DE102016103836A1

DE102016103836A1 - Batterieanschlüsse für ein Lithium-Ionen Batteriemodul

Info

Publication number: DE102016103836A1
Application number: DE102016103836.9A
Authority: DE
Inventors: Helge Brenner; Markus Hoh; Ralf Joswig; Martin Wiegmann
Original assignee: Johnson Controls Advanced Power Solutions GmbH; Johnson Controls Technology Co
Current assignee: Clarios Advanced Solutions GmbH
Priority date: 2016-03-03
Filing date: 2016-03-03
Publication date: 2017-09-07
Also published as: US20210122251A1; CN109075273B; CN109075273A; US20190061554A1; EP3424093A1; EP3424093B1; WO2017149128A1; US11724605B2; US10906409B2

Abstract

Ein Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodul weist einen Modulanschluss auf, der ausgebildet ist, um das Li-Ionen Batteriemodul mit einem elektrischen Verbinder einer externen Last elektrisch zu verbinden. Der Modulanschluss weist ein leitfähiges Bauteil und eine Dichtscheibe auf, welche an dem leitfähigen Bauteil befestigt ist, wobei die Dichtscheibe aus einem Polymermaterial ausgebildet ist. Das Li-Ionen Batteriemodul weist ein Gehäuse auf, welches eine Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen beinhaltet und eine Öffnung aufweist, durch welche das leitfähige Bauteil des Modulanschlusses zumindest bereichsweise hervorsteht. Die Dichtscheibe des Modulanschlusses ist direkt an dem Gehäuse befestigt und bildet eine Dichtung aus, welche ein Inneres des Gehäuses von der äußeren Umgebung isoliert.

Description

HINTERGRUND
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen den Bereich der Batterien und der Batteriemodule. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodule und zugehörige Batterieanschlüsse.
Dieser Abschnitt ist dazu bestimmt, den Leser in die unterschiedlichen Gestaltungsaspekte einzuführen, welche mit den unterschiedlichen Aspekten der vorliegenden Erfindung zusammenhängen können, welche im Folgenden beschrieben oder in Anspruch genommen werden. Diese Diskussion wird als hilfreich angesehen, um den Leser mit Hintergrundinformationen auszustatten, um ein besseres Verständnis der unterschiedlichen Aspekte der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Dementsprechend sollen diese Angaben in diesem Licht gelesen werden, und nicht als Anerkennung eines Standes der Technik verstanden werden.
Ein Fahrzeug, welches ein oder mehrere Batteriesysteme zum Bereitstellen der gesamten oder eines Teils der Antriebsenergie des Fahrzeuges verwendet, kann als ein xEV bezeichnet werden, wobei der Begriff „xEV” dabei derart festgelegt ist, dass er die Gesamtheit der folgenden Fahrzeuge, oder jegliche Variationen oder Kombinationen hiervon einschließt, welche elektrische Energie für die gesamte oder einen Teil ihrer Fahrzeugantriebskraft verwenden. So schließen xEVs beispielsweise Elektrofahrzeuge (EVs) ein, welche elektrische Energie für die gesamte Antriebskraft verwenden. Wie vom Fachmann anerkannt, kombinieren Hybridelektrofahrzeuge (HEVs), welche ebenfalls als xEVs angesehen werden, Antriebssysteme auf Basis eines Verbrennungsmotors und batteriebetriebene Antriebssysteme, wie beispielsweise 48 Volt (V) oder 130 V Systeme.
Der Begriff HEV kann dabei sämtliche Variationen eines Hybridelektrofahrzeugs umfassen. Vollhybridsysteme (FHEVs) können beispielweise Fahrzeugen, welche einen oder mehrere Elektromotoren verwenden; Fahrzeugen, welche lediglich einen Verbrennungsmotor verwenden; oder Fahrzeugen, welche beides verwenden, Antriebsenergie und andere elektrische Energie zur Verfügung stellen bzw. liefern. Im Gegensatz hierzu schalten Mildhybridsysteme (MHEVs) den Verbrennungsmotor aus, wenn sich das Fahrzeug im Leerlauf befindet und verwenden ein Batteriesystem, um weiterhin die Klimaanlage, das Radio oder andere Elektrogeräte anzutreiben sowie um den Motor wieder zu starten, wenn ein Antrieb gewünscht ist. Die Mildhybridsysteme können auch ein gewisses Energieunterstützungsniveau applizieren, beispielsweise während der Beschleunigung, um den Verbrennungsmotor zu unterstützen. Mildhybrids sind typischerweise 96 Volt bis 130 Volt Systeme und gewinnen Bremsenergie durch Startergeneratoren mit integrierten Riemen oder Wellen zurück.
Ferner kann ein Mikrohybrid-Elektrofahrzeug (mHEV) auch ein „Stop-Start” System ähnlich zu dem der Mildhybride verwenden, wobei jedoch die Mikrohybridsysteme eines mHEV entweder die Energie, um einen Verbrennungsmotor zu unterstützen, bereitstellen können, oder diese Energie nicht bereitstellen können, und bei Spannungen unter 60 Volt arbeiten. Im Sinne der vorliegenden Diskussion soll festgehalten werden, dass mHEVs typischerweise technisch gesehen keine elektrische Energie verwenden, welche unmittelbar der Kurbelwelle oder der Umwandlung für jegliche Anteile der Antriebskraft des Fahrzeuges bereitgestellt wird. Dabei kann ein mHEV jedoch weiterhin als xEV angesehen werden, da das mHEV elektrische Energie verwendet, um die Energiebedürfnisse des Fahrzeuges, wenn sich das Fahrzeug mit abgeschaltetem Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, zu ergänzen, und das mHEV Bremsenergie durch einen integrierten Startergenerator zurückgewinnt.
Des Weiteren ist ein Plug-In Elektrofahrzeug (PEV) jedes Fahrzeug, welches von einer externen Elektroquelle, wie beispielsweise einer Steckdose, geladen werden kann und bei dem die Energie in den wieder aufladbaren Batteriesätzen die Räder antreibt oder dazu beiträgt, die Räder anzutreiben. PEVs sind eine Unterkategorie der EVs, welche vollelektrische oder batterieelektrische Fahrzeuge (BEVs), Plug-In Hybrid Elektrofahrzeuge (PHEVs), und elektrische Fahrzeugumbauten von Hybridelektrofahrzeugen und konventionellen Verbrennungsmotorfahrzeugen umfassen.
Die oben beschriebene xEVs können eine große Anzahl von Vorteilen im Vergleich zu den traditionelleren benzinbetriebenen bzw. gasbetriebenen Fahrzeugen bieten, welche lediglich Verbrennungsmotoren und traditionelle elektrische Systeme verwenden, wobei traditionelle elektrische Systeme typischerweise 12 Volt Systeme sind und durch Bleisäurebatterien bzw. Bleibatterien angetrieben werden. So können xEVs beispielsweise weniger unerwünschte Emissionsprodukte produzieren und eine bessere Treibstoffeffizienz im Vergleich zu traditionellen Verbrennungsmotorfahrzeugen vorzeigen. In manchen Fällen können derartige xEVs auf die Verwendung von Kraftstoffen vollständig verzichten, wie beispielsweise in den Fällen von verschiedenen Arten von EVs oder PEVs.
Im Zuge des technologischen Fortschrittes entsteht ein Bedarf, um verbesserte Energiequellen, insbesondere Batteriemodule, für solche Fahrzeuge und andere Anwendungen bereitzustellen. So kann beispielweise ein Lithium-Ionen Batteriemodul mehrere Batteriezellen, welche in einem Modulgehäuse enthalten sind, und Modulanschlüsse aufweisen, welche eine elektrische Verbindung zwischen den Zellen und einer externen Last bereitstellen. Die Modulanschlüsse erstrecken sich grundsätzlich durch eine Wand des Modulgehäuses in einer derartigen Weise, dass eine Abdichtung zwischen einem Inneren des Modulgehäuses und einer äußeren Umgebung aufrechterhalten wird. Bedauerlicherweise umfassen viele Vorgänge zum Zusammenbauen derartiger Lithium-Ionen Batteriemodule die Einbindung verschiedener Komponenten unter Verwendung einer hohen Anzahl von Montagestufen oder -schritten, insbesondere hinsichtlich der Modulanschlüsse. Typische Montagevorgänge verwenden beispielweise Bolzen und andere Gewindeverbindungen zum Befestigen der Anschlüsse an das Gehäuse. Dichtungen zwischen den Anschlüsse und dem Gehäuse können beispielweise durch Schweißprozesse ausgebildet werden, welche komplex und zeitaufwendig sein können.
Angesichts dessen und weiterer Überlegungen wurde nun erkannt, dass ein Bedürfnis nach vereinfachten Modulmontagevorgängen besteht. Insbesondere wurde nun erkannt, dass vereinfachte Konfigurationen wünschenswert sind, welche eine betriebsbereite Befestigung der Modulanschlüsse an das Modulgehäuse erlauben, während ebenso eine flüssigkeitsdichte und gasdichte Abdichtung bzw. Dichtung zwischen einer äußeren Umgebung und dem Inneren des Moduls aufrechterhalten wird. Auch wurde nun erkannt, dass es wünschenswert sein kann, die Anzahl der Komponenten oder Teile, welche in dem Zusammenbauvorgang involviert sind, zu reduzieren.
ZUSAMMENFASSUNG
Im Folgenden wird eine Zusammenfassung einiger hier offenbarter Ausführungsformen angegeben. Dabei sollen diese Aspekte derart betrachtet werden, dass sie lediglich dazu dienen, dem Leser eine kurze Zusammenfassung dieser Ausführungsformen zur Verfügung zu stellen und dass sie nicht dazu gedacht sind, den Umfang dieser Erfindung einzuschränken. Tatsächlich kann diese Erfindung eine Vielzahl von Aspekten umfassen, welche im Folgenden nicht aufgeführt sind.
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodul einen Modulanschluss auf, welcher ausgebildet ist, um das Li-Ionen Batteriemodul mit einem elektrischen Verbinder einer externen Last elektrisch zu verbinden. Der Modulanschluss weist ein leifähiges Bauteil und eine Dichtscheibe auf, welche an dem leitfähigen Bauteil befestigt ist, wobei die Dichtscheibe aus einem Polymermaterial ausgebildet ist. Das Li-Ionen Batteriemodul weist ein Gehäuse auf, welches eine Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen beinhaltet und eine Öffnung aufweist, durch welche das leitfähige Bauteil des Modulanschlusses zumindest bereichsweise hervorsteht. Die Dichtscheibe des Modulanschlusses ist direkt an dem Gehäuse befestigt und bildet eine Dichtung aus, welche ein Inneres des Gehäuses von einer äußeren Umgebung isoliert.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist ein Modulanschluss vorgesehen, welcher für eine Verwendung in einem Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodul ausgebildet ist. Der Modulanschluss weist ein erstes leitfähiges Bauteil auf, welches ausgebildet ist, um physisch und elektrisch mit einem Batterieanschlussverbinder eines Fahrzeuges verbunden zu werden, um dem Fahrzeug Strom zu liefern, wobei der Modulanschluss ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist, welches elektrisch mit dem ersten leitfähigen Bauteil verbunden ist und ausgebildet ist, um mit einer Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen des Li-Ionen Batteriemoduls elektrisch verbunden zu werden, und eine Dichtscheibe aufweist, welche aus einem Polymermaterial ausgebildet ist und zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil komprimiert wird. Die Dichtscheibe ist ausgebildet, um eine Anschlussöffnung eines Gehäuses des Li-Ionen Batteriemoduls abzudichten.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen eines Lithium-Ionen Batteriemoduls bereitgestellt, welches folgende Schritte aufweist: Anordnen eines Modulanschlusses in einem ersten Bereich eines Gehäuses des Li-Ionen Batteriemoduls, wobei der erste Bereich eine Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen hält oder ausgebildet ist, diese zu halten; Anordnen eines zweiten Bereichs bzw. Teils des Gehäuses derart über und angrenzend an den ersten Bereich des Gehäuses, dass eine innere Oberfläche des zweiten Bereichs des Gehäuses an die Dichtscheibe des Modulanschlusses angrenzt bzw. anstößt und derart, dass zumindest ein Bereich des Modulanschlusses sich durch eine Öffnung in dem zweiten Bereich des Gehäuses erstreckt; und Ausrichten eines Laserausgangssignal durch den zweiten Bereich des Gehäuses hindurch, und zwar um einen Umfang der Öffnung herum und derart zu der Dichtscheibe hin, dass die Dichtscheibe sich mit der inneren Oberfläche verbindet, um eine Dichtung auszubilden.
ZEICHNUNGEN
Verschiedene Aspekte dieser Erfindung können beim Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung und unter Bezugnahme auf die Zeichnungen besser verstanden werden, dabei zeigt:
1 eine perspektivische Ansicht eines xEV, welches ein Batteriesystem aufweist, welches gemäß den vorliegenden Ausführungsformen ausgebildet ist, um gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung unterschiedlichen Komponenten des xEV Strom zu liefern;
2 ein Schnittbild einer schematischen Ansicht einer Ausführungsform des xEV gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung, welches ein Start-Stop System aufweist, das das Batteriesystem gemäß 1 verwendet, wobei das Batteriesystem ein Lithium-Ionen Batteriemodul aufweist;
3 eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls mit einem Modulgehäuse und Modulanschlüssen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
4a eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Modulanschlusses des Batteriemoduls aus 3 gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
4b eine perspektivische Explosionsansicht des in 4a gezeigten Modulanschlusses gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung;
5 eine perspektivische Explosionsansicht des Batteriemoduls gemäß 3, welche das Batteriemodul mit einem oberen Modulgehäuse und einem unteren Modulgehäuse gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 eine perspektivische Ansicht des Batteriemoduls gemäß 3, welche eine Ausführungsform eines Vorgangs zum Montieren der Modulanschlüsse in dem Modulgehäuse gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 eine Querschnittsaufrissansicht des Batteriemoduls gemäß 3, vorgenommen innerhalb des Abschnitts 7-7 in 6, welche ein Beispiel darstellt, wie Elemente bzw. Einrichtungen des Modulanschlusses verwendet werden, um eine Dichtung zwischen einem Inneren des Modulgehäuses und einer Umgebung außerhalb des Gehäuses auszubilden, und zwar gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Im Folgenden werden eine oder mehrere spezifische Ausführungsformen beschrieben. In dem Bestreben, eine knappe Beschreibung dieser Ausführungsformen bereitzustellen, werden nicht alle Merkmale bzw. Einrichtungen einer tatsächlichen Implementierung in der Beschreibung beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass beim Entwickeln einer solchen tatsächlichen Implementierung, wie in jedem Engineering- oder Designprojekt, zahlreiche implementierungsspezifische Entscheidungen getroffen werden müssen, um entwicklerspezifische Ziele zu erreichen, wie beispielsweise das Einhalten systembezogener und geschäftsbezogener Einschränkungen, welche von einer Implementierung zu einer anderen variieren können. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass solch ein Entwicklungsansatz komplex und zeitaufwendig sein kann und dennoch eine Routineunternehmung im Design, der Fabrikation und der Herstellung für den gewöhnlichen Fachmann darstellt, der aus der vorliegenden Offenbarung Nutzen zieht.
Die hier beschriebenen Batteriesysteme können dazu verwendet werden, unterschiedlichen Arten von elektrischen Fahrzeugen (xEVs) und anderen Anwendungen für Hochspannungsenergiespeicher und Anwendungen für Hochspannungsenergieverbraucher (beispielweise Stromnetzenergiespeichersystemen) Energie bereitzustellen. Derartige Batteriesysteme können ein oder mehrere Batteriemodule aufweisen, wobei jedes Batteriemodul ein Gehäuse und eine Anzahl von Batteriezellen (beispielweise Lithium-Ionen (Li-Ionen) elektrochemische Zellen) aufweist, welche innerhalb des Gehäuses angeordnet sind, um bestimmte Spannungen und/oder Ströme bereitzustellen bzw. zu liefern, welche zweckmäßig sind, um beispielsweise eine oder mehrere Komponenten eines xEVs anzutreiben. Auch können beispielweise Batteriemodule gemäß der vorliegenden Ausführungsformen in stationären Energiesystemen (beispielsweise in nicht automotiven Systemen) aufgenommen sein oder diese mit Energie versorgen.
Aufgrund der Vorteile gegenüber traditionellen kraftstoffbetriebenen Fahrzeugen können Hersteller, die grundsätzlich traditionelle kraftstoffbetriebene Fahrzeuge produzieren, danach streben, verbesserte Fahrzeugtechnologien (beispielsweise regenerative Bremstechnologien) in ihren Fahrzeuglinien zu verwenden. Oft können diese Hersteller eine ihrer traditionellen Fahrzeugplattformen als Ausgangspunkt verwenden. Da traditionelle kraftstoffbetriebene Fahrzeuge dazu ausgebildet sind, 12 Volt Batteriesysteme zu verwenden, kann entsprechend eine 12 Volt Lithium-Ionen Batterie verwendet werden, um eine 12 Volt Bleisäurebatterie zu ergänzen. Insbesondere kann die 12 Volt Lithium-Ionen Batterie verwendet werden, um effizienter elektrische Energie aufzunehmen, die während dem regenerativen Bremsen erzeugt wird, und um anschließend elektrische Energie zu liefern, um das elektrische System des Fahrzeugs anzutreiben. Zusätzlich kann in einem mHEV der Verbrennungsmotor ausgeschaltet sein, wenn das Fahrzeug im Leerlauf ist. Entsprechend kann die 12 Volt Lithium-Ionen Batterie verwendet werden, um den Verbrennungsmotor anzukurbeln (beispielsweise neu zu starten), wenn Antrieb gewünscht wird.
Da bei den Fahrzeugtechnologien allerdings Weiterentwicklungen gemacht werden, können elektrische Vorrichtungen mit Hochstrom in dem elektrischen System des Fahrzeugs enthalten sein. Beispielsweise kann die Lithium-Ionen Batterie elektrische Energie an einen Elektromotor in einem FHEV liefern. Oft verwenden diese elektrischen Vorrichtungen mit Hochspannung Spannungen, die größer als 12 Volt sind, beispielweise bis zu 48, 96 oder 130 Volt. Entsprechend kann in einigen Ausführungsformen die Ausgangsspannung einer 12 Volt Lithium-Ionen Batterie unter Verwendung eines DC/DC-Wandlers verstärkt werden, um den Hochspannungsvorrichtungen Strom zu liefern. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann eine 48 Volt Lithium-Ionen Batterie verwendet werden, um eine 12 Volt Bleisäurebatterie zu ergänzen. Insbesondere kann die 48 Volt Lithium-Ionen Batterie verwendet werden, um effizienter elektrische Energie aufzunehmen, welche während dem regenerativen Bremsen erzeugt wird, und um anschließend elektrische Energie zu liefern, um die Hochspannungsvorrichtungen anzutreiben.
Wie zuvor ausgeführt, kann das Montieren von Modulanschlüssen und das Integrieren dieser in ein Lithium-Ionen Batteriemodul das Verarbeiten zahlreicher Komponenten oder Teile sowie einige Schritte erfordern, die dem gesamten Montagevorgang Komplexität hinzufügen. Zusätzlich werden häufig Gewindeverbindungen und/oder permanente Schweißverbindung verwendet, um Modulanschlüsse zu montieren und diese in Lithium-Ionen Batteriemodule zu integrieren. In der Tat werden häufig sehr starre und relativ unflexible Verbindungen zwischen den Modulanschlüssen und dem Modulgehäuse angewendet, um das Innere der Lithiumbatteriemodule von der äußeren Umgebung zu isolieren.
Es wurde nun erkannt, dass das Ersetzen von Verbindungen dieser Art durch flexiblere Anordnungen einige Vorteile bieten kann. Beispielweise gelten Gewindeverbindungen und permanente metallische Schweißverbindungen als relativ unflexibel, woraus eine schnellere Abnutzung ihrer Bestandteile resultieren kann, wenn die Lithium-Ionen Batteriemodule externen Kräften (beispielweise Vibrationen während des Fahrens) ausgesetzt. In der Tat können sich Gewindeverbindungen lösen, und zwar in Situationen, wenn das Gewinde sich aufgrund wiederholter Reibungsvorgänge (beispielsweise durch Fahrzeugvibrationen) abnutzt, und permanente metallische Schweißverbindungen können in Situationen beschädigt werden (beispielweise brechen), wenn die Anschlüsse Scherkräften ausgesetzt sind (beispielweise wenn der Anschluss einen Stoß erhält).
Es wurde nun erkannt, dass das Austauschen derartigen Vorrichtungen mit flexibleren Anordnungen, wie sie nachstehend beschrieben werden, unter anderen Vorteilen auch eine höhere Verschleißfestigkeit und damit zusammenhängende längere Betriebszeiten ermöglichen kann. Zusätzlich dazu können die hier beschriebenen Modulanschlusskonfigurationen auch Herstellungsprozesse für Lithium-Ionen Batteriemodule vereinfachen.
Gemäß einigen Aspekten der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass es wünschenswert sein kann, den Montageprozess der Modulanschlüsse zu vereinfachen. Beispielsweise können die Modulanschlüsse in manchen Ausführungsformen ohne Verwendung von Bolzen, Schrauben oder anderen ähnlichen Befestigungselementen montiert werden. In einer speziellen Ausführungsform ist der Modulanschluss derart zusammengebaut, dass er zwei oder mehrere leitfähige Bauteile und ein flexibles Bauteil (beispielweise eine Polymerscheibe oder -dichtung) aufweist. Das flexible Bauteil kann es dem Anschluss ermöglichen, gewisse Kräfte (beispielsweise Stoßkräfte, Scherkräfte) zu absorbieren, die sich andererseits schädlich auf die strukturelle Integrität der Verbindung des Anschlusses mit einem Gehäuse des Moduls auswirken können.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Montage der Modulanschlüsse ausgeführt bevor das Modulgehäuse montiert ist. In anderen Ausführungsformen kann die Montage der Modulanschlüsse gleichzeitig mit der Montage des Moduls erfolgen. Das heißt, dass die Montage der Modulanschlüsse und das Abdichten des Modulgehäuses während eines einzelnen Vorgangs, beispielsweise während eines einzelnen Schrittes, durchgeführt werden kann. Gemäß einer Ausführungsform können einzelne Bereiche eines Modulgehäuses mit anderen Bereichen in Kontakt gebracht werden, und der Vorgang des Zusammenbringens der Teile kann ferner einen flexiblen Bereich der Modulanschlüsse mit einer Oberfläche des Gehäuses in Kontakt bringen, an welcher der Anschluss befestigt wird.
Obwohl sich die folgende Diskussion primär auf Lithium-Ionen Batteriemodule fokussiert, soll die vorliegende Erfindung auch bei anderen Energiespeichervorrichtungen anwendbar sein. In der Tat wird davon ausgegangen, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen für jegliche Energiespeichervorrichtungen nützlich sein können, welche Anschlüsse zum elektrischen Verbinden und ein Gehäuse zum Umschließen der Vorrichtung verwenden. Beispiele derartige Energiespeichervorrichtungen können Bleisäurebatterien, Ultrakondensatoren, Kombinationen hiervon und so weiter umfassen.
Unter Berücksichtigung des Vorhergehenden betreffen vorliegende Ausführungsformen Konfigurationen für Batteriemodulanschlüsse, welche in jeglichen Batterien oder Batteriesystemen angewendet werden können, insbesondere in Batteriesystemen, welche in einem xEV verwendet werden. 1 ist beispielsweise eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Fahrzeuges 10, welches ein regeneratives Bremssystem verwenden kann. Auch wenn die folgende Diskussion in Bezug auf Fahrzeuge mit regenerativen Bremssystemen geführt wird, sind die hier beschriebenen Techniken in anderen Fahrzeugen anwendbar, die elektrische Energie in einer Batterie aufnehmen bzw. speichern, was elektrisch betriebene und kraftstoffbetriebene Fahrzeuge einschließen kann.
Es wurde nun erkannt, dass es wünschenswert sein kann, dass ein nicht-traditionelles Batteriesystem 12 (beispielsweise eine Lithium-Ionen Autobatterie) weitgehend kompatibel mit traditionellen Fahrzeugdesignen ist. In dieser Hinsicht weisen die vorliegenden Ausführungsformen unterschiedliche Typen von Batteriemodulen für xEVs und Systeme auf, die xEVs umfassen. Dementsprechend kann das Batteriesystem 12 an einer Stelle in dem Fahrzeug 10 angeordnet sein, die ein traditionelles Batteriesystem aufgenommen hätte. Wie dargestellt, kann beispielweise das Fahrzeug 10 das Batteriesystem 12 aufweisen, welches ähnlich zu einer Bleisäurebatterie eines typischen Verbrennungsmotorfahrzeuges angeordnet ist (beispielsweise unter der Kühlerhaube des Fahrzeuges 10 angeordnet). Darüber hinaus kann, wie es unten detaillierter beschrieben wird, das Batteriesystem 12 angeordnet sein, um ein Regeln der Temperatur des Batteriesystems 12 zu ermöglichen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen das Anordnen eines Batteriesystems 12 unter der Kühlerhaube des Fahrzeuges 10 es einem Luftkanal ermöglichen, einen Luftstrom über das Batteriesystem 12 zu leiten und das Batteriesystem 12 zu kühlen.
Eine detailliertere Ansicht des Batteriesystems 12 ist in 2 beschrieben. Wie dargestellt, weist das Batteriesystem 12 eine Energiespeicherkomponente 14 auf, welche mit einem Zündsystem 16, einer Lichtmaschine 18, einem Armaturenbrett 20, und optional mit einem Elektromotor 22 verbunden ist. Grundsätzlich kann die Energiespeicherkomponente 14 elektrische Energie aufnehmen oder speichern, welche in dem Fahrzeug 10 erzeugt wird, und kann elektrische Energie ausgeben, um elektrische Vorrichtung in dem Fahrzeug 10 zu betreiben.
In anderen Worten kann das Batteriesystem 12 Komponenten des elektrischen Systems des Fahrzeugs Energie liefern. Wobei die Komponenten des elektrischen Systems des Fahrzeuges folgende Komponenten umfassen können: Kühlgebläse, Klimasteuerungssysteme, elektrische Servolenkungssysteme, aktive Federungssysteme, automatische Parksysteme, elektrische Ölpumpen, elektrische Super- bzw. Turbolader, elektrische Wasserpumpen, beheizbare Windschutzscheibe bzw. Enteiser, Motoren für Fensterheber, Spiegelbeleuchtungen, Überwachungssysteme für den Reifendruck, Motorsteuerungen für das Schiebedach, elektrisch verstellbare Sitze, Alarmsysteme, Infotainmentsysteme, Navigationseinrichtungen, Spurhalteassistenzsysteme, elektrische Handbremsen, externe Lichter, oder jegliche Kombinationen hiervon.
Zur Veranschaulichung liefert in der vorliegenden Ausführungsform die Energiespeicherkomponente 14 Energie an die Fahrzeugkonsole 20 und das Zündsystem 16, welches dazu verwendet werden kann, um den Verbrennungsmotor 24 zu starten (beispielweise anzukurbeln).
Zusätzlich dazu kann die Energiespeicherkomponente 14 elektrische Energie aufnehmen, welche von der Lichtmaschine 18 und/oder dem Elektromotor 22 erzeugt wurde. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtmaschine 18 elektrische Energie erzeugen, während der Verbrennungsmotor 24 läuft. Insbesondere kann die Lichtmaschine 18 die mechanische Energie, welche aus der Rotation des Verbrennungsmotors 24 erzeugt wird, in elektrische Energie umwandeln. Zusätzlich dazu oder alternativ hierzu kann ein Elektromotor 22 elektrische Energie erzeugen, und zwar mittels Umwandelns mechanischer Energie, welche aus der Bewegung des Fahrzeuges 10 (beispielsweise aus der Rotation der Räder) erzeugt wird, in elektrische Energie, wenn das Fahrzeug 10 einen Elektromotor 22 aufweist. Somit kann in einigen Ausführungsformen die Energiespeicherkomponente 14 elektrische Energie aufnehmen, welche von der Lichtmaschine 18 und/oder dem elektrischen Motor 22 während dem regenerativen Bremsvorgang erzeugt wird. Als solche werden die Lichtmaschine und/oder der Elektromotor hier grundsätzlich als ein regeneratives Bremssystem bezeichnet.
Um das Aufnehmen und Liefern bzw. Zuführen von elektrischer Energie zu ermöglichen, kann die Energiespeicherkomponente 14 über eine Sammelleitung 26 elektrisch mit dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden sein. Beispielsweise kann es die Sammelleitung 26 der Energiespeicherkomponente 14 ermöglichen, elektrische Energie aufzunehmen, welche durch die Lichtmaschine 18 und/oder den Elektromotor 22 erzeugt wird. Zusätzlich kann es die Sammelleitung 26 der Energiespeicherkomponente 14 ermöglichen, elektrische Energie an das Zündsystem 16 und/oder die Fahrzeugkonsole 20 auszugeben. Entsprechend kann die Sammelleitung 26 typischerweise elektrische Energie bzw. Spannung zwischen 8 bis 18 Volt führen, wenn ein 12 Volt Batteriesystem 12 verwendet wird.
Zusätzlich kann die Energiespeicherkomponente 14, wie dargestellt, mehrere Batteriemodule aufweisen. In der abgebildeten Ausführungsform weist die Energiespeicherkomponente 14 ein Lithium-Ionen (beispielsweise ein erstes) Batteriemodul 28 und ein Bleisäure (beispielsweise ein zweites) Batteriemodul 30 auf, wobei jedes Modul eine oder mehrere Batteriezellen aufweist. In anderen Ausführungsformen kann die Energiespeicherkomponente 14 eine beliebige Anzahl von Batteriemodulen aufweisen. Zusätzlich können, auch wenn das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 und das Bleisäure Batteriemodul 30 nebeneinander dargestellt sind, diese in unterschiedlichen Bereichen an dem Fahrzeug angeordnet sein. Beispielweise kann das Bleisäure Batteriemodul 30 in oder an dem Inneren des Fahrzeugs 10 angeordnet sein, während das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 unter der Motorhaube des Fahrzeuges 10 angeordnet sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann die Energiespeicherkomponente 14 mehrere Batteriemodule aufweisen, um mehrere unterschiedliche chemische Batteriezusammensetzungen zu verwenden. Beispielsweise kann, wenn das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 verwendet wird, die Leistung des Batteriesystems 12 verbessert werden, da die chemische Zusammensetzung der Lithium-Ionen Batterien grundsätzlich eine höhere Coulomb-Effizienz und/oder eine höhere Annahmerate für Energieladung (beispielsweise höherer maximaler Ladestrom oder Ladespannung) aufweist als die chemische Zusammensetzung der Bleisäurebatterie. Als solches kann die Aufnahme-, die Speicher-, und/oder die Verteilungseffizienz des Batteriesystems 12 verbessert werden.
Um das Steuern des Aufnehmens und Speicherns von elektrischer Energie zu ermöglichen, kann das Batteriesystem 12 zusätzlich ein Steuermodul 32 aufweisen. Insbesondere kann das Steuermodul 32 den Betrieb von Komponenten in dem Batteriesystem 12, steuern wie beispielweise von Relais (beispielweise Schalter) innerhalb der Energiespeicherkomponente 14, der Lichtmaschine 18 und/oder des Elektromotors 22. Beispielsweise kann das Steuermodul 32 die Menge der elektrischen Energie regulieren, die von jedem der Batteriemodule 28 oder 30 aufgenommen/geliefert wird (beispielweise um das Batteriesystem herabzusetzen und wieder heraufzusetzen), Ladeausgleich zwischen den Batteriemodulen 28 und 30 ausführen, einen Ladezustand jeder der Batteriemodule 28 oder 30 bestimmen, die Temperatur jedes der Batteriemodule 28 oder 30 bestimmen, die Spannungsausgabe von der Lichtmaschine 18 und/oder dem elektrischen Motor 22 steuern, und dergleichen.
Entsprechend kann das Steuermodul bzw. die Steuereinheit 32 einen oder mehrere Prozessoren 34 und eine oder mehrere Speichereinheiten 36 aufweisen. Insbesondere kann der eine oder die mehreren Prozessoren 34 eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (Application Specific Integrated Circuits (ASICs)), eine oder mehrere im Feld (Vorort) programmierbare (Logik-)Gatter-Anordnungen (Field Programmable Gate Arrays (FPGAs)) einen oder mehrere Mehrzweckprozessoren (General Purpose Processor), oder jegliche Kombinationen hiervon aufweisen. Zusätzlich können die eine oder mehreren Speichereinheiten, bzw. der eine oder die mehreren Speicher 36 flüchtige Speicher aufweisen, wie beispielsweise Direktzugriffspeicher (Random Access Memory (RAM)), und/oder nicht-flüchtige Speicher aufweisen, wie beispielsweise Festwertspeicher (Read-Only Memory (ROM)) optische Laufwerke, Festplattenlaufwerke, oder Halbleiterlaufwerke (Solid-State Drives (SSD)). In einigen Ausführungsformen kann die Steuereinheit bzw. das Steuermodul 32 Teile einer Fahrzeugsteuereinrichtung (Vehicle Conrol Unit (VCU)) und/oder ein separates Batteriesteuermodul aufweisen. Darüber hinaus sind das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 und das Bleisäurebatteriemodul 30 wie dargestellt über ihre Anschlüsse parallel miteinander verbunden. In anderen Worten kann das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 und das Bleisäuremodul 30 über die Sammelleitung 26 parallel zu dem elektrischen System des Fahrzeugs verbunden sein.
Um das Verbinden des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 an verschiedene Lasten (beispielsweise an das elektrische System des Fahrzeugs) zu ermöglichen, kann das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 die hier beschriebenen Anschlusskonfigurationen aufweisen.
3 stellt eine Ausführungsform des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 dar, welches ein Modulgehäuse 40 und Modulanschlüsse 42 aufweist, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind. Insbesondere ragen die Modulanschlüsse 42, wie dargestellt, durch und aus dem Modulgehäuse 40 hervor, um eine elektrische Verbindung des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 mit einer externen Last zu ermöglichen. Während das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 einen ersten Modulanschluss 42a (beispielsweise einen positiven Modulanschluss) und einen zweiten Modulanschluss 42b (beispielsweise einen negativen Anschluss) aufweist, können andere Ausführungsformen des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 mehr als zwei solcher Modulanschlüsse 42 aufweisen. Ferner können der erste und zweite Modulanschluss 42a, 42b einen oder mehrere ähnliche oder austauschbare Komponenten aufweisen. Als nicht einschränkendes Beispiel kann das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 ein 12 Volt Modul sein.
Wie dargestellt, ist das Modulgehäuse 40 in seiner fertiggestellten (montierten) Konfiguration derart geschlossen, dass es wasserdicht und gasdicht ist. Insbesondere ist das Gehäuse bzw. Modulgehäuse 40 derart geschlossen, dass es im Wesentlichen keiner Flüssigkeit oder keinem Gas möglich ist, zwischen dem Inneren des Gehäuses 40 und einem Äußeren des Gehäuses 40 unter normalen Betriebsbedingungen des Moduls 28 überzugehen; mit Ausnahme von vorbestimmten Entlüftungspfaden, welche eine Modulentlüftung 44 aufweisen. Der Verschluss des Gehäuses 40 ist primär durch das Verbinden eines ersten Gehäusebereichs 46 (beispielsweise eines Haupt- oder unteren Gehäusebereichs) mit einem zweiten Gehäusebereich 48 (beispielweise einem Deckel oder einem oberer Bereich) an einer Verbindungsstelle 50 herbeigeführt. Die Verbindungsstelle 50 kann unter Verwendung jedes angemessenen Verfahrens verschlossen (abgedichtet) werden. Beispielsweise kann die Verbindungsstelle 49 durch Laserschweißen verschlossen (beispielsweise gegenüber Flüssigkeiten und Gasen) werden, und zwar bei Ausführungsformen, bei denen entweder ein oder beide Gehäusebereiche von dem ersten und zweiten Gehäusebereich 46, 48 Kunststoffmaterial aufweisen.
Laserschweißen kann auch in Situationen verwendet werden, in denen entweder der erste oder der zweite Gehäusebereich 46, 48 ein Metallmaterial aufweist. Zusätzlich dazu oder alternativ hierzu kann die Verbindungsstelle 50 durch Ultraschallschweißen, Bogenschweißen und so weiter verschlossen werden. Derartige Verfahren können in Ausführungsformen umgesetzt sein, in denen ein oder beide von den ersten und zweiten Gehäusebereich 46, 48 ein Metallmaterial aufweisen.
Wie dargestellt, ist die Verbindungsstelle 50 zwischen einem entsprechenden Umfang 52 des ersten Gehäusebereichs 46 und einem entsprechenden Umfang 54 des zweiten Gehäusebereichs 48 ausgebildet. Daher kann die jeweilige Weise, mit welcher die Verbindungsstelle 50 verschlossen wird, von der Materialzusammensetzung der Umfänge bzw. Randbereiche 52, 54 und geeigneten Abdichtungsverfahren abhängen, welche solchen Materialien zugeordnet sind. In dieser Hinsicht kann die Verbindungsstelle 50 unter Verwendung zusätzlicher Materialien, wie beispielsweise unter Verwendung eines Klebstoffs (beispielsweise eines Epoxid-Harzes), unter Verwendung eines Lötmaterials oder anderer solcher Materialien, abgedichtet werden, welche auf die Umfänge bzw. Randbereiche 52, 54 angewendet werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann der erste Gehäusebereich 46 gegenüber des Ausgangssignal des Schweißlasers absorbierend sein, und der zweite Gehäusebereich 48 kann gegenüber des Ausgangssignals des Schweißlasers transparent sein. Entsprechend kann das Ausgangssignal des Schweißlasers durch den zweiten Gehäusebereich 48 und zu dem ersten Gehäusebereich 46 hin (beispielsweise zu den Umfängen bzw. Randbereichen 52, 54 hin) ausgerichtet sein. Durch die Absorption des Laserausgangssignals bzw. des Laserstrahls kann der entsprechende Umfang bzw. Randbereich 52 des ersten Gehäusebereichs 46 anfangen, sich zu erhitzen und zu schmelzen, sodass er sich mit dem zweiten Gehäusebereich 48 verbindet. Nach dem Entfernen des Ausgangssignals des Schweißlasers bzw. des Laserstrahls und nach dem Abkühlen können der erste und zweite Gehäusebereich 46, 48 in einer im Wesentlichen permanenten Weise aneinander befestigt sein.
Das Modulgehäuse 40 weist in seinem Inneren eine Vielzahl von Lithium-Ionen elektrochemischen Zellen (nicht gezeigt) auf, welche als individuell untergebrachte Batteriezellen implementiert sein können. Die Batteriezellen werden nachfolgend unter Bezugnahme auf 5 detaillierter beschrieben und können jedes geeignete Elektrolyt und jede geeignete chemische Zusammensetzung des aktiven Elektrodenmaterials aufweisen, die elektrisches Aufladen, Entladen und Energiespeichern ermöglichen.
Grundsätzlich ermöglichen die Modulanschlüsse 42 der vorliegenden Erfindung eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriezellen (als eine einzelne Elektroanordnung) innerhalb des Moduls 28 und einer externen Last. Gemäß einiger Ausführungsformen können die Modulanschlüsse 42 eine mehrstückige Konfiguration haben, bei der die individuellen Stücke vor der Montage des Moduls 28 permanent miteinander verbunden werden können oder auch nicht. Wie in der vergrößerten Ansicht in 4a dargestellt, weisen die Bauteile des Modulanschlusses 42 einen Anschlussstift 56 (allgemeiner gesagt: einen Bereich eines ersten leitfähigen Bauteils), eine Dichtscheibe 58, und eine Anschlussstromschiene 60 (oder allgemeiner gesagt: ein zweites leitfähiges Bauteil) auf.
Grundsätzlich ermöglicht der Anschlussstift 56 (oder das erste leitfähige Bauteil) eine physische und elektrische Verbindung mit einem elektrischen Verbinder einer Last (beispielweise mit einen Batterieanschlussverbinder des Fahrzeugs 10 gemäß 1 und 2), um der Last (beispielweise dem Fahrzeug 10) Strom bzw. Energie bereitzustellen. Die Anschlussstromschiene 60 (oder das zweite leitfähige Bauteil) ermöglicht grundsätzlich eine elektrische Verbindung mit den Batteriezellen in dem Modulgehäuse 40 (beispielsweise durch physische Verbindung mit einer inneren Stromschiene). Der Anschlussstift 56 ist in elektrischem Kontakt mit der Anschlussstromschiene 60 und kann, wie unten detaillierter beschrieben, permanent mit der Anschlussstromschiene 60 verbunden sein. Zusätzlich dazu ermöglicht die Dichtscheibe 58 ein gewisses Maß an Flexibilität und Bewegung zwischen dem Modulanschluss 42 und dem Modulgehäuse 40, während sie ferner eine Öffnung 62 in dem zweiten Gehäusebereich 48 abdichtet, durch welche die Modulanschlüsse 42 hervorstehen.
Die Konfiguration der unterschiedlichen Bauteile des Modulanschlusses kann besser unter Bezugnahme auf 4b verstanden werden, welche eine Explosionsdarstellung des in 4a gezeigten Modulanschlusses 42 darstellt. Der Anschlussstift 56 erstreckt sich von einem Anschlusssockel 64 aus, welcher ferner einen überstehenden Bereich 66 aufweist (besser in 7 zu sehen). Der Anschlussstift 56, der Anschlusssockel 64 und der überstehende Bereich 66 können zusammen als Anschlussstiftanordnung 68 oder als erstes leitfähiges Bauteil des Modulanschlusses 42 angesehen werden. Wie unten detaillierter beschrieben, erstreckt sich der überstehende Bereich 66 in eine Richtung, welche im Wesentlichen parallel zu dem Anschlussstift 56 ist, wobei der überstehende Beriech 66 sich jedoch in eine zu dem Anschlussstift 66 entgegengesetzte Richtung von dem Anschlusssockel 64 aus erstreckt. In einigen Ausführungsformen sind die beiden koaxial. Der Anschlussstift 56, der Anschlusssockel 64 und der überstehende Bereich 66 sind grundsätzlich aus dem gleichen Material ausgebildet, und können integral miteinander ausgebildet sein, um die Herstellung zu vereinfachen.
In anderen Ausführungsformen können der Anschlussstift 56, der Anschlusssockel 64 und der überstehende Bereich 66 aus unterschiedlichen Metallen ausgebildet sein, wobei sie jedoch sie unter Verwendung von Metallen mit ausreichender galvanischen Kompatibilität aneinander befestigt sein können.
Um die Kompatibilität zwischen der Anschlussstiftanordnung 68 und der Anschlussstromschiene 60 zu verbessern, kann die Anschlussstiftanordnung 68 aus dem gleichen Material wie die Sammelschiene bzw. Anschlusssammelschiene 60 ausgebildet sein (beispielsweise kann das gleiche Material unter anderem Kupfer, rostfreier Stahl oder dergleichen sein). In einigen Ausführungsformen können die Materialien unterschiedlich, jedoch dennoch galvanisch kompatibel sein. In einigen Ausführungsformen sind die Anschlussstiftanordnung 68 und die Anschlussstromschiene 60 (das erste und zweite leitfähige Bauteile) direkt durch eine Schweißnaht miteinander verbunden (beispielsweise durch eine Ultraschallschweißnaht oder eine Laserschweißnaht). In anderen Ausführungsformen können die Anschlussstiftanordnung 68 und die Anschlussstromschiene 60 integral ausgebildet sein.
Wie oben ausgeführt, kann die Dichtscheibe 58 ausgebildet sein, um ein gewisses Bewegungsausmaß zwischen dem Modulanschluss 42 und dem Modulgehäuse 40 zu ermöglichen, und gleichzeitig auch das Modulgehäuse 40 von der äußeren Umgebung abdichten. Entsprechend kann die Dichtscheibe 58 aus einem geeigneten nachgiebig jedoch auch ausreichend undurchlässigen (gegenüber gewisser Gase und Flüssigkeiten) Material ausgebildet sein, wie beispielsweise aus einem Polymermaterial (beispielsweise Elastomer). In einigen Ausführungsformen kann die Dichtscheibe 58 ein oder mehrere Materiale aufweisen, welche optische Absorbierungseigenschaften haben, die das Laserschweißen des Modulanschluss 42 an das Modulgehäuse 40 durch die Dichtscheibe 58 hindurch ermöglichen. Dieser Vorgang wird unten unter Bezugnahme auf 7 detaillierter beschrieben.
Um eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlussanordnung bzw. der Anschlussstiftanordnung 68 und der Stromschiene bzw. der Anschlussstromschiene 60 herzustellen, weist die Dichtscheibe 58 eine Öffnung 70 auf, welche in der Größe derart ausgelegt ist, um es dem überstehenden Bereich 66 zu ermöglichen, ungehindert hindurchzupassen. In einigen Ausführungsformen, wie beispielsweise in der in 4b gezeigten Ausführungsform, haben der überstehende Bereich 66 und die Öffnung 70 übereinstimmende Geometrien. Insbesondere können die Öffnung 70 und der hervorstehende Bereich 66 derart komplementäre Geometrien aufweisen, dass bestimmte Bewegungen der Anschlussanordnung bzw. der Anschlussstiftanordnung 68 (beispielsweise eine Rotation um ihre Längsachse) relativ zu dem Gehäuse 40 durch die Dichtscheibe 58 eingeschränkt sind. In einigen Ausführungsformen ist die Anschlussstiftanordnung 68 auf der Dichtscheibe 58 eingepresst (auch bekannt als Presspassung oder Friktionspassung). Wie dargestellt, hat die Scheibenöffnung 70 eine hexagonale Geometrie, wobei jedoch andere polygonale Geometrien, oder andere unregelmäßige Geometrien verwendet werden können. Darüber hinaus kann die Scheibenöffnung 70 auch eine kreisförmige Geometrie aufweisen.
Grundsätzlich hat die Dichtscheibe 58 eine größere Umrandung (beispielweise einen größeren Umfang) als die Umrandung (beispielsweise der Umfang) des Anschlusssockels 64. Zusätzlich kann, um das Anordnen der Anschlussanordnung bzw. Anschlussstiftanordnung 68 relativ zu der Dichtscheibe 58 zu erleichtern, die Dichtscheibe 58 ferner einen Scheibensitz 72 aufweisen, der in der Größe derart ausgebildet ist, um den Anschlusssockel 64 in einer ineinander geschachtelten Anordnung aufzunehmen. Der Scheibensitz 72 kann während dem Gießen der Dichtscheibe 58 in die Dichtscheibe eingebracht werden, beispielsweise durch Stanzen, Prägen oder jegliche andere geeignete Verfahren. Das Verfahren, durch welches der Scheibensitz 72 in die Dichtscheibe 58 eingebracht wird, kann beispielsweise von der Materialart abhängen, welche verwendet wird, um die Dichtscheibe 58 auszubilden.
In einigen Ausführungsformen kann die Anschlussstiftanordnung 68 derart formschlüssig zu- oder eingepresst in die Dichtscheibe 58 sein, dass die Scheibenöffnung 70 vollständig durch den überstehenden Bereich 66 ausgefüllt ist, und derart, dass eine Bodenfläche 74 des Anschlusssockels 64 eben zu dem Scheibensitz 72 ist und diesen vollständig ausfüllt. Wenn der Modulanschluss 42 montiert wird, liegen eine Bodenfläche 76 der Dichtscheibe 58 und der überstehende Bereich 66 der Anschlussstiftanordnung 68 flach auf einer oberen Fläche 78 der Anschlussstromschiene 60 auf. Der Anschlussstift 56 kann beispielsweise unter Verwendung eines Laserausgangssignals derart an eine obere Fläche 78 der Anschlussstromschiene 60 geschweißt sein, dass eine elektrische Verbindung zwischen der Anschlussstiftanordnung 68 und der Anschlussstromschiene 60 aufrechterhalten wird. Die Dichtscheibe 58 wird daher zwischen dem Anschlusssockel 64 und der oberen Fläche 78 komprimiert. Allerdings ist die Dichtscheibe 58 nicht notwendigerweise direkt an entweder dem Anschlusssockel 64 oder der oberen Fläche 78 durch eine permanente Verbindung (beispielsweise durch eine Schweißnaht) befestigt.
Wie unten detaillierter beschrieben, weist die Anschlussstromschiene 60 einen Verbindungsbereich 80 auf, welcher in seiner Form derart ausgebildet ist, um physisch und elektrisch mit unterschiedlichen internen Bauteilen des Moduls 40 verbunden zu werden (siehe 3). Die ersten und zweiten Modulanschlüsse 42a, 42b können die gleiche oder eine unterschiedliche Konfiguration ihrer jeweiligen Verbindungsbereiche 80 aufweisen, um die Verbindung zu unterschiedlichen Arten von Bauteilen zu ermöglichen.
5 beschreibt die Art und Weise, in welcher der erste Modulanschluss 42a und der zweite Modulanschluss 42b relativ zu anderen internen Bauteilen des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 angeordnet sind. Insbesondere zeigt 5 das Lithium-Ionen Batteriemodul 28 gemäß 3, bei dem der zweite Gehäusebereich 48 von dem ersten Gehäusebereich 46 entfernt wurde.
Während der Modulmontage wird der zweite Gehäusebereich 48 auf den ersten Gehäusebereich 46 in der durch den Pfeil 90 angegebenen Richtung aufgesetzt, sodass sich die jeweiligen Anschlussstifte 56 des ersten und des zweiten Modulanschlusses 42a, 42b durch die Anschlussöffnungen in dem zweiten Gehäusebereich 48 erstrecken (dargestellt als eine erste Anschlussöffnung 92 und eine zweite Anschlussöffnung 94).
Wie dargestellt, wird der erste Gehäusebereich 46 verwendet, um eine Vielzahl von Batteriezellen 96 zu befestigen, die in zwei benachbarten Aufreihungen oder Stapeln angeordnet sind (dargestellt als eine erste Aufreihung 98 und eine zweite Aufreihung 100). Hierbei kann jede Anzahl von Aufreihungen (beispielsweise eine oder mehrere) verwendet werden. Zusätzlich dazu weist der erste Gehäusebereich 46 einen Träger 102 für elektrische Komponenten auf, welcher dazu fungiert, um die Vielzahl von Batteriezellen 96 innerhalb des ersten Gehäusebereichs 46 in Position zu halten, und ferner dazu fungiert, um unterschiedliche elektrisch leitfähige Bauteile in einer Position relativ zu der Vielzahl von Batteriezellen 96 zu befestigen. Der Träger 102 für elektrische Komponenten kann beispielsweise eine einzelne Komponente sein, welche aus Kunststoff und/oder einem anderen nicht leitenden Material ausgebildet ist, und kann dazu verwendet werden, um die Vielzahl von Batteriezellen 96 in Position zu halten, während ferner ein korrektes Positionieren von Stromschienen 104 für Batteriezellen ermöglicht wird, welche verwendet werden, um einzelne Batteriezellen miteinander zu verbinden. Der Träger 102 für elektrische Komponenten kann ferner eine Vielzahl von Vorsprüngen 106 aufweisen, welche das physische Verbinden mit und Halten von anderen elektrische leitfähigen Komponenten bzw. Bauteilen ermöglichen, darunter unter anderem: Fühlerleitungen (beispielsweise Spannungs- und/oder Temperaturfühlerleitungen), Elektronikkomponenten (beispielsweise das Steuermodul 32), ein Relais 108, und die ersten und zweiten Modulanschlüsse 42a, 42b.
In der dargestellten Ausführungsform weist der Träger 102 für elektrische Komponenten einen ersten Vorsprung 110, welcher mit einem entsprechenden Verbindungsbereich 80a des erste Modulanschlusses 42a verbunden wird bzw. zusammenwirkt, und einen zweiten Vorsprung 112 auf, welcher mit einem Verbindungsbereich 80b des zweiten Modulanschlusses 42b verbunden wird, und zwar mit entsprechenden Anschlussstromschienenöffnungen 114a, 114b. Die dargestellten entsprechenden Verbindungsbereiche 80a, 80b haben unterschiedliche Konfigurationen (beispielsweise Form, Geometrie), und sind jeweils spezifisch ausgebildet, um physikalisch und elektrisch mit unterschiedlichen elektrischen Bauteilen verbunden zu werden.
Bezugnehmend auf den ersten Modulanschluss 42a weist dessen entsprechender Verbindungsbereich 80a beispielsweise einen gestuften Bereich 116 auf, welcher derart geformt ist, um formschlüssig um einen Bereich des Relais 108 herum zu passen. Der gestufte Bereich 116 des Verbindungsbereichs 80a geht in einen flachen Bereich 118 über. Der gestufte Bereich 116 ermöglicht es ferner dem ersten Modulanschluss 42a kompatibel zu dem Profil des zweiten Gehäusebereichs 48 zu sein. Der gestufte Bereich 116 kann zusammen mit dem flachen Bereich 118 als eine zusätzliche Befestigungsvorrichtung für das Relais 108 verwendet werden. Der flache Bereich 118 wird verwendet, um den ersten Modulanschluss 42a mit einer ersten Seite 119 des Relais 108 elektrisch zu verbinden. Eine zweite Seite 120 des Relais 108 kann über eine oder mehrere Stromschienen elektrisch mit der Vielzahl von Batteriezellen 96 verbunden sein. Im Betrieb kann das Steuermodul 32 (siehe 2) das Relais 108 ansteuern, um die erste und zweite Seite 119, 120 elektrisch zu verbinden und die elektrische Verbindung zu lösen, um einen elektrischen Pfad zwischen der Vielzahl von Batteriezellen 96 und dem ersten Modulanschluss 42a auszubilden (oder zu unterbrechen).
Der erste Modulanschluss 42a und der zweite Modulanschluss 42b weisen ferner jeweils einen Toleranzkompensationsbereich 122 in ihren jeweiligen Anschlussstromschienen 60a, 60b auf. Der Toleranzkompensationsbereich 122 von jedem Modulanschuss 42 ist zwischen dem flachen Bereich 78 und der Verbindungsbereich 80 angeordnet, und ist dazu ausgebildet, um Herstellungsungenauigkeiten bei den Bauteilen des Moduls zu erlauben. Der Toleranzkompensationsbereich 122 kann auch dazu ausgebildet sein, bestimmte Kräfte zu absorbieren, denen die Modulanschlüsse 42 über der Lebensdauer des Lithium-Ionen Batteriemoduls 28 ausgesetzt sind (beispielsweise Vibrationen, Kompressions- oder Spannungsbelastungen).
Sobald der zweite Gehäusebereich 48 und der erste Gehäusebereich 46, wie in 6 gezeigt, zusammengebracht sind (beispielsweise entweder bevor oder nachdem sie permanent aneinander befestigt wurden), können die Modulanschlüsse 42 permanent an dem zweiten Gehäusebereich 48 befestigt werden. Wie in 6 dargestellt, stehen die Anschlussstifte 56 aus den Anschlussöffnungen 92, 94 hervor und die Anschlusssockel 64 sind liegen frei. Das relative Ausrichten der Bauteile der Modulanschlüsse 42 und des zweiten Gehäusebereichs 48 ermöglicht es, dass unter Verwendung einer oder mehrerer Schweißnähte eine permanente Verbindung gemacht werden kann. Die Schweißnähte können zwischen den Bauteilen selbst, oder zwischen den Bauteilen und dem zweiten Gehäusebereich 48 gemacht werden. In einigen Ausführungsformen können die Bauteile der Modulanschlüsse 42 (insbesondere die Anschlussstiftanordnung 68 und die Anschlussstromschiene 60) permanent miteinander verbunden werden, bevor sie in den ersten Gehäusebereich 46 eingeführt werden.
Das Ausbilden der Modulanschlüsse 42 bevor diese an dem zweiten Gehäusebereich 48 befestigt werden, ermöglicht eine Komprimierung der Dichtscheiben 58 zwischen den Anschlussstiftanordnungen 68 und den Anschlussstromschienen 60. Beispielsweise können die Anschlussstifte 56 in einer Zugrichtung 130 gezogen werden, wodurch eine Komprimierung oder eine zusätzliche Komprimierung der Dichtscheiben 58 entsteht. In anderen Ausführungsformen können die Anschlussstiftanordnungen 68 und die Anschlussstromschienen 60 jedoch beim Abdichten der Modulanschlüsse 42 mit dem Modulgehäuse 40 miteinander verbunden werden.
Um dies zu verdeutlichen, ist 7 eine vergrößerte Seitenansicht des ersten Modulanschlusses 42a, und zwar aus dem Bereich 7-7 aus 6. Wie in 7 gezeigt, stößt die Dichtscheibe 58 an eine innere Oberfläche 140 des zweiten Gehäusebereichs 48 nahe der ersten Öffnung 92 an und wird gegen diese gepresst, wenn der Anschlussstift 56 in die Zugrichtung 130 gezogen wird. Auf diese Weise nimmt die Dichtscheibe 58 einen Raum 142 zwischen der inneren Oberfläche 140 des zweiten Gehäusebereichs 48 und dem flachen Bereich 78 der Anschlussstromschiene 60 ein, wodurch eine Abdichtung ausgebildet wird. Die Dichtscheibe 58 überbrückt ferner die gesamte Distanz zwischen einem Umfang 144 der ersten Öffnung 92 und einem Umfang 146 des Anschlusssockels 64, wobei davon ausgegangen wird, dass dies eine verbesserte Abdichtung zwischen dem Inneren des Modulgehäuses 40 und der äußeren Umgebung bereitstellt. Das heißt, es gibt möglicherweise keine direkte Verbindung zwischen dem Umfang 144 der ersten Öffnung 92 und dem Umfang 146 des Anschlusssockels 64.
Wie oben festgestellt, kann der zweite Gehäusebereich 48 an der Dichtscheibe 58 unter Verwendung einer Schweißnaht befestigt sein. Insbesondere kann ein Laser, welcher ein geeignetes Ausgangssignal hat, durch den transparenten zweiten Gehäusebereich 48 gerichtet werden, und zwar im Wesentlichen entlang einer Richtung 148 (beispielsweise im Wesentlichen von dem Äußeren des zweiten Gehäusebereichs 48 und nach Innen in Richtung der Dichtscheibe 58), und um den Umfang 144 herum. Das Laserausgangssignal kann den zweiten Gehäusebereich 48 durchqueren und beginnt die Dichtscheibe 58 an der Stelle zu erhitzen und zu schmelzen, an der die beiden aneinander angrenzen bzw. anstoßen. Dadurch wird die Dichtscheibe 58 permanent mit dem zweiten Gehäusebereich 48 vereinigt, wodurch eine Dichtung ausgebildet wird. Das Laserausgangssignal kann derart angesteuert werden, dass eine Schweißnaht 150 (gezeigt mit einer gestrichelten Linie) den Umfang 144 der ersten Öffnung 92 umgibt. In einigen Ausführungsformen kann das Laserausgangssignal derart sein, dass die Dichtscheibe 58 sich auch mit dem flachen Bereich 78 der Anschlussstromschiene 60 vereinigt. In anderen Ausführungsformen kann die Dichtscheibe 58 keine permanente und direkte Verbindung mit der Anschlussstiftanordnung 68 und der Anschlussstromschiene 60 aufweisen.
Wie ferner dargestellt, erstreckt sich der überstehende Bereich 66 des Modulanschluss 42 durch die Öffnung 70 der Dichtscheibe 58, um einen elektrischen Kontakt mit dem flachen Bereich 78 der Anschlussstromschiene 60 herzustellen. Wiederum ermöglicht die Dichtscheibe 58 ein gewisses Bewegungsausmaß des Modulanschlusses 42 relativ zu dem Modulgehäuse 40, und eine permanente feste Verbindung ist direkt zwischen der Anschlussstiftanordnung 68 und der Anschlussstromschiene 60 ausgebildet. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann sich eine Durchschweißung 152 zwischen dem überstehenden Bereich 66 des Anschlusssockels 64 und dem flachen Bereich 78 der Anschlussstromschiene 60 derart erstrecken, dass die Dichtscheibe 58 zwischen einer Auflagefläche 154 des Anschlusssockels 64 und dem flachen Bereich 78 komprimiert ist. Die Durchschweißung 152 kann durch das Applizieren eines Laserausgangssignals auf den Bereich des Anschlusssockels 56, welcher dem überstehenden Bereich 66 entspricht, derart ausgebildet werden, dass der überstehende Bereich 66 an den flachen Bereich 78 der Anschlussstromschiene 60 geschweißt wird. Alternativ hierzu kann die Durchschweißung 152 von der Unterseite des flachen Bereichs 78 aus gefertigt werden (beispielsweise kann das Laserausgangssignal in eine Richtung von dem flachen Bereich 78 aus zu dem überstehenden Bereich 66 hin appliziert werden). Die Durchschweißung 152 kann die gesamte Überlappung des überstehenden Bereichs 66 und des flachen Bereichs 78 überspannen bzw. überbrücken, oder lediglich einen Bereich der Überlappung.
Wie dargestellt, entspricht der Auflagebereich 154 dem Bereich des Anschlusssockels 64, der den Bereich des Anschlusssockels 64 umgibt, von dem aus sich der überstehenden Bereich 66 erstreckt. Das heißt, dass der Auflagebereich 154 sich radial über den überstehenden Bereich 66 hinaus erstreckt. Der Auflagebereiche 154 und die Öffnung 92 können in ihrer Größe derart ausgelegt sein, dass keine direkte Verbindung zwischen einem Umfang des Auflagebereichs (dem Umfang 146) und dem Umfang 144 der Öffnung 92 in dem zweiten Gehäusebereich 48 ist, jedoch können sich die beiden auch berühren.
Eine oder mehrere der offengelegten Ausführungsformen, und zwar alleine oder in Kombination, können eine oder mehrere technische Wirkungen bereitstellen, darunter die Herstellung eines Modulanschlusses, welcher eine flexible Verbindung mit einem Modulgehäuse aufweist. Der Modulanschluss kann auch in ein Gehäuse (beispielsweise in ein Kunststoffgehäuse) eines Lithium-Ionen Batteriemoduls derart integriert sein, dass eine flexible Dichtung für das Gehäuse erzeugt wird. Die technischen Wirkungen und die technischen Probleme in der Beschreibung sind exemplarisch und nicht einschränkend. Es sei angemerkt, dass die in der Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen andere technische Wirkungen haben können und andere technische Probleme lösen können.
Die spezifischen Ausführungsformen, welche oben beschrieben wurden, wurden als Beispiel gezeigt, und sollen derart verstanden werden, dass diese Ausführungsformen unterschiedliche Modifikationen und alternative Gestaltung offen lassen. Darüber hinaus sollen die Ansprüche derart verstanden werden, dass sie nicht dazu gedacht sind, sich auf besondere offengelegte Gestaltungen zu beschränken, sondern eher sämtliche Modifikationen, Äquivalente, oder Alternativen abdecken, so dass diese Alternativen in den Geist und Umfang dieser Erfindung fallen.

Claims

Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodul, welches Folgendes aufweist: – einen Modulanschluss, welcher ausgebildet ist, um das Li-Ionen Batteriemodul mit einem elektrischen Verbinder einer externen Last elektrisch zu verbinden, wobei der Modulanschluss ein leitfähiges Bauteil und eine Dichtscheibe aufweist, welche an dem leitfähigen Bauteil befestigt ist, wobei die Dichtscheibe aus einem Polymermaterial ausgebildet ist; und – ein Gehäuse, welches eine Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen beinhaltet und eine Öffnung aufweist, durch welche das leitfähige Bauteil des Modulanschlusses zumindest bereichsweise hervorsteht, und wobei die Dichtscheibe des Modulanschlusses direkt an dem Gehäuse befestigt ist und eine Dichtung ausbildet, welche ein Inneres des Gehäuses von der äußeren Umgebung isoliert.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei der Modulanschluss ein erstes leitfähiges Bauteil und ein zweites leitfähiges Bauteil aufweist, welche aneinander befestigt sind, und wobei das leitfähige Bauteil des Modulanschlusses ein Bereich des ersten leitfähigen Bauteils ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei die Dichtscheibe zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil komprimiert wird.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 2 oder 3, wobei das erste leitfähige Bauteil eine Anschlussstiftanordnung ist und das zweite leitfähige Bauteil eine Anschlussstromschiene ist, welche ausgebildet ist, um mit der Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen elektrisch verbunden zu werden.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 4, wobei die Anschlussstiftordnung einen Anschlusssockel, einen Anschlussstift, welcher sich von dem Anschlusssockel aus als der Bereich des ersten leitfähigen Bauteils erstreckt, und einen überstehenden Bereich aufweist, welcher sich von dem Anschlusssockel aus in eine dem Anschlussstift entgegengesetzte Richtung erstreckt und in elektrischen Kontakt mit der Anschlussstromschiene ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 5, wobei der überstehende Bereich und die Anschlussstromschiene direkt aneinander mittels einer Schweißnaht befestigt sind.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 5 oder 6, wobei der überstehende Bereich sich durch eine Scheibenöffnung in der Dichtscheibe erstreckt und an die Anschlussstromschiene angrenzt, um elektrischen Kontakt herzustellen.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 7, wobei die Scheibenöffnung und der überstehende Bereich komplementäre Geometrien aufweisen, welche Rotationen der Anschlussanordnung relativ zu dem Gehäuse widerstehen.
Li-Ionen Batteriemodul nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei der Anschlusssockel einen Auflagebereich aufweist, welcher sich radial über den überstehenden Bereich hinaus erstreckt, und wobei die Dichtscheibe zwischen dem Auflagebereich und einem flachen Bereich der Anschlussstromschiene komprimiert ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 9, wobei die Dichtscheibe nicht direkt an dem flachen Bereich der Anschlussstromschiene befestigt ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 9 oder 10, wobei die Dichtscheibe sich radial über den Auflagebereich der Anschlussstiftanordnung hinaus erstreckt, und wobei die Dichtscheibe zwischen dem flachen Bereich der Anschlussstromschiene und einer inneren Oberfläche des Gehäuses angeordnet ist, um die Dichtung derart auszubilden, dass keine direkte Verbindung zwischen einem Umfang des Auflagebereichs und einem Umfang der Öffnung in dem Gehäuse ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach Anspruch 11, wobei die Dichtscheibe direkt mittels einer Durchschweißung an der inneren Oberfläche des Gehäuses befestigt ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach einem der Ansprüche 4 bis 12, welches ein Relais aufweist, welches in dem Gehäuse angeordnet ist und physisch und elektrisch mit der Anschlussstromschiene verbunden ist, wobei das Relais ausgebildet ist, um reversibel die Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen elektrisch mit der Anschlussstromschiene zu verbinden, und wobei die Anschlussstromschiene eine Geometrie aufweist, welche sich um das Relais anpasst.
Li-Ionen Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse einen ersten Gehäusebereich, welcher die Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen in einer festgelegten Position hält und einen zweiten Gehäusebereich aufweist, welcher an dem ersten Gehäusebereich befestigt ist, und wobei die Dichtscheibe direkt an einer inneren Oberfläche des zweiten Gehäusebereichs befestigt ist.
Li-Ionen Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Dichtscheibe mittels einer Laserschweißnaht, welche die Öffnung umgibt, direkt an dem Gehäuse befestigt ist, und ein Bereich des Gehäuses, welcher die Öffnung aufweist, transparent für einen Laser ist, welcher verwendet wird, um die Laserschweißnaht auszubilden.
Modulanschluss, welcher für eine Verwendung in einem Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemodul ausgebildet ist, welcher Folgendes aufweist: – ein erstes leitfähiges Bauteil, welches ausgebildet ist, um physisch und elektrisch mit einem Batterieanschlussverbinder eines Fahrzeuges verbunden zu werden, um dem Fahrzeug Strom zu liefern; – ein zweites leitfähiges Bauteil, welches elektrisch mit dem ersten leitfähigen Bauteil verbunden ist und ausgebildet ist, um mit einer Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen des Li-Ionen Batteriemoduls elektrisch verbunden zu werden; und – eine Dichtscheibe, welche aus einem Polymermaterial ausgebildet ist und zwischen dem ersten leitfähigen Bauteil und dem zweiten leitfähigen Bauteil komprimiert ist, und wobei die Dichtscheibe ausgebildet ist, um eine Anschlussöffnung eines Gehäuses des Li-Ionen Batteriemoduls abzudichten.
Modulanschluss nach Anspruch 16, wobei das erste und zweite leitfähige Bauteil direkt aneinander mittels einer Schweißnaht befestigt sind.
Modulanschluss nach Anspruch 16 oder 17, wobei das erste leitfähige Bauteil eine Anschlussstiftanordnung ist und das zweite leitfähige Bauteil eine Anschlussstromschiene ist.
Modulanschluss nach Anspruch 18, wobei die Anschlussstiftanordnung einen Anschlusssockel, einen Anschlussstift, welcher sich von dem Anschlusssockel aus erstreckt, und einen überstehenden Bereich aufweist, welcher sich von dem Anschlusssockel aus in eine dem Anschlussstift entgegengesetzte Richtung erstreckt und in elektrischen Kontakt mit der Anschlussstromschiene ist.
Modulanschluss nach Anspruch 19, wobei der überstehende Bereich sich durch eine Scheibenöffnung in der Dichtscheibe erstreckt und an die Anschlussstromschiene angrenzt, um elektrischen Kontakt herzustellen.
Modulanschluss nach Anspruch 19 oder 20, wobei der Anschlusssockel einen Auflagebereich aufweist, welcher sich radial über den überstehenden Bereich hinaus erstreckt, und wobei die Dichtscheibe zwischen dem Auflagebereich und einem flachen Bereich der Anschlussstromschiene komprimiert ist.
Modulanschluss nach Anspruch 21, wobei der Auflagebereich innerhalb eines Scheibensitzes angeordnet ist, welcher in der Dichtscheibe ausgebildet ist.
Verfahren zum Herstellen eines Lithium-Ionen (Li-Ionen) Batteriemoduls, welches folgende Schritte aufweist: – Anordnen eines Modulanschlusses in einem ersten Bereich eines Gehäuses des Li-Ionen Batteriemoduls, wobei der erste Bereich eine Vielzahl von Li-Ionen Batteriezellen hält oder ausgebildet ist, diese zu halten; – Anordnen eines zweiten Bereichs des Gehäuses derart über und angrenzend an dem ersten Bereich des Gehäuses, dass eine innere Oberfläche des zweiten Bereichs des Gehäuses an eine Dichtscheibe des Modulanschlusses angrenzt und derart, dass zumindest ein Bereich des Modulanschlusses sich durch eine Öffnung in dem zweiten Bereich des Gehäuses erstreckt; und – Ausrichten eines Laserausgangssignals durch den zweiten Bereich des Gehäuses hindurch, und zwar um einen Umfang der Öffnung herum und derart zu der Dichtscheibe, dass die Dichtscheibe sich mit der inneren Oberfläche verbindet, um eine Dichtung auszubilden.