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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem, umfassend ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen sowie eine Verspannvorrichtung. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls eines solchen Batteriesystem.
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Ein Batteriesystem im Sinne der Erfindung umfasst eine Batterie, die zumindest ein Batteriemodul mit zumindest einer und insbesondere mehreren elektrisch leitend miteinander verschalteten Batteriezellen aufweist. Dabei kann eine solche Batteriezelle beispielsweise als eine prismatische Zelle, eine Pouchzelle oder eine Rundzelle ausgebildet sein. Eine solche Batteriezelle stellt hierbei bevorzugt eine Spannung im Bereich zwischen 3,5 und 4,0 Volt bereit. Die Batterie des Batteriesystems ist bevorzugt als eine sogenannte Hochvolt-Batterie ausgestaltet, die dazu eingerichtet ist, beispielsweise eine elektrische Spannung im Bereich von mehr als 60 Volt, insbesondere im Bereich von mehreren 100 Volt, bereitzustellen. Bevorzugt sind die Batteriezellen zu zumindest einem Zellstapel aneinander angeordnet und von einem Modulgehäuse ummantelt. Ein oder mehrere solcher Batteriemodule können wiederum in dem Batteriegehäuse des Batteriesystems angeordnet sein. Eine solche Hochvolt-Batterie kann in einem Kraftfahrzeug angeordnet sein, wo sie einen elektrischen Verbraucher, insbesondere einen Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs, mit elektrischer Energie versorgen kann.
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Damit eine solche Batteriezelle bei einem bestimmungsgemäßen Betrieb eine hohe Lebensdauer aufweist, sind aus dem Stand der Technik verschiedene Ansätze bekannt. Beispielsweise kann eine mittels Vorspannen und/oder Verspannen erzeugte Beaufschlagung oder Beanspruchung auf die Batteriezelle oder auf das mehrere Batteriezellen umfassende Batteriemodul aufgebracht werden, um ein die Lebensdauer verkürzendes Aufblähen der Batteriezelle/n, das heißt eine sogenannte Swellingkraft, zu kompensieren. Ferner kann dadurch eine Steifigkeit des das Batteriemodul einfassenden Batteriegehäuses sowie das Batteriesystem als solches erhöht werden. Insbesondere kann zumindest eine Komponente des Batteriesystems verspannt sein, um eine Verformung zumindest einer davon abweichenden Komponente aufzunehmen. Allerdings können entsprechende konstruktive Maßnahmen mit einer aufwendigen Auslegung und einem vergrößerten Bauraumbedarf des Batteriesystems sowie einer nachteiligen Achslastverteilung bei Anordnung eines solchen Batteriesystems in dem Kraftfahrzeug verbunden sein.
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Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept für ein Batteriesystem der eingangs beschriebenen Art anzugeben, um ein Batteriemodul des Batteriesystems besonders einfach und bauraumoptimiert zu verspannen. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kraftfahrzeug mit einem derartigen Batteriesystem sowie ein entsprechendes Verfahren zum Verspannen bereitzustellen.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie die Figuren beschrieben.
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Durch das verbesserte Konzept ist ein Batteriesystem bereitgestellt. Das Batteriesystem umfasst ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen und ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden zum Abstellen des Batteriemoduls. Dabei können das Batteriemodul mit seinen Batteriezellen und das Batteriegehäuse insgesamt Bestandteil einer Batterie sein. Eine solche Batterie kann insbesondere mehrere baugleiche Batteriemodule aufweisen, wobei der einfachen Darstellung halber im Folgenden lediglich auf ein einziges Batteriemodul Bezug genommen wird, ohne den Umfang der Erfindung beschränken zu wollen. Ferner umfasst das Batteriesystem eine Verspannvorrichtung mit einer Spanneinrichtung zum Aufbringen einer auf einem Aufblaseffekt beruhenden Verspannkraft auf das Batteriemodul in dem Batteriegehäuse. Zu beachten ist hier, dass der Begriff „Verspannvorrichtung“ hier die Gesamtheit der im Weiteren beschriebenen einen oder mehreren Spanneinrichtungen bezeichnet.
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Das Batteriemodul ist auf dem Gehäuseboden abgestellt und ferner ist an zumindest einer senkrecht zum Gehäuseboden stehenden Seite eines Modulgehäuses des Batteriemoduls jeweils die besagte Spanneinrichtung angeordnet, die eine expandierende, das heißt sich verformende Deformationsplatte aufweist, die das Batteriemodul im Batteriegehäuse festklemmt oder eben verspannt. Somit ist zum Beaufschlagen oder Beanspruchen des Batteriemoduls mit der Verspannkraft eine Verformung der Deformationsplatte der Spanneinrichtung in Richtung des Batteriemoduls erforderlich, wobei die Deformationsplatte an einer zu dem Gehäuseboden senkrecht stehenden Seite des auf dem Gehäuseboden abgestellten Modulgehäuses des Batteriemoduls angeordnet ist, also bevorzugt seitlich daneben und nicht darunter oder darüber. Ferner weist die Spanneinrichtung eine Außenplatte auf, wobei die Deformationsplatte und die Außenplatte zusammen einen fluiddichten Kanal begrenzen. Der Kanal ist somit von zwei Platten, das heißt der innenliegenden Deformationsplatte und der Außenplatte, räumlich zumindest zu den Seiten hin abgeschlossen. Dabei kann die Außenplatten oder die Spanneinrichtung als solche als ein eigenständiges Bauteil zwischen dem Batteriegehäuse und dem Batteriemodul angeordnet sein oder als Teil des Batteriegehäuses vorliegen. Zum zumindest elastischen Verformen der Deformationsplatte der Spanneinrichtung in Richtung des Batteriemoduls ist in dem Kanal ein Fluid mit einem vorgegebenen Betriebsdruck bereitgestellt. Die Deformationsplatte ist derart in ihrer Dicke und/oder Materialbeschaffenheit ausgestaltet, dass sie sich bei einer Beanspruchung oder Beaufschlagung mit dem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformt. Der vorgebare Betriebsdruck kann beispielsweise zwischen 0,5 bis 3,0 Bar, insbesondere 0,5 bis 1,5 Bar, betragen. Dabei kann das Fluid beispielsweise auf einer Flüssigkeit (zum Beispiel Wasser, Öl oder Wasser-Glykol-Mischung) oder auf einem Gas (zum Beispiel Luft, Kohlendioxid) basieren. Im Zusammenhang mit dem Verformen der Deformationsplatte kommt es zumindest bereichsweise an dem Batteriemodul zu einem Anformen der Deformationsplatte, wenn der Kühlkanals im oben genannten Druckbereich beansprucht ist. Dabei schmiegt sich zumindest abschnittsweise die Deformationsplatte an die Seite des Batteriemoduls, wodurch ein Zwischenraum zwischen der Deformationsplatte und dem Batteriemodul zumindest teilweise ausgefüllt wird und das Batteriemodul durch die verformte Deformationsplatte gedrückt oder verdrängt werden kann. Hierbei bringt die verformte Deformationsplatte über die Seite des Modulgehäuses die Verspannkraft auf das Batteriemodul auf.
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Der Kanal kann einen Hohlraum, das heißt ein sogenanntes Hohlvolumen, aufweisen, in welches das Fluid einleitbar oder einströmbar ist. Ausgehend von einem Druckzustand ohne Beanspruchung kann sich bei einem Druckzustand mit Beanspruchung eine Form der Deformationsplatte derart verändern, sodass sich beispielsweise ein Querschnitt des Kanals verändert, das heißt bereichsweise vergrößert oder verkleinert. Eine daraus resultierende Verformung kann zumindest elastische und zusätzlich auch plastische Anteile umfassen, das heißt reversibel und irreversibel sein. Beim zumindest elastischen Verformen wird die Deformationsplatte aufgrund einer fluidbedingten Krafteinwirkung deformiert, wobei die Deformationsplatte bei einem Wegfall der Kraftwirkung wieder in eine Ursprungsform zurückkehrt. Unter plastischem Verformen ist eine irreversible Formänderung der Deformationsplatte zu verstehen, wenn die Krafteinwirkung auf die Deformationsplatte eine Fließgrenze derselben überschreitet, wobei diese Formänderung nach einem Ende der Krafteinwirkung beibehalten wird. Somit kann die Formänderung der Deformationsplatte gezielt gesteuert werden, indem der Betriebsdruck die zu erzielende Verformung und somit den sogenannten Aufblaseffekt der Deformationsplatte vorgibt. Im Vergleich zu der Deformationsplatte kann die Außenplatte gleichermaßen und/oder geringfügiger verformbar bei derselben Beanspruchung sein. Insbesondere kann die Außenplatte auch starr, das heißt formstabil gegenüber der Beanspruchung im oben genannten Druckbereich sein.
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Dabei kann eine Wirklinie einer solchen durch die Verformung der Deformationsplatte bedingte Verspannkraft insbesondere senkrecht oder normal zu der Seite des Modulgehäuses verlaufen und so die Verspannkraft von einer Umgebung des Batteriesystems in Richtung des Batteriemoduls wirken. Als Verspannkraft im Sinne der Erfindung kann jene Kraft in axialer Richtung verstanden werden, die erforderlich ist, um einen sicheren Betrieb des Batteriesystems zu gewährleisten. Dies umfasst beispielsweise eine vorteilhafte Fixierung des Batteriemoduls innerhalb des Batteriegehäuses, wenn zwischen der Seite des Modulgehäuses und einer parallelen Seite des Batteriegehäuses, indem ein Spiel zwischen diesen beiden Seiten vermindert ist. Alternativ oder zusätzlich können mittels der Vorspannkraft die Batteriezellen zusammengepresst werden, um einem Aufblähen dergleichen entgegenzuwirken, sodass eine Lebensdauer der Batteriezellen vorteilhafterweise erhöht werden kann. Alternativ oder zusätzlich kann durch die Vorspannkraft eine Steifigkeit des Batteriesystems oder einzelner Komponenten davon gezielt erhöht werden. Wird die Verspannkraft bereits im Zuge einer Fertigung aufgebracht, kann diese auch als eine sogenannte Vorspannkraft bezeichnet werden.
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Zum Abstellen oder Ablegen des Batteriemoduls kann das Batteriemodul mit einer Grundfläche oder einer Stirnfläche eines Modulgehäuses des Batteriemoduls auf einer dazu in der Form korrespondierenden Auflagefläche des Gehäusebodens positioniert sein. Eine jeweilige Form der Grundfläche oder der Stirnfläche des Modulgehäuses kann insbesondere von einer Bauform der Batteriezelle (zum Beispiel prismatische Zelle, Pouchzelle oder Rundzelle) vorgegeben sein. Insbesondere kann bei dem abgestellten Batteriemodul eine Gewichtskraft des Batteriemoduls senkrecht auf den Gehäuseboden wirken. Bei dem jeweiligen Gehäuse (Batteriegehäuse und/oder Modulgehäuse) kann es sich um eine sogenannte Ummantelung der Batterie oder des Batteriemoduls handeln, das heißt eine insbesondere formstabile Hülle, welche das Batteriemodul oder die Batteriezellen nach außen hin abgrenzen kann. Dabei kann das jeweilige Gehäuse insbesondere das Batteriemodul oder die Batteriezellen vorteilhaft vor einer Umgebung des Batteriesystems schützen und/oder umgekehrt die Umgebung vor z.B. einem Gasaustritt aus einer Batteriezelle. Beispielsweise kann das jeweilige Gehäuse einen Eintritt von Flüssigkeit in die Batterie verhindern und alternativ oder zusätzlich einen Austritt von aus einer der Batteriezellen austretenden Gasen verhindern oder begrenzen. Insbesondere kann das jeweilige Gehäuse einen metallischen Werkstoff (zum Beispiel Aluminium oder Stahl) beinhaltet oder aus diesem bestehen.
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Die beiden den Kanal begrenzenden Platten, das heißt die Deformationsplatte und die Außenplatte, können insbesondere als jeweilige Bleche ausgebildet sein. Als Platte im Sinne der Erfindung können insbesondere flache Walzwerkserzeugnisse aus einem Metall und/oder einer Metalllegierung, insbesondere aus Aluminium, Edelstahl und/oder Stahl, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine der Platten auch als ein nichtmetallischer Werkstoff, zum Beispiel ein plattenförmiger Kunststoff, vorliegen. Insbesondere kann eine Plattendicke der Deformationsplatte zwischen 0,1 bis 0,8 Millimeter und/oder der Außenplatte zwischen 0,2 und 1,0 Millimeter betragen. Somit kann eine Platte auch als Folie ausgestaltet sein. Um eine Korrosion der jeweiligen Platte zu verringern, kann die jeweiligen Platte einen Korrosionsschutz aufweisen, der beispielsweise in Form eines Überzugs (zum Beispiel eine Konversionsschicht, eine Eloxalschicht oder eine Chromatierung) oder einer Beschichtung (zum Beispiel ein Kunstharz, ein Kunststoff oder ein Lack) aufgebracht sein kann. Zum Ausbilden des Kanals können die beiden Platten insbesondere an der jeweiligen Innenseite miteinander gefügt, das heißt miteinander verbunden sein. Beispielsweise kann ein Fügen mittels Schweißen (zum Beispiel Laserschweißen), Löten, Kleben, Umformen (zum Beispiel Nieten), Durchsetzfügen (zum Beispiel Druckfügen, Clinchen, Toxen) oder einem kombinierten Fügeverfahren (zum Beispiel Kleben und Nieten) erfolgen. Hierbei kann die Außenplatte an der zu einem Inneren des Kanals gewandten Innenseite zumindest teilweise eine entsprechenden Kanalstruktur aufweisen.
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Dem verbesserten Konzept liegt der Vorteil zugrunde, dass mittels der Spanneinrichtung das Batteriemodul an den Seiten im Batteriegehäuse aktiv verspannt werden kann. Dabei kann die Spanneinrichtung mit ihrer verformbaren Deformationsplatte in ihrer Form und Ausgestaltung besonders einfach an jene des Batteriemoduls angepasst werden. Durch Befüllen des Kanals mit dem Fluid mit dem vorgegebenen Betriebsdruck kann eine jeweilige zu erzielende Ausprägung der Vorspannkraft selektiv eingestellt werden.
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Zu der Erfindung gehören auch Ausführungsformen, durch die sich zusätzliche Vorteile ergeben.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Verspannvorrichtung eine zweite Spanneinrichtung der genannten Art aufweist, die mit ihrer Deformationsplatte an einer der Seite gegenüberliegenden anderen Seite des Modulgehäuses des Batteriemoduls oder an einem dort angeordneten weiteren Batteriemodul angeordnet ist. Dabei kann es sich bei der zweiten Spanneinrichtung beispielsweise um eine zu der Spanneinrichtung zumindest teilweise baugleiche handeln. Die zweite Spanneinrichtung ist dazu ausgebildet, sich bei der Beanspruchung mit dem vorgegebenen Betriebsdruck in Richtung des Batteriemoduls zu verformen und über die andere Seite des Modulgehäuses direkt oder über das weitere Batteriemodul eine zu der Verspannkraft entgegengesetzt orientierte zweite Verspannkraft aufzubringen. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass das Batteriemodul oder die Batteriemodule besonders gleichmäßig zweiseitig verspannt sind. Bei der Seite und der anderen Seite handelt es sich um zwei entgegengesetzte Seiten des Modulgehäuses. Insbesondere können die Seite und die andere Seite zueinander parallel angeordnet sein. Des Weiteren können Wirklinien der beiden Verspannkräfte, das heißt jene der Verspannkraft und jene der zweiten Verspannkraft, zueinander parallel allerdings entgegengesetzt zueinander orientiert sein. Dadurch kann eine Lebensdauer der Batterie zusätzlich erhöht werden. Weist das Batteriesystem dabei mehrere Batteriemodule auf, können diese auch als ein sogenannter Modulstapel bezeichnet werden. Hierbei wirken die beiden Verspannkräfte an jeweiligen Stapelenden des Modulstapels.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist zwischen dem Batteriemodul und dem weiteren Batteriemodul eine dritte Spanneinrichtung der Verspannvorrichtung angeordnet. Die dritte Spanneinrichtung weist einen weiteren fluiddichten Kanal auf, welcher von einer ersten Deformationsplatte und einer zweiten Deformationsplatte begrenzt ist. Somit ist der Kanal an zwei einander gegenüberliegenden Seiten mittels der beiden Deformationsplatten nach außen hin räumlich begrenzt. Bei Beanspruchung des weiteren Kanals mit dem den vorgegebenen Betriebsdruck aufweisenden Fluid ist die erste Deformationsplatte zum Verformen in Richtung des Batteriemoduls und die zweite Deformationsplatte zum Verformen in Richtung des weiteren Batteriemoduls ausgebildet. Weist das Batteriesystem somit zwei nebeneinander oder aneinander angeordnete Batteriemodule auf, dann kann zwischen den beiden Batteriemodulen die dritte Spanneinrichtung positioniert sein. Um auf beide Batteriemodule eine entsprechende Verspannkraft aufbringen zu können, ist vorgesehen, dass sich die dritte Spanneinrichtung mittels der beiden Deformationsplatten in zwei einander entgegengesetzte Richtungen bei Beanspruchung deformieren kann. Dadurch kann beispielsweise auf ein Anordnen zweier baugleicher und gespiegelt orientierter Spanneinrichtungen, das heißt die beiden Außenplatten grenzen aneinander, während die beiden Deformationsplatte jeweils in Richtung des Batteriemoduls und des weiteren Batteriemoduls angeordnet sind, verzichtet und somit ein Bauraumbedarf der Verspannvorrichtung verringert werden. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen den beiden Deformationsplatten zusätzlich eine einzelne Außenplatte angeordnet sein, sodass der weitere Kanal in zwei Teilkanäle unterteilt werden kann. Dadurch kann die dritte Spanneinrichtung gezielt das Batteriemodul oder das weitere Batteriemodul oder beide Batteriemodule vorspannen, wobei der Bauraumbedarf aufgrund der einzelnen Außenplatte lediglich geringfügig erhöht ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass bei Beanspruchung des Kanals mit dem den vorgegebenen Betriebsdruck aufweisenden Fluid zusätzlich die Außenplatte in Richtung des Batteriegehäuses zumindest elastisch verformt ist, und die verformte Außenplatte und die verformte Außenplatte eine weitere Verspannkraft auf das Batteriegehäuse aufbringt. Das bedeutet, dass beide Platten, das heißt die innenliegende Deformationsplatte sowie die Außenplatte, zumindest elastisch verformt sind, wenn das in dem Kanal eingeleite oder diesen durchströmende Fluid den Betriebsdruck aufweist. Auch die Außenplatte kann somit derart in ihrer Dicke und/oder Materialbeschaffenheit ausgestaltet sein, dass sie sich bei einer Beanspruchung oder Beaufschlagung mit dem vorgegebenen Betriebsdruck durch das Fluid verformt. Dabei können die Verspannkraft und die weitere Verspannkraft insbesondere zueinander entgegengesetzt orientiert auf das Batteriemodul und das Batteriegehäuse wirken. Das Batteriegehäuse kann über eine insbesondere senkrecht zu dem Gehäuseboden und parallel zu der Seite des Batteriegehäuses angeordneten Seitenwand mit der weiteren Verspannkraft beaufschlagt sein, sodass sich die verformte Außenplatte zumindest abschnittsweise an die Seitenwand des Batteriegehäuses anschmiegt. Dadurch kann ein Zwischenraum zwischen der Außenplatte und dem Batteriegehäuse zumindest teilweise ausgefüllt sein. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass die Verspannung mittels der Spanneinrichtung zweiseitig in Richtung des Batteriegehäuses und/oder des Batteriegehäuses erfolgt und daher besonders effizient erfolgen kann.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass die Verspannvorrichtung ferner eine Kühlfunktion bereitstellt, wobei hierzu der Kanal der Spanneinrichtung zum Kühlen des Batteriemoduls durchströmbar ausgebildet und der jeweilige Kanal ein Teil eines Kühlkreislaufes des Batteriesystems ist. Somit ist die Verspannvorrichtung dazu ausgebildet, einerseits das Batteriemodul zu verspannen und anderseits eine Abwärme des Batteriemoduls beim Betreiben der Batterie abzuführen, das heißt abzuleiten, und dadurch eine Temperatur des Batteriemoduls zu verringern. Vorteilhafterweise kann dadurch das wärmeerzeugende Batteriemodul vor einem Überhitzen geschützt werden. Alternativ oder zusätzlich kann allerdings auch ein Temperieren des Batteriemoduls verstanden werden, welches unter Umständen auch ein Erhöhen oder ein Halten einer vorgegebenen Temperatur des Batteriemoduls umfasst. Das Fluid kann die Wärme von dem Batteriemodul abführen und beispielsweise an eine Umgebung des Batteriemoduls oder des Batteriesystems abgegeben. In diesem Zusammenhang kann eine Kühlleistung von einem gezielten Steuern des Fluids oder Einstellen eines Fluidstroms (zum Beispiel dessen Strömungsgeschwindigkeit, ein Druck, eine Temperatur oder Strömungsverhältnisse des Fluids) beeinflusst werden. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass aufgrund einer effizienten Kühlung jeweiliger Batteriezellen das Batteriemodul eine voraussichtliche Lebensdauer erreichen kann. Dabei kann die Spanneinrichtung in diesem Zusammenhang auch als ein sogenannter Kühlriegel bezeichnet werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass zum Abführen der Wärme des Batteriemoduls das Batteriemodul über das Modulgehäuse mit der jeweiligen verformten Deformationsplatte thermisch gekoppelt ist, um besonders effizient die Wärme abzuführen. Aufgrund des Anformens der Deformationsplatte an das zu kühlende Batteriemodul kann beispielsweise auf ein zwischen der jeweiligen Deformationsplatte und dem Batteriemodul anzuordnendes kostentreibendes Wärmeleitmaterial verzichtet werden, das heißt das Batteriemodul unmittelbar an der jeweiligen verformten Deformationsplatte angeordnet sein, oder eine Menge davon reduziert werden. Bei dem Wärmeleitmaterial kann es sich beispielsweise um ein niederviskoses und aushärtendes Zwei-Komponenten-Wärmeleitmaterial oder ein hochviskoses Ein-Komponenten-Wärmeleitmaterial handeln. Das Wärmeleitmaterial kann als sogenannter thermischer Lückenfüller (thermal gap filler) insbesondere als eine Wärmeleitpaste (thermal grease) oder Wärmeleitpad (thermal pad) ausgebildet sein. Vorteilhafterweise kann dadurch das Batteriesystem besonders kostengünstig bereitgestellt werden, da sich die Deformationsplatte der Spanneinrichtung ausdehnt und an den beispielsweise als prismatische Zellen ausgebildeten Batteriezellen insbesondere unmittelbar, das heißt direkt, anliegen kann.
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Alternativ ist zum Abführen der Wärme des Batteriemoduls das Batteriemodul über ein Wärmeleitelement mit der jeweiligen verformten Deformationsplatte thermisch gekoppelt. Bei dem Wärmeleitelement kann es sich beispielsweise um eine metallische Wärmeleitplatte oder eine Wärmeleitfolie handeln. Insbesondere kann das Wärmeleitelement die jeweilige verformte Deformationsplatte mit als Pouchzellen ausgebildeten Batteriezellen thermische leitend verbinden. Dabei kann jede Batteriezelle zumindest ein Wärmeleitelement aufweisen, sodass das Batteriemodul mehrere Wärmeleitelemente umfassen kann. Das Wärmeleitelement weist einen L-förmigen Profilabschnitt auf, wobei ein erster Flansch des Profilabschnitts parallel zu der Seite des Modulgehäuses und ein zweiter Flansch parallel zum Gehäuseboden orientiert ist. Das bedeutet, dass der L-Profilabschnitt des Wärmeleitelements in der Form eines lateinischen L ausgebildet ist, das heißt abgewinkelt ist. Die beiden Schenkel sind zueinander senkrecht orientiert, wobei sich der erste Flansch des Profilabschnitts bei einer bestimmungsgemäßen Einbaulage parallel zu der Seite des Modulgehäuses und der zweite Flansch parallel zum Gehäuseboden erstreckt. Aufgrund einer derartigen Ausgestaltung kann besonders effizient zunächst mittels des zweiten Flansches auch Wärme, die zentral innerhalb des Batteriemoduls oder an einer der Seite abgewandten Seite des Modulgehäuses erzeugt wird, in Richtung der kühlenden Spanneinrichtung geleitet, das heißt abgeführt werden. Ferner kann mittels des ersten Flansches vorteilhafterweise ein besonders großflächiger Kontaktbereich zwischen der verformten Deformationsplatte und dem Wärmeleitelement bereitgestellt sein. Auch bei Verwendung des Wärmeleitelements zum thermischen Koppeln der Deformationsplatte mit dem Batteriemodul kann auf das kostentreibende Wärmeleitmaterial verzichtet oder dessen Menge reduziert werden.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass an der Außenplatte der Spanneinrichtung zumindest ein Anschlusselement zum Einleiten und/oder zum Ausleiten des Fluids angeordnet ist, wobei das zumindest eine Anschlusselement ferner durch das Batteriegehäuse in eine Umgebung des Batteriegehäuses ragt. Das Anschlusselement kann als ein Stutzen ausgebildet sein und einen Rohrabschnitt aufweisen, der an dem Batteriegehäuse angesetzt ist. Somit weist das Anschlusselement eine entsprechende Öffnung an dem Batteriegehäuse auf. Insbesondere kann das Anschlusselement senkrecht oder waagrecht zu einer Längserstreckungsrichtung der Außenplatten und/oder der Deformationsplatte orientiert sein. Dabei kann das Anschlusselement als ein Einlass dazu ausgebildet sein, das Fluid von der Umgebung des Batteriegehäuses in den Kanal einzuleiten, das heißt ein gezieltes Einströmen des Fluids in den Kanal einzustellen. Alternativ oder zusätzlich kann das Anschlusselement als ein Auslass dazu ausgebildet sein, das Fluid aus dem Kanal in die Umgebung des Batteriegehäuses auszuleiten, das heißt ein gezieltes Ausströmen des Fluids aus dem Kanal zu realisieren. Somit kann das Anschlusselement auch multifunktional sowohl als Einlass als auch als Auslass ausgebildet sein. Liegen zwei Anschlusselemente vor, kann ein erstes der Anschlusselemente als Einlass oder ein zweites der Anschlusselemente als Auslass dienen, sodass über das erste der Anschlusselemente das Fluid in den Kanal einleitbar und nach einem zumindest teilweisen Durchströmen des Kanals das Fluid über das zweite der Anschlusselemente aus dem Kanal und abführbar ist. Ein Einleiten des Fluids in einen Zwischenraum zwischen dem Batteriegehäuse und dem Batteriemodul, sodass das Fluid das Modulgehäuse umspült, ist explizit nicht vorgesehen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist die Deformationsplatte und die Außenplatte der jeweiligen Spanneinrichtung jeweils einen wellenförmigen Querschnitt auf, welcher mehrere Wellentäler und mehrere Wellenberge umfasst. Der Querschnitt weist an einem Übergang von Wellental zu Wellenberg und umgekehrt jeweils einen Scheitelpunkt auf. Dabei liegen die Scheitelpunkte auf einer Achse, beispielsweise entlang z-Richtung. Ausgehend von dieser Achse sind zwei einander entgegengesetzt orientierte maximale Auslenkungen vorhanden, die orthogonal zur Achse angeordnet sind, das heißt ein jeweiliger Wellenkamm des positiven, das heißt nach oben ausgerichteten Wellenbergs (in y-Richtung) bzw. des negativen, das heißt nach unten ausgerichteten Wellentals (entgegengesetzt zur y-Richtung). Der wellenförmige Querschnitt kann eine flexible Ausprägung aufweisen und beispielsweise sinusförmig (Wellenblech) und/oder trapezförmig (Trapezblech) ausgebildet sein. In einer Einbaulage sind die beiden Bleche derart zueinander angeordnet, dass die Wellentäler der Deformationsplatte auf den Wellenbergen der Außenplatte aufliegen und miteinander mittels jeweiliger Fügeverbindungen fluiddicht verbunden sind. Somit sind die beiden Achsen der beiden Platten zueinander parallel und die Wellenberge der Außenplatte dienen als Abstützung für die Wellentäler der Deformationsplatte. Die beiden Platten sind miteinander, das heißt in einem jeweiligen Kontaktbereich, mittels jeweiliger Fügeverbindungen fluiddicht verbunden, sodass die mehreren Kammern ausgebildet sind. Die jeweilige Fügeverbindung kann beispielsweise mehrere Umformfügelemente (zum Beispiel Nieten) und/oder Durchsetzfügelemente (zum Beispiel Clinchnieten) aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die beiden Bleche auch miteinander verschweißt, verklebt und/oder verlötet sein. Vorteilhafterweise verhindern die Fügeverbindungen einen unerwünschten Austritt des Fluids aus dem Kanal.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform hierzu ist vorgesehen, dass die Spanneinrichtung ferner eine Abschlussplatte aufweist, deren Querschnitt formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt der Außenplatte ist. Dabei ist die Abschlussplatte an einer dem Kanal abgewandten Außenseite der Außenplatte angeordnet, wobei die Abschlussplatte und die Außenplatte über eine zumindest teilweise dazwischenliegende Dämpfungsschicht voneinander entkoppelt sind. Somit ist die Außenplatte gegen eine Umgebung des Batteriegehäuses mittels der Abschlussplatte begrenzt. Der Querschnitt der Abschlussplatte ist formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt der Au-ßenplatte, wobei die jeweiligen Querschnitte der beiden Platten in ihrer Form zueinander korrespondieren oder übereinstimmen. Dabei können sich die jeweiligen formähnlichen Querschnitte in ihrer Ausprägung unterscheiden. Das bedeutet beispielsweise, dass ein jeweiliger Wellenberg-Wellental-Wert, das heißt ein Abstand zwischen Wellenberg und Wellental in y-Richtung, und/oder ein jeweiliger Normalabstand zwischen zwei Wellenbergen in z-Richtung der Abschlussplatte größer oder gleich der Außenplatte sein kann. Die Abschlussplatte kann aus demselben oder einen abweichenden Werkstoff der Außenplatte gefertigt sein. Insbesondere kann die Abschlussplatte eine Plattendicke zwischen 0,5 bis 1,2 Millimeter aufweisen. Die Abschlussplatte kann als eigenständiges Bauteil vorliegen, wodurch diese auch noch nachträglich an der Außenplatte anordenbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Abschlussplatte auch von einer weiteren Komponente des Batteriesystems und/oder des Batteriegehäuses bereitgestellt werden. Bevorzugt weist die Abschlussplatte eine im Vergleich zur Außenplatte oder zur Deformationsplatte erhöhte mechanische Festigkeit auf. Somit ist die Abschlussplatte dazu ausgebildet, eine in der Regel aus der Umgebung auf die Abschlussplatte aufgebrachte Kraft, insbesondere eine einwirkende Druckkraft, aufzunehmen. Dadurch kann durch die Abschlussplatte eine Schutzschicht (Panzerung) der Verspannvorrichtung und insbesondere für den Kanal der Spanneinrichtung realisiert sein, wodurch diese vor einer derartigen Kraft geschützt sind. Eine Widerstandskraft der Abschlussplatte kann sich bei einer punktuellen Einwirkung der Kraft aus deren Materialfestigkeit (zum Beispiel Materialhärte und/oder -stabilität) und/oder bei einer flächigen Einwirkung der Kraft aus deren strukturellen Aufbau (zum Beispiel Wölbung, Verprägung und/oder Sicke) ergeben.
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Die Abschlussplatte und die Außenplatte können über die Dämpfungsschicht in einer Sandwichbauweise, das heißt einer Lagenbauweise, miteinander verbunden sein. Die Dämpfungsschicht kann beispielsweise die beiden Platten voneinander in einem definierten Abstand und/oder einem vorgegebenen Abstandsprofil aneinander anordnen. Somit kann die Dämpfungsschicht auch als Distanzelement dienen. Insbesondere ist ein Maximalwert des Abstands und/oder des Abstandsprofils kleiner als 0,1 bis 0,5 Millimeter. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Dämpfungsschicht an der Außenseite der Außenplatte, die der Deformationsplatte gegenüberliegt und den Kanal nach außen in Richtung der Abschlussplatte begrenzt, und einer der Innenseite der Abschlussplatte gegenüberliegenden Innenseite der Abschlussplatte angeordnet sein. Die Dämpfungsschicht kann dabei einen Teil der Außenseite oder der Innenseite sein, das heißt diese partiell bedecken, oder die gesamte Außenseite oder die Innenseite bedecken, das heißt vollflächig angebracht sein. Die Dämpfungsschicht isoliert und/oder dämpft die Abschlussplatte und die Außenplatte wechselseitig voneinander. Bevorzugt kann die Dämpfungsschicht einen Stoß, das heißt einem Schlag, beispielsweise im Zusammenhang mit einem Aufprall (Crash) absorbieren, das heißt kompensieren. Dadurch kann insbesondere auch eine Integrität der Verspannvorrichtung und des daran angeordneten Batteriemoduls bei Betriebs- und/oder Aufpralllasten erhalten werden. Die Dämpfungsschicht kann zusätzlich oder alternativ als eine Isolierschicht dazu ausgebildet sein, die Verspannvorrichtung gegen die Umgebung und umgekehrt abzuschirmen. Bevorzugt kann aufgrund einer verringerten Wärmeleitfähigkeit ein Wärme-/Kälteübergang verhindert, das heißt gedämmt werden und somit die Batterie besonders effizient betrieben werden. Dadurch kann beispielsweise ein Stoffübergang (zum Beispiel Wärme und/oder Kälte) von der Abschlussplatte auf die Außenplatte und umgekehrt begrenzt oder verhindert werden. Zusätzlich oder alternativ kann durch die Isolierschicht eine wechselseitige elektrische und/oder magnetische und/oder elektromagnetische Abschirmung, das heißt Dämpfung realisiert sein. Insbesondere kann dabei eine Isolierung gegen Resonanzfrequenzen, Vibrationen und/oder Schall vorliegen. Die Dämpfungsschicht kann beispielsweise als ein Schaumwerkstoff und/oder ein Verbundwerkstoff ausgebildet sein. Dabei kann ein jeweiliger Werkstoff insbesondere eine Zellstruktur und/oder eine niedrige Dichte aufweisen. Zusätzlich kann der Isolierstoff eine geringe Steifigkeit aufweisen und/oder zumindest beim Auftragen (plastisch und/oder elastisch) verformbar sein. Bei dem Schaumwerkstoff kann es beispielsweise um thermoplastische Schäume, elastomere Schäume und/oder duroplastische Schäume handeln. Der Verbundwerkstoff kann beispielsweise funktionale Fasern und eine die Fasern einbettende Matrix (zum Beispiel Füll- und/oder Klebstoff) umfassen. Insbesondere der Verbundwerkstoff als ein Faser-Kunststoff-Verbund ausgebildet sein, wobei als Matrix beispielsweise auch ausgewählte der oben im Zusammenhang mit dem Schaumwerkstoff angeführten Kunststoffe eingesetzt werden können.
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Gemäß dem verbesserten Konzept ist auch ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriesystem bereitgestellt. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Batteriesystem um eine vorteilhafte Ausführungsform des Batteriesystems gemäß dem verbesserten Konzept. Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt als ein Kraftwagen, insbesondere als ein Personenkraftwagen oder ein Lastkraftwagen, oder als ein Personenbus oder ein Motorrad ausgestaltet. Ein Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs kann beispielsweise als ein Elektroantrieb oder ein Hybridantrieb realisiert sein. Dabei kann das Batteriesystems vorzugsweise dazu ausgebildet sein, den Antriebsmotor des Kraftfahrzeugs zumindest teilweise elektrisch zu versorgen.
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Für eine hecklastige oder heckbetonte Gewichtsverteilung des Kraftfahrzeugs ist das Batteriesystem T-förmig mit einem Steg und zwei davon ausragenden Schenkeln ausgebildet. Das bedeutet, dass das Batteriesystem in der Form eines lateinischen T ausgebildet ist. Dabei ist der Steg in Fahrzeuglängsrichtung sowie sind die beiden Schenkel in Fahrzeugquerrichtung heckwärts zu einer Hinterachse des Kraftfahrzeugs hin angeordnet, sodass der Steg mit einer den Schenkeln abgewandten Seite in Richtung einer Vorderachse des Kraftfahrzeugs ragt. Somit kann bei einer bestimmungsgemä-ßen Einbaulage eine T-Form des Batteriesystems erkannt werden, die in einer Ebene senkrecht zur Fahrzeughochrichtung angeordnet und von der Fahrzeugquerrichtung und der Fahrzeuglängsrichtung aufgespannt ist. Heckseitig sind die beiden Schenkel des Batteriesystems an der Hinterachse positioniert, wobei jeweils eine Längserstreckungsrichtung der Hinterachse sowie der beiden Schenkel parallel zueinander orientiert sein können. Der Steg des Batteriesystems kann hingegen senkrecht zu den beiden Schenkeln ausgerichtet sein, wobei der Steg mit der den Schenkel gegenüberliegenden Seite, das heißt einer Stirnseite, in Richtung der Vorderachse zeigt und einer anderen Stirnseite, welche an den beiden Schenkeln angrenzt, an der Hinterachse angeordnet sein kann
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Eine derartige vorteilhafte Gewichtverteilung, wie sie insbesondere einer sportlichen Fahrweise des Kraftfahrzeugs erwünscht ist, erschwert eine optimale Achsverteilung im Zusammenhang mit einer Anordnung des Batteriesystems innerhalb des Kraftfahrzeugs. Um dabei allerdings eine durch die sportliche Fahrweise entsprechend erhöhte Verspann- und/oder Kühlleistung sowie eine geringe Fahrzeughöhe realisieren zu können, kann ein Batteriemodul des T-förmig ausgebildetes Batteriesystems zumindest von einer Seite, welche von dem Boden oder einem parallel zu dem Boden angeordneten Deckel des Batteriemoduls abweicht, mittels einer Verspannvorrichtung des Batteriesystems verspannt sein. Die entsprechende Verspannvorrichtung sowie ein entsprechender Aufblaseffekt wurden bereits im Zusammenhang mit den vorteilhaften Ausführungsformen des Batteriesystems gemäß dem verbesserten Konzept beschrieben. Dadurch kann vorteilhafterweise eine Steifigkeit des Batteriesystems sowie des Kraftfahrzeugs erhöht werden, da Komponenten des Batteriesystems (zum Beispiel ein Batteriegehäuse und das Batteriemodul) zueinander verspannt sind und sich gegenseitig abstützen. Zusätzlich ist ein Bauraumbedarf des Batteriesystems reduziert, da dieses besonders schmal konstruiert werden kann. Ferner kann mittels der Verspannvorrichtung eine seitliche Kühlung des Batteriemoduls erfolgen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriesystems beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs hier nicht noch einmal beschrieben.
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Gemäß dem verbesserten Konzept ist auch ein Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls eines Batteriesystems bereitgestellt. Das Verfahren zum Verspannen des Batteriemoduls kann auch als ein Verspannverfahren bezeichnet werden. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Batteriesystem um eine vorteilhafte Ausführungsform des Batteriesystems gemäß dem verbesserten Konzept. Das Batteriesystem umfasst das Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden zum Abstellen des Batteriemoduls sowie eine Verspannvorrichtung mit einer Spanneinrichtung. Die Spanneinrichtung weist einen fluiddichten Kanal auf, welcher von einer Außenplatte und einer Deformationsplatte der Spanneinrichtung begrenzt ist.
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In einem ersten Schritt des Verfahrens wird die Spanneinrichtung über die Deformationsplatte an einer zu dem Gehäuseboden senkrecht stehenden Seite eines auf dem Gehäuseboden abgestellten Modulgehäuses des Batteriemoduls angeordnet oder positioniert. In einem auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt des Verfahrens wird ein Fluid in dem Kanal mit einem vorgegebenen Betriebsdruck bereitgestellt. Mittels des den Betriebsdruck aufweisenden Fluids wird die Deformationsplatte der Spanneinrichtung in Richtung des Batteriemoduls zumindest elastisch verformt, wobei durch die verformte Deformationsplatte über die Seite des Modulgehäuses eine Verspannkraft auf das Batteriemodul aufgebracht wird. Dadurch kann ein Verspannen des Batteriemoduls mittels der Verspannvorrichtung erfolgen.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batterie und/oder des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs beschrieben worden sind und umgekehrt. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs nach dem verbesserten Konzept in einer Seitenansicht;
- 2 eine schematische Perspektivdarstellung einer beispielhaften Ausführungsform eines Batteriesystems nach dem verbesserten Konzept; und
- 3 ausschnittsweise eine schematische Schnittdarstellung der beispielhaften Ausführungsform des Batteriesystems nach dem verbesserten Konzept;
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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.
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente. Der Übersicht halber wird teilweise auf eine mehrfache Kennzeichnung funktionsgleicher Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen verzichtet.
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Die 1 zeigt beispielhaft ein als Personenkraftwagen ausgebildetes Kraftfahrzeug 10 mit einem vereinfacht dargestellten Batteriesystem 12. Das Batteriesystem 12 kann eine Batterie umfassen, die als eine sogenannte Hochvolt-Batterie dazu ausgebildet sein kann, das zumindest teilweise elektrisch antreibbare Kraftfahrzeug 10 elektrisch zu versorgen.
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Das Batteriesystem 12 ist für eine hecklastige oder heckbetonte Gewichtsverteilung des Kraftfahrzeugs 10 T-förmig mit einem Steg 14 und zwei davon ausragenden Schenkeln 16 ausgebildet, die in Abhängigkeit von einer Vorderachse 18 und einer Hinterachse 20 des Kraftfahrzeugs 10 angeordnet sind. Die beiden Schenkel 16 sind in Fahrzeugquerrichtung, das heißt y-Richtung, heckwärts zu der Hinterachse 20 hin positioniert. Dabei ist der Steg 14 in Fahrzeuglängsrichtung, das heißt x-Richtung, orientiert, sodass der Steg 14 mit einer den Schenkeln 16 abgewandten Seite 22 in Richtung der Vorderachse 18 des Kraftfahrzeugs 10 ragt.
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Die 2 zeigt beispielhaft unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit der 1 gezeigten und beschriebenen Komponenten das Batteriesystem 12. Das Batteriesystem 12 umfasst insgesamt elf Batteriemodule 24, 26, die jeweils auf einem Gehäuseboden 30 eines Batteriegehäuses 28 abgestellt sind. Innerhalb des Batteriegehäuses 28 sind drei Batteriemodule 24 im Bereich des Stegs 14 an ihren jeweiligen Stirnseiten aneinander in eine Reihe angeordnet. Die beiden Schenkel 16 umfassen gemeinsam jeweils vier in zwei Reihen angeordnete Batteriemodule 24, 26, wobei die Batteriemodule 24 der ersten Reihe und die weiteren Batteriemodule 26 der zweiten Reihen jeweils über ihre Längsseiten aneinandergrenzen. Dabei bilden zwei in x-Richtung nebeneinander angeordnete Batteriemodule 24, 26 jeweils einen Modulstapel aus.
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Um eine jeweilige Verspannkraft F1, F2 auf die Batteriemodule 24, 26 aufzubringen, ist eine Verspannvorrichtung 32 vorgesehen. Diese kann, wie beispielhaft an einem der Batteriemodule 24 im Bereich des Stegs 14 dargestellt ist, eine Spanneinrichtung 34 sowie eine baugleiche Spanneinrichtung 36 aufweisen. Die Spanneinrichtung 34 ist an einer zu dem Gehäuseboden 30 senkrecht stehenden Seite 38 eines auf dem Gehäuseboden 30 abgestellten Modulgehäuses 40 des Batteriemoduls 24 angeordnet. Die Spanneinrichtung 36 ist hingegen an einer der Seite 38 gegenüberliegenden anderen Seite 42 des Modulgehäuses 40 des Batteriemoduls 24 positioniert. Durch eine derartige Anordnung der beiden Spanneinrichtungen 34, 36 können die beiden Vorspannkräfte F1, F2 in y-Richtung zueinander entgegengesetzt orientiert jeweils über die beiden Seiten 38, 42 auf das Modulgehäuse 40 des Batteriemoduls 24 wirken.
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Die beiden Spanneinrichtungen 34, 36 können dabei auch zwei in x-Richtung nebeneinander angeordnete Batteriemodule 24, 26 (Modulstapel) der Schenkel 16 randseitig begrenzen. Somit kann über das Batteriemodul 24 die Verspannkraft F1 und über das weitere Batteriemodul 26 die Verspannkraft F2 auf beide Batteriemodule 24, 26 jeweils in x-Richtung wirken. Ferner kann zwischen den beiden Batteriemodulen 24, 26 eine dritte Spanneinrichtung 43 der Verspannvorrichtung 32 angeordnet sein.
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Die 3 zeigt unter Bezugnahme auf die im Zusammenhang mit den 1 und 2 gezeigten und beschriebenen Komponenten ausschnittsweise das Batteriesystem 12 in einer Schnittdarstellung III-III. Dabei ist beispielhaft die Spanneinrichtung 34 der Verspannvorrichtung 32 dargestellt, anhand derer das Aufbringen der Verspannkraft F1 auf das Batteriemodul 24 im Folgenden beschrieben wird. Die Spanneinrichtung 34 umfasst mehrerer Platten 44, 46, 48, wobei eine Deformationsplatte 44 und eine Außenplatte 46 zusammen einen fluiddichten Kanal 50 begrenzen. Die Spanneinrichtung 34 ist über die Deformationsplatte 44 an dem Modulgehäuse 40 des Batteriemoduls 24 angeordnet, welches mehrere als Pouchzellen ausgebildete Batteriezellen 52 aufweist. Hin zum Batteriegehäuses 28 ist die Spanneinrichtung 34 von einer Abschlussplatte 48 begrenzt, wobei zwischen die Abschlussplatte 48 und die Außenplatte 46 über eine zumindest teilweise dazwischenliegende Dämpfungsschicht 54 voneinander entkoppelt sind.
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Um die Verspannkraft F1 aufzubringen, ist in dem Kanal 50 ein Fluid mit einem vorgegebenen Betriebsdruck bereitgestellt, bei welchem in Richtung des Batteriemoduls 24, das heißt in y-Richtung, die Deformationsplatte 44 zumindest elastisch verformt ist. Es kann vorgesehen sein, dass zusätzlich bei Beanspruchung des Kanals (50) mit dem den vorgegebenen Betriebsdruck aufweisenden Fluid die Außenplatte (46) in Richtung des Batteriegehäuses (28) zumindest elastisch verformt ist und die verformte Außenplatte (44) eine weitere Verspannkraft auf die Abschlussplatte (48) und ferner das Batteriegehäuse (28) aufbringt. Ferner kann die Verspannvorrichtung 32 eine Kühlfunktion bereitstellen, wobei hierzu der Kanal 50 der Spanneinrichtung 34 zum Kühlen des Batteriemoduls 24 durchströmbar ausgebildet und der Kanal 50 ein Teil eines Kühlkreislaufes des Batteriesystems 12 ist. Um dabei besonders effizient Wärme abzuführen, kann jede Batteriezelle 52 des Batteriemoduls 24 jeweils über ein Wärmeleitelement 56 mit der verformten Deformationsplatte 44 thermisch gekoppelt sein. Jedes Wärmeleitelement 56 weist einen L-förmigen, das heißt abgewinkelten, Profilabschnitt auf, wobei ein erster Flansch 58 des Profilabschnitts parallel zu der Seite 38 des Modulgehäuses 40 und ein zweiter Flansch 60 parallel zum Gehäuseboden 30 orientiert ist. Umfasst das Batteriemodul 24 hingegen als prismatische Zellen ausgebildete Batteriezellen 52, kann auf ein Wärmeleitelement 56 verzichtete werden.
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Um das Fluid in den Kanal 50 ein- und/oder auszuleiten kann die Spanneinrichtung 34 an der Außenplatte 46 ein Anschlusselement 62 aufweisen, welches ferner durch die Dämpfungsschicht 54, die Abschlussplatte 48und das Batteriegehäuse 28, in die Umgebung des Batteriegehäuses 28 ragt.
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Wie in der 3 gezeigt, können die Deformationsplatte 44 und die Außenplatte 46 jeweils einen wellenförmigen Querschnitt aufweisen, welcher mehrere Wellentäler und mehrere Wellenberge umfasst. Dabei liegen die Wellentäler der Deformationsplatte 44 auf den Wellenbergen der Außenplatte 46 auf und sind miteinander mittels jeweiliger Fügeverbindungen 64 (zum Beispiel Nieten) fluiddicht verbunden. Dabei kann ein Querschnitt der Abschlussplatte 48 formähnlich zu dem wellenförmigen Querschnitt der Außenplatte 46 sein.
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Analog zu der Spanneinrichtung 32 kann auch mittels der Spanneinrichtung 36 sowie der dritten Spanneinrichtung 43 das jeweilige der Batteriemodule 24, 26 verspannt und zusätzlich kühlbar sein. Dabei kann die Spanneinrichtung 43 im Gegensatz zu den beiden baugleichen Spanneinrichtungen 34, 36 einen weiteren fluiddichten Kanal aufweisen, welcher von einer ersten Deformationsplatte und einer zweiten Deformationsplatte begrenzt ist, wobei bei Beanspruchung des weiteren Kanals mit dem den vorgegebenen Betriebsdruck aufweisenden Fluid die beiden Deformationsplatten verformbar ausgebildet sind.
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Derzeit kann das Batteriegehäuse 28 für das Batteriesystem 12 Aluminiumbleche umfassen, welche beispielsweise partielle Verrippungen zur Steifigkeitserhöhung aufweisen können. Zudem sind diese im Unterboden des Kraftfahrzeugs 10 und komplett flächig zwischen den Achsen 18, 20 verteilt. Für einen Sportwagen ist dies unvorteilhaft, da eine geringe Fahrzeughöhe für einen geringen Luftwiderstand erforderlich sein kann. Dadurch ist es erschwert, das Batteriesystem 12 mehrseitig zu verspannen und/oder zu kühlen, um eine notwendige Verspann- und/oder Kühlleistung bereitstellen zu können. Ferner kann eine Achslastverteilung des Batteriesystems 12 suboptimal sein, da die heckbetonte Gewichtsverteilung erwünscht sein kann.
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Dem kann mittels des T-förmig ausgebildeten Batteriesystems 12 entgegengewirkt werden, bei welchem die Batteriezellen 52 auf zumindest einer Seite 38 und insbesondere zwei einander gegenüberliegenden Seiten 38, 42 des Modulgehäuses 40, das heißt explizit nicht von oben und/oder von unten, gekühlt werden. Dabei können die verformte/n Deformationsplatte/n 44 aktiv auf die Batteriezellen 52 und/oder Batteriemodule 24, 26 und/oder Wärmeleitelemente (Wärmeleitplatten) 56 drücken, um diese zu verspannen und/oder zu kühlen. Durch das Verspannen kann eine Steifigkeitserhöhung des Batteriegehäuses 28 erzielt werden, welche aufgrund des Betriebsdrucks des Fluids bedingt sein kann.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie eine doppelseitige Kühlung des Batteriesystems 12 bereitgestellt werden kann.
