for example, the battery cells of the battery module are connected in parallel, the positive pole of a battery cell with the plus pole of the adjacent battery cell and the negative pole of a battery cell with the negative pole of the adjacent battery cell are connected to one another. A combination of parallel and series connection is possible.
In vorteilhafter Weise weisen die erste und/oder die zweite Seitenwand einen weiteren Kühlkanal auf, welcher dazu ausgebildet ist, zumindest einen Zellverbinder des Zellverbunds zu kühlen. Mit anderen Worten kann die erste und/oder die zweite Seitenwand einen weiteren Kühlkanal zum Kühlen zumindest eines Zellverbinders mittels eines den weiteren Kühlkanal durchströmenden Kühlmediums umfassen. Dazu kann der zumindest eine Zellverbinder beispielsweise ausgehend von einem Anschlusselement einer Batteriezelle zu einem Anschlusselement einer angrenzenden Batteriezelle derart geführt sein, dass ein Bereich des Zellverbinders an der ersten und/oder zweiten Seitenwand des Batteriemoduls anliegt. Dadurch kann thermische Energie von dem zumindest einen Zellverbinder auf eine jeweilige Seitenwand beziehungsweise das Kühlmedium übertragen werden. Die Kühlung des Zellverbinders hat den Vorteil, dass sich der Zellverbinder thermisch nicht ausdehnt und es somit zu keiner Beschädigung der jeweiligen Anschlusselemente der Batteriezelle kommen kann.In an advantageous manner, the first and / or the second side wall has a further cooling channel, which is designed to cool at least one cell connector of the cell assembly. In other words, the first and / or the second side wall may comprise a further cooling channel for cooling at least one cell connector by means of a cooling medium flowing through the further cooling channel. For this purpose, the at least one cell connector can be guided, for example, starting from a connection element of a battery cell to a connection element of an adjacent battery cell such that a region of the cell connector rests against the first and / or second side wall of the battery module. As a result, thermal energy can be transmitted from the at least one cell connector to a respective side wall or the cooling medium. The cooling of the cell connector has the advantage that the cell connector does not thermally expand and thus there can be no damage to the respective connection elements of the battery cell.
Um eine hohe Lebensdauer der Batteriezellen zu erreichen, werden diese verspannt, um ein Sich-Ausdehnen der Batteriezellen, beispielsweise beim Laden der Batteriezellen, zu verhindern. Trotz der Zellverspannung „atmen” die Batteriezellen, das heißt, sie verändern in Abhängigkeit vom Ladungszustand und gegebenenfalls in Abhängigkeit von der Temperatur ihr Volumen. Dehnen sich die Batteriezellen im Batteriemodul aus, üben die Batteriezellen Kräfte aufeinander aus, was die Lebensdauer der jeweiligen Batteriezellen reduziert und diese gegebenenfalls auch beschädigt. Diese Kräfte können in einem Bereich von 1 Kilonewton liegen und bis zum Ende einer Betriebsdauer oder Lebensdauer der Batterie bis auf 20 Kilonewton ansteigen. Um dem Ausdehnen entgegenzuwirken, werden die Batteriezellen bevorzugt miteinander verspannt. Dazu können die Batteriezellen zwischen zwei Pressplatten, beispielsweise aus Stahl, angeordnet sein und mit einem Spannband verspannt werden. Die Pressplatten sind dazu ausgelegt, die durch die Ausdehnung entstehenden Kräfte aufzunehmen.In order to achieve a long service life of the battery cells, they are braced in order to prevent the battery cells from expanding, for example during charging of the battery cells. Despite the cell strain "breathe" the battery cells, that is, they change depending on the state of charge and possibly as a function of the temperature of their volume. If the battery cells in the battery module expand, the battery cells exert forces on each other, which reduces the service life of the respective battery cells and possibly also damages them. These forces can range from 1 kilonewton and increase to 20 kilonewtons by the end of battery life or battery life. To counteract the expansion, the battery cells are preferably clamped together. For this purpose, the battery cells between two press plates, for example made of steel, be arranged and clamped with a strap. The press plates are designed to absorb the forces resulting from the expansion.
Dieser Aufbau ist besonders aufwendig. Um den Aufbau, zum Verspannen der Batteriezellen zu vereinfachen sieht eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung vor, dass an einem ersten Ende des Zellverbunds ein Fixierelement angeordnet ist, welches in die Erstreckungsrichtung eine die Batteriezellen gegeneinander pressende Kraft ausübt. Das Fixierelement kann beispielsweise als Keil ausgebildet sein. Ist das Fixierelement beispielsweise als Keil ausgebildet, so kann dieser an dem ersten Ende des Zellverbunds zwischen einer Batteriezelle und einer Wandung des Batteriemoduls, beispielsweise eines Gehäuses des Batteriemoduls, angeordnet sein. Nach dem Keilprinzip kann das Fixierelement in die Erstreckungsrichtung des Batteriemoduls eine die Batteriezellen gegeneinander pressende Kraft ausüben. Mit anderen Worten kann der Keil wie ein Keilspanner wirken. Durch das Verspannen der Batteriezellen mit einem Fixierelement kann auf die Pressplatten und das Spannband verzichtet werden, wodurch Bauteile und somit Kosten eingespart werden können. Des Weiteren kann auf besonders einfache Art und Weise eine Vorspannkraft erzeugt werden ohne, dass es einer komplexen Verspannanordnung für das Batteriemodul bedarf.This structure is particularly expensive. In order to simplify the structure for clamping the battery cells, a further advantageous embodiment of the invention provides that a fixing element is arranged at a first end of the cell assembly, which exerts a force pressing the battery cells against one another in the direction of extension. The fixing element may be formed, for example, as a wedge. If the fixing element is designed, for example, as a wedge, it can be arranged at the first end of the cell assembly between a battery cell and a wall of the battery module, for example a housing of the battery module. According to the wedge principle, the fixing element can exert a force pressing the battery cells against each other in the extension direction of the battery module. In other words, the wedge can act like a wedge clamp. By bracing the battery cells with a fixing element can be dispensed with the press plates and the clamping band, which components and thus costs can be saved. Furthermore, a biasing force can be generated in a particularly simple manner without the need for a complex clamping arrangement for the battery module.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Fixierelement mit der Trageinrichtung und/oder der ersten Seitenwand und/oder der zweiten Seitenwand des Batteriemoduls über ein Verspannelement derart gekoppelt ist, dass mittels des Verspannelements die die Batteriezellen gegeneinander pressende Kraft einstellbar ist. Bei dem Verspannelement kann es sich insbesondere um eine Schraube handeln. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verspannkraft mittels des Verspannelements variabel einstellbar ist. Über die Betriebsdauer des Batteriemoduls kann sich die den Zellverbund zusammenhaltende Kraft reduzieren, da Batteriezellen durch die Lade- und Entladezyklen Kräfte aufeinander ausüben. Durch das Verspannelement kann besonders einfach das Batteriemodul nachgespannt werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the fixing element is coupled to the support means and / or the first side wall and / or the second side wall of the battery module via a Verspannelement such that by means of the Verspannelements the battery cells against each other pressing force is adjustable. The bracing element may in particular be a screw. This results in the advantage that the clamping force is variably adjustable by means of the Verspannelements. Over the service life of the battery module, the force that holds together the cell assembly can be reduced since battery cells exert forces on one another as a result of the charging and discharging cycles. By means of the bracing element, it is particularly easy to re-tension the battery module.
In vorteilhafter Weise ist an einem dem ersten Ende in der Erstreckungsrichtung gegenüberliegenden zweiten Ende des Zellverbundes ein Stützelement angeordnet, welches ein Widerlager bildet. Mit anderen Worten lagert der Zellverbund auf einer Auflagefläche des Stützelements, welches an dem zweiten Ende des Zellverbundes angeordnet ist. Die Auflagefläche ist insbesondere mit dem gleichen Winkel wie die Batteriezellen geneigt zur Erstreckungsrichtung ausgerichtet. Bevorzugt ist das Stützelement mit der ersten und/oder der zweiten Seitenwand gekoppelt, insbesondere verschraubt. Bevorzugt kann das Stützelement eine Keilform aufweisen oder als Platte ausgebildet sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass die Stabilität des Batteriemoduls weitere erhöht werden kann.In an advantageous manner, a support element which forms an abutment is arranged on a second end of the cell assembly opposite the first end in the extension direction. In other words, the cell composite supports on a support surface of the support element, which is arranged at the second end of the cell assembly. The bearing surface is in particular at the same angle as the battery cells inclined to the extension direction aligned. Preferably, the support element is coupled to the first and / or the second side wall, in particular screwed. Preferably, the support element may have a wedge shape or be formed as a plate. This results in the advantage that the stability of the battery module can be further increased.
Zu der Erfindung gehört ferner eine Modulanordnung mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Batteriemodulen oder Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls.The invention further includes a module arrangement with at least two battery modules according to the invention or embodiments of the battery module according to the invention.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Modulanordnung einen Hauptkanal zum Verteilen eines Kühlmediums auf zumindest zwei Versorgungskanäle umfasst, welche jeweils ein Batteriemodul der Modulanordnung mit dem Kühlmedium versorgen. So weist das jeweilige Batteriemodul beispielsweise in der ersten Seitenwand den Verteilkanal mit einem Kühlmitteleinlass und in der zweiten Seitenwand den Sammelkanal mit dem Kühlmittelauslass auf, wobei beide Kanäle – der Verteilkanal und der Sammelkanal – fluidisch mit dem zumindest einen Kühlkanal des jeweiligen Batteriemoduls gekoppelt sind.An embodiment of the invention provides that the module arrangement comprises a main channel for distributing a cooling medium to at least two supply channels, which respectively supply a battery module of the module arrangement with the cooling medium. For example, the respective battery module has the distribution channel with a coolant inlet in the first side wall and the collecting channel with the coolant outlet in the second side wall, wherein both channels - the distribution channel and the collection channel - are fluidically coupled to the at least one cooling channel of the respective battery module.
Beispielsweise können die zumindest zwei Batteriemodule gleichzeitig oder der Reihe nach mit einem Kühlmedium, welches die Kanäle des jeweiligen Batteriemoduls durchströmt, versorgt werden.For example, the at least two battery modules can be supplied simultaneously or sequentially with a cooling medium, which flows through the channels of the respective battery module.
Sollen die zumindest zwei Batteriemodule gleichzeitig mit dem Kühlmedium versorgt werden, so können die jeweiligen Kühlmitteleinlässe der jeweiligen Batteriemodule mit jeweils einem der Versorgungskanäle gekoppelt sein. Über den Hauptkanal kann das Kühlmedium an die jeweiligen Versorgungskanäle verteilt werden. Durch diese Kanalanordnung gelangt das Kühlmedium aus dem Hauptkanal in die jeweiligen Versorgungskanäle zu den Kühlmitteleinlässen der jeweiligen, d. h. zumindest zwei, Batteriemodule. Anschließend strömt das Kühlmedium über die jeweiligen Kühlmitteleinlässe der zumindest zwei Batteriemodule in die jeweiligen Verteilkanäle. Von dem jeweiligen Verteilkanal in dem Batteriemodul gelangt das Kühlmedium in den zumindest einen Kühlkanal des Batteriemoduls. Danach kann das Kühlmedium in den Sammelkanal der zweiten Seitenwand gefördert werden und über den Kühlmittelauslass aus dem jeweiligen Sammelkanal des jeweiligen Batteriemoduls austreten. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass das Kühlmedium bei jedem Batteriemodul der Modulanordnung etwa dieselbe Vorlauftemperatur aufweist und dadurch jedes Batteriemodul der Modulanordnung gleichmäßig gekühlt werden kann.If the at least two battery modules are to be supplied with the cooling medium at the same time, then the respective coolant inlets of the respective battery modules can be coupled to one of the supply channels. The cooling medium can be distributed to the respective supply ducts via the main duct. Through this channel arrangement, the cooling medium passes from the main channel into the respective supply channels to the coolant inlets of the respective, d. H. at least two, battery modules. Subsequently, the cooling medium flows via the respective coolant inlets of the at least two battery modules into the respective distribution channels. From the respective distribution channel in the battery module, the cooling medium enters the at least one cooling channel of the battery module. Thereafter, the cooling medium can be conveyed into the collecting channel of the second side wall and exit via the coolant outlet from the respective collecting channel of the respective battery module. This results in the advantage that the cooling medium has approximately the same flow temperature for each battery module of the module assembly, and thereby each battery module of the module assembly can be uniformly cooled.
Werden hingegen die zumindest zwei Batteriemodule der Reihe nach mit dem Kühlmedium, welches die Kanäle des jeweiligen Batteriemoduls durchströmt, versorgt, so gelangt über einen Kühlmitteleinlass der zumindest zwei Batteriemodule das Kühlmedium zunächst in ein Batteriemodul. Damit das Kühlmedium nach dem Durchströmen der Kanäle des einen Batteriemoduls anschließend in die Kanäle des nächsten Batteriemoduls gelangt, ist der Kühlmittelauslass des einen Batteriemoduls mit dem Kühlmitteleinlass des nächsten Batteriemoduls fluidisch, beispielsweise durch ein Rohr und/oder einen Schlauch, gekoppelt.If, on the other hand, the at least two battery modules are supplied in series with the cooling medium which flows through the channels of the respective battery module, then the cooling medium initially passes into a battery module via a coolant inlet of the at least two battery modules. So that the cooling medium then flows into the channels of the next battery module after flowing through the channels of one battery module, the coolant outlet of one battery module is fluidically coupled to the coolant inlet of the next battery module, for example by a pipe and / or a hose.
Im ersten Batteriemodul, in welches das Kühlmedium über den Kühlmitteleinlass eintritt, wird das Kühlmedium zunächst in den Verteilkanal des ersten Batteriemoduls eingespeist und durchläuft anschließend den zumindest einen Kühlkanal und den Sammelkanal des ersten Batteriemoduls. Anschließend gelangt das Kühlmedium vom Kühlmittelauslass des ersten Batteriemoduls zum Kühlmitteleinlass des nächsten Batteriemoduls und durchströmt im nächsten Batteriemoduls aufeinander folgend den Verteilkanal, den zumindest einen Kühlkanal und den Sammelkanal. Diese Strömungsführung kann für anschließende Batteriemodule der Modulanordnung fortgesetzt werden.In the first battery module, in which the cooling medium enters via the coolant inlet, the cooling medium is first fed into the distribution channel of the first battery module and then passes through the at least one cooling channel and the collecting channel of the first battery module. Subsequently, the cooling medium passes from the coolant outlet of the first battery module to the coolant inlet of the next battery module and, in the next battery module, flows successively through the distribution channel, the at least one cooling channel and the collecting channel. This flow guidance can be continued for subsequent battery modules of the module arrangement.
Des Weiteren gehört zu der Erfindung ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul und/oder einer Modulanordnung. Das Batteriemodul ist eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Die Modulanordnung ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Modulanordnung.Furthermore, the invention further includes a motor vehicle with a battery module and / or a module arrangement. The battery module is an embodiment of the battery module according to the invention. The module arrangement is an embodiment of the module arrangement according to the invention.
Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Modulanordnung und für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.The advantages and preferred embodiments described for the battery module according to the invention also apply to the module arrangement according to the invention and to the motor vehicle according to the invention.
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.The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or in the figures alone can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations or in isolation, without the scope of To leave invention. Thus, embodiments are also included and disclosed by the invention, which are not explicitly shown or explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the claims, the following description is preferred Embodiments and with reference to the drawings. Showing:
In
Die Batteriezellen
Wie
Da die Batteriezellen
Dieser Hohlraum wird durch eine Trageinrichtung
Die Mehrzahl von aneinander angrenzenden Aufnahmeprofilen
Die Trageinrichtung
Die Batteriezellen
Da die Batteriezellen
In
Wie aus
In
Wie zu
Wie
Da die Trageinrichtung
Gemäß
Durch den Verlauf des Verteilkanals
Aus
An einem dem ersten Ende A in der Erstreckungsrichtung x gegenüberliegenden zweiten Ende B des Zellverbundes
Kommt das Batteriemodul
Gemäß
Das Gehäuse
Um die Batteriezellen
In Zusammenschau der
In
In
Die Vertiefung V an beiden Seitenwänden
In
In dieser Ausführungsform werden alle drei Batteriemodule
Durch diese Kanalkonstellation – Hauptkanal
Im Folgenden soll nun in Zusammenschau der
Jeweils zwei Batteriezellen
Im Folgenden soll auf den Zellverbinder
Die beiden Anschlussabschnitte
Wie
Alternativ zur Anordnung des Zellverbinders
In Zusammenschau der
Auf dem Zellverbund
Neben dem Berührschutz ist der Abdeckeinheit
Da die Batteriezellen
In
In
Insgesamt ergibt sich vorliegend durch eine spezielle Anordnung von Batteriezellen
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