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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Gehäuse eines Batteriemoduls, ein Batteriemodul dieses aufweisend sowie auf ein Verfahren zur Herstellung derselben gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
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Stand der Technik
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Batterien für Elektrofahrzeuge sind üblicherweise aus einer Mehrzahl von Batteriemodulen aufgebaut, die ihrerseits eine Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen enthalten. Bei diesen Batteriezellen handelt es sich üblicherweise um sogenannten Pouchzellen, bei denen die Komponenten einer Batteriezelle von einer flexiblen, meistens metallisch ausgeführten Folie umgeben sind.
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Die meisten auf dem Markt verfügbaren Batteriemodule besitzen in der Regel derzeit metallische Gehäuse, beispielsweise aus Aluminium, wohingegen Modulgehäuse aus Kunststoff derzeit nicht im Einsatz sind.
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Batteriemodulgehäuse für Pouchzellen unterliegen hohen Anforderungen hinsichtlich der mechanischen Beständigkeit des Gehäuses, da die für ein derartiges Modul vorgesehenen Pouchzellen nur eine geringe mechanische Festigkeit zeigen. Darüber hinaus sollten derartige Modulgehäuse ausreichend elektrisch isolierend wirken und eine gute Temperierung der im Batteriemodul enthaltenen Batteriezellen ermöglichen. Weiterhin sollte ein derartiges Batteriemodulgehäuse die darin enthaltenen Batteriezellen vibrationssicher fixieren.
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Zur Temperierung der in einem Batteriemodul enthaltenen Batteriezellen erfolgt in der Regel eine Anbindung des Batteriemoduls an eine Fluidkühlung oder eine Luftkühlung. Eine wirksame Kühlung verlangsamt Alterungsprozesse der chemischen Komponenten der Batteriezellen und erhöht auf diese Weise die Lebensdauer und die Zyklenfestigkeit der entsprechenden Batteriezellen. Ziel einer derartigen Temperierung ist es, die im Batteriemodul enthaltenen Batteriezellen nur in einem vordefinierten Temperaturbereich zu betreiben. So muss beispielsweise die während einer Aufladung, insbesondere bei einem Schnellladevorgang, entstehende Wärme effektiv aus dem Batteriemodul abgeführt werden. Der vordefinierte Temperaturbereich richtet sich nach der Ausführungsform der Batteriezellen. So gibt es Batteriezellen, wie beispielsweise heute übliche Lithium-Ionen-Batteriezellen, die bei Normaltemperatur betrieben werden. Es gibt jedoch auch Batteriezellsysteme, die in einem Temperaturbereich zwischen 80 und 130 °C als sogenannte Mitteltemperatur-Batteriesysteme betrieben werden.
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Diesbezüglich ist es aus der
EP 278 48 69 bekannt, ein Batteriemodulgehäuse zur Verfügung zu stellen, das aus zwei Halbschalen konzipiert ist und über einen Dichtring abgedichtet wird. Das Batteriemodulgehäuse ist aus Kunststoff ausgeführt. Weiterhin ist aus der
US 2013/0130087 ein Batteriemodul bekannt, bei dem zwischen den einzelnen Batteriezellen hitzeableitende Zwischenschichten vorgesehen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Gehäuse eines Batteriemoduls, ein Batteriemodul dieses aufweisend, sowie ein Verfahren zu deren Herstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche zur Verfügung gestellt.
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Dies beruht darauf, dass das erfindungsgemäße Gehäuse eines Batteriemoduls ein Gehäuseelement aufweist, welches vier Seitenwände sowie eine Bodenfläche umfasst und welches im oberen Bereich eine Öffnung aufweist, durch welche eine Mehrzahl von Batteriezellen in das Innere des Gehäuseelements verbracht werden kann. Das Gehäuseelement selbst ist mit einem Deckelelement verschlossen. Das Gehäuseelement umfasst zwei Gehäuseteilelemente, die zusammen das Gehäuseelement bilden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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So ist es von Vorteil, wenn das erste und das zweite Gehäuseteilelement jeweils eine Längshälfte des Gehäuseelementes bilden. In diesem Fall sind das erste und zweite Gehäuseteilelement symmetrisch zueinander ausgeführt. Unter einer Gehäuselängshälfte wird verstanden, dass ein Gehäuseelement bei aufrechter Positionierung mit einer nach oben ausgerichteten Gehäuseelementöffnung vertikal in zwei Gehäusehälften aufgeteilt ist, die jeweils eine der Seitenwände des Gehäuseelements vollständig umfassen.
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Der Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass sowohl die Fertigung des Gehäuseelements als auch dessen Bestückung mit Batteriezellen vollständig oder zumindest teilweise automatisiert durchgeführt werden kann, und es sich bei den Gehäuseteilelementen um sehr einfache bzw. wenig komplexe Bauteile handelt, die beispielsweise keine Nachbearbeitung erfordern. Weiterhin ist es auf einfache Weise möglich, das Batteriemodulgehäuse an Zelltypen unterschiedlicher Dimensionierung anzupassen bzw. Batteriemodule mit einer unterschiedlichen Anzahl von Batteriezellen auszubilden. Diese Anpassung kann im Rahmen einer entsprechenden Fertigung auf einfache Weise und durch einen einfachen Werkzeugwechsel erfolgen. Weiterhin kann durch eine entsprechende Dimensionierung der Gehäuseteilelemente der Anpressdruck auf Batteriezellen im Inneren des so gebildeten Batteriemodulgehäuses angepasst werden.
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Darüber hinaus ist der Austausch von Einzelzellen, beispielsweise bei Ausbildung von lösbaren Verbindungen der Gehäuseteilelemente miteinander bzw. des Deckelelements mit dem Gehäuseelement, auf einfache Weise möglich. Auch ein entsprechendes Recycling von Batteriezellen ist durch die gegebene Demontierbarkeit der Gehäusebestandteile gegeben.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn das erfindungsgemäße Gehäuse aus einem Kunststoff gebildet ist, da es sich um einen kostengünstigen Werkstoff handelt und dieser den Einsatz geeigneter Massenfertigungsmethoden erlaubt. So können entsprechende Gehäuseteile beispielsweise durch Spritzgussverfahren hergestellt werden. Auch eine Anpassung der Gehäusekomponenten an beliebig veränderte Dimensionierungen ist auf einfachem Wege möglich.
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Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, umfasst das erste Gehäuseteilelement, das zweite Gehäuseteilelement oder das Deckelelement ein Einlegeteil, insbesondere aus Metall. Der besondere Vorteil der Verwendung eines Einlegeteils besteht darin, dass bestimme Gehäusebereiche mit einem abweichenden mechanischen, elektrischen oder thermischen Verhalten ausgestattet werden können. Geschieht dies durch Verwendung von Einlegeteilen, so kann auf einfache und kostengünstige Weise ein entsprechendes Gehäuseteilelement bzw. Deckelelement realisiert werden. Dies ist kostengünstiger als wenn der Werkstoff der entsprechenden Gehäusekomponente selbst für bestimmte Bereiche des Gehäuses variiert werden würde.
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Wird ein metallisches Einlegeteil verwendet, so zeigt dieses naturgemäß ein deutlich höheres thermisches Wärmeleitvermögen als die Bereiche der entsprechenden Gehäusekomponente, die aus Kunststoff ausgeführt sind. Dies ermöglicht eine ortsgenaue Temperierung, beispielsweise von Batteriezellen im Inneren des Batteriemodulgehäuses. Darüber hinaus kann ein entsprechendes metallischen Einlegeteil, beispielsweise innerhalb des Deckelelements einer elektrischen Kontaktierung der im Batteriemodulgehäuse vorgesehenen Batteriezellen dienen.
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Diesbezüglich ist es weiterhin von Vorteil, wenn ein entsprechendes Einlegeteil flächig ausgeführt ist und zumindest in seinen Randbereichen zumindest teilweise mit Aussparungen bzw. mit Durchbrüchen versehen ist. Auf diese Weise kommt es zu einer formschlüssigen, gegebenenfalls auch stoffschlüssigen Verzahnung des das Einlegeteil umgebenden Kunststoffmaterials mit dem Einlegeteil.
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Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn ein entsprechendes Einlegeelement so ausgeführt ist, dass es bezogen auf die Gesamtfläche des Gehäuseteileelements einen hohen Flächenanteil einnimmt, vor allem in denjenigen Bereichen des Gehäuseteilelements, die nach einem späteren Verbau entsprechender Batteriezellen im Inneren des Gehäuses sich in der Nähe eines entsprechenden Stromableiters zumindest einer der Batteriezellen befinden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist ein entsprechendes Einlegeteil derart ausgeführt, dass es sich innerhalb des entsprechenden Gehäuseteilelementes über einen Bereich ausdehnt, der mehr als eine Seitenwand des Gehäuses umfasst. Dies bedeutet, dass das Einlegeteil derart in ein Gehäuseteilelement integriert ist, dass es sich im Bereich einer ersten Seitenwand des späteren Gehäuses, als auch einer zweiten Seitenwand des entsprechenden Gehäuses erstreckt. Dabei ist es gleichzeitig vorzugsweise einstückig ausgeführt. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass eine deutlich bessere Temperierungsmöglichkeit für Batteriezellen, die sich im Inneren des Batteriemodulgehäuses befinden, angeboten wird; gleichzeitig jedoch die Anzahl der zur Herstellung des Batteriemodulgehäuses benötigten Einzelteile nicht steigt.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Batteriemodul umfassend eine Mehrzahl von Batteriezellen, die sich in einem Batteriemodulgehäuse der vorbeschriebenen Bauart befinden.
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Dabei ist es insbesondere von Vorteil, wenn entsprechende Stromableiter der entsprechenden Batteriezellen durch Öffnungen eines Ausrichtgitters des Batteriemodulgehäuses geführt sind, da auf diese Weise eine exakte räumliche Ausrichtung der Batteriezellen innerhalb des Gehäuses erreicht werden kann. Dabei umfasst das Ausrichtgitter beispielsweise einen flächigen Aufbau, mit einer Vielzahl von insbesondere regelmäßig angeordneten Öffnungen, durch die die Stromableiter entsprechender Batteriezellen geführt werden können.
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Weiterhin ist es von Vorteil, wenn die Stromableiter der Batteriezellen mit dem Deckelelement elektrisch oder thermisch kontaktiert sind. Auf diese Weise dient das Deckelelement als Stromsammler und gleichzeitig einer entsprechenden Temperierung der Batteriezellen des Batteriemoduls.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul eignet sich insbesondere zur Speicherung von Strom für mobile Anwendungen in Kraftfahrzeugen oder E-Bikes, für Batterien für mobile Telekommunikationseinrichtungen oder Computer, sowie für Batterien zur stationären Speicherung beispielsweise regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
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Figurenliste
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In der Zeichnung sind beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:
- 1 eine schematische Explosionszeichnung eines Batteriemoduls umfassend ein erfindungsgemäßes Batteriemodulgehäuse,
- 2 eine schematische Detaildarstellung des in 1 gezeigten Batteriemodulgehäuses,
- 3a - 3c eine weitere schematische Detaildarstellungen des in 1 gezeigten Batteriemodulgehäuses,
- 4a - 4c eine schematische Detaildarstellung eines Deckelelements des in 1 gezeigten Batteriemodulgehäuses,
- 5 eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
- 6 eine schematische Schnittdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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In 1 ist ein Batteriemodul 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei umfasst das Batteriemodul 10 beispielsweise eine Mehrzahl von Batteriezellen 12, die beispielsweise als sogenannte Beutel- oder Pouchzellen ausgeführt sind. Zwischen den Batteriezellen 12 sind beispielsweise Zwischenlagen 14 positioniert, die vorzugsweise der elektrischen und thermischen Isolierung der Batteriezellen 12 untereinander dienen.
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Weiterhin ist beispielsweise der Stapel aus Batteriezellen 12 gegenüber einem Gehäuse 18 des Batteriemoduls 10 durch Abschlusseinlagen 16, die beispielsweise zwischen dem Stapel aus Batteriezellen 12 und Seitenwänden des Gehäuses 18 positioniert sind, elektrisch isoliert. Die Abschlusseinlagen 16 sind dabei vorzugsweise thermisch leitend und elektrisch isolierend ausgeführt, beispielsweise als Folie, Schaumplatte oder in Form eines entsprechenden Vergusses mit einer isolierenden Vergussmasse.
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Das Gehäuse 18 des Batteriemoduls 10 umfasst beispielsweise ein Deckelelement 20 sowie ein Gehäuseelement 22. Das Gehäuseelement 22 ist dabei bspw. aus einem ersten Gehäuseteilelement 22a und einem zweiten Gehäuseteilelement 22b gebildet. Werden das erste und zweite Gehäuseteilelement 22a, 22b zusammengesetzt, so entsteht in einem hier nicht dargestellten zusammengebauten Zustand das Gehäuseelement 22 als einseitig bzw. oben geöffneter Quader.
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In dem Gehäuseelement 22 befinden sich die Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10. Die Gehäuseteilelemente 22a, 22b sind in diesem Fall in Form von zwei Längshälften des Gehäuseelements 22 ausgeführt. Sie verhalten sich zueinander symmetrisch und zeigen beispielsweise einen spiegelsymmetrisch identischen Aufbau. Die beiden Teilgehäuseelemente 22a, 22b lassen sich miteinander beispielsweise über geeignete formschlüssige oder stoffschlüssige Verbindungsmechanismen verbinden. Als formschlüssiger Verbindungsmechanismus eignen sich beispielsweise Schnapphaken in Form einer lösbaren oder auch unlösbaren Verbindung, an den Kanten der Teilgehäuseelemente 22a, 22b ausgebildete Nut-/Federverbindungen, geeignete Steckverbindungen, geeignete Einsätze, beispielsweise ausgeführt als Überstand oder partieller Überstand, der beispielsweise durch Einrasten oder Gegeneinanderschieben der Gehäusehälften einen Formschluss herstellt, sowie Verschraubungen, Schraubaugen und andere. Darüber hinaus ist auch eine stoffschlüssige Verbindung denkbar, in Form eines Verklebens oder eines Vergusses der beiden Teilgehäuseelemente 22a, 22b miteinander.
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Im zusammensetzten Zustand bildet das Gehäuseelement 22 einen einseitig bzw. oben geöffneten Quader. In diesen werden die Batteriezellen 12, die Zwischenlagen 14, sowie die Abschlusseinlagen 16 eingebracht und es wird mit dem Deckelelement 20 verschlossen. Das erste bzw. zweite Gehäuseteilelement 22a, 22b, sowie das Deckelelement 20 sind beispielsweise aus einem geeigneten Kunststoff ausgeführt. Dies erlaubt eine einfache kostengünstige Massenfertigung beispielsweise durch Spritzguss, Pressen, Gießen oder Thermoformen, wobei die Materialkosten relativ gering sind.
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Bei dem verwendeten Kunststoff kann es sich beispielsweise um thermoplastische oder duroplastische Kunststoffe wie Polyamide, Polypropylene, PEEK, PPE oder PPS handeln. Diese können zusätzlich geeignete Füllstoffe zur Verbesserung der elektrischen Isolierwirkung bzw. Füllstoffe zur Verbesserung der thermischen Leitfähigkeit der Gehäuseteilelemente 22a, 22b bzw. des Deckelelements 20 enthalten.
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In 2 sind das erste und zweite Gehäuseteilelement 22a, 22b im Detail dargestellt. Dabei bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in 1.
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So umfasst beispielsweise das erste Gehäuseteilelement 22a eine Großfläche, die einer ersten Seitenfläche 24a des Batteriemodulgehäuses 10 entspricht. Weiterhin umfasst das erste Gehäuseteilelement 22a mit der Längskante der Großfläche verbunden zwei erste Teilseitenwände 26a, die jeweils zwei Teilseitenelementen des Batteriemodulgehäuses 10 entsprechen. Darüber hinaus umfasst das erste Gehäuseteilelement 22a eine erste weitere Teilseitenwand 28a, die mit der kurzen Seite der Großfläche des ersten Gehäuseteilelementes 22a verbunden ist und ein erstes Teilbodenelement des Batteriemodulgehäuses 10 darstellt.
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Dementsprechend umfasst das zweite Gehäuseteilelement 22b eine weitere Großfläche, die einer zweiten Seitenwand 24b des Batteriemodulgehäuses 10 entspricht, zwei zweite Teilseitenwände 26b, die mit der Großfläche an deren Längsseite verbunden sind, und zweite Teilseitenelemente des Batteriemodulgehäuses 10 darstellen, sowie eine zweite weitere Seitenwand 28b, die mit der kurzen Seite der Großfläche des zweiten Gehäuseteilelements 22b verbunden ist, und ein zweites Teilbodenelement des Batteriemodulgehäuses 10 darstellt.
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Im zusammengebauten Zustand bildet sich aus dem ersten und zweiten Gehäuseteilelement 22a, 22b das Gehäuseelement 22, aus den ersten Teilseitenwänden 26a und den zweiten Teilseitenwänden 26b zwei weitere Seitenwände des Gehäuseelements 22, und aus den ersten und zweiten weiteren Teilseitenwänden 28a, 28b, die Bodenfläche des Gehäuseelements 22.
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Das erste bzw. zweite Gehäuseteilelement 22a, 22b umfassen vorzugsweise jeweils ein Einlegeelement, das vorzugsweise aus einem anderen Material ausgeführt ist, als die sonstigen Bereich des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b. So umfasst das erste Gehäuseteilelement 22a beispielsweise ein erstes Einlegeelement 30a und das zweite Gehäuseteilelement 22b beispielsweise ein zweites Einlegeelement 30b. Die Einlageelemente 30a, 30b sind beispielsweise aus einem metallischen Material, wie beispielsweise Aluminium ausgeführt. Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass metallische Werkstoffe deutlich besser thermisch leitend sind als beispielsweise Kunststoffe. Auf diese Weise können thermisch besonders belastete Bereiche der im Batteriemodulgehäuse 10 positionierten Batteriezellen 12 über einen Kontakt mit den Einlegeteilen 30a, 30b besonders wirkungsvoll temperiert werden.
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Um eine ausreichende elektrische Isolation der Batteriezellen 12 gegenüber dem Batteriemodulgehäuse 10 zu gewährleisten, ist beispielsweise zusätzlich zwischen dem Stapel an Batteriezellen 12 und dem Batteriemodulgehäuse 10, eine elektrische isolierende Folie vorgesehen. Da üblicherweise bei Lade- bzw. Endladevorgängen von Batteriezellen 12, insbesondere im Bereich der Stromableiter eine hohe thermische Belastung zu erwarten ist, ist das erste bzw. zweite Einlegeteil 30a, 30b beispielsweise in seinem den Stromableitern der Batteriezellen nahekommenden Bereich in einer verbreiterten Ausführungsform ausgeführt, so dass das Einlegeteil in diesem Bereich einen besonders hohen prozentualen Anteil an der Gesamtfläche des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b einnimmt. Auf diese Weise kann eine besonders effektive Erwärmung bzw. Entwärmung derjenigen Bereiche der Batteriezellen 12 gewährleistet werden, die den Stromableitern der Batteriezellen 12 besonders nahekommen.
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In den 3a, 3b und 3c sind mögliche Ausführungsformen der Einlegeteile 30a, 30b näher dargestellt. Es bezeichnen weiterhin gleich Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den 1 und 2.
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In 3a ist eine erste Ausführungsform eines Einlegeteils 30a, 30b dargestellt, das einen verbreiterten ersten Bereich 32a, sowie einen zweiten Bereich 32b mit einer reduzierten Breite aufweist. Dabei dient der verbreiterte erste Bereich 32a, wie bereits erwähnt, beispielsweise der Entwärmung thermisch hochbelasteter Bereiche von Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10.
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In 3b ist eine zweite Ausführungsform eines Einlegeteils 30a, 30b dargestellt. Dieses umfasst zumindest teilweise in seinen Randbereichen, Aussparungen bzw. Durchbrüche 34, die beispielsweise während der Herstellung des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b mit Kunststoffmaterial überdeckt werden und so zu einem formschlüssigen bzw. stoffschlüssigen Kontakt des Einlegeteils 30a, 30b mit dem Kunststoffmaterial führen, da das Kunststoffmaterial in die Aussparungen bzw. Durchbrüche 34 eindringt und dort aushärtet. Dies führt zu einer festen Verankerung des Einlegeteils 30a, 30b innerhalb des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b. Weiterhin ist das Einlegeteil 30a, 30b gemäß zweiter Ausführungsform so gestaltet, dass ein Mittelteil 36a in die Seitenwand 24a, 24b des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b integriert ist und Seitenteile 38 des Einlegeelements 30a, 30b Bestandteil der ersten bzw. zweiten Teilseitenwände 26a, 26b des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b sind. Dies ermöglicht einen Produktionsprozess zur Herstellung der Gehäuseteilelemente 22a, 22b mit einer möglichst geringen Anzahl an Einzelbauteilen sowie einen thermischen Verbund der Teilseitenwände 26a, 26b mit den Seitenwänden 24a, 24b.
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In 3c ist die Anbindung der Einlegeteile 30a, 30b an das Kunststoffmaterial des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b im Detail dargestellt.
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Dabei ist erkennbar, dass das Kunststoffmaterial des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b das metallische Material des Einlegeelements 30a, 30b in einer Übergangszone 40 überdeckt. Dies gewährleistet zum einen eine feste Anbindung des Einlegelements 30a, 30b an das Kunststoffmaterial des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b, auf der anderen Seite führt die mit Kunststoffmaterial nicht bedeckte metallische Oberfläche des Einlegeteils 30a, 30b zu einer intensiven thermischen Wechselwirkung des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b bspw. mit der Oberfläche der Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10.
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In den 4a, 4b und 4c sind Ausführungsformen des Deckelelements 20 des in 1 dargestellten Batteriemoduls 10 näher dargestellt. Es bezeichnen weiterhin gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den vorhergehenden Figuren.
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Die Anbindung des Deckelelements 20 an das Gehäuseelement 22 erfolgt vorzugsweise in einer vergleichbaren Art wie sie oben bereits für die Verbindung der beiden Gehäuseteilelemente 22a, 22b miteinander beschrieben wurde.
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Um die thermische Leitfähigkeit des Deckelelements 20 zu verbessern, insbesondere in einem Bereich, in dem das Deckelelement 20 bspw. die Stromableiter der Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10 kontaktiert, umfasst das Deckelelement 20 bspw. mindestens ein weiteres Einlegeelement 30c, das bspw. aus einem metallischen Material wie Aluminium ausgeführt sein kann. Die in 4a dargestellten weiteren Einlegeelemente 30c können hinsichtlich ihrer genauen Ausführungsform und Anzahl den tatsächlichen Bedürfnissen an ihre thermische Leitfähigkeit angepasst werden. Sie sind im vorliegenden Beispiel streifenförmig ausgeführt und in dreifacher Ausführung vorgesehen.
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Die weiteren Einlegeelemente 30c können auch in Form eines Gehäuseabschnitts aus einem metallischen Material ausgeführt vorliegen. Eine derartige Ausführungsform ist bspw. der 4b zu entnehmen. Dabei ist ein Kopfteil des Deckelelements 20 als Gehäuseteil mit einem weiteren Einlegeteil 30c ausgeführt. Die Anbindung des weiteren Einlegeelements 30c an das Kunststoffmaterial des Deckelelements 20 kann in einer vergleichbaren Weise ausgeführt werden, wie sie oben für die Anbindung des ersten und zweiten Einlegeelements 30a, 30b in das Material des ersten bzw. zweiten Gehäuseteilelements 22a, 22b beschrieben ist.
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Darüber hinaus kann das Deckelelement 20 eine aktive Kühlvorrichtung aufweisen, wie sie bspw. in 4c dargestellt ist. Dabei ist das Deckelelement 20 in 4c auf der linken Seite in einer Außendarstellung dargestellt und in der rechten Darstellung in einer Ansicht der Unterseite.
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Das Deckelelement 20 umfasst dabei zwei Kühlmittelanschlüsse 42, die der Zufuhr eines flüssigen Kühlfluids bzw. Heizfluids oder von Luft dienen. Die Kühlmittelanschlüsse 42 stehen in fluidleitender Verbindung mit einem Kühlmittelkanal 44. Dieser kann zur Vergrößerung seiner wärmetauschenden Oberfläche mäanderförmig ausgeführt sein.
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Die Herstellung des Deckelelements 20 erfolgt bspw. mittels eines Zweikomponentenspritzgusses. Dabei wird zunächst ein Temperierteil umfassend die Kühlmittelanschlüsse 42 und den Kühlmittelkanal 44 bspw. in rohrförmiger Ausführung in ein entsprechendes Spritzgusswerkzeug eingelegt und vorzugsweise mit einem Elastomer oder thermoplastischen Elastomer an den Stellen umspritzt, die im späteren Zustand den Kontakt zum Gehäusebereich des Deckelelements 20 sicherstellen. Daraufhin wird in einem weiteren Schritt das Deckelelement 20 aus einem zweiten Material durch Umspritzung des mit einem Elastomer oder thermoplastischen Elastomer versehenen Temperierteils hergestellt. Eine Abdichtung des Temperierteils gegenüber dem Gehäusebereich des Deckelelements 20 kann alternativ oder zusätzlich auch über Dichtringe oder über Verguss mit einer entsprechenden Vergussmasse erfolgen. Das Temperierteil kann dann Bestandteil eines Kühlsystems eines entsprechenden Kraftfahrzeugs oder des restlichen Batteriemoduls sein. Die Anbindung kann bspw. über Steckkupplungen, Verschraubungen, Verpressungen usw. erfolgen.
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In 5 ist ein Batteriemodul gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hier bezeichnen ebenfalls gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den vorhergehenden Figuren.
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In 5 ist erkennbar, dass Stromableiter 15 der dargestellten Batteriezellen 12 auf einer Seite eines Stapels gebildet aus Batteriezellen 12 und Zwischenlagen 14 hervorstehen. Auf dieser Seite des Stapels ist vorzugsweise ein Ausrichtgitter 46 vorgesehen, das insbesondere regelmäßig Durchbrechungen aufweist, die in ihrer Ausführungsform bzw. Dimensionierung ein Durchdringen der Durchbrechungen mit den Stromableitern 15 der Batteriezellen 12 gestattet.
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Das Ausrichtgitter 46 gewährleistet auf diese Weise eine Fixierung der Batteriezellen 12 innerhalb des Batteriemoduls 10. Weiterhin kann das Ausrichtgitter 46 neben ersten Aussparungen 48 für die Stromableiter 15 der Batteriezellen 12 zusätzliche zweite Durchbrechungen 50 aufweisen, die bspw. für an den Zwischenlagen 14 vorgesehene Fortsätze 52 geeignet sind. Dabei dienen die Fortsätze 52 einer thermischen Anbindung der Zwischenlagen 14 an das Deckelelement 20.
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Das Deckelelemente 20 ist wie vorbeschrieben mit einem insbesondere metallischen weiteren Einlegeteil 30c versehen, das bspw. in thermischen Kontakt mit den Fortsätzen 52 bzw. mit dem Ausrichtgitter 46 steht. Bei dieser Ausführungsform ist auf eine ausreichende elektrische Isolierung zu achten, die bspw. durch eine elektrische isolierende Folie zwischen den Batteriezellen 12 und den Gehäusekomponenten des Batteriemodulgehäuses 18 vorgesehen ist.
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Zur elektrischen Verschaltung der Batteriezellen 12 untereinander sind die Stromableiter 15 bspw. durch geeignete Fügeverfahren wie bspw. Ultraschallschweißen oder Laserschweißen miteinander verbunden.
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In 6 ist eine dritte Ausführungsform eines Batteriemoduls dargestellt. Auch hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den vorhergehenden Figuren.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die Stromableiter 15 benachbarter Batteriezellen 12 bspw. über ein Zwischenstück 54 elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei kann eine unlösbare Fügeverbindung oder aber auch eine reversible Kontaktierung wie bspw. eine Klemmverbindung vorgesehen sein.
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Eine thermische Anbindung des Zwischenstücks 54 an das Deckelelement 20 bzw. an dessen weiteres Einlegeelement 30c ist vorgesehen und kann bspw. über eine gekrümmte Gestalt des Zwischenstücks 54 verstärkt werden. Dabei ist eine hier nicht dargestellte elektrische Isolierung bspw. in Form einer Folie zwischen dem Deckelelement 20 bzw. dessen Einlegeelement 30c und dem Zwischenstück 54 vorgesehen.
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Das Deckelelement 20 kann weiterhin Aussparungen bzw. Vorrichtungen für eine Leitungsführung innerhalb des Deckelelements 20 zur Verbindung eines Moduls mit einem weiteren Modul vorsehen. Weiterhin ist es möglich, hier nicht dargestellte Zellüberwachungseinheiten elektrisch bspw. mit den Stromableitern 15 der Batteriezellen zu kontaktieren. Hierbei wird eine vergleichbare Fügetechnik verwendet, wie sie bei der Verbindung zweier Stromableiter zweier benachbarter Batteriezellen 12 miteinander vorgesehen ist.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul findet Verwendung bspw. in Batterien für mobile Anwendungen wie Kraftfahrzeuge oder E-Bikes, in tragbaren Geräten der Telekommunikation oder in Computern sowie in Batterien für die stationäre Speicherung bspw. regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2784869 [0006]
- US 2013/0130087 [0006]
