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Die Erfindung betrifft einen Zellverbinder für ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs zum elektrischen Verbinden von Zellpolen von zumindest zwei, in einer Stapelrichtung zu einem Zellblock gestapelten Batteriezellen. Die Erfindung betrifft außerdem ein Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltenergiespeicher für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, beispielsweise Elektrofahrzeuge oder Hybridfahrzeuge. Solche Kraftfahrzeuge weisen im Antriebsstrang üblicherweise eine elektrische Maschine bzw. einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs sowie die Hochvoltbatterie auf, welche elektrische Energie für die elektrische Maschine bereitstellt. Hochvoltbatterien umfassen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriemodulen, wobei jedes Batteriemodul einen Zellblock mit einer Vielzahl von, beispielsweise hintereinander gestapelten, Batteriezellen aufweist. Dabei sind die Batteriezellen innerhalb eines Zellblocks seriell und/oder parallel miteinander verschaltet, indem die entsprechenden Zellpole benachbarter Batteriezellen über Zellverbinder elektrisch verbunden sind. Im Betrieb der Batterie können diese Batteriezellen, beispielsweise abhängig von ihrem jeweiligen Ladezustand, ihr Volumen verändern, sodass die Zellpole zweier benachbarter Batteriezellen ihre relative Lage zueinander verändern.
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Um dennoch eine zuverlässige und dauerhafte Kontaktierung der Zellpole zu gewährleisten, ist es aus dem Stand der Technik, beispielsweise der
DE 10 2006 015 566 A1 , bekannt, den Zellverbinder längenveränderlich zu gestalten. Der Zellverbinder kann zu diesem Zweck bogenförmig ausgebildet sein und auf den die Zellpole aufweisenden Oberseiten der Batteriezellen angeordnet sein. Ein solcher bogenförmiger Zellverbinder wirkt sich jedoch negativ auf ein z-Maß der Hochvoltbatterie aus. Das heißt, dass eine Höhe des Batteriemoduls und damit eine Höhe der Hochvoltbatterie durch die Zellverbinder vergrößert werden, sodass die Hochvoltbatterie einen hohen Platzbedarf im Kraftfahrzeug aufweist. Aus der
EP 2 819 217 A1 ist ein Batteriesystem mit einem Zellverbinder bekannt, welcher zumindest bereichsweise seitlich am Batteriesystem angeordnet ist. Der Zellverbinder wird hergestellt, indem ein erster Abschnitt aus Aluminium und ein zweiter Abschnitt aus Kuper durch ein elektromagnetisches Pulverschweißverfahren in einer Zellverbinder-Fügefläche miteinander gefügt werden. Ein solcher Zellverbinder ist aufwändig zu fertigen und weist insbesondere an der Fügefläche eine hohe Korrosionsanfälligkeit auf.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen besonders einfach zu fertigenden und langlebigen Zellverbinder für ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Zellverbinder, ein Batteriemodul, ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßer Zellverbinder für ein Batteriemodul einer Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs dient zum elektrischen Verbinden von Zellpolen von zumindest zwei, in einer Stapelrichtung zu einem Zellblock gestapelten Batteriezellen. Der Zellverbinder ist als eine einteilige, L-Profil-förmige und senkrecht zur Stapelrichtung bereichsweise geschlitzte Winkelleiste ausgebildet, welche an einer sich in der Stapelrichtung erstreckenden, zwischen einer die Zellpole aufweisenden Oberseite und einem Seitenbereich des Zellblocks gebildeten Kante anordenbar ist. Der Zellverbinder weist einen ersten Winkelbereich, welcher parallel zu einer mit der Oberseite korrespondierenden ersten Ebene orientiert ist, und einen zweiten Winkelbereich, welcher parallel zu einer mit dem Seitenbereich korrespondierenden zweiten Ebene orientiert ist, auf. Der erste Winkelbereich weist zumindest zwei, durch einen Schlitz separierte streifenförmige Kontaktelemente zum Kontaktieren der Zellpole der Batteriezellen auf. Der zweite Winkelbereich weist ein streifenförmiges Verbindungselement zum elektrischen und mechanischen Verbinden der streifenförmigen Kontaktelemente auf.
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Der Zellverbinder ist insbesondere für eine Hochvoltbatterie vorgesehen, welche mehrere Batteriemodule umfassen kann. Diese Hochvoltbatterie kann beispielsweise eine Traktionsbatterie sein, welche elektrische Energie für einen Antrieb eines als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bereitstellt. Die Batteriemodule der Hochvoltbatterie können in einem Batteriegehäuse angeordnet sein und dort miteinander verschaltet sein. Die Batteriemodule weisen dabei jeweils einen Zellblock mit einer vorbestimmten Anzahl an Batteriezellen auf. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere prismatische Batteriezellen, welche jeweils die Form eines flachen Quaders aufweisen. Die Batteriezellen weisen jeweils eine Unterseite und eine der Unterseite in einer Hochrichtung gegenüberliegende Oberseite auf. An der Oberseite der Batteriezelle sind die Zellpole bzw. Zellterminals der Batteriezelle, ein Minuspol und ein Pluspol, angeordnet. Außerdem weisen die Batteriezellen jeweils eine Frontseite und eine Rückseite sowie zwei gegenüberliegende Seitenbereiche auf. Die Batteriezellen werden dabei in der Stapelrichtung gestapelt, indem die Frontseite einer Batteriezelle angrenzend an die Rückseite einer im Zellblock vorherigen Batteriezelle angeordnet wird. Die Stapelrichtung entspricht somit einer Tiefenrichtung der Batteriezellen. Die gestapelten Batteriezellen können dabei in einem Rahmen zum Verpressen der Batteriezellen angeordnet sein.
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Der Zellblock ist durch die gestapelten, prismatischen Batteriezellen quaderförmig ausgebildet. Die Oberseite des Zellblocks wird dabei durch die Oberseiten der Batteriezellen gebildet. Eine Unterseite des Zellblocks wird durch die Unterseiten der Batteriezellen gebildet. Die Seitenbereiche des Zellblocks werden durch die Seitenbereiche der Batteriezellen gebildet. Eine Frontseite des Zellblocks wird durch die Frontseite der in Stapelrichtung ersten Batteriezelle des Zellblocks gebildet und die Rückseite des Zellblocks wird durch die Rückseite der in Stapelrichtung letzten Batteriezelle des Zellblocks gebildet. Die Zellpole der Batteriezellen erstrecken sich dabei auf der Oberseite des Zellblocks in der Stapelrichtung parallel zu den zwei gegenüberliegenden Kanten, welche zwischen den zwei gegenüberliegenden Seitenbereichen und der Oberseite des Zellblocks ausgebildet sind.
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Zum elektrischen Verbinden der Zellpole von zumindest zwei benachbarten Batteriezellen wird die geschlitzte Winkelleiste verwendet. Vorzugsweise ist die geschlitzte Winkelleiste, insbesondere vollständig, aus Aluminium gebildet. Die Winkelleiste ist einteilig bzw. einstückig ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Winkelleiste keine Fügestellen aufweist, sondern aus einem Stück geformt ist. Die Winkelleiste weist den ersten, ebenen Winkelbereich zum Anordnen parallel zu der Oberseite des Zellblocks und den zweiten, ebenen Winkelbereich zum Anordnen parallel zu einem der Seitenbereiche des Zellblocks auf. Insbesondere ist dabei die erste Ebene des ersten Winkelbereiches senkrecht zur zweiten Ebene des zweiten Winkelbereiches ausgebildet. Die beiden Winkelbereiche bilden also eine Winkelleiste mit einem L-förmigen Profil aus.
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Der erste Winkelbereich ist dabei mit zumindest einem Schlitz versehen, welcher sich im angeordneten Zustand des Zellverbinders an dem Zellblock senkrecht zur Stapelrichtung und parallel zu der der Oberseite des Zellblocks erstreckt. Der Schlitz separiert zwei Abschnitte des ersten Winkelbereichs voneinander, sodass die zwei streifenförmigen, flachen Kontaktelemente entstehen. Eine Länge und eine Breite der Kontaktelemente sind dabei deutlich größer als eine Dicke der Kontaktelemente. Die Kontaktelemente weisen insbesondere die gleichen Abmessungen auf. Diese streifenförmigen Kontaktelemente sind dabei einseitig mit dem ebenfalls flachen, streifenförmigen Verbindungselement verbunden, welches sich in dem zweiten Winkelbereich befindet. Der erste, geschlitzte Winkelbereich und der zweite Winkelbereich bilden somit eine gewinkelte Kammstruktur aus. Durch den zumindest einen Schlitz zwischen den Kontaktelementen ist die Winkelleiste in der Stapelrichtung flexibel bzw. beweglich ausgebildet. Bei einer Bewegung der Zellpole können die Kontaktelemente zerstörungsfrei mitbewegt werden.
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Zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen kann die Winkelleiste an der jeweiligen Kante des Zellblocks derart angeordnet werden, dass das jeweilige Kontaktelement des ersten Winkelbereichs auf dem zugeordneten Zellpol auf der Oberseite des Zellblocks aufliegt. Das streifenförmige Kontaktelement erstreckt sich somit ausgehend von der Kante in einer senkrecht zur Stapelrichtung orientierten Breitenrichtung der Batteriezelle über die Oberseite der Batteriezelle und überdeckt dabei den jeweiligen Zellpol insbesondere vollständig. Der zweite Winkelbereich liegt an dem Seitenbereich des Zellblocks oder an dem den Zellblock umgebenden Rahmen an, wobei sich das Verbindungselement streifenförmig entlang der Stapelrichtung erstreckt. Zum Befestigen der Winkelleiste an dem Zellblock können die Kontaktelemente mit dem jeweiligen Zellpol verschweißt werden.
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Ein Zellverbinder in der Form der geschlitzten Winkelleiste ist besonders einfach und kostengünstig herzustellen. Dazu kann beispielsweise eine flache, rechteckige Metallplatte, beispielsweise eine Aluminiumplatte, geknickt werden, sodass zunächst eine L-Profil-förmige Winkelleiste entsteht. Diese kann nun zumindest in dem ersten Winkelbereich mit der für die Anzahl an Kontaktelementen benötige Anzahl an Schlitzen versehen werden. Da der Zellverbinder einstückig ausgebildet ist, existieren keine korrosionsanfälligen Fügestellen. Ein Batteriemodul mit einem solchen Zellverbinder weist somit ein geringes z-Maß auf, wobei der Zellverbinder gleichzeitig eine zuverlässige und langlebige Kontaktierung der Batteriezellen bereitstellt.
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Es kann vorgesehen sein, dass der erste Winkelbereich zumindest drei, durch einen jeweiligen Schlitz separierte streifenförmige Kontaktelemente zum Kontaktieren der Zellpole von zumindest drei Batteriezellen aufweist. Beispielsweise kann es sein, dass zumindest drei hintereinander gestapelte Batteriezellen parallel geschaltet werden sollen. In diesem Fall sind die Batteriezellen in dem Zellblock derart angeordnet, dass gleichartige Zellpole hintereinander in Stapelrichtung angeordnet sind. Dabei ist an jeder Kante ein Zellverbinder angeordnet, welcher zumindest eine zu der Anzahl an parallelzuschaltenden Batteriezellen korrespondierende Anzahl an Kontaktelementen aufweist. Im Falle, dass in einem Zellblock alle Batteriezellen parallel geschaltet werden sollen, so erstreckt sich die Winkelleiste über eine komplette Tiefe des Zellblocks. Im Falle, dass Batteriezellen oder Parallelschaltungen von Batteriezellen seriell geschaltet werden sollen, sind zwei benachbarte Batteriezellen derart angeordnet, dass verschiedenartige Zellpole in Stapelrichtung hintereinander angeordnet sind und über die Kontaktflächen eines Zellverbinders elektrisch miteinander verbunden sind.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn eine sich in Stapelrichtung erstreckende Breite des Schlitzes keiner als eine Breite eines streifenförmigen Kontaktelementes ist, insbesondere dass die Breite des Schlitzes höchstens 30% der Breite eines streifenförmigen Kontaktelementes entspricht. Die Kontaktelemente weisen also eine im Vergleich zu einer Fläche des Schlitzes größere Fläche auf, sodass stabile Kontaktelemente bereitgestellt werden, welche eine zuverlässige Kontaktierung der Zellpole bereitstellen.
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In einer Weiterbildung der Erfindung ist ein zwischen zwei Kontaktelementen angeordneter Schlitz bereichsweise in den zweiten Winkelbereich erstreckend ausgebildet. Die Kammstruktur ist also im Bereich der die Kontaktelemente bildenden Kammzinken abgewinkelt. Der zumindest eine Schlitz erstreckt sich also über eine Kante der Winkelleiste in den zweiten Winkelbereich bis zu dem streifenförmigen Verbindungselement. Es ist insbesondere vorgesehen, dass eine Breite des Verbindungselementes senkrecht zur Stapelrichtung größer ist als eine Länge des in den zweiten Winkelbereich hineinragenden Teils des Schlitzes. Die Winkelleiste ist somit einerseits besonders stabil ausgebildet, erlaubt aber andererseits eine Bewegung der Zellpole entlang der Stapelrichtung ohne Kontaktverlust.
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Besonders bevorzugt weist die Winkelleiste einen dritten Winkelbereich auf, welcher parallel zu einer mit einer Frontseite oder Rückseite des Zellblocks korrespondierenden dritten Ebene orientiert ist und welcher als ein streifenförmiges Modulanschlusselement, beispielsweise zum elektrischen Verbinden von zumindest zwei Batteriemodulen, ausgebildet ist. Die erste Ebene, die zweite Ebene und die dritte Ebene der Winkelleiste sind insbesondere senkrecht zueinander orientiert. Im angeordneten Zustand der Winkelleiste an der jeweiligen Kante des Zellblocks ist der dritte Winkelbereich parallel zu der Frontseite des Zellblocks oder parallel zu der Rückseite des Zellblocks angeordnet. Beispielsweise kann der dritte Winkelbereich direkt an der Frontseite bzw. Rückseite des Zellblocks oder an dem die Frontseite bzw. Rückseite des Zellblocks bedeckenden Rahmen angeordnet sein. Der dritte Winkelbereich bildet einen Modulanschluss bzw. Stromabgriff des Batteriemoduls aus. Über die jeweiligen dritten Winkelbereiche zweier Batteriemodule können die Batteriemodule miteinander verschaltet werden. Da der dritte Winkelbereich an der Frontseite bzw. Rückseite angeordnet ist, wird ein z-Maß des Batteriemoduls auch durch den Modulanschluss nicht negativ beeinflusst. Eine Hochvoltbatterie, deren Batteriemodule über solche Zellverbinder elektrisch verbunden werden, benötigt daher einen vergleichsweise geringen Bauraum.
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Vorzugsweise ist das streifenförmige Modulanschlusselement als ein abgewinkelter Endabschnitt des streifenförmigen Verbindungselementes des zweiten Winkelbereichs ausgebildet. Der Endabschnitt des Verbindungselementes ist also im Bereich einer Eckkante, welche zwischen der Frontseite bzw. Rückseite und einem Seitenbereich des Zellblocks ausgebildet ist, abgewinkelt. Das Verbindungselement im zweiten Winkelbereich erstreckt sich also ausgehend von der Eckkante entlang der Stapelrichtung, während sich das streifenförmige Modulanschlusselement ausgehend von dieser Eckkante in Breitenrichtung des Zellblocks erstreckt. Ein Zellverbinder mit einem solchen Modulanschluss ist ebenfalls besonders einfach zu fertigen.
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Die Erfindung betrifft außerdem ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei, in einer Stapelrichtung zu einem Zellblock gestapelten Batteriezellen, welcher zwei gegenüberliegende, sich in Stapelrichtung erstreckende Kanten aufweist, wobei zumindest ein Zellverbinder nach einem der vorhergehenden Ansprüche an jeweils einer Kante angeordnet ist. Je nach Verschaltung der Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls können an jeder Kante des Zellblocks auch mehrere, galvanisch getrennte Zellverbinder in Stapelrichtung hintereinander angeordnet werden, welche sich auch in der Anzahl an Kontaktelementen unterscheiden können. Dabei kann an jeder Kante auch jeweils ein Zellverbinder mit einem Modulanschluss angeordnet sein.
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Zum Herstellen eines solchen Batteriemoduls wird daher eine Verschaltung der Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls vorgegeben, eine mit einer zu der vorgegebenen Verschaltung korrespondierenden Anzahl an Zellverbindern sowie mit einer zu der Verschaltung korrespondierenden Anzahl an Kontaktelementen des jeweiligen Zellverbinders bestimmt und eine Montageeinrichtung mit den Zellverbindern bestückt. Die Montageeinrichtung wird derart an dem Zellblock angeordnet, dass die Zellverbinder an den Kanten angeordnet sind. Dann werden die Kontaktelemente mit den Zellpolen verschweißt und die Montageeinrichtung wird entfernt. Die Montageeinrichtung kann beispielsweise ein Kunststoffrahmen sein, welcher mit den entsprechenden Zellverbindern befüllt wird. Dieser Rahmen kann dann auf dem Zellblock angeordnet werden, sodass die Kontaktelemente der Zellverbinder auf den zugehörigen Zellpolen positioniert sind. Dort können die Zellpole und die Kontaktelemente dann auf einfache Weise verschweißt werden. Das Batteriemodul kann also in wenigen Herstellungsschritten hergestellt werden.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine Hochvoltbatterie mit zumindest einem erfindungsgemäßen Batteriemodul. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug.
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Die mit Bezug auf den erfindungsgemäßen Zellverbinder vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Batteriemodul, das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug sowie das erfindungsgemäße Verfahren.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls;
- 2 eine Draufsicht auf das Batteriemodul;
- 3 eine Seitenansicht des Batteriemoduls; und
- 4 eine Frontansicht des Batteriemoduls.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen
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1, 2, 3 und 4 zeigen unterschiedliche Ansichten eines Batteriemoduls 1 für eine hier nicht gezeigte Hochvoltbatterie. Die Hochvoltbatterie kann eine Traktionsbatterie eines hier nicht gezeigten Kraftfahrzeugs sein und elektrische Antriebsenergie für eine elektrische Antriebsmaschine des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das Batteriemodul 1 weist einen Zellblock 2 auf, welcher hier zwölf in einer Stapelrichtung x hintereinander gestapelte Batteriezellen 3 aufweist. Die Batteriezellen 3 sind als prismatische Batteriezellen ausgebildet und weisen die Form eines flachen Quaders auf. Jede der Batteriezellen 3 weist eine Oberseite 4, eine Unterseite 5 (siehe 4), eine Frontseite 6, eine Rückseite 7 und Seitenbereiche 8a, 8b auf.
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Durch die Oberseiten 4 der gestapelten Batteriezellen 3 ist eine Oberseite 9 des Zellblocks 2 gebildet und durch die Unterseiten 5 der Batteriezellen 3 ist eine Unterseite 10 des Zellblocks 2 gebildet. Durch die einander gegenüberliegenden Seitenbereiche 8a, 8b der Batteriezellen 3 sind einander gegenüberliegende Seitenbereiche 11a, 11b des Zellblocks 2 gebildet. Durch die Frontseite 6 einer in Stapelrichtung x zuerst angeordneten Batteriezelle 3 ist eine Frontseite 12 des Zellblocks 2 gebildet und durch die Rückseite 7 einer in Stapelrichtung x zuletzt angeordneten Batteriezelle 3 ist eine Rückseite 13 des Zellblocks 2 gebildet. Der Zellblock 2 ist somit quaderförmig ausgebildet. Der Zellblock 2 ist hier in einem Rahmen 14 angeordnet, welcher eine an der Frontseite 12 des Zellblocks 2 und eine an der Rückseite 13 des Zellblocks 2 angeordnete Druckplatte 15 aufweist. Entlang beider Seitenbereiche 11a, 11b des Zellblocks 2 erstrecken sich Zuganker 16 des Rahmens 14, welche die Druckplatten 15 und damit die Batteriezellen 3 zusammenpressen.
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Auf ihrer Oberseite 4 weisen die jeweiligen Batteriezellen 3 Zellpole 17a, 17b bzw. Zellterminals auf. Die Zellpole 17a sind beispielsweise Pluspole der Batteriezellen 3 und die Zellpole 17b sind beispielsweise Minuspole der Batteriezellen 3. Zum elektrischen Verbinden der Zellpole 17a, 17b von benachbarten Batteriezellen 3 weist das Batteriemodul 1 mehrere Zellverbinder 18 auf. Die Zellverbinder 18 sind als einteilige, L-Profil-förmige, bereichsweise geschlitzte Winkelleisten 19a, 19b, 19c, 19d, 19e ausgebildet. Die geschlitzten Winkelleisten 19a, 19b, 19c, 19d, 19e bestehen beispielsweise aus Aluminium. Die Winkelleisten 19a, 19b, 19c, 19d, 19e sind dabei an einer jeweiligen, sich in Stapelrichtung x erstreckenden Kante 20a, 20b des Zellblocks 2 angeordnet. Eine erste Kante 20a des Zellblocks 2 ist dabei zwischen der Oberseite 9 des Zellblocks 2 und einem ersten Seitenbereich 11a des Zellblocks 2 gebildet und eine zweite Kante 20b des Zellblocks 2 ist zwischen der Oberseite 9 des Zellblocks 2 und einem zweiten Seitenbereich 11b des Zellblocks 2 gebildet. Dabei sind die Winkelleisten 19a, 19b, 19c an der ersten Kante 20a angeordnet und die Winkelleisten 19d, 19e sind an der zweiten Kante 20b angeordnet.
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Jede der Winkelleisten 19a, 19b, 19c, 19d, 19e weist einen ersten Winkelbereich 21, welcher sich parallel zu der Oberseite 9 des Zellblocks 2 erstreckt, und einen zweiten Winkelbereich 22, welcher sich parallel zu dem jeweiligen Seitenbereich 11a, 11b erstreckt, auf. Der erste Winkelbereich 21 wird dabei auf der die Zellpole 17a, 17b aufweisenden Oberseite 9 des Zellblocks 2 aufgelegt. Der zweite Winkelbereich 22 ist hier an dem jeweiligen Zuganker 16, welcher die Seitenbereiche 11a, 11b des Zellblocks 2 bedeckt, anliegend angeordnet. Der erste Winkelbereich 21 ist in einer Breitenrichtung y senkrecht zur Stapelrichtung x geschlitzt. Der erste Winkelbereich 21 weist also zumindest einen Schlitz 23 auf, welcher sich hier bereichsweise in den zweiten Winkelbereich 22 erstreckt. Hier weist jeder Winkelbereich 21 zumindest zwei, in Stapelrichtung x zueinander beabstandete Schlitze 23 auf.
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Durch die Schlitze 23 wird der erste Winkelbereich 21 in streifenförmige Kontaktelemente 24 unterteilt, welche auf die jeweiligen Zellpole 17a, 17b geschweißt werden können. Die streifenförmigen Kontaktelemente 24 weisen insbesondere gleiche Abmessungen auf. Die streifenförmigen Kontaktelemente 24 erstrecken sich über die jeweilige Kante 20a, 20b entlang der Breitenrichtung y und sind in dem zweiten Winkelbereich 22 über ein streifenförmiges Verbindungselement 25 elektrisch und mechanisch miteinander verbunden. Das streifenförmige Verbindungselement 25 erstreckt sich in Stapelrichtung x. Durch die Schlitze 23 zwischen den Kontaktelementen 24 ist die Winkelleiste 19a, 19b, 19c, 19d, 19e entlang der Stapelrichtung x flexibel ausgebildet. Dadurch können sich die Kontaktelemente 24 mitbewegen, wenn die Batteriezellen 3 im Betrieb der Hochvoltbatterie ihr Volumen verändern und somit eine Bewegung der Zellpole 17a, 17b verursachen. Durch die Ausgestaltung der Zellverbinder 18 als einteilige Winkelleisten 19a, 19b, 19c, 19d, 19e wird die elektrische Kontaktierung der Batteriezellen 3 bereichsweise über die Seitenbereiche 11a, 11b des Zellblocks 2 geführt. Dadurch weist das Batteriemodul 1 in Hochrichtung z besonders geringe Abmessungen auf.
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Im vorliegenden Fall sind innerhalb des Batteriemoduls 1 jeweils drei Batteriezellen 3 parallel geschaltet, wobei die resultierenden vier Parallelschaltungen seriell miteinander verschaltet sind. Über die Winkelleisten 19a, 19e sind die drei vorderen Batteriezellen 3 parallel geschaltet (erste Parallelschaltung), über die Winkelleisten 19b, 19e sind die drei darauffolgenden Batteriezellen 3 parallel geschaltet (zweite Parallelschaltung), über die Winkelleisten 19b, 19d sind die drei weiteren Batteriezellen 3 parallel geschaltet (dritte Parallelschaltung) und über die Winkelleisten 19c, 19d sind die drei hinteren Batteriezellen 3 parallel geschaltet (vierte Parallelschaltung). Die erste und die zweite Parallelschaltung sind über die Winkelleiste 19e seriell miteinander verschaltet, die zweite und die dritte Parallelschaltung sind über die Winkelleiste 19b seriell miteinander verschaltet, und die dritte und die vierte Parallelschaltung sind über die Winkelleiste 19d seriell miteinander verschaltet.
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Außerdem weisen hier die Winkelleisten 19a und 19c jeweils einen dritten Winkelbereich 26 auf, welcher Modulanschlüsse 27a, 27b des Batteriemoduls 1 ausbildet. Über die Modulanschlüsse 27a, 27b können mehrere Batteriemodule 1 miteinander verschaltet werden. Der streifenförmige Modulanschluss 27a ist parallel zu der Frontseite 12 des Zellblocks 2 orientiert und liegt hier an der frontseitig angeordneten Druckplatte 15 an. Der Modulanschluss 27a bildet hier einen positiven Stromabgriff (HV+) des Batteriemoduls 1 aus. Der streifenförmige Modulanschluss 27b ist parallel zu der Rückseite 13 des Zellblocks ausgebildet und liegt hier an der rückseitig angeordneten Druckplatte 15 an. Der Modulanschluss 27b bildet hier einen negativen Stromabgriff (HV-) des Batteriemoduls 1 aus. Die streifenförmigen Modulanschlüsse 27a, 27b sind insbesondere als abgewinkelte Endabschnitte des streifenförmigen Verbindungselementes 25 des zweiten Winkelbereiches 22 ausgebildet.
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Dabei kann eine beliebige Verschaltung der Batteriezellen 3 innerhalb des Batteriemoduls 1 realisiert werden. In Abhängigkeit von der Verschaltung können dann die entsprechenden Winkelleisten 19a bis 19e ausgewählt werden und in einer Montageeinrichtung, beispielsweise einem Kunststoffrahmen, angeordnet werden. Diese Montageeinrichtung kann dann derart auf dem Zellblock 2 positioniert werden, dass die Winkelleisten 19a bis 19e an den entsprechenden Kanten 20a, 20b angeordnet sind. Anschließend können die auf den zugeordneten Zellpolen 17a, 17b angeordneten Kontaktelemente 24 mit den Zellpolen 17a, 17 verschweißt werden und die Montageeinrichtung kann entfernt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batteriemodul
- 2
- Zellblock
- 3
- Batteriezelle
- 4
- Oberseite der Batteriezelle
- 5
- Unterseite der Batteriezelle
- 6
- Frontseite der Batteriezelle
- 7
- Rückseite der Batteriezelle
- 8a, 8b
- Seitenbereiche der Batteriezellen
- 9
- Oberseite des Zellblocks
- 10
- Unterseite des Zellblocks
- 11a, 11b
- Seitenbereiche des Zellblocks
- 12
- Frontseite des Zellblocks
- 13
- Rückseite des Zellblocks
- 14
- Rahmen
- 15
- Druckplatte
- 16
- Zuganker
- 17a, 17b
- Zellpole
- 18
- Zellverbinder
- 19a, 19b, 19c, 19d, 19e
- Winkelleisten
- 20a, 20b
- Kanten
- 21
- erster Winkelbereich
- 22
- zweiter Winkelbereich
- 23
- Schlitz
- 24
- Kontaktelement
- 25
- Verbindungselement
- 26
- dritter Winkelbereich
- 27a, 27b
- Modulanschlüsse
- x, y, z
- Richtungen
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102006015566 A1 [0003]
- EP 2819217 A1 [0003]
