DE102016009212A1

DE102016009212A1 - Batteriemodul und Batterie

Info

Publication number: DE102016009212A1
Application number: DE102016009212.2A
Authority: DE
Inventors: Armin Steck; Felix Brendecke; Johannes FOTH; Tamas GYULAI
Original assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Audi AG; Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-08-01
Filing date: 2016-08-01
Publication date: 2018-02-01
Also published as: CN107681074A; JP2018022688A; US11081741B2; US20180034120A1; CN107681074B; JP6438543B2

Abstract

Ein Batteriemodul (B), umfassend eine Mehrzahl elektrischer Einzelzellen welche innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (1) angeordnet sind, wobei eine Stirnseite (2) des Gehäuses mechanische Verbindungselemente (3) aufweist, zur Verbindung des Batteriemoduls mit einem außerhalb des Batteriemoduls vorgesehenen Temperier-Element (K), um so einen guten Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Temperier-Element zu ermöglichen, ist dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Verbindungselemente als korrespondierende obere und untere Aussparungen (4, 5) in der Stirnseite des Gehäuses vorgesehen sind, welche über einen Durchgang (6) miteinander verbunden sind, zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (11) dessen Kopf (12) in der einen Aussparung positionierbar ist, das vertikal entlang des Durchgangs erstreckbar ist, und das mit einem Gegenstück (13) verbindbar ist welches zumindest teilweise in der anderen Aussparung positionierbar und fest mit dem Temperier-Element verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, umfassend eine Mehrzahl elektrischer Einzelzellen welche innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Die Erfindung betrifft ebenfalls eine Batterie, aufweisend entsprechende Batteriemodule.
Aus der DE 10 2009 018 787 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, das eine Mehrzahl elektrischer Einzelzellen umfasst welche innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Das Gehäuse ist dabei zweiteilig ausgeführt, wobei der untere Teil Gewindeeinsätze aufweist die mit Bohrungen im oberen Teil korrespondieren, zur Verschraubung der beiden Teile des Gehäuses. Das Batteriemodul weist zudem einen elektrischen Anschluss auf, der von oben her zugänglich ist, jedoch aufgrund einer Stufe im Batteriemodul unterhalb der oberen Seite des Batteriemoduls angeordnet ist. Zur Temperierung ist innerhalb des Gehäuses ein Temperier-Element vorgesehen.
Die gattungsbildende DE 11 2012 000 438 T5 zeigt ebenfalls ein Batteriemodul, umfassend eine Mehrzahl elektrischer Einzelzellen welche innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet sind. Dabei weist eine Stirnseite des Gehäuses mechanische Verbindungselemente auf, zur Verbindung des Batteriemoduls mit einem außerhalb des Batteriemoduls vorgesehenen Temperier-Element, um so einen guten Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Temperier-Element zu ermöglichen. Die Verbindungselemente zwischen Batteriemodul und seitlich davon vorgesehenem Temperier-Element sind dabei als jeweils korrespondierende männliche und weibliche Verbindungselemente ausgeführt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Anbindung des Batteriemoduls an das außerhalb des Batteriemoduls vorgesehene Temperier-Element so zu gestalten, dass der benötigte Bauraum insbesondere hinsichtlich seiner Höhe minimiert wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Batteriemoduls liegt darin, dass es besonders einfach mit unterschiedlichen Temperier-Elementen verbunden werden kann. So kann das Temperier-Element beispielsweise unterhalb des Batteriemoduls vorgesehen sein. Alternativ kann das Temperier-Elementen am Boden sowie an der linken und/oder rechten Seite des Batteriemoduls vorgesehen sein. Zudem kann sich im Verbindungsbereich die Größe des Temperier-Elements von der Größe des Batteriemoduls unterscheiden. Um das erfindungsgemäße Batteriemodul mit dem Temperier-Element verbinden zu können, ist lediglich ein fest mit dem Temperier-Element verbundenes Gegenstück erforderlich, welches mittels des Verbindungsmittels mit den Verbindungselementen an der Stirnseite des Gehäuses verbunden wird. Bei entsprechender Ausgestaltung des Gehäuses, d. h. bei einer wärmeleitenden Ausführung zumindest derjenigen Seitenfläche welche mit dem Temperier-Element verbunden werden soll, wird so ein guter Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Temperier-Element ermöglicht. Das Temperier-Element kann dabei als Kühlelement, als Heizelement oder als eine Kombination von beiden ausgebildet sein.
Die hier und im Folgenden verwendeten Positionsbegriffe wie oben, unten, usw. sollen sich dabei stets auf die Einbaulage des Batteriemoduls beziehen, also auf den Zustand nach dem Einsetzen des Batteriemoduls in die aus der Gesamtheit dieser Batteriemodule gebildete Batterie. Der Begriff Stirnseite soll eine Seitenfläche des Gehäuses des Batteriemoduls bezeichnen, insbesondere die flächenmäßig kleinste Seitenfläche. Weiterhin wird mit Aussparung eine kleine Fläche bezeichnet, welche von einer umgebenden Fläche aus gesehen gegenüber dieser abgesenkt ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist darin zu sehen, dass die Kombination von Batteriemodul und Temperier-Element in ihrer Höhe minimiert werden kann, wenn das Temperier-Element oberhalb oder unterhalb des Batteriemoduls vorgesehen ist. Denn das Gegenstück, welches fest mit dem Temperier-Element verbunden ist, ist ja zumindest teilweise in der einen Aussparung positionierbar, womit in Höhenrichtung gesehen kein zusätzlicher Bauraum für die Anbindung des Temperier-Elementes an das Batteriemodul benötigt wird. Da zudem der Kopf des Verbindungsmittels, zur Verbindung des Batteriemoduls mit dem Temperier-Element, in der anderen Aussparung positionierbar ist, ragt das Verbindungsmittel auch nicht über die jeweilige Seitenfläche des Batteriemoduls hinaus, wenn dieses mit dem Temperier-Element verbunden ist.
Besonders vorteilhaft kann das erfindungsgemäße Batteriemodul in einer Batterie verwendet werden, welche zum Einsetzen der jeweiligen Batteriemodule eine Anzahl Kammern aufweist, welche nur an einer Seite offen sind, wobei die Seitenflächen der Kammern zumindest teilweise als Temperier-Element ausgebildet sind. Hier brauchen die Batteriemodule lediglich in die Kammer eingesetzt und entsprechend mit den Verbindungsmitteln verbunden werden, um einen festen Sitz und gleichzeitig einen guten Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Temperier-Element zu ermöglichen.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, jeweils obere und untere Aussparungen am linken und/oder rechten Rand der Stirnseite des Batteriemoduls vorzusehen. Damit ergibt sich ein besonders stabiler Sitz des Batteriemoduls am Temperier-Element, womit eine gute thermische Verbindung zwischen beiden erzielt wird.
Vorzugsweise weist das Batteriemodul im oberen oder im unteren Bereich der Stirnseite eine Stufe auf, auf welcher in horizontaler Richtung wenigstens ein elektrischer Polkontakt des Batteriemoduls derart angeordnet ist, dass dieser höhenmäßig über- bzw. unterhalb der oder jeder oberen bzw. unteren Aussparungen positioniert ist. Anders ausgedrückt ist hier der oder jeder elektrische Polkontakt zwar neben den Aussparungen, aber höher bzw. niedriger als diese, angeordnet. In diesem Falle können der oder jeder elektrische Polverbinder, welcher die oder jeden elektrischen Polkontakt des Batteriemoduls elektrisch kontaktieren, jeweils über den Kopf des Verbindungsmittels hinweg geführt werden. So kann ein in der Höhe beschränkter Bauraum für das Batteriemodul optimal genutzt werden, indem der Polverbinder nicht über die Ober- bzw. Unterseite des Batteriemoduls hinaus ragen.
Ein besonders stabiler Sitz des Batteriemoduls ergibt sich dann, wenn auch die andere Stirnseite des Batteriemoduls, welche der ersten Stirnseite entgegengesetzt ist, korrespondierende obere und untere Aussparungen aufweist, welche über einen Durchgang miteinander verbunden sind, zur Aufnahme eines Verbindungsmittels dessen Kopf in der einen Aussparung positionierbar ist und das vertikal entlang des Durchgangs erstreckbar ist, und das mit einem Gegenstück verbindbar ist, welches zumindest teilweise in der anderen Aussparung positionierbar ist und fest mit dem Temperier-Element verbunden ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Verbindungsmittel als Schrauben ausgebildet, wobei das verbindbare Gegenstück jeweils einen korrespondierenden Gewindeeinsatz aufweist. Dies ermöglicht eine besonders kostengünstige Realisierung.
Mit Vorteil wird vorgeschlagen, das Temperier-Element unterhalb und/oder neben dem Batteriemodul vorzusehen. Damit kann ein an die jeweiligen Bauraumanforderungen optimal abgestimmter Einsatz des Batteriemoduls ermöglicht werden.
Die Erfindung wird im Nachfolgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul vor einer Verbindung mit einem Temperier-Element; und
2 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul nach der Verbindung mit einem Temperier-Element.
Gemäß 1 ist ein Batteriemodul B zusammen mit weiteren, gleichartigen Batteriemodulen als Teil einer Unterbodenbatterie in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug dargestellt. Die Unterbodenbatterie weist dabei in Fahrzeuglängsrichtung verlaufende Seitenwände 13b und in Fahrzeugquerrichtung verlaufende Zwischenwände 13a auf.
Unterhalb der Seitenwände 13b und der Zwischenwände 13a ist ein Temperier-Element K vorgesehen, welches mittels eines durchströmenden Fluids die darüber liegenden Batteriemodule B kühlt bzw. temperiert. Das Temperier-Element K weist nicht dargestellte innenliegende Kammern auf, durch welche das Fluid strömt. Die Oberseite des Temperier-Elements K ist mit der Unterseite der Längswände 13b und der Zwischenwände 13a fest verbunden, z. B. verschweißt. Dadurch werden jeweils Kammern gebildet, deren Boden durch die Oberfläche des Temperier-Elements K dargestellt ist, und deren Seitenwände jeweils durch Abschnitte von zwei Zwischenwänden 13a und von zwei Längswänden 13b gebildet werden.
In den jeweiligen Ecken dieser Kammern sind nun Gegenstücke 13 angeordnet. Die Gegenstücke 13 weisen jeweils eine Höhe auf die wesentlich geringer ist als die Höhe der Zwischenwände 13a bzw. der Längswände 13b. Zudem ist auf der Oberseite der Gegenstücke 13 jeweils ein Gewindeeinsatz 11a vorgesehen.
Das Gehäuse 1 des Batteriemoduls weist eine vordere Stirnseite 2 und eine hintere Stirnseite 20 auf. Beide Stirnseiten weisen jeweils auf ihrer linken und rechten Seite obere Aussparungen 4 und untere Aussparungen 5 auf. Diese Aussparungen sind jeweils über einen Durchgang 6 miteinander verbunden.
Die vordere Stirnseite 2 weist zudem eine Stufe 14 auf. Die Stufe 14 ist gegenüber der Oberseite des Gehäuses 1 abgesenkt und trägt zwei elektrische Polkontakte 15, 16. Die elektrischen Polkontakte 15, 16 stellen den elektrischen Zugang zu den elektrischen Einzelzellen im Innern des Batteriemoduls B her. Die elektrischen Polkontakte 15, 16 können jeweils durch korrespondierende elektrische Polverbinder 15a, 16a elektrisch mit weiteren Batteriemodulen verbunden werden. Dabei ist die Höhe der Stufe 14 derart gewählt, dass bei festgelegten Polverbindern 15a, 16a diese nicht höher als die Oberseite des Gehäuses 1 zum Liegen kommen.
Gemäß 2 ist das Batteriemodul B mittels als Schrauben ausgebildeter Verbindungsmittel 11 mit den Gegenstücken 13 verbunden. Dazu ist das Batteriemodul B derart positioniert, dass alle vier Durchgänge 6 jeweils genau oberhalb der korrespondierenden Gewindeeinsätze 11a in den Gegenstücken 13 angeordnet sind. Dadurch kann jeweils eine Schraube 11 entlang der Durchgänge 6 erstreckt werden, und vermittels des korrespondierenden Gewindeeinsatzes 11a verschraubt werden.
Dadurch ergibt sich ein sicherer Sitz des Batteriemoduls B in Bezug auf das Temperier-Element K. Indem alle vier Schrauben 11 nun eine jeweilige Ecke des Gehäuses 1 zuverlässig befestigen, ergibt sich eine besonders gute thermische Verbindung zwischen dem Temperier-Element K und dem Boden des Batteriemoduls B. Somit ist im eingebauten Zustand des Batteriemoduls B ein guter Wärmeübergang zwischen diesem und dem Temperier-Element K sichergestellt.
Das Gehäuse 1 des Batteriemoduls B ist dabei aus einem wärmeleitenden Material gefertigt, z. B. aus Metall. Dabei ergibt sich ein in Bezug auf die Höhe optimierter Aufbau der Unterbodenbatterie. Denn in eingesetztem Zustand des Batteriemoduls B ragen die Polverbinder 15a, 16a nicht über die Oberseite des Batteriemoduls B hinaus. Die jeweiligen Köpfe der Schrauben 11 sind dabei innerhalb der Aussparungen 4 angeordnet. Aufgrund der Stufe 14 an der Stirnseite 2 kommt die Aussparung 4 nun jeweils unterhalb der ebenen Fläche der Stufe 14 zum Liegen. Da die Tiefe der Aussparung 4 größer als die Höhe des Kopfes 12 der Schraube 11 gewählt ist, greift nun der jeweilige Polverbinder 15a, 16a zuverlässig über die Schraube 11 hinweg.
Das Gegenstück 13, zur Verschraubung der Schraube 11 mithilfe des Gewindeeinsatzes 11a, ist im Wesentlichen in der unteren Aussparung 5 positioniert. Somit kann die erforderliche Höhe zum Einbau des Batteriemoduls 1 minimiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102009018787 A1 [0002]
DE 112012000438 T5 [0003]

Claims

Batteriemodul (B), umfassend eine Mehrzahl elektrischer Einzelzellen welche innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses (1) angeordnet sind, wobei eine Stirnseite (2) des Gehäuses mechanische Verbindungselemente (3) aufweist, zur Verbindung des Batteriemoduls mit einem außerhalb des Batteriemoduls vorgesehenen Temperier-Element (K), um so einen guten Wärmeübergang zwischen Batteriemodul und Temperier-Element zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass die mechanischen Verbindungselemente als korrespondierende obere und untere Aussparungen (4, 5) in der Stirnseite des Gehäuses vorgesehen sind, welche über einen Durchgang (6) miteinander verbunden sind, zur Aufnahme eines Verbindungsmittels (11) dessen Kopf (12) in der einen Aussparung positionierbar ist, das vertikal entlang des Durchgangs erstreckbar ist, und das mit einem Gegenstück (13) verbindbar ist welches zumindest teilweise in der anderen Aussparung positionierbar und fest mit dem Temperier-Element verbunden ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Aussparungen am linken und/oder rechten Rand der Stirnseite vorgesehen ist.
Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Batteriemodul im oberen oder im unteren Bereich der Stirnseite eine Stufe (14) aufweist, auf der in horizontaler Richtung wenigstens ein elektrischer Polkontakt (15, 16) des Batteriemoduls derart angeordnet ist, das dieser höhenmäßig ober- bzw. unterhalb der oder jeder oberen bzw. unteren Aussparungen positioniert ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in der anderen Stirnseite (20) des Batteriemoduls ebenfalls korrespondierende obere und untere Aussparungen vorgesehen sind, welche über einen Durchgang miteinander verbunden sind, zur Aufnahme eines Verbindungselements dessen Kopf in der einen Aussparung positionierbar ist, das vertikal entlang des Durchganges erstreckbar ist, und das mit einem Gegenstück verbindbar ist welches zumindest teilweise in der anderen Aussparung positionierbar und fest mit dem Temperier-Element verbunden ist.
Batteriemodul nach einen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindungsmittel als Schraube ausgebildet sind und das verbindbare Gegenstück einen korrespondierenden Gewindeeinsatz (11a) aufweist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Temperier-Element unterhalb und/oder neben dem Batteriemodul vorgesehen ist.
Batterie, insbesondere Unterbodenbatterie in einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug, aufweisend Batteriemodule nach einem der vorhergehenden Ansprüche.