DE102019214744A1

DE102019214744A1 - Traktionsbatterie

Info

Publication number: DE102019214744A1
Application number: DE102019214744.5A
Authority: DE
Inventors: Ingo Häusler; Dierk Hoffmann; Tilman Kaiser; Rüdiger Knauss
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-09-26
Publication date: 2020-12-31
Also published as: CN112151711B; CN112151711A; US20200411821A1; US11437678B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (3) für eine Traktionsbatterie (1), insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug (2). Das Batteriemodul (3) umfasst ein Modulgehäuse (4) und wenigstens einen Batteriezellenstapel (10), der innerhalb eines Innenraumes (9) des Modulgehäuses (4) angeordnet ist. Der Batteriezellenstapel (10) weist mehrere Batteriezellen (14) auf, die entlang einer Stapelrichtung (17) aufeinanderfolgen. Insbesondere kann das Modulgehäuse (4) direkt von einem Kühlmittel durchströmbar sein, derart, dass die Batteriezellen (14) unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt treten.Erfindungsgemäß verbindet eine Verriegelungseinrichtung (11) über mehrere gehäuseseitige Verriegelungsstellen (25a) und über mehrere stapelseitige Verriegelungsstellen (25b) den Batteriezellenstapel (10) formschlüssig mit dem Modulgehäuse (4).Die Erfindung betrifft auch eine Traktionsbatterie (1) für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug (2) mit wenigstens einem derartigen Batteriemodul (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie, insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft auch eine Traktionsbatterie für das Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug mit dem Batteriemodul.
Traktionsbatterien mit Batteriemodulen für Elektro- oder Hybrid-Fahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bereits bekannt. Ein Batteriemodul umfasst dabei üblicherweise einen Batteriezellenstapel und ein Modulgehäuse, wobei der Batteriezellenstapel mehrere aneinander gestapelte Batteriezellen aufweist und innerhalb des Modulgehäuses angeordnet ist. Im Betrieb wird in den Batteriezellen Abwärme erzeugt, die nach außen abgeführt werden muss. Die Batteriezellen können dazu innerhalb des Modulgehäuses unmittelbar vom Kühlmittel umströmt und dadurch unmittelbar in einen Kühlkreislauf eingebunden sein. Der Kühlkreislauf umfasst eine Pumpe zum Fördern vom Kühlmittel sowie weitere Bestandteile - wie beispielweise einen Kühler, einen Chiller, Ventile oder einen Filter. Das Modulgehäuse wird dabei mit dem Förderdruck der Pumpe beaufschlagt, so dass große Flächen des Modulgehäuses sich trotz vorgesehenen Versteifungsstrukturen aufwölben können. Durch die Aufwölbung können in dem Modulgehäuse ungewollte Bypass-Strömungen des Kühlmittels entstehen, so dass einige der Batteriezellen nicht mehr oder nicht mehr ausreichend gekühlt werden können. Ferner kann eine derartige Aufwölbung in einem Extremfall eine mechanische Beschädigung des Modulgehäuses verursachen.
Aus DE 10 2018 215 036 A1 ist beispielweise ein Modulgehäuse bekannt, bei dem die Aufwölbung durch Zuganker vermindert wird. Die Zuganker verbinden dabei gegenüberliegende Gehäuseteile des Modulgehäuses durch den Batteriezellenstapel hindurch miteinander. Dadurch erzielen die Zuganker eine weitere Versteifung des Modulgehäuses und vermindern seine Aufwölbung. Nachteiligerweise bleiben auch hier große Flächen des Modulgehäuses nicht angebunden und können sich durch den Förderdruck der Pumpe aufwölben. Da die Zuganker für Montage und Demontage frei zugänglich sein müssen, ist ein Einbringen weiterer Zuganker dieser Art jedoch sehr aufwändig.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Batteriemodul der gattungsgemä-ßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden. Insbesondere sollen weitere Verbindungspunkte zwischen dem Batteriezellenstapel und im montierten Zustand unzugänglichen Teilen des Modulgehäuses erzeugt werden. Ferner soll die Anzahl und die Position dieser Verbindungspunkte nach Bedarf - beispielsweise durch Festigkeitssimulation bestimmt - anpassbar sein. Zudem sollen Montage und Demontage des Batteriezellenstapels in dem Modulgehäuse nicht unnötig verkompliziert werden. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, eine entsprechende Traktionsbatterie bereitzustellen.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein gattungsgemäßes Batteriemodul ist für eine Traktionsbatterie, insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug, vorgesehen. Das Batteriemodul umfasst ein Modulgehäuse und wenigstens einen Batteriezellenstapel, der innerhalb eines Innenraumes des Modulgehäuses angeordnet ist. Der Batteriezellenstapel weist dabei mehrere Batteriezellen auf, die entlang einer Stapelrichtung aufeinander folgen. Das Modulgehäuse kann insbesondere direkt von einem Kühlmittel durchströmbar sein, derart, dass die Batteriezellen unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt treten. Erfindungsgemäß verbindet eine Verriegelungseinrichtung des Batteriemoduls den Batteriezellenstapel über mehrere gehäuseseitige Verriegelungsstellen und über mehrere stapelseitige Verriegelungsstellen formschlüssig mit dem Modulgehäuse.
Die Verriegelungseinrichtung ist an den stapelseitigen Verriegelungsstellen mit dem Batteriezellenstapel und an den gehäuseseitigen Verriegelungsstellen mit dem Modulgehäuse formschlüssig verbunden. Dadurch sind der Batteriezellenstapel und das Modulgehäuse mittels der Verriegelungseinrichtung an den mehreren stapelseitigen Verriegelungsstellen und an den mehreren gehäuseseitigen Verriegelungsstellen miteinander formschlüssig verbunden. Dadurch können die Stabilität und die Steifigkeit des Modulgehäuses erhöht werden und die unerwünschte Aufwölbung des Modulgehäuses vorteilhaft verhindert werden. Insbesondere kann einer in einem Extremfall auftretenden mechanischen Beschädigung des Modulgehäuses wirksam entgegengewirkt werden. Ferner kann das Modulgehäuse vorteilhaft entlang vorgesehenen Pfaden durchströmt und die Batteriezellen des Batteriezellenstapels effizient gekühlt werden. Der Batteriezellenstapel ist an dem Modulgehäuse mittelbar durch die Verriegelungseinrichtung befestigt, so dass die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen und die stapelseitigen Verriegelungsstellen an sich von außen nicht zugänglich sein müssen. Dadurch können Montage und Demontage vereinfacht erfolgen.
Die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen und/oder die stapelseitigen Verriegelungsstellen können jeweils in einer Reihe oder in mehreren Reihen entlang der Stapelrichtung angeordnet sein. In den jeweiligen Reihen kann dabei die Anzahl der jeweiligen Verriegelungsstellen unterschiedlich sein und/oder der Abstand der jeweiligen benachbarten Verriegelungsstellen zueinander abweichen. Auch die Anzahl der gehäuseseitigen Verriegelungsstellen und die Anzahl der stapelseitigen Verriegelungsstellen können voneinander abweichen. Dadurch können die Stabilität und die Steifigkeit des Modulgehäuses je nach vorliegenden Anforderungen angepasst sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die Verriegelungseinrichtung in dem Innenraum mehrere gehäuseseitige erste Eingriffselemente und mehrere stapelseitige zweite Eingriffselemente aufweist. Die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente sind entlang der Stapelrichtung verteilt und an dem Modulgehäuse fest angeordnet. Die mehreren stapelseitigen zweiten Eingriffselemente sind entlang der Stapelrichtung verteilt und an dem Batteriezellenstapel fest angeordnet. Die Verriegelungseinrichtung weist zudem eine Riegelplatte auf, die zu den gehäuseseitigen ersten Eingriffselementen komplementäre erste Riegelstrukturen und zu den stapelseitigen zweiten Eingriffselementen komplementäre zweite Riegelstrukturen aufweist. Die Riegelplatte steht somit über die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente und die ersten Riegelstrukturen mit dem Modulgehäuse in Eingriff und über die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente und die zweiten Riegelstrukturen mit dem Batteriezellenstapel in Eingriff.
Vorteilhafterweise ist der Batteriezellenstapel mit dem Modulgehäuse mittelbar über die Riegelplatte in Eingriff gebracht. Die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente und die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente sind dabei entlang der Stapelrichtung verteilt angeordnet, so dass die Riegelplatte in Stapelrichtung relativ zu dem Modulgehäuse und/oder zu dem Batteriezellenstapel bewegbar sein kann. Insbesondere kann durch eine Bewegung der Riegelplatte in Stapelrichtung der Eingriff zwischen den gehäuseseitigen ersten Eingriffselementen und den ersten Riegelstrukturen und/oder zwischen den stapelseitigen zweiten Eingriffselementen und den zweiten Riegelstrukturen hergestellt und gelöst sein. Montage und Demontage können somit vorteilhafterweise mittelbar über die Riegelplatte erfolgen. Die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente und die ersten Riegelstrukturen bilden im Eingriff die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen. Die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente und die zweiten Riegelstrukturen bilden im Eingriff die stapelseitigen Verriegelungsstellen.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente und die ersten Riegelstrukturen permanent miteinander in Eingriff stehen und die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen bilden. Die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen definieren dabei eine Längsführung für die Riegelplatte und übertragen quer zur Stapelrichtung in eine Zugkraftrichtung verlaufende Zugkräfte zwischen der Riegelplatte und dem Modulgehäuse. Die Längsführung ist dabei in Stapelrichtung realisiert. Mit anderen Worten ist die Riegelplatte von dem Modulgehäuse nicht lösbar, kann jedoch in Stapelrichtung relativ zu dem Modulgehäuse verstellt werden. Es kann vorgesehen sein, dass die Riegelplatte parallel zur Stapelrichtung relativ zum Modulgehäuse zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verstellbar ist. In der Verriegelungsstellung der Riegelplatte stehen die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente und die zweiten Riegelstrukturen in Eingriff und bilden die stapelseitigen Verriegelungsstellen, so dass quer zur Stapelrichtung in eine Zugkraftrichtung verlaufende Zugkräfte zwischen der Riegelplatte und dem Batteriezellenstapel übertragbar sind. In der Entriegelungsstellung der Riegelplatte kommen die zweiten Riegelstrukturen von den stapelseitigen zweiten Eingriffsstrukturen frei, so dass der Batteriezellenstapel in der Zugkraftrichtung von der Riegelplatte entfernbar ist.
Wird der Batteriezellenstapel in dem Modulgehäuse montiert, so wird zuerst die Riegelplatte an dem Modulgehäuse in die Entriegelungsstellung gebracht bzw. entlang der Stapelrichtung in die Entriegelungsstellung verstellt. Dann wird der Batteriezellenstapel in dem Modulgehäuse angeordnet. Dabei werden die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente und die zweiten Riegelstrukturen derart zueinander ausgerichtet, dass beim Verstellen der Riegelplatte aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung diese in Eingriff gebracht werden können. Anschließend wird die Riegelplatte aus der Entriegelungsstellung in die Verriegelungsstellung gebracht bzw. verstellt und die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente und die zweiten Riegelstrukturen in Eingriff miteinander gebracht. Dadurch kann der Batteriezellenstapel vereinfacht und mit reduziertem Aufwand mit dem Modulgehäuse formschlüssig verbunden werden. Bei der Demontage wird dann die Riegelplatte aus der Verriegelungsstellung in die Entriegelungsstellung gebracht bzw. entlang der Stapelrichtung in die Entriegelungsstellung verstellt. Dadurch wird der Eingriff zwischen den stapelseitigen zweiten Eingriffselementen und den zweiten Riegelstrukturen gelöst. Der Batteriezellenstapel kann dann von dem Modulgehäuse gelöst werden.
Die Montage und die Demontage erfolgen vorteilhafterweise mittelbar über die Riegelplatte, so dass kein zusätzliches Festlegen des Batteriezellenstapels und des Modulgehäuses - wie beispielsweise Verschrauben - aneinander notwendig ist. Die gehäuseseitigen und die stapelseitigen Verriegelungsstellen müssen zudem an sich nicht von außen zugänglich sein, so dass deren Anzahl und deren Position an die gewünschte Versteifung des Modulgehäuses frei anpassbar sind. Ferner ist der Batteriezellenstapel an den mehreren gehäuseseitigen Verriegelungsstellen und an den mehreren stapelseitigen Verriegelungsstellen mit dem Modulgehäuse formschlüssig verbunden und quer zur Stapelrichtung verlaufende Zugkräfte können zwischen dem Modulgehäuse und dem Batteriezellenstapel übertragen werden. Die mehreren stapelseitigen Verriegelungsstellen und die mehreren gehäuseseitigen Verriegelungsstellen verhindern eine unerwünschte Aufwölbung des Modulgehäuses, so dass der Batteriezellenstapel bzw. die Batteriezellen in dem Modulgehäuse effizient gekühlt werden können. Ferner kann auch ein Risiko einer mechanischen Beschädigung des Modulgehäuses minimiert werden.
Zusätzlich kann zum Verstellen und/oder zum Antreiben der Riegelplatte zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung eine Betätigungseinrichtung vorgesehen sein. Die Betätigungseinrichtung kann vorzugsweise bezüglich der Stapelrichtung und/oder quer zur Zugkraftrichtung mittig am Batteriezellenstapel angeordnet sein. Die Betätigungseinrichtung kann einen Exzenter aufweisen, der um eine parallel zur Zugkraftrichtung verlaufende Drehachse drehbar und dabei mit der Riegelplatte antriebsgekoppelt ist. Der Exzenter ist zudem von einer Außenseite des Modulgehäuses her zugänglich. Beispielsweise greift der Exzenter in eine radial zur Drehachse beabstandete Mitnehmeröffnung ein, die in der Riegelplatte ausgebildet ist. Dabei kann der Exzenter die Riegelplatte in einem Langloch durchsetzen, wodurch gleichfalls eine Längsführung für die Riegelplatte an dem Exzenter geschaffen wird. Insbesondere kann der Exzenter den Batteriezellenstapel parallel zur Zugkraftrichtung durchdringen. Alternativ kann die Betätigungseinrichtung einen Schieber aufweisen, der entlang der Stapelrichtung verschiebbar angeordnet und dabei mit der Riegelplatte antriebsgekoppelt ist. Der Schieber ist zweckgemäß von einer Außenseite des Modulgehäuses her zugänglich. Denkbar ist auch, dass die Betätigungseinrichtung einen Aktor aufweist. Der Aktor kann pneumatisch oder elektrisch sein und über eine Steuerelektronik betätigt werden. Der Aktor muss von einer Außenseite des Modulgehäuses her nicht zugänglich sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente durch pilzartige Strukturen, vorzugsweise durch Schrauben, gebildet sind. Die pilzartigen Strukturen weisen einen Kopf und einen Schaft auf, wobei der Querschnitt des Kopfes größer als der Querschnitt des Schafts ist. Die ersten Riegelstrukturen sind dann durch parallel zur Stapelrichtung verlaufende Langlöcher gebildet. Der jeweilige Schaft ist an dem Modulgehäuse befestigt und durchdringt das zugehörige Langloch, so dass der Kopf an einer dem Batteriezellenstapel zugewandten Seite der Riegelplatte angeordnet ist und dort die Riegelplatte quer zur Zugkraftrichtung hintergreift. Auf diese Weise ist die Riegelplatte an dem Modulgehäuse unlösbar festgelegt und kann relativ zu dem Modulgehäuse verschoben werden. Die jeweiligen Langlöcher sind dabei in Stapelrichtung ausgerichtet, so dass eine Längsführung der Riegelplatte in Stapelrichtung realisiert ist.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente durch einen T-förmigen oder L-förmigen Steg ausgebildet sind, der sich quer zur Stapelrichtung und quer zur Zugkraftrichtung erstreckt. Die zweiten Riegelstrukturen der Riegelplatte sind dann durch dazu komplementäre Durchtrittsöffnungen gebildet. In der Verriegelungsstellung der Riegelplatte hintergreifen dann ein Abschnitt des Stegs und die zugehörige Durchtrittsöffnung an einer vom Batteriezellenstapel abgewandten Seite der Riegelplatte, so dass sich in der Zugkraftrichtung ein Formschluss ergibt. Dabei ist der Abschnitt des jeweiligen Steges bezüglich der Zugkraftrichtung zwischen dem Modulgehäuse und der Riegelplatte angeordnet.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass innerhalb des Batteriezellenstapels die einzelnen Batteriezellen jeweils mittels eines Zellhalters aneinander positioniert und aneinander gehalten sind. Die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente sind dann an den Zellhaltern ausgebildet. Die jeweiligen Zellhalter können zwischen den Batteriezellen angeordnet und mit diesen in Stapelrichtung gestapelt sein. Die Zellhalter können dabei jeweils einen Rahmen bzw. einen Kragen aufweisen, der die jeweilige Batteriezelle bzw. die jeweiligen benachbarten Batteriezellen bezüglich der Stapelrichtung in Umfangsrichtung umgreift bzw. umläuft. Die jeweiligen benachbarten Zellhalter können in der Stapelrichtung ineinandergreifen, so dass die Batteriezellen und die Zellhalter relativ zueinander festgelegt sind. Die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente sind dann an den Zellhaltern ausgebildet. Vorteilhafterweise können dabei jeder dritte oder jeder zweite oder alle Zellhalter das stapelseitige zweite Eingriffselement aufweisen oder bilden.
Bei der Ausgestaltung des Batteriemoduls ist denkbar, dass das Batteriemodul nur einen einzigen Batteriezellenstapel aufnimmt. Der einzige Batteriezellenstapel ist dann mit dem Modulgehäuse mittels der Verriegelungseinrichtung formschlüssig verbunden. Denkbar ist jedoch auch, dass das Modulgehäuse mehrere Batteriezellenstapel aufnimmt. Die mehreren Batteriezellenstapel können dann jeweils über eine separate Verriegelungseinrichtung mit dem Modulgehäuse formschlüssig verbunden sein.
Vorteilhafterweise kann vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse ein erstes Gehäuseteil und ein dazu passendes zweites Gehäuseteil aufweist. Das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil umschließen dann den Innenraum, in dem der wenigstens eine Batteriezellenstapel angeordnet ist. Das erste Gehäuseteil ist bevorzugt als ein nach unten offener Behälter ausgestaltet. Das zweite Gehäuseteil ist bevorzugt als ein Deckel ausgestaltet, mit dem eine Gehäuseöffnung des ersten Gehäuseteils verschlossen werden kann. Umfasst das Batteriemodul mehrere Batteriezellenstapel, so kann das erste Gehäuseteil mehrere Innenräume für die jeweiligen mehreren Batteriezellenstapel umfassen. Zusätzlich kann das zweite Gehäuseteil durch mehrere Deckel abgebildet sein, die die jeweiligen Gehäuseöffnungen des ersten Gehäuseteils verschließen. Vorzugsweise ist das erste Gehäuseteil zum fahrzeugseitigen Anordnen oder zum Festlegen an einem Fahrzeugboden des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs vorgesehen. Bevorzugt befindet sich die Verriegelungseinrichtung an einer Innenseite des Modulgehäuses, die dem Innenraum zugewandt ist. Die Verriegelungseinrichtung befindet sich dann an einer Stelle, die bei dem geschlossenen Modulgehäuse an sich unzugänglich ist. Durch die Betätigungseinrichtung kann jedoch die Riegelplatte zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung von einer Außenseite des Modulgehäuses her verstellt werden.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Modulgehäuses können die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente an dem ersten Gehäuseteil ausgebildet sein. Ist das Modulgehäuse an dem Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug angeordnet oder an dem Fahrzeugboden des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs festgelegt, so wird das Gewicht des jeweiligen Batteriezellenstapels über die Verriegelungseinrichtung auf das erste Gehäuseteil übertragen. Die Zugkraft bzw. die Zugkraftrichtung ist dann von oben nach unten gerichtet. Vorteilhafterweise kann dann der Batteriezellenstapel fest, insbesondere unlösbar, an dem zweiten Gehäuseteil angebracht sein. Der Begriff unlösbar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Verbindung zwischen dem Batteriezellenstapel und dem zweiten Gehäuseteil nicht ohne ernsthafte Beschädigung von mindestens einem der beiden Verbindungspartner getrennt werden kann. Beispielsweise ist der Batteriezellenstapel mit dem zweiten Gehäuseteil verklebt. Hier befindet sich die Verriegelungseinrichtung zwischen dem ersten Gehäuseteil und dem Batteriezellenstapel. Weist die Betätigungseinrichtung einen Exzenter oder einen Schieber auf, so kann dieser den Batteriezellenstapel durchsetzen oder jedoch seitlich an dem Batteriezellenstapel angeordnet sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform des Modulgehäuses können die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente an dem zweiten Gehäuseteil ausgebildet sein. Das zweite Gehäuseteil ist dann lösbar an dem ersten Gehäuseteil festgelegt. Vorzugsweise ist das zweite Gehäuseteil mit dem ersten Gehäuseteil verschraubt. Ist das Modulgehäuse an dem Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug angeordnet oder an dem Fahrzeugboden des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs festgelegt, so wird das Gewicht des jeweiligen Batteriezellenstapels von dem zweiten Gehäuseteil getragen. Die Zugkraft bzw. die Zugkraftrichtung ist dann von oben nach unten gerichtet. Hier befindet sich die Verriegelungseinrichtung zwischen dem zweiten Gehäuseteil und dem Batteriezellenstapel. Weist die Betätigungseinrichtung einen Exzenter oder einen Schieber auf, so muss dieser den Batteriezellenstapel nicht durchsetzen.
Die Erfindung betrifft auch eine Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug. Dabei weist die Traktionsbatterie wenigstens ein oben beschriebenes Batteriemodul auf.
Die Traktionsbatterie kann vorteilhafterweise nur ein einziges Batteriemodul aufweisen, so dass das Batteriemodul die Traktionsbatterie bildet. Vorteilhafterweise kann dabei vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse des Batteriemoduls mehrere Batteriezellenstapel aufnimmt, die jeweils über eine separate Verriegelungseinrichtung am Modulgehäuse festlegbar sind. Das Modulgehäuse ist dann zum Festlegen an einem Fahrzeugboden des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs ausgebildet. Das Modulgehäuse ist zweckgemäß in Fahrzeug-Z-Richtung teilbar ausgestaltet und weist das erste Gehäuseteil zum Festlegen an dem Fahrzeugboden und das zweite Gehäuseteil auf. Das erste Gehäuseteil kann an dem Fahrzeugboden nach unten offen montiert - beispielweise angeschraubt - sein. Der jeweilige Batteriezellenstapel kann dann mit dem ersten Gehäuseteil oder mit dem zweiten Gehäuseteil über die Verriegelungseinrichtung formschlüssig verbunden sein. Die Zugkraftrichtung erstreckt sich dann von oben nach unten. Eine Gehäuseöffnung des ersten Gehäuseteils wird dann mit dem zweiten Gehäuseteil von unten geschlossen. Alternativ kann die Traktionsbatterie mehrere Batteriemodule aufweisen. Dann können die Batteriemodule mit ihren Modulgehäusen in einem gemeinsamen Batteriegehäuse untergebracht sein. Vorteilhafterweise kann dann das Batteriegehäuse einseitig offen sein und die offene Seite des Batteriegehäuses mit den jeweiligen Modulgehäusen geschlossen sein. Mit anderen Worten können die zweiten Gehäuseteile der jeweiligen Batteriemodule sowohl die jeweiligen Modulgehäuse als auch bereichsweise das Batteriegehäuse der Traktionsbatterie verschließen.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch

1 eine Explosionsansicht einer Traktionsbatterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul in einer ersten Ausführungsform;
2 und 3 Schnittansichten des erfindungsgemäßen Batteriemoduls in der ersten Ausführungsform;
4 eine Draufsicht auf eine in 2 und in 3 gezeigte Verriegelungseinrichtung;
5 eine Schnittansicht des in 2 und in 3 gezeigten Batteriemoduls an einem Exzenter;
6 eine Explosionsansicht des erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einer zweiten Ausführungsform.

1 zeigt eine Explosionsansicht einer Traktionsbatterie 1 an einem Hybrid- oder Elektro-Fahrzeug 2. Die Traktionsbatterie 1 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch ein einziges Batteriemodul 3 gebildet. Das Batteriemodul 3 weist dabei ein Modulgehäuse 4 auf, das ein erstes Gehäuseteil 4a und ein zweites Gehäuseteil 4b umfasst. Das erste Gehäuseteil 4a ist zum Festlegen der Traktionsbatterie 1 an einem Fahrzeugboden 5 vorgesehen und ist durch einen Behälter 6 gebildet. Das zweite Gehäuseteil 4b ist durch mehrere Deckel 7 gebildet, die eine offene Gehäuseseite des ersten Gehäuseteils 4a verschließen. Dazu werden die Deckel 7 mit dem Behälter 6 an mehreren Stellen 8 verschraubt. In dem ersten Gehäuseteil 4a sind mehrere Innenräume 9 gebildet, die zur Aufnahme jeweils eines Batteriezellenstapels 10 des Batteriemoduls 3 vorgesehen sind. Das Modulgehäuse 4 bzw. die einzelnen Innenräume 9 sind von einem Kühlmittel durchströmbar, so dass die Batteriezellenstapel 10 mit dem Kühlmittel unmittelbar in Kontakt treten.
Die jeweiligen Batteriezellenstapel 10 sind mit dem Modulgehäuse 4 über jeweils eine Verriegelungseinrichtung 11 formschlüssig verbunden, wie im Folgenden näher erläutert wird. Die Verriegelungseinrichtung 11 ist dabei innerhalb des Modulgehäuses 4 angeordnet und kann den Batteriezellenstapel 10 mit dem Modulgehäuse 4 verriegeln oder von dem Modulgehäuse 4 entriegeln. Dies erfolgt durch eine mit Stopfen 12 verschlossene Abflussöffnung 13 hindurch, wie im Folgenden näher erläutert wird. In 1 ist die Verriegelungseinrichtung 11 an dem ersten Gehäuseteil 4a und somit zwischen dem Behälter 6 und dem Batteriezellenstapel 10 innerhalb des jeweiligen Innenraumes 9 angeordnet. Dies entspricht einer ersten Ausführungsform des Batteriemoduls 3, die anhand 2 bis 5 näher erläutert wird. Alternativ kann die Verriegelungseinrichtung 11 an dem zweiten Gehäuseteil 4b und somit zwischen dem jeweiligen Deckel 7 und dem Batteriezellenstapel 10 angeordnet sein. Dies entspricht dann einer zweiten Ausführungsform des Batteriemoduls 3, die anhand 6 näher erläutert wird.
2 und 3 zeigen Schnittansichten des Batteriemoduls 3 in der ersten Ausführungsform. In 2 ist dabei zur Übersichtlichkeit kein Modulgehäuse 4 bzw. das erste Gehäuseteil 4a gezeigt. 4 zeigt eine Draufsicht auf die Verriegelungseinrichtung 11. Hier ist zur Übersichtlichkeit kein Batteriezellenstapel 10 gezeigt. 5 zeigt eine Schnittansicht des Batteriemoduls 3. In 2 bis 4 ist das Batteriemodul 3 in der ersten Ausführungsform gezeigt, bei der die Verriegelungseinrichtung 11 an dem ersten Gehäuseteil 4a und somit zwischen dem Batteriezellenstapel 10 und dem Behälter 6 angeordnet ist. Das zweite Gehäuseteil 4b bzw. der jeweilige Deckel 7 kann dabei mit dem Batteriestapel 10 unlösbar verbunden - beispielweise verklebt - sein.
Bezugnehmend auf 2, weist der Batteriezellenstapel 10 mehrere Batteriezellen 14 auf, die in einer Stapelrichtung 17 aneinander gestapelt sind. Die einzelnen Batteriezellen 14 sind jeweils mittels eines Zellhalters 15 aneinander positioniert und aneinander gehalten. Die Zellhalter 15 sind dabei mit den Batteriezellen 14 gestapelt und weisen jeweils einen Rahmen bzw. Kragen 16 auf, der die benachbarten Batteriezellen 14 bezüglich der Stapelrichtung 17 in Umfangsrichtung umläuft. Die benachbarten Zellhalter 15 greifen in der Stapelrichtung 17 ineinander ein, so dass die Batteriezellen 14 und die Zellhalter 15 relativ zueinander festgelegt sind.
Bezugnehmend auf 3 weist die Verriegelungseinrichtung 11 eine Riegelplatte 18 auf, die zwischen dem ersten Gehäuseteil 4a und dem Batteriezellenstapel 10 angeordnet ist. Auf der Riegelplatte 18 sind dabei mehrere erste Riegelstrukturen 19a und mehrere zweite Riegelstrukturen 19b ausgebildet. Ferner weist die Verriegelungseinrichtung 11 mehrere gehäuseseitige erste Eingriffselemente 20a und mehrere stapelseitige zweite Eingriffselemente 20b auf. Die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente 20a sind entlang der Stapelrichtung 17 verteilt an dem Modulgehäuse 4 - hier an dem ersten Gehäuseteil 4a - fest angeordnet und zweckgemäß zu den ersten Riegelstrukturen 19a komplementär ausgebildet. So sind die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente 20a durch Schrauben 21 und die ersten Riegelstrukturen 19a durch Langlöcher 22 gebildet. Die Langlöcher 22 sind in Stapelrichtung 17 ausgerichtet und weisen einen kleineren Durchmesser als Köpfe der Schrauben 21 auf, wie insbesondere in 2 und 4 erkennbar ist. Dadurch ist die Längsführung der Riegelplatte 18 realisiert und die Riegelplatte 18 ist aus einer Verriegelungsstellung in eine Entriegelungsstellung verstellbar. Mit anderen Worten legen die Schrauben 21 die Riegelplatte 18 an dem Modulgehäuse 4 in Stapelrichtung 17 verschiebbar fest. Die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente 20a und die ersten Riegelstrukturen 19a stehen permanent miteinander in Eingriff und bilden die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen 25a.
Die mehreren stapelseitigen zweiten Eingriffselemente 20b sind entlang der Stapelrichtung 17 verteilt an dem Batteriezellenstapel 10 fest angeordnet und zweckgemäß zu den zweiten Riegelstrukturen 19b komplementär ausgebildet. Hier sind die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente 20b an den Zellhaltern 17 integral ausgebildet, wie insbesondere in 2 erkennbar ist. Dabei sind diese durch einen T-förmigen Steg 23 ausgebildet, der sich quer zur Stapelrichtung 17 erstreckt. Die zweiten Riegelstrukturen 19b der Riegelplatte sind dann durch Durchtrittsöffnungen 24 gebildet, so dass die Stege 23 diese hintergreifen können. In 2 ist die Riegelplatte 18 in die Verriegelungsstellung gebracht. Dabei hintergreift ein Abschnitt des jeweiligen Stegs 23 die Riegelplatte 18 durch die zugeordnete Durchtrittsöffnung 24 hindurch und ist zwischen der Riegelplatte 18 und dem Modulgehäuse 4 - hier dem ersten Gehäuseteil 4a - angeordnet. Dadurch ergibt sich ein Formschluss zwischen der Riegelplatte 18 und dem Batteriezellenstapel 10 und mehrere stapelseitige Verriegelungsstellen 25b sind gebildet. In der Entriegelungsstellung ist der Formschluss zwischen der Riegelplatte 18 und dem Batteriezellenmodul 10 gelöst und der Batteriezellenstapel 10 kann von der Riegelplatte 18 entfernt werden.
Die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen 25a sind dabei in zwei Reihen angeordnet und die stapelseitigen Verriegelungsstellen 25b sind in einer Reihe angeordnet, wie insbesondere in 4 erkennbar ist. Dabei sind je eine stapelseitige Verriegelungsstelle 25b zwei gehäuseseitige Verriegelungsstellen 25a vorgesehen. Ist das Batteriemodul 3 an dem Fahrzeugboden 5 - wie in 1 gezeigt - montiert, so verläuft eine Zugkraftrichtung von oben nach unten und senkrecht zur Stapelrichtung. Das Gewicht des jeweiligen Batteriezellenstapels 10 wird über die stapelseitigen Verriegelungsstellen 25b auf die Riegelplatte 18 und über die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen 25a auf das erste Gehäuseteil 4a übertragen.
Die Riegelplatte 18 ist in dem Modulgehäuse 4 derart angeordnet, dass sie von außen nicht zugänglich ist. Zum Verstellen und/oder zum Antreiben der Riegelplatte 18 zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung ist eine Betätigungseinrichtung 26 vorgesehen, wie auch in 4 und 5 gezeigt ist. Die Betätigungseinrichtung 26 ist hier ein Exzenter 27, der um eine Drehachse 28 drehbar ist und mit der Riegelplatte 18 antriebsgekoppelt ist. Die Drehachse ist dabei der Zugkraftrichtung parallel ausgerichtet. Der Exzenter 27 durchsetzt dabei die Riegelplatte 18 und greift in eine radial zur Drehachse 28 beabstandete Mitnehmeröffnung 29 in der Riegelplatte 18 ein. Dabei durchdringt der Exzenter 27 den Batteriezellenstapel 10 senkrecht zur Stapelrichtung 17 und kann über die Abflussöffnung 13 - siehe hierzu 1 - erreicht und betätigt werden.
6 zeigt nun eine Explosionsansicht des Batteriemoduls 3 in der zweiten Ausführungsform. Hier sind der Batteriestapel 10 und das zweite Gehäuseteil 4b bzw. der Deckel 7 gezeigt, wobei die Verriegelungseinrichtung 11 an dem zweiten Gehäuseteil 4b angeordnet ist. In der zweiten Ausführungsform muss der Exzenter 27 den Batteriestapel 10 nicht durchsetzen und kann auf gleiche Weise über die Abflussöffnung 13 - siehe hierzu 1 - erreicht und betätigt werden. Im Übrigen entspricht hier der Aufbau des Batteriemoduls 3 der ersten Ausführungsform.
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 102018215036 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul (3) für eine Traktionsbatterie (1), insbesondere für ein Elektro- oder Hybrid-Fahrzeug (2), - wobei das Batteriemodul (3) ein Modulgehäuse (4) und wenigstens einen Batteriezellenstapel (10) umfasst, der innerhalb eines Innenraumes (9) des Modulgehäuses (4) angeordnet ist, - wobei der Batteriezellenstapel (10) mehrere Batteriezellen (14) aufweist, die entlang einer Stapelrichtung (17) aufeinander folgen, - wobei das Modulgehäuse (4) insbesondere direkt von einem Kühlmittel durchströmbar sein kann, derart, dass die Batteriezellen (14) unmittelbar mit dem Kühlmittel in Kontakt treten, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verriegelungseinrichtung (11) über mehrere gehäuseseitige Verriegelungsstellen (25a) und über mehrere stapelseitige Verriegelungsstellen (25b) den Batteriezellenstapel (10) formschlüssig mit dem Modulgehäuse (4) verbindet.
Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, - dass die Verriegelungseinrichtung (11) in dem Innenraum (9) mehrere gehäuseseitige erste Eingriffselemente (20a) aufweist, die entlang der Stapelrichtung (17) verteilt und an dem Modulgehäuse (4) fest angeordnet sind, - dass die Verriegelungseinrichtung (11) in dem Innenraum (9) mehrere stapelseitige zweite Eingriffselemente (20b) aufweist, die entlang der Stapelrichtung (17) verteilt und an dem Batteriezellenstapel (10) fest angeordnet sind, - dass die Verriegelungseinrichtung (11) eine Riegelplatte (18) aufweist, die zu den gehäuseseitigen ersten Eingriffselementen (20a) komplementäre erste Riegelstrukturen (19a) und zu den stapelseitigen zweiten Eingriffselementen (20b) komplementäre zweite Riegelstrukturen (19b) aufweist.
Batteriemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, - dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente (20a) und die ersten Riegelstrukturen (19a) permanent miteinander in Eingriff stehen und die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen (25a) bilden, - dass die gehäuseseitigen Verriegelungsstellen (25a) eine Längsführung für die Riegelplatte (18) definieren und quer zur Stapelrichtung (17) in eine Zugkraftrichtung verlaufende Zugkräfte zwischen der Riegelplatte (18) und dem Modulgehäuse (4) übertragen.
Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die Riegelplatte (18) parallel zur Stapelrichtung (17) relativ zum Modulgehäuse (4) zwischen einer Verriegelungsstellung und einer Entriegelungsstellung verstellbar ist, - dass in der Verriegelungsstellung der Riegelplatte (18) die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente (20b) und die zweiten Riegelstrukturen (19b) in Eingriff stehen und die stapelseitigen Verriegelungsstellen (25b) bilden, so dass quer zur Stapelrichtung (17) in eine Zugkraftrichtung verlaufende Zugkräfte zwischen der Riegelplatte (18) und dem Batteriezellenstapel (10) übertragbar sind, - dass in der Entriegelungsstellung der Riegelplatte (18) die zweiten Riegelstrukturen (19b) von den stapelseitigen zweiten Eingriffsstrukturen (20b) freikommen, so dass der Batteriezellenstapel (10) von der Riegelplatte (18) entfernbar ist.
Batteriemodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Verstellen und/oder Antreiben der Riegelplatte (18) zwischen der Entriegelungsstellung und der Verriegelungsstellung eine Betätigungseinrichtung (26) vorgesehen ist.
Batteriemodul nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass die Betätigungseinrichtung (26) einen Exzenter (27) aufweist, der von einer Außenseite des Modulgehäuses (4) her zugänglich ist, um eine parallel zur Zugkraftrichtung verlaufende Drehachse (28) drehbar angeordnet ist und mit der Riegelplatte (18) antriebsgekoppelt ist, oder - dass die Betätigungseinrichtung (26) einen Schieber aufweist, der von einer Außenseite des Modulgehäuses (4) her zugänglich ist, entlang der Stapelrichtung (17) verschiebbar angeordnet ist und mit der Riegelplatte (18) antriebsgekoppelt ist, oder - dass die Betätigungseinrichtung einen Aktor aufweist, der mit der Riegelplatte (18) antriebsgekoppelt ist und über eine Steuerelektronik betätigbar ist.
Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, - dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente (20a) durch pilzartige Strukturen, vorzugsweise durch Schrauben (21), gebildet sind, die einen Kopf und einen Schaft besitzen, wobei der Querschnitt des Kopfes größer ist als der Querschnitt des Schafts, - dass die ersten Riegelstrukturen (19a) durch parallel zur Stapelrichtung (17) ausgerichtete Langlöcher (22) gebildet sind, - dass der jeweilige Schaft an dem Modulgehäuse (4) befestigt ist und ein zugehöriges Langloch (22) durchdringt, so dass der Kopf an einer dem Batteriezellenstapel (10) zugewandten Seite der Riegelplatte (18) angeordnet ist und dort die Riegelplatte (18) quer zur Zugkraftrichtung hintergreift.
Batteriemodul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente (20b) durch einen T-förmigen oder L-förmigen Steg (23) ausgebildet sind, der sich quer zur Stapelrichtung (17) und quer zur Zugkraftrichtung erstreckt, - dass die zweiten Riegelstrukturen (19b) der Riegelplatte (18) durch Durchtrittsöffnungen (24) gebildet sind, die zu den Stegen (23) komplementär ausgebildet sind, und - dass in der Verriegelungsstellung der Riegelplatte (18) ein Abschnitt des Stegs (23) und die zugehörige Durchtrittsöffnung (24) an einer vom Batteriezellenstapel (10) abgewandten Seite der Riegelplatte (18) hintergreifen, so dass sich in der Zugkraftrichtung ein Formschluss ergibt.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, - dass innerhalb des Batteriezellenstapels (10) die einzelnen Batteriezellen (14) jeweils mittels eines Zellhalters (15) aneinander positioniert und aneinander gehalten sind, - dass die stapelseitigen zweiten Eingriffselemente (20b) an den Zellhaltern (15) ausgebildet sind.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, - dass das Modulgehäuse (4) ein erstes Gehäuseteil (4a) zum Festlegen an einem Fahrzeugboden (5) des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs (2) und ein dazu passendes zweites Gehäuseteil (4b) aufweist, - dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente (20a) an dem zweiten Gehäuseteil (4b) ausgebildet sind, und - dass das zweite Gehäuseteil (4b) lösbar an dem ersten Gehäuseteil (4a) festgelegt, vorzugsweise mit dem ersten Gehäuseteil (4a) verschraubt, ist.
Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, - dass das Modulgehäuse (4) ein erstes Gehäuseteil (4a) zum Festlegen an einem Fahrzeugboden (5) des Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugs (2) und ein dazu passendes zweites Gehäuseteil (4b) aufweist, - dass die gehäuseseitigen ersten Eingriffselemente (20a) an dem ersten Gehäuseteil (4a) ausgebildet sind, - dass der Batteriezellenstapel (10) fest, insbesondere unlösbar, an dem zweiten Gehäuseteil (4b) angebracht, vorzugsweise mit dem zweiten Gehäuseteil (4b) verklebt, ist, und - dass das zweite Gehäuseteil (4b) lösbar an dem ersten Gehäuseteil (4a) festgelegt, vorzugsweise mit dem ersten Gehäuseteil (4a) verschraubt, ist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (4) mehrere Batteriezellenstapel (10) aufnimmt, die jeweils über eine separate Verriegelungseinrichtung (11) an dem Modulgehäuse (4) festlegbar sind.
Traktionsbatterie (1) für ein Elektro- oder Hybrid- Fahrzeug (2), wobei die Traktionsbatterie (1) wenigstens ein Batteriemodul (3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist.
Traktionsbatterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, - dass die Traktionsbatterie (1) nur ein einziges Batteriemodul (3) aufweist, so dass das Batteriemodul (3) die Traktionsbatterie (1) bildet, oder - dass die Traktionsbatterie (1) mehrere Batteriemodule (3) aufweist, wobei die Batteriemodule (3) mit ihren Modulgehäusen (4) in einem gemeinsamen Batteriegehäuse untergebracht sind.