DE102020200005A1

DE102020200005A1 - Batteriemodul sowie Traktionsbatterie für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102020200005A1
Application number: DE102020200005.0A
Authority: DE
Inventors: Volker Hohm; Helge Herten; Onur Misir; Frederic Weiß
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2020-01-02
Filing date: 2020-01-02
Publication date: 2021-07-08

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für eine Traktionsbatterie (4), in dessen Modulgehäuse (18) zwei Zellenpakete (20) in einer Modullängsrichtung (L) hintereinander angeordnet sind, wobei die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) der Zellenpakete (20) hinsichtlich der Modullängsrichtung (L) zwischen den beiden Zellenpaketen (20) angeordnet sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie (4) mit mindestens zwei solcher Batteriemodule (10) und ein Kraftfahrzeug (2) mit einer solchen Traktionsbatterie (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Modulgehäuse und mit zwei im Modulgehäuse angeordneten Zellenpaketen. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie mit mindestens zwei solcher Batteriemodule und ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie.
Ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug weist typischerweise eine Traktionsbatterie (Hochvolt, HV-Batterie) auf, welche einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs mit Energie versorgt. Dabei ist unter einem elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeug insbesondere ein Elektrofahrzeug, welches die zum Antrieb notwendige Energie lediglich in der Traktionsbatterie speichert (BEV, battery electric vehicle), ein Elektrofahrzeug mit einem Reichweitenverlängerer (REEV, range extended electric vehicle), ein Hybridfahrzeug (HEV, hybrid electric vehicle), ein Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV, plug-in hybrid electric vehicle) und/oder ein Brennstoffzellenfahrzeug (FCEV, fuel cell electric vehicle) zu verstehen, welches die mittels einer Brennstoffzelle erzeugte elektrische Energie in der Traktionsbatterie zwischenspeichert.
Eine solche Traktionsbatterie umfasst typischerweise eine Anzahl an miteinander verschalteten Batteriemodulen, welche wiederum eine Anzahl an miteinander verschalteten Batteriezellen aufweisen. Typischerweise sind die Batteriemodule dabei in einem auch als Batterietrog bezeichnetem Batteriegehäuse aufgenommen. Sofern die Batterie zur Montage in einem Nassbereich (Außenbereich) des Kraftfahrzeugs montiert ist, umschließt das Batteriegehäuse die Batteriemodule dabei fluiddicht und somit wasserdicht.
Des Weiteren weist eine solche Traktionsbatterie oftmals (Schutz-)Einrichtungen zum Schutz der im Batteriegehäuse angeordneten Batteriemodule bzw. der Batteriezellen vor einer Beschädigung auf. So sind die Versteifungselemente beispielsweise in das Batteriegehäuse, insbesondere in dessen Gehäuseboden und/oder in dessen Seitenwände, integriert. Alternativ hierzu sind die Versteifungselemente in den Gehäuseinnenraum zwischen die Batteriemodule eingebracht. Allenfalls soll mittels der Versteifungselemente eine Deformation des Batteriegehäuses zu den Batteriezellen hin und eine damit einhergehende Gefahr deren Beschädigung vermieden oder zumindest reduziert werden. Beispielsweise weist das Batteriegehäuse zusätzlich oder alternativ hierzu eine Deformationsstruktur auf, welche sich bei einem Aufprall bei einem Seitencrash deformiert und entsprechend Energie absorbiert. Weiterhin weist die Traktionsbatterie beispielsweise einen Unterbodenschutz (Pollerschutz) auf, anhand welchem eine Beschädigung der Batteriemodule vermieden ist. Für solche Schutzeinrichtungen ist entsprechend vergleichsweise viel Bauraum notwendig, der dann nicht für weitere Batteriezellen zur Verfügung steht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Batteriemodul sowie eine besonders geeignete Traktionsbatterie mit mindestens zwei solcher Batteriemodule anzugeben. Insbesondere soll dabei eine möglichst bauraumsparende Anordnung der Batteriezellen bzw. der Batteriemodule realisiert sein. Des Weiteren soll ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer solchen Traktionsbatterie angegeben werden.
Bezüglich des Batteriemoduls wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Traktionsbatterie wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 4 und bezüglich des Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des Anspruchs 15 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Batteriemodul sinngemäß auch für die Traktionsbatterie sowie für das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug und umgekehrt.
Das Batteriemodul ist für eine Traktionsbatterie, insbesondere eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, vorgesehen und eingerichtet. Geeigneter Weise werden die Batteriemodule zwischen Schwellern der Karosserie des Kraftfahrzeugs unterhalb eines Fahrgastraums montiert. Das Batteriemodul ist also zur Montage in einem Nassbereich des Kraftfahrzeugs, also in einem Außenbereich des Kraftfahrzeugs vorgesehen.
Das Batteriemodul weist ein Modulgehäuse auf, in welchem zwei Zellenpakete aufgenommen sind, welche jeweils mindestens zwei miteinander in Serie und/oder parallel zueinander verschaltete Batteriezellen aufweisen. Dabei sind die Zellenpakete in einer Modullängsrichtung hintereinander angeordnet. Die elektrischen Pole der Zellenpakete, welche Pole auch als Anschlüsse oder als Terminals bezeichnet werden, dienen insbesondere zum elektrischen Verbinden der Zellenpakete mit Zellenpaketen anderer Batteriemodule oder zum elektrischen Verbinden mit einem Lastausgang zum Anschließen eines (Hochvolt-)Verbrauchers.
Besonders vorteilhaft sind die elektrischen Pole der Zellenpakete hinsichtlich der Modullängsrichtung zwischen den beiden Zellenpaketen angeordnet. Die elektrischen Pole der Zellenpakete sind zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des Modulgehäuses angeordnet. Allenfalls überragen die elektrischen Pole die Zellenpakete nicht bezüglich einer Modulhochrichtung, welche im Montagezustand des Batteriemoduls am Kraftfahrzeug der Fahrzeughochrichtung entspricht. Somit sind die elektrischen Pole bezüglich der Modulhochrichtung vollständig zwischen einem oberen Ende der Zellenpakete und einem unteren Ende der Zellenpakete angeordnet.
Im Vergleich zu Batteriemodulen, bei welchen die elektrischen Pole außerhalb des Modulgehäuses angeordnet sind, ist aufgrund der Anordnung der elektrischen Pole zwischen den Zellenpaketen vorteilhaft eine - hinsichtlich der Modulhochrichtung, und somit im Montagezustand des Batteriemoduls am Kraftfahrzeug hinsichtlich der Fahrzeughochrichtung - vergleichsweise bauraumsparende Ausgestaltung der Batteriemodule realisiert.
Zum Schutz der Zellenpakete vor einer Beschädigung verlaufen Lastpfade bei einer Krafteinwirkung, beispielsweise infolge eines Unfalls (Crash), zweckmäßigerweise durch die Seitenwände des Batteriemoduls. Unter den Seitenwänden des Batteriemoduls sind dabei diejenigen des Modulgehäuses zu verstehen, welche senkrecht zu einer Modulquerrichtung angeordnet sind, also parallel zu einer mittels der Modulhochrichtung und der Modullängsrichtung aufgespannten Ebene orientiert sind. Hierzu weisen die Seitenwände eine entsprechend große Wandstärke auf. Insbesondere wird bei einem Seitenaufprall in Fahrzeugquerrichtung die Kraft über die Seitenwände in denjenigen Schweller eingeleitet, welcher der Aufprallseite gegenüberliegt. Die Batteriemodule werden aufgrund dessen auch als lasttragende Batteriemodule bezeichnet. Vorteilhafterweise ist somit kein zusätzliches Batteriegehäuse zur Aufnahme des Batteriemoduls und kein zusätzliches Versteifungs- oder Deformationselement zum notwendig. Der dem Batteriegehäuse bzw. dem Versteifungs- oder dem Deformationselement entsprechende Bauraum ist also eingespart.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist das das Modulgehäuse an dessen zueinander parallelen und einander gegenüberliegenden Seitenwänden Durchführungsöffnungen für ein Verbindungselement auf, wobei die Durchführungsöffnungen hinsichtlich der Modulquerrichtung miteinander fluchten. Das Verbindungselement dient dabei zum elektrischen und/oder mechanischen Verbinden der elektrischen Pole jeweils mit einem elektrischen Pol eines in Modulquerrichtung neben dem Batteriemodul angeordneten weiteren Batteriemoduls.
Im Zuge der Montage wird das Verbindungselement in Modulquerrichtung durch die Durchführungsöffnung in das Batteriemodul eingebracht und mit den elektrischen Polen elektrisch verbunden.
Zweckmäßigerweise ist das Modulgehäuse mit Ausnahme der Durchführungsöffnungen fluiddicht, so dass eine Beschädigung der Batteriezellen durch eine Flüssigkeit auch bei einer Montage des Batteriemoduls im Nassbereich vermieden ist.
Beispielsweise weist jedes der Zellenpakete einen Plus-Pol sowie einen Minus-Pol auf. Gemäß dieser Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Zellenpakete des Batteriemoduls jeweils in Serie mit einem jeweiligen Zellenpaket des in Modulquerrichtung neben dem (ersten) Batteriemodul angeordneten weiteren (zweiten) Batteriemoduls geschaltet werden. Hierbei wird der Plus-Pol eines ersten der Zellenpakete des ersten Batteriemoduls mit einem Minus-Pol eines ersten Zellenpakets des zweiten Batteriemoduls sowie ein Minus-Pol eines zweiten der Zellenpakete des ersten Batteriemoduls mit einem Plus-Pol eines zweiten Zellenpakets des zweiten Batteriemoduls elektrisch verbunden.
Vorzugsweise jedoch sind gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung die zwei Zellenpakete des Batteriemoduls modulgehäuseintern miteinander verschaltet. Insbesondere sind die beiden Zellenpakete in Serie miteinander verschaltet. Dabei weisen die beiden Zellenpakte einen gemeinsamen Plus-Pol und einen gemeinsamen Minus-Pol als die elektrischen Pole auf.
Vorteilhaft ist entsprechend des Verschaltens der Batteriemodule vergleichsweise einfach. Zudem weist das Batteriemodul in bauraumsparender Weise lediglich einen einzigen Plus-Pol und einen einzigen Minus-Pol auf.
Gemäß einer zweckmäßigen Weiterbildung weist eine Traktionsbatterie mindestens zwei Batteriemodule auf, welche gemäß einer der oben dargestellten Varianten ausgebildet sind. Dabei sind die beiden Batteriemodule in der Modulquerrichtung nebeneinander angeordnet und mittels des Verbindungselements elektrisch miteinander verbunden. Insbesondere fluchten dabei die Durchführungsöffnungen der nebeneinander angeordneten Batteriemodule miteinander hinsichtlich der Modulquerrichtung. Die mindestens zwei Batteriemodule weisen dabei eine gemeinsame Modulquerrichtung und eine gemeinsame Modullängsrichtung auf.
Das Verbindungselement wird in geeigneter Weise in die Durchgangsöffnungen eingebracht und erstreckt sich durch die mindestens zwei Batteriemodule. Alternativ hierzu wird das Verbindungselement mittels eines in Modulquerrichtung durch die Durchgangsöffnungen geführten Werkzeugs an den entsprechenden elektrischen Polen befestigt. Allenfalls ist das Verbindungselement dabei wieder lösbar mit den elektrischen Polen gefügt.
Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist zwischen den nebeneinander angeordneten Batteriemodulen jeweils ein Dichtungselement im Bereich der Durchführungsöffnungen angeordnet. Dieses dient dabei zum Schutz gegen ein Eindringen von Wasser in die Batteriemodule und/oder zum Schutz des Verbindungselements vor einem Kontakt mit Wasser. Beispielsweise ist das Dichtungselement als ein O-Ring ausgebildet.
Gemäß einer ersten Variante der Traktionsbatterie sind die elektrischen Pole vollständig innerhalb des Modulgehäuses angeordnet. Dabei weisen die elektrischen Pole jeweils eine sich in Modulquerrichtung erstreckende Durchführungen für das Verbindungselement auf. Dabei ist das Verbindungselement stabförmig ausgebildet und weist in dessen Längsrichtung alternierend angeordnete elektrisch leitende Abschnitte und elektrisch nicht leitende Abschnitte auf. Das Verbindungselement erstreckt sich dabei durch die mindestens zwei Batteriemodule, insbesondere durch deren Durchführungsöffnungen und durch die Durchführungen, wobei die Längsrichtung des Verbindungselements der Modulquerrichtung entspricht.
Ein Plus-Pol eines (ersten) der mindestens zwei Batteriemodule und ein Minus-pol eines weiteren (zweiten) der mindestens zwei Batteriemodule, welches Modulquerrichtung neben dem, also direkt benachbart zum, ersten Batteriemodul angeordnet ist, sind mittels einem der leitenden Abschnitte des Verbindungselements elektrisch miteinander verbunden.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der ersten Variante der Traktionsbatterie weist das Verbindungselement einen, besonders bevorzugt biegesteifen, Stab auf. Vorzugsweise ist dieser aus einem aus einem faserverstärktem Kunststoff oder alternativ aus einem Metall gebildet. Auf diese Weise ist eine Relativverschiebung der Batteriemodule, beispielsweise im Falle eines Seitencrashes, verhindert oder eine Gefahr dessen zumindest reduziert. Der biegesteife Stab ist dabei unter Bildung der nicht leitenden Abschnitte mit einer elektrisch nicht leitenden Schicht versehen. Mit anderen Worten ist der den Kern des Verbindungselements bildende biegesteife Stab entlang der gesamten Längsrichtung von der elektrischen nicht leitenden Schicht umfangsseitig umfasst. Sofern der Stab aus einem elektrisch nicht leitenden Material gebildet ist oder kein elektrisch leitendes Material enthält, sind die nicht leitenden Abschnitte mittels des biegesteifen Stabes gebildet. Eine zusätzliche elektrisch nicht leitende Schicht ist dann nicht weiter notwendig. Allenfalls ist die elektrisch nicht leitende Schicht bzw. der aus nicht leitendem Material gebildete Stab unter Bildung der elektrisch leitenden Abschnitte abschnittsweise mit einer elektrisch leitenden Schicht versehen. Dabei sind die mit der elektrisch leitenden Schicht versehenen Abschnitte bezüglich der Längsrichtung zueinander beabstandet angeordnet.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der ersten Variante der Traktionsbatterie weist das Verbindungselement, elektrisch nicht leitende Segmente, welche die nicht leitenden Abschnitte bilden, und elektrisch leitende Segmente auf, welche die leitenden Abschnitte bilden. Dabei sind die elektrisch leitleitenden Segmente und die elektrisch nicht leitenden Segmente in Längsrichtung des Verbindungselements alternierend hintereinander angeordnet und miteinander gefügt. Insbesondere sind die elektrisch nicht leitenden Segmente und die elektrisch leitenden Segmente jeweils zylinderförmig ausgebildet, wobei diese eine gemeinsame Zylinderachse aufweisen. Beispielsweise sind die elektrisch nicht leitenden Segmente aus einem Kunststoff und die elektrisch leitenden Segmente aus Kupfer gebildet.
Sowohl bei der ersten als auch bei der zweiten Ausgestaltung ist für jedes der Batteriemodule die Durchführung zumindest eines elektrischen Pols mit einem (Innen-)Gewinde versehen. Dabei weisen zumindest die leitenden Abschnitte, also die leitenden Segmente oder die leitende Schicht, jeweils ein hierzu korrespondierendes Gegengewinde auf. Folglich ist das stabförmige Verbindungselement in vergleichsweiser einfacher Weise in die elektrischen Pole einschraubbar.
Das Verbindungselement gemäß der ersten Ausgestaltung und der zweiten Ausgestaltung erfüllt mehrere Funktionen. Zum einen werden die Batteriemodule miteinander elektrisch verschaltet, zum anderen werden die Batteriemodule anhand des Verbindungselements gegeneinander verspannt. Zudem ist aufgrund des durch die Durchführungsöffnungen der Seitenwände der Modulgehäuse sowie durch die Durchführungen der elektrischen Pole geführten Verbindungselements eine Relativbewegung der Batteriemodule zueinander vermieden. Somit ist eine vergleichsweise sichere und zuverlässige Fügung der Batteriemodule realisiert.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der ersten und der zweiten Ausgestaltung der ersten Variante der Traktionsbatterie weist das stabförmige Verbindungselement einen hinsichtlich dessen Querschnitts zentralen und sich in dessen Längsrichtung erstreckenden ersten Kühlmittelkanal für ein Kühlmittel wie beispielsweise Wasser, Glykol oder CO₂ auf.
Auf diese Weise ist eine Übertragung von bei Betrieb der Traktionsbatterie erzeugter Wärme von den elektrischen Polen über die leitenden Abschnitte an das durch den Kühlmittelkanal fließende Kühlmedium ermöglicht. Zusammenfassend ist die Kühlung der elektrischen Pole in bauraumsparender Weise in das Verbindungselement integriert. Zur Bildung des Kühlmittelkanals ist - bei einer Ausbildung des Verbindungselements gemäß der ersten Ausgestaltung der ersten Variante - der biegesteife Stab hohlzylinderförmig bzw. - bei einer Ausbildung des Verbindungselements gemäß der zweiten Ausgestaltung der ersten Variante - jedes der elektrisch leitenden sowie der elektrisch nicht leitenden Segmente hohlzylinderförmig ausgebildet.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung weist das stabförmige Verbindungselement einen zum ersten Kühlmittelkanal konzentrisch verlaufenden und innerhalb des ersten Kühlmittelkanals angeordneten zweiten Kühlmittelkanal auf. Dabei sind der erste Kühlmittelkanal und der zweite Kühlmittelkanal in einem der beiden Endbereiche des Verbindungselements hinsichtlich dessen Längsrichtung, strömungstechnisch miteinander verbunden. Dabei wird der erste Kühlmittelkanal als ein Zulauf des Kühlmittels zu den leitenden Abschnitten und der zweite Kühlmittelkanal als ein Ablauf des Kühlmittels verwendet, oder umgekehrt.
Vorzugsweise ist eine den ersten Kühlmittelkanal und den zweiten Kühlmittelkanal trennende Wand mittels eines thermisch isolierenden Materials, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus einer Keramik, gebildet.
Gemäß einer zweiten Variante der Traktionsbatterie sind bei jedem der Batteriemodule die elektrischen Pole der Zellenpakete jeweils einer der Durchführungsöffnungen zugeordnet. Dabei sitzen die elektrischen Pole in der jeweils zugeordneten Durchführungsöffnung derart ein, dass diejenigen elektrischen Pole, welche in den Durchführungsöffnung einander zugewandter Seitenwände von nebeneinander angeordneten Batteriemodulen einsitzen, miteinander in Kontakt sind. Insbesondere liegen diese elektrischen Pole aneinander an oder sind anhand des Verbindungselements aufeinander gepresst und somit elektrisch miteinander verbunden.
Zusammenfassend ragen die elektrischen Pole durch die jeweilige Durchführungsöffnung hindurch, so dass die elektrischen in Modulquerrichtung über die jeweilige Seitenwand nach modulgehäuseaußen hinausragt. Dabei ragen die elektrischen Pole lediglich geringfügig über die jeweilige Seitenwand hinaus, so dass auch bei Verwendung eines Dichtungselements zwischen den Batteriemodulen ein (elektrischer) Kontakt der elektrischen Pole zuverlässig ist.
Zweckmäßigerweise ist weiterhin in jeder der Durchgangsöffnungen zwischen dem jeweiligen elektrischen Pol und der Seitenwand des Modulgehäuses ein (elektrisches) Isolationselement angeordnet. Mit anderen Worten ist der elektrische Pol in der mittels der jeweiligen Seitenwand aufgespannten Ebene umfangsseitig vom Isolationselement umfasst.
Gemäß einer dritten Variante der Traktionsbatterie ist das Verbindungselement als ein Schraubenelement ausgebildet. Dabei sind die elektrischen Pole entweder entsprechend der ersten Variante der Traktionsbatterie vollständig innerhalb des Modulgehäuses angeordnet oder ragen entsprechend der zweiten Variante der Traktionsbatterie durch die Durchführungsöffnungen hindurch. Allenfalls weisen die elektrischen Pole jeweils eine sich in Modulquerrichtung erstreckende Durchführung für das Verbindungselement auf. Dabei ist bei jedem der Batteriemodule die Durchführung zumindest einer deren elektrischen Pole mit einem (Innen-)Gewinde für das Schraubelement versehen. Beispielsweise weisen lediglich die Plus-Pole des jeweiligen Batteriemoduls das Gewinde auf. Hierbei erstreckt sich das (Innen-)Gewinde beispielswiese entlang der gesamten Durchführung. Alternativ weist der Pol einen Fortsatz mit dem Gewinde auf, wobei der Fortsatz nach Art einer Kontermutter wirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der dritten Variante der Traktionsbatterie ist zwischen den elektrischen Polen und/oder zwischen den Durchführungsöffnungen jedes der Batteriemodule eine sich in Modulquerrichtung erstreckende, und insbesondere hohlzylinderförmige, Führung für ein Montagewerkzeug, welches der Montage des Schraubelements an den elektrischen Polen dient, angeordnet. Das Führungselement ist dabei aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere Kunststoff gebildet. Mittels des Führungselements ist vorteilhaft ein Kurzschluss infolge eines Abrutschens des Werkzeugs oder eine Schrägstellung des Werkzeugs vermieden.
Zweckmäßigerweise ist das Schraubenelement zur Erleichterung der Montage das Schraubenelement bereits vormontiert, also in der Durchführung einer der elektrischen Pole der angeordnet, insbesondere eingesteckt oder eingeschraubt. Folglich ist zum miteinander Kontaktieren dieses elektrischen Pols mit einem elektrischen Pol des benachbarten Batteriemoduls das Schraubenelement mittels des Werkzeugs durch die Durchführungsöffnungen der Seitenwände zu führen und in den anderen Pol einzuschrauben.
Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung der dritten Variante der Traktionsbatterie sind die elektrischen Pole eines jeden Batteriemoduls in Modullängsrichtung und/oder in Modulhochrichtung zueinander versetzt angeordnet. Dabei sind für jeden der elektrischen Pole zwei in Modulquerrichtung miteinander und mit der Durchführung des jeweiligen elektrischen Pols fluchtende Durchführungsöffnungen in den Seitenwänden vorgesehen. Aufgrund der Versetzten Anordnung der Pole ist vorteilhaft auch ein nachträgliches einbringen des Schraubelements in die entsprechende Durchführung des jeweiligen elektrischen Pols vergleichsweise erleichtert, da dieser elektrische Pole nicht durch den anderen elektrischen Pol des Batteriemoduls in Modulquerrichtung verdeckt ist.
Gemäß einer vierten Variante der Traktionsbatterie ist das Verbindungselement flachstangenförmig ausgebildet. Das Verbindungselement wird hierbei auch als ein HV-Verbinder bezeichnet. Dieses weist in dessen Längsrichtung, also in Modulquerrichtung, abwechselnd elektrisch leitende Abschnitte und elektrisch nicht leitende Abschnitte auf. Dabei sind in analoger Weise zur ersten Variante der Traktionsbatterie die elektrischen Pole vollständig innerhalb des jeweiligen Modulgehäuses angeordnet und ein Plus-Pol eines ersten der mindestens zwei Batteriemodule und ein Minus-Pol eines zweiten der mindesten zwei Batteriemoduls, welches direkt benachbart zum ersten Batteriemodul angeordnet ist, mittels einem der leitenden Abschnitte elektrisch miteinander verbunden.
Weiterhin weisen die leitenden Abschnitte jeweils zwei sich in Modulhochrichtung erstreckende Durchführungen für jeweils ein, vorzugsweise als Schraube ausgebildetes, Befestigungselement auf. Mittels des Befestigungselements ist der entsprechende leitende Abschnitt am, insbesondere auf, dem jeweiligen elektrischen Pol befestigt. Hierzu weisen die elektrischen Pole jeweils eine zum Befestigungselement korrespondierende Gegenkontur, insbesondere ein Gewinde, auf. Somit werden der leitende Abschnitt und der jeweilige elektrische Pol in Kontakt gehalten und somit auch elektrisch kontaktiert.
Zusammenfassend wird der leitende Abschnitt des Verbindungselements am jeweiligen elektrischen Pol mittels des Befestigungselements befestigt. Dabei wird das jeweilige Befestigungselement im Zuge der Montage in Modulhochrichtung in die Durchführung des leitenden Abschnittes eingebracht.
Zusammenfassend liegen die mit der Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere darin, dass das Modulgehäuse lediglich wenige Öffnungen aufweist, welche vergleichsweise einfach abgedichtet werden können. Zudem weist eine Schraubverbindung zwischen dem jeweiligen elektrischen Pol und dem Verbindungselement einen vergleichsweise geringen Übergangswiderstand auf. Weiter vorteilhaft ist eine derartige Verbindung wieder lösbar, so dass eine Demontage und/oder eine Wartung der Traktionsbatterie vergleichsweise aufwandsarm sind. Besonders vorteilhaft ist zudem, dass mittels der Verbindungselemente sowohl eine elektrische Verbindung als auch eine Verspannung benachbarter Batteriemodule realisiert ist. Aufgrund der Verspannung ist ein weiteres miteinanderfügen der Batteriemodule nicht oder lediglich in vergleichsweise geringem Umfang notwendig.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung weist ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug eine Traktionsbatterie in einer der oben dargestellten Varianten auf. Insbesondere weist die Traktionsbatterie mindestens zwei Batteriemodule auf, die in Modulquerrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei die mindestens zwei Batteriemodule mittels eines Verbindungselements elektrisch miteinander verbunden sind. Weiterhin sind die elektrischen Pole der Zellenpakete zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, innerhalb des jeweiligen Modulgehäuses angeordnet und überragen die Zellenpakete nicht bezüglich Modulhochrichtung bzw. bezüglich der Fahrzeughochrichtung. Somit sind die elektrischen Pole in Modulhochrichtung vollständig zwischen einem oberen Ende der Zellenpakete und einem unteren Ende der Zellenpakete angeordnet.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 schematisch in einer Draufsicht ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug mit einer Traktionsbatterie mit Batteriemodulen, welche in einer Modullängsrichtung hintereinander angeordnete Zellenpakete aufweist, wobei die elektrischen Pole der Zellenpakete zwischen den Zellenpakete angeordnet sind, und wobei die Zellenpakete mittels eines in Modulquerrichtung durch die Batteriemodule verlaufenden Verbindungselements elektrisch miteinander verschaltet sind,
2a schematisch in einem Querschnitt eine erste Variante der Traktionsbatterie, gemäß bei welcher das Verbindungselement stangenförmig ausgebildet ist und sich durch die Batteriemodule erstreckt, wobei das Verbindungselement alternierend leitende und nicht leitende Abschnitte aufweist,
2b einen Querschnitt des Verbindungselements durch einen elektrisch leitenden Abschnitt gemäß der Schnittebene IIb der 2a,
2c einen Querschnitt des Verbindungselements durch einen elektrisch nicht leitenden Abschnitt gemäß der Schnittebene IIc der 2a,
3a schematisch eine alternative Ausgestaltung des Verbindungselements für die erste Variante der Traktionsbatterie gemäß der 2a,
3b einen Querschnitt des Verbindungselements durch einen elektrisch leitenden Abschnitt gemäß der Schnittebene IIIb der 3a,
3c einen Querschnitt des Verbindungselements durch einen elektrisch nicht leitenden Abschnitt gemäß der Schnittebene IIIc der 3a,
4 schematisch in einem Querschnitt eine zweite Variante der Traktionsbatterie, bei welcher die elektrischen Pole durch Durchführungsöffnungen der Seitenwände des jeweiligen Modulgehäuses ragen,
5 schematisch in einem Querschnitt eine dritte Variante der Traktionsbatterie, bei welcher das Verbindungselement als ein Schraubenelement ausgebildet ist, wobei die Plus-Pole der Batteriemodule eine Durchführung mit einem Gewinde für das Schraubenelement aufweisen,
6 schematisch in einem Querschnitt eine Alternative Ausgestaltung der dritten Variante der Traktionsbatterie, wobei die elektrischen Pole der Batteriemodule zueinander in Modulhochrichtung versetzt angeordnet sind,
7 schematisch in einem Querschnitt eine vierte Variante der Traktionsbatterie, bei welcher das Verbindungselement mittels von oben in das Modulgehäuse eingebrachten Schrauben auf den elektrischen Polen befestigt ist, und
8 schematisch in einem Querschnitt eine fünfte Variante der Traktionsbatterie, bei welcher jedes Zellenpaket einen Plus-Pol sowie einen Minus-Pol aufweist, wobei die Zellenpakete jeweils mit einem Zellenpaket eines benachbarten Batteriemoduls in Serie geschaltet sind.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
In der 1 ist ausschnittsweise ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug 2 dargestellt. Dieses weist eine Traktionsbatterie 4 auf, mittels welcher Verbraucher, insbesondere Hochvoltverbraucher mit elektrischer Energie versorgt werden. Beispielhaft ist in der 1 als Verbraucher ein mittels eines Wechselrichters 6 an die Traktionsbatterie 4 angeschlossener Elektromotor 8 dargestellt, welcher zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 2 dient.
Die Traktionsbatterie 4 weist mehrere Batteriemodule 10 auf, von denen hier und in den folgenden Figuren zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei dargestellt sind, nämlich ein erstes Batteriemodul 10 und ein zweites Batteriemodul 10. Die Batteriemodule 10 sind hinsichtlich einer Modulquerrichtung Q nebeneinander angeordnet.
Das erste und das zweite Batteriemodul 10 sind dabei mittels eines Verbindungselements 12 elektrisch miteinander verschaltet.
Die Traktionsbatterie 4 weist weiterhin ein Steuermodul 14 auf, mit welchem die miteinander verschalteten Batteriemodule 10 elektrisch verbunden sind. Dabei sind die Verbraucher an das Steuermodul 14 angeschlossen. Die Batteriemodule 10 sowie das Steuermodul 14 sind dabei in nicht näher dargestellter Weise an sich in Fahrzeuglängsrichtung X erstreckenden Schwellern 16 unterhalb eines Fahrgastraums im Nassbereich befestigt.
Jedes der Batteriemodule 10 weist ein Modulgehäuse 18 mit zwei darin aufgenommenen Zellenpaketen 20 auf. Dabei sind die beiden Zellenpakete 20 des jeweiligen Batteriemoduls 10 hinsichtlich einer Modullängsrichtung L hintereinander angeordnet. Die Zellenpakete 20 weisen elektrische Pole 22a, 22b, 22c und 22d als elektrische Anschlüsse auf. Bei jedem der Batteriemodule 10 sind dabei die elektrischen Pole 22a, 22b, 22c und 22d zwischen dessen Zellenpakete 20 angeordnet.
Gemäß den Ausführungsbeispielen der 1 bis 7 sind in jedem der Batteriemodule BM deren Zellenpakete 20 in nicht näher dargestellter Weise miteinander in Serie geschaltet. Die beiden Zellenpakete 20 des jeweiligen Batteriemoduls BM weisen daher ledig einen einzigen gemeinsamen Plus-Pol 22a bzw. 22c und einen einzigen gemeinsamen Minus-Pol 22b bzw. 22d auf.
Die Modulgehäuse 18 weisen an deren Seitenwänden 24 hinsichtlich der Modulquerrichtung Q miteinander fluchtende Durchführungsöffnungen 26 für das Verbindungselement 12 auf, vgl. 2a,3a, 4 bis 8. Dabei sind unter den Seitenwänden 24 diejenigen Wände des Modulgehäuses 18zu verstehen, welche senkrecht zur Modulquerrichtung Q, also parallel zu einer mittels der Modullängsrichtung L und der Fahrzeughochrichtung Z aufgespannten Ebene, orientiert sind.
Die Modullängsrichtung, die Modulquerrichtung und die Modulhochrichtung sind in einem nebenstehenden Richtungsdiagramm mit entsprechenden Pfeilen dargestellt und mit dem den Bezugszeichen L, Q bzw. H bezeichnet. Dabei entspricht die Modullängsrichtung L der Fahrzeugquerrichtung Y, die Modulhochrichtung H der Fahrzeughochrichtung Z und die Modulquerrichtung L der Fahrzeuglängsrichtung X.
Zwischen den nebeneinander angeordneten Batteriemodulen ist im Bereich der Durchführungsöffnungen 26 jeweils ein als O-Ring ausgebildetes Dichtungselement 28 angeordnet. Mittels diesem ist eine schlauchartige und fluiddichte Verbindung zwischen einander gegenüberliegenden Durchführungsöffnungen 26 und somit ein Schutz gegen ein Eindringen von Wasser in die Batteriemodule 10 und/oder ein Schutz des Verbindungselements 12 vor Kontakt mit Wasser realisiert, vgl. auch 2a, 3a, 4 bis 8.
In den 2a, 3a, 4 bis 8 ist eine Schnittdarstellung der Traktionsbatterie 4 gezeigt, wobei die Schnittebene durch die elektrischen Pole 22a bis 22d verläuft und parallel zu einer mittels der Modulhochrichtung H und der Modulquerrichtung Q aufgespannten Ebene orientiert ist. Wie in diesen Figuren zu erkennen ist, weisen die Modulgehäuse 18 der Batteriemodule 10 in Modulhochrichtung H übereinander angeordnete Kammern auf, wobei in der oberen Kammer 30 die Zellepakete 20 aufgenommen sind. Die Untere Kammer 32 bildet dabei einen Deformationsraum für den Fall einer Krafteinwirkung auf das jeweilige Batteriemodul 10 in Modulhochrichtung. Die untere Kammer dient also als ein Aufsetz- oder Pollerschutz.
Des Weiteren sind die Plus-Pole 22a, 22c und die Minus-Pole 22b, 22d bezüglich der Modulquerrichtung alternierend angeordnet. Folglich sind im Bereich der Durchgangsöffnungen der einander zugewandten Seitenwände 24 des ersten und des zweiten Batteriemoduls 10 der Plus-pol 22c und der Minuspol 22b angeordnet. In analoger weise gilt dies entsprechend für die nicht weiter dargestellten Batteriemodule 10.
Gemäß den Varianten der Traktionsbatterie 4 nach den 2a, 3a, 4 bis 6 und 8 weist jeder der elektrischen Pole 22a bis 22d eine sich in Modulquerrichtung Q erstreckende Durchführungen 34 auf, welche mit den Durchführungsöffnungen 26 der Seitenwände 24 hinsichtlich der Modulquerrichtung Q fluchtet. Bei den Varianten der Traktionsbatterie 4 gemäß den 2a, 3a und 8 weisen die Durchführungen 34 der elektrischen Pole 22a und 22c jeweils ein Gewinde auf, bei den Varianten der Traktionsbatterie 4 gemäß den 4 bis 6 weisen lediglich die elektrischen Pole 22a und 22c jeweils ein Gewinde auf.
Gemäß den Varianten der Traktionsbatterie 4 nach den 1, 2a, 3a, 5 bis 8 sind die elektrischen Pole 22a bis 22d vollständig innerhalb des jeweiligen Modulgehäuses 18 angeordnet. Zudem sind diese in Modullängsrichtung L vollständig von den Zellpaketen überdeckt. Mit anderen Worten ragen die elektrischen Pole 22a bis 22d in Modulquerrichtung Q oder in Modulhochrichtung H nicht über die Zellenpakete 20 hinaus.
Gemäß der in den 2a und 3a dargestellten Ausgestaltungen der ersten Variante der Traktionsbatterie 4 ist das Verbindungselement 12 stabförmig ausgebildet. In dessen Längsrichtung, also in Modulquerrichtung Q weist diese alternierend elektrisch leitende Abschnitte 36 und elektrisch nicht leitende Abschnitte 38 auf, wobei die elektrisch leitenden Abschnitte 36 mit einem Gewinde versehen sind, so dass einer der elektrisch leitenden Abschnitte 36 sowohl mit dem Plus-Pol 22c des zweiten Batteriemoduls 10 als auch mit dem Minus-Pol 22b des ersten Batteriemoduls 10 in gewindeeingriff steht. Zusammenfassend erstreckt sich das Verbindungselement 12 in Modulquerrichtung Q durch die Batteriemodule 10, wobei es durch die Durchführungsöffnungen 26 der Seitenwände 24 sowie durch die Durchführungen 34 der elektrischen Pole 22a bis 22d geführt ist. Die Zellenpakete 20 der Batteriemodule 10 sind auf diese Weise in Serie miteinander verschaltet.
Gemäß der in der 2a dargestellten Ausgestaltung der ersten Variante der Traktionsbatterie 4 ist das Verbindungselement 12 aus elektrisch nicht leitenden Segmenten 40 und aus elektrisch leitende Segmenten 42 gebildet ist, welche alternierend in Modulquerrichtung hintereinander angeordnet und miteinander gefügt sind. Hierzu weisen die beispielsweise aus Kupfer gebildeten leitenden Segmente 42 konsolenartige Fortsatz 44 in deren Längsrichtung auf. Unter Bildung des Verbindungselements 12 werden die nicht leitenden Segmente 40 an die leitenden Segmente 42 angebracht, beispielsweise im Zuge eines Spritz-Guss-Verfahrens angespritzt, wobei anhand der konsolenartigen Fortsätze 44 jeweils ein Formschluss zwischen den leitenden Segmenten 42 und den nichtleitenden Segmenten 40 gebildet ist.
In der 2b und in der 2c sind Querschnitte des Verbindungselements 12 gemäß der in der 2a gezeigten Schnittebenen IIb bzw. Ilc dargestellt. Also ist in der 2b ein Querschnitt durch eines der (elektrisch) leitenden Segmente 42, welches einen der elektrisch leitenden Abschnitte 36 bildet, und in der 2c ein Querschnitt durch eines der (elektrisch) nicht leitenden Segmente 40, welches einen der elektrisch nicht leitenden Abschnitte 38 bildet, gezeigt.
Die Segmente 40 und 42 weisen einen hohlzylindrischen Segmentkörper 46 bzw. 48 auf. Der Segmentkörper 48 des, insbesondere aus Kupfer gebildeten, leitenden Segments 42 ist außenumfangsseitig mit einem Gewinde 50 versehen.
Weiterhin weisen die Segmentkörper 46 und 48 hinsichtlich deren Querschnitt einen zentralen und sich in dessen Längsrichtung, also in Modulquerrichtung erstreckenden ersten Kühlmittelkanal 52 sowie einen konzentrisch zu diesem und innerhalb diesen angeordneten zweiten Kühlmittelkanal 54 auf. In nicht weiter dargestellter Weise sind der erste Kühlmittelkanal 52 und der zweite Kühlmittelkanal 54 in einem der beiden Endbereiche (hinsichtlich dessen Längsrichtung) des Verbindungselements, strömungstechnisch miteinander verbunden, so dass ein Kühlmedium in Strömungsrichtung durch den ersten Kühlmittelkanal 52 und anschließend durch den zweiten Kühlmittelkanal 54 oder umgekehrt, also in Strömungsrichtung durch den zweiten Kühlmittelkanal 54 und anschließend durch den ersten Kühlmittelkanal 52 strömen kann.
Ein durch die Kühlmittelkanäle strömendes Kühlmittel (Kühlmedium) transportiert bei Betrieb der Traktionsbatterie erzeugten Wärme ab, welche von den elektrischen Polen 22a bis 22d über die leitenden Segmente 42 an das Kühlmittels übertragen wurde. Zusammenfassend ist die Kühlung der elektrischen Pole 22a bis 22d in das Verbindungselement 12 integriert.
Des Weiteren ist eine (Trenn-)Wand 56 zwischen dem ersten Kühlmittelkanal 52 und dem zweiten Kühlmittelkanal 54 aus einem thermisch isolierenden Material, insbesondere aus einem faserverstärkten Kunststoff oder aus einer Keramik, gebildet.
Gemäß einer nicht weiter dargestellten Alternative weisen die Segmente 40 und 42 lediglich den ersten Kühlmittelkanal 52 auf.
In der 3a ist eine alternative Ausgestaltung des Verbindungselements 12 gezeigt. Dieses weist ebenfalls in Modulquerrichtung Q alternierend elektrisch leitende Abschnitte 36 und elektrisch nicht leitende Abschnitte 38 auf. In den 3b und 3c ist ein Querschnitt des Verbindungselements 12 durch einen der leitenden Abschnitte 36 gemäß der Schnittebene Illb bzw. ein Querschnitt des Verbindungselements 12 durch einen der nicht leitenden Abschnitte 38 gemäß der Schnittebene IIIc dargestellt.
Das Verbindungselement weist einen als Metallstab 58 ausgebildeten biegesteifen Stab auf, welcher den Kern des Verbindungselements 12 bildet. Auf diesem ist eine elektrisch nicht leitende Schicht 60 aus Kunststoff aufgebracht. Weiterhin ist auf die elektrisch nicht leitende Schicht 60 abschnittsweise mit einer elektrisch leitenden Schicht 62 mit einem Gewinde 50 aufgebracht, wobei die Abschnitte der leitenden Schicht 62 in Modulquerrichtung Q zueinander beabstandet sind. Die elektrisch leitende Schicht 62 bildet dabei die elektrisch leitenden Abschnitte 36 und weist ein Gewinde auf. Die elektrisch nicht leitenden Abschnitt 38 sind mittels derjenigen Abschnitte der elektrisch nicht leitenden Schicht 60 gebildet, auf welche die elektrisch leitende Schicht 62 nicht aufgebracht ist.
Gemäß einer nicht weiter dargestellten Ausführung weist das Verbindungselement gemäß der 3a bis 3c einen ersten und einen zweiten Kühlmittelkanal 52 und 54 in analoger Wese zum Verbindungselement 12 der 2a bis 2c auf.
In der 4 ist eine zweite Variante der Traktionsbatterie 4 dargestellt. Demnach sitzen die elektrischen Pole 22a bis 22d jeweils in einer der Durchführungsöffnungen 36 ein. Dabei ragen die elektrischen Pole 22a bis 22d durch die jeweilige Durchführungsöffnung 26 in Modulquerrichtung Q hindurch. Auf diese Weise sind die elektrischen Pole 22b und 22c, welche in den Durchführungsöffnung 26 einander zugewandter Seitenwände 24 der Batteriemodule10 einsitzen, miteinander in Kontakt und liegen aneinander an. Somit sind diese elektrisch miteinander verbunden.
Weiterhin ist in jeder der Durchgangsöffnungen 24 zwischen dem jeweiligen elektrischen Pol 22a bis 22d und der Seitenwand 24 ein elektrisches Isolationselement 64 angeordnet. Mit anderen Worten ist der elektrische Pol in der mittels der jeweiligen Seitenwand 24 aufgespannten Ebene umfangsseitig vom Isolationselement 64 umfasst.
Gemäß einer nicht weiter dargestellten alternative ist das Verbindungselement 12 als eine elektrisch nicht leitende Gewindestange ausgebildet, welche in die Durchführungen 34 der elektrischen Pole 22a bis 22d eingeschraubt ist. Die elektrischen Pole 22b und 22c sind dabei entsprechend der 4 in Kontakt miteinander, wobei die Gewindestange lediglich eine mechanische Verbindung zwischen den Batteriemodulen 10 herstellt.
In der 5 ist eine dritte Variante der Traktionsbatterie 4 dargestellt. Demnach ist das Verbindungselement 12 als Schraubenelemente 66 ausgebildet. Die elektrischen Pole 22a bis 22d weisen jeweils die sich in Modulquerrichtung Q erstreckende Durchführung 34 für das Verbindungselement auf, wobei die Durchführungen der elektrischen Pole 22a und 22c ein (Innen-) Gewinde aufweisen.
Weiterhin ist zwischen den elektrischen Polen 22a und 22b sowie zwischen den elektrischen Polen 22c und 22d der Batteriemodule 10 jeweils eine sich in Modulquerrichtung Q erstreckende und insbesondere hohlzylinderförmige Führung 68 für ein Montagewerkzeug 70 angeordnet. Die Führung 68 fluchtet mit den Durchführungen 34 der elektrischen Pole 22a bis 22d, so dass das Montagewerkzeug durch die Durchführungen 34 der elektrischen Pole 22a und 22c geführt werden kann. Dabei sind die Schraubenelemente 66 bereits vormontiert, nämlich in den elektrischen Polen 22b und 22d eingesteckt, so dass im Zuge der Montage lediglich die Schraubenelemente 66 mittels des Montagewerkzeugs 70 in die elektrischen Pole 22a und 22c eingeschraubt werden.
6 zeigt eine alternative Ausgestaltung der dritten Variante der Traktionsbatterie 4. Hierbei sind die elektrischen Pole 22a und 22b bzw. 22c und 22c des jeweiligen Batteriemoduls 10 in Modulhochrichtung H zueinander versetzt angeordnet. Für der elektrischen Pole 22a bis 22d sind dabei zwei in Modulquerrichtung Q miteinander und mit der Durchführungen 34 des jeweiligen elektrischen Pols 22a bis 22d fluchtende Durchführungsöffnungen 36 in die Seitenwände 24 eingebracht. Dabei sind der Plus-Pol 22c und der Minus-Pol des benachbarten Batteriemoduls auf gleicher Höhe angeordnet, so dass diese mittels des Verbindungselements 12 verbunden sind.
In 7 ist eine vierte Variante der Traktionsbatterie 4 gezeigt. Hierbei ist das Verbindungselement 12 flachstangenförmig ausgebildet und weist hinsichtlich der Modulquerrichtung q alternierend elektrisch leitende Abschnitte 36 und elektrisch nicht leitende Abschnitte 38 auf.
Hierbei weisen die leitenden Abschnitte 36 jeweils zwei sich in Modulhochrichtung H erstreckende Durchführungen 72 für jeweils ein als Schraube ausgebildetes Befestigungselement 74 auf. Des Weiteren umfassen die elektrischen Pole 22a bis 22d jeweils eine sich ebenfalls in Modulhochrichtung H erstreckende Schraubaufnahme 76 mit einem Gewinde, wobei die Schraubaufnahmen 76 mit den Durchführungen 72 in Modulhochrichtung H fluchten.
Im Zuge der Montage wird das jeweilige Befestigungselement 36 durch eine jeweilige Montageöffnung 78 im Gehäusedeckel 80 entgegen der Modulhochrichtung H durch die Durchführung 72 des leitenden Abschnittes 36 geführt und mit dem jeweiligen elektrischen Pol 22a bis 22d verschraubt. Dabei sind der Plus-Pol 22c des zweiten Batteriemoduls 10 und der Minus-Pol 22b des ersten Batteriemoduls 10 mittels einem der leitenden Abschnitte 36 elektrisch miteinander verbunden. Zusammenfassend ist mittels der Befestigungselemente 74 der jeweilige leitende Abschnitt 36 am entsprechenden elektrischen Pol 22a bis 22d befestigt.
In der 8 ist eine fünfte Variante der Traktionsbatterie 4 dargestellt. Hierbei weist im Vergleich zu den voranstehend dargestellten Varianten jedes der Zellenpakete 20 einen Plus-Pol 22a, 22c, 22e, 22g sowie einen Minus-Pol 22b, 22d, 22f, 22h auf. Dabei sind in den Batteriemodulen 10 jeweils der Plus-Pol und der Minus-Pol des einen (des ersten) Zellenpakets 20 in Modulhochrichtung über dem Minus-Pol bzw. dem Minus-Pol des anderen (des zweiten) Zellenpakets 20 angeordnet.
Das erste Zellenpaket 20 des ersten Batteriemoduls 10 und das erste Zellenpaket 20 des zweiten Batteriemoduls 10 sind in Serie zueinander geschaltet. Zudem sind das zweite Zellenpaket 20 des ersten Batteriemoduls 10 und das erste Zellenpaket 20 des zweiten Batteriemoduls 10 in Serie geschaltet. Hierzu weist die Traktionsbatterie 4 zwei Verbindungselemente 12 auf welche die elektrischen Pole in analoger Weise zu den Ausführungen der 2a miteinander verbinden. Also sind die elektrischen Pole 22c und 22d sowie die elektrischen Pole 22f und 22g mittels des jeweiligen Verbindungselements 12 miteinander verbunden.
Gemäß nicht dargestellten Ausgestaltungen fünfter Variante erfolgt das Verbinden der elektrischen Pole in analoger Weise zu den Ausführungen der 3a oder der 5.
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug
4: Traktionsbatterie
6: Wechselrichter
8: Elektromotor
10: Batteriemodul
12: Verbindungselement
14: Steuermodul
16: Schweller
18: Modulgehäuse
20: Zellenpaket
22a - 22h: elektrischer Pol eines Zellenpakets
24: Seitenwand
26: Durchführungsöffnung einer Seitenwand
28: Dichtungselement
30: obere Kammer
32: untere Kammer
34: Durchführung eines elektrischen Pols
36: leitender Abschnitt
38: nicht leitender Abschnitt
40: elektrisch nicht leitendes Segment
42: elektrisch leitendes Segment
44: Fortsatz
46: Segmentkörper des leitenden Segments
48: Segmentkörper des nicht leitenden Segments
50: Gewinde
52: erster Kühlmittelkanal
54: zweiter Kühlmittelkanal
56: Trennwand
58: biegesteifer Stab/Metallstab
60: elektrisch nicht leitende Schicht
62: elektrisch leitende Schicht
64: Isolationselement
66: Schraubenelement
68: Führung
70: Montagewerkzeug
72: Durchführung des Verbindungselements
74: Befestigungselement
76: Schraubaufnahme
78: Montageöffnung
80: Gehäusedeckel
L: Modullängsrichtung
Q: Modulquerrichtung
H: Modulhochrichtung
X: Fahrzeuglängsrichtung
Y: Fahrzeugquerrichtung
Z: Fahrzeughochrichtung

Claims

Batteriemodul (10) für eine Traktionsbatterie (4), in dessen Modulgehäuse (18) zwei Zellenpakete (20) in einer Modullängsrichtung (L) hintereinander angeordnet sind, wobei elektrische Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) der Zellenpakete (20) hinsichtlich der Modullängsrichtung (L) zwischen den beiden Zellenpaketen (20) angeordnet sind.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (18) an zueinander parallelen Seitenwänden (24) hinsichtlich einer Modulquerrichtung (Q) miteinander fluchtende Durchführungsöffnungen (26) für ein Verbindungselement (12) aufweist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Zellenpakete (20) modulgehäuseintern miteinander verschaltet sind, wobei die beiden Zellenpakte (20) einen gemeinsamen Plus-Pol und einen gemeinsamen Minus-Pol als die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d) aufweisen.
Traktionsbatterie (4) mit mindestens zwei Batteriemodulen (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die mindestens zwei Batteriemodule (10) in der Modulquerrichtung (Q) nebeneinander angeordnet sind, und wobei die mindestens zwei Batteriemodule (10) mittels eines Verbindungselements (12) elektrisch miteinander verbunden sind.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass die elektrischen Pole vollständig innerhalb des Modulgehäuses (18) angeordnet sind und sich in Modulquerrichtung (Q) erstreckende Durchführungen (34) für das Verbindungselement (12) aufweisen, - wobei Verbindungselement (12) stabförmig ausgebildet ist und in dessen Längsrichtung abwechselnd elektrisch leitende Abschnitte (36) und elektrisch nicht leitende Abschnitte (38) aufweist, und - wobei ein Plus-Pol eines ersten der Batteriemodule (BB) und ein Minus-Pol eines zweiten Batteriemoduls (10), welches neben dem ersten Batteriemodul (10) angeordnet ist, mittels einem der leitenden Abschnitte (36) elektrisch miteinander verbunden sind.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, - dass das Verbindungselement (12) einen biegesteifen Stab (58) aufweist, wobei dieser zur Bildung der nicht leitenden Abschnitte (38) mit einer elektrisch nicht leitenden Schicht (60) versehen ist, und wobei die elektrisch nicht leitende Schicht (60) unter Bildung der elektrisch leitenden Abschnitte (36) abschnittsweise mit einer elektrisch leitenden Schichten(ISCH) versehen ist, oder - dass das Verbindungselement (12) elektrisch nicht leitende Segmente (40) und elektrisch leitende Segmente (42) aufweist, wobei die nicht leitenden Segmente (40) in Längsrichtung des Verbindungselements (12) alternierend mit elektrisch leitenden Segmenten (42) angeordnet und mit diesen gefügt sind, - wobei die elektrisch leitenden Segmente (42) oder die elektrisch leitende Schicht (62) ein Gewinde zum Fügen mit einem entsprechenden Gewinde der Durchführungen (34) der elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) aufweisen.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Verbindungselement (12) einen hinsichtlich dessen Querschnitts zentralen ersten Kühlmittelkanal (52) für ein Kühlmittel aufweist.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das stabförmige Verbindungselement (12) einen zum ersten Kühlmittelkanal (52) konzentrisch verlaufenden zweiten Kühlmittelkanal (54) aufweist, wobei der erste Kühlmittelkanal (52) und der zweite Kühlmittelkanal (54) in einem der beiden Endbereiche des Verbindungselements (12) strömungstechnisch miteinander verbunden sind.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem der Batteriemodule (10) die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) der Zellenpakete (20) in der jeweils zugeordneten Durchführungsöffnung (26) derart einsitzen, dass diejenigen elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h), welche in den Durchführungsöffnungen (26) einander zugewandten Seitenwände (24) von nebeneinander angeordneten Batteriemodulen (10) einsitzen, miteinander in Kontakt sind.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 4 oder nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, - dass die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) jeweils eine sich in Modulquerrichtung (Q) erstreckende Durchführung (34) für das Verbindungselement (12) aufweist, - wobei bei jedem der Batteriemodule (10) die Durchführung (34) zumindest einer dessen elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) mit einem Gewinde versehen ist, und - wobei das Verbindungselement (12) als ein Schraubelement mit einem zum Gewinde der Durchführungen korrespondierenden Gegengewinde ausgebildet ist.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den elektrischen Polen (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) und/oder zwischen den Durchführungsöffnungen (26) jedes der Batteriemodule (10) eine Führung (68) für ein Montagewerkzeug angeordnet ist.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) eines jeden Batteriemoduls (10) in Modullängsrichtung (L) und/oder in Modulhochrichtung (H) zueinander versetzt angeordnet sind.
Traktionsbatterie (4) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, - dass das Verbindungselement (12) flachstangenförmig ausgebildet ist und in dessen Längsrichtung abwechselnd elektrisch leitende Abschnitte (36) und elektrisch nicht leitende Abschnitte (38) aufweist, wobei ein Plus-Pol eines ersten der mindestens zwei Batteriemodule (10) und ein Minus-Pol eines zweiten der mindestens zwei Batteriemodule (10), welches neben dem ersten der Batteriemodule (10) angeordnet ist, mittels einem der leitenden Abschnitte (36) elektrisch miteinander verbunden sind, - wobei die leitenden Abschnitte (36) jeweils zwei sich in Modulhochrichtung (H) erstreckende Durchführungen (34) für jeweils ein Befestigungselement (74) aufweisen, mittels welchen der entsprechende leitende Abschnitt (36) am jeweiligen elektrischen Pol (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) befestigt ist, und - wobei die elektrischen Pole (22a,22b,22c,22d,22e,22f,22g,22h) jeweils eine zum Befestigungselement (74) korrespondierende Gegenkontur aufweisen.
Traktionsbatterie (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schutz gegen ein Eindringen von Wasser in die Batteriemodule (10) und/oder zum Schutz des Verbindungselements (12) vor einem Kontakt mit Wasser zwischen nebeneinander angeordneten Batteriemodulen (10) jeweils ein Dichtungselement (28) im Bereich der Durchführungsöffnungen (26) angeordnet ist.
Elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug (2) mit einer Traktionsbatterie (4) nach einem der Ansprüche 4 bis 14.