DE102020103954A1

DE102020103954A1 - Batterie für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020103954A1
Application number: DE102020103954.9A
Authority: DE
Inventors: Andre Heckert; Tuncay Idikurt; Simon Haerle; Erdem Ali; Maximilian Kraemer; Alexander Muck
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-02-14
Filing date: 2020-02-14
Publication date: 2021-08-19
Also published as: WO2021160357A1; CN114762162A; US20230111535A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Stapel (4) von Batteriezellen (5), in welchem die Batteriezellen (5) in eine Stapelrichtung (7) der Batteriezellen (5) mit einem Druck beaufschlagt sind, und mit einem zweiten Stapel (8) von Batteriezellen (5), welcher in der Stapelrichtung (7) benachbart zu dem ersten Stapel (4) angeordnet ist. Auch die Batteriezellen (5) des zweiten Stapels (8) sind in die Stapelrichtung (7) mit einem Druck beaufschlagt. In einem zwischen dem ersten Stapel (4) und dem zweiten Stapel (8) ausgebildeten Zwischenraum ist eine in die Stapelrichtung (7) mit dem Druck beaufschlagte Druckplatte (9) angeordnet. Die Druckplatte (9) ist zumindest in jeweiligen Anlagebereichen (30), in welchen die Druckplatte (9) mit dem ersten Stapel (4) und mit dem zweiten Stapel (8) in Kontakt ist, aus einem Kunststoff gebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit einem ersten Stapel von Batteriezellen, in welchem die Batteriezellen in eine Stapelrichtung der Batteriezellen mit einem Druck beaufschlagt sind. Ein zweiter Stapel von Batteriezellen ist in der Stapelrichtung benachbart zu dem ersten Stapel angeordnet. Auch die Batteriezellen des zweiten Stapels sind in die Stapelrichtung mit einem Druck beaufschlagt.
Wenn eine Batterie als elektrischer Energiespeicher in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, welches als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet ist, wird üblicherweise eine Vielzahl von Batteriezellen der Batterie elektrisch leitend miteinander verbunden. Hierbei können auch mehrere Stapel von Batteriezellen in eine Stapelrichtung der Batteriezellen aneinander angrenzen beziehungsweise benachbart zueinander angeordnet sein.
Beispielsweise beschreibt die DE 10 2012 219 782 A1 eine Anordnung von mehreren Stapeln von Batteriezellen, bei welcher die Stapel in einer Stapelrichtung der Batteriezellen aneinander angrenzen. Die Batteriezellen eines jeweiligen Stapels sind hierbei in einem kastenförmigen Gehäuse untergebracht, in welchem die Batteriezellen mit einem Druck beaufschlagt sind. Das jeweilige Gehäuse umfasst zwei in der Stapelrichtung einander gegenüberliegende Stirnwände und zwei mit den Stirnwänden verschraubte oder verschweißte Seitenwände. Folglich ist durch das Gehäuse ein Rahmen bereitgestellt, welcher die Batteriezellen eines jeweiligen Stapels mit einer Vorspannkraft zusammendrückt oder komprimiert.
Bei einer Batterie für ein Kraftfahrzeug kann im Übrigen vorgesehen sein, jeweilige Batteriemodule mit einer Vielzahl von prismatischen Batteriezellen bereitzustellen. Hierbei kann das Batteriemodul einen Modulrahmen aufweisen, welcher zwei in Stapelrichtung der Batteriezellen einander gegenüberliegende Endplatten und die Endplatten miteinander verbindende Zuganker aufweist. Die Endplatten wirken somit als Druckplatten, welche die Batteriezellen in die Stapelrichtung mit einem Druck beaufschlagen beziehungsweise in Stapelrichtung gegeneinander pressen. Ein derartiger Modulrahmen kann aus metallischen Bauteilen gebildet sein, wobei als Metalle insbesondere Aluminium und/oder Stahl zum Einsatz kommen können.
Das Anordnen einer Vielzahl von Batteriezellen in einem Modulrahmen bringt es mit sich, dass weniger derartige Endplatten beziehungsweise Druckplatten und weniger Zuganker verwendet zu werden brauchen, als bei einer Ausgestaltung der Batterie mit mehr Batteriemodulen, welche jeweils weniger Batteriezellen aufweisen. Dementsprechend kann bei der Verwendung von Batteriemodulen mit einer großen Anzahl von Batteriezellen mehr zur Verfügung stehender Bauraum für die Batteriezellen genutzt beziehungsweise von den Batteriezellen eingenommen werden. Dies ist im Hinblick auf die von der Batterie bereitstellbare Menge an elektrischer Energie vorteilhaft.
Insbesondere bei vergleichsweise großen Batteriemodulen kann vorgesehen sein, zwischen zwei Stapeln von Batteriezellen eine Druckplatte anzuordnen, also ein plattenartiges Element, welches so wie die innerhalb des Modulrahmens eingespannten Batteriezellen mit Druck beaufschlagt ist. Derartige Druckplatten können für eine Festlegung oder Anordnung weiterer Komponenten der Batterie an dem Batteriemodul verwendet werden.
Es kann vorgesehen sein, eine derartige Druckplatte als Profilteil aus Aluminium auszubilden, welches durch Strangpressen hergestellt ist. Dies ermöglicht es, die Zuganker des Modulrahmens etwa durch Verschweißen mit der Druckplatte zu verbinden. Jedoch gestaltet es sich als vergleichsweise aufwändig, in eine derartige, aus Aluminium gebildete Druckplatte ein Gewinde einzubringen. Denn hierfür ist eine nachträgliche, spanende Bearbeitung der Druckplatte erforderlich.
Zudem bringt es die Ausbildung der Druckplatte aus einem elektrisch leitfähigen Metall wie Aluminium mit sich, dass gegebenenfalls Isolationselemente aus Kunststoff vorzusehen sind, um ausreichend große Luftstrecken beziehungsweise Kriechstrecken sicherzustellen. Auch das Vorsehen derartiger Isolationselemente aus Kunststoff ist mit einem entsprechenden Aufwand bei der Herstellung der Batterie verbunden.
Darüber hinaus machen der verwendete Werkstoff in Form des Aluminiums sowie die spanende Bearbeitung der Druckplatte und zusätzlich das Vorsehen der Isolationselemente die zwischen zwei Stapeln von Batteriezellen angeordnete Druckplatte zu einem teuren Bauteil der Batterie.
Es ist Aufgabe der Erfindung, eine besonders einfach zu fertigende Batterie der eingangs genannten Art anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patenanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
Eine erfindungsgemäße Batterie für ein Kraftfahrzeug umfasst einen ersten Stapel von Batteriezellen. In dem ersten Stapel sind die Batteriezellen in eine Stapelrichtung der Batteriezellen mit einem Druck beaufschlagt. Die Batterie umfasst einen zweiten Stapel von Batteriezellen, welcher in der Stapelrichtung benachbart zu dem ersten Stapel angeordnet ist. Auch die Batteriezellen des zweiten Stapels sind in die Stapelrichtung mit einem Druck beaufschlagt. In einem zwischen dem ersten Stapel und dem zweiten Stapel ausgebildeten Zwischenraum ist eine in die Stapelrichtung mit dem Druck beaufschlagte Druckplatte angeordnet. Die Druckplatte ist zumindest in jeweiligen Anlagebereichen, in welchen die Druckplatte mit dem ersten Stapel und mit dem zweiten Stapel in Kontakt ist, aus einem Kunststoff gebildet. Folglich lässt sich die Druckplatte besonders einfach und aufwandsarm bereitstellen. Dies ist einer einfachen Fertigung der Batterie zuträglich. Des Weiteren ist Kunststoff als Werkstoff günstiger als beispielsweise Aluminium.
Zudem lässt sich die zumindest bereichsweise aus Kunststoff gebildete Druckplatte, bei welcher es sich um ein von den Batteriezellen verschiedenes, plattenartiges beziehungsweise quaderförmiges Bauteil der Batterie handelt, besonders rasch fertigen. Auch dies ist für eine besonders einfache Fertigung der Batterie förderlich.
Des Weiteren lassen sich Anbindungsstellen zum Anbringen weiterer Komponenten der Batterie an der Druckplatte aufgrund der zumindest partiellen Fertigung der Druckplatte aus dem Kunststoff besonders einfach, rasch und aufwandsarm bereitstellen beziehungsweise in die Druckplatte integrieren. Dies kann unmittelbar bei der Fertigung der Druckplatte geschehen beziehungsweise bewerkstelligt werden.
Vorzugsweise weist die Druckplatte wenigstens eine Durchtrittsöffnung zum Hindurchführen wenigstens einer Kühlmittelleitung einer Kühleinrichtung der Batterie durch die Druckplatte hindurch auf. Mit anderen Worten kann also die wenigstens eine Kühlmittelleitung bei dieser Ausgestaltung durch die wenigstens eine in der Druckplatte ausgebildete Durchtrittsöffnung hindurchgeführt werden. Aufgrund des Vorsehens der wenigstens einen Durchtrittsöffnung in der Druckplatte ist die durch die Durchtrittsöffnung hindurchgeführte Kühlmittelleitung gut geschützt angeordnet.
Wenn also das mit der Batterie ausgestattete Kraftfahrzeug etwa auf ein Hindernis aufprallt, so befindet sich die Kühlmittelleitung nicht im Lastpfad einer auf die Batterie wirkenden Belastung. Dadurch kann besonders weitgehend sichergestellt werden, dass bei einer beispielsweise unfallbedingten Kraftbeaufschlagung der Batterie die wenigstens eine Kühlmittelleitung nicht beschädigt wird und somit kein Kühlmittel aus der Kühlmittelleitung austritt. Dieser Schutz der wenigstens einen Kühlmittelleitung durch die Druckplatte gilt insbesondere, wenn die Druckplatte im Wesentlichen mittig in einem die beiden Stapel umfassenden Batteriemodul der Batterie angeordnet ist.
Die wenigstens eine Kühlmittelleitung kann zum Leiten von einem Kühlmittel und/oder von einem Kältemittel ausgebildet sein. Dementsprechend kann die wenigstens eine Kühlmittelleitung auch allgemein als Kühlleitung bezeichnet werden. Sowohl ein Kühlmittel als auch ein Kältemittel können nämlich in der Kühleinrichtung der Batterie zur Kühlung der Batteriezellen Anwendung finden und über die wenigstens eine Kühlmittelleitung gefördert werden.
Insbesondere kann die Druckplatte eine erste Durchtrittsöffnung für eine als Kühlmittelzulauf ausgebildete Kühlmittelleitung und eine zweite Durchtrittsöffnung für eine als Kühlmittelablauf ausgebildete Kühlmittelleitung aufweisen. Über derartige Kühlmittelleitungen kann das Kühlmittel beispielsweise in eine Kühlplatte der Kühleinrichtung eingebracht und wieder aus der Kühlplatte abgeführt werden, auf welcher die Batteriezellen der beiden Stapel angeordnet sind. Über die Kühlmittelleitungen, welche durch die Durchtrittsöffnungen der Druckplatte hindurchgeführt sind, kann das Kühlmittel mittels weiterer Kühlmittelleitungen einem Kühler des Kraftfahrzeugs zugeführt und nach dem Durchlaufen des Kühlers wieder der Kühlplatte zugeführt werden.
Die weiteren, zu dem Kühler des Kraftfahrzeugs führenden und von dem Kühler abgehenden Kühlmittelleitungen können hierbei insbesondere parallel zur Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs verlaufen und in Richtung der Fahrzeugquerachse des Kraftfahrzeugs im Wesentlichen mittig angeordnet sein. Dies ist einem Schutz auch der weiteren Kühlmittelleitungen vor einer etwaigen Beschädigung zuträglich. Zudem ist insbesondere in einem als Elektrofahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeug im Bereich der Fahrzeugmitte in Längsrichtung des Kraftfahrzeugs Bauraum vorhanden, um die zu dem Kühler führenden und von dem Kühler abgehenden Kühlmittelleitungen unterzubringen.
Es kann vorgesehen sein, dass die gesamte Druckplatte aus dem Kunststoff gebildet ist. Dies macht die Fertigung der Druckplatte besonders aufwandsarm.
Vorzugsweise ist daher zumindest ein die Anlagebereiche aufweisender Grundkörper der Druckplatte aus dem Kunststoff gebildet. So lässt sich auf besonders einfache Weise ein vergleichsweise massives und dem auch auf die Batteriezellen wirkenden Druck gut standhaltendes Bauteil in Form der Druckplatte aufwandsarm und kostengünstig bereitstellen.
Es kann vorgesehen sein, dass in den Grundkörper wenigstens ein aus Metall gebildeter Einleger eingebracht ist. An einer Oberfläche des Einlegers ist wenigstens ein metallisches Bauteil der Batterie durch Schweißen festlegbar. Durch das Vorsehen eines derartigen, metallischen Einlegers, welcher in den Grundkörper der Druckplatte eingebettet ist, lassen sich beispielsweise Bauteile wie eine Einrichtung zum elektrischen Kontaktieren der einzelnen Batteriezellen, welche auch als Zellkontaktiersystem bezeichnet wird, und/oder eine elektrische Anschlussleitung zum elektrischen Verbinden von Batteriemodulen der Batterie miteinander einfach und aufwandsarm durch Schweißen an dem wenigstens einen Einleger festlegen.
Vorzugsweise weist die Druckplatte ein erstes Plattenteil und ein zweites Plattenteil auf, wobei die Plattenteile in einem miteinander gekoppelten Zustand die Druckplatte bilden. So kann auf besonders einfache Weise auch eine komplexe Formgebung der Druckplatte realisiert werden. Zudem ist eine derartige Bereitstellung der Druckplatte aus zwei Plattenteilen im Hinblick auf eine kostengünstige Fertigung der Plattenteile durch Kunststoff-Spritzgießen vorteilhaft.
Insbesondere können daher die beiden Plattenteile als Spritzgussteile ausgebildet sein. Es lässt sich nämlich eine Angussstelle beim Spritzgießen sehr einfach auf einer dem Anlagebereich gegenüberliegenden Seite des jeweiligen Plattenteils ausbilden. Dadurch lässt sich das jeweilige Plattenteil besonders einfach aus einer Spritzgießform beziehungsweise einem Spritzgießwerkzeug entformen, wobei die Entformungsrichtung senkrecht zu dem Anlagebereich verläuft. Dies bringt es wiederum mit sich, dass der Anlagebereich sehr eben ausgebildet werden kann und in dem Zwischenraum senkrecht zu der Stapelrichtung ausgerichtet ist. Dies ist für eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Druckplatte vorteilhaft.
Besonders aufwandsarm lässt sich die Druckplatte aus den beiden Plattenteilen bereitstellen, wenn die beiden Plattenteile baugleich ausgebildet sind. Denn dann brauchen keine unterschiedlichen Werkzeuge zum Fertigen des jeweiligen Plattenteils in einem Spritzgießverfahren bereitgestellt zu werden.
Vorzugsweise weisen die Plattenteile miteinander korrespondierende Formschlusselemente auf. Die Formschlusselemente sind in dem miteinander gekoppelten Zustand der Plattenteile miteinander in Eingriff. So kann auf besonders einfache Art und Weise eine mechanische Kopplung der beiden Plattenteile erreicht werden, um die Druckplatte bereitzustellen.
Vorzugsweise sind die beiden Anlagebereiche eben ausgebildet und senkrecht zu der Stapelrichtung ausgerichtet. Dadurch kann ein Auftreten von Druckspitzen innerhalb der Druckplatte besonders einfach und weitgehend vermieden werden.
Vorzugsweise weist die Druckplatte wenigstens ein Gewindeloch auf. In das Gewindeloch ist zum Festlegen zumindest einer Halteeinrichtung der Batterie an der Druckplatte ein Schraubbolzen einschraubbar. Auch ein derartiges Gewindeloch kann besonders einfach und aufwandsarm direkt beim Herstellen der Druckplatte in einem Spritzgießverfahren ausgebildet werden. Zudem ist so die Möglichkeit einer besonders vielfältigen Festlegung von weiteren Komponenten der Batterie an der Druckplatte geschaffen.
Vorzugsweise sind der erste Stapel und der zweite Stapel Komponenten eines Batteriemoduls der Batterie. Das Batteriemodul umfasst hierbei einen Modulrahmen, welcher die beiden Stapel des Batteriemoduls umschließt und mit dem Druck beaufschlagt. Ein solcher Modulrahmen kann durch stirnseitige Endplatten und die stirnseitigen Endplatten beziehungsweise stirnseitigen Druckplatten miteinander verbindende Zuganker oder Seitenwände bereitgestellt sein.
Wenn der Modulrahmen die beiden an einander gegenüberliegen Enden der beiden Stapel angeordneten, stirnseitigen Druckplatten oder Endplatten umfasst, so kann die in dem Zwischenraum zwischen den beiden Stapeln angeordnete Druckplatte auch als Zwischendruckplatte bezeichnet werden.
Ein derartiges, den Modulrahmen aufweisendes Batteriemodul sorgt für eine Beaufschlagung der in den jeweiligen Stapeln angeordneten Batteriezellen mit dem Druck, welcher ein Ausbauchen von Wänden von Gehäusen der einzelnen Batteriezellen im Betrieb derselben besonders weitgehend unterbindet. Dies ist für den Betrieb der Batteriezellen im Hinblick auf die Bereitstellung von elektrischer Energie durch die Batteriezellen vorteilhaft.
Vorzugsweise umfasst die Batterie eine Mehrzahl der Batteriemodule, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Auf diese Weise lässt sich durch die Batterie eine vergleichsweise hohe Spannung und/oder, insbesondere beim Entladen der Batterie, eine vergleichsweise hohe Stromstärke bereitstellen.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, wenn die Batterie als Hochvoltbatterie oder Hochvoltspeicher ausgebildet ist, welcher elektrische Energie für eine Antriebseinrichtung etwa in Form wenigstens eines Elektromotors des Kraftfahrzeugs bereitstellt. Ein derartiger Hochvoltspeicher weist eine Nennspannung von mehr als 60 Volt und insbesondere von bis zu mehreren 100 Volt auf.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1 in schematischer Darstellung und in einer Draufsicht ein für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehenes Batteriemodul mit zwei Stapeln von Batteriezellen und mit einer mittig zwischen den beiden Stapeln angeordneten Druckplatte oder Zwischendruckplatte;
2 schematisch die Anordnung des Batteriemoduls gemäß 1 auf einer Kühlplatte, wobei zwei Kühlmittelleitungen einer Kühleinrichtung der Batterie durch Durchtrittsöffnungen hindurchtreten können, welche in der Druckplatte ausgebildet sind;
3 schematisch eine erste Variante der Druckplatte gemäß 1 in einer Perspektivansicht;
4 ein Plattenteil einer weiteren Variante der Druckplatte gemäß 1, welche durch Koppeln von zwei derartigen Plattenteile miteinander bereitgestellt werden kann;
5 das Verschrauben eines Halters für eine Kühlmittelleitung der Batterie mit der Druckplatte; und
6 stark schematisiert ein Kraftfahrzeug mit der Batterie, welche eine Mehrzahl der in 1 gezeigten Batteriemodule aufweist.

In 1 ist in einer schematischen Draufsicht ein Batteriemodul 1 für eine Batterie 2 eines in 6 gezeigten Kraftfahrzeugs 3 dargestellt. Das Batteriemodul 1 umfasst einen ersten Stapel 4 einer Mehrzahl von Batteriezellen 5, von welchen aus Gründen der Übersichtlichkeit in 1 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batteriezellen 5 des ersten Stapels 4 sind innerhalb eines Modulrahmens 6 des Batteriemoduls 1 angeordnet. Der Modulrahmen 6 sorgt dafür, dass die Batteriezellen 5 in dem ersten Stapel 4 in eine Stapelrichtung 7, welche in 1 durch einen Pfeil veranschaulicht ist, mit einem Druck beaufschlagt sind.
Das Batteriemodul 1 umfasst einen zweiten Stapel 8 einer Mehrzahl von Batteriezellen 5, welcher zusammen oder gemeinsam mit dem ersten Stapel 4 von dem Modulrahmen 6 des Batteriemoduls 1 umschlossen ist. Die beiden Stapel 4, 8 des Batteriemoduls 1 sind also innerhalb des Modulrahmens 6 angeordnet. Auch von den Batteriezellen 5 des zweiten Stapels 8 sind in 1 lediglich einige mit einem Bezugszeichen versehen. Und auch in dem zweiten Stapel 8 sind die Batteriezellen 5 durch den Modulrahmen 6 mit dem in die Stapelrichtung 7 der Batteriezellen 5 des zweiten Stapels 8 wirkenden Druck beaufschlagt.
In einem Zwischenraum zwischen den beiden Stapeln 4, 8 und insbesondere wie vorliegend beispielhaft gezeigt mittig zwischen den beiden Stapeln 4, 8 ist eine Druckplatte 9 angeordnet, welche in 3 in einer beispielhaften Variante und perspektivisch gezeigt ist.
Die Druckplatte 9 weist vorliegend zwei Durchtrittsöffnungen 10 auf. Durch diese Durchtrittsöffnungen 10 können Kühlmittelleitungen 11, 12 einer Kühleinrichtung 13 der Batterie 2 hindurchgeführt werden, welche schematisch in 2 dargestellt sind. In 2 ist der Übersichtlichkeit halber das Batteriemodul 1 lediglich schematisch als Quader dargestellt und nicht mit den in 1 erkennbaren Details.
Die erste Kühlmittelleitung 11 ist beispielsweise als Kühlmittelzulauf für eine Kühlplatte 14 ausgebildet, welche von Kühlmittel durchströmbar ist. Die zweite in 2 gezeigte Kühlmittelleitung 12 ist dann als Kühlmittelablauf der Kühlplatte 14 ausgebildet.
Wenn die Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 1 mit der Kühlplatte 14 in wärmeleitendem Kontakt sind, so sind die Kühlmittelleitungen 11, 12, welche durch die Durchtrittsöffnungen 10 der Druckplatte 9 hindurchtreten, in der Druckplatte 9 vor einer Beschädigung geschützt angeordnet. Der sowohl auf die Druckplatte 9 als auch auf die Batteriezellen 5 in der Stapelrichtung 7 ausgeübte Druck wirkt somit nicht auf die Kühlmittelleitungen 11, 12.
In die Stapelrichtung 7 weist die als plattenartiges beziehungsweise quaderförmiges Bauteil ausgebildete Druckplatte 9 vorliegend eine geringere Erstreckung auf als in ihre Hochrichtung 29 und senkrecht zu einer durch die Stapelrichtung 7 und die Hochrichtung 29 aufgespannten Ebene.
Gemäß 1 umfasst der Modulrahmen 6 des Batteriemoduls 1 eine erste, an einer Stirnseite des Batteriemoduls 1 angeordnete Endplatte 15 und eine zweite in der Stapelrichtung 7 der ersten Endplatte 15 gegenüberliegende Endplatte 16. Die Endplatten 15, 16 sind über Seitenwände 17, 18 des Modulrahmens 6 miteinander verbunden, insbesondere durch Verschweißen der Seitenwände 17, 18 mit den jeweiligen Endplatten 15, 16. Die Seitenwände 17, 18 wirken somit als Zuganker, welche die Batteriezellen 5 der beiden Stapel 4, 8 und die Druckplatte 9 mit dem in Stapelrichtung 7 ausgeübten Druck beaufschlagen.
Im in das Kraftfahrzeug 3 eingebauten Zustand der Batterie 2 kann sich die Stapelrichtung 7 und somit die Längserstreckungsrichtung des Batteriemoduls 1 insbesondere parallel zur Fahrzeugquerachse y erstrecken. Dadurch ist insbesondere erreichbar, dass die Druckplatte 9 in Richtung der Fahrzeugquerachse y im Wesentlichen mittig in dem Kraftfahrzeug 3 angeordnet ist. Folglich sind dann die durch die Durchtrittsöffnungen 10 der Druckplatte 9 hindurchgeführten Kühlmittelleitungen 11, 12 in Richtung der Fahrzeugquerachse y besonders gut vor einer Beschädigung geschützt.
In Richtung der Fahrzeuglängsachse x können eine Mehrzahl der in 1 gezeigten Batteriemodule 1 nebeneinander angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden sein, um die Batterie 2 des Kraftfahrzeugs 3 zu bilden (vergleiche 6).
Aufgrund des elektrisch leitenden Verbindens der Batteriemodule 1 miteinander kann durch die Batterie 2 des Kraftfahrzeugs 3 insbesondere ein Hochvoltspeicher bereitgestellt sein. Ein derartiger Hochvoltspeicher weist eine Nennspannung von mehr als 60 Volt und insbesondere von bis zu mehreren 100 Volt auf. Dementsprechend kann die Batterie 2 elektrische Energie für eine Antriebseinrichtung etwa in Form wenigstens eines Elektromotors 19 des Kraftfahrzeugs 3 bereitstellen (vergleiche 6). Der wenigstens eine Elektromotor 19 kann Räder 20 des Kraftfahrzeugs 3 antreiben und so für das Fortbewegen des Kraftfahrzeugs 3 sorgen.
Die in Richtung der Fahrzeughochachse z unterhalb der jeweiligen Stapel 4, 8 an Batteriezellen 5 angeordnete Kühlplatte 14 (vergleiche 2) wird über eine der Kühlmittelleitungen 11, 12 mit dem Kühlmittel versorgt. In Richtung der Fahrzeughochachse z oberhalb der Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 1 angeordnete weitere Kühlmittelleitungen 21, 22 (vergleiche 5), mit welchen die Kühlmittelleitungen 11, 12 des jeweiligen Batteriemoduls 1 verbunden sind, erstrecken sich vorliegend in Richtung der Fahrzeuglängsachse x und führen das Kühlmittel zu einem und von einem (nicht gezeigten) Kühler des Kraftfahrzeugs 3.
Aus der in 3 gezeigten perspektivischen Ansicht einer möglichen Variante der Druckplatte 9 ist weiter ersichtlich, dass die Druckplatte 9 Gewindelöcher 23 aufweisen kann. In derartige Gewindelöcher 23 können Schraubbolzen 24 eingeschraubt werden (vergleiche 5). Mittels derartiger Schraubbolzen 24 können Halteeinrichtungen der Batterie 2 an der Druckplatte 9 festgelegt werden.
Beispielsweise kann mittels eines derartigen Schraubbolzens 24, welcher in das Gewinde einer der durch das Spritzgießen in der Druckplatte 9 ausgebildeten Gewindelöcher 23 eingreift, ein Halter 25 an der Druckplatte 9 festgelegt werden. Über derartige Halter 25 können etwa die Kühlmittelleitungen 21, 22 im Bereich der Druckplatte 9 fixiert werden (vergleiche 5).
Die Druckplatte 9 ermöglicht jedoch auch eine Fixierung weiterer Komponenten beziehungsweise weiterer Schnittstellen der Batterie 2 im Bereich der Druckplatte 9. Beispielsweise können gemäß 3 in einen aus Kunststoff gebildeten Grundkörper 26 der Druckplatte 9 Einleger 27 eingebettet sein, welche aus Metall gebildet sind. Und an einer Oberfläche 28 des jeweiligen Einlegers 27 können durch Schweißen metallische Bauteile der Batterie 2 festgelegt werden.
Beispielsweise können metallische Bauteile eines Zellkontaktiersystems mit einem der Einleger 27 verschweißt werden. Ein derartiges Zellkontaktiersystem sorgt für die elektrisch leitende Verbindung der Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 1 miteinander.
Des Weiteren können ein Hochvoltanschluss und/oder eine Halterung für den Hochvoltanschluss mit einem der Einleger 27 durch Schweißen verbunden sein. Ein derartiger Hochvoltanschluss kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen den jeweiligen Batteriemodulen 1 der Batterie 2 herstellen und somit als Modulverbinder ausgebildet sein.
Wenn die in 3 beispielhaft gezeigte Druckplatte 9 in einem Kunststoff-Spritzgießverfahren hergestellt wird, so kann sich eine Entformungsrichtung, in welche die Druckplatte 9 aus einem (nicht gezeigten) Spritzgießwerkzeug entnommen wird, beispielsweise in die Hochrichtung 29 der Druckplatte 9 erstrecken, welche in der Einbaulage des Batteriemoduls 1 in das Kraftfahrzeug 3 vorzugsweise parallel zur Fahrzeughochachse z ausgerichtet ist.
Dies bringt es jedoch mit sich, dass Anlagebereiche 30 oder Anlageflächen der Druckplatte 9, in welchen die Druckplatten 9 mit dem ersten Stapel 4 beziehungsweise mit dem zweiten Stapel 8 in Kontakt ist, leicht angeschrägt auszubilden sind, um eine einfache Entformung oder Entnahme der Druckplatte 9 aus dem Spritzgießwerkzeug zu ermöglichen. Dementsprechend ist dann der jeweilige Anlagebereich 30 bezogen auf die Hochrichtung 29 zumindest leicht geneigt.
Im Hinblick auf eine gleichmäßige Druckbeaufschlagung der Druckplatte 9, welche mit den jeweils an die Anlagebereiche 30 angrenzenden Batteriezellen 5 des ersten Stapels 4 einerseits und des zweiten Stapels 8 andererseits in Kontakt ist, ist jedoch eine möglichst ebene Ausbildung der Anlagebereiche 30 und eine Ausrichtung der Anlagebereiche 30 senkrecht zu der Stapelrichtung 7 vorteilhaft.
Es kann daher bei der Ausbildung der Druckplatte 9 als Kunststoff-Spritzgussteil insbesondere eine Variante realisiert werden, welche anhand von 4 erläutert werden soll. Demgemäß umfasst die Druckplatte 9 zwei Plattenteile 31, welche als baugleiche Teile ausgebildet sind und von welchen eines in 4 in einer Perspektivansicht schematisch dargestellt ist. Zwei der in 4 gezeigten Plattenteile 31 können miteinander gekoppelt werden. In dem gekoppelten Zustand der beiden Plattenteile 31 ist dann durch die beiden Plattenteile 31 die Druckplatte 9 bereitgestellt.
Bei der in 4 beispielhaft gezeigten Ausgestaltung eines der Plattenteile 31 ist ein Teil der jeweiligen Durchtrittsöffnungen 10 der Druckplatte 9, nämlich vorliegend eine jeweilige Hälfte der jeweiligen Durchtrittsöffnung 10, durch eines der jeweiligen Plattenteile 31 bereitgestellt. Des Weiteren ist in jedem der Plattenteile 31 einer der beiden Einleger 27 in den aus Kunststoff gebildeten Grundkörper 26 des jeweiligen Plattenteils 31 eingebettet.
Darüber hinaus ist aus 4 ersichtlich, dass die Plattenteile 31 miteinander korrespondierende Formschlusselemente aufweisen können, welche das Koppeln der Plattenteile 31 miteinander zum Bereitstellen der Druckplatte 9 ermöglichen. Beispielsweise kann eine Schnappverbindung oder Rastverbindung realisiert sein, bei welcher die Formschlusselemente miteinander in Eingriff gebracht werden, um die Druckplatte 9 zu bilden.
Bei der in 4 beispielhaft gezeigten Variante des Plattenteils 31 ist eines der Formschlusselemente als konvexe Ausbuchtung 32 des Grundkörpers 26 ausgebildet, und im Bereich dieser konvexen Ausbuchtung 32 ist eines der Gewindelöcher 23 ausgebildet. Das mit dieser konvexen Ausbuchtung 32 korrespondierende Formschlusselement ist bei der in 4 gezeigten Variante des Plattenteils 31 durch eine konkave Einbuchtung 33 bereitgestellt, welche im Bereich des zweiten Gewindelochs 23 der Druckplatte 9 (vergleiche 3) ausgebildet ist.
Durch Einbringen der Ausbuchtung 32 in die korrespondierende Einbuchtung 33 des anderen der beiden Plattenteile 31 kann der Zusammenhalt der Plattenteile 31 zum Bereitstellen der Druckplatte 9 bewirkt werden. Es kann hierbei vorgesehen sein, dass die jeweilige Ausbuchtung 32 senkrecht zur Hochrichtung 29 in die korrespondierende Einbuchtung 33 eingebracht wird. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Ausbuchtung 32 in die Hochrichtung 29 in die jeweiligen Einbuchtung 33 eingeschoben wird.
Die anhand von 4 veranschaulichte Bereitstellung der Druckplatte 9 durch die beiden Plattenteile 31 bewirkt eine besonders einfache Umsetzung der Fertigung der Plattenteile 31 durch das Spritzgießen. Denn beispielsweise kann ein Angussbereich beziehungsweise eine Anspritzungsstelle in einem Zentralbereich 34 des Plattenteils 31 ausgebildet sein und zwar an einer dem Anlagebereich 30 gegenüberliegenden Seite des Plattenteils 31.
Dementsprechend ist eine Entformung des Plattenteils 31 aus der (nicht gezeigten) Spritzgießform senkrecht zu dem Anlagebereich 30 beziehungsweise dieser ebenen Außenfläche des Plattenteils 31 möglich. Auf diese Weise lässt sich eine besonders ebene Ausbildung des Anlagebereichs 30 des jeweiligen Plattenteils 31 und eine zu der Stapelrichtung 7 senkrechte Ausrichtung des Anlagebereichs 30 besonders einfach realisieren.
Bezugszeichenliste

1: Batteriemodul
2: Batterie
3: Kraftfahrzeug
4: Stapel
5: Batteriezelle
6: Modulrahmen
7: Stapelrichtung
8: Stapel
9: Druckplatte
10: Durchtrittsöffnung
11: Kühlmittelleitung
12: Kühlmittelleitung
13: Kühleinrichtung
14: Kühlplatte
15: Endplatte
16: Endplatte
17: Seitenwand
18: Seitenwand
19: Elektromotor
20: Räder
21: Kühlmittelleitung
22: Kühlmittelleitung
23: Gewindeloch
24: Schraubbolzen
25: Halter
26: Grundkörper
27: Einleger
28: Oberfläche
29: Hochrichtung
30: Anlagebereich
31: Plattenteil
32: Ausbuchtung
33: Einbuchtung
34: Zentralbereich
x: Fahrzeuglängsachse
y: Fahrzeugquerachse
z: Fahrzeughochachse

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 102012219782 A1 [0003]

Claims

Batterie (2) für ein Kraftfahrzeug (3), mit einem ersten Stapel (4) von Batteriezellen (5), in welchem die Batteriezellen (5) in eine Stapelrichtung (7) der Batteriezellen (5) mit einem Druck beaufschlagt sind, und mit einem zweiten Stapel (8) von Batteriezellen (5), welcher in der Stapelrichtung (7) benachbart zu dem ersten Stapel (4) angeordnet ist, wobei auch die Batteriezellen (5) des zweiten Stapels (8) in die Stapelrichtung (7) mit einem Druck beaufschlagt sind, dadurch gekennzeichnet, dass in einem zwischen dem ersten Stapel (4) und dem zweiten Stapel (8) ausgebildeten Zwischenraum eine in die Stapelrichtung (7) mit dem Druck beaufschlagte Druckplatte (9) angeordnet ist, welche zumindest in jeweiligen Anlagebereichen (30), in welchen die Druckplatte (9) mit dem ersten Stapel (4) und mit dem zweiten Stapel (8) in Kontakt ist, aus einem Kunststoff gebildet ist.
Batterie (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (9) wenigstens eine Durchtrittsöffnung (10) zum Hindurchführen wenigstens einer Kühlmittelleitung (11, 12) einer Kühleinrichtung (13) der Batterie (2) durch die Druckplatte (9) hindurch aufweist.
Batterie (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein die Anlagebereiche (30) aufweisender Grundkörper (26) der Druckplatte (9) aus dem Kunststoff gebildet ist.
Batterie (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Grundkörper (26) wenigstens ein aus Metall gebildeter Einleger (27) eingebracht ist, an dessen Oberfläche (28) wenigstens ein metallisches Bauteil der Batterie (2) durch Schweißen festlegbar ist.
Batterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (9) ein erstes Plattenteil (31) und ein zweites Plattenteil (31) aufweist, welche in einem miteinander gekoppelten Zustand die Druckplatte (9) bilden.
Batterie (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden, insbesondere als Spritzgussteile ausgebildeten, Plattenteile (31) baugleich ausgebildet sind.
Batterie (2) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Plattenteile (31) miteinander korrespondierende Formschlusselemente (32, 33) aufweisen, welche in dem miteinander gekoppelten Zustand der Plattenteile (31) miteinander in Eingriff sind.
Batterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagebereiche (30) eben ausgebildet und senkrecht zu der Stapelrichtung (7) ausgerichtet sind.
Batterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatte (9) wenigstens ein Gewindeloch (23) aufweist, in welches zum Festlegen zumindest einer Halteeinrichtung (25) der Batterie (2) an der Druckplatte (9) ein Schraubbolzen (24) einschraubbar ist.
Batterie (2) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Stapel (4) und der zweite Stapel (8) Komponenten eines Batteriemoduls (1) der Batterie (2) sind, welches einen Modulrahmen (6) umfasst, wobei der Modulrahmen (6) die beiden Stapel (4, 8) des Batteriemoduls (1) umschließt und mit dem Druck beaufschlagt.
Batterie (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (2) eine Mehrzahl der Batteriemodule (1) umfasst, welche elektrisch leitend miteinander verbunden sind.