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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug und ein entsprechendes Herstellverfahren.
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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung wird im Folgenden hauptsächlich in Verbindung mit Energiequellen für elektrische Fahrzeuge erläutert. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung auch in allen anderen Anwendungen genutzt werden kann, in welchen elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden.
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In modernen Fahrzeugen können Elektromotoren als Antriebsmotoren einen Verbrennungsmotor unterstützen, z.B. in Hybridfahrzeugen, oder diese vollständig ersetzen, z.B. in Elektrofahrzeugen. Zur Versorgung solcher Elektromotoren in den Fahrzeugen können z.B. Batterien eingesetzt werden. Solche Batterien bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl einzelner Batteriezellen, welche derart in Serien- und Parallelschaltungen angeordnet werden, dass die gewünschte Nennspannung und die gewünschte Kapazität erzielt werden.
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Um den Platzbedarf für solche Batterien möglichst gering zu halten, werden z.B. Rundzellen in Gruppen oder Paketen nebeneinander angeordnet und auf der Oberseite (Pluspol) und der Unterseite (Minuspol) kontaktiert. Rundzellen weisen einerseits eine sehr hohe Energiedichte auf, andererseits weisen diese eine nachteilige Packungsdichte auf und es wird eine hohe Anzahl Zellen für eine Fahrzeugbatterie benötigt.
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Es existieren Fahrzeugbatterien welche üblicherweise nicht gekühlt werden. Bei der Kontaktierung der Zellen wird daher kein besonderer Wert auf eine performante Kühlung der Zellen gelegt. Solche Fahrzeugbatterien aus Rundzellen weisen daher unter hohen Lasten nur eine geringe Leistung auf bzw. müssen bei Erhitzung die Leistungsabgabe drosseln.
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Bei gekühlten Fahrzeugbatterien werden die Rundzellen auf deren Unterseite und Oberseite kontaktiert. Es lässt sich folglich am Boden der Zelle ein gewisser Schichtaufbau nicht vermeiden, der die Wärmeübertragung und damit die Kühlleistung negativ beeinflusst.
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Beschreibung der Erfindung
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Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, unter Einsatz konstruktiv möglichst einfacher Mittel eine effektive Kühlung von Batterien in elektrischen Fahrzeugen zu ermöglichen.
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Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen, der Beschreibung und den begleitenden Figuren angegeben. Insbesondere können die unabhängigen Ansprüche einer Anspruchskategorie auch analog zu den abhängigen Ansprüchen einer anderen Anspruchskategorie weitergebildet sein.
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Eine erfindungsgemäße Batterieanordnung für ein Fahrzeug weist auf: eine Anzahl, also eine oder mehrere, von Zellgruppen, welche jeweils eine Vielzahl, also mindestens zwei, von elektrisch gleichsinnig, mit nebeneinander liegenden Hochachsen nebeneinander angeordneten Rundzellen aufweisen, ein elektrisch leitendes Kontaktblech für jede der Zellgruppen, wobei die Kontaktbleche die jeweiligen Rundzellen radial, also seitlich an dem Mantel der Zellen, kontaktieren, und ein elektrisch leitendes Sammelblech, welches Rundzellen der Zellgruppen an deren Pluspol, also an deren Oberseite, kontaktiert.
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Ein erfindungsgemäßes Herstellverfahren für eine Batterieanordnung für ein Fahrzeug weist die folgenden Schritte auf: Anordnen einer Vielzahl von Rundzellen elektrisch gleichsinnig, mit nebeneinander liegenden Hochachsen in einer Anzahl von Zellgruppen, radial Kontaktieren der jeweiligen Rundzellen mit einem elektrisch leitenden Kontaktblech für jede der Zellgruppen, und Koppeln der Rundzellen der Zellgruppen an deren Pluspol mit einem elektrisch leitenden Sammelblech.
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Die vorliegende Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass eine Kontaktierung von Rundzellen an deren Unterseite (Minuspol) eine effektive Kühlung verhindert. Insbesondere führt eine Kontaktierung auf der Unterseite der Rundzellen dazu, dass die Unterseite nicht direkt flächig mit z.B. einem Kühlblech kontaktiert werden kann. Durch den bisher üblichen Schichtaufbau verschlechtert sich folglich die Wärmeabfuhr aus der Zelle und diese erwärmt sich stark.
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Die vorliegende Erfindung stellt daher eine Anordnung bereit, bei welcher die Rundzellen elektrisch an ihrem Pluspol und ihrem Minuspol kontaktiert werden, und bei der dennoch die Unterseite der Rundzellen frei bleibt, um eine effektive Kühlung vorzunehmen.
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Dazu werden in der Batterieanordnung Zellgruppen vorgesehen, bei welchen die einzelnen Rundzellen in axialer Richtung, also stehend, nebeneinander angeordnet werden, sodass der Pluspol und der Minuspol der einzelnen Rundzellen jeweils auf der gleichen Seite liegen.
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Die Rundzellen der einzelnen Zellgruppen werden jeweils mit einem Kontaktblech elektrisch an deren Minuspol kontaktiert. Bei Rundzellen bildet die gesamte Gehäusefläche, bis auf die Oberseite, welche den Pluspol bildet, den Minuspol. Das Kontaktblech kann daher bei Rundzellen radial, also seitlich am Mantel der Rundzellen, angebracht werden. Die Rundzellen werden dadurch alle an ihrem Minuspol elektrisch kontaktiert. Gleichzeitig bleibt aber der Boden der Rundzellen, der ebenfalls Teil des Minuspols ist, frei. So kann der Boden z.B. sehr effektiv für eine Kühlung der jeweiligen Rundzelle kontaktiert werden.
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Es versteht sich, dass das Kontaktblech auf jede geeignete Art mit den Mänteln den Rundzellen verbunden werden kann. Beispielsweise kann das Kontaktblech an die Zellmäntel geschweißt werden. Dazu kann z.B. Laserschweißen, Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen oder dergleichen eingesetzt werden. Andere Verbindungsarten, wie Kleben, z.B. mit einem leitenden Kleber, können selbstverständlich auch genutzt werden. Ein Bonden zwischen Kontaktblech und den Mänteln der Rundzellen ist ebenfalls möglich.
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Das Sammelblech kann z.B. wie bei herkömmlichen Batterien mit den Pluspolen, also den Oberseiten, der Rundzellen gekoppelt werden. Dazu kann das Sammelblech z.B. mit den Oberseiten der Zellen per Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Kleben oder dergleichen verbunden werden. Ein Bonden zwischen dem Sammelblech und den Pluspolen der Rundzellen ist ebenfalls möglich.
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Es versteht sich, dass das Sammelblech einstückig ausgebildet sein kann oder dass das Sammelblech mehrere elektrisch voneinander isolierte Segmente aufweisen kann. So kann z.B. eingestellt werden, ob die Zellen einer Zellgruppe alle elektrisch parallel oder zumindest teilweise elektrisch in Serie angeordnet sind. Wird beispielsweise jeweils eine von zwei Zellgruppen durch ein Segment des Sammelblechs kontaktiert, können die Zellgruppen elektrisch parallel betrieben werden. Dazu können z.B. deren Kontaktbleche elektrisch miteinander gekoppelt werden, während die Segmente des Sammelblechs separat kontaktiert werden. Es versteht sich, dass dieses Beispiel auch mit mehr als zwei Zellgruppen und in beliebiger Parallel- und Serienschaltung variiert werden kann.
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Das Kontaktblech und das Sammelblech können dann zur elektrischen Verbindung der einzelnen Zellgruppen bzw. zur externen elektrischen Kontaktierung der Zellgruppen entsprechend kontaktiert werden.
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Mit der Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung können die Zellgruppen bzw. jeweils ein Verbund aus Zellgruppen als Vormontagegruppe ein Gleichteil für sonst unterschiedlich geformte Batteriemodule bilden.
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Weiterhin ist ein separates Prüfen einzelner Zellgruppen möglich. Bei einer fehlerhaften Kontaktierung oder anderen Fehlern in einer solchen Zellgruppe entsteht somit ein geringer Ausschuss, also z.B. deutlich weniger Ausschuss als bei einer Kontaktierung einer kompletten Zellgruppe.
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Je nachdem, wie einzelne Zellgruppen verschaltet werden, kann ferner in der Produktion möglichst lange im Niedervoltbereich (also unter 60 V) gearbeitet werden. Die speziellen Sicherheitsvorschriften für höhere Spannungen treffen folglich bis zu dem Zeitpunkt, zu welchem eine höhere Spannung erreicht wird, nicht zu. Beispielsweise kann für große Batteriemodule die Produktion derart ausgeführt werden, dass die einzelnen Zellgruppen erst sehr spät in der Produktion z.B. durch das Verschalten der Sammelbleche miteinander gekoppelt werden, so dass die 60 V überschritten werden.
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Bei bisher bekannten Batteriemodulen werden die Rundzellen dagegen einzeln „in z“ bestückt, also von oben eingesetzt. Es besteht also, gerade bei Handmontage, ein Risiko, einzelne Zellen beim Einsetzen kurzzuschließen (Die Rundzelle berührt mit dem Deckel den Boden einer anderen Rundzelle, da ein Kragen der Minusseite und die Plusseite nahe beieinander liegen). Ein solcher Kurzschluss kann bei der Batterieanordnung der vorliegenden Erfindung ausgeschlossen werden, da alle Rundzellen einer Zellgruppe gemeinsam z.B. auf einen Boden gestellt und ausgerichtet werden können.
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Ein weiterer Vorteil der Batterieanordnung ist, dass in der Herstellung der Zellgruppen die einzelnen Rundzellen vor dem Schweißen auf einem Boden in Z-Richtung, also der Länge nach, ausgerichtet werden können. Damit wird für die spätere Kühlung so wenig wie möglich Interfacematerial benötigt, da dieses nur noch für den Ausgleich von Fertigungstoleranzen und nicht mehr zum Ausgleich eines Höhenversatzes benötigt wird.
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Weitere Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
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In einer Ausführungsform kann das Kontaktblech und/oder das Sammelblech das gleiche Material aufweisen, wie die Gehäuse der Rundzellen, insbesondere Stahl, z.B. diffusionsgeglühten Bandstahl mit elektrolytischer Nickelbeschichtung, beispielsweise Hilumin©.
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Um eine sichere und korrosionsbeständige elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Rundzellen und dem Kontaktblech bzw. dem Sammelblech herzustellen, ist es vorteilhaft, das gleiche Material für die das Kontaktblech bzw. das Sammelblech zu verwenden, welches auch für die Gehäuse bzw. Mäntel der Rundzellen genutzt wird.
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In einer weiteren Ausführungsform kann die Batterieanordnung einen Kühler aufweisen, welcher auf der Unterseite der Rundzellen mit den Rundzellen thermisch gekoppelt ist.
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Wie oben bereits erläutert, ermöglicht die Anordnung der Rundzellen und des Kontaktblechs in der Batterieanordnung eine direkte Kontaktierung der Rundzellen an deren Boden zur Kühlung der Rundzellen.
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Der Kühler kann z.B. ein passiver Kühler mit Kühlrippen, z.B. ein Strangpressprofil sein. Es versteht sich, dass der Kühler auch ein aktiver Kühler sein kann, der z.B. Kanäle für Kühlflüssigkeit, Lüfter oder dergleichen aufweist.
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Ferner kann z.B. ein Wärmeleitmittel, z.B. ein Wärmeleitpad bzw. eine Wärmeleitpaste, zwischen dem Kühler und den Rundzellen angeordnet werden, um die Wärmeleitung zwischen den Rundzellen und dem Kühler zu unterstützen. Wird ein Kühler aus leitfähigem Material eingesetzt, kann zusätzlich eine elektrische Isolierung zwischen den Rundzellen und dem Kühler vorgesehen werden. Die elektrische Isolierung kann z.B. auch das Wärmeleitmittel sein.
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In noch einer weiteren Ausführungsform kann die Batterieanordnung mindestens ein Koppelblech aufweisen, welches elektrisch mit dem Kontaktblech mindestens einer der Zellgruppen gekoppelt ist.
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Das Koppelblech kann als eine Art Sammelblech für die Kontaktierung der einzelnen Zellgruppen gesehen werden. Durch die elektrische Verbindung der einzelnen Kontaktbleche mit dem Koppelblech werden die jeweiligen Zellgruppen bzw. deren Rundzellen an deren Minuspol elektrisch miteinander verbunden.
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Gleichzeitig wird eine gemeinsame externe Kontaktierung der einzelnen Zellgruppen an deren Minuspol möglich. Dazu kann das Koppelblech z.B. Kontaktfahnen oder andere Anschlussmöglichkeiten aufweisen.
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In einer weiteren Ausführungsform kann das Koppelblech ein anderes Material aufweisen, als die Kontaktbleche, insbesondere Kupfer oder Aluminium. Das Koppelblech kann mit den Kontaktblechen insbesondere durch Durchsetzfügen, auch Clinchen oder Toxen genannt, gekoppelt sein.
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Da Rundzellen üblicherweise aus Stahl gefertigt werden, ist es auf Grund der Schweißverbindung eventuell nötig, die Kontaktbleche ebenfalls in Stahl auszuführen. Allerdings ist die Stromleitfähigkeit von Stahl deutlich geringer, als die von Kupfer oder Aluminium. Da bei den einzelnen Zellgruppen im Vergleich zu der gesamten Batterieanordnung lediglich ein geringer Strom fließt, kann Stahl problemlos als Kontaktblech einer Zellgruppe genutzt werden.
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Je nach Dimensionierung der Batterieanordnung kann es aber vorteilhaft sein, die einzelnen Zellgruppen mit einem besser leitenden Material elektrisch miteinander zu verbinden. Daher kann das Koppelblech z.B. aus Kupfer oder Aluminium bereitgestellt werden.
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Um eine dauerhafte Verbindung zwischen dem Koppelblech und den Kontaktblechen herzustellen, kann insbesondere Durchsetzfügen genutzt werden. Bei diesem Verfahren wird die Verbindung rein mechanisch hergestellt und das Material wird im Gegensatz z.B. zum Schweißen nicht aufgeschmolzen und legiert.
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In noch einer weiteren Ausführungsform können die Kontaktbleche eine gewellte Form aufweisen, welche der äußeren Kontur der Rundzellen angepasst ist.
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Die Wellenform des Kontaktblechs kann Wellen bzw. Kurven aufweisen, deren Radien denen der äußeren Kontur der Rundzellen entsprechen. Zwei nebeneinander liegende Zellgruppen können folglich leicht versetzt, um den Radius einer Rundzelle, aneinander gelegt werden. Folglich kann der Platzbedarf für zwei nebeneinander liegende Zellgruppen minimiert werden.
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Ferner können sich zwei Zellgruppen ein Kontaktblech teilen. Ein solches Kontaktblech kann also z.B. zwischen zwei Zellgruppen liegen und auf jeder Seite eine der Zellgruppen kontaktieren. Die Verbindung zwischen dem Kontaktblech und den einzelnen Batteriezellen kann z.B. mit leitfähigem Kleber aber auch per Schweißen oder dergleichen hergestellt werden.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Kontaktbleche einen Kontaktabschnitt aufweisen, welcher sich über den äußeren Umfang der jeweiligen Zellgruppe hinaus erstreckt.
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Der Kontaktabschnitt kann z.B. eine Kontaktfahne oder -Lasche aufweisen, welcher der Kontaktierung des Kontaktblechs durch ein Koppelblech dient. Dazu kann der Kontaktabschnitt an einer beliebigen, für die jeweilige Anwendung geeigneten Stelle über den äußeren Umfang des jeweiligen Zellpakets herausragen.
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Der Kontaktabschnitt kann z.B. eine im Vergleich zur Breite des Zellpakets geringe Breite aufweisen. Dies ist insbesondere vorteilhaft, um den Kontaktabschnitt nach oben oder unten über den Umfang des Zellpakets herauszuführen. Ist der Kontaktabschnitt deutlich schmaler als das Zellpaket, kann der Minuspol des gesamten Zellpakets über den Kontaktabschnitt derart kontaktiert werden, dass z.B. in dem Sammelblech bzw. dem Kühler nur ein kleiner Ausschnitt für die Durchführung des Koppelblechs vorgesehen werden muss.
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Alternativ oder zusätzlich kann die Breite des Kontaktabschnitts der Höhe der Rundzellen (abzüglich eines gewissen Sicherheitsabstands zum Pluspol) entsprechen. Ein solcher Kontaktabschnitt kann z.B. seitlich, also orthogonal zur Hochachse der Rundzellen, aus der Zellgruppe herausragen.
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Es versteht sich, dass jede andere Dimensionierung und Orientierung des Kontaktabschnitts ebenfalls möglich ist. Ferner kann der Kontaktabschnitt mehrere Segmente aufweisen. Diese Segmente können also an mehreren Stellen bzw. in unterschiedliche Richtungen von der jeweiligen Zellgruppe weggeführt werden.
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Figurenliste
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Nachfolgend werden vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels einer Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 2 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 3 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 4 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 5 ein Blockschaltbild eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Batterieanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung;
- 6 ein Ablaufdiagram eines Ausführungsbeispiels eines Herstellverfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung;
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Die Figuren sind lediglich schematische Darstellungen und dienen nur der Erläuterung der Erfindung. Gleiche oder gleichwirkende Elemente sind durchgängig mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieanordnung 100. Die Batterieanordnung 100 weist zwei Zellgruppen 101, 102 auf. Jede der Zellgruppen 101, 102 weist jeweils sechs Rundzellen 103, 104 auf. Der Übersichtlichkeit halber sind lediglich die erste Rundzelle 103 und die zweite Rundzelle 104 der Zellgruppe 101 mit einem Bezugszeichen versehen.
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Die Rundzellen 103, 104 sind für die einzelnen Zellgruppen 101, 102 jeweils elektrisch gleichsinnig und mit nebeneinander liegenden Hochachsen nebeneinander angeordnet. Ferner weist jede der Zellgruppen 101, 102 ein elektrisch leitendes Kontaktblech 105, 106 auf, welches die jeweiligen Rundzellen 103, 104 an deren Mantel, also radial kontaktiert. Die Verbindung zwischen dem Kontaktblech 105 und den Rundzellen 103, 104 der Zellgruppe 101 ist durch entsprechende Striche auf dem Kontaktblech 105 dargestellt. Es versteht sich, dass diese Verbindung z.B. durch Schweißen, Kleben oder dergleichen hergestellt werden kann.
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Ein elektrisch leitendes Sammelblech 107 kontaktiert die Rundzellen 103, 104 der Zellgruppen 101, 102 an deren Pluspol. Es versteht sich, dass obwohl die Batterieanordnung 100 zwei Zellgruppen 101, 102 aufweist, eine erfindungsgemäße Batterieanordnung 100 auch lediglich eine Zellgruppe oder mehr als zwei Zellgruppen aufweisen kann. Ferner kann die Anzahl der Rundzellen in einer Zellgruppe mehr oder weniger als sechs Rundzellen betragen.
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Bei der Batterieanordnung 100 können alle Rundzellen 103, 104 elektrisch parallel geschaltet werden, indem die Kontaktbleche 105, 106 elektrisch miteinander gekoppelt werden und als Minuspol der Batterieanordnung 100 genutzt werden. Das Sammelblech 107 kann als gemeinsamer Pluspol der Batterieanordnung 100 genutzt werden.
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Es versteht sich, dass aber z.B. auch eine Serienschaltung der Rundzellen 103, 104 möglich ist, indem das Sammelblech 107 an der entsprechenden Stelle unterbrochen, also in zwei Segmente geteilt wird. Alternativ können auch die zwei Kontaktbleche 105, 106 separat kontaktiert werden.
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Bei der Batterieanordnung 100 sind die Kontaktbleche 105, 106 eben ausgeführt. Es versteht sich, dass die Kontaktbleche 105, 106 auch der Kontur der einzelnen Rundzellen 103, 104 angepasst werden können. Solche Kontaktbleche 105, 106 können z.B. eine entsprechende Wellenform aufweisen.
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In 1 nicht gezeigt sind weiter mögliche Elemente, wie z.B. eine Einfassung für die Zellgruppen 101, 102 oder ein Gehäuse. Es versteht sich, dass solche Elemente ebenfalls Bestandteil der Batterieanordnung 100 sein können.
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2 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieanordnung 200. Die Batterieanordnung 200 basiert auf der Batterieanordnung 100 und weist folglich ebenfalls eine beispielhafte Anzahl von Zellgruppen 201 auf, hier acht Zellgruppen. Jede der Zellgruppen 201 weist sieben Rundzellen 203, 204 auf, die jeweils mit einem Kontaktblech 205 verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber sind lediglich die erste Zellgruppe 201 sowie die erste und letzte Rundzelle 203, 204 der ersten Zellgruppe 201 und das Kontaktblech 205 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Rundzellen 203, 204 sind derart angeordnet, dass deren Pluspol jeweils oben liegt.
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Die einzelnen Zellgruppen 201 sind aneinander anliegend angeordnet. Dabei sind die einzelnen Zellgruppen 201 im Wechsel jeweils um den Radius einer Rundzelle 203, 204 nach vorne bzw. hinten verschoben. Die Kontaktbleche 205 sind bei der Batterieanordnung 200 als Wellblech oder gewellte Bleche ausgeführt, so dass der Abstand zwischen den einzelnen Rundzellen 203, 204 minimal wird bzw. die Packungsdichte maximiert wird.
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Die Kontaktbleche 205 stehen seitlich über die Zellgruppen 201 hinaus, so dass die Kontaktbleche 205 dort elektrisch kontaktiert werden können.
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3 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieanordnung 300. Die Batterieanordnung 300 basiert auf der Batterieanordnung 200. Folglich weist die Batterieanordnung 300 acht Zellgruppen 301 auf, die jede sieben Rundzellen 303, 304 aufweisen, welche jeweils mit einem Kontaktblech 305 verbunden sind. Der Übersichtlichkeit halber sind auch hier lediglich die erste Zellgruppe 301 sowie die erste und letzte Rundzelle 303, 304 der ersten Zellgruppe 301 und das Kontaktblech 305 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Rundzellen 303, 304 sind derart angeordnet, dass deren Pluspol jeweils oben liegt.
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Die Batterieanordnung 300 weist ferner ein Koppelblech 310 auf. Das Koppelblech 310 ist elektrisch mit dem Kontaktblech 105, 106 der Zellgruppen 301 gekoppelt, verbindet diese also elektrisch miteinander. Ferner weist das Koppelblech 310 eine Anschlussfahne zur einfacheren Kontaktierung der Batterieanordnung 300 auf.
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In einer Ausführungsform können die Kontaktbleche 305 aus dem gleichen Material ausgebildet sein, wie die Gehäuse der Rundzellen 303, 304, also z.B. aus Stahl bzw. Hilumin ©. Allerdings kann das Koppelblech 310 ein Material mit einer größeren Stromleitfähigkeit aufweisen, beispielsweise Kupfer oder Aluminium. Das Koppelblech 310 kann daher z.B. mittels Durchsetzfügen mit den Kontaktblechen 305 gekoppelt werden. Es versteht sich, dass andere Varianten ebenfalls möglich sind. Beispielsweise kann das Koppelblech 310 Kupfer oder Aluminium aufweisen und mit den Gehäusen der Rundzellen 303, 304 verklebt werden.
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4 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieanordnung 400. Die Batterieanordnung 400 basiert auf der Batterieanordnung 300. Folglich weist die Batterieanordnung 400 acht Zellgruppen 401 auf, die jede sieben Rundzellen 403, 404 aufweisen, welche jeweils mit einem Kontaktblech 405 verbunden sind. Die Kontaktbleche 405 sind über das Koppelblech 410 miteinander gekoppelt. Der Übersichtlichkeit halber sind auch hier lediglich die erste Zellgruppe 401 sowie die erste und letzte Rundzelle 403, 404 der ersten Zellgruppe 401 sowie das Kontaktblech 405 und das Koppelblech 410 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Rundzellen 403, 404 sind derart angeordnet, dass deren Pluspol jeweils oben liegt.
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Bei der Batterieanordnung 400 ist auf der Oberseite der Zellgruppen 401 ein Sammelblech 407 angeordnet. Das Sammelblech 407 weist einzelne Öffnungen auf, über welche das Sammelblech 407 z.B. mittels Bonding mit den Pluspolen der einzelnen Rundzellen 403, 404 gekoppelt werden kann.
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Die Batterieanordnung 400 kann folglich über das Koppelblech 410 und das Sammelblech 407 elektrisch kontaktiert werden und z.B. mit weiteren Batterieanordnung 400 zu einer Fahrzeugbatterie verschaltet werden.
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Auf der Unterseite der Zellgruppen 401 bzw. der Rundzellen 403, 404 ist ein Kühler 412 angeordnet. Zwischen dem Kühler 412 und den Böden der Rundzellen 403, 404 kann z.B. eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleitpad angeordnet werden. Es kann auch ein Wärmeleitkleber verwendet werden, um die Böden der Rundzellen 403, 404 mit dem Kühler 412 zu verbinden.
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In 4 ist eine Möglichkeit, siehe Linie 411, eingezeichnet, das Sammelblech 407 in zwei elektrisch voneinander getrennte Segmente zu unterteilen und so eine Reihenschaltung der jeweiligen Rundzellen 403, 404 zu ermöglichen. Es versteht sich, dass andere Unterteilungen ebenfalls möglich sind.
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Ferner ist der Kühler 412 lediglich als Platte dargestellt. Es versteht sich, dass jede Art von Kühler 412, aktiv oder passiv, genutzt werden kann, um die Rundzellen 403, 404 zu kühlen.
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5 zeigt ein Blockschaltbild einer Batterieanordnung 500. Die Batterieanordnung 500 weist eine Zellgruppe 501 mit sechs Rundzellen 503, 504, die über ein Kontaktblech 505 miteinander gekoppelt werden, auf.
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Das Kontaktblech 505 weist drei unterschiedliche beispielhafte Kontaktabschnitte 515, 516, 517 auf. Der Kontaktabschnitt 515 erstreckt sich seitlich über den Umfang der Zellgruppe 501 hinaus, wie auch in 1 - 4 bereits gezeigt.
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Als zusätzliche bzw. alternative Formen eines Kontaktabschnitts, erstreckt sich der Kontaktabschnitt 516 nach unten über den Umfang der Zellgruppe 501 hinaus, also unter die Böden der Rundzellen 503, 504.
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Als weitere zusätzliche bzw. alternative Formen eines Kontaktabschnitts erstreckt sich der Kontaktabschnitt 517 nach oben über den Umfang der Zellgruppe 501 hinaus, also über die Pluspole der Rundzellen 503, 504 hinaus.
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Es versteht sich, dass die gezeigten Ausführungen der Kontaktabschnitte 515, 516, 517 lediglich beispielhafter Natur sind und dass andere Kontaktabschnitte anders geformt sein können. Beispielsweise kann das Kontaktblech 505 einen Kontaktabschnitt, wie z.B. Kontaktabschnitt 515 aufweisen. Ferner kann nur eine Lasche, ähnlich Kontaktabschnitten 516, 517 nach oben/unten ausgeführt sein.
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Zum leichteren Verständnis werden in der folgenden Beschreibung die Bezugszeichen zu den 1-5 als Referenz beibehalten.
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6 zeigt ein Ablaufdiagram eines Herstellverfahrens für eine Batterieanordnung 100, 200, 300, 400, 500 für ein Fahrzeug.
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In einem ersten Schritt S1 des Anordnens wird eine Vielzahl von Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504 elektrisch gleichsinnig, mit nebeneinander liegenden Hochachsen nebeneinander in einer Anzahl von Zellgruppen 101, 102, 201, 301, 401, 501 angeordnet. In einem zweiten Schritt des radialen Kontaktierens werden für jede der Zellgruppen 101, 102, 201, 301, 401, 501 die jeweiligen Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504 mit einem elektrisch leitenden Kontaktblech 105, 106, 205, 305, 405, 505 kontaktiert. In einem dritten Schritt S3 des Koppelns werden die Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504 der Zellgruppen 101, 102, 201, 301, 401, 501 an deren Pluspol mit einem elektrisch leitenden Sammelblech 107, 407 gekoppelt.
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Die Kontaktbleche 105, 106, 205, 305, 405, 505 können zur Erhöhung der Packungsdichte vor dem radial Kontaktieren S2 in eine gewellte Form gebracht werden, welche der äußeren Kontur der Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504 angepasst ist.
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Um eine möglichst stabile Verbindung zwischen den Kontaktblechen 105, 106, 205, 305, 405, 505 und/oder dem Sammelblech 107, 407 zu ermöglichen, können das Kontaktblech 105, 106, 205, 305, 405, 505 und/oder das Sammelblech 107, 407 aus dem gleichen Material bereitgestellt werden, wie die Gehäuse der Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504, z.B. aus Stahl.
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Zur elektrischen Kontaktierung der einzelnen Zellgruppen 101, 102, 201, 301, 401, 501 kann ein Koppelblech 310, 410 mit dem Kontaktblech 105, 106, 205, 305, 405, 505 mindestens einer der Zellgruppen 101, 102, 201, 301, 401, 501 elektrisch gekoppelt werden.
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Das Koppelblech 310, 410 kann dabei aus einem anderen Material bereitgestellt werden, als die Kontaktbleche 105, 106, 205, 305, 405, 505. Beispielsweise kann das Koppelblech 310, 410 aus Kupfer oder Aluminium bereitgestellt werden. Ein solches Koppelblech 310, 410 kann mit den Kontaktblechen 105, 106, 205, 305, 405, 505 z.B. durch Durchsetzfügen gekoppelt werden.
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Um das Koppelblech 310, 410 mit den Kontaktblechen 105, 106, 205, 305, 405, 505 koppeln zu können, kann jeweils mindestens ein Kontaktabschnitt 515, 516, 517 an den Kontaktblechen 105, 106, 205, 305, 405, 505 vorgesehen werden, welcher sich über den äußeren Umfang der jeweiligen Zellgruppe 101, 102, 201, 301, 401, 501 hinaus erstreckt.
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Zur effektiven Kühlung der Batterieanordnung 100, 200, 300, 400, 500 kann ferner ein Kühler 412 mit der Unterseite der Rundzellen 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404, 503, 504 verbunden werden.
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Da es sich bei der vorhergehend detailliert beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren um Ausführungsbeispiele handelt, können sie in üblicher Weise vom Fachmann in einem weiten Umfang modifiziert werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind die mechanischen Anordnungen und die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander lediglich beispielhaft.
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Bezugszeichenliste
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- 100, 200, 300, 400, 500
- Batterieanordnung
- 101, 102, 201, 301, 401, 501
- Zellgruppe
- 103, 104, 203, 204, 303, 304, 403, 404
- Rundzelle
- 503, 504
- Rundzelle
- 105, 106, 205, 305, 405, 505
- Kontaktblech
- 107, 407
- Sammelblech
- 310, 410
- Koppelblech
- 411
- Schnitt
- 412
- Kühler
- 515, 516, 517
- Kontaktabschnitt
- S1, S2, S3
- Verfahrensschritt
