DE102018119074A1

DE102018119074A1 - Batteriesystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102018119074A1
Application number: DE102018119074.3A
Authority: DE
Inventors: Jochen Haussmann; Hans Bammann; Michael Schoenberger
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2018-08-06
Filing date: 2018-08-06
Publication date: 2020-02-06
Also published as: WO2020030649A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem (1) zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Basiselement (2) zur Ausbildung eines Gehäuseelements (200), wobei das Basiselement (2) mindestens einen Temperierungsmedienkanal (20) zum Durchfließen mit einem Temperierungsmedium umfasst, wobei das Basiselement (2) einen Befestigungskanal (24) zum Befestigen eines Funktionsmoduls (100) an dem Basiselement (2) bereitstellt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Elektrofahrzeug, insbesondere zur Ausbildung einer Traktionsbatterie oder einer Antriebsbatterie für ein Elektrofahrzeug wie beispielsweise für ein Personenkraftfahrzeug oder für einen Lastwagen.
Stand der Technik
Unter einem Elektrofahrzeug wird vorliegend ein elektrisch angetriebenes Fahrzeug, insbesondere ein rein elektrisch angetriebenes Fahrzeug oder ein Hybridfahrzeug, verstanden. Derartige Fahrzeuge sind mit einem elektrischen Energiespeicher in Form eines Batteriesystems, beispielsweise einer Traktionsbatterie oder einer Antriebsbatterie, ausgestattet, welche die für den Fahrbetrieb notwendige elektrische Energie speichert und bei Bedarf zur Verfügung stellt. Derartige Batteriesysteme sind üblicherweise nicht als Monoblock, sondern modular aus einer Vielzahl von Batteriezellen aufgebaut, die elektrisch miteinander verbunden sind. Für den Aufbau eines Batteriesystems in einem Elektrofahrzeug ist es daher bekannt, Batteriezellen in Funktionsmodulen anzuordnen und diese zu einem Batteriesystem zusammenzubauen. Diese Funktionsmodule werden auch als Batteriemodule bezeichnet.
Die Verwendung von Batteriemodulen beim Aufbau von Traktionsbatterien erhöht die Konfigurierbarkeit von Batteriesystemen und ermöglicht damit die Verwendung vergleichsweise kostengünstiger Standardbatteriezellen. Derartige Batteriesysteme können ferner ein die Funktionsmodule aufnehmendes Gehäuse umfassen. Weiterhin können solche Batteriesysteme elektrische Verschaltungen sowie ein Batteriemanagementsystem umfassen, wobei diese Komponenten ebenfalls im Format eines Funktionsmoduls vorliegen können.
Als Batteriezelle wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine elektrochemische Speicherzelle, vorzugsweise eine Sekundärzelle, verstanden. Der Begriff „Zelle“ kann im Hinblick auf das physikalische Erscheinungsbild der Komponente als kleinste kontaktierbare Baueinheit verstanden werden. Demgegenüber wird unter einem Batteriemodul eine Baueinheit verstanden, welche eine Vielzahl von Batteriezellen zusammenfasst. Als Batteriesystem wird entsprechend eine Baueinheit verstanden, die aus einem oder mehreren zusammengeschalteten Batteriemodulen und eventuell weiteren Funktionsmodulen aufgebaut ist. Das Batteriesystem ist vorzugsweise für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen, kann aber auch in anderen Fahrzeugen oder andere Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
Aus dem Stand der Technik sind Batteriesysteme bekannt, bei welchen ein Gehäuse mit einem Systemboden bereitgestellt wird, wobei die Funktionsmodule zum Aufbau des Batteriesystems mit dem Systemboden des Gehäuses verbunden werden.
Zur Temperierung von Batteriesystemen ist es bekannt, ein Temperierungselement, beispielsweise in Form einer Temperierungsplatte, welche mit einem Temperierungsmedium durchflossene Kanäle aufweist, in dem Batteriesystem vorzusehen. Die Temperierungsplatte kann dabei bevorzugt in direkten Kontakt mit den Batteriezellen oder den die Batteriezellen aufnehmenden Funktionsmodulen gebracht werden, um eine Temperierung der Batteriezellen zu erreichen.
Aus der WO 2017/025592A1 ist ein Batteriesystem mit einem Unterstützungsboden bekannt, welcher von einer Mehrzahl von Kühlmittelkanälen durchzogen ist.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriesystem zum Aufbau einer Traktionsbatterie bereitzustellen, welches eine flexible Skalierung bereitstellt.
Die Aufgabe wird durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, den beigefügten Figuren sowie der vorliegenden Beschreibung.
Entsprechend wird ein Batteriesystem zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend ein Basiselement zur Ausbildung eines Gehäuseelements, wobei das Basiselement mindestens einen Temperierungsmedienkanal zum Durchfließen mit einem Temperierungsmedium umfasst. Erfindungsgemäß stellt das Basiselement einen Befestigungskanal zum Befestigen eines Funktionsmoduls an dem Basiselement bereit.
Dadurch, dass das Basiselement neben dem Temperierungsmedienkanal auch einen Befestigungskanal zur Bereitstellung eines Befestigungsbereichs aufweist, ist es möglich, mittels des Basiselements ein Gehäuseelement des Batteriesystems so aufzubauen, dass die Funktionsmodule einfach, skalierbar und flexibel an dem Basiselement angebracht werden können.
Durch den Befestigungskanal in dem Basiselement kann weiterhin ein Befestigungsraster ausgebildet werden, an dem Funktionsmodule befestigt werden können. Entsprechend können mit den Dimensionen des Befestigungsrasters übereinstimmende Funktionsmodule einfach und effizient an dem Befestigungskanal angebracht werden.
Weiterhin ist es möglich, aufgrund des auf diese Art ausgebildeten Basiselements ein skalierbares und modulares Gehäuseelement auszubilden - beispielsweise einen Bodenabschnitt eines Gehäuses für das Batteriesystem. Mehrere Basiselemente können gemeinsam zum Aufbau des Gehäuseelements verwendet werden, so dass auf dieser Grundlage ein einfacher Aufbau von unterschiedlich dimensionierten Batteriesystemen ermöglicht wird.
Damit ergibt sich, neben dem flexiblen Aufbau, auch eine sehr wirtschaftliche und zuverlässige Ausgestaltung des Batteriesystems, da hier für unterschiedliche aufzubauende Batteriesysteme Gleichteile in Form des Basiselements verwendet werden können.
Das vorgeschlagene Basiselement umfasst dabei die technisch notwendigen Funktionen wie den Temperierungsmedienkanal sowie den Befestigungskanal. Entsprechend kann mit dem Basiselement nicht nur entweder eine flexible Befestigungsfunktion oder nur die Temperierungsfunktion übernommen werden, sondern das Basiselement stellt zumindest diese beiden Funktionen gemeinsam bereit, sodass ein effizienter Aufbau des gesamten Batteriesystems resultiert.
Das Basiselement kann durch ein sich in einer Extrusionsrichtung erstreckendes Strangpressprofil bereitgestellt werden. Damit ergibt sich eine besonders effiziente und kostengünstige Ausbildung des Basiselements. Dabei kann das Strangpressprofil zur Ausbildung des Basiselements für unterschiedlichen Konfigurationen des resultierenden Gehäuseelements entsprechend abgelängt werden. Damit kann ein Typus von Strangpressprofil zum Aufbau unterschiedlich dimensionierter Gehäuseelemente verwendet werden.
Der Temperierungsmedienkanal und der Befestigungskanal erstrecken sich vorzugsweise entlang einer Extrusionsrichtung des Basiselements, so dass sowohl der Temperierungsmedienkanal als auch der Befestigungskanal bereits beim Strangpressen ausgebildet werden und kann damit eine besonders effiziente und flexible Ausbildung des Basiselements resultiert.
Das Basiselement kann entlang der Extrusionsrichtung an einer Seite des Basiselements einen Seitenbereich zur Verbindung mit einem danebenliegenden weiteren Basiselement umfassen. Damit wird eine Verbindung zweier oder mehrerer nebeneinander liegender Basiselemente entlang des Seitenbereichs ermöglicht, so dass auch auf diese Weise eine einfache Skalierung des resultierenden Gehäuseelements erreicht wird.
Es können mindestens zwei Befestigungskanäle vorgesehen sein, die ein Befestigungsraster zum Befestigen von Funktionsmodulen bereitstellen.
Die Bereitstellung des Basiselementes derart, dass ein Befestigungsraster ausgebildet wird, ermöglicht die Befestigung der jeweiligen Funktionsmodule in dem Batteriesystem mit einer sehr hohen Qualität. Durch die Ausbildung des Befestigungsrasters können die Befestigungspositionen zuverlässig vorgegeben werden, so dass im Montagefall sichergestellt ist, dass eine vollständige und positionsgenaue Befestigung des jeweiligen Funktionsmoduls erreicht wird, ohne übermäßig hohe Toleranzanforderungen an das Basiselement stellen zu müssen.
Bevorzugt ist das von einem Basiselement bereitgestellte Befestigungsraster derart ausgebildet, dass pro Basiselement genau ein Funktionsmodul aufgenommen werden kann. Entsprechend kann durch das Fügen mehrerer Basiselemente nebeneinander ein flexibel mit der Anzahl der Funktionsmodule skalierbarer Grundaufbau für das Batteriesystem und dessen Gehäuseelement so erreicht werden, dass toleranzbedingte Abweichungen, welche sich beispielsweise durch Herstellungstoleranzen im Basiselement ergeben, nicht auf die Verbindungsqualität des Funktionsmoduls zurückwirken.
Mindestens zwei Basismodule werden bevorzugt miteinander verschweißt oder mechanisch miteinander gefügt, um auf diese Weise ein Gehäuseelement für das Batteriesystem bereitzustellen. Auf diese Weise kann eine sehr flexible Skalierbarkeit für ein Gehäuseelement des Batteriesystems bereitgestellt werden, mittels welchem sowohl die Befestigungsaspekte als auch Temperierungsaspekte gleichzeitig gelöst werden können.
Um ein effizientes Fügen der Basiselemente zu ermöglichen und gleichzeitig ein effizientes Kühlen der an dem Basiselement über den Befestigungskanal angebrachten Funktionsmodule zu ermöglichen, liegen die Temperierungsmedienkanäle bevorzugt innen in dem Basiselement. Mit anderen Worten sind die Befestigungskanäle aus mechanischen Gründen bevorzugt außen liegend in dem jeweiligen Basiselement angeordnet, wohingegen die Temperierungsmedienkanäle bevorzugt im Innenbereich der jeweiligen Basiselemente angeordnet sind.
Um eine einfache Skalierbarkeit zu erreichen, ist das Basiselement bevorzugt seitlich mit einer Verbindungsstruktur versehen, mittels welcher ein Fügen, beispielsweise über ein Click-Profil, der Basiselemente ermöglicht wird, um dann auf diese Weise das Gehäuseelement auszubilden. Das Basiselement kann dazu beispielsweise in einem Seitenbereich ein erstes Profil und in seinem gegenüberliegenden Seitenbereich ein zweites Profil aufweisen, die komplementär zueinander ausgebildet sind. Zwei nebeneinander angeordnete Basiselemente können dann über diese zueinander komplementären Profile miteinander verbunden werden.
Das Funktionsmodul kann über ein in dem Befestigungskanal aufgenommenes Lastaufnahmeelement an dem Basiselement befestigt sein. Durch das Einsetzen des Lastaufnahmeelements in den Befestigungskanal kann eine sichere und rastergemäße Befestigung des Funktionsmoduls erreicht werden, wobei das Lastaufnahmeelement an einer vorzugebenden Position entlang des Befestigungskanals angeordnet werden kann. Damit wird eine flexible Anbindung des Funktionsmoduls erreicht, obwohl eine relativ einfache Struktur des Basiselements vorliegt.
Das Lastaufnahmeelement kann in einer in den Befestigungskanal eingebrachten Ausfräsung des Basiselements aufgenommen sein, wobei das Lastaufnahmeelement mindestens einen Gewindeabschnitt zur Aufnahme einer Schraubverbindung mit einem Funktionsmodul umfasst. Damit kann das Lastaufnahmeelement an einer beliebigen Position entlang des Befestigungskanals aufgenommen werden und entsprechend das Funktionsmodul befestigen.
Das Lastaufnahmeelement kann beispielsweise in Form eines Nutensteins mit einem Gewinde vorgesehen sein. Dadurch kann erreicht werden, dass eine sehr flexible Anwendung des Basiselements möglich ist, da der Nutenstein in dem Befestigungskanal an einer flexibel vorgegebenen Position aufgenommen werden kann. Dadurch wird erreicht, dass eine sehr stabile mechanische Anbindung des Funktionsmoduls an dem Basiselement ermöglicht wird und gleichzeitig eine flexible Positionierung erreicht wird.
Das Lastaufnahmeelement kann eine Geometrie aufweisen, welche eine Selbstzentrierung innerhalb des Befestigungskanals ermöglicht.
Die Ausfräsung kann einen Aufnahmeabschnitt zum Einführen des Lastaufnahmeelements in den Befestigungskanal und einen Arretierabschnitt zum Halten des Lastaufnahmeelements in dem Befestigungskanal aufweisen.
Das Lastaufnahmeelement kann einen zu dem Befestigungskanal komplementären Querschnitt aufweisen, insbesondere einen zu dem Arretierabschnitt komplementären Querschnitt.
Ein in einem Arretierabschnitt angeordnetes Lastaufnahmeelement kann durch ein in dem Befestigungskanal angeordnetes Blockierelement in seiner Position gehalten sein. Damit kann das Lastaufnahmeelement sicher in dem Befestigungskanal gehalten werden - beispielsweise auch während der Montageschritte.
Mindestens zwei nebeneinander liegende und miteinander verbundene Basiselemente können ein Gehäuseelement in Form eines Bodens des Batteriesystems ausbilden.
Das Basiselement kann eine Breite aufweisen, die geringer ist, als die Breite eines Funktionsmoduls, wobei bevorzugt das Basiselement eine Breite aufweist, die 1% - 10% größer ist, als die Breite des Funktionsmoduls.
Die Dimensionen des Basiselements sind damit bevorzugt so gewählt, dass das Basiselement zumindest in der Ausprägung seiner Ebene üblicherweise nur ein daran anzubringendes Funktionsmodul aufnehmen kann. Mit anderen Worten müssen, wenn mehrere Funktionsmodule nebeneinander vorgesehen sein sollen, auch mehrere Basiselemente nebeneinander angeordnet werden. Dadurch ist es möglich, dass auf jedem Basiselement in seiner Querausdehnung zumindest entlang seiner Breitenerstreckung nur jeweils ein Funktionsmodul aufgenommen ist. Die Verbindung der Funktionsmodule untereinander wird entsprechend über die Basiselemente erreicht, welche ihrerseits über eine mechanische oder stoffschlüssige Verbindung miteinander verbunden werden.
Auf diese Weise lässt sich auch ein Toleranzausgleich dahingehend bereitstellen, dass beim Montieren von Funktionsmodulen jeweils nur eine Verbindung der Basiselemente miteinander stattfindet.
Die Basiselemente werden damit auch immer in Positionen zwischen den einzelnen Funktionsmodulen verbunden, sodass fertigungsbezogene Effekte wie beispielsweise Fertigungstoleranzen und Unebenheiten des Basiselements außerhalb der systemrelevanten Funktionen, also beispielsweise außerhalb der Temperierfunktion sowie außerhalb der Befestigungsfunktion, liegen.
Damit kann die Qualität des Batteriesystems bezüglich seiner Primärfunktionen erhöht werden, wobei gleichzeitig eine hohe Flexibilität beim Aufbau des Batteriesystems aufgrund der bereitgestellten Basiselemente gegeben ist bei gleichzeitig kosteneffizienter Aufbau durch die Verwendung von Strangpressprofilen.
Dadurch, dass die Temperierungsmedienkanäle direkt angrenzend beziehungsweise unterhalb der jeweiligen an dem Basiselement aufgenommenen Funktionsmodule verlaufen, kann sichergestellt werden, dass eine gute Temperierungsleistung erreicht wird.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 eine schematische perspektivische Teildarstellung eines Batteriesystems in einem ersten Ausführungsbeispiel;
2 eine schematische perspektivische Detaildarstellung des in 1 gezeigten Batteriesystems;
3 eine perspektivische Detaildarstellung von zwei nebeneinander angeordneten Basiselementen, wobei in der Darstellung in jedem Basiselement jeweils ein Befestigungskanal und ein Temperierungsmedienkanal gezeigt ist und wobei in jedem Befestigungskanal jeweils ein Aufnahmeelement und ein Blockierelement eingesetzt ist;
4 bis 9 schematische Darstellungen aufeinanderfolgender Schritte zum Einsetzen eines Lastaufnahmeelements in einen Befestigungskanal eines Funktionsmoduls;
10 schematische Draufsicht auf vier in einem Batteriesystem auf Basiselementen montierte Funktionsmodule;
11 schematische perspektivische Ansicht auf an Basiselementen montierte Funktionsmodule;
12 schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Befestigungskanal; und
13 schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein Aufnahmeelement.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist in einer perspektivischen schematischen Ansicht ein Batteriesystem 1 gezeigt, bei welchem ein Funktionsmodul 100 an einem Basiselement 2 befestigt ist. Das Funktionsmodul 100 ist hier lediglich schematisch angedeutet und umfasst beispielsweise mehrere Batteriezellen. Das Funktionsmodul 100 kann in dem in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel als Batteriemodul ausgebildet sein.
Das in den Figuren schematisch gezeigte Funktionsmodul 100 kann auch als Platzhalter für andere Module verstanden werden, die zum Aufbau des Batteriesystems 1 verwendet werden können - wie beispielsweise ein Batteriemanagementmodul, ein Schaltmodul, ein Verkabelungsmodul etc. Das Funktionsmodul 100 ist mit dem Basiselement 2 auf eine in der weiteren Beschreibung beschriebene Weise verschraubt und entsprechend sicher innerhalb des Batteriesystems 1 befestigt.
Das Basiselement 2 dient zur Ausbildung eines Gehäuseelements 200, das in dem gezeigten Ausführungsbeispiel zur Ausbildung eines Bodens des Batteriesystems 1 vorgesehen ist. Damit kann das Basiselement 2 beispielsweise zur Ausbildung des eigentlichen Gehäusebodens eines Gehäuses des Batteriesystems 1 vorgesehen sein. Das Gehäuseelement 200 in Form des Bodens des Batteriesystems 1 wird in dem gezeigten Ausführungsbeispiel durch mehrere nebeneinander angeordnete Basiselemente 2 ausgebildet, die auf eine im Weiteren beschriebene Weise miteinander verbunden sind.
Das Basiselement 2 weist Temperierungsmedienkanäle 20 auf, welche dazu ausgebildet sind, von einem Temperierungsmedium durchströmt zu werden. Mittels des Temperierungsmediums kann auf an sich bekannte Weise eine Temperierung des Basiselements 2 erreicht werden. Das Temperierungsmedium kann beispielsweise gegenüber der Umgebung oder gegenüber der vorliegenden Temperatur des Basiselements 2 wärmer oder kälter sein, um entsprechend eine Temperierung des Basiselements 2 und auf diese Weise auch der an dem Basiselement angeordneten Funktionsmodule 100 des Batteriesystems 1 zu erreichen.
Das Basiselement 2 ist in Form eines Strangpressprofils bereitgestellt, welches sich in eine durch den Pfeil E gekennzeichnete Extrusionsrichtung erstreckt. Das Basiselement 2 weist entsprechend eine Breite b und eine Dicke d auf, welche durch das Strangpressprofil vorgegeben sind. Die Breite b und die Dicke d liegen in einer zur Extrusionsrichtung E senkrechten Ebene und werden durch die Herstellung des Strangpressprofils vorgegeben. In der Extrusionsrichtung E hingegen können durch ein entsprechendes Ablängen des Strangpressprofils im Prinzip beliebige Längen des Basiselements 2 erreicht werden.
Mit anderen Worten lässt sich mittels des Basiselements 2 in der durch das Strangpressprofil ausgebildeten Variante zwar eine vorgegebene Breite b und eine vorgegebene Dicke d des Basiselements 2 vorgeben, die Länge des Basiselements 2 hingegen kann an das jeweils aufzubauende Batteriesystem 1 beliebig angepasst werden.
Die Länge des Basiselements 2 kann dabei beispielsweise durch die Länge eines Funktionsmoduls 100 bestimmt werden. Es können auch zwei oder mehrere Funktionsmodule 100 in Extrusionsrichtung E quasi „hintereinander“ auf einem Basiselement 2 angeordnet werden, so dass die Länge des Basiselements 2 dann mindestens der zusammengesetzten Länge der Funktionsmodule 100 entspricht.
Die Breite b des Basiselements 2 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel so ausgebildet, dass sie in etwa einer Breite B des Funktionsmoduls 100 entspricht. Wie aus den Figuren zu erkennen ist, ist das Basiselement 2 jedoch etwas breiter als das Funktionsmodul 100, so dass das Funktionsmodul 100 mit seinem Fußabdruck völlig auf das Basiselement 2 passt. Durch die gegenüber der Breite B des Funktionsmoduls 100 etwas größeren Breite b des Basiselements 2 kann erreicht werden, dass auch bei einer direkt nebeneinander liegenden Anordnung zweier Basiselemente 2 die darauf angeordneten Funktionsmoduls 100 nicht miteinander kollidieren. Es wird jedoch auch sichergestellt, dass auf jedem Basiselement 2 zumindest in der Breitenrichtung nur ein Funktionsmodul 100 angeordnet ist.
Die Breite b des Basiselements 2 kann ca. 1-10% größer ausgebildet sein, als die Breite B des Funktionsmoduls 100.
Aus der 1 ebenfalls zu erkennen ist, dass das Basiselement 2 einen Seitenbereich 22 aufweist, der zur Verbindung mit einem neben diesem Basiselement 2 angeordneten weiteren Basiselement 2 vorgesehen ist. Der Seitenbereich 22 kann Befestigungselemente bzw. Verbindungselemente umfassen, welche für eine Verbindung mit einem daneben liegenden weiteren Basiselement 2 geeignet sind.
Die Verbindung zweier Basiselemente 2 an ihren Seitenbereichen 22 kann auch durch ein in dem Seitenbereich einstückig mit dem Strangpressprofil ausgebildeten mechanischen Verbindungselement wie beispielsweise einem Click-profil erreicht werden.
In 1 sind drei nebeneinander angeordnete Basiselemente 2 gezeigt, die hier entlang ihrer jeweiligen Seitenbereiche 22 miteinander verbunden sind. Jedes der Basiselemente 2 weist die gleiche Breite b auf und basiert auf dem gleichen Typus des Strangpressprofils.
Entsprechend kann ein modularer Aufbau des Gehäuseelements 200 und insbesondere eines Bodens eines Gehäuses für ein Batteriesystem 1 dadurch ausgebildet werden, dass eine Mehrzahl von Basiselementen 2 nebeneinander angeordnet werden und jeweils an ihren Seitenbereichen 22 miteinander verbunden werden. Die Anordnung eines Funktionsmoduls 100 für den Aufbau des Batteriesystems 1 findet jeweils an einem der Basiselemente 2 statt.
Das Funktionsmodul 100 und/oder andere Funktionsmodule zum Aufbau des Batteriesystems 1 weisen die gleiche Breite B auf. Die Funktionsmodule 100 können auch die gleiche Länge aufweisen, so dass ein modularer und einfach skalierbarer Aufbau eines Batteriesystems 1 durch das Anbringen einer Mehrzahl von Funktionsmodulen 100 auf einer Mehrzahl von Basiselementen 2 erreicht werden kann.
Dadurch ergibt sich auch, dass eine Verbindung der Basiselemente 2 in deren Seitenbereichen 22 immer an Positionen stattfindet, welche nicht bereits von dem jeweiligen Funktionsmodul 100 belegt sind. Damit spielen mögliche Fertigungstoleranzen der Basiselemente 2 beim Extrudieren sowie Herstellungstoleranzen beim Zusammenfügen der Basiselemente 2 zu dem jeweiligen Gehäuseelement 200 des Batteriesystems 1 nur eine untergeordnete Rolle für die mechanische Qualität des auf diese Weise aufgebauten Batteriesystems 1. Mit anderen Worten spielen Fertigungstoleranzen bei der Herstellung der Basiselemente 2 und insbesondere beim Erstellen von Strangpressprofilen für die Basiselemente 2 genauso wenig eine signifikante Rolle, wie Fertigungstoleranzen beim Fügen der Basiselemente 2 nebeneinander zur Herstellung des Gehäuseelements 200.
In dem Basiselement 2 ist nicht nur der Temperierungsmedienkanal 20 vorgesehen, sondern es ist auch mindestens ein Befestigungskanal 24 vorgesehen, welcher sich ebenfalls in Extrusionsrichtung E erstreckt.
Die Befestigungskanäle 24 der Basiselemente 2 bilden ein Befestigungsraster für die Aufnahme von Funktionsmodulen 100 zur Ausbildung des Batteriesystems 1 aus. Da in der Breitenerstreckung jedes Basiselements 2 jeweils stets nur ein Funktionsmodul 100 angeordnet werden kann, ergibt sich entsprechend aus der Anordnung der Befestigungskanäle 24 in dem Basiselement 2 ein Befestigungsraster, welches durch das Fügen weiterer Basiselemente 2 weitergeführt wird.
Die Befestigung des Funktionsmoduls 100 an dem Basiselement 2 findet durch eine Verbindung in dem Befestigungskanal 24 statt.
In dem in den 3-11 gezeigten Ausführungsbeispiel wird dies unter anderem mittels eines Lastaufnahmeelements 3 erreicht, welches in eine entsprechende Ausfräsung 4 in den Befestigungskanal 24 eingesetzt wird, und das Funktionsmodul 100 dann an dem Lastaufnahmeelement 3 verschraubt wird.
Das Lastaufnahmeelement 3 weist Gewindebohrungen 30 auf, in welche Schrauben zur Verschraubung des Funktionsmoduls 100 eingesetzt werden können.
Dadurch, dass die Verschraubung des Funktionsmoduls 100 an dem Lastaufnahmeelement 3 vorgenommen wird, kann auch ein harter Schraubfall erreicht werden, so dass eine zuverlässige Verbindung erreicht wird.
Die Ausfräsung 4, welche in den Befestigungskanal 24 eingebracht ist, weist die beispielsweise in den 4-7 und zu erkennende Form auf. Entsprechend ist ein Aufnahmeabschnitt 40 vorgesehen, welcher in seinen Dimensionen so ausgebildet ist, dass das Lastaufnahmeelement 3 durch den Aufnahmeabschnitt 40 hindurch vollständig von der Außenseite des Basiselements 2 in den Befestigungskanal 24 hinein eingebracht werden kann. Die Ausfräsung 4 weist weiterhin einen Arretierabschnitt 42 auf, welche eine geringere Breite aufweist als der Aufnahmeabschnitt 40 und unter welchen das Lastaufnahmeelement 3 teilweise geschoben wird.
Wie aus den 2 und 3 besonders gut zu erkennen ist, weist der Befestigungskanal 24 einen im Wesentlichen trapezförmigen Querschnitt in einer Ebene senkrecht zur Extrusionsrichtung E auf. Der trapezförmige Querschnitt ist auch noch einmal in der 12 schematisch gezeigt.
Das Lastaufnahmeelement 3 weist einen zu dem Querschnitt des Befestigungskanals 24 komplementären Querschnitt auf, so dass das Lastaufnahmeelement 3 in den Befestigungskanal 24 eingesetzt werden kann.
Durch den trapezförmigen Querschnitt des Befestigungskanals 24 kann erreicht werden, dass eine Zentrierung des Lastaufnahmeelementes 3 bezüglich des Arretierabschnitts 42 der Ausfräsung 4 stattfindet, wenn das Lastaufnahmeelement 3 in dem Befestigungskanal 24 des Basiselementes 2 aufgenommen wird und durch Anziehen einer in die Gewindebohrung 30 aufgenommenen Befestigungsschraube gegen die Oberseite des Basiselements 2 hin, also in Richtung auf das an dem Basiselement 2 zu befestigenden Funktionsmoduls 100, vorgespannt wird. Durch die trapezförmige Ausbildung des Befestigungskanals 24 und die dazu komplementäre Ausbildung des Lastaufnahmeelements 3 kann entsprechend eine Zentrierung bzw. Ausrichtung des Lastaufnahmeelementes 4 erreicht werden, wodurch gleichzeitig auch das Einhalten des durch den Befestigungskanal 24 vorgegebenen Befestigungsrasters erreicht wird und entsprechend eine zentrierte bzw. rastergemäße Befestigung des Funktionsmoduls 100 in dem Befestigungskanal 24 erreicht werden kann.
Auf diese Weise ergibt sich eine flexible Anwendung des Basiselements 2 dahingehend, dass eine Mehrzahl von Basiselementen 2 nebeneinander entlang ihrer jeweiligen Seitenbereiche 22 miteinander verbunden werden kann und gleichzeitig aber eine bezüglich der Ausrichtung in Extrusionsrichtung E flexible, aber bezüglich der Breitenerstreckung in Richtung der Breite b des Basiselements 2 innerhalb der Aufnahmeebene dennoch rastergemäße Aufnahme des Funktionsmoduls 100 erreicht werden kann.
Durch das Bereitstellen des Lastaufnahmeelements 3, welches hier in Form eines Nutensteins bereitgestellt ist, kann weiterhin eine besonders stabile Anbringung des Funktionsmoduls 100 an dem Basiselement 2 erreicht werden, ohne dass das Basiselement 2 selbst besonders aufwändig gefertigt sein müsste. Vielmehr kann das Basiselement 2 als einfaches Strangpressprofil ausgebildet sein und dennoch mittels des Lastaufnahmeelementes 3 eine stabile Anbindung eines Funktionsmoduls 100 mit einem harten Schraubfall erreicht werden - bei gleichzeitig rastergemäßer Ausrichtung.
Das Lastaufnahmeelement 3 kann aus einem anderen Material, bevorzugt aus einem härteren oder zäheren Material, als dem Material des Strangpressprofils zur Ausbildung des Basiselements 2 ausgebildet sein. Das Strangpressprofil kann beispielsweise als Aluminiumprofil ausgebildet sein, wohingegen der Nutenstein beispielsweise aus einem Edelstahl ausgebildet sein kann.
Um das Lastaufnahmeelement 3 in seiner Position zu halten ist ein Blockierelement 5 vorgesehen, welches in dem Aufnahmeabschnitt 40 der Ausfräsung 4 in dem Basiselement 2 aufgenommen und eingesetzt wird. Entsprechend kann auf diese Weise das Lastaufnahmeelement 3 gegen eine Verschiebung aus der Ausfräsung 4 heraus blockiert werden.
Das Lastaufnahmeelement 3 weist neben der komplementären Ausbildung bezüglich des trapezförmigen Profils des Befestigungskanals 24 weiterhin einen erhabenen Abschnitt 32 auf, welcher zu dem Arretierabschnitt 42 der Ausfräsung 4 korrespondierend in diesem aufgenommen werden kann.
Ist das Lastaufnahmeelement 3 vollständig in dem Befestigungskanal 24 aufgenommen, unter den Arretierabschnitt 42 geschoben und mit dem Funktionsmodul 100 verschraubt, so bildet eine Oberfläche 34 des Lastaufnahmeelementes 3, in welcher auch die Gewindebohrungen 30 eingebracht sind, mit der Oberfläche des Basiselements 2 eine im Wesentlichen durchgehende beziehungsweise ebene Oberfläche aus.
Mit anderen Worten hat der erhabene Abschnitt 32 des Lastaufnahmeelementes 3 gegenüber einem darunter angeordneten Anlageabschnitt 36 zum Anlegen an die Unterseite des durch den Arretierabschnitt 42 definierten Bereich im Wesentlichen eine Höhe, welche der Dicke des Materials des Basiselementes 2 im Bereich der Ausfräsung 4 in dem Befestigungskanal 24 entspricht.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Batteriesystem
100: Funktionsmodul
2: Basiselement
20: Temperierungsmedienkanal
22: Seitenbereich
24: Befestigungskanal
200: Gehäuseelement
3: Lastaufnahmeelement
30: Gewindebohrung
32: erhabener Abschnitt
34: Oberfläche
36: Anlageabschnitt
4: Ausfräsung
40: Aufnahmeabschnitt
42: Arretierabschnitt
5: Blockierelement
E: Extrusionsrichtung
b: Breite des Strangpressprofils
d: Dicke des Strangpressprofils
B: Breite des Funktionsmoduls

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2017/025592 A1 [0007]

Claims

Batteriesystem (1) zur Ausbildung einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Basiselement (2) zur Ausbildung eines Gehäuseelements (200), wobei das Basiselement (2) mindestens einen Temperierungsmedienkanal (20) zum Durchfließen mit einem Temperierungsmedium umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) einen Befestigungskanal (24) zum Befestigen eines Funktionsmoduls (100) an dem Basiselement (2) bereitstellt.
Batteriesystem (1) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) durch ein sich in einer Extrusionsrichtung (E) erstreckendes Strangpressprofil bereitgestellt ist.
Batteriesystem (1) gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Temperierungsmedienkanal (20) und der Befestigungskanal (24) entlang einer Extrusionsrichtung (E) des Basiselements (2) erstrecken.
Batteriesystem (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) entlang der Extrusionsrichtung (E) an einer Seite des Basiselements (2) einen Seitenbereich (22) zur Verbindung mit einem danebenliegenden weiteren Basiselement (2) umfasst.
Batteriesystem (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei Befestigungskanäle (24) vorgesehen sind, die ein Befestigungsraster zum Befestigen von Funktionsmodulen (100) bereitstellen.
Batteriesystem (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Funktionsmodul (100) über ein in dem Befestigungskanal (24) aufgenommenes Lastaufnahmeelement (3) an dem Basiselement (2) befestigt ist.
Batteriesystem (1) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastaufnahmeelement (3) in einer in den Befestigungskanal (24) eingebrachten Ausfräsung (4) des Basiselements (2) aufgenommen ist, wobei das Lastaufnahmeelement (3) mindestens einen Gewindeabschnitt (30) zur Aufnahme einer Schraubverbindung mit einem Funktionsmodul (100).
Batteriesystem (1) gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausfräsung (4) einen Aufnahmeabschnitt (40) zum Einführen des Lastaufnahmeelements (3) in den Befestigungskanal (24) und einen Arretierabschnitt (42) zum Halten des Lastaufnahmeelements (3) in dem Befestigungskanal (24) aufweist.
Batteriesystem (1) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Lastaufnahmeelement (3) einen zu dem Befestigungskanal (24) komplementären Querschnitt aufweist, insbesondere einen zu dem Arretierabschnitt (42) komplementären Querschnitt.
Batteriesystem (1) gemäß einem der Ansprüche 6-9, dadurch gekennzeichnet, dass ein in einem Arretierabschnitt (42) angeordnetes Lastaufnahmeelement (3) durch ein in dem Befestigungskanal (24) angeordnetes Blockierelement (5) in seiner Position gehalten ist.
Batteriesystem (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei nebeneinander liegende und miteinander verbundene Basiselemente (2) ein Gehäuselement (200) in Form eines Bodens ausbilden.
Batteriesystem (1) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Basiselement (2) eine Breite (b) aufweist, die geringer ist, als die Breite (B) eines Funktionsmoduls (100), bevorzugt das Basiselement (2) eine Breite (b) aufweist, die 1% - 10% größer ist, als die Breite (B) des Funktionsmoduls (100).