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Die Erfindung betrifft ein für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul, insbesondere ein Hochvolt-Batteriemodul, eine Anordnung eines solchen Batteriemoduls an einem weiteren Element, insbesondere an einem baugleichen Batteriemodul, sowie ein Verfahren zur Verbindung eines solchen Batteriemoduls mit einem weiteren Element, insbesondere mit einem baugleichen Batteriemodul. Für den Antrieb von Fahrzeugen vorgesehene Batteriemodule werden teilweise auch als Traktionsbatteriemodule bezeichnet.
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Mit dem Zellmodul eines für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenen Batteriemoduls im Sinne der Erfindung werden insbesondere Nennspannungen im Bereich von 300 V bis 1200 V bereitgestellt. Das Zellmodul umfasst dazu vorzugsweise zwischen 90 und 120 Batteriezellen, welche jeweils eine Spannung im Bereich von 2 V bis 10 V liefern. Die Leistung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls liegt bei etwa 120 kW bis 480 kW. Bevorzugte Abmessungen eines Batteriemoduls im Sinne der Erfindung liegen bei mindestens 50 x 25 cm, insbesondere in einem Bereich zwischen diesem Wert und 100 cm x 50 cm oder 100 cm x 100 cm. Das Gewicht liegt insbesondere bei mindestens 20 kg, vorzugsweise mindestens 50 kg und kann auch mindestens 80 kg, 90 kg oder mindestens 100 kg betragen.
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Mit einem Fahrzeug sind vorliegend insbesondere Krafträder und Kraftfahrzeuge gemeint, wobei diese Fahrzeuge zumindest in bestimmten Betriebsphasen - oder auch ausschließlich - elektrisch mittels des Batteriemoduls angetrieben werden, d.h. die Erfindung betrifft insbesondere Hybridfahrzeuge oder reine Elektrofahrzeuge.
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Aus
EP 2 708 427 A2 ist ein Fahrzeug-Boden zur Aufnahme von Batterie-Modulen bekannt, die in dem Dokument auch als Energiespeichermodule bezeichnet sind. Die Energiespeichermodule werden in Parzellen jeweils zwischen zwei benachbarten Querträgern beabstandet zueinander angeordnet. Zur elektrischen Kontaktierung ist ein separates Querträger-Kontaktelement vorgesehen.
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Aus
DE 10 2016 217 935 A1 sind eine Traktionsbatterie mit eingeschobenen Batteriemodulen sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie bekannt. Zur Aufnahme der Batteriemodule ist ein Batteriegehäuse mit einem aus Faserkunststoffverbund gebildeten Mehrkammerprofil vorgesehen, wobei das Mehrkammerprofil aus mehreren Einkammer-Hohlprofilen aufgebaut ist. Die elektrische Verschaltung der Batteriemodule erfolgt über eine Grundplatte, auf welcher die Batteriemodule in Modulgruppen angeordnet und befestigt sind. Mehrere Modulgruppen sind über einen klappbaren und abnehmbaren Deckel elektrisch miteinander verschaltet.
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Aus
EP 2 463 162 B1 ist ein System zur Energieversorgung von Elektrofahrzeugen bekannt. Bei diesem System werden Batteriemodule als Wechselbatterien austauschbar in Querrichtung eines Fahrzeuges angeordnet. Die Batteriemodule werden erst nach dem Einsetzen ins Fahrzeug untereinander über fahrzeugseitige Kontakte elektrisch miteinander verbunden. Dazu sind in Aufnahmeräumen für die Batteriemodule Steckkontakte für Leistungsanschlüsse der Batteriemodule vorgesehen, die beim Einschieben der Batteriemodule selbsttätig den elektrischen Kontakt herstellen.
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Aus
DE 10 2009 040 197 A1 sind ein Modulträger für ein Modulsystem und ein Energiespeichermodul für ein Modulsystem bekannt. Dabei ist vorgesehen, dass mehrere Energiespeichermodule über mindestens einen Modulträger miteinander verbunden werden. Der Modulträger und die Energiespeichermodule weisen jeweils korrespondierende Kühlfluidanschlüsse und elektrische Kontakte auf, die miteinander gekoppelt werden. Die Herstellung der Verbindung zwischen den jeweiligen Kühlfluidanschlüssen und den jeweiligen elektrischen Kontakten erfolgt dabei in einer gemeinsamen Steck-Verbindungsrichtung. Eine mechanische Verbindung kann nicht in der gemeinsamen Steck-Verbindungsrichtung erfolgen.
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Aus
DE 10 2017 200 479 A1 ist eine modulare Energiespeichervorrichtung und insbesondere eine Kraftfahrzeugbatterie bekannt. Die Energiespeichervorrichtung umfasst mindestens zwei separate Energiespeichermodule, welche entlang einer Längsachse nebeneinander gestapelt sind. Die Energiespeichermodule sind über Kopplungselemente elektrisch miteinander verbunden, wobei die Kopplungselemente jeweils einen Kühlmediumkanal aufweisen. Das Verbinden der Energiespeichermodule mittels der Kopplungselemente erfolgt durch Stecken entlang der Längsachse. Dabei wird eine elektrische Verbindung, eine Verbindung der Kühlmediumkanäle und eine mechanische Verbindung geschlossen. Eine hohe mechanische Belastung scheint nicht aufgenommen werden zu können.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul, eine Anordnung von mindestens einem solchen Batteriemodul mit einem weiteren Element sowie ein Verfahren zur Verbindung eines solchen Batteriemoduls mit einem weiteren Element zur Verfügung zu stellen, welche die Handhabung und Montage vereinfachen und zu einer sicheren mechanischen Verbindung führen.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein erfindungsgemäßes, für den Antrieb eines Fahrzeuges vorgesehenes Batteriemodul weist mindestens ein Zellmodul auf, in welchem mehrere Batteriezellen angeordnet sind. Ein Zellmodul weist insbesondere zwischen 90 und 120 Batteriezellen auf. Die Batteriezellen sind insbesondere in parallel zueinander verlaufenden Reihen angeordnet, wobei jede Reihe vorzugsweise durch eine Vielzahl von in gleicher Orientierung angeordneten Batteriezellen gebildet ist. Das Batteriemodul weist ferner mindestens eine Kühlmittelfluidführung und mindestens eine elektrische Schnittstelle auf. An mindestens einer Verbindungsseite des Batteriemoduls ist mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit einem anderen Element vorgesehen. Zudem ist an der mindestens einen Verbindungsseite mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit einem anderen Element vorgesehen. Bei der Steck-Elektroverbindung handelt es sich insbesondere um eine Hochvolt (HV)-Verbindung, über welche Spannungen im Bereich von 300 V bis 1200 V übertragen werden können. Alternativ oder in Ergänzung dazu handelt es sich bei der Steck-Elektroverbindung um eine Niedervolt (NV)-Verbindung, über welche die Spannungen einzelner Batteriezellen im Bereich von 2 V bis 10 V übertragen werden und/oder Spannungen einzelner Batteriezellverbünde übertragen werden. Vorzugsweise weist die Steck-Elektroverbindung eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung auf. Die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung weisen die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S auf, insbesondere derart, dass mit einem Steckvorgang eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung gleichzeitig hergestellt werden kann. Es ist ferner ein mechanisches Kopplungsmittel vorgesehen, das eine mechanische Kopplung des Batteriemoduls mit einem anderen Element ermöglicht. Das mechanische Kopplungsmittel weist die gleiche Steckverbindungsrichtung S auf wie die Steck-Elektroverbindung und die Steck-Fluidverbindung. Als mechanisches Kopplungsmittel sind ein Vorsprung und eine Ausnehmung vorgesehen, wobei zur Sicherung der mechanischen Verbindung ein Verriegelungselement dient.
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Die vorgesehenen Kühlmittel-Kopplungsmittel und das mindestens eine Schnittstellen-Kopplungsmittel dienen zur Herstellung einer - vorzugsweise leicht montierbaren - Steckverbindung mit einem anderen Element, insbesondere derart, dass durch einfaches Zusammenschieben des Batteriemoduls mit einem anderen Element sowohl eine Kühlmittelverbindung als auch eine elektrische Verbindung herstellbar ist. Unter einer Verbindung mit einem anderen Element wird vorliegend verstanden, dass das Batteriemodul insbesondere mit einem baugleichen weiteren Batteriemodul, einem anderen Batteriemodul, einem Steuergerät oder einem weiteren Funktionselement mit entsprechend kompatiblen Kopplungsmitteln verbunden wird. Bei dem weiteren Funktionselement kann es sich beispielweise um einen Wärmetauscher oder eine Messvorrichtung handeln.
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Das Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung und das Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung ermöglichen es, in einfacher Weise das Batteriemodul mit einem weiteren Element zu verbinden, indem das Batteriemodul und das weitere Element in Steck-Verbindungsrichtung S aneinander angenähert und die jeweiligen Kopplungsmittel zusammengesteckt werden. Insbesondere kann eine derartige Verbindung automatisiert, ohne zusätzliches Werkzeug und ohne zusätzlich zu montierende zusätzlichen Bauteile einfach und kostengünstig erfolgen.
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Die Steck-Fluidverbindung kann insbesondere wie im Folgenden beschrieben einfach hergestellt werden, wenn das Kühlmittel-Kopplungsmittel als Endabschnitt der Kühlmittelfluidführung gegenüber dem Batteriemodul an der Verbindungsseite hervorragt und das Kühlmittel-Kopplungsmittel eine kleinere oder größere Querschnittserstreckung aufweist als eine korrespondierende Kühlmittelfluidführung eines anderen Elements. In diesem Fall kann das Kühlmittel-Kopplungsmittel mit der Kühlmittelfluidführung des anderen Elements zusammengesteckt werden, insbesondere durch Einstecken eines Elements in das andere Element. An dem Kühlmittel-Kopplungsmittel ist insbesondere mindestens ein O-Ring zur Herstellung einer dichtenden Anordnung vorgesehen. Um ein klemmendes Halten der Steckverbindung vorzusehen, kann diese als Übergangspassung oder Presspassung ausgelegt sein. Insbesondere weist das Kühlmittel-Kopplungsmittel einen - vorzugsweise umlaufenden - Anschlag mit einer Anschlagfläche auf. Ein derartiger Anschlag kann vorteilhaft für die Montage genutzt werden, um eine - weitestgehend unabhängig von dem Kraftniveau und/oder von der Montagegeschwindigkeit während des Zusammensteckens - maschinelle Montage zu realisieren, indem das Batteriemodul und das anderen Element bis zum Anschlag zusammengesteckt werden.
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Das Schnittstellen-Kopplungsmittel ist insbesondere als ein herausragender Kontakt, oder als mehrere herausragende Kontakte, Kontaktstifte bzw. Pins oder alternativ als eine oder mehrere Kontaktöffnungen ausgebildet, welche bei Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit korrespondierenden Kontaktöffnungen oder Kontaktstiften in Eingriff gelangen. Es kann zudem ein separater - insbesondere ein die Kontaktstifte schützender und/oder ein die Kontaktöffnungen und die Kontaktstifte jeweils als eine Einheit bereitstellender - Stecker vorgesehen sein. Wenn beidseitig Stecker vorgesehen sind, werden die entsprechend komplementär ausgebildeten Stecker vorzugsweise beim Zusammenschieben des Batteriemoduls mit dem anderen Element ineinandergesteckt und somit fachgerecht miteinander montiert.
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Eine besonders einfache Handhabung und Montage eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls wird ermöglicht, da ferner ein mechanisches Kopplungsmittel an dem Batteriemodul vorgesehen ist, das eine mechanische Kopplung des Batteriemoduls mit einem anderen Element ermöglicht. Unter einem anderen Element wird insbesondere - wie oben beschrieben - ein baugleiches Batteriemodul, ein anderes Batteriemodul, ein Steuergerät oder ein anderes Funktionselement mit kompatiblen Kopplungsmitteln verstanden.
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Ein mechanisches Kopplungselement dient zur Herstellung einer festen Verbindung des Batteriemoduls mit dem anderen Element, insbesondere derart, dass das Batteriemodul und das andere Element im verbundenen Zustand als eine - insbesondere starre - Baueinheit bewegt und in einem Kraftfahrzeug installiert werden können.
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Die mechanische Kopplung ist ebenfalls als Steckverbindung ausgelegt, welche die gleiche Steckverbindungsrichtung S aufweist wie die Steck-Elektroverbindung und die Steck-Fluidverbindung. Dadurch sind insgesamt drei Kopplungsmittel vorgesehen, wobei durch eine Verbindungshandlung (d.h. durch einen einzigen Verfahrensschritt) sowohl die Steck-Fluidverbindung, die Steck-Elektroverbindung und die mechanische Verbindung herstellbar sind. Wie nachfolgend noch erläutert, ist bzw. wird zur Sicherung der mechanischen Verbindung zusätzlich noch ein Verriegelungselement vorgesehen bzw. verwendet.
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Als mechanisches Kopplungsmittel ist ein Vorsprung und eine Ausnehmung vorgesehen. Der Vorsprung bzw. die Ausnehmung an dem Batteriemodul sind jeweils korrespondierend zu einer Ausnehmung und einem Vorsprung an dem weiteren Element ausgebildet. Vorzugsweise sind der Vorsprung und eine korrespondierende Ausnehmung derart gestaltet, dass der Vorsprung in einem in eine Ausnehmung eingesetzten Zustand (d.h. in Montagelage) mindestens zweiseitig umschlossen ist. Die Gestaltung ist derart, dass der Vorsprung eines Batteriemoduls mit der Ausnehmung eines anderen Batteriemoduls in Eingriff gelangt, während zwei baugleiche Batteriemodule in Steck-Verbindungsrichtung aufeinander zu bewegt und so miteinander gekoppelt werden.
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Zur zusätzlichen oder ausschließlichen Sicherung der mechanischen Verbindung zwischen zwei baugleichen Batteriemodulen oder dem Batteriemodul und einem weiteren Element ist in dem Vorsprung und/oder in einem die Ausnehmung umgebenden Bereich jeweils eine Öffnung derart ausgebildet, dass diese das Einsetzen eines Verriegelungselements erlaubt. In Montagelage, d.h. bei einer Verbindung des Batteriemoduls mit einem weiteren Element, sind die in dem Vorsprung und korrespondierend dazu die in dem die Ausnehmung umgebenden Bereich ausgebildeten Öffnungen miteinander fluchtend angeordnet, so dass das Verriegelungselement beide Öffnungen durchragend angeordnet werden kann. Das Verriegelungselement ist insbesondere als Bolzen oder als Schraube ausgebildet. Vorzugsweise ist das Verriegelungselement als Hülse ausgebildet. Eine Hülse bietet den Vorteil, dass in diese nach dem Einsetzen noch zusätzlich eine Schraube eingebracht werden kann, welche beispielsweise zur Verbindung des Batteriemoduls mit dem Fahrzeug nutzbar ist.
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Insgesamt kann festgehalten werden, dass ein erfindungsgemäßes Batteriemodul gleichzeitig eine einfache Herstellung von mindestens zwei verschiedenen Verbindungstypen durch Stecken ermöglicht, nämlich insbesondere die Herstellung einer elektrischen Steck-Elektroverbindung sowie die Herstellung einer Steck-Fluidverbindung für ein Kühlmittel.
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In einer praktischen Ausführungsform ist das Zellmodul fest mit mindestens einem separaten Profilelement verbunden, an dessen Stirnseite Kühlmittel-Kopplungsmittel und/oder Schnittstellen-Kopplungsmittel vorgesehen sind. Insbesondere ist das Profilelement als Hohlprofil ausgebildet, welches selbst als Kühlmittelfluidführung dienen kann und/oder in welchem Fluidleitungen und/oder elektrische Leitungen vorgesehen sein können, d.h. angeordnet oder ausgebildet sein können. Als Profilelement kann vorzugsweise ein kostengünstiges Strangpressprofil dienen, insbesondere aus Aluminium. In einem solchen Strangpressprofil können in einfacher Art und Weise Hohlräume ausgebildet oder vorgesehen sein, um darin das Kühlmittelfluid zu führen. Alternativ oder in Ergänzung dazu können eine Leitung oder mehrere Leitungen in einem solchen Strangpressprofil angeordnet sein.
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Insbesondere ist das mindestens eine Profilelement mit dem Zellmodul verschraubt. Es ist vorzugsweise so gestaltet und angeordnet, dass es als Schutz des Zellmoduls vor mechanischer Beschädigung oder sonstigen Einflüssen dient, insbesondere jeweils im Bereich von einer oder mehreren Seitenflächen, vorzugsweise auf im Bereich von zwei gegenüberliegenden Seitenflächen.
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Die Kühlmittelführung erfolgt insbesondere in dem mindestens einen Profilelement außenseitig des Zellmoduls über durchgehende Fluidleitungen. Zur Kühlung der Batteriezellen innerhalb des Zellmoduls zweigen Fluidleitungen ab und leiten das Kühlmittel in einen Bereich benachbart der Batteriezellen durch das Zellmodul und/oder entlang des Zellmoduls.
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Wie vorstehend schon erwähnt, sind an dem erfindungsgemäßen Batteriemodul insbesondere mindestens zwei Profilelemente jeweils außenseitig des Zellmoduls vorgesehen. Vorzugsweise sind die mindestens zwei Profilelemente auf gegenüberliegenden Seiten des Zellmoduls angeordnet. Die Profilelemente sind in diesem Fall insbesondere fest mit dem Zellmodul verbunden, und an jedem der Profilelemente sind stirnseitig zumindest ein Kühlmittel-Kopplungsmittel und/oder ein Schnittstellen-Kopplungsmittel vorgesehen. Insbesondere kann in einem der Profilelemente eine Zuführleitung für ein Kühlmittel und in dem anderen Profilelement eine Abführleitung für das Kühlmittel derart angeordnet sein, dass das Kühlmittel ausgehend von dem einen Profilelement mit der Zuführleitung durch das Zellmodul in Richtung des anderen Profilelements mit der Abführleitung strömt. Durch die Anordnung von mindestens zwei Profilelementen, welche insbesondere nicht an den Verbindungsseiten des Batteriemoduls angeordnet sind, wird das Batteriemodul besonders gut vor Beschädigungen geschützt.
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Als weitere mechanische Kopplungsmittel sind insbesondere Steckelemente vorgesehen, wie beispielsweise mindestens ein federelastisches Rastelement, welches in eine korrespondierende Ausnehmung mit entsprechenden Absätzen bzw. Hinterschneidungen eingreift.
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Die Erfindung betrifft auch eine Anordnung von mindestens einem wie vorstehend beschriebenen Batteriemodul und einem weiteren Element. Als weiteres Element ist wiederum insbesondere ein baugleiches Batteriemodul, ein anderes Batteriemodul, ein Steuergerät oder ein anderes Funktionselement vorgesehen. An mindestens einer Verbindungsseite des weiteren Elements sind mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit dem Batteriemodul und mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit dem Batteriemodul vorgesehen. Bei der Steck-Elektroverbindung handelt es sich insbesondere um eine HV-Verbindung oder optional um eine HV-Verbindung und eine NV-Verbindung. Die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung weisen die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S auf. Eine Verbindungsseite des Batteriemoduls ist derart zu einer Verbindungsseite des weiteren Elements orientiert angeordnet, dass eine unmittelbare Steck-Fluidverbindung und eine unmittelbare Steck-Elektroverbindung zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Element hergestellt sind. Vorzugsweise sind die Verbindungsseiten des Batteriemoduls und des weiteren Elements derart orientiert angeordnet, dass die Verbindungsseiten unmittelbar aneinander anliegend angeordnet sind. Zusätzlich zu der Steck-Elektroverbindung und der Steck-Fluidverbindung ist über mindestens ein mechanisches Kopplungsmittel eine mechanische Verbindung zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Element hergestellt. Die mechanische Verbindung erfolgt über einen wie vorstehend beschriebenen Vorsprung und eine korrespondierende Ausnehmung. Der Vorsprung und der die Ausnehmung umgebende Bereich weisen eine Öffnung auf, die jeweils miteinander fluchtend ausgerichtet sind, wobei diese Öffnungen zusätzlich von einem Verriegelungselement durchragt werden.
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Eine erfindungsgemäße Anordnung eines Batteriemoduls mit einem weiteren Element ist damit in einfacher Weise durch Zusammenstecken in Steck-Verbindungsrichtung herstellbar. Für weitere Vorteile einer erfindungsgemäßen Anordnung wird auf die vorangegangene Beschreibung verwiesen.
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Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Verbindung eines wie vorstehend beschriebenen Batteriemoduls mit einem weiteren Element. Zur Definition des weiteren Elements wird auf die vorstehende Beschreibung verwiesen. An mindestens einer Verbindungsseite des weiteren Elements sind mindestens ein Kühlmittel-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung mit dem Batteriemodul und mindestens ein Schnittstellen-Kopplungsmittel zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung mit dem Batteriemodul vorgesehen, wobei die Steck-Fluidverbindung und die Steck-Elektroverbindung die gleiche Steck-Verbindungsrichtung S aufweisen. Zur Herstellung der Verbindung werden das Batteriemodul und das weitere Element in Steck-Verbindungsrichtung S relativ zueinander derart bewegt, dass eine Steck-Fluidverbindung und eine Steck-Elektroverbindung hergestellt wird. Insbesondere werden zur Herstellung aller Steck-Verbindungen lediglich eine Verbindungsseite des Batteriemoduls und eine dazu kompatible Verbindungsseite des weiteren Elements aufeinander zu bewegt und optional auch zur unmittelbaren Anlage aneinander gebracht. Bei dem Verfahren wird zusätzlich eine mechanische Verbindung zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Element hergestellt. Dazu weisen das Batteriemodul und das weitere Element insbesondere kompatible mechanische Kopplungsmittel auf, nämlich einen Vorsprung und eine Ausnehmung. Zusätzlich wird die mechanische Verbindung vor einem unbeabsichtigten Lösen gesichert, indem ein Verriegelungselement in eine in dem Bereich um die Ausnehmung ausgebildete Öffnung und eine in dem Vorsprung ausgebildete Öffnung durchragend angeordnet wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere automatisiert erfolgen, indem jeweils das Batteriemodul und das weitere Element mittels eines Roboters gegriffen (gehalten) und relativ zueinander in Steck-Verbindungsrichtung S aufeinander zu bewegt werden.
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Weitere Vorteile und praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
- 1 eine erfindungsgemäße Anordnung von erfindungsgemäßen Batteriemodulen und einem Steuergerät vor der Herstellung einer Steckverbindung,
- 2 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul in einer Explosionsansicht,
- 3 den mit III gekennzeichneten Ausschnitt aus 1 in einer perspektivischen Ansicht aus Blickrichtung gemäß Pfeil III in 1,
- 4 das erfindungsgemäße Batteriemodul aus 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht auf eine erste Verbindungsseite,
- 5 das erfindungsgemäße Batteriemodul aus 1 und 2 in einer perspektivischen Ansicht auf eine zweite Verbindungsseite,
- 6 die Anordnung zweier Batteriemodule gemäß 1 nach Herstellung einer Steckverbindung in einer Schnittdarstellung durch ein erstes Profilelement,
- 7 die Anordnung zweier Batteriemodule gemäß 1 nach Herstellung einer Steckverbindung in einer Schnittdarstellung analog zu Linie VII-VII aus 6,
- 8 die Anordnung zweier Batteriemodule gemäß 1 vor einer Herstellung einer SteckVerbindung in einer ersten perspektivischen Ansicht und
- 9 die Anordnung zweier Batteriemodule gemäß 1 vor einer Herstellung einer SteckVerbindung in einer zweiten perspektivischen Ansicht.
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In 1 sind drei baugleiche Batteriemodule 10 und ein Steuergerät 12 vor der Herstellung der jeweiligen Steckverbindungen dargestellt. Zur Herstellung der Steckverbindungen werden die Batteriemodule 10 und das Steuergerät 12 in Steckverbindungsrichtung S aufeinander zu bewegt. Jedes Batteriemodul 10 weist eine erste Verbindungsseite 14 und eine gegenüberliegende zweite Verbindungsseite 16 auf, wobei jeweils korrespondierende Verbindungsseiten 14, 16 bei einer Verbindung der Batteriemodule 10 zur Anlage kommen. Das Steuergerät 12 weist ebenfalls eine erste Verbindungsseite 14 auf, welche mit einer korrespondierenden zweiten Verbindungsseite 16 eines Batteriemoduls 10 unmittelbar zur Anlage kommt. Die beiden zusätzlich dargestellten Batteriemodule 10 und das Steuergerät 12 sind weitere Elemente 58 im Sinne der Erfindung.
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In Zusammenhang mit 2 wird im Folgenden zunächst im Detail auf den Aufbau eines Batteriemoduls 10 eingegangen.
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Das Batteriemodul 10 umfasst ein Zellmodul 18, in welchem eine Vielzahl von Batteriezellen 20 (nur eine Batteriezelle ist vorliegend exemplarisch mit einem Bezugszeichen versehen) angeordnet ist. Vorliegend sind ca. 100 plattenartige Batteriezellen 20 jeweils hintereinander in einer Reihe angeordnet, wobei eine Vielzahl von solchen Reihen nebeneinander vorgesehen sind. Die Batteriezellen 20 sind in dem Zellmodul 18 von einem Gehäuse 22 umgeben. Das Gehäuse 22 ist zumindest an einer in 2 gezeigten Unterseite als Hohlprofil ausgebildet und weist mehrere Kammern 24 auf (vgl. auch 6 und 7). Zur Festlegung der Position der Batteriezellen 20 in dem Gehäuse 22 und zur Abdichtung ist jeweils eine Dichtplatte 26 rechts und links der Batteriezellen 20 innerhalb des Gehäuses 22 vorgesehen.
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An den Längsseiten des Gehäuses 22 ist jeweils ein erstes Profilelement 28 angeordnet, welches sich über die gesamte Höhe und Länge des Gehäuses 22 erstreckt. Das erste Profilelement 28 ist als Hohlprofil ausgebildet und weist an seinen Stirnseiten 30 mechanische Kopplungsmittel 32 auf. Auf diese wird im Detail in Verbindung mit 3 bis 6 und 8 eingegangen. Seitlich des ersten Profilelements 28 ist ein zweites Profilelement 34 angeordnet, welches eine L-förmige Geometrie aufweist. Das zweite Profilelement 34 ist ebenfalls als Hohlprofil ausgebildet und weist mehrere Hohlräume 72 auf. Das erste Profilelement 28 und das zweite Profilelement 34 sind mittels Schrauben 36 gemeinsam an dem Gehäuse 22 festgelegt (vgl. auch 3 und 6).
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In den jeweils zweiten Profilelementen 34 ist eine Kühlmittelfluidführung 38 ausgebildet, wobei vorliegend jeweils eine Fluidleitung 40, 42 in einem Hohlraum 72 des zweiten Profilelements 34 angeordnet ist. Die eine Fluidleitung 40 dient als Zuführleitung für Kühlmittel und die andere Fluidleitung 42 als Abführleitung für Kühlmittel. Die Fluidleitungen 40,42 weisen jeweils umlaufende Kragen 44 auf, mittels welchen eine feste Relativposition der Fluidleitungen 40, 42 in dem zweiten Profilelement 38 bewirkt wird. Die Fluidleitungen 40, 42 für das Kühlmittel weisen jeweils Anschlüsse 46 zur Anbindung eines Kühlmittelverteilelements 48 auf, über welche das Kühlmittel in die Kammern 24 des Gehäuses 22 geleitet wird und damit die Batteriezellen 20 von unten gekühlt werden.
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Zudem weist das Batteriemodul 10 eine elektrische Schnittstelle 50 zur Kontaktierung der Batteriezellen 20 auf (vgl. 4). Dazu sind vorliegend Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 (vgl. 4 und 7) und ein Stecker 54 zur Herstellung einer Steck-Elektroverbindung vorgesehen. In dem Gehäuse 22 ist an der jeweiligen Verbindungsseite 14, 16 eine Öffnung 56 ausgebildet, über welche die Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 zugänglich sind.
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In Verbindung mit den 3 bis 9 wird im Folgenden die Herstellung der Verbindung eines Batteriemoduls 10 mit einem weiteren Element 58, wie vorliegend einem baugleichen Batteriemodul 10 oder dem Steuergerät 12 beschrieben. Die Batteriemodule 10 bzw. ein Batteriemodul 10 und das Steuergerät 12 weisen dabei drei Verbindungstypen auf: eine Steck-Fluidverbindung, eine Steck-Elektroverbindung und eine mechanische Verbindung. Alle drei Verbindungen werden durch Relativbewegung in Steck-Verbindungsrichtung S hergestellt bzw. gelöst.
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Zunächst wird die Herstellung einer Steck-Fluidverbindung näher erläutert. Das Batteriemodul 10 weist zur Herstellung einer Steck-Fluidverbindung Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 auf (vgl. 3 und 9). Bei dem Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 handelt es sich um einen gegenüber dem übrigen Batteriemodul 10 in Steckverbindungsrichtung S hervorragenden Abschnitt der Fluidleitung 40, 42 für das Kühlmittel. Das Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 ist vorliegend sowohl an der Zuführleitung 40 als auch an der Abführleitung 42 für Kühlmittel an der ersten Verbindungsseite 14 an der Stirnseite 30 des zweiten Profilelements 34 angeordnet. Das Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 weist einen gegenüber der übrigen Fluidleitung 40, 42 geringeren Durchmesser auf und kann damit in eine korrespondierende Fluidleitung 40, 42 eines weiteren Elements 58 an der zweiten Verbindungsseite 16 eingesteckt werden. Wie in 9 gut erkennbar, weist das Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 ferner einen umlaufenden Anschlag 62 auf, welcher bei Herstellung der Steckverbindung mit einem Anschlag 64 an der zweiten Verbindungsseite 16 zur Anlage kommt. Zudem sind zur Herstellung einer dichten Verbindung zwei O-Ringe 66 an dem Kühlmittel-Kopplungsmittel 60 angeordnet.
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Zur Herstellung der Steck-Elektroverbindung weist das Batteriemodul 10 eine elektrische Schnittstelle 50 mit Schnittstellen-Kopplungsmitteln 52 auf (vgl. 1, 4 und 7). Vorliegend weist das Batteriemodul 10 sowohl an der ersten Verbindungsseite 14 als auch an der zweiten Verbindungsseite 16 als Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 hervorragende Kontakte 68, 70 bzw. Pins auf (die Kontakte sind hier nur an der ersten Verbindungsseite in 4 dargestellt) und ist insoweit als männlicher Stecker („Männchen“) ausgeführt. Die Kontakte 68, 70 sind innerhalb des Gehäuses 22 und gegenüber diesem zurückversetzt angeordnet. In 7 ist zu erkennen, dass die Schnittstellen-Kopplungsmittel 52 mehrere Kontakte 68 zur Herstellung einer Niedervolt (NV)-Verbindung aufweisen sowie einen Kontakt 70 zur Herstellung einer Hochvolt (HV)-Verbindung.
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Die Steck-Elektroverbindung erfolgt unter Einsatz eines separaten Steckers 54, welcher jeweils an der zu der ersten Verbindungsseite 14 und an der zu der zweiten Verbindungsseite 16 orientierten Seite Kontaktöffnungen 74, 76 korrespondierend zu den Kontakten 68 für die NV-Verbindung und dem Kontakt 70 für die HV-Verbindung aufweist. Der Stecker 54 ist damit als doppelter weiblicher Stecker („Doppel-Weibchen“) ausgeführt. Die Steck-Elektroverbindung erfolgt in dem in 3 und 8 gezeigten Beispiel derart, dass der Stecker 54 in Steck-Verbindungsrichtung S auf die Kontakte 68, 70 der zweiten Verbindungsseite 16 eines Batteriemoduls 10 aufgesteckt wird und in einem zweiten Schritt mit den Kontakten 68, 70 auf der ersten Verbindungsseite 14 des weiteren Elements 58 gesteckt wird.
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Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Kühlmittel-Kopplungsmitteln 60 und Schnittstellen-Kopplungsmitteln 52 sind noch mechanische Kopplungsmittel 32 vorgesehen. Wie in 6 und 8 gut zu erkennen ist, weist jeweils die erste Verbindungsseite 14 eines Batteriemoduls 10 bzw. des Steuergeräts 12 einen Vorsprung 78 auf und die zweite Verbindungsseite 16 eines weiteren Batteriemoduls 10 bzw. eines weiteren Elements 58 eine korrespondierende Ausnehmung 80. Der Vorsprung 78 wird in der Ausnehmung 80 aufgenommen und von zwei Seiten - hier oben und unten - umschlossen (vgl. 6 und 7).
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In dem Vorsprung 78 sowie in dem die Ausnehmung 80 umgebenden Bereich sind jeweils Öffnungen 82 ausgebildet (vgl. 4 und 5). Bei einer Verbindung zweier Batteriemodule 10 oder eines Batteriemoduls 10 mit dem Steuergerät 12 sind diese Öffnungen 82 fluchtend zueinander angeordnet und von einem Verriegelungselement 84 durchragt. Bei dem Verriegelungselement 84 handelt es sich vorliegend um eine Hülse (vgl. 6 und 7). Die Hülse weist ein Außengewinde auf und kann zudem von einer Schraube zur Befestigung der Batteriemodule 10 an einem Fahrzeug durchragt werden.
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Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriemodul
- 12
- Steuergerät
- 14
- erste Verbindungsseite
- 16
- zweite Verbindungsseite
- 18
- Zellmodul
- 20
- Batteriezelle
- 22
- Gehäuse
- 24
- Kammer
- 26
- Dichtplatte
- 28
- erstes Profilelement
- 30
- Stirnseite
- 32
- mechanisches Kopplungsmittel
- 34
- zweites Profilelement
- 36
- Schraube
- 38
- Kühlmittelfluidführung
- 40
- Fluidleitung
- 42
- Fluidleitung
- 44
- Kragen
- 46
- Anschluss
- 48
- Kühlmittelverteilelement
- 50
- elektrische Schnittstelle
- 52
- Schnittstellen-Kopplungsmittel
- 54
- Stecker
- 56
- Öffnung
- 58
- weiteres Element
- 60
- Kühlmittel-Kopplungsmittel
- 62
- Anschlag
- 64
- Anschlag
- 66
- O-Ring
- 68
- Niedervolt-Kontakt
- 70
- Hochvolt-Kontakt
- 72
- Hohlraum
- 74
- Kontaktöffnung (NV)
- 76
- Kontaktöffnung (HV)
- 78
- Vorsprung
- 80
- Ausnehmung
- 82
- Öffnung
- 84
- Verriegelungselement
