DE102020128754A1

DE102020128754A1 - Verfahren zum Bereitstellen von mehreren hinsichtlich ihres Energieinhalts unterschiedlichen Varianten eines Batteriepacks und Fahrzeugflotte

Info

Publication number: DE102020128754A1
Application number: DE102020128754.2A
Authority: DE
Inventors: Frederik Morgenstern
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Verfahren zum Bereitstellen von mehreren, sich hinsichtlich ihres Energieinhalts voneinander unterscheidenden Varianten eines Batteriepacks mit einem Batteriegehäuse und einer Vielzahl von darin aufgenommenen Batteriezellen für Kraftfahrzeuge. Bei dem Verfahren wird für alle Varianten eine gemeinsame feste Breite des Batteriegehäuses und eine gemeinsame Nennspannung, die durch Serienschaltung von zumindest im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Batteriezellen in allen Varianten realisiert wird, vorgegeben. Für die unterschiedlichen Varianten wird in Abhängigkeit von dem jeweiligen vorgesehenen Energieinhalt eine jeweilige Anzahl von zum Einstellen dieses Energieinhaltes einzusetzenden Parallelverschaltungen der Batteriezellen bestimmt. Die unterschiedlichen Varianten werden dann je nach ihrem Energieinhalt mit dadurch entsprechend unterschiedlichen Längen des Batteriegehäuses senkrecht zu der vorgegebenen festen Breite und/oder mit unterschiedlichen Freiräumen in Längsrichtung innerhalb des Gehäuses bereitgestellt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Bereitstellen oder Auslegen eines Batteriepacks in mehreren hinsichtlich ihres Energieinhalts unterschiedlichen Varianten sowie eine Fahrzeugflotte mit entsprechenden Batteriepacks in unterschiedlichen Varianten.
Batterien bzw. Batteriepacks, die eine Vielzahl einzelner Batteriezellen umfassen, werden heutzutage in vielen verschiedenen Bereichen und Anwendungen eingesetzt, beispielsweise zunehmend auch im Fahrzeugbereich, insbesondere als Traktionsbatterien. Dabei kann es eine Vielzahl unterschiedlicher Anforderungen oder Bedürfnisse geben, welche die konkrete Ausgestaltung der Batteriepacks für die jeweiligen Anwendungen oder Einsatzzwecke bestimmen können.
Beispielsweise ist aus der DE 10 2014 215 550 A1 ein elektrisches Energiespeichermodul und ein entsprechender modular aufgebauter Energiespeicher bekannt. Das dort beschriebene elektrische Energiespeichermodule zum modularen Aufbau eines elektrischen Energiespeichers mit mehreren solchen Energiespeichermodulen ist dabei temperierbar und weist eine Heizeinrichtung, eine elektrische Schaltungsanordnung mit mindestens einer Speicherzelle und ein Kanalsystem mit mindestens einem von einem Fluid durchströmbaren Kanal zum konvektiven Wärmetransport auf. Die mindestens eine Speicherzelle, die Heizeinrichtung und der Kanal sind durch ein Modulgehäuse eingehaust, wobei die mindestens eine Speicherzelle und die Heizeinrichtung jeweils fluiddicht gekapselt sind, das Modulgehäuse fluiddicht ausgestaltet ist und zumindest ein Teil des Kanals von der Heizeinrichtung und der mindestens einen Speicherzelle begrenzt wird.
Ein solcher modularer Aufbau kann jedoch einige Nachteile mit sich bringen. So fallen beispielsweise für die einzelnen Module mit ihren individuellen Komponenten und Gehäusen Toleranzen an, die sich beim Zusammenbau des gesamten Energiespeichermoduls aufaddieren. Dies kann ebenso wie ein in der Praxis jeweils freizuhaltender Montageumluftbereich zu einem erheblichen Platzbedarf führen, der letztendlich nicht zur Energiespeicherung bzw. Energiedichte des Energiespeichermodule beiträgt. Zudem werden bei einem derartigen modularen Aufbau typischerweise unterschiedliche Anforderungen hinsichtlich des Energiegehalts, also der Gesamtspeicherkapazität eines entsprechend modular aufgebauten Batteriepacks, durch unterschiedliche Anzahlen von Modulen realisiert. Beispielsweise kann eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug in einer ersten Variante aus fünf Modulen zusammengesetzt sein, wobei jedes Modul beispielsweise mit 10 parallel verschaltete Zellsträngen aus jeweils 20 serienverschalteten Batteriezellen, die beispielsweise jeweils eine Nennspannung von 4 V aufweisen können, aufgebaut sein. Besteht nun Bedarf an einer zweiten Variante des Batteriepacks, beispielsweise für eine kostengünstigere Modell- oder Ausstattungsvariante des Kraftfahrzeugs, so kann eines der Module eingespart werden. Damit ergibt sich jedoch die Problematik, dass je nach verbauter Anzahl derartiger Module die verschiedenen Varianten des Batteriepacks unterschiedliche Nennspannungen aufweisen, im vorliegenden Beispiel etwa 400 V für die erste Variante aber lediglich 320 V für die zweite Variante. Dies führt zu einer suboptimalen Versorgung bzw. Auslegung von an den jeweiligen Batteriepack angeschlossenen elektrischen Verbrauchern, beispielsweise einer elektrischen Maschine, einer Leistungselektronik und/oder dergleichen mehr. Damit ergibt sich eine entsprechend verringerte Effizienz oder es muss alternativ eine große Variantenvielfalt sämtlicher Komponenten und Einrichtungen, beispielsweise Variationen eines Zellkontaktierungssystems und/oder einer Anzahl von Batteriezellen pro Modul, bereitgehalten werden, was in der Praxis zu einem enormen Kosten-, Planungs- und Logistikaufwand führen kann.
Eine verbesserte Flexibilität bei der Nutzung von Speichermodulen soll gemäß der DE 10 2018 109 114 A1 ermöglicht werden durch ein dort beschriebenes Aufnahmesystem für die Aufnahme von wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie, ein entsprechendes Speichersystem und ein Kraftfahrzeug mit einem solchen Aufnahmesystem. Das Aufnahmesystem ist dabei für die Aufnahme von wenigstens zwei wiederaufladbaren Speichermodulen ausgelegt und umfasst wenigstens zwei Aufnahmebereiche, die jeweils zur Aufnahme eines Speichermoduls ausgebildet sind. Jeder Aufnahmebereich weist mechanische Schnittstellen zum lösbaren Befestigen eines Speichermoduls sowie einen elektrischen Anschluss zum elektrischen Kontaktieren eines elektrischen Gegenanschlusses des Speichermoduls auf. Weiter ist dabei eine Schaltung mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltungsanschlüssen für die elektrischen Anschlüsse der Aufnahmebereiche vorgesehen. Die Schaltung ist zum wahlweisen elektrischen Verbinden eines elektrischen Ausgangsanschlusses, der zum Verbinden der Schaltung mit einem Verbraucher dient, mit wenigstens einem der Schaltungsanschlüsse ausgebildet. Damit soll der Problematik begegnet werden, dass ein Austausch oder eine Veränderung der Speichermodule bzw. von deren Konfiguration nachträglich typischerweise nicht ohne Weiteres möglich ist. Die beschriebenen Nachteile eines modularen Aufbaus können dabei jedoch bestehen bleiben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine einfache und effiziente Möglichkeit für eine Skalierung von Batterien hinsichtlich des Energieinhalts zu schaffen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Mögliche Ausgestaltungen und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen, in der Beschreibung und in der Zeichnung angegeben.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Bereitstellen oder Auslegen von mehreren, sich hinsichtlich ihres Energieinhalts, also ihrer Speicherkapazität für Energie, voneinander unterscheidenden Varianten eines Batteriepacks für Kraftfahrzeuge. Der Batteriepack weist dabei jeweils ein Batteriegehäuse und eine Vielzahl von darin aufgenommenen Batteriezellen auf. Die Batteriezellen können insbesondere nebeneinander stehend in dem Batteriegehäuse angeordnet sein. Bei den Batteriezellen kann es sich insbesondere um zylindrische Zellen handeln. Diese können dann derart in dem Batteriegehäuse angeordnet sein, dass ihre Zylinderlängsachsen zueinander parallel und senkrecht auf oder zu einem Boden des jeweiligen Batteriegehäuses stehen. Bevorzugt kann dabei eine sogenannte Cell-2-Pack-Anordnung oder Ausgestaltung der Batteriepacks vorgesehen sein. Dabei können die Batteriezellen direkt in dem Batteriegehäuse, gegebenenfalls in verschiedenen Fächern oder Aufnahmebereichen des Batteriegehäuses, angeordnet sein, ohne zu herkömmlichen Batteriemodulen mit jeweils eigenem Modulgehäuse zusammengefasst zu sein. Dies kann eine im Vergleich zu herkömmlichen, aus mehreren Batteriemodulen zusammengesetzten Batteriepacks eine größere Energiedichte ermöglichen, da ein Bauraumbedarf für die Modulgehäuse sowie entsprechende Toleranzen und Montageumluftbereiche eingespart werden können.
Die unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks unterscheiden sich hier durch ihre Anzahl von in dem jeweiligen Batteriegehäuse aufgenommenen Batteriezellen. Die unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks können beispielsweise für verschiedene Modell- oder Ausstattungsvarianten eines Kraftfahrzeugs oder etwa für unterschiedliche Fahrzeugmodelle oder Fahrzeugtypen, die damit insbesondere auf einer gemeinsamen Plattform basieren oder ohne signifikanten Effizienzverlust zumindest teilweise die gleichen elektrischen und/oder elektronischen Peripheriekomponenten nutzen können, vorgesehen sein bzw. verwendet werden, insbesondere als jeweilige Traktionsbatterie.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird eine gemeinsame, also einheitliche feste Breite des Batteriegehäuses für alle Varianten vorgegeben. Diese gemeinsame feste Breite ist also für alle Varianten des Batteriepacks gleich. Diese vorgegebene Breite kann insbesondere in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batteriepacks in einem Kraftfahrzeug eine Ausdehnung des Batteriegehäuses in Fahrzeugquerrichtung, auch als Y-Richtung bezeichnet, sein oder angeben. Durch die fest vorgegebene gemeinsame Breite für alle Varianten des Batteriepacks kann die Verwendung einer gemeinsamen Fahrzeugplattform bzw. eines Baukastensystems unterstützt oder erleichtert werden.
Weiter wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren eine gemeinsame, also einheitliche Nennspannung für alle Varianten des Batteriepacks vorgegeben. Diese gemeinsame oder einheitliche Nennspannung ist also für alle Varianten des Batteriepacks zumindest im Wesentlichen gleich. Die vorgegebene Nennspannung wird dabei durch Serienschaltung, also Reihenschaltung von zumindest im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Batteriezellen in allen Varianten des Batteriepacks realisiert. Dass die Nennspannung bzw. die Anzahl serienverschalteter Batteriezellen für die unterschiedlichen Varianten zumindest im Wesentlichen gleich ist, kann hier beispielsweise bedeuten, dass es Abweichungen von beispielsweise einigen Prozent geben kann. Dies kann beispielsweise unvermeidliche Unterschiede zwischen Varianten mit geraden und ungeraden Anzahlen von Batteriezellen und/oder Batteriezellengruppen berücksichtigen.
Weiter wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren für die unterschiedlichen Varianten in Abhängigkeit von dem jeweiligen vorgesehenen Energieinhalt eine jeweilige Anzahl von zum Einstellen dieses Energieinhaltes einzusetzenden Parallelverschaltungen der Batteriezellen, auch als p-Konfiguration bezeichnet, bestimmt. Die unterschiedlichen Varianten werden dann je nach ihrem Energiegehalt mit dadurch entsprechend unterschiedlichen Längen des Batteriegehäuses senkrecht zu der vorgegebenen festen Breite und/oder mit unterschiedlichen Leer- oder Freiräumen in senkrecht zu der vorgegebenen festen Breite stehender Längsrichtung innerhalb des Gehäuses bereitgestellt. Die Länge bzw. Längsrichtung des Batteriegehäuses, auch als X-Richtung bezeichnet, kann sich dabei in bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batteriepacks in einem Kraftfahrzeug in dessen Fahrzeuglängsrichtung erstrecken.
Bei der vorliegenden Erfindung wird die Variation oder Skalierung des Energieinhalts über die verschiedenen Varianten des Batteriepacks also bei gleicher Anzahl serienverschalteter Batteriezellen durch unterschiedliche Anzahlen von parallelverschalteten Batteriezellen, also unterschiedlichen Anzahlen paralleler Zellstränge aus serienverschalteten Batteriezellen realisiert. Die sich daraus ergebenden unterschiedlichen Anzahlen der Batteriezellen werden dabei insbesondere durch unterschiedliche Längen, also Längserstreckungen in der genannten Längsrichtung der Batteriezellenanordnungen realisiert. Wird dabei für mehrere unterschiedliche Varianten die gleiche Länge des Batteriegehäuses verwendet, so kommt dies unmittelbar der Unterstützung oder Vereinfachung des modularen, also baukasten- oder plattformbasierten Fahrzeugbaus zugute, da beispielsweise das gleiche Batteriegehäuse und/oder die gleichen Varianten von umgebenden Bauteilen oder Komponenten verwendet werden können. Werden hingegen für die unterschiedlichen Varianten Batteriegehäuse mit unterschiedlichen Längen verwendet, so kann dies dennoch nützlich und praktikabel sein. So bieten längere Batteriepacks typischerweise einen größeren Energieinhalt, wie er in der Regel für größere, insbesondere längere Kraftfahrzeuge gewünscht wird. In derartigen längeren Kraftfahrzeugen, beispielsweise aus einer höheren Fahrzeugklasse, steht dabei typischerweise auch entsprechend mehr Bauraum in Längsrichtung zur Verfügung. Die Fahrzeugbreite ist hingegen über verschiedene Fahrzeugmodelle oder Fahrzeugklassen wesentlich stärker vereinheitlicht oder begrenzt, was vorliegend durch die gemeinsame feste Breite aller Varianten des Batteriepacks berücksichtigt wird.
Durch die vorliegende Erfindung können weiterhin unterschiedliche Bedarfe oder Anforderungen hinsichtlich des Energieinhalts abgedeckt, dabei aber eine Variantenvielfalt von Ausstattungskomponenten des bzw. der Batteriepacks sowie von umgebenden oder daran angeschlossenen Bauteilen oder Komponenten im Vergleich zu herkömmlichen modularen Aufbauten, bei denen unterschiedliche Energieinhalte durch unterschiedliche Anzahlen herkömmlicher Batteriemodule realisiert werden, signifikant reduziert werden. Ausstattungskomponenten des Batteriepacks können dabei beispielsweise ein CSC (englisch: Cell Sensor Circuit), eine Leistungselektronik, Anschlüsse oder Kontakte, also allgemein eine elektrische und/oder elektronische Peripherie, aber ebenso beispielsweise Kühleinrichtungen und/oder dergleichen mehr sein. Umgebende oder angeschlossene Bauteile können beispielsweise Träger, Versteifungen, ein Inverter, eine elektrische Maschine, elektrische Anschlüsse, elektrische Leitungen, ein Bordnetz und/oder dergleichen mehr sein.
Durch die Reduktion der entsprechenden Variantenvielfalt können Kosten und Aufwand eingespart und somit letztlich eine insgesamt verbesserte Effizienz erreicht werden. Durch die über alle Varianten des Batteriepacks hinweg zumindest im Wesentlichen gleiche Nennspannung oder Spannungslage kann über alle diese Varianten hinweg eine optimale Ansteuerung oder Versorgung bzw. ein optimaler Betrieb der an die Batteriepacks angeschlossenen Komponenten ermöglicht werden. Damit wird auf besonders einfache und zuverlässige Weise eine optimierte Effizienz ermöglicht.
In einer möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Batteriepacks jeweils mehrere Batteriezellen zu Gruppen mit durch ein, insbesondere mehrteiliges, Zellkontaktierungssystem realisierten Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst. Innerhalb dieser Gruppen wird im Betrieb des Batteriepacks Strom in Richtung der, also über die Serienverschaltungen über das Zellkontaktierungssystem jeweils direkt von einer Batteriezelle zur nächsten Batteriezelle transportiert, ohne zunächst Strom aus mehreren Batteriezellen zu bündeln und anschließend wieder zu verteilen. Mit anderen Worten fließt der Strom in Richtung der Serienverschaltungen, hier auch als Serienstrom bezeichnet, innerhalb eines seriellen Zellstrangs nur von einer Zelle direkt zur jeweils nächsten, also zu der jeweils in Reihe nachgeschalteten Zelle, wird also nicht zunächst von mehreren parallel geschalteten Zellen gesammelt und dann über eine einzige Verbindung oder ein einziges Leitungselement zur seriell nachgeschalteten nächsten Gruppe paralleler Zellen geleitet. Durch diese Anordnung kann ein besonders einfaches und effizientes Zellkontaktierungssystem realisiert werden. Damit können Stellen oder Bereiche des Zellkontaktierungssystem, in denen ein gebündelter Strom aus mehreren Batteriezellen transportiert wird, vermieden oder im Vergleich zu herkömmlichen Zellkontaktierungssystemen reduziert werden. Damit fallen auch lokal weniger hohe und insgesamt über den Batteriepack gleichmäßiger verteilte Verlustleistungen an. Davon unbenommen ist, dass über das Zellkontaktierungssystem Ströme in Richtung der Parallelverschaltungen fließen können. Diese Parallelströme können zwar gegebenenfalls aus mehreren der Batteriezellen stammen, also gebündelt sein, sind jedoch typischerweise signifikant niedriger als die im Betrieb in Richtung der Serienverschaltungen fließenden Ströme, da es sich bei den Parallelströmen lediglich um Ausgleichs- oder sind Sensierungsströme handelt, durch die beispielsweise eine gleichmäßiger Ladezustand zwischen den jeweils parallelverschaltete Batteriezellen sichergestellt bzw. abgefragt werden kann. Die hier genannten Gruppen von Batteriezellen können beispielsweise den im Folgenden genannten Batteriezellengruppen oder Untergruppen entsprechen.
Da in der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen die parallelverschalteten Batteriezellen - gegebenenfalls abwechselnd um etwa eine halbe Zellbreite zueinander versetzt - in den Gruppen in jeweils einer Reihe angeordnet sein können, kann dann an einem Ende der jeweiligen Reihe, also beispielsweise an einer Seite der jeweiligen Gruppe eine Zell-Sensierungseinrichtung oder -kontaktierung realisiert, also angeordnet werden. Eine solche Zell-Sensierungseinrichtung kann an diesem Ende bzw. an dieser Seite mit dem jeweiligen Zellkontaktierungssystem elektrische verbunden sein. Beispielsweise kann die Zell-Sensierungseinrichtung als flexible Leiterplatte (englisch: flexible printed circuit, FPC) realisiert sein oder eine solche umfassen.
In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Batteriepacks - in zumindest einigen der Varianten - die Batteriezellen zu Batteriezellengruppen aus jeweils mehreren Batteriezellen mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst. Dabei werden in Richtung der vorgegebenen Breite genau eine Batteriezellengruppe, innerhalb derer jeweils alle in dieser Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen serienverschaltet sind, und in der Längsrichtung eine - insbesondere für mehrere oder alle der Varianten gleiche - vorgegebene Anzahl von mehreren Batteriezellengruppen angeordnet. Mit anderen Worten sind die Batteriezellengruppen hier also in Queranordnung angeordnet, sodass sich ihre Längs- oder Serienstromrichtung in Richtung der vorgegebenen Breite, also in Querrichtung erstreckt. Elektrische Verbindungen der Batteriezellengruppen untereinander können also an deren in der Querrichtung einander gegenüberliegenden Seitenflächen angeordnet sein. Die Batteriezellengruppen können beispielsweise jeweils in einem Fach oder Abteil (englisch: compartment) des Batteriegehäuses angeordnet oder aufgenommen sein. Um die unterschiedlichen Energieinhalte der unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks zu realisieren, weisen die Batteriezellengruppen bzw. die entsprechenden Fächer oder Abteile des Batteriegehäuses in der Längsrichtung unterschiedliche Ausdehnungen auf, wobei diese aber innerhalb einer Variante für alle Batteriezellengruppen gleich oder zumindest im Wesentlichen gleich sein können. Jede der Batteriezellengruppen kann die gleiche Anzahl von Serienverschaltungen, also von innerhalb eines seriellen Zellstrahlung der Batteriezellengruppe seriell verschalteten Batteriezellen, aufweisen. Damit kann jede der Batteriezellengruppen die gleiche Nennspannung aufweisen oder liefern. Die Anzahl von parallelen Zellsträngen innerhalb jeder Batteriezellengruppe kann in einer bestimmten Variante für alle Batteriezellengruppen gleich, für unterschiedliche Varianten aber unterschiedlich sein. Die Zellstränge aus seriell verschalteten Batteriezellen innerhalb der Batteriezellengruppen können dabei in der Querrichtung erstreckt und in der Längsrichtung nebeneinander, also parallel zueinander angeordnet sind. Der Serienstrom, also der Strom in Richtung der Serienverschaltungen innerhalb eines Zellstrangs fließt damit also in der Querrichtung von Batteriezelle zu Batteriezelle. Die hier vorgeschlagene Ausgestaltung erlaubt eine besonders einfache, bauraumeffiziente und effizient skalierbare Anordnung und Fertigung der unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks. Insbesondere können dabei ein besonders einfaches Zellkontaktierungssystem, gegebenenfalls eine besonders einfache Zell- Sensierungseinrichtung und/oder eine besonders einfache, also aus besonders wenigen Einzelteilen bestehende und besonders kurze Leitungswege aufweisende, elektrische Verbindung der Batteriezellengruppen untereinander realisiert werden.
Dies kann durch eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung unterstützt werden, in der die Batteriezellengruppen miteinander serienverschaltet, also in Reihe geschaltet werden, sodass in der Längsrichtung einander benachbarte Batteriezellengruppen einander entgegengesetzte Stromflussrichtungen entlang der Serienverschaltungen ihrer Batteriezellen aufweisen. Mit anderen Worten können also die einer der in der Querrichtung einander gegenüberliegenden Seitenflächen des Batteriepacks zugewandten Enden jeweils zweier direkt benachbarter Batteriezellengruppen elektrisch miteinander verbunden sein. Innerhalb jeder der Batteriezellengruppen gibt es damit nur eine Serienstromrichtung. Eine weitere Aufteilung oder Organisation der Batteriezellen innerhalb einer Batteriezellengruppe ist dabei nicht notwendig. Insgesamt kann somit der Batteriepack auf besonders einfache und über die unterschiedlichen Varianten hinweg konsistente Weise gefertigt werden.
In einer alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Batteriepacks - in zumindest einigen Varianten - die Batteriezellen zu Batteriezellengruppen aus jeweils mehreren Batteriezellen mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst. Dabei werden in der Längsrichtung genau eine Batteriezellengruppe und in Richtung der vorgegebenen Breite eine - insbesondere für mehrere oder alle der unterschiedlichen Varianten gleiche - vorgegebene Anzahl von mehreren Batteriezellen angeordnet. Innerhalb jeder der Batteriezellengruppen werden jeweils mehrere Untergruppen aus jeweils mehreren Batteriezellen mit Serien- und Parallelverschaltungen ausgebildet, wobei jeweils die Untergruppen innerhalb einer Batteriezellengruppe miteinander serienverschaltet, also in Reihe geschaltet werden. Mit anderen Worten sind die Batteriezellengruppen hier also in einer Längsanordnung ausgerichtet oder angeordnet, in der eine Haupt- oder Längserstreckungsrichtung der Batteriezellengruppen mit der Längsrichtung des jeweiligen Batteriepacks zusammenfällt. Diese Längserstreckung der Batteriezellengruppen kann für eine bestimmte Variante des Batteriepacks für alle Batteriezellengruppen zumindest im Wesentlichen gleich sein. In unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks können die Batteriezellengruppen hingegen in der Längsrichtung unterschiedlich lang sein. In der Querrichtung, also in Richtung der vorgegebenen Breite des Batteriepacks, können die Batteriezellengruppen jedoch sowohl innerhalb einer bestimmten Variante als auch über unterschiedliche Varianten hinweg die gleiche Ausdehnung, also die gleiche Breite aufweisen. Damit können beispielsweise zwischen den Batteriezellengruppen angeordnete Zwischenwände, Bestrebungen oder Versteifungen, Kühlelemente und/oder dergleichen mehr für alle Varianten die gleichen Abstände zueinander aufweisen. Somit kann hier eine besonders konsistente, variantenunabhängige mechanische Stabilität und/oder Kühlung des Batteriepacks realisiert werden. Zudem können besonders einfach besonders große Batteriezellengruppen realisiert werden, da beispielsweise auch bei größeren Längen der Batteriezellengruppen die durchschnittliche Entfernung der einzelnen Batteriezellen zu einem seitlich, also zwischen den Batteriezellengruppen angeordneten Kühlelement nicht zunimmt. Somit wird hier auf besonders einfache, zuverlässige und effiziente Weise eine verbesserte volumetrische Nutzung, also letztlich eine höhere räumliche Energiedichte des Batteriepacks ermöglicht.
In einer möglichen Weiterbildung der vorliegenden Erfindung werden die Batteriezellen miteinander serienverschaltet, wobei innerhalb jeder Batteriezellengruppe deren Untergruppen und in jeder Untergruppe deren parallelverschaltete Batteriezellen in der Längsrichtung nebeneinander oder hintereinander angeordnet werden bzw. sind, sodass sich im Betrieb des Batteriepacks in benachbarten Batteriezellengruppen in entgegengesetzte Richtungen mäandernde Strompfade des entlang der Serienverschaltungen fließenden Stroms einstellen. Die Richtung der Serienverschaltungen der Batteriezellengruppen und der einzelnen Batteriezellen innerhalb der Untergruppen erstreckt sich hier also in der Querrichtung, also in Richtung der vorgegebenen Breite des Batteriepacks. Die Richtung des Serienstroms innerhalb einer Untergruppe fließt ebenfalls in dieser Querrichtung. Innerhalb einer Batteriezellengruppe fließt der Serienstrom von Untergruppe zu Untergruppe jedoch in der Längsrichtung. Um dabei eine besonders einfache und effiziente serielle Verbindung der Untergruppen zu realisieren, sind einander benachbarte Untergruppen mit entgegengesetzter Polarität ausgerichtet, sodass der Serienstrom zwei einander benachbarte Untergruppen zwar jeweils in der Querrichtung, aber in einander entgegengesetzten Richtungen durchfließt. Jeweils zwei benachbarte Batteriezellengruppen sind dabei an einem ihrer in der Längsrichtung einander gegenüberliegenden, also in der Querrichtung erstreckten Stirnwänden des Batteriepacks zugewandten Enden elektrisch miteinander verbunden. Diese elektrischen Verbindungen der Batteriezellengruppen sind dabei wechselweise an den gegenüberliegenden Enden der Batteriezellengruppen angeordnet. Die hier vorgeschlagene Weiterbildung ermöglicht trotz der Organisation der Batteriezellen innerhalb jeder Batteriezellengruppe in Untergruppen eine relativ einfache und effiziente Zellkontaktierung.
Unabhängig von der sonstigen konkreten Ausgestaltung kann bei der Organisation der Batteriezellen innerhalb einer Batteriezellengruppe in Untergruppen jeweils vorgesehen sein, dass diese Untergruppen innerhalb einer Variante oder über mehrere unterschiedliche Varianten des Batteriepacks hinweg sämtlich die gleiche Spannung liefern, also in ihren jeweiligen seriellen Zellsträngen die gleiche Anzahl von serienverschalteten Batteriezellen aufweisen. Innerhalb einer bestimmten Variante des Batteriepacks können zudem sämtliche Untergruppen zumindest im Wesentlichen die gleiche Gesamtanzahl von Batteriezellen umfassen. In unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks können die Untergruppen hingegen unterschiedliche Gesamtanzahl von Batteriezellen aufweisen, sich also hinsichtlich ihrer Anzahl von Parallelverschaltungen, also parallelverschalteten Batteriezellen unterscheiden, um die Variation oder Skalierung des Energieinhalts zu realisieren.
In einer weiteren Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird eine gemeinsame, also einheitliche Anzahl von Batteriezellengruppen vorgegeben, die für alle Varianten gleich ist. Mit anderen Worten kann also unabhängig von der Ausrichtung oder internen Organisation der Batteriezellengruppen die Skalierung des Energieinhalts über verschiedene Varianten des Batteriepacks hinweg durch entsprechende Variation oder Skalierung der Größe der Batteriezellengruppen, insbesondere deren Ausdehnung in der Längsrichtung des Batteriepack, also insbesondere der X- oder Fahrzeuglängsrichtung eines jeweils damit ausgestatteten Kraftfahrzeugs, realisiert werden. Durch die konstante Anzahl der Batteriezellengruppen kann eine Vereinheitlichung weiterer Komponenten, beispielsweise einer Anzahl von Anschlüssen oder dergleichen, ermöglicht werden. Auch dies kann letztlich einer Gesamteffizienz im Zusammenhang mit der Fertigung und/oder dem Einsatz der unterschiedlichen Varianten des Batteriepacks zugutekommen.
In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden innerhalb des Batteriepacks - in zumindest einigen der Varianten - die Batteriezellen zu Batteriezellengruppen aus jeweils mehreren Batteriezellen mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst. Dabei werden in der Längsrichtung genau eine Batteriezellengruppe, innerhalb derer jeweils alle in dieser Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen serienverschaltet sind, und in Richtung der vorgegebenen Breite, also in der Querrichtung, eine von dem Energiegehalt abhängige Anzahl von Batteriezellengruppen angeordnet. Mit anderen Worten können also zur Skalierung des Energieinhalts bei weiterhin gleicher fester Breite des Batteriepacks mehr in Längsrichtung und Querrichtung kleinere Batteriezellengruppen oder weniger, in Längs- und Querrichtung größere Batteriezellengruppen eingerichtet bzw. verwendet werden. Durch eine geringere Anzahl von Batteriezellengruppen, die jedoch eine größere Länge aufweisen, kann dabei ein größerer Energieinhalt realisiert werden, insbesondere mit gleichzeitig verbesserter volumetrischer Ausnutzung, also höherer Energiedichte aufgrund der geringeren Anzahl von Batteriezellengruppen im Vergleich zur Verwendung einer größeren Anzahl kleinerer Batteriezellengruppen. Dies ermöglicht die Verwendung des bereits im Zusammenhang mit der Queranordnung der Batteriezellengruppen beschriebenen besonders einfachen Zellkontaktierungssystem auch bei der hier vorgeschlagenen Längsanordnung der Batteriezellengruppen.
Dies kann unterstützt werden durch eine Weiterbildung der vorliegenden Erfindung, bei der die Batteriezellengruppen serienverschaltet, also miteinander in Reihe geschaltet werden, sodass in Richtung der vorgegebenen Breite einander benachbarte Batteriezellengruppen einander entgegengesetzte Stromflussrichtungen entlang der Serienverschaltungen ihrer Batteriezellen aufweisen. Innerhalb einer Batteriezellengruppe können die seriellen Zellstränge also in der Längsrichtung erstreckt und in der Querrichtung parallel zueinander angeordnet sein. Mit anderen Worten können bei weiterhin gleicher fester Breite des Batteriepacks mehr Batteriezellengruppen bei weiterhin gleicher Nennspannung des Batteriepacks weniger Parallelverschaltungen in jeder Batteriezellengruppe und damit eine geringere Ausdehnung der Batteriezellengruppen in der Querrichtung bedeuten. Ebenso kann dann eine geringere Anzahl von Serienverschaltungen in jeder Batteriezellengruppe vorgesehen sein, um die größere Anzahl von seriell miteinander verschalten Batteriezellengruppen zum Aufrechterhalten der vorgegebenen Nennspannung des Batteriepacks zu kompensieren. Ebenso können die Batteriezellengruppen innerhalb einer bestimmten Variante des Batteriepacks voneinander unterschiedliche Anzahlen von Serienverschaltungen aufweisen bzw. in der Längsrichtung unterschiedlich lang sein. Dies kann - abhängig von der Nennspannung einer einzelnen Batteriezelle und der vorgegebenen Nennspannung des Batteriepacks - insbesondere bei ungerader Anzahl von Batteriezellengruppen der Fall sein. Damit können also auch ungerade Anzahlen von Batteriezellengruppen ohne Weiteres realisiert werden. Ebenso kann hier ein bestimmter vorgegebener Energieinhalt mit mehreren unterschiedlichen Subvarianten des Batteriepacks bzw. der entsprechenden auf den Energiegehalt bezogenen Varianten des Batteriepacks realisiert werden. Beispielsweise kann in einer ersten Subvariante der Batteriepack vier Batteriezellengruppen mit jeweils fünf parallelen Zellsträngen aus jeweils 50 serienverschalteten Batteriezellen, also 250 Batteriezellen pro Batteriezellengruppe und 1000 Batteriezellen insgesamt, aufweisen. In einer zweiten Subvariante kann der Batteriepack ebenfalls 1000 Batteriezellen aufweisen, die jedoch auf drei Batteriezellengruppen mit jeweils fünf parallelen Zellsträngen aus 65 serienverschalteten Batteriezellen in zwei Batteriezellengruppen und 70 serienverschalteten Batteriezellen in der dritten Batteriezellengruppe aufgeteilt sind. Durch derartige Subvarianten können beispielsweise unterschiedliche Kühlanforderungen berücksichtigt bzw. realisiert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Fahrzeugflotte, die wenigstens zwei Kraftfahrzeuge, insbesondere eine Vielzahl von Kraftfahrzeugen mit jeweils einem gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren bereitgestellten oder ausgelegten Batteriepack, insbesondere als jeweilige Traktionsbatterie, umfasst. Die wenigstens zwei Kraftfahrzeuge sind dabei mit Batteriepacks unterschiedlicher Varianten ausgestattet. Umfasst die Fahrzeugflotte mehr als zwei Kraftfahrzeuge können alle Kraftfahrzeuge mit unterschiedlichen Batteriepack-Varianten ausgestattet sein. Ebenso können dann aber mehrere Kraftfahrzeuge der Fahrzeugflotte mit Batteriepacks derselben Variante ausgestattet sein. Die Kraftfahrzeuge der erfindungsgemäßen Fahrzeugflotte können insbesondere jeweils das im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren genannte Kraftfahrzeug sein und dementsprechend einige oder alle der dort genannten Eigenschaften und/oder Merkmale aufweisen. Durch die erfindungsgemäße Fahrzeugflotte können auf besonders einfache und effiziente Weise unterschiedliche Bedarfe und Anforderungen, beispielsweise hinsichtlich Kosten, Leistung, Reichweite und/oder dergleichen mehr bedient werden.
Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung 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, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in:

1 eine schematische Darstellung zweier Varianten eines Batteriepacks mit Batteriezellengruppen in Queranordnung;
2 eine schematische Darstellung zweier Varianten eines Batteriepacks mit Batteriezellengruppen in Längsanordnung in einer ersten Variante;
3 eine schematische Darstellung zweier Varianten eines Batteriepacks mit Batteriezellengruppen in Längsanordnung in einer zweiten Variante; und
4 eine schematische Darstellung einer weiteren Varianten eines Batteriepacks mit Batteriezellengruppen in der Längsanordnung in der zweiten Variante.

In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Nachfolgend werden beispielhaft einige unterschiedliche Batteriepack-Varianten bzw. - Konfigurationen beschrieben, die eine besonders effiziente und kostengünstige Realisierung beispielsweise von Traktionsbatterien für unterschiedliche Kraftfahrzeuge oder unterschiedliche Modell- oder Ausstattungsvarianten von Kraftfahrzeugen ermöglichen. Dazu zeigt 1 einen Batteriepack 10 in einer ersten Variante 12 und in einer zweiten Variante 14 jeweils in einer ausschnittweisen schematischen Draufsicht. Zur Orientierung ist hier jeweils eine Querrichtung Y und eine Längsrichtung X angedeutet. In bestimmungsgemäßer Einbaulage des Batteriepacks 10 in einem Kraftfahrzeug kann die Querrichtung Y dessen Fahrzeugquerrichtung und die Längsrichtung X dessen Fahrzeuglängsrichtung entsprechen. Der Batteriepack 10 weist hier sowohl in der ersten Variante 12 als auch in der zweiten Variante 14 ein Batteriegehäuse auf, in dem mehrere Batteriezellengruppen 16 angeordnet sind. Vorliegend sind in beiden Varianten 12, 14 die gleiche Anzahl von Batteriezellengruppen 16, hier beispielhaft fünf Batteriezellengruppen 16, vorgesehen.
Die Batteriezellengruppen 16 umfassen jeweils eine Vielzahl von einzelnen Batteriezellen 18, die hier in der Querrichtung Y seriell und in der Längsrichtung X parallel miteinander verschaltet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind hier nur ausschnittweise einige wenige Batteriezellen 18 in einer der Batteriezellengruppen 16 dargestellt, und von diesen nur beispielhaft einige explizit gekennzeichnet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass in der Praxis die hier dargestellten Bereiche der Batteriezellengruppen 16 zumindest im Wesentlichen vollständig mit Batteriezellen 18 ausgefüllt sein können. Vorliegend handelt es sich bei den Batteriezellen 18 um aufrecht nebeneinander stehende zylindrische Zellen, die an ihrer hier dargestellten Oberseite elektrische Kontakte aufweisen. Ebenso kann jedoch die Verwendung anderer Arten oder Typen von Batteriezellen 18 möglich sein.
Zur Verdeutlichung der Verschaltung der Batteriezellen 18 ist hier beispielhaft eine Reihe von Parallelzellen 20 gekennzeichnet, die zueinander parallelverschaltet sind. Die einzelnen Parallelzellen 20 sind dabei in unterschiedliche serielle Zellstrenge innerhalb der jeweiligen Batteriezellengruppe 16 eingebunden. Diese seriellen Zellstränge verlaufen hier also zumindest im Wesentlichen senkrecht zu der Reihe der Parallelzellen 20, also im vorliegenden Beispiel in der Querrichtung Y.
Der Batteriepack 10 ist hier von außen jeweils über einen Eingangsanschluss 22 und einen Ausgangsanschluss 24 kontaktiert. Der Eingangsanschluss 22 und der Ausgangsanschluss 24 sind der Übersichtlichkeit halber hier nur für die erste Variante 12 dargestellt, können aber ebenso in der zweiten Variante 14 sowie in den in den übrigen Figuren dargestellten Ausgestaltungen des Batteriepacks 10 vorgesehen sein. Dies betrifft auch weitere Komponenten des Batteriepacks 10, die der Übersichtlichkeit halber nicht in allen Figuren dargestellt sind, aber in entsprechender Weise jeweils vorgesehen sein kann. Dies kann beispielsweise Anschlussleitungen und elektrische Verbindungen betreffen.
Vorliegend ist der Eingangsanschluss 22 beispielsweise über eine elektrische Eingangsleitung 26 an eine erste der Batteriezellengruppen 16 an deren einer Seite angeschlossen. Die Batteriezellengruppen 16 sind untereinander auf wechselweise in der Querrichtung Y einander gegenüberliegenden Seiten mittels jeweiliger Gruppenverbinder 28 elektrisch miteinander verbunden, sodass die Batteriezellengruppen 16 des Batteriepacks 10 insgesamt sämtlich in Reihe geschaltet sind. Eine der direkt mit der an den Eingangsanschluss 22 angeschlossenen Batteriezellengruppe 16 in der Längsrichtung X gegenüberliegende Batteriezellengruppe 16 ist hier über eine Ausgangsleitung 30 an den Ausgangsanschluss 24 angeschlossen.
Innerhalb der Batteriezellengruppen 16 sind die einzelnen Batteriezellen 18 durch ein Zellkontaktierungssystem 32 elektrisch miteinander verschaltet. Vorliegend ist das Zellkontaktierungssystem 32 mehrteilig ausgestaltet, wobei jeder Teil einen zumindest im Wesentlichen schlangenlinienförmigen Verlauf aufweist und sich primär in der Längsrichtung X erstreckt. In dieser Längsrichtung X verbindet jeder Teil des Zellkontaktierungssystem 32 jeweils die in einer Reihe angeordneten parallelverschalteten Batteriezellen 16, also beispielsweise die Parallelzellen 20 miteinander. Die serielle Verschaltung der Batteriezellen 18 wird in der Querrichtung Y durch die Vielzahl der Teile des Zellkontaktierungssystem 32 realisiert. In Richtung der Serienverschaltungen fließt ein entsprechender Serienstrom somit von einer der Batteriezellen 18 zur jeweils seriell nachgeschalteten der Batteriezellen 18 über genau einen Teil des Zellkontaktierungssystem 32.
Hier beispielhaft für eine der Batteriezellengruppen 16 ist an deren einer Seite am Ende der Teile des Zellkontaktierungssystems 32 eine Sensierungseinrichtung 50 elektrisch angebunden. Die Sensierungseinrichtung 50 kann beispielsweise mit einem Batteriemanagementsystem oder einem Steuergerät oder dergleichen verbunden sein.
Ein sich im Betrieb des Batteriepacks 10 damit einstellender serieller Strompfad 34, der schematisch eine primäre Fließrichtung des Serienstroms von Batteriezelle 18 zu Batteriezelle 18 innerhalb der Batteriezellengruppen 16 repräsentiert, ist hier durch entsprechende Pfeile in den Batteriezellengruppen 16 schematisch angedeutet. Durch die hier vorgesehene serielle Verschaltung der Batteriezellengruppen 16 miteinander ergeben sich somit einander entgegengesetzte Richtungen des seriellen Strompfad 34 in einander benachbarten Batteriezellengruppen 16.
Der Batteriepack 10 soll hier mit vorgegebener fester bereitete in der Querrichtung Y sowie fest vorgegebener Nennspannung in unterschiedlichen Varianten mit unterschiedlichem Gesamtenergiegehalt bereitgestellt werden. Dies wird vorliegend über die Anzahl von Parallelverschaltungen innerhalb der Batteriezellengruppen 16 realisiert. Beispielsweise sind vorliegend in der ersten Variante 12 sechs Parallelverschaltungen, also sechs parallele serielle Zellstränge innerhalb jeder Batteriezellengruppe 16 vorgesehen, während die zweite Zellvariante 14 lediglich fünf entsprechende Parallelverschaltungen aufweist. Damit ist die zweite Variante 14 also insgesamt kürzer in der Längsrichtung X, da sie eine geringere Gesamtanzahl von Batteriezellen 18 umfasst und somit einen geringeren Gesamtenergieinhalt aufweist. Da die einzelnen Batteriezellengruppen 16 sowohl in der ersten Variante 12 als auch in der zweiten Variante 14 jedoch die gleiche Anzahl von Serienverschaltungen aufweisen und in beiden Varianten 12, 14 die gleiche Anzahl von serienverschalteten Batteriezellengruppen 16 vorgesehen ist, stellen beide Varianten 12, 14 bei gleicher Breite Querrichtung Y die gleiche Nennspannung bereit.
Beispielsweise kann jede der Batteriezellengruppen 16 hier 40 Serienverschaltungen umfassen, also bei einer Zellspannung von 4 V also eine Nennspannung von 160 V Bereitstellen. Damit ergibt sich bei hier jeweils fünf Batteriezellengruppen 16 in beiden Varianten 12, 14 eine Nennspannung von 800 V für den Batteriepack 10. Mit anderen Worten weisen die Batteriezellengruppen 16 in der ersten Variante 12 als also beispielhaft eine 6P40S-Konfiguration und in der zweiten Variante 14 eine 5P40S-Konfiguration auf.
Der Batteriepack 10 weist in der ersten Variante 12 insgesamt also eine 6P200S-Konfiguration und in der zweiten Variante 14 eine 5P200S-Konfiguration auf. Ebenso sind weitere Varianten bzw. Konfigurationen des Batteriepacks 10, beispielsweise 4P200S oder 7P200S für einen geringeren bzw. größeren Energiegehalt möglich. Ebenso können weitere Varianten mit unterschiedlichen Anzahlen von Batteriezellengruppen 16 realisiert werden.
Im Folgenden sind weitere Ausgestaltungsmöglichkeiten des Batteriepacks 10 beschrieben. Der Übersichtlichkeit halber wird daher primär auf die Unterschiede, also jeweilige Besonderheiten der Ausgestaltungen eingegangen.
Während in 1 die Batteriezellengruppen 16 in einer Queranordnung angeordnet oder ausgerichtet sind, zeigt 2 den Batteriepack 10 in zwei Varianten mit einer Längsanordnung der Batteriezellengruppen 16. Konkret ist in 2 der Batteriepack 10 in einer dritten Variante 36 und einer vierten Variante 38 dargestellt. Hier sind innerhalb der Batteriezellengruppen 16 die Batteriezellen 18 zu mehreren Untergruppen 40 zusammengefasst.
Innerhalb der Untergruppen 40 erstrecken sich wie bereits im Zusammenhang mit 1 beschrieben die Parallelverschaltungen in der Längsrichtung X und die Serienverschaltungen in der Querrichtung Y. Hier sind jedoch innerhalb jeder Batteriezellengruppe 16 die einzelnen Untergruppen 40 zusätzlich in der Längsrichtung X seriell miteinander verschaltet. Dazu sind vorliegend jeweilige Untergruppenverbinder 42 vorgesehen, die sich in der Längsrichtung X erstrecken und jeweils zwei benachbarte Untergruppen 40 elektrisch miteinander verbinden. Damit ergibt sich innerhalb der Batteriezellengruppen 16 ein mäandernder serieller Strompfad 34.
In der dritten Variante 36 ist beispielhaft für die Untergruppen 40 eine 5P4S-Konfiguration dargestellt. Je nach Anzahl der Untergruppen 40 pro Batteriezellengruppe 16 ergibt sich für jede Batteriezellengruppe 16 aber eine entsprechend größere Anzahl von Serienverschaltungen.
In der hier dargestellten Längsanordnung der Batteriezellengruppen 16 wird der Energieinhalt für verschiedene Varianten des Batteriepacks 10 wie beschrieben ebenfalls über die Anzahl von Parallelverschaltungen skaliert. Zur Veranschaulichung ist hier in der vierten Variante 38 eine 7P4S-Konfiguration der Untergruppen 40 angedeutet. Dementsprechend können bei gleicher Anzahl von Untergruppen 40 in jeder der Batteriezellengruppen 16 diese in der vierten Variante 38 in der Längsrichtung X eine größere Ausdehnung aufweisen als in der dritten Variante 36.
In 3 ist schematisch eine Realisierungsmöglichkeit des Batteriepacks 10 mit einer alternativen Längsanordnung der Batteriezellengruppen 16 dargestellt. Konkret sind hier eine fünfte Variante 44 und eine sechste Variante 46 des Batteriepacks 10 mit unterschiedlichen Energieinhalten dargestellt. Anders als bei der in 2 dargestellten Längsanordnung erstrecken sich bei der in 3 dargestellten alternativen Längsanordnung die Parallelverschaltungen, also die Reihen von Parallelzellen 20, nicht in der Längsrichtung X, sondern in der Querrichtung Y. Dementsprechend erstrecken sich hier die Serienverschaltungen, also die seriellen Zellstränge in der Längsrichtung X. Damit würde sich bei einer größeren Länge der Batteriezellengruppen 16 in Längsrichtung X eine größere Anzahl von Serienverschaltungen und somit eine größere Nennspannung pro Batteriezellengruppe 16 ergeben. Um dies auszugleichen, also die vorgegebene einheitliche Nennspannung des Batteriepacks 10 für verschiedene Varianten mit der alternativen Längsanordnung beizubehalten, wird hier über die verschiedenen Varianten nicht nur in die Länge der Batteriezellengruppen 16 in der Längsrichtung X, also die Anzahl der Serienverschaltungen innerhalb der Batteriezellengruppen 16, sondern auch die Anzahl der Batteriezellengruppen 16 skaliert.
Zur Veranschaulichung weist der Batteriepack 10 in der fünften Variante 44 beispielsweise fünf Batteriezellengruppen 16 und in der sechsten Variante 46 nur vier Batteriezellengruppen 16 auf, die dort jedoch eine größere Länge in der Längsrichtung X aufweisen.
Beispielsweise können die Batteriezellengruppen 16 in der fünften Variante 44 jeweils eine 4P40S-Konfiguration und in der sechsten Variante 46 jeweils eine 5P50S-Konfiguration aufweisen. Damit ergibt sich für den Batteriepack 10 sowohl in der fünften Variante 44 als auch in der sechsten Variante 46 jeweils eine 200S-Konfiguration und damit die gleiche Nennspannung bei unterschiedlichen Energieinhalten.
Durch die hier vorgeschlagene Verschaltung der Batteriezellen 18 kann innerhalb der Batteriezellengruppen 16 ein linearer oder geradliniger serieller Strompfad 34 und damit eine besonders einfache Zellkontaktierung realisiert werden.
4 zeigt eine weitere Variante des Batteriepacks 10 mit der alternativen Längsanordnung der Batteriezellengruppen 16. In einer hier dargestellten siebten Variante 48 umfasst der Batteriepack 10 drei Batteriezellengruppen 16, die jeweils eine 5P-Konfiguration aufweisen. Um auch hier die gleiche Nennspannung des Batteriepacks 10 wie in der fünften Variante 44 und der sechsten Variante 46 zu realisieren, weisen die Batteriezellengruppen 16 in der siebten Variante 48 unterschiedliche Anzahlen von Serienverschaltungen, also auch entsprechend unterschiedliche Längen in der Längsrichtung X auf. Dies ist vorliegend dem Umstand geschuldet, dass die für die gewünschte 200S-Konfiguration des Batteriepacks 10 notwendigen insgesamt 200 in Serie zu verschaltenden Batteriezellen 18 nicht gleichmäßig auf drei Batteriezellengruppen 16 aufgeteilt werden können. Dementsprechend kann beispielsweise in der siebten Variante 48 für eine der Batteriezellengruppen 16 eine 70S-Konfiguration und für die beiden anderen Batteriezellengruppen jeweils eine 65S-Konfiguration vorgesehen sein.
Insgesamt zeigen die beschriebenen Beispiele wie ein einfaches, hinsichtlich des Energieinhalts skalierbares Batteriepack-Design realisiert werden kann.
Bezugszeichenliste

10: Batteriepack
12: erste Variante
14: zweite Variante
16: Batteriezellengruppen
18: Batteriezellen
20: Parallelzellen
22: Eingangsanschluss
24: Ausgangsanschluss
26: Eingangsleitung
28: Gruppenverbinder
30: Ausgangsleitung
32: Zellkontaktierungssystem
34: serieller Strompfad
36: dritte Variante
38: vierte Variante
40: Untergruppen
42: Untergruppenverbinder
44: fünfte Variante
46: sechste Variante
48: siebte Variante
50: Sensierungseinrichtung
X: Längsrichtung
Y: Querrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014215550 A1 [0003]
DE 102018109114 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Bereitstellen von mehreren, sich hinsichtlich ihres Energieinhalts voneinander unterscheidenden Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) eines Batteriepacks (10) mit einem Batteriegehäuse und einer Vielzahl von darin aufgenommenen Batteriezellen (18) für Kraftfahrzeuge, bei dem - eine gemeinsame feste Breite (Y) des Batteriegehäuses vorgegeben wird, die für alle Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) gleich ist, - eine gemeinsame Nennspannung vorgegeben wird, die für alle Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) zumindest im Wesentlichen gleich ist und durch Serienschaltung von zumindest im Wesentlichen der gleichen Anzahl von Batteriezellen (18) in allen Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) realisiert wird, - für die unterschiedlichen Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) in Abhängigkeit von dem jeweiligen vorgesehenen Energieinhalt eine jeweilige Anzahl von zum Einstellen dieses Energieinhaltes einzusetzenden Parallelverschaltungen (20) der Batteriezellen (18) bestimmt wird und die unterschiedlichen Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) je nach ihrem Energieinhalt mit dadurch entsprechend unterschiedlichen Längen (X) des Batteriegehäuses senkrecht zu der vorgegebenen festen Breite (Y) und/oder mit unterschiedlichen Freiräumen in Längsrichtung (X) innerhalb des Gehäuses bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriepacks (10) jeweils mehrere Batteriezellen (18) zu Gruppen (16, 40) mit durch ein Zellkontaktierungssystem (32) realisierten Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst werden, innerhalb derer im Betrieb des Batteriepacks (10) Strom in Richtung der Serienverschaltungen über das Zellkontaktierungssystem (32) jeweils direkt von einer Batteriezelle (18) zur nächsten Batteriezelle (18) transportiert wird, ohne Strom aus mehreren Batteriezellen (18 zu bündeln und anschließend wieder zu verteilen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriepacks (10) die Batteriezellen (18) zu Batteriezellengruppen (16) aus jeweils mehreren Batteriezellen (18) mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst werden, wobei in Richtung der vorgegebenen Breite (Y) genau eine Batteriezellengruppe (16), innerhalb derer jeweils alle in dieser Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen (18) serienverschaltet sind, und in der Längsrichtung (X) eine vorgegebene Anzahl von mehreren Batteriezellengruppen (16) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellengruppen (16) serienverschaltet werden, sodass in der Längsrichtung (X) einander benachbarte Batteriezellengruppen (16) einander entgegengesetzte Stromflussrichtungen (34) entlang der Serienverschaltungen ihrer Batteriezellen (18) aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriepacks (10) die Batteriezellen (18) zu Batteriezellengruppen (16) aus jeweils mehreren Batteriezellen (18) mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst werden, wobei in der Längsrichtung (X) genau eine Batteriezellengruppe (16) und in Richtung der vorgegebenen Breite (Y) eine vorgegebene Anzahl von mehreren Batteriezellengruppen (16) angeordnet werden und innerhalb jeder der Batteriezellengruppen (16) jeweils mehrere Untergruppen (40) aus jeweils mehreren Batteriezellen (18) mit Serien- und Parallelverschaltungen ausgebildet sind, wobei jeweils die Untergruppen (40) innerhalb einer Batteriezellengruppe (16) serienverschaltet werden.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellengruppen (16) serienverschaltet werden, wobei innerhalb jeder Batteriezellengruppe (16) deren Untergruppen (40) und in jeder Untergruppe (40) deren parallelverschaltete Batteriezellen (18, 20) in der Längsrichtung (X) hintereinander angeordnet werden, sodass sich im Betrieb des Batteriepacks (10) in benachbarten Batteriezellengruppen (16) in entgegengesetzte Richtungen mäandernde Strompfade (34) des entlang der Serienverschaltungen fließenden Stroms einstellen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine gemeinsame Anzahl von Batteriezellengruppen (16) vorgegeben wird, die für alle Varianten (12, 14; 36, 38) gleich ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Batteriepacks (10) die Batteriezellen (18) zu Batteriezellengruppen (16) aus jeweils mehreren Batteriezellen (18) mit Serien- und Parallelverschaltungen zusammengefasst werden, wobei in der Längsrichtung (X) genau eine Batteriezellengruppe (16), innerhalb derer jeweils alle in dieser Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen (18) serienverschaltet sind, und in Richtung der vorgegebenen Breite (Y) eine von dem Energiegehalt abhängige Anzahl von mehreren Batteriezellengruppen (16) angeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellengruppen (16) serienverschaltet werden, sodass in Richtung der vorgegebenen Breite (Y) einander benachbarte Batteriezellengruppen (16) einander entgegengesetzte Stromflussrichtungen (34) entlang der Serienverschaltungen ihrer Batteriezellen (18) aufweisen.
Fahrzeugflotte, umfassend wenigstens zwei Kraftfahrzeuge mit jeweils einem gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche bereitgestellten Batteriepack (10), insbesondere als jeweilige Traktionsbatterie (10), wobei die wenigstens zwei Kraftfahrzeuge mit Batteriepacks (10) unterschiedlicher Varianten (12, 14; 36, 38; 44, 46, 48) ausgestattet sind.