DE102018117068A1

DE102018117068A1 - Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102018117068A1
Application number: DE102018117068.8A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2018-07-13
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2020-01-16
Also published as: US20200016988A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriemodulgehäuse (30) und wenigstens ein Batteriezellenpaket (40, 41). Das Batteriezellenpaket (40, 41) ist in einer Montagerichtung (M1, M2) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben. Das Batteriemodulgehäuse (30) umschließt das Batteriezellenpaket (40, 41) von vier Seiten und umfasst an zumindest einer der übrigen zwei Seiten eine Öffnung (32), durch welche hindurch das Batteriezellenpaket (40, 41) in Montagerichtung (M1, M2) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben ist. Das Batteriemodul (20) umfasst eine Einführ-und Positionierungshilfe (60), die zum Einführen des Batteriezellenpakets (40, 41) in der Montagerichtung (M1, M2) und zum Positionieren des Batteriezellenpakets (40, 41) in der Öffnung (32) vor dem Einführen des Batteriezellenpakets (40, 41) in das Batteriemodulgehäuse (30) dient und wenigstens eine sich im Wesentlichen in Montagerichtung (M1, M2) erstreckende Kufe (62) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul kann ein Batteriemodul einer Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere einer Kraftfahrzeugstraktionsbatterie sein.
Aus dem Stand der Technik sind Batteriemodule bekannt, die ein Batteriemodulgehäuse und eine Vielzahl an elektrisch miteinander verschalteten Batteriezellen umfassen, welche in Form eines Batteriezellenpakets innerhalb des Batteriemodulgehäuses angeordnet sind.
Die Batteriezellen können mittels metallischer Spannbänder vorgespannt werden, bevor diese in das Batteriemodulgehäuse eingesetzt werden, und anschließend innerhalb des Batteriemodulgehäuses elektrisch verschaltet werden. Durch diese Bauweise wird das Kühlen der Batteriezellen erschwert, der Bauraumbedarf des Batteriemoduls und die Herstellungskosten erhöht.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemodul bereit zu stellen, welches geringe Herstellungskosten, einen geringen Bauraumbedarf und ein vermindertes Gewicht aufweist.
Die Aufgabe wird durch ein Batteriemodul nach Anspruch 1 gelöst.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst ein Batteriemodulgehäuse und wenigstens ein Batteriezellenpaket. Das Batteriezellenpaket ist in einer Montagerichtung in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben und umfasst wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Batteriezellen. Das Batteriemodulgehäuse umschließt das Batteriezellenpaket von vier Seiten und umfasst an zumindest einer der übrigen zwei Seiten eine Öffnung, durch welche hindurch das Batteriezellenpaket in Montagerichtung in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben ist. Das Batteriemodul umfasst eine Einführ-und Positionierungshilfe, die zum Einführen des Batteriezellenpakets in der Montagerichtung und zum Positionieren des Batteriezellenpakets in der Öffnung vor dem Einführen des Batteriezellenpakets in das Batteriemodulgehäuse dient. Die Einführ-und Positionierungshilfe umfasst wenigstens eine sich im Wesentlichen in Montagerichtung erstreckende Kufe umfasst.
Durch diese Ausgestaltung und insbesondere durch das vier Seiten des Batteriezellenpakets umschließende Batteriemodulgehäuse wird ein Batteriemodul mit geringen Herstellungskosten, einem geringen Bauraumbedarf und vermindertem Gewicht bereitgestellt.
Die Kufe kann in der Form eines Kunststoffbands hergestellt sein.
Vorzugsweise werden die Batteriezellen im Inneren des Batteriezellenpakets vor dem Einschieben des Batteriezellenpakets in das Batteriemodulgehäuse elektrisch verschaltet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist zwischen dem Batteriezellenpaket und dem Batteriemodulgehäuse und/oder zwischen den Batteriezellen ein Spalt gebildet, der zur Temperierung der Batteriezellen mit einem Wärmeleitmedium gefüllt ist. Dabei kann der Spalt so klein wie möglich gebildet sein, um eine effiziente Temperierung der Batteriezellen zu ermöglichen.
Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul wenigstens eine Kopfplatte, die nach dem Einschieben des Batteriezellenpakets zum Verschließen der Öffnung dient.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Einführ-und Positionierungshilfe wenigstens ein Bauteil, das an einem in Montagerichtung zuerst in die Öffnung einzuführenden Ende des Batteriezellenpakets angeordnet ist.
Vorzugsweise weist das Bauteil eine Höhe auf, die kleiner oder gleich einer Höhe der Öffnung ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Bauteil eine Breite auf, die kleiner oder gleich einer Breite der Öffnung ist.
Vorzugsweise weist das Bauteil eine Höhe auf, die größer oder gleich einer Höhe des Batteriezellenpakets ist.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Bauteil eine Breite auf, die größer oder gleich einer Breite des Batteriezellenpakets ist.
Vorzugsweise umfasst das Bauteil eine Einführschräge und/oder eine Fase und/oder einen Radius zur Zentrierung des Batteriezellenpakets in der Öffnung.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Bauteil zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt.
Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul ferner wenigstens zwei Batteriezellenpakete, wobei jedes der Batteriezellenpakete mit dem Bauteil versehen ist, wobei das Bauteil mit einer elektrischen Hochvolt-Anschlusseinrichtung versehen ist, die einen elektrischen Anschluss zu dem Bauteil eines benachbarten Batteriezellenpakets herstellt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung dient das Bauteil zum Schutz der elektrischen Hochvolt-Anschlusseinrichtung.
Vorzugsweise ist die Kufe an dem Bauteil befestigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Einführ-und Positionierungshilfe eine sich im Wesentlichen parallel zur Montagerichtung erstreckende Nut, durch welche die Kufe beim Einführen des Batteriezellenpakets in die Öffnung in Montagerichtung gleitet und geführt wird.
Vorzugsweise ist die Kufe im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst die Einführ-und Positionierungshilfe wenigstens zwei Kufen, die an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses angeordnet sind.
Vorzugsweise umfasst die Einführ-und Positionierungshilfe wenigstens vier Kufen, die paarweise an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses angeordnet sind.
In einer bevorzugten Ausgestaltung umfasst das Batteriemodul wenigstens zwei Batteriezellenpakete, nämlich ein erstes Batteriezellenpaket und ein zweites Batteriezellenpaket, wobei das Batteriemodulgehäuse wenigstens zwei Öffnungen umfasst, wobei das erste Batteriezellenpaket entlang einer ersten Montagerichtung durch eine der Öffnungen in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben ist, wobei das zweite Batteriezellenpaket entlang einer zweiten Montagerichtung durch die andere Öffnung in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben ist und wobei die zweite Montagerichtung entgegengesetzt zur ersten Montagerichtung verläuft.
Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriemoduls werden anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert. Dabei veranschaulicht:

1 eine perspektivische Ansicht eines anmeldungsgemäßen Batteriemoduls nach dem Ausführungsbeispiel.

Die Anmeldung betrifft ein Batteriemodul 20 für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriemodulgehäuse 30 und wenigstens ein Batteriezellenpaket 40, 41. Das Batteriezellenpaket 40, 41 ist in einer Montagerichtung M1, M2 in das Batteriemodulgehäuse 30 eingeschoben und umfasst wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Batteriezellen. Das Batteriemodulgehäuse 30 umschließt das Batteriezellenpaket 40, 41 von vier Seiten und umfasst an zumindest einer der übrigen zwei Seiten eine Öffnung 32, durch welche hindurch das Batteriezellenpaket 40, 41 in Montagerichtung M1, M2 in das Batteriemodulgehäuse 30 eingeschoben ist. Das Batteriemodul 20 umfasst eine Einführ-und Positionierungshilfe 60, die zum Einführen des Batteriezellenpakets 40, 41 in der Montagerichtung M1, M2 und zum Positionieren des Batteriezellenpakets 40, 41 in der Öffnung 32 vor dem Einführen des Batteriezellenpakets 40, 41 in das Batteriemodulgehäuse 30 dient. Die Einführ- und Positionierungshilfe 60 umfasst wenigstens eine sich im Wesentlichen in Montagerichtung M1, M2 erstreckende Kufe 62.
Das Batteriemodul 20 nach dem Ausführungsbeispiel kann insgesamt zwei Batteriezellenpakete 40, 41 umfassen. Die Batteriezellenpakete 40, 41 können hintereinander im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet sein.
Das Batteriemodulgehäuse 30 kann eine einzige Öffnung 32 umfassen und die Batteriezellenpakete 40, 41 können nacheinander und hintereinander durch dieselbe Öffnung 32 in das Batteriemodulgehäuse 30 eingeschoben sein.
Alternativ dazu kann das Batteriemodulgehäuse 30 zwei Öffnungen 32 umfassen, wobei ein erstes Batteriezellenpaket 40 entlang einer ersten Montagerichtung M1 durch eine der Öffnungen 32 in das Batteriemodulgehäuse 30 eingeschoben ist, wobei ein zweites Batteriezellenpaket 41 entlang einer zweiten Montagerichtung M2 durch die andere Öffnung 32 in das Batteriemodulgehäuse 30 eingeschoben ist und wobei die zweite Montagerichtung M2 entgegengesetzt zur ersten Montagerichtung M1 verläuft.
Die Öffnung 32 oder die Öffnungen 32 können jeweils nach dem Einführen der Batteriezellenpakete 40, 41 mittels einer Kopfplatte 50 verschlossen sein.
Die Kopfplatte 50 kann aus Aluminium in Form eines Strangpressprofils gebildet sein. Das Batteriemodulgehäuse 30 kann als ein einteiliges Aluminiumsstrangpressprofil gebildet sein. Das Batteriemodulgehäuse 30 kann mit zwei Kammern 34 ausgebildet sein, wobei die Kammern 34 jeweils durch eine Trennwand 36 voneinander getrennt sein können. Dabei kann jede Kammer 34 jeweils eine Zelle des Batteriezellenpakets 40, 41 aufnehmen.
Die Kufe 62 kann über ihre gesamte Länge im eingeführten Zustand der Batteriezellenpakete 40, 41 einen konstanten Abstand zum Batteriemodulgehäuse 30 aufweisen.
Die Kopfplatte 50 kann formschlüssig und/oder kraftschlüssig und/oder stoffschlüssig mit dem Batteriemodulgehäuse 30 verbunden sein, vorzugsweise verschraubt oder verschweißt sein.
Die Einführ-und Positionierungshilfe 60 kann wenigstens ein Bauteil 64 umfassen, das an einem in Montagerichtung M1, M2 zuerst in die Öffnung 32 einzuführenden Ende 42 des Batteriezellenpakets 40, 41 angeordnet ist.
Das Bauteil 64 kann eine Höhe aufweisen, die kleiner oder gleich einer Höhe der Öffnung 32 ist und/oder eine Breite aufweisen, die kleiner oder gleich einer Breite der Öffnung 32 ist.
Das Bauteil 64 kann ferner eine Höhe aufweisen, die größer oder gleich einer Höhe des Batteriezellenpakets 40, 41 ist und/oder eine Breite aufweisen, die größer oder gleich einer Breite des Batteriezellenpakets 40, 41 ist.
Das Bauteil 64 kann eine Einführschräge und/oder eine Fase und/oder einen Radius zur Zentrierung des Batteriezellenpakets 40, 41 in der Öffnung 32 umfassen.
Das Bauteil 64 kann zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt sein.
Das Batteriemodul 20 kann ferner wenigstens zwei Batteriezellenpakete 40, 41 umfassen, wobei jedes der Batteriezellenpakete 40, 41 mit dem Bauteil 64 versehen ist, wobei das Bauteil 64 mit einer elektrischen Hochvolt-Anschlusseinrichtung versehen ist, die einen elektrischen Anschluss zu dem Bauteil 64 eines benachbarten Batteriezellenpakets 40, 41 herstellt. Dabei kann das Bauteil 64 vor versehentlichem Berühren der Hochvolt-Anschlusseinrichtung schützen.
Die Kufe 62 kann an dem Bauteil 64 und/oder an dem Batteriezellenpaket 40, 41 befestigt sein. Alternativ kann die Kufe 62 auch im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 und im Wesentlichen parallel zur Montagerichtung M1, M2 verlaufen.
Die Einführ-und Positionierungshilfe 60 kann eine sich im Wesentlichen parallel zur Montagerichtung erstreckende Nut umfassen, durch welche die Kufe 62 beim Einführen des Batteriezellenpakets 40, 41 in die Öffnung 32 in Montagerichtung M1, M2 gleitet und geführt wird. Ist die Kufe 62 an dem Bauteil 64 und/oder an dem Batteriezellenpaket 40, 41 befestigt, so ist die Nut im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet. Ist die Kufe 62 im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet, so kann die Nut an dem Bauteil 64 und/oder an dem Batteriezellenpaket 40, 41 angeordnet sein.
Die Kufe 62 kann im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt sein.
Die Einführ-und Positionierungshilfe 60 kann wenigstens zwei Kufen 62 umfassen, die an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets 40, 41 oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet sind. Die Kufen 62 verlaufen im Wesentlichen parallel zur Montagerichtung M1, M2. Komplementär dazu können zwei parallel zur Montagerichtung M1, M2 verlaufende Nuten angeordnet sein, die entweder im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 oder entlang des Batteriezellenpakets 40, 41 verlaufen. Die Einführ-und Positionierungshilfe 60 kann wenigstens vier Kufen 62 umfassen, die paarweise an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets 40, 41 oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet sind. Komplementär dazu können vier parallel zur Montagerichtung M1, M2 verlaufende Nuten angeordnet sein, die entweder im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 oder entlang des Batteriezellenpakets 40, 41 verlaufen. Dabei werden jeweils zwei Kufen 62 und/oder jeweils zwei Nuten an einer Seite des Batteriezellenpakets 40,41 und/oder an einer Seite des Batteriemodulgehäuses 30 angeordnet.
Zwischen dem Batteriemodulgehäuse 30 und den Batteriezellenpaketen 40, 41 und/oder zwischen den einzelnen Batteriezellen der einzelnen Batteriezellenpakete 40, 41 kann ein Spalt ausgebildet sein, der mit Wärmeleitharz oder einem anderen Wärmeleitmedium gefüllt ist.
Ein Batteriezellpaket 40,41 kann beispielsweise aus zwei einzelnen Batteriezellen zusammengesetzt sein. Diese Batteriezellen können beispielsweise prismatische Batteriezellen sein.
Das Batteriemodulgehäuse 30 kann mit einer oder mehreren Kühlplatten 38, insbesondere an zwei gegenüberliegenden geschlossenen Seiten des Batteriemodulgehäuses 30 versehen sein. Die Kühlplatten 38 dienen zum Abführen der durch die Batteriezellen abgegebene Wärme.
Die Einführ-und Positionierungshilfe 60, insbesondere die Kufen 62, das Bauteil 64 und/oder die Nuten können zum Schutz der Batteriezellen und/oder der elektrischen Hochvolt-Anschlusseinrichtung beim Einführen der Batteriezellenpakete 40,41 in das Batteriemodulgehäuse 30 dienen. Die Kufen 62 können ferner zum verspannen der Batteriezellen Pakete 40,41 im Inneren des Batteriemodulgehäuses 30 dienen.
Durch das anmeldungsgemäße Batteriemodul 20 kann ein beschädigungsfreies Einschieben der Batteriezellenpakete 40, 41 mit kleinen Toleranzabständen erfolgen. Ferner wird eine bessere Packageeffizienz erzielt. Das Gewicht des Batteriemoduls 20 und die Herstellungskosten sind reduziert. Durch die Einführ-und Positionierungshilfe 60 kann eine Verkleinerung des Spalts zwischen den Batteriezellenpaketen 40,41 und dem Batteriemodulgehäuse 30 erzielt werden, wodurch eine bessere Ableitung der Wärme erfolgen kann.

Claims

Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriemodulgehäuse (30) und wenigstens ein Batteriezellenpaket (40, 41), wobei das Batteriezellenpaket (40, 41) in einer Montagerichtung (M1, M2) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben ist und wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Batteriezellen umfasst, wobei das Batteriemodulgehäuse (30) das Batteriezellenpaket (40, 41) von vier Seiten umschließt und an zumindest einer der übrigen zwei Seiten eine Öffnung (32) umfasst, durch welche hindurch das Batteriezellenpaket (40, 41) in Montagerichtung (M1, M2) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben ist, und wobei das Batteriemodul (20) eine Einführ-und Positionierungshilfe (60) umfasst, die zum Einführen des Batteriezellenpakets (40, 41) in der Montagerichtung (M1, M2) und zum Positionieren des Batteriezellenpakets (40, 41) in der Öffnung (32) vor dem Einführen des Batteriezellenpakets (40, 41) in das Batteriemodulgehäuse (30) dient und wenigstens eine sich im Wesentlichen in Montagerichtung (M1, M2) erstreckende Kufe (62) umfasst.
Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführ-und Positionierungshilfe (60) wenigstens ein Bauteil (64) umfasst, das an einem in Montagerichtung (M1, M2) zuerst in die Öffnung (32) einzuführenden Ende (42) des Batteriezellenpakets (40, 41) angeordnet ist.
Batteriemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (64) eine Höhe aufweist, die kleiner oder gleich einer Höhe der Öffnung (32) ist und/oder das Bauteil (64) eine Breite aufweist, die kleiner oder gleich einer Breite der Öffnung (32) ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (64) eine Höhe aufweist, die größer oder gleich einer Höhe des Batteriezellenpakets (40, 41) ist und/oder das Bauteil (64) eine Breite aufweist, die größer oder gleich einer Breite des Batteriezellenpakets (40, 41) ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (64) eine Einführschräge und/oder eine Fase und/oder einen Radius zur Zentrierung des Batteriezellenpakets (40, 41) in der Öffnung (32) umfasst.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil (64) zumindest im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Batteriezellenpakete (40, 41), wobei jedes der Batteriezellenpakete (40, 41) mit dem Bauteil (64) versehen ist, wobei das Bauteil (64) mit einer elektrischen Hochvolt-Anschlusseinrichtung versehen ist, die einen elektrischen Anschluss zu dem Bauteil (64) eines benachbarten Batteriezellenpakets (40, 41) herstellt.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufe (62) an dem Bauteil (64) befestigt ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführ-und Positionierungshilfe (60) eine sich im Wesentlichen parallel zur Montagerichtung erstreckende Nut umfasst, durch welche die Kufe (62) beim Einführen des Batteriezellenpakets (40, 41) in die Öffnung (32) in Montagerichtung (M1, M2) gleitet und geführt wird.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kufe (62) im Wesentlichen aus Kunststoff gefertigt ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführ-und Positionierungshilfe (60) wenigstens zwei Kufen (62) umfasst, die an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets (40, 41) oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses (30) angeordnet sind.
Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführ-und Positionierungshilfe (60) wenigstens vier Kufen (62) umfasst, die paarweise an gegenüberliegenden Seiten des Batteriezellenpakets (40, 41) oder an gegenüberliegenden Seiten des Batteriemodulgehäuses (30) angeordnet sind.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch wenigstens zwei Batteriezellenpakete (40, 41), nämlich ein erstes Batteriezellenpaket (40) und ein zweites Batteriezellenpaket (41), wobei das Batteriemodulgehäuse (30) wenigstens zwei Öffnungen (32) umfasst, wobei das erste Batteriezellenpaket (40) entlang einer ersten Montagerichtung (M1) durch eine der Öffnungen (32) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben ist, wobei das zweite Batteriezellenpaket (41) entlang einer zweiten Montagerichtung (M2) durch die andere Öffnung (32) in das Batteriemodulgehäuse (30) eingeschoben ist und wobei die zweite Montagerichtung (M2) entgegengesetzt zur ersten Montagerichtung (M1) verläuft.