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Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, welche in einem Gehäuse des Batteriemoduls angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. In Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen und in Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse des Batteriemoduls ist eine Vergussmasse aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie, welche eine Mehrzahl solcher Batteriemodule aufweist.
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Die
DE 10 2007 010 742 A1 beschreibt einen Zellverbund aus Batteriezellen für eine Lithium-Ionen-Batterie, bei welchem die Batteriezellen mittels einer Vergussmasse innerhalb eines Hüllblechs fixiert sind, welches auf einer Kühlplatte angeordnet ist. Die Batteriezellen stehen auf der Kühlplatte auf, und die Vergussmasse kann aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein.
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Als nachteilig ist hierbei der Umstand anzusehen, dass ein derartiger Zellverbund ein vergleichsweise großes Gewicht aufweist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Batteriemodul der eingangs genannten Art mit verringertem Gewicht und ein Kraftfahrzeug mit einer entsprechenden Batterie zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehen. Das Batteriemodul umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen, welche in einem Gehäuse des Batteriemoduls angeordnet und elektrisch miteinander verbunden sind. In Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen einerseits und in Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse des Batteriemoduls andererseits ist eine Vergussmasse aus einem elektrisch isolierenden Material angeordnet. In der Vergussmasse ist wenigstens ein Hohlraum ausgebildet, welcher frei von dem die Vergussmasse bildenden Material ist. Durch die bewusste Integration von Hohlräumen in die Vergussmasse lässt sich eine Leichtbaustruktur des Batteriemoduls realisieren. Dadurch weist das Batteriemodul ein verringertes Gewicht auf.
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Des Weiteren erhöht die Vergussmasse die mechanische Stabilität und die Steifigkeit des Batteriemoduls. Zudem sorgt die Vergussmasse für besonders gute Dämpfungseigenschaften etwa im Hinblick auf Vibrationen, welche im Fahrbetrieb des die Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriemodulen aufweisenden Kraftfahrzeugs auftreten, oder bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs. Durch die Vergussmasse, welche bevorzugt die einzelnen Batteriezellen in Umfangsrichtung derselben ummantelt, ist nämlich ein Schutz vor einem Kontakt der Zellgehäuse der Batteriezellen untereinander beziehungsweise miteinander sichergestellt.
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Die Vergussmasse verbessert darüber hinaus die Eigenschaften des Batteriemoduls im Hinblick auf eine Beschädigung bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs. Des Weiteren kann das Batteriemodul, etwa bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, weniger leicht zerdrückt werden, als dies ohne das Vorsehen der Vergussmasse der Fall wäre. Die Vergussmasse sorgt darüber hinaus für eine Verbesserung der Kühleigenschaften des Batteriemoduls. Denn durch eine flächige Anbindung beziehungsweise einen flächigen Kontakt der Batteriezellen mit dem die Vergussmasse bildenden Material kann eine optimale Kühlung der einzelnen Batteriezellen sichergestellt werden. Dies gilt insbesondere, wenn das die Vergussmasse bildende Material eine entsprechend hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist.
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Die Vergussmasse sorgt des Weiteren für besonders gute elektrische Isolationseigenschaften. Denn die Batteriezellen sind bevorzugt komplett in die Vergussmasse eingebettet beziehungsweise eingegossen. Dies verhindert besonders weitgehend die Ausbildung von Kriechstrecken beziehungsweise Luftstrecken. Bei einem Einsatz des Batteriemoduls in einer Batterie eines Kraftfahrzeugs, welche eine Nennspannung von um die 450 Volt aufweisen kann, ist die Unterbindung von Luftstrecken und Kriechstrecken von Bedeutung. Dies gilt umso mehr, wenn die Batterie eine Nennspannung von mehr als 900 Volt bereitstellt. Durch das Vorsehen des wenigstens einen Hohlraums kann also insbesondere dafür gesorgt werden, dass in dem Batteriemodul keine Kriechstrecken entstehen, auf welchen sich eine elektrisch leitende Verbindung zwischen spannungsführenden Komponenten des Batteriemoduls ausbilden kann.
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Durch den wenigstens einen Hohlraum kann wenigstens eine Dehnungsfuge des Batteriemoduls bereitgestellt sein. Durch das Vorsehen derartiger Dehnungsfugen kann sichergestellt werden, dass die Außenabmessungen des Batteriemoduls stets gleich bleiben, selbst wenn es zu einer Ausdehnung von in dem Gehäuse des Batteriemoduls angeordneten Komponenten des Batteriemoduls kommt. Derartige Ausdehnungen können beispielsweise durch ein Vorliegen erhöhter Temperaturen bedingt sein. Des Weiteren dehnen sich je nach Bauart der Batteriezellen auch jeweilige Zellgehäuse der Batteriezellen aus, wenn die Batteriezellen betrieben werden, also beim Laden und Entladen der Batteriezellen. Auch derartige Ausdehnungen können durch das Vorsehen der wenigstens einen Dehnungsfuge in der Vergussmasse kompensiert werden.
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Die Sicherstellung konstanter Außenabmessungen des Batteriemoduls kann zusätzlich unterstützt werden, indem die Vergussmasse eine gewisse Elastizität aufweist. Dann kann die Vergussmasse beispielsweise nachgeben, wenn sich die Zellgehäuse der Batteriezellen im Betrieb ausdehnen.
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Zusätzlich oder alternativ kann durch den wenigstens einen Hohlraum wenigstens ein von einem Kühlmedium durchströmbarer Kühlkanal bereitgestellt sein. Der Kühlkanal wird also in einem Kühlbetrieb des Batteriemoduls von dem Kühlmedium durchströmt. Dadurch kann die Kühlung der Batteriezellen verbessert werden.
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Bevorzugt ist eine Steuerungseinrichtung vorgesehen, welche zum Ansteuern einer Fördereinrichtung ausgebildet ist. Mittels der Fördereinrichtung ist der wenigstens eine Kühlkanal mit einer Kühlflüssigkeit als dem Kühlmedium beaufschlagbar. Durch das Einbringen der Kühlflüssigkeit in den Kühlkanal lässt sich besonders effizient und bedarfsgerecht Wärme von den Batteriezellen abführen.
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Zu dem Batteriemodul kann demnach auch die Steuerungseinrichtung gehören. Hierbei weist die Steuerungseinrichtung eine Prozessoreinrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren durchzuführen, für welches die Steuerungseinrichtung ausgebildet ist. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung das Verfahren durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Als vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet ist, in einem Aufheizbetrieb des Batteriemoduls ein Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem wenigstens einen Kühlkanal zu bewirken. Es kann also die Steuerungseinrichtung dafür sorgen, dass in dem Aufheizbetrieb die Kühlkanäle frei von der Kühlflüssigkeit sind. Die dann beispielsweise mit Luft gefüllten Kühlkanäle sorgen entsprechend im Aufheizbetrieb für eine thermische Isolierung. Dies führt dazu, dass die Batteriezellen der Batterie besonders rasch auf eine Betriebstemperatur gebracht werden können, bei deren Vorliegen eine Leistungsfähigkeit der Batteriezellen gegenüber der Leistungsfähigkeit bei kühleren Temperaturen erhöht ist. Durch das anschließende Einbringen der Kühlflüssigkeit in die Kühlkanäle nach dem Aufheizbetrieb kann jedoch mittels der Steuereinrichtung wieder dafür gesorgt werden, dass überschüssige Wärme von den Batteriezellen abgeführt wird. So lassen sich die Batteriezellen besonders gut in einem optimalen Betriebstemperaturbereich halten.
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Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerungseinrichtung dazu ausgebildet sein, in Abhängigkeit von einem Überschreiten eines Schwellenwerts einer Temperatur zumindest einer der Batteriezellen ein Abführen der Kühlflüssigkeit aus dem wenigstens einen Kühlkanal zu bewirken. So kann beispielsweise eine einzelne Batteriezelle gezielt thermisch isoliert werden, indem die Kühlkanäle in der Umgebung dieser Batteriezelle von der Kühlflüssigkeit befreit, also die Kühlflüssigkeit aus diesen Kühlkanälen abgeführt oder abgezogen wird. Dies ist beispielsweise dann vorteilhaft, wenn bei der Batteriezelle ein sogenanntes thermisches Durchgehen (thermal runaway) auftritt, bei welchem der Schwellenwert der Temperatur der Batteriezelle überschritten wird. Die Ausbreitung eines solchen thermischen Durchgehens von einer Batteriezelle auf benachbarte Batteriezellen kann so besonders weitgehend nicht nur durch das Vorsehen der Vergussmasse, sondern auch durch das thermische Isolieren dieser Batteriezelle verhindert werden.
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Zum Erfassen der Temperatur der jeweiligen Batteriezelle können insbesondere mehrere Temperaturfühler, beispielsweise ein Temperaturfühler je Batteriezelle, vorgesehen sein, welche entsprechende Messsignale an die Steuerungseinrichtung übermitteln. So kann besonders zielgerichtet beispielsweise auf ein thermisches Durchgehen oder eine andere Art einer Überhitzung zumindest einer der Batteriezellen reagiert werden.
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Dem Verhindern von Propagationseffekten beziehungsweise dem Auftreten einer Kettenreaktion, insbesondere beim thermischen Durchgehen, ist es des Weiteren zuträglich, wenn die Vergussmasse aus einem nicht brennbaren und/oder nur schwer entflammbaren Material gebildet ist. Auch dies dient einer wesentlichen Erhöhung der Sicherheit bei der Verwendung des Batteriemoduls.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn durch den wenigstens einen Hohlraum wenigstens ein Entgasungskanal bereitgestellt ist, über welchen ein aus einem Zellgehäuse der Batteriezelle austretendes Fluid und/oder Gas abgeführt werden kann. Wenn die Batteriezellen als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind, so weisen diese üblicherweise eine sogenannte Berstscheibe als Überdruckventil auf. Bevorzugt ist in einem solchen Fall der Entgasungskanal derart ausgebildet, dass eine Eintrittsöffnung des Entgasungskanals im Bereich der Berstscheibe angeordnet ist.
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Wenn die Batteriezellen demgegenüber als Rundzellen ausgebildet sind, so tritt im Fehlerfall das Fluid und/oder Gas üblicherweise an einer Stelle aus dem Zellgehäuse aus, an welcher sich infolge des im Inneren des Zellgehäuses vorliegenden Überdrucks ein Deckelteil von einem Mantelteil des Zellgehäuses löst. Hierbei ist dann bevorzugt vorgesehen, dass der Entgasungskanal im Bereich des Deckelteils seine Eintrittsöffnung aufweist.
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Durch das Vorsehen derartiger Entgasungskanäle kann sichergestellt werden, dass im Fehlerfall die Batteriezellen das unter hohem Druck aus dem Zellgehäuse austretende Fluid und/oder Gas derart abführen können, dass insbesondere weitere Batteriezellen möglichst nicht beeinträchtigt werden.
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Bevorzugt weist daher der wenigstens eine Entgasungskanal eine Mündungsöffnung auf, über welche das Fluid und/oder Gas aus dem Gehäuse des Batteriemoduls austreten kann. Dann kann das aus dem Zellgehäuse der Batteriezelle austretende Fluid und/oder Gas im Fehlerfall in die Umgebung des Batteriemoduls gelangen.
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Das Gehäuse des Batteriemoduls kann ein Wannenelement und ein Deckelelement umfassen. Hierbei ist bevorzugt vorgesehen, dass die Vergussmasse zumindest bereichsweise an einer Innenseite des Deckelelements anliegt. Mit anderen Worten kann das Gehäuse bis zur Innenseite des Deckelelements mit der Vergussmasse ausgefüllt sein. Auf diese Weise sind die oben genannten Vorteile in besonders weit gehendem Maße gegeben, insbesondere im Hinblick auf die Verbesserung der mechanischen Stabilität des Batteriemoduls, die Dämpfungseigenschaften, die Kühleigenschaften und dergleichen.
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Vorzugsweise ist durch die Vergussmasse ein Berührschutz bereitgestellt, welcher ein Berühren von Anschlusselementen der Batteriezellen und/oder ein Berühren eines die Batteriezellen elektrisch miteinander verbindenden Verbindungselements unterbindet. Da somit die spannungsführenden Komponenten innerhalb des Gehäuses Batteriemoduls, insbesondere die einzelnen Batteriezellen, nicht mit einem Finger oder einem Werkzeug berührt werden können, ist eine wesentliche Erhöhung der Sicherheit beim Umgang mit dem Batteriemodul gegeben.
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Dies gilt sowohl etwa für einen Austausch oder eine Wartung des Batteriemoduls nach dem Einbau in das Kraftfahrzeug, also für sogenannte After-Sales-Dienstleistungen (Verkaufsfolge-Dienstleistungen), als auch für die Produktion der Batterie, welche eine Mehrzahl der Batteriemodule aufweist.
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Als Verbindungselement kann beispielsweise eine Stromschiene zum Einsatz kommen, welche mit den Anschlusselementen oder elektrischen Polen der Batteriezelle elektrisch leitend verbunden ist, um die Batteriezellen je nach Wunsch elektrisch parallel und/oder in Reihe zu schalten. Das Verbindungselement kann jedoch auch nach Art einer Platte oder dergleichen ausgebildet sein, wobei die Anschlusselemente der einzelnen Batteriezellen beispielsweise über Bonddrähte oder dergleichen Verbindungsdrähte mit der Platte verbunden sein können. Wenn durch die Vergussmasse die Berührung derartiger Verbindungselemente verhindert ist, dient dies der Erhöhung der Sicherheit im Umgang mit dem Batteriemodul.
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Des Weiteren sorgt in einem solchen Fall die Vergussmasse für eine Verbesserung eines elektrisch leitenden Kontakts zwischen den Anschlusselementen und dem Verbindungselement. Denn durch eine Einbettung in die Vergussmasse kann dafür gesorgt werden, dass kein Sauerstoff an die Kontaktierungsstellen gelangt. Entsprechend kommt es auch zu keiner Oxidation an derartigen Verbindungsstellen. Dies hält über die Lebensdauer des Batteriemoduls hinweg die an den Kontaktierungsstellen auftretenden Übergangswiderstände besonders gering.
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Auf eine Oberfläche der Vergussmasse kann wenigstens ein Temperierelement aufgebracht sein. Beispielsweise kann ein nach Art einer Heizwendel oder Kühlwendel ausgebildeter Metallfilm als das Temperierelement auf die Oberfläche der Vergussmasse aufgebracht sein. Derartige Heizwendeln, Kühlwendeln oder Kühlplatten können besonders gut für eine homogene Wärmeverteilung innerhalb des Batteriemoduls sorgen. Zusätzlich oder alternativ können beispielsweise plattenförmige und/oder stabförmige Strukturen in die Vergussmasse integriert sein und als Temperierelemente zum Einsatz kommen.
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Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn die Vergussmasse eine Matrix und in der Matrix angeordnete Partikel aufweist, wobei die Partikel eine höhere Wärmeleitfähigkeit als die Matrix aufweisen. Auf diese Weise kann sowohl für die elektrisch isolierenden Eigenschaften der Vergussmasse als auch für eine hohe Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse gesorgt werden. Beispielsweise können Silberpartikel in eine aus einem Kunststoff gebildete Matrix eingebettet sein.
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Als Kunststoffe für die Vergussmasse kommen insbesondere Epoxidharze, aushärtende Schaumstoffe wie etwa ein Polyurethanschaum, Silikon oder dergleichen infrage. Zusätzlich oder alternativ kann jedoch die Vergussmasse auch durch ein Keramikmaterial gebildet sein. So lassen sich besonders gute elektrisch isolierende Eigenschaften der Vergussmasse sicherstellen. Zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit eines solchen Keramikmaterials können beispielsweise Aluminiumpartikel oder andere metallische Partikel in eine Keramikmatrix der Vergussmasse eingebettet sein.
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Der wenigstens eine Hohlraum in der Vergussmasse kann insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren gebildet sein. Bei einem solchen generativen Fertigungsverfahren wird die dreidimensionale Struktur der Vergussmasse schichtweise aufgebaut, etwa durch selektives Lasersintern von pulverförmigen Polymerwerkstoffen oder Keramikwerkstoffen. Auf diese Weise lassen sich besonders komplexe Hohlraumstrukturen in der Vergussmasse ausbilden, welche durch ein reines Einfüllen der Vergussmasse in das Gehäuse und ein anschließendes Aushärtenlassen der Vergussmasse nicht gefertigt werden könnten. Dies gilt insbesondere für gewundene und/oder sich kreuzende Kanalstrukturen beziehungsweise Hohlraumstrukturen, welche durch den wenigstens einen Hohlraum gebildet beziehungsweise bereitgestellt sein können.
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Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst eine Batterie, welche eine Mehrzahl von elektrisch miteinander verbundenen, erfindungsgemäßen Batteriemodulen aufweist. Die Batteriemodule können in der Batterie elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sein. Bevorzugt ist die Batterie als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Entsprechend stellt dann die Batterie elektrische Energie für wenigstens ein elektrisches Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs bereit, welches dem Fortbewegen des Kraftfahrzeugs dient. Mit anderen Worten kann das Kraftfahrzeug beispielsweise als Hybridfahrzeug oder als Elektrofahrzeug ausgebildet sein.
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Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und umgekehrt.
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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. Es sind somit auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
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1 perspektivisch ein Batteriemodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, wobei in einem Gehäuse des Batteriemoduls als Rundzellen ausgebildete Batteriezellen angeordnet sind; und
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2 schematisch die Batteriezellen des Batteriemoduls gemäß 1, welche in eine Hohlräume aufweisende Vergussmasse eingebettet sind, welche in dem Gehäuse des Batteriemoduls angeordnet ist.
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In 1 ist perspektivisch ein Batteriemodul 10 gezeigt, welches ein Gehäuse 12 aufweist. Das Gehäuse 12 umfasst vorliegend ein Wannenelement in Form eines Gehäuseunterteils 14 und ein Deckelelement in Form eines Deckels 16. In dem wannenartigen Gehäuseunterteil 14 ist eine Mehrzahl von Batteriezellen 18 angeordnet. Das Gehäuseunterteil 14 und der Deckel 16 sind in 1 teilweise geschnitten dargestellt, sodass der Blick auf die in dem Gehäuse 12 angeordneten Batteriezellen 18 freigegeben ist.
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Die Batteriezellen 18 sind vorliegend als Rundzellen ausgebildet, jedoch können in alternativen Batteriemodulen 10 auch beispielsweise prismatische Batteriezellen 18 oder als sogenannte Coffeebag-Zellen ausgebildete Batteriezellen 18 zum Einsatz kommen. In dem Batteriemodul 10 ist vorliegend eine große Anzahl der Batteriezellen 18 elektrisch zusammengeschaltet. Beispielsweise können Gruppen der in 1 gezeigten Batteriezellen 18 elektrisch parallel geschaltet und solche Gruppen wiederum elektrisch in Reihe geschaltet sein.
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Die Batteriezellen 18 umfassen ein jeweiliges Zellgehäuse 20, welches vorliegend einen kreiszylindrischen Mantel und eine Bodenplatte sowie einen Deckel 22 umfasst. Durch den Deckel 22 tritt ein elektrisches Anschlusselement beziehungsweise ein elektrischer Pol 24 hindurch (vergleiche 2). Um die Batteriezellen 18 elektrisch parallel zu schalten, sind die Pole 24 gleicher Polarität mit einem elektrischen Verbindungselement beispielsweise in Form einer Platte oder Stromplatte verbunden. Hierfür können Bonddrähte von den Polen 24 zu der (vorliegend nicht gezeigten) Platte geführt sein. Um dieses Paket oder diese Gruppe von elektrisch parallel geschalteten Batteriezellen 18 mit einem weiteren Paket von Batteriezellen 18 des Batteriemoduls 10 elektrisch in Reihe zu schalten, führt von der Platte ein Bolzen 26 aus einem elektrisch leitfähigen Material zu einer weiteren (vorliegend ebenfalls nicht gezeigten) Platte, welche mit den Polen der anderen Polarität des weiteren Pakets der Batteriezellen 18 verbunden ist. In Varianten des Batteriemoduls 10 können die Batteriezellen 18 jedoch auch auf andere Weise elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet sein.
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Durch das Zusammenschalten einer Mehrzahl von Batteriezellen 18 in dem Batteriemodul 10 kann das Batteriemodul 10 eine vergleichsweise hohe Spannung und/oder im Betrieb einen elektrischen Strom vergleichsweise großer Stärke bereitstellen. Entsprechend kann mit einer Berührung von stromführenden Komponenten des Batteriemoduls 10, insbesondere mit dem Berühren der Pole 24 der einzelnen Batteriezellen 18 beziehungsweise mit dem Berühren der Platte, eine Gefährdung einhergehen. Dies wird vorliegend jedoch unterbunden, da in dem Gehäuse 12 eine Vergussmasse 28 angeordnet ist (vergleiche 2).
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In vorliegend nicht näher gezeigter Art und Weise sorgt also die Vergussmasse 28 für einen Berührschutz. Die Vergussmasse 28 verhindert somit, dass beispielsweise die Pole 24 beziehungsweise die Anschlusselemente der entgegengesetzten Polarität der jeweiligen Batteriezellen 18 etwa mit einem Finger einer Person berührt werden können, welche mit dem Batteriemodul 10 umgeht. Dies sorgt für eine wesentliche Erhöhung der Sicherheit beispielsweise bei der Erbringung von Kundendienstleistungen im Zusammenhang mit einer Wartung, Reparatur oder einem Austausch des Batteriemoduls 10. Dasselbe gilt für die Produktion einer Batterie, bei welcher eine Mehrzahl der Batteriemodule 10 elektrisch leitend miteinander verbunden werden, beziehungsweise bei einem Unfall des Kraftfahrzeugs, welches die Batterie aufweist.
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Die Vergussmasse 28 befindet sich sowohl in Zwischenräumen zwischen den einzelnen Batteriezellen 18 als auch in Zwischenräumen zwischen den Batteriezellen 18 und dem Gehäuse 12. Die in großen Stückzahlen zusammengeschalteten Batteriezellen 18 können also bei der Fertigung des Batteriemoduls 10 in das wannenförmige Gehäuseunterteil 14 gestellt werden. Dann können die Zwischenräume zwischen den Batteriezellen 18 und dem Gehäuse 12 mit der Vergussmasse 28 ausgegossen und so die Batteriezellen 18 mit dem die Vergussmasse 28 bildenden Material ummantelt werden.
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Das Vergussmaterial oder Potting-Material beziehungsweise die Vergussmasse 28 ist nämlich vorliegend elektrisch isolierend ausgebildet.
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Wenn der die Pole 24 mit der Platte verbindende Bonddraht oder ein derartiger elektrischer Leiter ebenso wie die Pole 24 und die Platte selber in die Vergussmasse 28 eingebettet ist, so ist also ein besonders weit gehender Berührschutz bereitgestellt. Es können dann nämlich weder die Platte noch die einzelnen Batteriezellen 18 berührt werden. Entsprechend reicht daher bevorzugt die Vergussmasse 28 in dem Gehäuse 12 bis zu einer dem Gehäuseunterteil 14 zugewandten Innenseite des Deckels 16.
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Die Vergussmasse 28 verbessert auch die mechanische Stabilität beziehungsweise Steifigkeit des Batteriemoduls 10 und somit entsprechend auch einer Batterie, welche durch elektrisches Zusammenschalten einer Mehrzahl solcher Batteriemodule 10 gebildet ist. Zudem sorgt die Vergussmasse 28 für verbesserte Dämpfungseigenschaften und eine Verbesserung der Crasheigenschaften des Batteriemoduls 10.
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Vorliegend sind in der Vergussmasse 28 Hohlräume 30 ausgebildet (vergleiche 2). Derartige Hohlräume 30 sorgen dafür, dass das Batteriemodul 10 trotz des Anordnens der Vergussmasse 28 in dem Gehäuse 12 ein vergleichsweise geringes Gewicht aufweist. Entsprechend kann das Batteriemodul 10 als Leichtbaustruktur ausgebildet sein.
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Die Vergussmasse 28 sorgt zudem für beste elektrische Isolationseigenschaften. Denn da die Batteriezellen 18 komplett eingegossen beziehungsweise von der Vergussmasse 28 umhüllt sind, können keine Luftstrecken und Kriechstrecken entstehen. Mit anderen Worten ist beispielsweise das Auftreten von Kriechströmen unterbunden. Hierfür sorgen neben der Vergussmasse 28 selber auch insbesondere die Hohlräume 30 in der Vergussmasse 28.
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Zudem sorgt die Vergussmasse 28 für eine Verbesserung der Kontaktierung zwischen der als elektrisch leitendes Verbindungselement ausgebildeten Platte und den Polen 24. Es kann nämlich kein Sauerstoff durch die Vergussmasse 28 hindurch zu den Kontaktierungsstellen gelangen. Dadurch kommt es zu keinem Oxidationsprozess an den Kontaktierungsstellen. Über die Lebensdauer des Batteriemoduls 10 hinweg können somit bestmögliche Übergangswiderstände sichergestellt werden.
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Durch die Hohlräume 30 können des Weiteren Dehnungsfugen bereitgestellt sein. Entsprechend können sich in dem Gehäuse 12 beispielsweise die Batteriezellen 18 im Betrieb derselben ausdehnen. Dennoch bleiben die äußeren Abmessungen des Batteriemoduls 10 konstant.
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Bevorzugt ist das Material, aus welchem die Vergussmasse 28 gebildet ist, nicht brennbar. Dies ist im Hinblick auf eine Verhinderung von Propagationseffekten wie etwa einer Kettenreaktion bei einem thermischen Durchgehen einer Batteriezelle 18 optimal. Auf diese Weise kann die Sicherheit des Batteriemoduls 10 wesentlich erhöht werden.
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Die Vergussmasse 28 sorgt des Weiteren für eine optimale Kühlung der einzelnen Batteriezellen 18 durch eine bestmögliche und flächige Anbindung der jeweiligen Batteriezellen 18 an das Potting-Material beziehungsweise die Vergussmasse 28. Vorliegend ist nämlich die Vergussmasse 28 in Anlage mit dem Zellgehäuse 20 der jeweiligen Batteriezelle 18 (vergleiche 2). In nicht näher gezeigter Art und Weise können zudem Kühlwendeln oder Kühlplatten beziehungsweise Heizwendeln oder Heizplatten in die Vergussmasse 28 integriert sein. Derartige Temperatierelemente sorgen für eine Homogenisierung der Hitzeverteilung im Betrieb des Batteriemoduls 10 beziehungsweise der Batterie.
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Die Hohlräume 30 (beziehungsweise beispielsweise ein Kanalsystem aus derartigen Hohlraumstrukturen) können insbesondere bereitgestellt sein, indem die dreidimensionale Form des die Vergussmasse 28 bildenden Materials durch ein 3D-Druckverfahren gebildet ist. So können insbesondere gekrümmte und/oder abgewinkelte Hohlräume 30 in der Vergussmasse 28 ausgebildet werden, welche sich durch ein Einfüllen einer im noch nicht ausgehärten Zustand flüssigen oder fließfähigen Vergussmasse 28 in das wannenförmige Gehäuseunterteil 14 nicht herstellen ließen. Insbesondere derartige, miteinander verbundene Hohlräume 30 können des Weiteren als Kühlkanäle genutzt werden, etwa für eine Kühlflüssigkeit. Beispielsweise kann eine Steuerungseinrichtung 32 etwa in Form eines Steuergeräts eine Pumpe 34 oder eine derartige Fördereinrichtung ansteuern, mittels welcher sich die Kühlflüssigkeit durch die als Kühlkanäle ausgebildeten Hohlräume 30 pumpen lässt. Fluidleitungen 36, welche die Pumpe 34 mit den durch die Hohlräume 30 gebildeten Kühlkanälen fluidisch verbinden, sind in 1 lediglich schematisch dargestellt. Des Weiteren weist ein die Fluidleitungen 36 und die Pumpe 34 umfassender Kühlflüssigkeitskreislauf bevorzugt wenigstens einen (vorliegend nicht gezeigten) Wärmetauscher auf.
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In einem Aufheizbetrieb des Batteriemoduls 10 kann die Steuerungseinrichtung 32 bewirken, dass aus den Kühlkanälen die Kühlflüssigkeit abgeführt beziehungsweise abgezogen wird und somit die sich in den Kühlkanälen befindende Luft als thermische Isolierung wirkt. Haben die Batteriezellen 18 dann ihre Betriebstemperatur erreicht, kann die Pumpe 34 das Hindurchströmen der Kühlflüssigkeit durch die Kühlkanäle bewirken.
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Über eine Leitung 38 können der Steuerungseinrichtung 32 Messsignale zugeführt werden, welche über die Temperatur der jeweiligen Batteriezelle 18 Aufschluss geben. So kann die Steuerungseinrichtung 32 die Pumpe 34 entsprechend dem Kühlbedarf beziehungsweise Wärmebedarf der Batteriezellen 18 ansteuern. Auch kann bei einem thermischen Durchgehen einer der Batteriezellen 18 die Steuerungseinrichtung 32 dafür sorgen, dass die Hohlräume 30 in der Umgebung der betroffenen Batteriezelle 18, also die unmittelbar an die betroffene Batteriezelle 18 angrenzenden Hohlräume 30, im Hinblick auf die Kühlflüssigkeit geleert werden. So kann die betroffene, also eine Temperatur oberhalb eines Schwellenwerts aufweisende Batteriezelle 18 gezielt separiert werden. Auf diese Weise kann besonders weitgehend verhindert werden, dass es bei einer der betroffenen Batteriezelle 18 benachbarten Batteriezelle 18 ebenfalls zu einem thermischen Durchgehen beziehungsweise einem Überhitzen kommt.
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Die Hohlräume 30 in der Vergussmasse 28 können des Weiteren als Entgasungskanäle beziehungsweise Ausgasungskanäle genutzt werden. Es kann also über die Hohlräume 30 ein Fluid und/oder Gas abgeführt werden, welches im Falle eines Fehlers wie beispielsweise eines inneren Kurzschlusses der Batteriezelle 18 aus dem Zellgehäuse 20 dieser Batteriezelle 18 austritt. Derartige Entgasungskanäle sorgen also dafür, dass im Fehlerfall die Batteriezellen 18 ausgasen beziehungsweise das unter hohem Druck stehende Fluid und/oder Gas abblasen können.
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Die von den Batteriezellen 18 insgesamt bereitgestellte Spannung liegt an jeweiligen Modulanschlüssen des Batteriemoduls 10 an, von denen in 1 ein erster Modulanschluss 40 gezeigt ist. Ein entsprechender Modulanschluss entgegengesetzter elektrischer Polarität befindet sich vorliegend auf der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses 12. In Varianten des Batteriemoduls 10 können jedoch auch andere räumliche Anordnungen der Modulanschlüsse vorgesehen sein. Über derartige Modulanschlüsse werden die einzelnen Batteriemodule 10 elektrisch leitend miteinander verbunden, sodass sie die Batterie für das Kraftfahrzeug bilden. Die Batterie kann insbesondere als Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs ausgebildet sein.
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Über eine Mehrzahl von Bolzen 42 oder dergleichen Befestigungselemente (vergleiche 1) können die Batteriemodule 10 untereinander beziehungsweise mit einer entsprechenden Tragstruktur des Kraftfahrzeugs mechanisch verbunden werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007010742 A1 [0002]
