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Die Erfindung betrifft eine Batterieanordnung mit mindestens einer Batteriezelle und mindestens einer an der mindestens einen Batteriezelle angeordneten, von einem Kühlmittel durchströmbaren Kühleinrichtung zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle. Zur Erfindung gehört auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterieanordnung.
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Batteriezellen, insbesondere solche für Kraftfahrzeugbatteriemodule, wie zum Beispiel für Hochvolt-Batterien, können im Betrieb temperaturbedingt und/oder alterungsbedingt anschwellen, was auch als Swelling bezeichnet wird. Dies kann zu einer Beschädigung der Batteriezellen oder dem Batteriemodul führen. Um entsprechend ein solches Anschwellen der Batteriezellen zu verhindern, kommen verschiedene Maßnahmen zum Einsatz. Zum einen werden Batteriezellen üblicherweise mittels einer geeigneten Kühleinrichtung gekühlt. Weiterhin werden die Batteriezellen üblicherweise verspannt. Zu diesem Zweck können am Anfang und Ende eines solchen Batteriemoduls Druckplatten angebracht werden, die mit entsprechenden Zugankern auf das Zellmodul gepresst werden, oder es können auch Spannbänder verwendet werden, die um ein jeweiliges Batteriemodul herumgeführt werden, um ein Anschwellen der Batteriezellen zu verhindern. Zur Kühlung und Verspannung der Batteriemodule sind damit vielzählige Komponenten erforderlich, die entsprechend sehr ineffizient bezüglich Bauraum und Kosten sind.
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Beispielsweise beschreibt die
DE 10 2008 059 966 A1 eine Batterie mit mehreren in einem Zellverbund angeordneten Batteriezellen und einer Kühlvorrichtung, die eine am Zellverbund angeordnete Kühlplatte umfasst. Weiterhin ist am Zellverbund eine Andruckplatte zum Andrücken der Batteriezellen an die Kühlplatte angeordnet. Der Zellverbund und die Kühlplatte werden durch um sie herum geführte Spannelemente aneinander gepresst, wobei die Spannelemente elastische Mittel enthalten.
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Weiterhin beschreibt die
DE 10 2008 054 947 A1 eine wiederaufladbare Batterie mit einer Wärmetransporteinrichtung zum Heizen und/oder Kühlen der Batterie, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen Wärmeleitplatten angeordnet sind und die Wärmetransporteinrichtung an einer Unterseite des Batteriemoduls angeordnet ist. Diese Anordnung wird durch eine Spannvorrichtung zusammengehalten, die einen die Stapelfolge umspannenden Spannrahmen und/oder ein die Stapelfolge umfassendes Spannband und/oder mindestens eine Spannfeder aufweisen kann.
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Darüber hinaus beschreibt die
DE 10 2011 076 580 A1 ein Energiespeichermodul aus mehreren prismatischen Speicherzellen, die hintereinander angeordnet und zwischen zwei Endplatten über zumindest einen Zuganker verspannt sind, der als Wärmeleitblech zum Abführen der Wärme aus den Speicherzellen zu einer Kühleinrichtung ausgebildet ist.
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Zudem beschreibt die
DE 10 2011 013 618 A1 eine Energiespeichervorrichtung mit einer Mehrzahl von Speicherzellen und einer Spanneinrichtung zum Verspannen der Speicherzellen, sowie einer Temperiereinrichtung zum Temperieren der Speicherzellen. Die Spanneinrichtung kann zum Beispiel als Spannband ausgebildet sein und gleichzeitig dazu genutzt werden, um Wärmeleitelemente oder Kühlplatten an den Speicherzellen zu halten.
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Durch gleichzeitiges Ausnutzen von Spannelementen zum Verspannen der Batteriezellen zum Halten oder Andrücken von Kühlplatten an die Batteriezellen können zwar gegenüber einer separaten Ausbildung einer Kühleinrichtung und einer Verspanneinrichtung Bauteile eingespart werden, nichtsdestoweniger besteht weiterhin das Bestreben nach einer noch effizienteren Ausbildung einer Batterieanordnung.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batterieanordnung und ein Kraftfahrzeug bereitzustellen, welche es ermöglichen, einem Anschwellen von Batteriezellen auf möglichst effiziente Weise entgegenzuwirken.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieanordnung und ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Eine erfindungsgemäße Batterieanordnung weist mindestens eine Batteriezelle und mindestens eine an der mindestens einen Batteriezelle angeordnete, von einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung zur Kühlung der mindestens einen Batteriezelle auf. Dabei ist die mindestens eine Kühleinrichtung als mindestens ein um die mindestens eine Batteriezelle umlaufendes Spannband ausgebildet, welches dazu ausgelegt ist, eine Spannkraft auf mindestens zwei gegenüberliegende erste Seiten der mindestens einen Batteriezelle auszuüben.
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Erfindungsgemäß wird also nicht nur eine Verspannvorrichtung mit einer Kühlvorrichtung kombiniert, sondern die Kühleinrichtung direkt in die Spanneinrichtung, nämlich das Spannband, integriert. Mit anderen Worten kann also das Spannband selbst von einem Kühlmittel durchströmt werden. Hierdurch lassen sich vorteilhafterweise zusätzlich Bauraum und Kosten sowie zusätzliche Bauteile einsparen. Zusätzlich kann eine besonders effektive Kühlung bereitgestellt werden, da ein sehr guter Wärmeübergang von der mindestens einen Batteriezelle zur Kühleinrichtung bereitgestellt wird, wenn diese als Spannband ausgebildet ist, da die Kühleinrichtung durch die zusätzliche Verspannungsfunktion direkt an die Zellen gedrückt wird. Dadurch ergibt sich eine sehr effiziente Kühlwirkung, welche die Lebensdauer sowie die Leistung und Kapazität der Batteriezellen beziehungsweise der mindestens einen Batteriezelle begünstigt. Letztendlich lässt sich hierdurch auch eine höhere Reichweite für batterieelektrische Fahrzeuge bereitstellen. Die Erfindung ermöglicht damit also eine erhöhte Lebensdauer der Batteriezellen durch Verspannung und bessere Kühlwirkung. Zudem kann vorteilhafterweise ein enormer Bauraumgewinn durch eingesparte Abstände und Zusatzkomponenten, wie zum Beispiel Wärmeleitpasten, auch Gapfiller genannt, oder Federelementen, erzielt werden. Zusätzlich können Kosten eingespart werden, da aufgrund der besseren Kühlungseffizienz auch die Kühleinrichtung selbst kleiner gestaltet werden kann. Auch durch den Entfall teurer Wärmeleitpasten beziehungsweise Gapfillern oder Federelementen oder sonstigen Zusatzelementen können Kosten gespart werden.
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Zudem bietet die als Spannband ausgebildete Kühleinrichtung enorm viel Flexibilität bezüglich ihrer Anordnungsmöglichkeiten. Dieses kann im Prinzip in beliebiger Weise um die mindestens eine Batteriezelle herum verlaufend angeordnet sein. Insbesondere kann die Batterieanordnung auch mehrere solcher Spannbänder mit integrierter Kühleinrichtung beziehungsweise als Spannbänder ausgebildete Kühleinrichtungen aufweisen. Bei der mindestens einen Batteriezelle handelt es sich vorzugsweise um eine prismatische Batteriezelle. Die mindestens eine Batteriezelle kann weiterhin zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Als Kühlmittel kommt jedes beliebige Medium in Frage, insbesondere ein flüssiges oder ein gasförmiges, zum Beispiel flüssiges Kohlenstoffdioxid, gasförmiges Kohlenstoffdioxid, flüssiges Öl, oder Ähnliches.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Batteriezelle zwei gegenüberliegende und die ersten Seiten miteinander verbindende zweite Seiten auf, wobei die mindestens eine Batteriezelle zwei Anschlusskontakte beziehungsweise Pole aufweist, die an einer der zweiten Seiten der Batteriezelle angeordnet sind. An diesen beiden Anschlusskontakten ist also eine entsprechende Zellspannung abgreifbar. Weiterhin weist die mindestens eine Batteriezelle zwei gegenüberliegende dritte Seiten auf, die jeweils die zwei ersten und zweiten Seiten miteinander verbinden. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn das mindestens eine Spannband derart um die mindestens eine Batteriezelle umlaufend angeordnet ist, dass das Spannband entlang der ersten und zweiten Seiten der mindestens einen Batteriezelle verläuft und/oder dass das Spannband entlang der ersten und dritten Seiten der mindestens einen Batteriezelle verläuft.
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Die ersten Seiten der Batteriezelle stellen dabei vorzugsweise diejenigen Seiten der Batteriezelle dar, die die größte Oberfläche aufweisen. Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn das Spannband derart um die mindestens eine Batteriezelle herum verläuft, dass mittels des Spannbandes Druck auf die erste Seite der Batteriezelle ausübbar ist, da hierdurch einem Anschwellen besonders effektiv entgegengewirkt werden kann. Das Spannband kann also entlang der ersten Seiten und zum Beispiel auch entlang der zweiten Seiten der mindestens einen Batteriezelle verlaufen oder auch entlang der ersten Seiten und zusätzlich entlang der dritten Seiten. Beide Varianten sind miteinander kombinierbar, wenn zum Beispiel zwei Spannbänder vorgesehen sind, die dann beispielsweise auch über Kreuz angeordnet sein können. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn das mindestens eine Spannband entlang der zweiten Seiten der mindestens einen Batteriezelle verläuft, von denen eine auch die Anschlusskontakte der Batteriezelle aufweist, da sich die Batteriezelle im Bereich der Anschlusskontakte üblicherweise am stärksten erwärmt und durch eine solche Anordnung des Spannbandes eine besonders effiziente Kühlung der mindestens einen Batteriezelle bereitgestellt werden kann.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batterieanordnung mehrere Batteriezellen, insbesondere umfassend die mindestens eine Batteriezelle, wobei jede der Batteriezellen zwei gegenüberliegende erste Seiten aufweist, wobei die Batteriezellen derart in einer Reihe angeordnet sind, dass die ersten Seiten jeweils in der Reihe benachbart angeordneter Batteriezellen einander zugewandt sind. Das Spannband mit der integrierten Kühlung umläuft dann entsprechend das gesamte durch die mehreren Batteriezellen bereitgestellte Batteriemodul, insbesondere wie oben bereits beschrieben. Das Spannband kann also das Batteriemodul derart umlaufen, dass es entlang einer ersten Seite einer ersten Batteriezelle in der Reihe der mehreren Batteriezellen geführt wird, dann entlang der jeweiligen zweiten Seiten der in der Reihe angeordneten Batteriezellen, dann wiederum entlang einer ersten Seite einer letzten Batteriezelle in der Reihe, und wiederum zurück entlang der anderen zweiten Seiten der jeweiligen Batteriezellen. Zusätzlich oder alternativ besteht auch hier wieder die Möglichkeit, das Spannband entlang der ersten sowie der dritten Seiten der jeweiligen Batteriezellen zu führen. Die auf die ersten Seiten durch das Spannband ausgeübte Spannkraft wird entsprechend von Batteriezelle zu Batteriezelle übertragen. Zu diesem Zweck sind die ersten Seiten benachbarter Batteriezellen vorzugsweise entweder in direktem Kontakt miteinander oder zumindest durch entsprechende Zwischenelemente, zum Beispiel Kühlplatten, miteinander gekoppelt, so dass sich die auf die äußeren Batteriezellen ausgeübte Spannkraft auch auf die innenliegenden Batteriezellen bzw. deren ersten Seiten übertragen lässt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das mindestens eine Spannband schlauchartig mit einem einzigen, von einer Wandung des Spannbands begrenzten, mit dem Kühlmittel durchströmbaren Hohlkanal ausgebildet. Dabei können auch mehrere solcher Schläuche um die mindestens eine Batteriezelle geführt werden. Die Wandung selbst kann beispielsweise aus einem Metall sein, wie zum Beispiel Stahl oder Aluminium. Dies erlaubt einen besonders guten Wärmetransport. Die Wandstärke kann je nach Anforderung gestaltet sein und zum Beispiel im niedrigen einstelligen Millimeterbereich liegen, wodurch sich ein solcher Schlauch noch hinreichend flexibel verbiegen und um die mindestens eine Batteriezelle führen lässt.
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Das mindestens eine Spannband kann auch mehrere, zum Beispiel durch Trennstege voneinander getrennte und senkrecht zu einer Verlaufsrichtung des Spannbands nebeneinander angeordnete, mit dem Kühlmittel durchströmbare Kanäle aufweisen. Durch die Trennstege lässt sich vorteilhafterweise die Strömungsdynamik verbessern. Dadurch können also zum Beispiel mehrere parallel zueinander verlaufende Kühlkanäle mit besonders guten Strömungseigenschaften bereitgestellt werden, was den Wärmeabtransport fördert und effizienter gestaltet. Diese Kühlkanäle können beispielsweise als sogenannte Multiport-Tubes ausgebildet sein. Die Verlaufsrichtung des Spannbands entspricht entsprechend auch der Verlaufsrichtung der Kühlkanäle und damit der Strömungsrichtung eines die Kanäle durchströmenden Kühlmittels. Auch in diesem Fall kann das Spannband aus einem metallischen Material, zum Beispiel Stahl oder Aluminium, gefertigt sein.
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Das Spannband kann beispielsweise als Strangpressprofil ausgebildet sein, was besonders vorteilhaft ist gerade bei einer Ausbildung des Spannbands mit den oben genannten mehreren Kühlkanälen, insbesondere den Multiport-Tubes, da sich durch Strangpressen besonders filigrane Kanäle bereitstellen lassen. Alternativ kann das Spannband auch aus zwei Blechen gefertigt sein, die unter Bildung eines Hohlraums, zum Beispiel durch ein Rollbond-Verfahren, miteinander verbunden werden. Die so entstehenden Spannbänder können dann in ihre gewünschte Form gebogen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das mindestens eine Spannband einen ersten das Spannband in seiner Verlaufsrichtung begrenzenden ersten Endbereich mit einem ersten Ende des Spannbands und einen zweiten Endbereich mit einem zweiten Ende des Spannbands auf, wobei am ersten und am zweiten Endbereich jeweils ein Leitungsanschluss zum Anschließen einer Kühlmittelzuführleitung und einer Kühlmittelabführleitung angeordnet ist. So kann vorteilhafterweise das Kühlmittel dem Spannband zugeführt und aus diesem wieder abgeführt werden. Um die Spannwirkung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn das Spannband an seinen Enden unmittelbar oder mittelbar geschlossen ist. Hierzu gibt es vielzählige vorteilhafte Möglichkeiten.
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Besonders vorteilhaft ist es vor allem, wenn die Batterieanordnung mindestens eine Druckplatte aufweist, welche an einer der ersten Seiten der mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist, wobei die Endbereiche des Spannbands stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Druckplatte verbunden sind und die Leitungsanschlüsse direkt am ersten und zweiten Ende des Spannbands angeordnet sind. Die Batterieanordnung kann also mit Druckplatten ausgeführt sein, beispielsweise kann eine solche Druckplatte an einer ersten Seite der ersten Batteriezelle eines Batteriemoduls mit mehreren Batteriezellen angeordnet sein und eine weitere Druckplatte auf der gegenüberliegenden Seite des Batteriemoduls an der ersten Seite der letzten Batteriezelle. Durch solche Druckplatten kann vorteilhafterweise eine besonders gleichmäßige Krafteinleitung der Verspannkraft erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es nun, wenn die Endbereiche des mindestens einen Spannbands an einer dieser Druckplatten stoffschlüssig und/oder formschlüssig befestigt sind. Die Endbereiche können also beispielsweise an diese Druckplatte angeschweißt und/oder zum Beispiel angeschraubt sein. Hierdurch ist es vorteilhafterweise möglich, direkt an die Enden des Spannbands die jeweiligen Leitungsanschlüsse anzuordnen. In diesem Fall ist also das Spannband mittelbar über eine solche Druckplatte geschlossen und kann somit die nötige Spannkraft auf die Batteriezellen ausüben. Die Druckplatten selbst können ebenfalls aus einem metallischen Material sein, was eine besonders gute Wärmeleitung ermöglicht. Weiterhin kann das mindestens eine Spannband auch die mindestens eine Druckplatte, insbesondere auch beide Druckplatten, umschließen, sodass sich die Druckplatten zwischen dem Spannband und einer jeweiligen ersten Seite der betreffenden Batteriezelle befinden.
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Besonders vorteilhaft ist es aber auch, wenn zum Beispiel zumindest ein Teil des Spannbands durch die mindestens eine Druckplatte verläuft, insbesondere wobei die Leitungsanschlüsse durch mindestens eine Aussparung in der Kühlplatte durchgeführt sind oder in die Kühlplatte integriert sind. Hierdurch lässt sich eine noch effizientere Kühlung bereitstellen. Auch können die Enden des Spannbands an einem Kühlkanal innerhalb der Druckplatte angeschlossen sein. Die Anschlüsse für die Zu- und Abführleitung können dann vorteilhafterweise an der Druckplatte selbst angeordnet sein oder in diese integriert sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Endbereiche stoffschlüssig und/oder formschlüssig miteinander verbunden. Dies ist insbesondere besonders vorteilhaft, wenn die Batterieanordnung keine Druckplatten aufweist, insbesondere keine, mit denen die Endbereiche stoffschlüssig und/oder formschlüssig verbunden sind. Um eine erforderliche Spannkraft bereitzustellen, können dann entsprechend die Endbereiche des Spannbands selbst miteinander verbunden sein, insbesondere wiederum zusammengeschweißt sein und/oder miteinander verschraubt sein.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen. Dabei ist die Batterie vorzugsweise als Hochvolt-Batterie ausgebildet. Die Batterie kann beispielsweise auch mehrere der beschriebenen Batteriemodule mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen. Dann kann entsprechend einem jeweiligen solchen Batteriemodul mindestens ein Spannband mit integrierter Kühlung zugeordnet sein. Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterieanordnung oder einer ihrer Ausgestaltungen.
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Die für die erfindungsgemäße Batterieanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise auch für die erfindungsgemäße Batterie und das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batterieanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batterieanordnung mit einer als Spannband ausgebildeten Kühleinrichtung ohne Druckplatten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Batterieanordnung mit einer als Spannband ausgebildeten Kühleinrichtung und zusätzlichen Druckplatten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
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1 zeigt eine schematische und perspektivische Darstellung einer Batterieanordnung 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batterieanordnung 10 weist in diesem Beispiel ein Batteriemodul 12 mit mehreren Batteriezellen 14 auf, von welchen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Eine solche Batteriezelle 14 kann als prismatische Batteriezelle und beispielsweise als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Jede dieser Batteriezellen 14 weist dabei eine Oberseite 14a auf, an welcher auch die Pole beziehungsweise Polanschlüsse 16, 18 einer jeweiligen Batteriezelle 14 angeordnet sind. Zudem weist jede der Batteriezellen 14 eine der Oberseite 14a gegenüberliegende Unterseite 14b auf, eine jeweilige Vorder- und Rückseite 14c, wobei die jeweiligen Batteriezelle 14 mit ihren Vorder- und Rückseiten 14c einander zugewandt in y-Richtung des dargestellten Koordinatensystems angeordnet sind. Darüber hinaus weisen die jeweiligen Batteriezellen 14 auch jeweilige gegenüberliegende dritte Seiten 14d auf, welche die jeweiligen Batteriezellen 14 in und entgegen der dargestellten x-Richtung begrenzen.
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Vorteilhafterweise weist diese Batterieanordnung 10 nun eine mit einem Kühlmittel durchströmbare Kühleinrichtung 20 auf, welche gleichzeitig als Spannband 20 ausgebildet ist. In diesem Beispiel weist das Spannband 20 mehrere von dem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle 20a im Inneren auf, die von jeweiligen Trennstegen 20b voneinander separiert sind, die in 1 lediglich durch gestrichelte Linien angedeutet sind. Weiterhin weist das Spannband jeweilige Endbereiche 20c auf, die jeweilige Enden 20d des Spannbands 20 umfassen. An diesen Enden 20d sind in diesem Beispiel Anschlusseinrichtungen 22 angeordnet, an welche Kühlmittelzuführ- und - abführleitungen angeschlossen sind oder angeschlossen werden können. Weiterhin weist in diesem Beispiel die Batterieanordnung 10 zwei Druckplatten 24, 26 auf. Durch diese Druckplatten 24, 26 lässt sich die durch das Spannband 20 bereitgestellte Spannkraft, die in und entgegen der dargestellten y-Richtung auf die Batteriezellen 14, das heißt auf deren Vorder- und Rückseiten 14c, ausgeübt wird, gleichmäßiger verteilen. Um diese Spannkraft in ausreichendem Ausmaß durch das Spannband 20 bereitzustellen, sind die Endbereiche 20c des Spannbands 20 mittelbar oder unmittelbar miteinander verbunden. In diesem Beispiel sind die Endbereiche 20c des Spannbands über eine der Druckplatten, in diesem Beispiel die Druckplatte 24, miteinander verbunden. Um diese Verbindung bereitzustellen, können die Endbereiche 20c beispielsweise an diese Druckplatte 24 angeschweißt sein. Zusätzlich oder alternativ können die Endbereiche 20c auch mit der Druckplatte 24 verschraubt sein. Auch sind zahlreiche andere Befestigungsmöglichkeiten denkbar, zum Beispiel Kleben oder Ähnliches.
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Zusätzlich oder alternativ können auch die Enden 20d des Spannbands 20 direkt miteinander fest verbunden sein, zum Beispiel wiederum miteinander verschweißt sein oder verschraubt sein. In diesem Fall muss dann nicht notwendigerweise eine stoffschlüssige und/oder formschlüssige Verbindung zur Druckplatte 24 bestehen.
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Das Spannband selbst kann aus einem metallischen Material gefertigt sein, wie zum Beispiel Stahl oder Aluminium. Gerade bei einer Ausbildung mit vielzähligen kleinen, durch die Trennstege 20b separierten Kühlkanälen 20a, sogenannten Multiport-Tubes, ist die Ausbildung des Spannbands 20 als Strangpressprofil besonders vorteilhaft. Aber auch hier kommen wiederum vielzählige alternative Ausbildungsmöglichkeiten infrage. Beispielsweise kann das Spannband auch mittels eines Rollbond-Verfahrens gefertigt sein, bei welchem zwei Bleche, insbesondere wiederum aus Stahl und/oder Aluminium, unter Ausbildung zumindest eines mit dem Kühlmittel durchströmbaren Hohlraums oder auch mehrerer solcher Hohlräume zur Bereitstellung mindestens eines Kühlkanals miteinander verpresst werden.
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Zudem kann die Batterieanordnung 10 auch mehrere Spannbänder 20 mit integrierten jeweiligen Kühleinrichtungen aufweisen, die gleichartig oder auch unterschiedlich ausgebildet sein können. Auch kann das Spannband mit der integrierten Kühleinrichtung, das heißt mit dem integrierten mindestens einen Kühlkanal, schlauchförmig ausgebildet sein. Zudem gibt es auch unterschiedliche Möglichkeiten, dieses Spannband 20 in Bezug auf die Batteriezellenanordnung, das heißt das Zellmodul 12, anzuordnen. In diesem in 1 dargestellten Beispiel ist das Spannband entlang der jeweiligen Oberseiten 14a der Batteriezellen, deren jeweiligen Unterseiten 14b, sowie entlang deren Vorder- und Rückseiten 14c angeordnet. Ebenso möglich wäre auch eine in Bezug auf die dargestellte y-Achse um 90 Grad gedrehte Anordnung des Spannbands 20, sodass dieses nicht entlang der Ober- und Unterseiten 14a, 14b der Batteriezellen 14 verläuft, sondern stattdessen entlang deren dritten Seiten 14d. Auch ist eine kreuzförmige Anordnung denkbar, zum Beispiel mit zwei jeweiligen Spannbändern 20, die dann sich entsprechend im Bereich der Druckplatten 24, 26 überkreuzen beziehungsweise zusammenlaufen.
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Zwei weitere Beispiele der Batterieanordnung 10 sind in 2 und 3 in einem Querschnitt dargestellt. Insbesondere können auch diese Batterieanordnungen 10 wie zur 1 beschrieben ausgebildet sein, bis auf die nachfolgend beschriebenen Unterschiede. 2 zeigt dabei eine schematische Querschnittsdarstellung der Batterieanordnung 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei welchem nun die Batterieanordnung keine Druckplatten 26, 24 aufweist. Eine gleichmäßige Druckverteilung auf die einzelnen Batteriezellen 14 lässt sich beispielsweise auch durch ein entsprechend breites Spannband 20, welches sich dann vorzugsweise über einen Großteil der Breite einer jeweiligen Batteriezelle 14 erstreckt, das heißt in beziehungsweise entgegen der x-Richtung, oder aber durch mehrere einzelne über die Breite der jeweiligen Batteriezellen 14 verteilte Spannbänder 20. Die Umlaufrichtung des in 2 dargestellten Spannbands 20 entspricht dabei wiederum der Umlaufrichtung und Anordnung des in 1 bereits dargestellten Spannbands 20. Das in 3 dargestellte Spannband 20 ist dagegen gegenüber den vorhergehenden Darstellungen um 90 Grad um die y-Achse gedreht. Zudem wird das Spannband 20 in dem Beispiel aus 3 zum Teil auch durch die Druckplatten 24, 26 hindurchgeführt. Diese Druckplatten 24, 26 können zu diesem Zweck entsprechende Durchgangsöffnungen aufweisen, sowie die erste Druckplatte 24 zudem auch vorderseitige Bohrungen oder Öffnungen zur Durchführung der Anschlusseinrichtungen 22. Die Anschlusseinrichtungen 22 können darüber hinaus auch direkt in diese Öffnungen der ersten Druckplatte 24 integriert und zum Beispiel stoffschlüssig mit der Druckplatte 24 verbunden sein. Dies ermöglicht eine besonders einfache Montage.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Batterieanordnung mit einer funktionsintegrierten Modulverspannung bereitgestellt werden kann, was durch die Ausbildung von Spannbändern mit Kühlkanälen, die durch Kühlungspipes bereitgestellt sein können oder durch ähnliche Bauteile, ermöglicht wird. Durch die als Spannband ausgebildete Kühleinrichtung kann damit vorteilhafterweise zum einen eine Verspannung der Batteriezellen zum Schutz vor negativen Alterungserscheinungen durch Swelling-Effekte bereitgestellt werden sowie gleichzeitig auch eine besonders effiziente Kühlung der Zellen. Durch die Erfindung oder ihre Ausführungsformen wird ein sehr guter Wärmeübergang ermöglicht, da die Kühlung durch die Verspannungsfunktion direkt an die Zellen gedrückt wird. Dadurch kann eine sehr effiziente Kühlwirkung erreicht werden, welche die Lebensdauer sowie die Leistung und Kapazität der Zellen begünstigt und letztendlich auch zu mehr Reichweite für batterieelektrische Fahrzeuge führt. Insgesamt kann so also die Lebensdauer der Batteriezellen erhöht werden, Bauraum und Kosten sowie Bauteile eingespart werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008059966 A1 [0003]
- DE 102008054947 A1 [0004]
- DE 102011076580 A1 [0005]
- DE 102011013618 A1 [0006]
