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Die Erfindung betrifft eine Batterie für einen elektrischen Antrieb eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Kraftwagen mit einer solchen Batterie.
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Die allermeisten Batterien für elektrische Antriebe von Kraftwagen werden heutzutage im Unterflurbereich der Fahrgastzelle eingebaut. Beispiele für derartige Einbauweisen sind der
DE 10 2012 015 919 A1 und der
DE 10 2015 014 033 A1 zu entnehmen, bei welchen jeweilige Batteriemodule, welche selbst jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen umfassen, in einer Lage beziehungsweise Ebene angeordnet und in einem Batteriegehäuse aufgenommen sind. Diese bekannten Bauweisen sind nicht zuletzt wegen der erforderlichen aktiven Kühlung mit einem Kältemittel äußerst teuer. Zudem bedingen die erheblichen Abmaße der Batterie Einschränkungen hinsichtlich der Bauweise und der Fertigungstechnik, da die Batteriegehäuse üblicherweise relativ schwer abzudichten sind.
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Aus der
DE 10 2013 106 433 A1 ist bereits eine gattungsgemäße Batterie als bekannt zu entnehmen, bei der zwei Batteriemodule, in welchen üblicherweise jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen zusammengefasst sind, in unterschiedlichen Lagen in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet sind. Die beiden Batteriemodule sind dabei in einem gemeinsamen Batteriegehäuse aufgenommen, welches sich über die Höhe beider Lagen von Batteriemodulen erstreckt. Zwischen den beiden Batteriemodulen verläuft außerdem ein Versteifungselement beispielsweise in Form einer horizontalen Zwischenplatte bzw. Zwischenebene, welche die jeweiligen, einander gegenüberliegenden Gehäuseteile miteinander verbindet und hierdurch im Falle eines Aufpralls im Vorderwagenbereich eine Blockbildung des Batteriegehäuses begünstigen soll.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie sowie einen Kraftwagen mit einer derartigen Batterie zu schaffen, welche verbesserte Unfalleigenschaften aufweist und darüber hinaus fertigungstechnisch einfach herstellbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie sowie einen Kraftwagen mit einer derartigen Batterie gemäß den Patentansprüchen 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit günstigen Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die erfindungsgemäße Batterie zeichnet sich dadurch aus, dass eine Mehrzahl von Batteriemodulen, welche jeweils eine Mehrzahl von miteinander verschalteten Batteriezellen umfasst, in wenigstens zwei Lagen in Fahrzeughochrichtung übereinander angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht zunächst eine bauraumsparende Ausgestaltung der Batterie, sodass diese insbesondere, jedoch nicht ausschließlich, im Vorderwagenbereich beziehungsweise im Bereich der Vorbaustruktur/Knautschzone des Kraftwagens eingebaut werden kann.
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Dabei ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass jede der übereinander angeordneten Lagen der Batteriemodule in einem jeweils zugeordneten, separaten Batteriegehäuse aufgenommen ist, welche in einem Stapel übereinander angeordnet und untereinander bzw. miteinander verbunden sind. Im Unterschied zum bisherigen Stand der Technik, insbesondere gemäß
DE 10 2013 106 433 A1 , ist es somit erfindungsgemäß vorgesehen, dass jede Lage der Batteriemodule in einem getrennt herstellbaren Batteriegehäuse aufgenommen ist. Dies bietet nämlich den erheblichen Vorteil, dass ein derartiges Batteriegehäuse äußert kostengünstig hergestellt werden kann, da es somit im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik wesentlich kleiner ausgestaltet ist. Jedes dieser Batteriegehäuse kann dabei vorzugsweise zumindest im Wesentlichen als Gleichteil ausgebildet werden, was die Herstellung deutlich vereinfacht. Die jeweils eingesetzte Anzahl an Batteriegehäusen, welche der Anzahl der Lagen der Batteriemodule entspricht, kann dann in einem Stapel übereinander angeordnet werden, wobei beispielsweise die jeweils benachbarten Batteriegehäuse über entsprechende Verbindungselemente miteinander verbunden werden. Der besondere Vorteile dieser einfache Bauweise der jeweiligen Batteriegehäuse ergibt sich nicht nur in der einfachen Herstellung, sondern auch in der entsprechend einfachen Möglichkeit, eine entsprechende Dichtigkeit und in Folge der größeren Variabilität bei der Anordnung der Batteriegehäuse übereinander auch hinsichtlich des Unfallverhaltens zu erreichen. Dabei kann der Stapel von Batteriegehäusen durch geeignete Maßnahmen äußerst schubsteif gestaltet werden.
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Die Verbindung der Batteriegehäuse erfolgt dabei dadurch, dass das jeweilige Batteriemodul, welches innerhalb des zugeordneten Batteriegehäuses angeordnet ist, über wenigstens ein Verbindungselement mit besagtem Batteriegehäuse sowie dem darunter angeordneten Batteriegehäuse verbunden ist. Mit anderen Worten dient das jeweilige Verbindungselement nicht nur dazu, das entsprechende Batteriemodul innerhalb des zugehörigen Batteriegehäuses zu fixieren, sondern mittels des Verbindungselements wird besagtes Batteriegehäuse auch mit dem darunter liegenden Batteriegehäuse - oder entsprechende Einzelteile (Bodenelement und Deckelelement) von diesen - verbunden. Dabei können vorzugsweise pro Batteriemodul mehrere, beispielsweise zwei oder vier Verbindungselemente, eingesetzt werden, um einerseits das Batteriemodul zu fixieren und andererseits die Batteriegehäuse beziehungsweise deren Einzelteile (Bodenelement und Deckelelement) miteinander zu verbinden.
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Somit kann die doppelte Wandstärke von zwei Batteriegehäusen zur Modulverschraubung genutzt werden. Dabei bewirkt die Verspannung der jeweiligen Batteriegehäuse beziehungsweise Teilen davon eine sehr hohe Leistung im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung, da das Gesamtsystem verspannt wird und Schubfelder gebildet werden, welche die Kräfte optimal übertragen. Hierdurch können beispielsweise die hohen Beschleunigungen beim Heckaufprall von über 90 g durch die Verspannung gedämpft und abgebaute werden, ohne dass es zu einer Zerstörung des jeweiligen Batteriegehäuses im Bereich des Verbindungselements kommen kann. Zudem entstehen durch die Verbindung der zwei übereinander angeordneten Batteriegehäuse beziehungsweise jeweiligen Bauteilen davon weitere Kostenvorteile, da beispielsweise ein Boden eines Schutzgehäuses kleiner dimensioniert werden kann. Außerdem kann dann die Verbindungstechnologie zwischen dem Boden und dem Stapel der Batteriegehäuse einfacher ausgebildet sein.
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Die Batterie kann sowohl bei einem rein elektrisch angetriebenen Kraftwagen als auch bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen. Dabei können gegebenenfalls auch mehrere Batterien zum Antrieb innerhalb des Kraftwagens verbaut sein.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das jeweilige Batteriegehäuse zweischalig mit einem Bodenelement und einem Deckelelement ausgebildet. Dies ermöglicht nicht nur einen einfachen Aufbau und eine einfache Herstellung des Batteriegehäuses, sondern überdies eine leichte Verbindung des Bodenelements des einen Batteriegehäuse mit dem Deckelelement des darunter angeordneten weiteren Batteriegehäuses unter Vermittlung des wenigstens einen Verbindungselements, mittels welchem auch das entsprechend zugeordnete Batteriemodul mit dem beiden Batteriegehäusen beziehungsweise deren Boden-/Deckelelement verbunden wird.
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Eine besonders einfache und gleichermaßen schubsteife Verbbindung lässt sich zudem erreichen, wenn das jeweilige Batteriemodul über das Verbindungselement mit einer Deckelplatte des darunter angeordneten Batteriegehäuse beziehungsweise dessen Deckelelements verbunden ist.
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Zudem ergibt sich ein besonders schubsteifer Verbund des Stapels von Batteriegehäusen, wenn das das jeweilige Batteriemodul aufnehmende Bodenelement über das Verbindungselement zwischen dem jeweiligen Batteriemodul und dem Deckelement des darunter angeordneten Batteriegehäuses verspannt ist. Hierzu ist in der Bodenplatte des das jeweilige Batteriemodul aufnehmenden Bodenelements in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ein Stützelement, insbesondere ein Domelement, integriert, über welches das Bodenelement zwischen dem jeweiligen Batteriemodul und dem Deckelement des darunter angeordneten Batteriegehäuses verspannt ist. Ein derartiges Stützelement beziehungsweise Domelement dient dabei als Zentrierungshilfe bei der Montage des Stapels der Batteriegehäuse in dessen Hochrichtung, welche vorliegend auch der Fahrzeughochrichtung entspricht.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das jeweilige Batteriegehäuse aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet ist. Ein aus derartigem Kunststoff hergestelltes Batteriegehäuse ist nicht nur kostengünstig und einfach herstellbar, sondern darüber hinaus können an dieses auch in einfacher Weise entsprechende Funktionselemente zur Versteifung, zum Verbund mit anderen Bauteilen oder dergleichen angeformt sein. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eine Anzahl der übereinander gestapelten Batteriegehäuse - zumindest im Wesentlichen - formidentisch ausgebildet sind. Unter formidentisch ist dabei insbesondere zu verstehen, dass alle Batteriegehäuse beziehungsweise deren jeweilige Bauteile in derselben Form, beispielsweise Spritzgussform, hergestellt werden können. Hierdurch können die Kosten der Batterie aufgrund der Gleichteile erheblich gesenkt werden.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist in das Deckelelement eine Schraubhülse oder dergleichen Halteelement des Verbindungselements integriert. Dies kann in besonders einfacher Weise der Fall sein, wenn das Deckelelement aus einem Kunststoff hergestellt ist.
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Zudem ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft, wenn zwischen einer Unterseite des Batteriemoduls und der Bodenplatte des - das Batteriemodul aufnehmenden - Bodenelements ein Freiraum vorgesehen ist. Somit kann wirkungsvoll eine Doppelpassung vermieden und das darüber liegende Bodenelement mit dem darunter angeordneten Deckelelement der zugeordneten Batteriegehäuse verbunden werden.
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Vorzugsweise ist der Stapel von Batteriegehäusen von einem Schutzgehäuse der Batterie umgeben. Dieses Schutzgehäuse muss - da es vorzugsweise keine Dichtfunktion hat - nicht entsprechend geschlossen ausgeführt sein, sondern kann auch teilweise geöffnet sein. Da eine derartige Dichtfunktion vorzugsweise nicht erforderlich ist, kann das Schutzgehäuse entsprechend einfach gestaltet werden und insbesondere hinsichtlich der Stabilität und Steifigkeit der Batterie, insbesondere im Hinblick auf deren Unfallverhalten, optimiert sein. Hierzu kann das Schutzgehäuse zumindest partiell durch entsprechende Seitenwände oder dergleichen Elemente gebildet sein, welche ein entsprechendes Absorptionsvermögen für Unfallenergie aufweisen. In einer alternativen Ausgestaltungsform wäre es jedoch theoretisch auch denkbar, ein derartiges Schutzgehäuse dicht auszubilden.
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Die vorstehend im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie beschriebenen Vorteile gelten ebenso für den erfindungsgemäßen gemäß Patentanspruch 9.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine perspektivische Explosionsdarstellung auf die wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
- 2 eine schematische und ausschnittsweise Schnittansicht auf die im Vorderwagen eines Kraftwagens eingebaute Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform,
- 3 eine Perspektivansicht auf ein Bodenelement und ein Deckelelement eines der Batteriegehäuse der erfindungsgemäßen Batterie,
- 4 jeweilige Perspektivansichten der Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform, bei der eine Mehrzahl von Batteriegehäusen, in welchen jeweils eine Mehrzahl von Batteriemodulen aufgenommen sind, in einem Stapel übereinander angeordnet und untereinander verbunden sind,
- 5 eine Schnittansicht durch den Stapel übereinander angeordneter Batteriegehäuse der Batterie gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform ,
- 6 eine ausschnittsweise und vergrößerte, schematische Schnittansicht auf ein Bodenelement und ein Deckelelement jeweils übereinander angeordneter Batteriegehäuse, wobei jedes der Bauteile jeweilige Steckverbindungselemente umfasst, über welche die benachbarten Batteriegehäuse relativ zueinander positionierbar und gegenseitig in Schubrichtung abstützbar sind,
- 7 eine ausschnittsweise und vergrößerte Schnittansicht auf jeweilige, einander benachbarte Batteriegehäuse im Bereich eines Verbindungselements, mittels welchem einerseits ein Batteriemodul innerhalb des zugehörigen Batteriegehäuses fixierbar und andererseits das Batteriegehäuse mit dem darunter angeordneten, benachbarten Batteriegehäuse verbindbar ist,
- 8 eine Perspektivansicht auf eine Grundplatte eines Schutzgehäuses des Stapels von Batteriegehäusen, in dessen Eckbereich jeweilige Zuganker zur Halterung des Stapels der Batteriegehäuse bzw. des Schutzgehäuses vorgesehen sind,
- 9 eine Perspektivansicht sowie eine Schnittansicht des Schutzgehäuses, innerhalb welchem der Stapel von Batteriegehäusen aufgenommen ist.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden und damit auch einzeln oder in einer anderen als der gezeigten Kombination als Bestandteil der Erfindung anzusehen sind. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 sind in einer perspektivischen Explosionsdarstellung die wesentlichen Komponenten einer rechts in einer schematischen Perspektivansicht zusätzlich zusammengebaut dargestellten Batterie B zu erkennen. Hierbei umfasst die Batterie B zunächst eine Mehrzahl von Batteriemodulen 1, von denen im vorliegenden Fall beispielsweise jeweils vier Stück nebeneinander in einer horizontalen Ebene beziehungsweise in Fahrzeughochrichtung auf einer gemeinsamen Höhe in einer entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 angeordnet sind. Mit anderen Worten sind vorliegend jeweils vier Batteriemodule 1 auf gleicher Höhe beziehungsweise innerhalb einer entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 angeordnet, wobei die Mehrzahl dieser Lagen 2, 3, 4, 5 auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise übereinander angeordnet sind. Jedes Batteriemodul 1 wird gebildet durch eine Vielzahl von miteinander parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen. Die Ausgangsspannung des jeweiligen Batteriemoduls 1 ist demzufolge entsprechend größer als die Ausgangsspannung der jeweiligen Mehrzahl von zugehörigen Batteriezellen. Die Ausgangsspannung der gesamten Batterie B ist demnach größer als die der jeweiligen Batteriemodule 1, welche entsprechend miteinander verschaltet sind.
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Weiterhin umfasst die Batterie B eine im Weiteren noch näher beschriebene Kühleinrichtung 6, innerhalb welcher ein Kühlmittel zirkuliert. Die Kühleinrichtung 6 umfasst dabei eine Mehrzahl von flachen Kühlelementen beziehungsweise Kühlleitungen 7, von welchen jeweils vier auf einer gemeinsamen Ebene beziehungsweise in einer Ebene verlaufen. Die Kühlelemente beziehungsweise Kühlleitungen 7 verlaufen dabei auf im Weiteren noch näher beschriebene Weise jeweils unterseitig des zugehörigen Batteriemoduls 1 beziehungsweise unterseitig der jeweiligen Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1.
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Die jeweilige Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 ist dabei innerhalb eines jeweils zugeordneten Batteriegehäuses 8 aufgenommen, wie eines davon in 3 in einer jeweiligen Perspektivansicht eines Bodenelements 9 und eines Deckelelements 10 des Batteriegehäuses 8 erkennbar ist. Das Bodenelement 9 und das zugehörige Deckelelement 10 werden dabei nach dem Bestücken mit den jeweils zugehörigen vier Batteriemodulen 1 der entsprechenden Lage 2, 3, 4, 5 im Bereich jeweiliger, einander zugeordneter Flansche 11, 12 unter Vermittlung einer nicht weiter erkennbaren Dichtung verschlossen. Da im vorliegenden Fall vier Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 vorgesehen sind, sind demzufolge entsprechend vier Batteriegehäuse 8 in einem in 1 erkennbaren Stapel 13 übereinander angeordnet. Dabei sind die jeweiligen Batteriegehäuse 8 gegenseitig positioniert und auf nachfolgend noch beschriebene Weise miteinander beziehungsweise untereinander verbunden.
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Der Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 mit der Kühleinrichtung 6 ist in einem Schutzgehäuse 14 aufgenommen, welches in 1 ebenfalls explosionsartig dargestellt ist. Dieses Schutzgehäuse 14 umfasst zunächst einen Boden 15 sowie jeweilige vier Seitenwände 16, welche vorliegend jeweils aus zwei Teilen beziehungsweise Lagen 17 und 18 zusammengesetzt sind. Im vorliegenden Fall sind diese beiden Teile beispielsweise ein Wellblech 17 und ein zugehöriges Schließblech 18, um somit ein jeweils gut energieabsorbierendes, mehrlagiges Bauteil zu erreichen. Zudem umfasst das Schutzgehäuse 14 einen Deckel 19, sodass der Stapel von Batteriegehäusen 8 im vorliegenden Fall durch das Schutzgehäuse 14 vollständig umschlossen ist. Das Schutzgehäuse 14 wird hierbei auch als Crashpanzer bezeichnet und ist in 1 rechts nochmals in zusammengebauter Form in einer entsprechenden Perspektivansicht erkennbar.
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2 zeigt in einer schematischen Schnittansicht einen vor einer Fahrgastzelle 20 angeordneten Vorderwagen 21 beziehungsweise eine Vorbaustruktur/Knautschzone eines Personenkraftwagens, in deren Bereich die Batterie B angeordnet ist. Die Batterie B ist dabei auf Höhe oberhalb einer Vorderachse 20 des Kraftwagens auf ansonsten nicht näher erkennbare Weise an entsprechenden Bauteilen der Karosserie beziehungsweise an Hilfsrahmenelementen, welche rohbauseitig an der Karosserie befestigt sind, gehalten. Hierbei ist die Batterie B in die Crashsysteme des Fahrzeugs mit eingebunden.
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Aus 2 wird dabei insbesondere klar, dass die im Vorderwagen 21 verbaute Batterie B durch die sehr gute Lage analog zu einem Verbrennungsmotor beziehungsweise anstellte von diesem verbaut werden kann. Durch den hohen Aufbau der Batterie B mit den mehreren Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 in den entsprechenden Batteriegehäusen 8 und deren Anordnung übereinander zu dem Stapel 13 ergibt sich dabei die Möglichkeit, den Bauraum, welcher bei Kraftwagen mit Verbrennungsmotor durch diesen eingesetzt wird, in optimaler Weise zu nutzen. Durch das Schutzgehäuse 14 ist der Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 dabei in optimaler Weise geschützt.
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Das jeweilige Batteriegehäuse 8 beziehungsweise dessen Einzelteile, im vorliegenden Fall das Bodenelement 9 und das Deckelelement 10, sind aus ein einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, gebildet und zum Beispiel in einem Spritzgussverfahren hergestellt. Die Verwendung von Kunststoff hat dabei nicht nur den Vorteil einer einfachen und kostengünstigen Herstellung der formidentisch ausgebildeten Batteriegehäuse 8, sondern es können auch in einfacher Weise Funktionselement wie beispielsweise Elemente/Rippen einer Versteifungsstruktur 23 und/oder Steckverbindungelemente 24 (6) zur Verbindung des Batteriegehäuses 8 mit dem benachbarten Batteriegehäuse 8 vorgesehen werden. Zudem eignet sich Kunststoff in besonderer Weise, um Verstärkungselemente wie Einleger, Schraubhülsen oder dergleichen oder aber auch Funktionselemente der Kühleinrichtung 6 in das jeweilige Batteriegehäuse zu integrieren.
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Die Versteifungsstruktur 23 mit den Rippen ist dabei insbesondere für entsprechende Lastfälle bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung vorgesehen. Die Flansche 11, 12 des Boden- und des Deckelelements 9, 10 sind beispielsweise in Standardgeometrie gebildet und über Schrauben miteinander verbunden.
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Des Weiteren ist aus 3 erkennbar, dass durch jeweilige Stege 25 entsprechende Fächer innerhalb des Boden- und des Deckelelements 9, 10 unterteilt sind, innerhalb welchen die jeweiligen Batteriemodule 1 aufgenommen sind.
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4 zeigt in zwei jeweiligen Perspektivansichten die Mehrzahl von vorliegend vier Batteriegehäusen 8, in welchen jeweils die Mehrzahl von Batteriemodulen 1 aufgenommen sind und welche dem Stapel 13 übereinander angeordnet und untereinander verbunden sind. Zudem ist vorliegend die teilweise Integration der Kühleinrichtung 6 in den Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 erkennbar. Hierbei sind die flachen Kühlleitungen beziehungsweise Kühlelemente 7 unterseitig des jeweiligen Batteriegehäuses 8 beziehungsweise zwischen zwei jeweils übereinander benachbarten Batteriegehäusen 8 angeordnet. Die einzelnen Kühlelemente 7 sind dabei über Versorgungsleitungen 26 verbunden, welche vorliegend beispielsweise im Eckbereich des Stapels 13 verlaufen. Die als Steigleitungen konzipierten Versorgungsleitungen 26 weisen vorliegend Drosseln auf. Zudem sind die Steckverbindungen zwischen den Bauteilen der Kühleinrichtung 6 hinsichtlich des Strömungswiderstandes optimiert.
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Auf seiner Rückseite weist der Stapel 13 von Batteriegehäusen 8 einen durchgehenden Kanal 27 auf, der das Innere der jeweiligen Batteriegehäuse 8 miteinander verbindet. Dieser wird durch eine in 3 erkennbare, jeweils ausgeformte Stirnwand 28 im Boden- und Deckelelement 9, 10 des jeweiligen Batteriegehäuses 8 gebildet, wobei außerdem im jeweiligen Boden- und Deckelelement 9, 10 eine Durchführungsöffnung 29 ausgebildet ist, über welche der Kanal 27 gebildet ist.
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Damit der gesamte Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 dennoch in sich dicht ist, ist - wie dies aus der Schnittansicht durch den Stapel 13 gemäß 5 erkennbar ist - zwischen dem Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des einen Batteriegehäuses 8 und dem Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des benachbarten Batteriegehäuses 8 eine Dichtung 31 vorgesehen. Diese Dichtung 31 kann beispielsweise durch eine Einschraub- oder Steckmuffe durch die jeweiligen Durchführungsöffnungen 29 hindurch gebildet sein oder durch eine Dichtung, welche zwischen den Batteriegehäusen 8 eingelegt wird. In jedem Fall soll erreicht werden, dass der Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des einen Batteriegehäuses 8 mit der Dichtung 31 gegen den Randbereich 30 der Durchführungsöffnung 29 des benachbarten Batteriegehäuses 8 abgedichtet ist.
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Über den Kanal 27 sind insbesondere die jeweiligen Lagen 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1 miteinander verschaltet. Hierbei kann beispielsweise ein leisten- oder stabartiger Leiter innerhalb des Kanals 27 verlaufen. Nicht benötigte Durchführungsöffnungen 29, beispielsweise unterseitig des untersten beziehungsweise oberseitig des obersten Batteriegehäuses 8 des Stapels 13, können beispielsweise durch einen Stopfen verschlossen worden.
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6 zeigt in einer ausschnittsweisen und vergrößerten, schematischen Schnittansicht das Bodenelement 9 eines der Batteriegehäuse 8, welches mit einer Bodenplatte 32 auf einer Deckelplatte 33 des darunter angeordneten Batteriegehäuses 8 ruht. Von der Bodenplatte 32 stehen dabei beispielhaft angedeutete Steckverbindungselemente 34 nach unten hin ab, welche mit nach oben von der Deckelplatte 33 abstehenden weiteren Steckverbindungselementen 34 derart miteinander zusammen wirken, dass die benachbarten Batteriegehäuse 8 relativ zueinander verbunden und positioniert sind. Hierdurch lässt sich beispielsweise die Montage des Stapels 13 der Batteriegehäuse 8 stark erleichtern. Zudem können über die Steckverbindungselemente 34 Kräfte, insbesondere Schubkräfte, bei einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung zwischen den benachbarten Batteriegehäusen 8 übertragen werden. Durch die schubsteife Verbindung der Batteriegehäuse 8 kann somit die Steifigkeit der Batterie B auf diesem Weg erheblich verbessert werden. Bei den Steckverbindungselementen 34 kann es sich beispielsweise um Verrastungen, Blocker, Dome, Clipse oder dergleichen handeln.
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In 7 sind in einer ausschnittsweisen und vergrößerten Schnittansicht zwei einander benachbarte Batteriegehäuse 8 im Bereich eines Verbindungselements 35 dargestellt. Das Verbindungselement 35 umfasst dabei eine Hülse 36, welche das jeweilige Batteriemodul 1 nahe einer Stirnseite 41 in Hochrichtung der Batterie B, welche auch der Fahrzeughochrichtung entspricht, durchsetzt. Im vorliegenden Fall sind pro Stirnseite 41 jedes Batteriemoduls 1 jeweils zwei Verbindungselemente 35 vorgesehen, also vorliegend insgesamt vier Verbindungselemente 35 pro Batteriemodul 1 und 32 Verbindungselemente 35 pro Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1. Es ist jedoch klar, dass diese Anzahl je nach Ausführung, welche beispielsweise von der Anzahl der Lagen 2, 3, 4 ,5 oder der Größe des einzelnen Batteriegehäuses 8 abhängt, variieren kann.
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Innerhalb der Hülse 36 verläuft ein nicht erkennbares Schraubelement, welches sich mit einem Kopf oberseitig der Hülse 36 auf einer Platte 37 des Batteriemoduls 1 abstützt, welche fest mit der Hülse 36 verbunden ist. Unterseitig sitzt die Hülse 36 beziehungsweise das Batteriemodul 1 auf einem Stützteil in Form eines Domteils 38 auf, welches in einer formgleichen Aufnahme 42 im Kunststoff der Bodenplatte 32 des Bodenelements 9 aufgenommen ist.
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Nach unten hin schließt sich eine Schraubhülse 39 an, welche fest in den Kunststoff der Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 integriert beziehungsweise vorliegend eingespritzt ist. In besagte Schraubhülse 39 ist das oben beschriebene Schraubelement unterseitig eingeschraubt. Beim Anziehen des Schraubelements wird hierbei das Batteriemodul 1 nach unten gegen das Bodenelement 9 und gegen das Domteil 38 gespannt, welches sich seinerseits an der Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 des darunter liegenden Batteriegehäuses 8 abstützt. Hierbei wird das Deckelelement 10 und das Batteriemodul 1 mittels des Domteils 38 relativ zur Deckelplatte 33 des Deckelelements 10 des darunter liegenden Batteriegehäuses 8 zentriert und fixiert.
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Um eine Doppelpassung zu vermeiden ist hierbei ein Freiraum 43 zwischen einer Unterseite 44 des Batteriemoduls 1 und der Bodenplatte 32 des Bodenelements 9 des das jeweilige Batteriemodul 1 aufnehmenden Batteriegehäuses 8 vorgesehen, welcher beispielsweise mit einem Füller aus einem Kunststoffmaterial ausgefüllt ist. Durch Anziehen des Schraubelements werden somit das Batteriemodul 1 mit dem Bodenelement 9 und auch dem Deckelelement 10 verbunden beziehungsweise verspannt. Da vorliegend pro Stirnseite 41 jedes Batteriemoduls 1 je zwei Verbindungselemente 35 vorgesehen sind, also vorliegend insgesamt vier Verbindungselemente 35 pro Batteriemodul 1 und 16 Verbindungselemente 35 pro Lage 2, 3, 4, 5 von Batteriemodulen 1, ergibt sich insgesamt eine Verspannung der jeweiligen Batteriegehäuse 8 beziehungsweise der zugeordneten Boden-/Deckelelemente 9, 10, welche eine sehr hohe Leistung im Falle einer unfallbedingten Kraftbeaufschlagung haben. Da nämlich das Gesamtsystem verspannt wird und Schubfelder gebildet werden, können die Kräfte optimal übertragen werden. Hierdurch können beispielsweise die hohen Beschleunigungen beim Heckaufprall von über 90 g durch die Verspannung gedämpft und abgebaut werden, ohne dass es zu einer Zerstörung des jeweiligen Batteriegehäuses 8 im Bereich des Verbindungselements 35 kommen kann. Zudem entstehen durch die Verbindung der zwei übereinander angeordneten Batteriegehäuse 8 beziehungsweise der jeweiligen Bauteile davon weitere Kostenvorteile, da beispielsweise der Boden 15 eines Schutzgehäuses 14 kleiner dimensioniert werden kann. Außerdem kann dann die Verbindungstechnologie zwischen dem Boden und dem Stapel der Batteriegehäuse 8 einfacher ausgebildet sein.
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8 zeigt eine Perspektivansicht auf die Grundplatte beziehungsweise den Boden 15 des Schutzgehäuses 14, mittels welchem der Stapel 13 von Batteriegehäusen 8 eingehaust ist. In den Eckbereichen der Grundplatte 15 sind jeweilige , in Fahrzeughochrichtung verlaufende Zuganker 40 zur Halterung des Stapels 13 der Batteriegehäuse 8 beziehungsweise des Schutzgehäuses 14 vorgesehen. Die Zuganker 40 können darüber hinaus zum Ein- oder Ausbau der Batterie B dienen, indem oberseitig beispielsweise Kranschlaufen aufgeschraubt werden. Somit kann die Batterie B inklusive deren Schutzgehäuse 14 aus dem Kraftwagen entnommen oder eingebaut werden. Zudem sind in der Grundplatte 15 jeweilige Schraubhülsen 39 oder Gewindelöcher integriert, welche die oben im Zusammenhang mit 7 beschriebene Funktionen zur Halterung des darüber angeordneten Bodenelements 9 beziehungsweise der durch dessen Batteriegehäuse 8 aufgenommenen Batteriemodule 1 übernehmen.
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Schließlich zeigt 9 eine Perspektivansicht sowie eine Schnittansicht des Schutzgehäuses 14, innerhalb welchem der Stapel 13 von Batteriegehäusen aufgenommen ist. Insbesondere erkennbar sind dabei die vier Seitenwände 16, welche vorliegend aus dem innen angeordneten Wellblech 17 und dem außen angeordneten, ebenen Schließblech 18 gebildet sind, um somit das gut energieabsorbierende, mehrlagige Bauteil zu bilden. Zudem erkennbar ist der Deckel 19 des Schutzgehäuses 14. Dieser ist wie der Boden 15 ebenfalls beispielsweise aus einem Metallwerkstoff wie einem Blech gebildet.
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Die Seitenwände 16 beziehungsweise deren jeweilige Bauteile 17, 18 sind vorliegend aus Blechen auf Aluminium- oder Stahllegierungs-Basis hergestellt und beispielsweise in den Ecken auf Gehrung verbunden. In den Ecken können zusätzlich Leisten oder dergleichen als Lastverteiler eingesetzt werden. Die Seitenwände 16 können zur Vormontage insbesondere an nicht erkennbaren Befestigungselementen, beispielsweise Rastpins oder dergleichen, am Stapel 13 der Batteriegehäuse 8 vorbefestigt werden, welche beispielsweise im Kunststoff das jeweiligen Batteriegehäuses 8 angeformt oder dergleichen angeordnet sind. Hierdurch können die Seitenwände 14 und gegebenenfalls auch der Deckel 19 zunächst am Stapel 13 befestigt und anschließend untereinander verbunden werden. Mittels der im Zusammenhang mit 8 bereits beschriebenen Zuganker 40 können die Bauteile 15, 16 und 19 des Schutzgehäuses 14 zusätzlich untereinander verspannt werden. Über die Zuganker 40 können zudem die in dem Stapel 13 übereinander angeordneten Batteriegehäuse 8 untereinander verspannt werden.
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Es ist klar, dass das Schutzgehäuse 14 auch mit anderen Plattenelementen aus verschiedensten Werkstoffen und in unterschiedlichen Bauformen gebildet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012015919 A1 [0002]
- DE 102015014033 A1 [0002]
- DE 102013106433 A1 [0003, 0007]
