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Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs aufweisend zumindest einen Zellverbund mit einer Vielzahl von Batteriezellen, einen zumindest teilweise metallischen Zellmodulrahmen zum Halten des zumindest einen Zellverbunds, einen zumindest teilweise metallischen Kühler zum Kühlen der Batteriezellen des zumindest einen Zellverbunds und zumindest ein Potentialausgleichselement, welches elektrisch und mechanisch mit dem Zellmodulrahmen und dem Kühler zum Bereitstellen eines Potentialausgleichs zwischen dem Zellmodulrahmen und dem Kühler verbunden ist. Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.
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Vorliegend richtet sich das Interesse auf wiederaufladbare Traktionsbatterien für elektrisch antreibbare Kraftfahrzeuge, welche beispielsweise als Hochvoltenergiespeicher ausgebildet sein können. Solche Traktionsbatterien weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriemodulen auf, welche in einem Batteriegehäuse der Traktionsbatterie angeordnet sind. Die Batteriemodule weisen Zellverbunde aus Batteriezellen auf, welche in einem metallischen Zellmodulrahmen angeordnet und von diesem gehalten sind. Da sich die Batteriezellen im Betrieb der Traktionsbatterie erhitzen, weisen die Batteriemodule üblicherweise auch einen Kühler auf, welcher zum Kühlen der Batteriezellen ausgebildet ist.
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Da der Kühler und der Zellmodulrahmen üblicherweise zumindest teilweise aus Metall und damit aus einem elektrisch leitfähigen Material gebildet sind und für ein Service- oder Montagepersonal zugänglich sind, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, den Kühler und den Zellmodulrahmen über ein Potentialausgleichselement elektrisch zu verbinden. Ein solches Potentialausgleichselement kann beispielsweise eine starre, unflexible, metallische Lasche sein, welche mit dem Zellmodulrahmen und dem Kühler verschweißt und damit sowohl mechanisch als auch elektrisch mit dem Zellmodulrahmen und dem Kühler verbunden ist. Eine solche Schweißverbindung weist den Nachteil auf, dass sie aufwändig herzustellen ist. Während der Fahrt des Kraftfahrzeugs kann sich die Schweißverbindung, beispielsweise aufgrund von Vibrationen, lösen oder das als starre Lasche ausgebildete Potentialausgleichselement kann brechen, sodass der Potentialausgleich nicht mehr bereitgestellt werden kann. Ein starres, verschweißtes Potentialausgleichselement weist zudem den Nachteil auf, dass es im Falle des Brechens nicht auf einfache Weise durch Verscheißen wieder instand gesetzt werden kann.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen zuverlässigen und einfach herzustellenden Potentialausgleich für ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul, eine Traktionsbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
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Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs weist zumindest einen Zellverbund mit einer Vielzahl von Batteriezellen und einen zumindest teilweise metallischen Zellmodulrahmen zum Halten des zumindest einen Zellverbunds auf. Außerdem weist das Batteriemodul einen zumindest teilweise metallischen Kühler zum Kühlen der Batteriezellen des zumindest einen Zellverbunds und zumindest ein Potentialausgleichselement, welches elektrisch und mechanisch mit dem Zellmodulrahmen und dem Kühler zum Bereitstellen eines Potentialausgleichs zwischen dem Zellmodulrahmen und dem Kühler verbunden ist, auf. Das zumindest eine Potentialausgleichselement ist mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffes an dem Zellmodulrahmen und dem Kühler befestigt.
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Die Erfindung betrifft außerdem eine Traktionsbatterie mit zumindest einem erfindungsgemäßen Batteriemodul. Die wiederaufladbare Traktionsbatterie bzw. der Traktionsakkumulator kann als ein Hochvoltenergiespeicher ausgebildet sein. Das Batteriemodul weist den zumindest einen Zellverbund mit den Batteriezellen auf. Die Batteriezellen können beispielsweise als Rundzellen, prismatische Zellen oder Pouchzellen ausgebildet sein. Bei prismatischen Zellen oder Pouchzellen können diese entlang einer Stapelrichtung zu einem Zellverbund in Form von einem quaderförmigen Zellstapel bzw. Zellblock gestapelt sein. Der Zellverbund weist dabei eine Vorderseite, eine Rückseite, zwei Seitenbereiche, eine Oberseite und eine Unterseite auf. Bei einem Zellverbund in Form von einem Zellstapel erstrecken sich die Seitenbereiche entlang der Stapelrichtung und sind quer zur Stapelrichtung beabstandet zueinander angeordnet. Die Vorderseite und die Rückseite erstrecken sich quer zur Stapelrichtung und sind in Stapelrichtung beabstandet zueinander angeordnet. An der Oberseite des Zellverbunds können sich Zellpole bzw. Zellterminals der Batteriezellen befinden, welche über ein an der Oberseite angeordnetes Zellkontaktiersystem zum Verschalten der Batteriezellen elektrisch kontaktiert sind.
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An den Seitenbereichen, der Vorderseite und der Rückseite ist der Zellmodulrahmen angeordnet, welcher zum Verspannen der Batteriezellen ausgelegt ist. Insbesondere weist der Zellmodulrahmen zumindest zwei metallische Enddruckplatten, welche an der Vorderseite und der Rückseite des zumindest einen Zellverbunds angeordnet sind, und zumindest zwei metallische Zuganker auf, welche an den einander gegenüberliegenden Seitenbereichen des zumindest einen Zellverbunds angeordnet sind und welche mit den Endplatten zum Verspannen der Batteriezellen des zumindest einen Zellverbunds mechanisch und elektrisch verbunden sind. Beispielsweise sind die Zuganker und die Endplatten verschweißt und somit elektrisch und mechanisch verbunden.
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Außerdem weist das Batteriemodul einen Kühler auf, welcher dazu ausgelegt ist, die Batteriezellen im Betrieb der Traktionsbatterie zu kühlen. Der Kühler kann beispielsweise zumindest ein Kühlblech aufweisen, welches an der Unterseite des zumindest einen Zellverbunds angeordnet ist. Da sowohl der Kühler als auch der Zellmodulrahmen zumindest teilweise aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sind, sind der Kühler und der Zellmodulrahmen über das zumindest eine Potentialausgleichselement elektrisch verbunden. Beispielsweise ist das zumindest eine Potentialausgleichselement mit zumindest einer der Enddruckplatten mechanisch und elektrisch verbunden. Das Potentialausgleichselement ist also von der Vorderseite bzw. der Rückseite des Zellverbunds, wo sich die Endplatten befinden, an die Unterseite des Zellverbunds, wo sich der Kühler befindet, geführt. Dadurch, dass die Endplatten mit den Zuganker elektrisch verbunden sind, ist der gesamte Zellmodulrahmen über das mit zumindest einer der Endplatten und dem Kühler elektrisch verbundene Potentialausgleichselement mit dem Kühler verbunden.
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Das zumindest eine Potentialausgleichselement ist dabei nicht mittels einer Schweißverbindung, sondern mittels einer Klebeverbindung elektrisch und mechanisch mit dem Kühler und dem Zellmodulrahmen verbunden. Die stoffschlüssige Klebeverbindung wird dabei über einen elektrisch leitfähigen Kleber bzw. Klebstoff hergestellt. Mittels einer solchen Klebeverbindung kann das zumindest eine Potentialausgleichselement besonders einfach an dem Kühler und dem Zellmodulrahmen befestigt werden. Außerdem kann eines solche Klebeverbindung im Falle des Lösens auf einfach Weise wieder hergestellt werden.
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Besonders bevorzugt ist das zumindest eine Potentialausgleichselement als ein flexibles, reversibel biegbares, elektrisch leitfähiges Band ausgebildet. Insbesondere ist das Band aus Aluminium ausgebildet. Das Band kann beispielsweise eine Dicke von zwischen 50 µm und 100 µm , eine Länge von 10 cm und eine Breite von 100 mm aufweisen. Ein solches flexibles Band ist im Gegensatz zu einer starren, unflexiblen metallischen Lasche flexibel biegbar und kann in vorteilhafter Weise Bewegungen, beispielsweise während der Fahrt des Kraftfahrzeugs auftretende Erschütterungen, aufnehmen, ohne zu brechen. Es erweist sich als vorteilhaft, wenn das Band selbstklebend ausgebildet ist und mit dem elektrisch leitfähigen Klebstoff beschichtet ist. Das Band ist also als ein elektrisch leitfähiges Klebeband ausgebildet. Ein mittels einer elektrisch leitfähigen Klebeverbindung befestigtes Band ist also robuster gegenüber einer Belastung als eine starre, mittels einer Schweißverbindung befestigte Lasche. Zudem ist ein solches Band sehr kostengünstig, leicht und dünn ausgebildet.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Batteriemodul zusätzlich ein weiteres Potentialausgleichselement in Form von einer metallischen, starren Lasche aufweist, welches mittels einer Schweißverbindung an dem Zellmodulrahmen und dem Kühler befestigt ist. Das Potentialausgleichselement kann also alternativ oder zusätzlich zu der starren metallischen Lasche verwendet werden. Beispielsweise kann im Servicefall eine defekte, gebrochene Lasche auf einfache Weise durch das flexible Band ersetzt werden, welches beispielsweise über die Lasche geklebt wird. Das flexible Band kann also in vorteilhafter Weise als Reparaturlösung verwendet werden. Auch kann das Band bei der Erstmontage aus Redundanzgründen zusätzlich zu der metallischen Lasche an dem Zellmodulrahmen und dem Kühler angeordnet werden.
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Zur Erfindung gehört außerdem ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie. Das Kraftfahrzeug ist ein Elektro- oder Hybridfahrzeug und insbesondere als ein Personenkraftwagen ausgebildet.
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Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriemodul vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Traktionsbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
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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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs in einer Seitenansicht; und
- 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts des Batteriemoduls in einer Perspektivdarstellung.
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In den Figuren sind gleiche sowie funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 1 für eine Traktionsbatterie eines elektrifizierten Kraftfahrzeugs. Das Batteriemodul 1 weist einen Zellverbund 2 auf, welcher hier als ein Zellstapel ausgebildet ist. Der Zellverbund 2 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 3 auf, welche hier als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind und entlang einer Stapelrichtung S zu dem Zellstapel gestapelt sind. Ferner weist das Batteriemodul 1 einen Zellmodulrahmen 4 auf, welcher zumindest teilweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist. Der Zellmodulrahmen 4 weist hier zwei Enddruckplatten 5 auf, welche an einer Vorderseite 6 und einer hier nicht gezeigten Rückseite des Zellverbunds 2 angeordnet sind. Die Enddruckplatten 5 sind beispielsweise als Strangpressprofile aus Aluminium gebildet. Die Enddruckplatten 5 werden dabei zusammengepresst und von Zugankern 7 zum Verpressen der Batteriezellen 3 in dem zusammengepressten Zustand gehalten. Die Zuganker 7 sind an Seitenbereichen 8 des Zellverbunds 2 angeordnet und mit den Endplatten mechanisch verbunden, beispielsweise verschweißt. Die Zuganker 7 sind ebenfalls zumindest teilweise aus Metall, beispielsweise Aluminium, gebildet und durch die mechanische Verbindung mit den Enddruckplatten 5 auch elektrisch mit den Enddruckplatten 5 verbunden. Die Zuganker 7 und die Enddruckplatten 5 weisen also dasselbe Potential auf.
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Ferner weist das Batteriemodul 1 einen Kühler 9 auf, welcher hier zumindest ein Kühlblech 10 umfasst. Der Kühler 9 ist an einer Unterseite 11 des Zellverbunds 2 angeordnet. Da der Kühler 9 und der Zellmodulrahmen 4 nicht verbunden sind, liegen sie auf unterschiedlichen Potentialen. Um eine Gefährdung von Montagepersonal durch einen elektrischen Schlag zu verhindern, sind der Zellmodulrahmen 4 und der Kühler 9 mittels eines Potentialausgleichselementes 12 elektrisch verbunden. Das Potentialausgleichselement 12 ist dabei mittels eines elektrisch leitfähigen Klebstoffs 13 an dem Kühler 9 und dem Zellmodulrahmen 4, hier an der Enddruckplatte 5, befestigt. Außerdem ist das Potentialausgleichselement 12 hier als ein flexibles, biegbares elektrisch leitfähiges Band 14 ausgebildet. Vorzugsweise ist das Band 14 selbstklebend ausgebildet. Dazu ist das elektrisch leitfähige Band 14, beispielsweise das Aluminiumband bzw. Aluminiumtape, mit dem elektrisch leitfähigen Klebstoff 13 beschichtet und kann somit in einem Montageschritt an dem Kühler 9 und dem Zellmodulrahmen 4 befestigt werden. Bei Schockbelastungen, beispielsweise während einer Fahrt des Kraftfahrzeugs, kann das Band 14 somit Erschütterungen aufnehmen, ohne zu brechen.
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In 2 ist ein vergrößerter Ausschnitt eines Batteriemoduls 1 gezeigt. Hier weist das Batteriemodul 1 ein weiteres Potentialausgleichselement 15 in Form von einer metallischen, starren Lasche 16 auf, welche mit dem Kühler 9 und dem Zellmodulrahmen 4 verschweißt ist. Das als Band 14 ausgebildete Potentialausgleichselement 12 weist dabei eine deutlich geringere Dicke auf als das als starre Lasche 16 ausgebildete Potentialausgleichselement 15. Die starre Lasche 16 sowie die Schweißverbindung sind dabei deutlich weniger robust gegenüber mechanischen Belastungen, sodass die Lasche 16 brechen könnte oder die Schweißverbindung versagen könnte. Daher ist zusätzlich zu der Lasche 16 oder im Reparaturfall anstelle der Lasche 16 das als Band 14 ausgebildete Potentialausgleichselement 12 zum Bereitstellen des Potentialausgleichs zwischen dem Kühler 9 und dem Zellmodulrahmen 4 vorgesehen.
