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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterieeinrichtung für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit einer Mehrzahl von Rahmenmodulen zum rahmenartigen Einfassen jeweils wenigstens einer Batteriezelle, welche insbesondere als Pouch-Zelle ausgebildet ist.
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Pouch-Zellen, oft auch als Coffeebag-Zellen oder Beutelzellen bezeichnet, bieten eine besonders gute Ausnutzung des Bauraums einer Batterie. Dabei wird in der Regel ein flacher und rechteckiger Elektrodenstapel mit einer Folie als Ummantelung umgeben. Um die Zellen sicher in einem Gehäuse aufnehmen zu können, werden diese häufig an jeweils einem Rahmen aufgespannt. Entscheidend für die Funktion und Leistungsfähigkeit ist zudem eine wirkungsvolle Temperierung bzw. Kühlung der Batteriezellen.
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Beispielsweise zeigt die
EP 2 597 698 A1 ein System, bei dem die einzelnen Pouch-Zellen zwischen zwei benachbarten Rahmen eingeklemmt werden. Dabei verläuft innerhalb der Rahmen jeweils ein Fluidkanal für ein Kühlmittel zum Kühlen bzw. Temperieren der Batteriezellen.
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Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Aufnahme von Batteriezellen, insbesondere Pouch-Zellen, zur Verfügung zu stellen, welche eine besonders gute Kühlung der Batteriezellen ermöglicht und vorzugsweise eine besonders unaufwendige Montage der Batterie ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterieeinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
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Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung ist insbesondere für ein wenigstens teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug und beispielsweise ein Elektrofahrzeug vorgesehen. Die Batterieeinrichtung ist insbesondere als eine Traktionsbatterie bzw. Hochvolt-Batterie ausgebildet. Die Batterieeinrichtung umfasst eine Mehrzahl von Rahmenmodulen zum rahmenartigen Einfassen jeweils wenigstens einer Batteriezelle, welche insbesondere als Pouch-Zelle ausgebildet ist. Die Rahmenmodule umfassen jeweils wenigstens zwei Rahmenteile. Die Batteriezelle ist durch ein Zusammenfügen der Rahmenteile an dem Rahmenmodul befestigbar. Die Rahmenmodule umfassen jeweils wenigstens einen Kühlkanal für ein Kühlmittel zum Temperieren der Batteriezellen. Dabei umfassen die Rahmenmodule jeweils eine Mehrzahl von Düsen. Die Düsen sind an wenigstens einer Rahmeninnenseite angeordnet, welche zu der eingefassten Batteriezelle gerichtet ist. Über die Düsen ist das Kühlmittel aus dem Kühlkanal gezielt in Richtung der im Rahmenmodul aufgenommenen Batteriezelle verteilbar.
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Die erfindungsgemäße Batterieeinrichtung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bieten die Düsen und deren Anordnung, wodurch eine besonders wirkungsvolle und gezielte Kühlung der Batteriezellen erreicht wird. Durch die Düsen kann das Kühlmittel gezielt an die benötigten Stellen gebracht werden, sodass die Batteriezellen besonders gleichmäßig temperiert werden können. Zudem bietet die erfindungsgemäße Anordnung der Düsen im Rahmen eine besonders kompakte und Bauraum sparende Unterbringung. Des Weiteren kann eine besonders sichere und zuverlässige Fixierung der Batteriezellen an den Rahmenmodulen und auch im Gehäuse erreicht werden.
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Vorzugsweise umfassen die Rahmenmodule jeweils wenigstens eine Drosseleinrichtung. Insbesondere ist die Drosseleinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, im Kühlkanal einen Staudruck bereitzustellen, sodass die Düsen im Wesentlichen gleichmäßig und insbesondere gleichmäßig mit Kühlmittel versorgbar sind. Das bietet eine besonders gezielte und zuverlässige Verteilung des Kühlmittels. Insbesondere stellt die Drosseleinrichtung wenigstens eine Veränderung und insbesondere eine Verringerung eines Strömungsquerschnitts des Kühlkanals bereit. Insbesondere umfassen die Rahmenmodule jeweils wenigstens zwei und vorzugsweise eine Mehrzahl von Drosseleinrichtungen.
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Die Drosseleinrichtung ist vorzugsweise in einer Ecke des Rahmenmoduls angeordnet. Besonders bevorzugt ist in wenigstens zwei Ecken des Rahmenmoduls jeweils wenigstens eine Drosseleinrichtung angeordnet. Insbesondere sind die Drosseleinrichtungen an gegenüberliegenden Ecken einer Rahmenseite angeordnet. Möglich ist auch, dass die Drosseleinrichtungen an diagonal gegenüberliegenden Ecken angeordnet sind. Möglich und bevorzugt ist auch, dass an anderen Stellen im Verlauf des Kühlkanals wenigstens eine und vorzugsweise wenigstens zwei weitere Drosseleinrichtungen vorgesehen sind. Solche Ausgestaltungen bieten viele Vorteile hinsichtlich der Kühlwirkung.
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Es ist möglich, dass die beiden Rahmenteile eines Rahmenmoduls jeweils wenigstens einen Teilumfang des Kühlkanals bereitstellen. Insbesondere wird der Kühlkanal durch das Zusammenfügen der Rahmenteile radial umfänglich geschlossen. Der Kühlkanal wird insbesondere durch das Zusammenfügen der Rahmenteile gebildet. Beispielsweise sind die beiden Rahmenteile jeweils mit wenigstens einer Vertiefung ausgestattet. Die Vertiefungen ergänzen sich insbesondere durch das Zusammenfügen der Rahmenteile schalenartig zu dem Kühlkanal. Das bietet eine besonders unaufwendige und wirtschaftliche Bereitstellung des Kühlkanals im Rahmenmodul.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der Kühlkanal in dem Rahmenabschnitt mit den Düsen als ein Vorlaufkanal ausgebildet. Insbesondere ist der Kühlkanal in einem Rahmenabschnitt, welcher dem Rahmenabschnitt mit den Düsen gegenüberliegt, als ein Rücklaufkanal ausgebildet. Der Rücklaufkanal kann auch in einem anderen Rahmenabschnitt angeordnet sein. Insbesondere ist im Rücklaufkanal wenigstens eine Eintrittsöffnung vorgesehen, sodass das aus den Düsen ausgetretene Kühlmittel nach dem Passieren der Batteriezelle wieder einen Rücklaufkanal eintreten kann. Insbesondere erstrecken sich die Düsen bis in den Vorlaufkanal.
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Insbesondere weisen die Düsen einen Durchmesser auf, welcher maximal einem Fünftel und vorzugsweise maximal einem Achtel und besonders bevorzugt maximal einem Zehntel des Durchmessers des Kühlkanals entspricht. Möglich ist auch, dass der Durchmesser der Düsen maximal einem Sechzehntel oder maximal einem Zwanzigstel des Durchmessers des Kühlkanals entspricht. Der Durchmesser der Düsen kann auch andere Dimensionen aufweisen. Die Düsen können einen gleichbleibenden oder auch einen veränderlichen und zum Beispiel einen konischen Querschnittsverlauf aufweisen.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung stellen die beiden Rahmenteile eines Rahmenmoduls jeweils wenigstens einen Teilumfang einer Düse bereit. Insbesondere wird die Düse durch das Zusammenfügen der Rahmenteile radial umfänglich geschlossen. Dadurch können die Düsen besonders unaufwendig und wirtschaftlich in das Rahmenmodul eingearbeitet werden. Insbesondere sind die Düsen als Ausnehmungen im Rahmenmodul ausgebildet.
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In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist für die Rahmenmodule jeweils wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung zur Befestigung wenigstens eines insbesondere plattenartigen Kühlelements vorgesehen. Die Aufnahmeeinrichtung dient insbesondere zur Befestigung des Kühlelements an wenigstens einer parallel zur Rahmenebene verlaufenden Rahmenaußenseite des Rahmenmoduls. Eine solche Positionierung des Kühlelements ist für die Kühlwirkung besonders vorteilhaft und ermöglicht zugleich ein Abfangen der Belastungen der Batteriezellen im Betrieb, beispielsweise bei einem Anschwellen der Zellen. Besonders bevorzugt ist ein Teil der Aufnahmeeinrichtung an dem einen Rahmenteil und ein anderer Teil der Aufnahmeeinrichtung an dem anderen Rahmenteil des Rahmenmoduls angeordnet.
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Die Aufnahmeeinrichtung umfasst insbesondere wenigstens zwei Vorsprünge zum Zentrieren des Kühlelements. Die Vorsprünge sind vorzugsweise an gegenüberliegenden Rahmenabschnitten eines Rahmenteils des Rahmenmoduls angeordnet. Beispielsweise sind die Vorsprünge am oberen und unteren Rahmenabschnitt des Rahmenteils angeordnet. Zusätzlich oder alternativ können auch seitlich bzw. links und rechts am Rahmenteil Vorsprünge angeordnet sein. Die Vorsprünge sind beispielsweise als Dome bzw. domartige Erhebungen ausgebildet. Insbesondere ist das Kühlelement mit Ausnehmungen ausgestattet, in welche die Vorsprünge eingreifen können. Das bietet eine einfache und zugleich zuverlässige Ausrichtung des Kühlelements am Rahmenmodul.
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Insbesondere sind die Vorsprünge nur in einem der beiden Rahmenteile eines Rahmenmoduls angeordnet, sodass in einem betriebsgemäß montierten bzw. vormontierten Zustand nur eine Rahmenaußenseite des Rahmenmoduls mit einem Kühlelement ausgestattet ist. Bei der weiteren Montage kann ein solches Rahmenmodul dann besonders einfach und zügig in ein Gehäuse eingesetzt werden. Im Gehäuse können die einzelnen Rahmenmodule dann miteinander verbunden und beispielsweise zusammengesteckt werden, sodass zwischen zwei benachbarten Rahmenmodulen jeweils ein Kühlelement angeordnet ist.
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Vorzugsweise umfasst die Aufnahmeeinrichtung wenigstens eine und vorzugsweise wenigstens zwei Nasen. Die Nasen sind insbesondere an gegenüberliegenden Rahmenabschnitten des einen Rahmenteils des Rahmenmoduls angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Aufnahmeeinrichtung wenigstens eine Aussparung und vorzugsweise wenigstens zwei Aussparungen. Die Aussparungen sind insbesondere an gegenüberliegenden Rahmenabschnitten des anderen Rahmenteils des Rahmenmoduls angeordnet. Insbesondere umfasst das Rahmenmodul ein Rahmenteil und ein anderes Rahmenteil. Vorzugsweise greifen bei einer betriebsgemäßen Anordnung der Rahmenmodule in der Batterieeinrichtung die Nasen und Aussparungen von benachbarten Rahmenmodulen ineinander.
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Insbesondere greifen die Nasen und Aussparungen ineinander, wenn die Rahmenmodule in einer Gehäuseeinrichtung der Batterieeinrichtung angeordnet und vorzugsweise miteinander verbunden und insbesondere zusammengesteckt sind. Insbesondere ist dadurch, also durch das Ineinandergreifen der Nasen und Aussparungen, das an der Aufnahmeeinrichtung angeordnete Kühlelement aufspannbar. Ein solches Aufspannen der Kühlelemente bietet viele Vorteile. Beispielsweise wird so einer ungünstigen punktuellen Belastung durch das Anschwellen der Zellen im Betrieb wirkungsvoll entgegen gewirkt. Durch die plattenförmigen Kühlelemente werden diese Belastungen auf eine größere Fläche übertragen.
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Die Nasen und/oder Aussparungen sind vorzugsweise an Rahmenabschnitten angeordnet, welche quer zu den Rahmenabschnitten mit den Vorsprüngen verlaufen. Das bietet eine besonders zuverlässige Fixierung und Aufspannung der Kühlelemente. Möglich sind auch andere Anordnungen.
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Die Batterieeinrichtung umfasst insbesondere eine Mehrzahl von Kühlelementen. Insbesondere ist für jedes Rahmenmodul und/oder für jede Batteriezelle wenigstens ein Kühlelement vorgesehen. Die Kühlelemente umfassen jeweils wenigstens eine Trennwand. Insbesondere ist an der Trennwand wenigstens ein Schaumwerkstoff wenigstens abschnittsweise angeordnet. Insbesondere ist der Schaumwerkstoff beidseitig an der Trennwand angeordnet. Durch solche Kühlelemente können die im Betrieb auftretenden Belastungen auf die Batteriezellen besonders gut abgefangen werden. Insbesondere sind die Kühlelemente an dem Rahmenmodul befestigbar und vorzugsweise wie zuvor beschrieben mittels der Aufnahmeeinrichtung befestigbar.
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Insbesondere ist an den beiden Hauptflächen der Trennwand jeweils wenigstens ein Schaumwerkstoff wenigstens abschnittsweise angeordnet. Insbesondere ist der Schaumwerkstoff streifenartig umlaufend und vorzugsweise beabstandet zum Rand auf der Trennwand aufgetragen. Eine solche Anordnung ist insbesondere auf beiden Hauptflächen vorgesehen. Die Trennwand kann umlaufend und am äußeren Rand ohne Schaumwerkstoff ausgestattet sein. Die Trennwand kann in einem zentralen Bereich, welcher von dem Schaumwerkstoff umgeben ist, ohne Schaumwerkstoff ausgestattet sein. Der Schaumwerkstoff kann aber auch im zentralen Bereich angeordnet sein. Der Schaumwerkstoff kann auch an anderen Bereichen der Trennwand angeordnet sein.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen benachbarten Düsen eines Rahmenmoduls wenigstens eine Rippe an der Rahmeninnenseite angeordnet. Insbesondere ist zwischen allen benachbarten Düsen wenigstens eine Rippe angeordnet. Die Rippen dienen insbesondere als Abstandshalter für die Batteriezelle. So werden die Düsen nicht durch die Batteriezelle verdeckt. Es ist möglich, dass die betriebsgemäß zwischen den Rahmenteilen eingespannte Batteriezelle auf den Rippen aufliegt.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung ist jeweils ein Rahmenmodul mit einer Batteriezelle und einem Kühlelement zu einer Rahmeneinheit vormontierbar. Die Rahmeneinheiten sind vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, jeweils separat in einer Gehäuseeinrichtung der Batterieeinrichtung eingesetzt zu werden. Insbesondere sind die Rahmeneinheiten nacheinander bzw. separat in die Gehäuseeinrichtung einschiebbar. Das bietet eine besonders zügige und wirtschaftliche Montage der Batterieeinrichtung. Das bietet viele Vorteile gegenüber einer Montage, bei der zunächst alle Rahmen und Batteriezellen miteinander zu einem großen und unhandlichen Block verbunden werden, welcher dann entsprechend aufwendig in ein Gehäuse eingesetzt werden muss. Die Rahmeneinheiten umfassen insbesondere jeweils wenigstens ein Rahmenmodul und jeweils wenigstens eine Batteriezelle und jeweils wenigstens ein Kühlelement.
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Die Batterieeinrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Gehäuseeinrichtung zur Aufnahme der Rahmenmodule und/oder der Rahmeneinheiten. Die Gehäuseeinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, einzeln mit den Rahmeneinheiten bestückt zu werden. Beispielsweise umfasst die Gehäuseeinrichtung dazu Aufnahmeschlitze bzw. Aufnahmeschächte für die Rahmeneinheiten. Die Gehäuseeinrichtung umfasst insbesondere ein Kühlleitungssystem, an welches die Kühlkanäle der Rahmenmodule strömungstechnisch gekoppelt werden können.
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Besonders bevorzugt sind die Rahmeneinheiten dazu geeignet und ausgebildet, in der Gehäuseeinrichtung über die Rahmenmodule miteinander verbunden und insbesondere zusammengesteckt zu werden. Das bietet ein besonders einfaches und unaufwendiges Verbinden der einzelnen Rahmeneinheiten. Bei dem Verbinden bzw. Zusammenstecken der Rahmeneinheiten erfolgt insbesondere das zuvor beschriebene Aufspannen der Kühlelemente mittels der Aufnahmeeinrichtungen. Insbesondere sind die Rahmenmodule mit einem Stecksystem ausgestattet. Insbesondere ist das Kühlelement mittels der Aufnahmeeinrichtung zwischen zwei in der Gehäuseeinrichtung benachbarten und zusammengesteckten Rahmenmodulen eingespannt.
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Die Rahmenmodule sind insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, mittels der Rahmenteile den Umfang einer Zelle wenigstens teilweise und insbesondere vollständig einzufassen. Das Rahmenmodul ist insbesondere in einer Gehäuseeinrichtung aufnehmbar. Das Rahmenmodul und insbesondere die Rahmenteile werden vorzugsweise durch mehrere winkelig und insbesondere rechtwinklig zueinander angeordnete Rahmenabschnitte gebildet.
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Die Rahmenteile sind insbesondere jeweils als ein Rahmen ausgebildet. Die Rahmenteile sind insbesondere parallel zu einer Rahmenebene des Rahmenmoduls ausgerichtet. Insbesondere bildet ein Rahmenteil die Vorderseite des Rahmenmoduls und ein Rahmenteil bildet die Rückseite des Rahmenmoduls.
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Insbesondere sind die Rahmenteile zusammensteckbar. Vorzugsweise sind die Rahmenteile an jeweils einer parallel zur Rahmenebene verlaufenden Rahmenteilaußenseite zusammensteckbar. Insbesondere ist die Batteriezelle durch das Zusammenstecken zwischen den Rahmenteilen befestigbar. Für das Zusammenstecken weisen die Rahmenteile insbesondere wenigstens zwei komplementäre Geometrien auf. Beispielsweise ist ein Rahmenteil mit einer Erhebung und das andere Rahmenteil mit einer Vertiefung ausgestattet. Es ist möglich, dass wenigstens ein Rasthaken oder dergleichen vorgesehen ist.
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Die Batteriezellen weisen insbesondere wenigstens einen und vorzugsweise wenigstens zwei gegenüberliegende Falze auf. Die Batteriezellen werden insbesondere jeweils an einem und vorzugsweise jeweils an wenigstens zwei Falzen zwischen den Rahmenteilen gehalten. Der Falz wird insbesondere durch den Beutel bzw. die Ummantelung der Batteriezelle bereitgestellt.
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Insbesondere ist die Batteriezelle an zwei gegenüberliegenden Seiten am Rahmenmodul aufgehangen. Insbesondere wird die Batteriezelle oben und unten im Rahmenmodul gehalten. Alternativ oder zusätzlich kann die Batteriezelle auch seitlich bzw. rechts und links im Rahmenmodul aufgehangen sein. Die Batteriezelle ist insbesondere zwischen den Rahmenteilen eingefasst. Vorzugsweise umgibt dabei jedes Rahmenteil den Umfang der Batteriezelle an der Vorderseite oder Rückseite.
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Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird der Begriff Kühlen vorzugsweise im Sinne von Temperieren verwendet, sodass darunter auch ein Erwärmen bzw. Erhitzen verstanden wird.
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Der Kühlkanal verläuft wenigstens abschnittsweise innerhalb des Rahmenmoduls. Die Düsen bzw. deren Hauptströmungswege sind insbesondere parallel zur Rahmenebene des Rahmenmoduls ausgerichtet. Die Düsen bzw. deren Hauptströmungswege sind insbesondere quer zur Längsachse des Kühlkanals ausgebildet. Die Düsen sind insbesondere mit dem Kühlkanal und vorzugsweise mit einem als Vorlaufkanal ausgebildeten Kühlkanal strömungsverbunden.
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Es ist möglich, dass wenigstens ein Rahmenabschnitt des Rahmenmoduls wenigstens eine Eintrittsöffnung für das Kühlmittel aufweist. Die Eintrittsöffnung ist insbesondere an einem Rahmenabschnitt angeordnet, welcher dem Rahmenabschnitt mit den Düsen gegenüberliegt. Die Eintrittsöffnung ist insbesondere an einer Rahmeninnenseite angeordnet. Insbesondere ist die Eintrittsöffnung dazu geeignet und ausgebildet, dass das aus den Düsen ausgetretene Kühlmittel nach dem Passieren der Batteriezelle wieder in den Kühlkanal eintreten kann. Insbesondere ist die Eintrittsöffnung mit dem Kühlkanal und insbesondere mit einem Rücklaufkanal strömungsverbunden.
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Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
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In den Figuren zeigen:
- 1 eine stark schematisierte Darstellung einer erfindungsgemäßen Batterieeinrichtung in einer perspektivischen Ansicht;
- 2 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
- 3 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer geschnittenen perspektivischen Ansicht;
- 4 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer perspektivischen Ansicht;
- 5 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer Seitenansicht;
- 6 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer geschnittenen Seitenansicht;
- 7 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer Seitenansicht;
und
- 8 eine Detaildarstellung der Batterieeinrichtung der 1 in einer Vorderansicht.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Batterieeinrichtung 1, welche hier als Traktionsbatterie 100 ausgebildet ist, wie sie beispielsweise in einem Elektrofahrzeug zur Energieversorgung des Fahrantriebs eingesetzt werden kann. Die Batterieeinrichtung 1 umfasst eine Mehrzahl von Rahmenmodulen 2, welche hier jeweils aus zwei Rahmenteilen 3 zusammengesteckt sind. Jedes Rahmenmodul 2 wird hier mit einer als Pouch-Zelle ausgebildeten Batteriezelle 11 und einem plattenförmigen Kühlelement 8 ausgestattet. Zur besseren Übersichtlichkeit ist hier nur eines der Rahmenmodule 2 dargestellt.
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Die Rahmenteile 3 werden über ein hier nicht näher dargestelltes Stecksystem miteinander verbunden. Durch das Zusammenstecken der Rahmenteile 3 wird die Batteriezelle 11 zwischen den Rahmenteilen 3 bzw. an dem Rahmenmodul 2 befestigt. Anschließend wird an einer Rahmenaußenseite 32 des Rahmenmoduls 2 das Kühlelement 8 mittels einer mit Bezug zu den 5 bis 8 näher beschriebenen Aufnahmeeinrichtung 7 zentriert bzw. teilweise befestigt. Die Rahmenteile 3 bzw. Rahmenmodule werden hier durch jeweils vier rechtwinklig miteinander verbundene Rahmenabschnitte 42 gebildet.
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Die so zusammengesetzten Komponenten bilden hier eine vormontierte Rahmeneinheit 9. Diese Rahmeneinheit 9 wird dann in eine Gehäuseeinrichtung 10 eingeschoben. Die einzelnen Montageschritte sind hier stark schematisch durch Blockpfeile angedeutet.
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Die separat in die Gehäuseeinrichtung 10 eingesetzten Rahmeneinheiten 9 werden in der Gehäuseeinrichtung 10 miteinander verbunden. Dazu werden die Rahmenmodule 2 über ein hier nicht näher dargestelltes Stecksystem miteinander verbunden. Die zuvor an den Rahmenmodulen 2 zentrierten Kühlelemente 8 werden durch das Zusammenstecken mittels der Aufnahmeeinrichtung 7 aufgespannt und zuverlässig befestigt.
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Die Batteriezellen 11 umfassen einen hier nicht näher dargestellten Elektrodenstapel, welcher in einer folienartigen Ummantelung eingeschlossen ist. Die Ummantelung bildet hier an zwei gegenüberliegenden Seiten jeweils einen Falz 21, welcher zur Befestigung zwischen den beiden Rahmenteilen 3 dient. Zudem ist die Batteriezelle 11 hier mit einer Anschlusseinrichtung 31 zur elektrischen Kontaktierung ausgestattet.
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Zum Temperieren der Batteriezellen 11 verläuft innerhalb der Rahmenmodule 2 jeweils ein Kühlkanal 4, welcher im Betrieb von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dabei ist der Kühlkanal 4 hier in dem unteren Rahmenabschnitt 42 als Vorlaufkanal und in dem gegenüberliegenden, oberen Rahmenabschnitt 42 als Rücklaufkanal ausgebildet. Das Kühlmittel ist beispielsweise ein Öl. Möglich sind auch andere geeignete Kühlmittel.
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In der hier gezeigten Ausgestaltung stellen die beiden Rahmenteile 3 des Rahmenmoduls 2 jeweils einen Teilumfang des Kühlkanals 4 bereit. Durch das Zusammenstecken der Rahmenteile 3 wird der Kühlkanal 4 dann radial umfänglich geschlossen.
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Um optimale Kühlwirkung zu erzielen, ist das Rahmenmodul 2 einer Mehrzahl von Düsen 5 ausgestattet. Über die Düsen 5 kann das Kühlmittel aus dem Kühlkanal 4 bzw. Vorlaufkanal 14 gezielt in Richtung der im Rahmenmodul 2 eingespannten Batteriezelle 11 verteilt werden. Dazu sind die Düsen 5 an einer zur Batteriezelle 11 gerichteten Rahmeninnenseite 12 angeordnet. Nachdem das Kühlmittel die Batteriezelle 11 umströmt hat, gelangt es über weitere, hier nicht näher dargestellte Strömungsverbindungen wieder in den als Rücklaufkanal 42 ausgebildeten Kühlkanal 4.
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Die 2 zeigt eine Detaildarstellung der 1, bei der eine untere Ecke eines Rahmenteils 3 in einer geschnittenen Seitenansicht näher gezeigt ist. Dabei ist der Verlauf des Kühlkanals 4 und die Anordnung der Düsen 5 besonders gut zu erkennen. Die Kühlkanäle 4 und die Düsen 5 verlaufen hier in Bezug auf ihre Längsachse bzw. Hauptströmungsrichtung parallel zur Rahmenebene 22. Die Rahmenebene 22 ist in den 4 und 8 skizziert. Dabei verläuft die Hauptströmungsrichtung der Düsen 5 quer zu der Hauptströmungsrichtung des Kühlkanals 4 bzw. Vorlaufkanals 14.
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Zudem ist hier eine im Rahmenmodul 2 angeordnete Drosseleinrichtung 6 besonders gut zu erkennen. Die Drosseleinrichtung 6 ist dazu geeignet und ausgebildet, im Kühlkanal 4 einen Staudruck bereitzustellen, sodass die Düsen 5 besonders gleichmäßig mit Kühlmittel versorgt werden.
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In der 3 ist eine weitere Detaildarstellung der in der 1 gezeigten Batterieeinrichtung 1 dargestellt, welche eine geschnittene Darstellung des unteren Rahmenabschnitts 42 eines Rahmenteils 3 zeigt. Dabei ist das hier gezeigte Rahmenteil 3 mit Rippen 15 ausgestattet, welche zwischen den Düsen 5 angeordnet sind. Durch die Rippen 15 erfolgt beispielsweise eine Beabstandung der aufgenommenen Batteriezelle 11 zu den Düsen 5.
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In der 4 ist das aus den Rahmenteilen 3 zusammengesetzte Rahmenmodul 2 näher dargestellt. Zur besseren Übersichtlichkeit ist die Batteriezelle 11 hier nicht dargestellt.
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Die 5 zeigt einen oberen Bereich einer vormontierten Rahmeneinheit 9. Dabei ist das Kühlelement 8 an der parallel zur Rahmenebene 22 verlaufenden Rahmenaußenseite 32 des Rahmenmoduls 2 mittels der Aufnahmeeinrichtung 7 fixiert. Die Aufnahmeeinrichtung 7 ist hier mit zwei Vorsprüngen 17 ausgestattet, welche hier an zwei gegenüberliegenden Rahmenabschnitten 42 des einen Rahmenteils 3 angeordnet sind. So wird das Kühlelement 8 oben und unten aufgehangen und in der korrekten Position zentriert und sitzt später beim Zusammenstecken der Rahmeneinheiten 9 in der korrekten Montageposition. In der hier gezeigten Darstellung ist nur der Vorsprung 17 am oberen Rahmenabschnitt 42 gezeigt. Möglich ist auch, dass an einem Rahmenabschnitt 42 zwei oder drei oder mehr Vorsprünge 17 angeordnet sind. Der Vorsprung 17 ist in den 7 und 8 besonders gut zu erkennen.
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Das Kühlelement 8 weist hier eine Trennwand 18 auf, welche beidseitig mit einem Schaumwerkstoff 28 ausgestattet ist. In der 6 ist das Kühlelement 8 in einer geschnittenen Seitenansicht gezeigt, in welcher dieser Aufbau besonders gut zu erkennen ist.
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Die Trennwand 18 liegt hier an einem umlaufenden äußeren Randabschnitt frei. Daran schließt sich ein umlaufender bzw. rahmenförmiger Abschnitt an, auf welchen der Schaumwerkstoff 28 aufgetragen ist. In der hier gezeigten Ausgestaltung umgibt der Schaumwerkstoff 28 einen zentralen Bereich des Kühlelements 8, der frei ist bzw. in dem kein Schaumwerkstoff 28 angeordnet ist.
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In den 7 und 8 ist die Aufnahmeeinrichtung 7 näher dargestellt. Dabei zeigt die 7 den mit Bezug zu der 5 beschriebenen Ausschnitt, wobei hier jedoch das Kühlelement 8 nicht dargestellt ist. Die 8 zeigt das Rahmenmodul 3 der 7 in einer Seitenansicht.
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Ergänzend zu dem bereits beschriebenen Vorsprung 17 zum Zentrieren des Kühlelements 8 ist die Aufnahmeeinrichtung 7 hier mit Nasen 27 und Aussparungen 37 ausgestattet. In der hier gezeigten Ausgestaltung sind zwei gegenüberliegende Rahmenabschnitte 42 des einen Rahmenteils 3 mit jeweils einer Nase 27 ausgestattet. Zudem sind hier zwei gegenüberliegende Rahmenabschnitte 42 des anderen Rahmenteils 3 mit jeweils einer Aussparung ausgestattet.
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Dabei sind die Nasen 27 und Aussparungen 37 von benachbarten Rahmenmodulen 2 so angeordnet, dass diese ineinandergreifen, wenn die Rahmeneinheiten 9 in der Gehäuseeinrichtung 10 zusammengesteckt werden. Dadurch wird das zwischen den Rahmenmodulen 2 angeordnete Kühlelement 8 fixiert und zugleich aufgespannt. Die Nasen 27 und Aussparungen 37 sind hier an den Rahmenabschnitten 42 angeordnet, welche quer zu den Rahmenabschnitten 42 mit den Vorsprüngen 17 verlaufen.
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Die Montage der Batterieeinrichtung 1 erfolgt dann beispielsweise so, dass die Batteriezelle 11 zwischen die beiden Rahmenteile 3 eingelegt wird. Die beiden Rahmenteile 3 werden dann zusammengesteckt. Dabei wird das Rahmenmodul 2 über die entsprechend langen Falze 21 mit der Batteriezelle 11 verbunden, sodass diese wie eine Feder bzw. wie ein Dämpfer wirken. Dadurch können auftretende Kräfte besonders gut absorbiert und Beschleunigungen vorteilhaft gedämpft werden. Durch das Aufhängen der Batteriezellen 11 an den oberen und unteren Rahmenabschnitten 42 ergeben sich hängende Zellen 11 mit mehr Freiheitsgraden. Anschließend wird das Rahmenmodul 2 mit dem Kühlelement 8 zusammengesteckt, wobei dieses über die Aufnahmeeinrichtung 7 zentriert bzw. fixiert wird.
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Die so vormontierten Rahmeneinheiten 9 werden nacheinander in die Gehäuseeinrichtung 10 eingeschoben. Dann werden die einzelnen Rahmeneinheiten 9 mittels Stecksystem zueinander fixiert. Durch das Zusammenstecken der einzelnen Rahmeneinheiten 9 greifen die Aussparungen 37 und Nasen 27 ineinander und das Kühlelement 8 wird gespannt. Das gespannte Kühlelement 8 sorgt dafür, dass bei einem Anschwellen der Batteriezellen 11 im Betrieb oder bei einem Crash oder bei Fahreinflüssen keine ungünstigen punktuellen Belastungen auftreten. So werden die betrieblichen Belastungen flächig aufgenommen und auf eine größere Fläche verteilt.
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Die hier vorgestellte Erfindung ermöglicht eine kompakte und einfach zu montierende Anordnung von Pouch-Zellen in einer Batterie 100 und bietet zugleich eine besonders wirksame Kühlung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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