-
Die Erfindung betrifft ein Verspannsystem zum mechanischen Verspannen von Rundzellen einer Batterie. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Verspannsystems sowie eine Batterie mit einem solchen Verspannsystem.
-
Batterien, insbesondere Hochvolt-Batterien, wie sie beispielsweise als elektrische Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge eingesetzt werden (Hochvolt - elektrische Spannung größer als 60 V), umfassen in der Regel eine Vielzahl an Batteriezellen, welche als Rundzellen ausgebildet sein können. Eine jeweilige einzelne Rundzelle stellt hierbei bevorzugt eine Spannung zwischen 3 und 5 Volt, insbesondere von 3,5 Volt, bereit. Eine solche Rundzelle weist im Zusammenhang mit der Erfindung insbesondere ein zylindrisch ausgebildetes Gehäuse mit einer Höhe und einem Radius auf, wobei eine Mantelfläche des Gehäuses an zwei einander gegenüberliegenden Enden durch zwei Begrenzungsflächen begrenzt ist. Die Begrenzungsflächen ist also einerseits durch den Gehäuseboden der Rundzelle und andererseits durch die Gehäuseoberseite der Rundzelle gebildet. Die Begrenzungsflächen sind dabei in bekannter Art und Weise durch die Höhe entlang einer Gehäuselängsachse voneinander beabstandet und zueinander parallel angeordnet.
-
In einer Hochvolt-Batterie der eingangs erwähnten Art sind die Rundzellen bevorzugt zu Zellenpaketen zusammengefasst und mittels Zellenverbindern elektrisch leitend miteinander verbunden. In einem solchen Zellenpaket sind die Rundzellen bevorzugt derart angeordnet, dass die jeweiligen Gehäuselängsachsen zueinander parallel verlaufen und, da die Rundzellen alle in Abhängigkeit von Fertigungstoleranzen eine ähnliche Höhe aufweisen, die jeweiligen Begrenzungsflächen unter Ausbildung von zwei einander gegenüberliegend angeordneten Seiten des Zellenpakets als Zellenpaketbegrenzungsflächen aneinander anschließen. Die jeweilige Zellenpaketbegrenzungsfläche ist also einerseits durch die Summe aller Gehäuseböden der Rundzellen und andererseits durch die Summe aller Gehäuseoberseiten der Rundzellen gebildet, indem die Gehäuseböden einerseits und alle Gehäuseoberseiten andererseits jeweils auf gleicher oder eine bis auf höchsten 1 Zentimeter unterschiedliche Höhe angeordnet sind. Die einzelnen Rundzellen eines solchen Zellenpakets werden in der Regel von einem jeweiligen Zellengerüst aufgenommen, welches eine der Anzahl an Rundzellen entsprechende Zahl an Einschubpositionen für die Rundzellen aufweist. Zum Temperieren der Rundzellen, also zum Wärmen und/oder Kühlen, kann ein jeweiliger von einem Temperiermedium durchströmter Temperierkörper vorgesehen sein, der mit den Rundzellen thermisch kontaktiert ist.
-
Aus dem Stand der Technik sind solche aus Rundzellen aufgebauten Batterien vielfältig bekannt. So beschreibt beispielsweise die
DE 10 2015 221 272 A1 ein aus Rundzellen aufgebautes Batteriemodul mit einer Temperiereinheit. Ein Temperierkörper der Temperiereinheit ist hierbei zwischen zwei parallel zueinander verlaufenden Zellreihen angeordnet. Der Temperierkörper ist aus einem flexiblen Kunststoff hergestellt und schlängelt sich entlang der dicht gepackten Rundzellen durch das jeweilige Batteriemodul hindurch.
-
Die
DE 10 2009 035 473 A1 beschreibt einen Wärmetauscher für einen aus Speicherrundzellen aufgebauten elektrochemischen Energiespeicher. Es sind Wärmetauscherkanäle wellenförmig so ausgebildet, dass jeweils eine Mantelfläche einer Speicherrundzelle großflächig auf einer von zwei Seiten der Wärmetauscherkanäle angeordnet ist. Die Speicherrundzellen sind dabei gemäß einer nicht näher beschriebenen Art und Weise miteinander und mit den Wärmetauscherkanälen mechanisch verspannt.
-
Die
DE 10 2006 000 885 B3 beschreibt ein Herstellungsverfahren zur Herstellung eines Wärmetauscherrohrbündels für Wärmetauscher von elektrochemischen Energiespeichern.
-
Aus der
DE 100 34 134 A1 ist schließlich eine Wärmetauscherstruktur für mehrere elektrochemische Speicherzellen mit wenigstens einem von Temperiermedium durchströmten Kanalbauteil bekannt. Das Kanalbauteil weist zwei parallel zueinander angeordnete Materialstreifen auf, die zwischen sich einen Wärmetauscherkanal bilden und in der Art eines Zellengerüsts an die Speicherzellen angepasste Ausformungen aufweisen, sodass die Speicherzellen in den jeweiligen Ausformungen gegen ein Verrutschen gesichert sind.
-
Teilweise ist bei dem Bekannten also eine Platzierung oder ein An-Ort-und-Stelle-Halten oder Fixieren der Rundzellen in ihren jeweiligen Positionen innerhalb eines Zellengerüsts vorgesehen, nicht jedoch eine Dämpfung oder gar ein Schutz gegen ein Losvibrieren oder vibrationsbedingtes Ablösen der Rundzellen von den sie elektrisch leitend miteinander verbindenden Zellenverbindern. Zwar ist es zusätzlich oder alternativ zu den oben beschriebenen bekannten Lösungen bekannt, die Rundzellen miteinander zu verkleben und/oder mit einer Kunststoffmasse zu vergießen. Hierdurch wird jedoch in nachteiliger Weise eine Demontage einzelner defekter Rundzellen erschwert. Die Einzelkomponenten einer verklebten oder eingegossenen Batterie sind in der Regel nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Rundzellen einer Batterie der eingangs beschriebenen Art in ihrem Zellengerüst gegen Vibrationen zu schützen, um beispielsweise eine vibrationsbedingte Ablösung von den sie elektrisch leitend miteinander verbindenden Zellenverbindern zu vermeiden. Gleichzeitig sollen die einzelnen Komponenten der Batterie möglichst zerstörungsfrei demontiert werden können.
-
Die Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Ansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
-
Durch die Erfindung ist ein Verspannsystem zum mechanischen Verspannen von zylindrischen Rundzellen einer Batterie der eingangs beschriebenen Art mit zu Zellenpaketen zusammengefassten und in Zellengerüsten angeordneten Rundzellen bereitgestellt.
-
Erfindungsgemäß umfasst das Verspannsystem dabei eine Druckplatte mit mindestens einem Spannelement und pro Zellenpaket einen Steckrahmen. Der Steckrahmen korrespondiert mit einem Zellzwischenraum zwischen den Rundzellen des jeweiligen Zellenpakets in der Form und ist in dem Zellzwischenraum angeordnet. Hierdurch füllt der Steckrahmen den Zellzwischenraum vollständig aus und verspannt somit die Rundzellen in Radialrichtung in ihrem Zellengerüst. Die Radialrichtung entspricht hierbei jeder Richtung, die sich radial oder in Richtung des Radius' von der jeweiligen Gehäuselängsachse einer Rundzelle weg erstreckt. Das erfindungsgemäße Verspannsystem umfasst, wie oben beschrieben, darüber hinaus eine Druckplatte mit mindestens einem Spannelement. Die Druckplatte liegt in der erfindungsgemäßen Anordnung auf einer der Zellenpaketbegrenzungsflächen des jeweiligen Zellenpakets auf. Das mindestens eine Spannelement, welches beispielsweise als ein Schaumstoffblock und/oder -band ausgebildet sein kann, verspannt die Rundzellen in Axialrichtung entlang ihrer jeweiligen Gehäuselängsachsen zwischen der Druckplatte und einem Boden des Zellengerüsts.
-
Durch die Erfindung ergibt sich der Vorteil, dass die Rundzellen mehraxial (in Radialrichtung und in Längsachsenrichtung) verspannt oder in dem Zellengerüst eingespannt und somit effektiv gegen Vibrationen geschützt sind. Es ist also in vorteilhafter Weise eine über die reine Platzierung der Zellen hinausgehende Stabilisierung bereitgestellt.
-
Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
-
Bevorzugt ist der Steckrahmen und das zumindest eine Spannelement aus einem Elastomer oder aus einem formfesten, jedoch elastisch verformbaren Kunststoff ausgebildet. Bevorzugt weist der Kunststoff seine elastischen Eigenschaften in einem gesamten Temperaturbereich auf, der von -30 bis +80 Grad Celsius reichen kann. Für den Fall, dass das Verspannsystem in einer Batterie verbaut ist, welche als elektrischer Energiespeicher zum Bereitstellen von elektrischer Antriebsenergie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug eingesetzt wird, wirken in besonders großem Maße betriebsbedingte Beschleunigungskräfte und/oder Vibrationen der Fahrzeugkarosserie auf die einzelnen Rundzellen. Ein aus einem Elastomer ausgebildeter Steckrahmen und ein ähnlich ausgebildetes Spannelement dämpfen in vorteilhafter Weise diese Fahrzeugvibrationen. So werden die Rundzellen effektiv von den Fahrzeugvibrationen entkoppelt. Ein Losvibrieren der Rundzellen von sie elektrisch leitend verbindenden Zellenverbindern wird hierdurch zusätzlich erschwert.
-
Der Steckrahmen und/oder ein jeweiliges Spannelement kann auch aus einem formstabilen Schaumstoff ausgebildet sein. Formstabilität bezeichnet die Eigenschaft, dass ein Material in eine Ausgangsform zurückkehrt, sobald eine das Material verformende Kraft wegfällt. Als formstabiler Schaumstoff kann beispielsweise ein Silikonschaum oder ein elastischer Polyurethanschaum oder ein EPDM-Dichtungsschaum verwendet werden (EPDM - Ethylenpropylendien-M-Gruppe). EPDM-Schäume sind auch unter der umgangssprachlichen Bezeichnung „Moosgummi“ bekannt. Die Ausbildung aus einem solchen Schaumstoff bietet den zusätzlichen Vorteil der thermischen Isolierung der Rundzellen gegeneinander. Außerdem ist ein solcher Schaumstoff besonders leicht und kann demnach zu einer Gewichtseinsparung des Verspannsystems beitragen. Bevorzugt sind die aus einem solchen Schaumstoff ausgebildeten Komponenten, also Steckrahmen und/oder Spannelement, in einer jeweiligen Ausgangsform größer, als ein jeweils in einem verbauten Zustand für sie zur Verfügung stehender Raum oder ein Platzangebot. Mit anderen Worten sind die Komponenten im verbauten Zustand zusammengedrückt. Hierdurch ergibt sich vorteilhafterweise eine zusätzliche Rückstellkraft oder Verspannkraft, welche auf die Rundzellen wirkt.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die Rundzellen eines jeweiligen Zellenpakets mittels Zellenverbindern entlang der der Druckplatte zugewandten Zellenpaketbegrenzungsfläche elektrisch leitend miteinander verbunden. Ein erster Zellenverbinder zum Verbinden jeweiliger erster Spannungsabgriffe oder Minus-Pole der Rundzellen ist hierbei vorteilhaft von einem zweiten Zellenverbinder zum Verbinden jeweiliger zweiter Spannungsabgriffe oder Plus-Pole der Rundzellen elektrisch durch die Druckplatte isoliert. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass keine zusätzliche elektrische Isolierung für die Rundzellen bereitgestellt werden muss.
-
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist die Druckplatte Durchlassöffnungen auf, durch welche hindurch die zweiten Spannungsabgriffe oder Plus-Pole elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten weist die Druckplatte Löcher auf, wobei ein jeweiliges Loch derart in Bezug auf eine jeweilige Rundzelle angeordnet ist, dass durch das Loch oder durch die Durchlassöffnung hindurch eine elektrische Kontaktierung des jeweiligen Plus-Pols der Rundzelle ermöglicht ist. Ein Zellenverbinder, beispielsweise ein Kupferdraht, kann also zum Kontaktieren durch ein jeweiliges Loch hindurch zu dem jeweiligen Plus-Pol hin geführt werden. Die Kontaktierung der ersten Spannungsabgriffe oder die elektrisch leitende Verbindung zwischen den jeweiligen ersten Spannungsabgriffen benachbarter Rundzellen erfolgt hingegen auf der den Rundzellen zugewandten Seite der Druckplatte.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Spannelement als ein Spannring ausgestaltet und in einer ringförmigen Vertiefung zwischen den jeweiligen Spannungsabgriffen einer jeweiligen Rundzelle angeordnet, sodass der Spannring als Dichtungsring den ersten und/oder den zweiten Spannungsabgriff der jeweiligen Rundzelle umschließt und die jeweilige Rundzelle gegen die Druckplatte abstützt. Eine jeweilige Durchlassöffnung der Druckplatte, welche, wie oben beschrieben in Bezug auf die jeweilige Rundzelle angeordnet ist, wird durch den Ring oder Spannring nicht verschlossen, sondern frei gehalten. Durch die Versenkung des Spannrings in der genannten Vertiefung ergibt sich vorteilhaft eine besonders platzsparende Anordnung des Spannrings.
-
Wie oben beschrieben, umfasst eine Batterie in der Regel eine Vielzahl an Rundzellen, von denen jeweils eine vorbestimmte Anzahl zu einem Zellenpaket zusammengefasst ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass in einem jeweiligen Zellenpaket die Rundzellen zu einer Doppelreihe angeordnet sind. Bevorzugt können die Zellenpakete der Batterie einzeln entnommen und/oder der Batterie einzeln in Modulbauweise hinzugefügt werden. Durch die Anordnung in Doppelreihen ist eine jede Rundzelle eines solchen Zellenpakets erreichbar, ohne dass beispielsweise der Steckrahmen und/oder das Zellengerüst die Erreichbarkeit behindern. Eine Qualitätskontrolle und/oder ein Austauschen der einzelnen Rundzellen wird somit erleichtert.
-
Bevorzugt verläuft zwischen den Zellenpaketen ein flexibler Temperiermittelkanal, welcher beispielsweise als ein Schlauch oder Folienbeutel ausgebildet sein kann, wobei der Temperiermittelkanal dazu ausgebildet ist, ein Temperiermittel aufzunehmen und bei aufnahmebedingter Volumenzunahme einen radial wirkenden Verspanndruck auf die Rundzellen auszuüben. Durch diesen zusätzlichen radial wirkenden Verspanndruck ist vorteilhaft eine zusätzliche Verspannung der Rundzellen innerhalb ihres jeweiligen Zellengerüsts bereitgestellt.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist der Temperiermittelkanal durchgehend mäandrierend zwischen mehreren Zellenpaketen verlegt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass jede Rundzelle an einer Seite thermisch mit dem Temperiermittelkanal in Kontakt steht. Die mäanderförmige Ausgestaltung des Temperiermittelkanals wird im Folgenden noch anschaulicher beschrieben.
-
Zum Herstellen des erfindungsgemäßen Verspannsystems werden zunächst die Zellenpakete einzeln bereitgestellt und jeweils zwischen zwei Zellenpaketen eine Bahn des flexiblen Temperiermittelkanals verlegt. Zur Bildung einer ersten Bahn wird der Temperiermittelkanal in einer ersten Richtung entlang eines ersten Zellenpakets abgerollt. Es wird ein zweites Zellenpaket an die erste Bahn angelegt, und der Temperiermittelkanal in einer Schlaufe um das zweite Zellenpaket herumgeführt. Zur Bildung einer zweiten Bahn entlang des zweiten Zellenpakets wird der Temperiermittelkanal in einer zweiten, zu der ersten Richtung gegenläufig verlaufenden Richtung abgerollt. Es wird ein drittes Zellenpaket an die zweite Bahn angelegt, der Temperiermittelkanal wird in einer Schlaufe um das dritte Zellenpaket herumgeführt und zur Bildung einer dritten Bahn entlang des dritten Zellenpakets in der ersten Richtung abgerollt. Diese Schritte lassen sich beliebig oft wiederholen, bis die gewünschte Anzahl an Zellenpaketen aneinander angeordnet ist. Es werden zudem die Spannungsabgriffe der Rundzellen der Zellenpakete elektrisch leitend mittels Zellenverbindern miteinander verbunden, eine Druckplatte aufgelegt und eine Batterieabdeckung montiert.
-
Eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Verspannsystem ist ebenfalls Teil der Erfindung. Die Erfindung umfasst darüber hinaus ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batterie.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des beschriebenen erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und der erfindungsgemäßen Batterie, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verspannsystems beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs und der erfindungsgemäßen Batterie hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Längsschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verspannsystems;
- 2 eine schematische Explosionsdarstellung von Komponenten des Verspannsystems;
- 3 eine schematische Darstellung einer Anordnung aus Temperiermittelkanal und Zellenpaketen;
- 4 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Zellenverbindern und Zellenpaketen;
- 5 eine schematische Darstellung einer Anordnung von Druckplatte und Zellenpaketen;
- 6 eine weitere schematische Darstellung einer Anordnung von Zellenverbindern und Zellenpaketen; und
- 7 eine schematische Darstellung einer Anordnung von einer Batterieabdeckung und Zellenpaketen.
-
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.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Längsschnittdarstellung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verspannsystems 10. Die 1 zeigt beispielhaft zwei Rundzellen 12, welche in einem Zellengerüst 14 angeordnet oder platziert sind. Eine jede der Rundzellen 12 ist an jeweils einer Seite durch eine Bahn eines Temperiermittelkanals 16 thermisch kontaktiert. Zwischen den beiden Rundzellen 12 steckt ein Steckrahmen 18. Eine jede der Rundzellen 12 weist einen jeweiligen ersten Spannungsabgriff 20 und einen jeweiligen zweiten Spannungsabgriff 22 auf. Zwischen einem jeweiligen ersten Spannungsabgriff 20 und einem jeweiligen zweiten Spannungsabgriff 22 ist eine ringförmige Vertiefung 24 ausgebildet. In eine jeweilige ringförmige Vertiefung 24 ist ein als ein Spannring ausgestaltetes Spannelement 26 eingelegt. Die beiden Spannelemente 26 der 1 sind an einer Druckplatte 28 angeordnet. Die Druckplatte 28 weist Durchlassöffnungen 30 auf, wobei durch eine jeweilige Durchlassöffnung 30 ein jeweiliger zweiter Zellenverbinder 32 zum elektrischen Kontaktieren der jeweiligen zweiten Spannungsabgriffe 22 der beiden Rundzellen 12 hindurchgeführt ist. Jeweilige erste Zellenverbinder 34 (siehe 4) zum elektrischen Kontaktieren der jeweiligen ersten Spannungsabgriffe 20 sind der Übersichtlichkeit halber in 1 nicht dargestellt. Das Verspannsystem 10 mit den beiden Rundzellen 12 und den sonstigen oben beschriebenen Komponenten ist durch eine Batterieabdeckung 35 abgedeckt.
-
Unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit 1 bezeichneten und beschriebenen Komponenten zeigt die 2 eine schematische Explosionsdarstellung der Komponenten des Verspannsystems 10 in demontiertem Zustand. In der 2 sind beispielhaft drei Zellengerüste 14a, 14b und 14c gezeigt, wobei die beiden Zellengerüste 14a und 14c jeweils eine Einfachreihe an Rundzellen 12 aufnehmen können, wobei das Zellengerüst 14b dazu ausgebildet ist, eine Doppelreihe an Rundzellen 12 aufzunehmen. Das Zellengerüst 14b ist darüber hinaus dazu ausgebildet, einen Steckrahmen 18 aufzunehmen. Pfeile 36 veranschaulichen hierbei eine Einschubrichtung der genannten Komponenten in die Zellengerüste 14a, b und c.
-
3 zeigt unter Bezugnahme auf das im Zusammenhang mit den 1 und 2 Gezeigte, wie eine Vielzahl an Zellenpaketen 38 mit einem als Folienschlauch ausgebildeten Temperiermittelkanal 16 zusammengebaut werden kann. Die Montage des Temperiermittelkanals 16 beginnt in der gezeigten konkreten Ausführungsform an einem linken Ende des Zellenpakets 38a, wobei der Temperiermittelkanal 16 von links nach rechts entlang einer mit dem Pfeil 40 dargestellten Richtung abgerollt wird. Daraufhin wird das Zellenpaket 38b entlang einer Richtung, die durch den Pfeil 42 dargestellt ist, an das Zellenpaket 38a herangeschoben und mit diesem verhakt. Der Temperiermittelkanal 16 wird in einer Schlaufe 44 um das Zellenpaket 38b herumgelegt und in einem nicht in 3 gezeigten Schritt entlang einer zu der Richtung 40 gegenläufig verlaufenden Richtung von rechts nach links entlang des Zellenpakets 38b abgerollt. Diese Schritte werden wiederholt, bis alle Zellenpakete 38a bis 38g mit dem Temperiermittelkanal 16 kontaktiert sind.
-
4 zeigt zusätzlich, wie erste Zellenverbinder 34 entlang einer Richtung 46 auf die so miteinander verhakten Zellenpakete 38a bis 38g aufgesetzt werden.
-
5 zeigt zusätzlich, wie eine Druckplatte 28 mit Durchlassöffnungen 30 und Spannelementen 26, welche als Spannringe an jeder der Durchlassöffnungen 30 ausgebildet sind, entlang einer Richtung 46 auf die ersten Zellverbinder 34 aufgesetzt wird.
-
6 zeigt zusätzlich, wie entlang der Richtung 46 zweite Zellverbinder 32 auf die Druckplatte 28 aufgesetzt werden.
-
7 zeigt schließlich, wie entlang der Richtung 46 eine Batterieabdeckung 35 aufgesetzt wird.
-
Bekannte Batteriemodule oder Zellenpakete 38 (mit Rundzellen 12) werden aktuell mit einem vorgeprägten Aluminiumband mit Kühlkanälen oder einem Temperiermittelkanal 16 gekühlt. Der Kühlkanal wird mit einer Wärmeleitpaste zu den Rundzellen 12 oder Zellen verklebt, die Zellen sind auf der Unterseite mit einer Kunststoffmasse zur elektrischen Isolation vergossen.
-
Nachteilig hierbei ist es, dass das Auftragen der Wärmeleitpaste sehr zeitaufwendig und mit extremen Kosten verbunden ist. Ein einfaches Austauschen von Zellen oder Zellpaketen 38 ist im Servicefall nicht möglich.
-
Eine konkrete Ausführungsform der Erfindung sieht daher vor, die Rundzellen 12 zu Zellenpaketen 38 zu bündeln. Für die Aufnahme und den Toleranzausgleich der Zellen ist ein Silikonformelement oder ein Steckrahmen 18 (Schaumelemente) in den Zellenrahmen oder ein Zellengerüst 14 eingesetzt. Zwischen den Zellenpaketen 38 verläuft der Folienkühlkanal oder Temperiermittelkanal 16, welcher beispielsweise einen Durchmesser von 0,25 mm aufweisen kann. So ist jede Zelle einseitig an den Folienschlauch oder Folienkühlkanal angebunden. Der Betriebsdruck von 0,5-2,5 bar erzeugt eine Spannkraft oder einen Verspanndruck zwischen dem Folienschlauch und den Batteriezellen oder Rundzellen 12. Die thermische Kontaktierung ist einseitig an der Moduloberseite oder an der Seite eines jeweiligen Zellenpakets 38 ausgeführt.
-
Hierdurch ergibt sich der Vorteil einer Kosteneinsparung durch Entfall der Wärmeleitpaste und vergossener Kunststoffmasse. Zusätzlich ist ein einfacher, übersichtlicher Gehäuseaufbau realisiert, was einen hohen Automatisierungsgrad in der Herstellung ermöglicht. Die direkte Zellkühlung durch modulintegrierte Kühlung bietet zusätzliche Vorteile. Kühlungsfluss im Modul kann seriell, als auch parallel ausgeführt werden. Verzicht auf Bondverbindungen und die mechanische Entkoppelung der Zellen vom Fahrzeug (Dämpfung), da die Schaumelemente dämpfend wirken, sind zusätzliche Vorteile.
-
Zur Herstellung werden außenliegende Zellenrahmen mit den Rundzellen 12 bestückt. Bei den innenliegenden Zellenrahmen wird zuerst der Steckrahmen 18 der den nötigen Toleranzausgleich (beim Verspannen der Rundzellen 12) schafft von oben eingesetzt und danach mit Rundzellen 12 befüllt. Dann werden die einzelnen Zellenpakete 38 auf einer Montageplatte in Position gebracht. Die Folienschlauchkühlung ist vorkonfektioniert (Kühlwasserstutzen an den Enden Ultraschall geschweißt) und auf einen Abroller aufgesetzt.
-
Die Montage beginnt an einer Seite, hier wird der Kühlstutzen am ersten Zellenpaket 38a angeschraubt und der Folienschlauch nach entlang des Zellenpakets 38a abgewickelt. Danach wird das nächste Zellenpaket 38b an den Folienschlauch geschoben und seitlich zum Rahmen oder Zellengerüst 14 befestigt (Verhakung). Dieser Montageablauf wiederholt sich bis alle Zellenpakete 38a bis g aneinander gereiht sind und der Kühlstutzen am anderen Ende des Folienschlaues verschraubt ist.
-
Dann werden die ersten Zellenverbinder 32 (Aluminiumblech) von oben aufgesetzt und über Laserstrahlschweißen zu den Minus-Polen oder ersten Spannungsabgriffen 20 der Rundzellen 12 verbunden. Im nächsten Schritt wird die Isolierung-Druckplatte 28 aufgesetzt und zu den Zellenpaketen 38 in Z-Richtung 46 verschraubt. An der Unterseite der Isolierung sitzen Silikonschaumringe oder Spannelemente 26, die bewirken, dass die Rundzellen 12 in Z-Richtung 46 verspannt werden.
-
Auf die Isolierung kommen nun die ersten Zellenverbinder 34, diese werden in Reihe zum dem Plus Kontakt der Rundzellen 12 Laserstrahlgeschweißt. Anschließend wird die Abdeckung 35 (Kontaktschutz) über die Zellenkontaktierung aufgesetzt und zum Rahmen verschraubt oder mit Clips verbunden.
-
Beim Befüllen des Kühlsystem ca. 2,5 bar Druck (Folienschlauch) werden die Zellen auch in radialer Richtung verpresst oder verspannt, da sich der Schlauch bei der Aufnahme von Temperiermittel ausdehnt. Das Schaumsystem dient als Verspannelement zur Aufnahme der Kräfte.
-
Gemäß einer konkreten Ausführungsform der Erfindung sind also Batteriepakete oder Zellenpakete 38 mit Rundzellen 12 mehraxial verspannt. Bevorzugt befindet sich auf den Batteriezellen ein komprimierbarer Werkstoff (Schaum) welcher sich beim Zusammenbau in axialer Richtung verspannt. Besonders bevorzugt befindet sich zwischen den Zellen (radial) in jeder Doppelreihe ein komprimierbarer Werkstoff (Schaum) und/oder ein Folienschlauch welcher zur Kühlung von zwei Zellreihen genutzt wird und die Batteriezellen radial verspannt.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine mehraxiale Verspannung von Rundzellen in einer Batterie bereitgestellt werden kann.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102015221272 A1 [0004]
- DE 102009035473 A1 [0005]
- DE 102006000885 B3 [0006]
- DE 10034134 A1 [0007]
