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Die Erfindung betrifft eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul, welches einen Zellblock aus gestapelten Batteriezellen aufweist, und mit einem Batteriegehäuse, welches einen Aufnahmeraum zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls aufweist. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie.
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Vorliegend richtet sich das Interesse insbesondere auf Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkumulatoren, welche eine Vielzahl von zu Batteriemodulen verschalteten Batteriezellen aufweisen. Diese Batteriezellen sind üblicherweise in einem Aufnahmeraum eines Batteriegehäuses angeordnet. Solche Hochvoltbatterien können beispielsweise als Traktionsbatterien zur Energieversorgung einer elektrischen Antriebmaschine eines als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Dabei ist es aus dem Stand der Technik bekannt, als die Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ionen-Zellen) zu verwenden. Solche Lithium-Ionen-Zellen benötigen jedoch eine aktive Kühlung, um eine Temperatur der Zellen unter einem bestimmten Schwellwert, beispielsweise 60°C, zu halten. Daraus ergibt sich der Nachteil, dass eine Kühlvorrichtung zum aktiven Kühlen verwendet werden muss, welche Bauraum in der Hochvoltbatterie erfordert, ein Gewicht der Hochvoltbatterie erhöht und hohe Kosten verursacht. Ein Verzicht auf eine Kühlung würde eine Effizienz der Batteriezellen mindern.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bauraumoptimierte, gewichtsoptimierte, kostengünstige und effiziente Hochvoltbatterie bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug 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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Eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein einen Zellblock aus gestapelten Batteriezellen aufweisendes Batteriemodul, wobei die Batteriezellen als Festkörperzellen, deren Innenwiderstand mit steigender Temperatur abnimmt, ausgebildet sind. Außerdem weist die Hochvoltbatterie ein Batteriegehäuse mit einem Aufnahmeraum zum Aufnehmen des zumindest einen Batteriemoduls und eine wärmeisolierende Haltevorrichtung zum Halten des Batteriemoduls in dem Aufnahmeraum auf. Die wärmeisolierende Haltevorrichtung ist dazu ausgelegt, einen Wärmeaustausch zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse zum Verhindern einer Abkühlung der Batteriezellen zu minimieren.
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Die Hochvoltbatterie ist insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Hochvoltbatterie kann eine Vielzahl von Batteriemodulen aufweisen, wobei jedes Batteriemodul einen Zellblock aus miteinander verschalteten Batteriezellen aufweist. Die Batteriemodule sind in dem Aufnahmeraum bzw. Innenraum des Batteriegehäuses angeordnet. Der Aufnahmeraum des Batteriegehäuses ist durch die Gehäusewände des Batteriegehäuses begrenzt. Die Gehäusewände sind insbesondere ein Gehäuseboden, ein Gehäusedeckel und ein Gehäusemantel mit zwei Seitenwänden, einer Frontwand und einer Rückwand.
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Die Batteriezellen bzw. Sekundärzellen sind insbesondere Pouch-Zellen, welche zu dem quaderförmigen Zellblock gestapelt sind. Die Batteriezellen sind dabei als Festkörperbatteriezellen bzw. All-Solid-State-Batteriezellen (ASS-Batteriezellen) ausgebildet. Solche Festkörperzellen weisen im Gegensatz zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Zellen einen festen Elektrolyten auf. Flüssige Elektrolyten sind besonders entflammbar, sodass eine Hochvoltbatterie mit Festkörperzellen besonders sicher gestaltet ist. Außerdem weisen die Festkörperzellen bei steigenden Temperaturen einen sinkenden Innenwiderstand und somit eine sinkende Verlustleistung auf. Solche Festkörperzellen sind also bei hohen Temperaturen, insbesondere bis zu ca. 100°C, effizienter als Lithium-Ionen-Zellen, deren Temperatur einen bestimmten Schwellwert, insbesondere 60°C, nicht überschreiten darf.
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Daher kann die Hochvoltbatterie, welche Zellblöcke aus Festkörperzellen aufweist, kühlungslos ausgebildet werden. Anders ausgedrückt, kann auf eine Kühlvorrichtung zur aktiven Kühlung der Festkörperzellen im Betrieb der Hochvoltbatterie verzichtet werden. Vielmehr soll bei der Hochvoltbatterie eine Kühlung der Batteriezellen verhindert werden, wenn diese sich im Betrieb der Hochvoltbatterie beispielsweise selbsterwärmen und/oder aktiv geheizt werden. Dazu wird die wärmeisolierende bzw. wärmedämmende Haltevorrichtung verwendet, welche die Batteriemodule in dem Aufnahmeraum des Batteriegehäuses hält und gleichzeitig einen Wärmetransport aus den Batteriezellen verhindert. Die wärmeisolierende Haltevorrichtung ermöglicht also eine geringe Wärmekopplung zwischen dem Batteriemodul und dem Batteriegehäuse. Anders ausgedrückt wird durch die wärmeisolierende Haltevorrichtung eine Wärmeabgabe der Batteriezellen an eine Umgebung der Batteriezellen, beispielsweise an das Batteriegehäuse, zumindest verringert. Durch die Haltevorrichtung mit den daran befestigten Batteriemodulen wird also ein quasi-adiabatischer Aufbau gebildet.
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Durch den Verzicht auf eine Kühlvorrichtung kann somit eine besonders bauraumsparende, gewichtsreduzierte und kostengünstige Hochvoltbatterie realisiert werden. Durch das Verhindern eines Auskühlens der bei hohen Temperaturen effizient arbeitenden Festkörperzellen mittels der wärmeisolierenden Haltevorrichtung kann darüber hinaus eine effiziente, leistungsfähige Hochvoltbatterie bereitgestellt werden, welche beispielsweise schnell geladen und entladen werden kann.
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Besonders bevorzugt ist die wärmeisolierende Haltevorrichtung dazu ausgelegt, das zumindest eine Batteriemodul in dem Aufnahmeraum des Batteriegehäuses beabstandet zu Gehäusewänden des Batteriegehäuses hängend zu lagern. Das zumindest eine Batteriemodul ist insbesondere derart gelagert, dass es beabstandet zu dem Gehäuseboden, dem Gehäusemantel und dem Gehäusedeckel angeordnet ist. Insbesondere beträgt ein Abstand zwischen dem Batteriemodul und einer Gehäusewand in Form von einem Gehäuseboden in dem hängenden Zustand des Batteriemoduls mindestens 5 mm, insbesondere mindestens 10 mm. Das Batteriemodul ist also schwebend über dem Gehäuseboden gelagert.
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Durch die hängende Anordnung des Batteriemoduls in dem Batteriegehäuses weist das Batteriemodul nahezu keine thermische Kopplung mit dem Batteriegehäuse auf. Lediglich über die wärmeisolierende Haltevorrichtung ist das Batteriemodul mit dem Batteriegehäuse gekoppelt. Ein Großteil einer Außenfläche des Batteriemoduls ist also von Luft in dem Aufnahmeraum umgeben, welche eine besonders gute Wärmedämmung für das Batteriemodul bereitstellt. Eine Wärmeabgabe des Batteriemoduls an seine Umgebung, also an die Luft in dem Aufnahmeraum und an das Batteriegehäuse, wird dadurch minimiert. Durch den Abstand des Batteriemoduls zum Gehäuseboden kann außerdem verhindert werden, dass ein bodennahes Hindernis, dessen Höhe größer als eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs ist, das Batteriemodul beschädigt, wenn das Kraftfahrzeug über das den Gehäuseboden beschädigende Hindernis fährt. Darüber hinaus erlaubt die zum Gehäuseboden beabstandete Anordnung des Batteriemoduls eine ungehinderte Ausdehnung der Festkörperzellen im Betrieb der Hochvoltbatterie.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist die wärmeisolierende Haltevorrichtung zumindest eine in dem Aufnahmeraum angeordnete und mit dem Batteriegehäuse mechanisch verbundene Stützeinrichtung und zumindest ein mit dem zumindest einen Batteriemodul verbundenes Halteelement auf Das zumindest eine Halteelement ist in der zumindest einen Stützeinrichtung einseitig eingespannt, sodass der Zellblock des zumindest einen Batteriemoduls in dem Batteriegehäuse beabstandet zu den Gehäusewänden des Batteriegehäuses und beabstandet zu dem Stützelement hängend gelagert ist.
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In dem Aufnahmeraum des Batteriegehäuses ist die zumindest eine Stützeinrichtung der Haltevorrichtung angeordnet. Die Stützeinrichtung kann mit zumindest einer der Gehäusewände des Batteriegehäuses, beispielsweise mit dem Gehäuseboden, mechanisch verbunden und dort fixiert sein. Das zumindest eine Halteelement kann insbesondere in die Stützeinrichtung eingespannt werden, um die Batteriemodule auf der zumindest einen Stützeinrichtung abzustützen. Die Stützeinrichtung bildet also insbesondere ein Auflager für das zumindest eine Halteelement. Das Halteelement ist insbesondere ein armförmiges bzw. kragarmförmiges Element, welches an einem Ende mit dem Batteriemodul verbunden ist und an dem anderen Ende durch Einspannen mit der Stützeinrichtung verbunden ist. Durch das zumindest eine Halteelement wird der Zellblock beabstandet zu der zumindest einen Stützeinrichtung gelagert. Dabei ist eine Breite des Halteelementes insbesondere deutlich kleiner als eine Breite des Zellblocks. So ist durch das zumindest eine Halteelement und die zumindest eine Stützeinrichtung eine Berührfläche zwischen dem Batteriemodul und der Haltevorrichtung besonders gering, sodass ein Wärmetransport über die Haltevorrichtung besonders klein gehalten werden kann.
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Es erweist sich als vorteilhaft, wenn die Haltevorrichtung zwei Stützeinrichtungen zum Halten des zumindest einen Batteriemoduls und zumindest zwei Halteelemente, welche an zwei gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls angeordnet sind, aufweist, wobei das zumindest eine Batteriemodul durch die einseitig an den Stützeinrichtungen eingespannte Halteelemente beidseitig abgestützt ist und hängend zwischen den Stützelementen gelagert ist. Ein Batteriemodul kann also beidseitig durch zwei Stützeinrichtungen abgestützt werden. Dazu weisen die Batteriemodule an den gegenüberliegen Seiten des Zellblocks jeweils zumindest ein Halteelement auf, welche mit den Stützeinrichtungen mechanisch verbunden sind. Dabei können zwei Batteriemodule durch insgesamt drei Stützeinrichtungen abgestützt werden, indem die zwischen den zwei Batteriemodulen angeordnete Stützeinrichtung zum Einspannen von Halteelementen beider Batteriemodule genutzt wird. Durch das beidseitige Abstützen sind die Batteriemodule zuverlässig und sicher in dem Aufnahmeraum gehalten.
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In einer Ausführungsform der Erfindung weist die zumindest eine Stützeinrichtung eine an einer Gehäusewand in Form von einem Gehäuseboden befestigte Querstrebe sowie eine Fixierungsleiste auf, wobei das Halteelement zwischen der Querstrebe und der an der Querstrebe befestigten Fixierungsleiste eingespannt ist. Die Querstrebe ist ein leistenförmiges Element, dessen Unterseite an dem Gehäuseboden fixiert ist und dessen Oberseite mit der Fixierungsleiste verbunden, beispielsweise verschraubt, werden kann. Zwischen die Oberseite der Querstrebe und die Fixierungsleiste kann das zumindest eine Halteelement eingeklemmt bzw. eingespannt sein, sodass das Batteriemodul über das Halteelement von der Stützeinrichtung gestützt ist. Vorzugsweise ist das zumindest eine Halteelement als eine seitlich von dem Zellblock abstehende, durch die Stützeinrichtung eingespannte, insbesondere U-förmige Lasche, ausgebildet. Das Halteelement ist insbesondere senkrecht von einer der Stützeinrichtung zugewandten Seite des Zellblocks abstehend ausgebildet.
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In einer Weiterbildung der Erfindung weist das zumindest eine Batteriemodul zwei Druckplatten, zwischen welchen der Zellblock angeordnet ist, und zumindest zwei Zuganker, welche entlang von gegenüberliegenden Seiten des Zellblocks geführt sind und welche mit den Druckplatten unter Ausbildung eines den Zellblock umgebenden und die Batteriezellen aneinanderpressenden Zellmodulrahmens verbunden sind, auf. Das zumindest eine Halteelement ist in den Zellmodulrahmen integriert. Der Zellmodulrahmen dient zum Verspannen der Batteriezellen in dem Zellblock. Dazu weist der Zellmodulrahmen die Druckplatten auf, welche an gegenüberliegenden Seiten des Zellblocks angeordnet sind und welche mittels der Zuganker entlang einer Stapelrichtung der Batteriezellen zusammengepresst werden. Durch das Zusammenpressen der Druckplatten werden die sich zwischen den Druckplatten befindlichen Batteriezellen verpresst. Dieser Zellmodulrahmen weist das zumindest eine Halteelement der wärmeisolierenden Haltevorrichtung auf. Das Batteriemodul wird also mittels des Zellmodulrahmens hängend an der Stützeinrichtung gelagert.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Batteriezellen entlang einer Hochrichtung des Batteriegehäuses übereinander gestapelt, wobei eine erste Druckplatte auf einer einem Gehäusedeckel zugwandten Oberseite des Zellblocks angeordnet ist und eine zweite Druckplatte auf einer einem Gehäuseboden zugwandten Unterseite des Zellblocks angeordnet ist. Dabei ist das zumindest eine Halteelement an der ersten Druckplatte angeordnet. Beispielsweise können die Druckplatten aus Metall gebildet sein, wobei an einem der Stützeinrichtung zugewandten Rand der ersten Druckplatte das zumindest eine Halteelement angeordnet ist. Beispielsweise kann das zumindest eine Halteelement einteilig mit der ersten Druckplatte ausgebildet sein. Dazu können zum Ausbilden der Halteelemente U-förmige Laschen an dem Rand der ersten Druckplatte ausgefräst sein. Das zumindest eine Halteelement kann aber auch an dem Rand der ersten Druckplatte befestigt, beispielsweise angeschweißt, sein. Ein solches an dem Zellmodulrahmen angeordnete Halteelement kann besonders einfach und ohne großen Materialaufwand gefertigt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Stützeinrichtung und das zumindest eine Halteelement aus einem metallischen Werkstoff gebildet sind, wobei zwischen der zumindest einen Stützeinrichtung und dem zumindest einen Halteelement ein thermisches Isolationselement angeordnet ist. Dadurch, dass die Stützeinrichtung und das Halteelement aus Metall gebildet sind, ist die Haltevorrichtung besonders stabil ausgebildet. Zum Realisieren der Wärmeisolierung bzw. Wärmedämmung wird zwischen dem Halteelement und der Stützeinrichtung, also beispielsweise zwischen der Querstrebe und der U-förmigen Lasche das thermische Isolationselement angeordnet. Das thermische Isolationselement ist aus einem thermisch isolierenden Material ausgebildet und kann zuverlässig eine Wärmeableitung von den Batteriezellen über das Halteelement zu der mit dem Gehäuseboden verbundenen Stützeinrichtung verhindern.
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In einer weiteren Ausführungsform weist die Hochvoltbatterie eine Heizeinrichtung zum Heizen der Batteriezellen auf. Eine solche Heizeinrichtung kann beispielweise mehrere Heizmatten aufweisen, welche an einer dem Gehäuseboden zugewandten Unterseite des Zellblocks, an einer dem Gehäusedeckel zugewandten Oberseite des Zellblocks und zwischen den Batteriezellen im Zellblock angeordnet sein können. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass an der Unterseite des Zellblocks, alle zwei Batteriezellen im Zellblock und an der Oberseite des Zellblocks jeweils eine Heizmatte angeordnet ist. Durch die Heizeinrichtung können die Batteriezellen, beispielsweise bei einer niedrigen Umgebungstemperatur bzw. Außentemperatur, aufgeheizt werden, sodass sie besonders effizient arbeiten.
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Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Personenkraftwagen in Form von einem Elektro- oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
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Die mit Bezug auf die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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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 Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Hochvoltbatterie;
- 2 ein vergrößerter Ausschnitt aus der Hochvoltbatterie gemäß 1;
- 3 eine perspektivische Darstellung eines Batteriemoduls der Hochvoltbatterie;
- 4 eine perspektivische Darstellung eines an einer Stützeinrichtung befestigen Batteriemoduls; und
- 5 eine Frontansicht des an der Stützeinrichtung befestigten Batteriemoduls gemäß 4
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine Hochvoltbatterie 1 für ein hier nicht gezeigtes Kraftfahrzeug. In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt aus der Hochvoltbatterie 1 gemäß 1 gezeigt. Die Hochvoltbatterie 1 ist insbesondere als eine Traktionsbatterie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug ausgebildet. Die Hochvoltbatterie 1 weist mehrere Batteriemodule 2 auf, welche in einer Längenrichtung x der Hochvoltbatterie 1 nebeneinander in einem Aufnahmeraum 3 eines Batteriegehäuses 4 der Hochvoltbatterie 1 angeordnet sind und über Modulverbinder 25 elektrisch miteinander verbunden sind. Der Aufnahmeraum 3 des Batteriegehäuses 4 wird durch Gehäusewände in Form von einem Gehäuseboden 5, einem Gehäusedeckel 6 und einem Gehäusemantel 7 begrenzt und umschlossen. Der Gehäusemantel 7 weist zwei in Längenrichtung x gegenüberliegende Seitenwände 8, eine Rückwand 9 sowie eine hier nicht gezeigte Frontwand auf.
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Die Batteriemodule 2 weisen jeweils einen Zellblock 10 auf, welcher mehrere, in Hochrichtung z der Hochvoltbatterie 1 übereinander gestapelte Batteriezellen 11 aufweist. Die Batteriezellen 11 sind als Festkörperzellen bzw. ASS-Zellen (ASS- All Solid State) ausgebildet, deren Innenwiderstand mit steigender Temperatur abnimmt. Die Batteriezellen 11 produzieren also mit steigender Temperatur weniger Verlustleistung und können somit bei hohen Temperaturen, insbesondere bis zu 100°C, besonders effizient arbeiten, also besonders schnell geladen und/oder entladen werden. Die Hochvoltbatterie 1 weist daher keine Kühlvorrichtung zum aktiven Kühlen der Batteriezellen 11 auf.
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Vielmehr weist die Hochvoltbatterie 1 eine wärmeisolierende Haltevorrichtung 12 auf, welche dazu ausgelegt ist, die Batteriemodule 2 in dem Aufnahmeraum 3 zu halten. Die wärmeisolierende Haltevorrichtung 12 ist außerdem dazu ausgelegt, eine Wärmeabgabe der Batteriezellen 11 des Zellblocks 10 an das Batteriegehäuse 4 zu minimieren und somit ein Auskühlen der Batteriezellen 11 im Betrieb der Hochvoltbatterie 1 zu verhindern. Die wärmeisolierende Haltevorrichtung 12 ist hier dazu ausgelegt, die Batteriemodule 2 hängend zu lagern, sodass diese keine der Gehäusewände 5, 6, 7 berühren. Die Haltevorrichtung 12 ist also als eine Aufhängung für die Batteriemodule 2 ausgebildet. Somit weisen die Batteriemodule 2 keinen direkten Kontakt zu dem Batteriegehäuse 4 auf, sodass eine Wärmekopplung zwischen den Batteriezellen 11 und dem Batteriegehäuse 4 minimal ist.
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Die Haltevorrichtung 12 weist zum hängenden Lagern der Batteriemodule 2 Stützeinrichtungen 13 sowie in 1 und 2 nicht sichtbare Halteelemente 14 auf. Die Halteelemente 14 sind in der Darstellung des Batteriemoduls 2 in 3 gezeigt. 4 und 5 zeigen perspektivische Ansichten eines an einer Stützeinrichtung 13 befestigten Batteriemoduls 2. Die Stützeinrichtung 13 ist, wie beispielsweise in 1, 2 und 4 gezeigt, an dem Gehäuseboden 5 des Batteriegehäuses 4 befestigt. Dabei können jedem Batteriemodul 2 zwei Stützeinrichtungen 13 zugeordnet sein, sodass die Batteriemodule 2 an zwei gegenüberliegenden Seiten gestützt und zwischen zwei Stützeinrichtungen 13 aufgehängt sind. Die Stützeinrichtungen 13 weisen hier jeweils eine sich in einer Breitenrichtung y der Hochvoltbatterie 1 erstreckende Querstrebe 15 sowie eine Fixierungsleiste 16 auf. Die Querstreben 15 können sich aber auch in eine zu der Breitenrichtung y unterschiedliche Richtung der Hochvoltbatterie 1 erstrecken.
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Zwischen der Querstrebe 15 und der Fixierungsleiste 16 kann das Halteelement 14 befestigt werden, welches, wie in 3 gezeigt, als eine U-förmige Lasche 17 ausgebildet sein kann. Das Batteriemodul 2 weist hier an jeder Seite, welche einer Stützeinrichtung 13 zugewandt ist, drei Halteelemente 14 in Form von U-förmigen Laschen 17 auf. Die Laschen 17 werden dabei auf die Querstrebe 15 aufgelegt und zwischen der Querstrebe 15 und der Fixierungsleiste 16 eingeklemmt. Die Fixierungsleiste 16 und die Laschen 17 können beispielsweise mittels Schrauben 18 an der Querstrebe 15 befestigt werden. Dadurch werden die Halteelemente 14 einseitig eingespannt und das Batteriemodul 2 wird, wie in 4 gezeigt, beabstandet zu dem Gehäuseboden 5 bzw. schwebend über dem Gehäuseboden 5 gelagert.
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Ein Abstand 19 zwischen einer Unterseite des Batteriemoduls 2 und dem Gehäuseboden 5 beträgt insbesondere zumindest 5 mm, vorzugsweise zumindest 10 mm. So kann einerseits verhindert werden, dass der Gehäuseboden 5 im Falle einer Verformung in Richtung des Batteriemoduls 2 das Batteriemodul 2 beschädigt. Eine solche Verformung kann beispielsweise aus einer Überfahrt des Kraftfahrzeugs über ein Hindernis, welches höher als eine Bodenfreiheit des Kraftfahrzeugs ist, resultieren. Durch den Abstand 19 zwischen dem Batteriemodul 2 und dem Gehäuseboden 5 können sich die Batteriezellen 11 außerdem im Betrieb ungehindert entlang der Hochrichtung z ausdehnen.
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Die Querstrebe 15 kann beispielsweise als ein Strangpressprofil ausgebildet sein und aus einem metallischen Werkstoff bestehen. Auch das Halteelement 14 kann aus einem metallischen Werkstoff bestehen, sodass die Haltevorrichtung 12 besonders stabil ausgebildet ist. Zum Maximieren eines thermischen Widerstands zwischen dem Halteelement 14 und der Querstrebe 15 und damit zum Vermindern eines Wärmeübergangs von dem Halteelement 15 auf die Querstrebe kann zwischen der Querstrebe 15 und dem Halteelement 14 ein thermisches Isolationselement angeordnet sein.
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Das Batteriemodul 2 weist hier einen Zellmodulrahmen 20 zum Verspannen der Batteriezellen 11 auf (siehe insbesondere 3 bis 5). Der Zellmodulrahmen 20 weist eine erste Druckplatte 21 auf, welche im eingebauten Zustand des Batteriemoduls 2 im Aufnahmeraum 3 des Batteriegehäuses 4 dem Gehäusedeckel 6 zugewandt ist. Außerdem weist der Zellmodulrahmen 20 eine der ersten Druckplatte 21 gegenüberliegende zweite Druckplatte 22 auf, welche im eingebauten Zustand des Batteriemoduls 2 dem Gehäuseboden 5 zugewandt ist. Die Druckplatten 21, 22 werden mittels Zuganker 23 (siehe 3) des Zellmodulrahmens 20 zusammengepresst, um den zwischen den Druckplatten 21, 22 liegenden Zellblock 10 durch Verpressen der Batteriezellen 11 zu verspannen. Die Halteelemente 14 sind hier an der ersten Druckplatte 21 angeordnet und können beispielsweise einteilig mit der ersten Druckplatte 21 ausgebildet sein. Auf der ersten Druckplatte 21 ist hier außerdem eine Leiterplatte 24 bzw. Platine angeordnet, die beispielsweise eine Überwachungselektronik zum Überwachen der Batteriezellen 11 aufweisen kann.
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Außerdem weist das Batteriemodul 2 eine Heizeinrichtung 26 auf, welche zum Heizen der Batteriezellen 11 ausgelegt ist. Die Heizeinrichtung 26 weist hier mehrere Heizmatten 27 auf, welche zwischen zwei Batteriezellen 12 sowie auf einer Oberseite und einer Unterseite des Zellblocks 10 angeordnet sein können. Hier ist alle zwei Batteriezellen 11 eine Heizmatte 27 angeordnet. Durch das Heizen der Batteriezellen 11 können die Batteriezellen 11 auch bei niedrigen Umgebungstemperaturen des Kraftfahrzeugs in einen Temperaturbereich gebracht werden, in welchem sie einen minimalen Innenwiderstand aufweisen und in welchem sie dadurch besonders effizient und verlustarm arbeiten. Durch die thermisch isolierende Haltevorrichtung 12 kann verhindert werden, dass die von der Heizeinrichtung 26 bereitgestellte Heizwärme an das Batteriegehäuse 4 abfließt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Hochvoltbatterie
- 2
- Batteriemodul
- 3
- Aufnahmeraum
- 4
- Batteriegehäuse
- 5
- Gehäuseboden
- 6
- Gehäusedeckel
- 7
- Gehäusemantel
- 8
- Seitenwände
- 9
- Rückwand
- 10
- Zellblock
- 11
- Batteriezelle
- 12
- Haltevorrichtung
- 13
- Stützeinrichtung
- 14
- Halteelement
- 15
- Querstrebe
- 16
- Fixierungsleiste
- 17
- U-förmige Lasche
- 18
- Schraube
- 19
- Abstand
- 20
- Zellmodulrahmen
- 21
- erste Druckplatte
- 22
- zweite Druckplatte
- 23
- Zuganker
- 24
- Leiterplatte
- 25
- Modulverbinder
- 26
- Heizeinrichtung
- 27
- Heizmatte
- x
- Längenrichtung
- y
- Breitenrichtung
- z
- Hochrichtung
