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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
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Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
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Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. Batteriesystemen zusammengeschaltet.
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Beispielsweise offenbart die Druckschrift
EP 3 096 372 B1 ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl an zylindrischen Batteriezellen, welche in zwei Batterie-Speichermodulen angeordnet sind. Über eine Parallelschicht und Kontaktfedern sind die Batteriezellen eines jeweiligen Batterie-Speichermoduls elektrisch parallel miteinander verschaltet und sind die zwei Batterie-Speichermodule elektrisch seriell miteinander verschaltet.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass auf einfache und zuverlässige Weise eine erste Anzahl an Batteriezellen und eine zweite Anzahl an Batteriezellen elektrisch seriell miteinander verschaltet werden können, wobei die einzelnen Batteriezellen der ersten Anzahl an Batteriezellen und die einzelnen Batteriezellen der zweiten Anzahl an Batteriezellen elektrisch jeweils parallel miteinander verschaltet sein können.
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Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet. Die Batteriezellen weisen jeweils einen ersten Spannungsabgriff und einen zweiten Spannungsabgriff auf. Insbesondere ist der erste Spannungsabgriff ein negativer Spannungsabgriff und ist der zweite Spannungsabgriff ein positiver Spannungsabgriff.
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Weiterhin ist die Mehrzahl an Batteriezellen in einer ersten Anzahl an Batteriezellen und in einer zweiten Anzahl an Batteriezellen angeordnet.
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Das Batteriemodul weist ein erstes Aufnahmeelement auf, welches eine Mehrzahl an ersten Öffnungen aufweist. In den ersten Öffnungen ist jeweils eine Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen aufgenommen.
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Das Batteriemodul weist ein zweites Aufnahmeelement auf, welches eine Mehrzahl an zweiten Öffnungen aufweist. In den zweiten Öffnungen ist jeweils eine Batteriezelle der zweiten Anzahl an Batteriezellen aufgenommen.
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Zudem weist das Batteriemodul eine Parallelschicht auf. Die Parallelschicht ist dabei insbesondere aus einem elektrisch leitenden Werkstoff, wie beispielsweise einem metallischen Werkstoff umfassend bevorzugt Nickel, Aluminium oder Kupfer.
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Die Parallelschicht verschaltet die erste Anzahl an Batteriezellen und die zweite Anzahl an Batteriezellen jeweils elektrisch parallel miteinander.
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Dabei sind die ersten Spannungsabgriffe der ersten Anzahl an Batteriezellen jeweils elektrisch leitend mit der Parallelschicht verbunden. Weiterhin ist die Parallelschicht insbesondere stoffschlüssig mit dem ersten Aufnahmeelement verbunden.
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Dabei sind die zweiten Spannungsabgriffe der zweiten Anzahl an Batteriezellen jeweils elektrisch leitend mit der Parallelschicht verbunden. Weiterhin ist die Parallelschicht insbesondere stoffschlüssig mit dem zweiten Aufnahmeelement verbunden.
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Weiterhin ist die Parallelschicht zwischen dem ersten Aufnahmeelement und dem zweiten Aufnahmeelement angeordnet.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
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An dieser Stelle sei zunächst bemerkt, dass eine Parallelschicht sowohl als mechanisch starr ausgebildete Parallelplatte als auch als mechanisch flexibel ausgebildete Parallelfolie ausgebildet sein kann.
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Es ist zweckmäßig, wenn die Batteriezellen jeweils als zylindrische Batteriezellen ausgebildet sind. Zylindrische Batteriezellen können auch als Rundzellen bezeichnet sein und weisen im Wesentlichen eine zylindrische Mantelfläche mit einer kreisrunden Querschnittsfläche auf, welche an ihren beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils von einer kreisrunden Boden- bzw. Deckelfläche abgeschlossen sind. Besonders bevorzugt sind die zylindrischen Batteriezellen jeweils Rundzellen vom Typ 18650, welche einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm aufweisen. Besonders bevorzugt sind die zylindrischen Batteriezellen jeweils Rundzellen vom Typ 21700, welche einen Durchmesser von 21 mm und eine Höhe von 70 mm aufweisen. Insgesamt kann somit auf einfache Weise ein Batteriemodul mit einer seriellen und parallelen elektrischen Verschaltung einer Mehrzahl an solchen zylindrischen Batteriezellen zur Verfügung gestellt werden.
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Vorteilhafterweise sind die erste Anzahl an Batteriezellen und die zweite Anzahl an Batteriezellen gegenüberliegend angeordnet. Darunter soll verstanden sein, dass die einzelnen Batteriezellen jeweils eine Längsrichtung aufweisen und die Längsrichtungen derjenigen Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen und derjenigen Batteriezelle der zweiten Anzahl an Batteriezellen, welche elektrisch leitend seriell miteinander verbunden sind, identisch sind. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass jeweils eine Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen und eine Batteriezelle der zweiten Anzahl an Batteriezellen gegenüberliegend angeordnet sind.
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Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist jeweils ein Gehäuse einer Batteriezelle als erster Spannungsabgriff ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Gehäuse insbesondere als negativer Spannungsabgriff ausgebildet ist. Insbesondere sind dabei die Mantelfläche und die Bodenfläche einer zylindrischen Batteriezelle als erster Spannungsabgriff ausgebildet. Dies bietet insgesamt den Vorteil, dass eine elektrische Kontaktierung des ersten Spannungsabgriffs über das Gehäuse auf einfache Weise möglich ist. Beispielsweise kann durch eine Aufnahme einer Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen in einer der ersten Öffnungen des ersten Aufnahmeelements eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle bzw. der Mantelfläche und dem ersten Aufnahmeelement ausgebildet werden. Durch eine elektrisch leitende Verbindung des Aufnahmeelements mit der Parallelschicht kann auch der erste Spannungsabgriff elektrisch leitend mit der Parallelschicht verbunden sein. Weiterhin kann auch zuverlässig eine elektrisch leitende Verbindung zwischen der Bodenfläche und Parallelschicht ausgeführt werden. An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, dass beispielsweise der zweite Spannungsabgriff an einer Deckelfläche ausgebildet sein kann und gegen das übrige Gehäuse elektrisch isoliert ist.
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Bevorzugt ist es auch, wenn das Batteriemodul eine innerhalb der ersten Öffnung oder innerhalb der zweiten Öffnung angeordnete Isolation aufweist. Diese Isolation isoliert das Gehäuse der Batteriezelle innerhalb der ersten Öffnung bzw. innerhalb der zweiten Öffnung elektrisch gegenüber dem ersten Aufnahmeelement bzw. gegenüber dem zweiten Aufnahmeelement und dadurch möglicherweise auch gegenüber der Parallelschicht. Dadurch ist es möglich, eine zuverlässigere elektrische Verschaltung auszubilden.
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An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, dass es selbstverständlich möglich ist, den nicht innerhalb der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung angeordneten Bereich der Batteriezelle elektrisch zu isolieren, sodass eine Umströmung mit einem elektrisch leitenden Temperierfluid, wie beispielsweise Wasser, möglich wäre.
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Zweckmäßigerweise ist der erste Spannungsabgriff der Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen jeweils an einer Bodenfläche der Batteriezelle ausgebildet und ist der zweite Spannungsabgriff der Batteriezelle der zweiten Anzahl an Batteriezellen jeweils an einer Deckelfläche der Batteriezelle ausgebildet. Durch eine solche Ausbildung kann auf einfache Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle der ersten Anzahl an Batteriezellen und der Parallelschicht ausgebildet werden. Weiterhin kann durch eine solche Ausbildung auf einfache Weise eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem zweiten Spannungsabgriff der Batteriezelle der zweiten Anzahl an Batteriezellen und der Parallelschicht ausgebildet werden.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn das Batteriemodul eine Mehrzahl an Parallelschichten aufweist, welche elektrisch in Serie und/oder in Reihe miteinander geschaltet sind. Insbesondere weist ein solches Batteriemodul auch eine Mehrzahl an ersten Anzahlen an Batteriezellen und eine Mehrzahl an zweiten Anzahlen an Batteriezellen auf. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es durchaus möglich ist, dass die erste Anzahl an Batteriezellen, welche einer ersten Parallelschicht zugeordnet sind, gleichzeitig die zweite Anzahl an Batteriezellen, welche einer zweiten Parallelschicht zugeordnet sind, ausbildet.
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Dadurch ist es möglich, unterschiedliche Konfigurationen an Batteriemodulen zur Verfügung zu stellen.
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Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn das Batteriemodul zumindest eine Endplatte aufweist, welche eine erste Anzahl an Batteriezellen oder eine zweite Anzahl an Batteriezellen, die insbesondere elektrisch endständig angeordnet ist, elektrisch parallel miteinander verschaltet.
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Die Batteriezellen können bspw. mittels Reibschweißen oder Klebens in den jeweiligen Öffnungen aufgenommen werden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es zeigt:
- 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls schematisch in einer Schnittansicht von der Seite,
- 2 eine weitere Ausgangsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 schematisch in einer Schnittansicht von der Seite.
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Das Batteriemodul 1 weist eine Mehrzahl an Batteriezellen 2 auf, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen 20 ausgebildet sind.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 sind die Batteriezellen 2 dabei bevorzugt als zylindrische Batteriezellen 200 ausgebildet.
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Die Batteriezellen 2 weisen jeweils einen ersten Spannungsabgriff 31 und einen zweiten Spannungsabgriff 32 auf. Der erste Spannungsabgriff 31 ist dabei insbesondere ein negativer Spannungsabgriff. Der zweite Spannungsabgriff 32 ist dabei insbesondere ein positiver Spannungsabgriff. Bei der Ausführungsform gemäß 1 ist dabei jeweils ein Gehäuse 5 der Batteriezelle 2 und insbesondere der zylindrischen Batteriezelle 200 als erster Spannungsabgriff 31 ausgebildet.
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Die Mehrzahl an Batteriezellen 2 ist dabei in einer ersten Anzahl 21 an Batteriezellen 2 und in einer zweiten Anzahl 22 an Batteriezellen 2 angeordnet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass in der 1 jeweils zwei Batteriezellen 2 der ersten Anzahl 21 an Batteriezellen 2 und jeweils zwei Batteriezellen 2 der zweiten Anzahl 22 an Batteriezellen 2 gezeigt sind.
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Der erste Spannungsabgriff 31 der Batteriezelle 2 einer ersten Anzahl 21 an Batteriezellen 2 ist dabei jeweils an einer Bodenfläche 51 der Batteriezelle 2 ausgebildet.
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Der zweite Spannungsabgriff 32 der Batteriezelle 2 einer zweiten Anzahl 22 an Batteriezellen 2 ist dabei jeweils an einer Deckelfläche 52 der Batteriezelle 2 ausgebildet.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass der erste Spannungsabgriff 31 dabei von dem Gehäuse 5 ausgebildet ist. Insbesondere ist der erste Spannungsabgriff 31 dabei von einer Mantelfläche 53 und einer Bodenfläche 51 ausgebildet. Der zweite Spannungsabgriff 32 ist dabei gegenüber dem Gehäuse 5 elektrisch isoliert.
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Weiterhin weist das Batteriemodul 1 ein erstes Aufnahmeelement 61 auf, welches eine Mehrzahl an ersten Öffnungen 41 aufweist. In einer ersten Öffnung 41 ist dabei jeweils eine Batteriezelle 2 der ersten Anzahl 21 an Batteriezellen 2 aufgenommen.
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Weiterhin weist das Batteriemodul 1 ein zweites Aufnahmeelement 62 auf, welches eine Mehrzahl an zweiten Öffnungen 42 aufweist. In einer zweiten Öffnung 42 ist dabei jeweils eine Batteriezelle 2 der zweiten Anzahl 22 an Batteriezellen 2 aufgenommen.
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Ferner weist das Batteriemodul 1 eine Parallelschicht 7 auf.
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Dabei sind die ersten Spannungsabgriffe 31 jeweils elektrisch leitend mit der Parallelschicht 7 verbunden. Weiterhin ist die Parallelschicht 7 mit dem ersten Aufnahmeelement 61 verbunden, insbesondere ist diese Verbindung stoffschlüssig ausgebildet.
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Dabei sind die zweiten Spannungsabgriffe 32 jeweils elektrisch leitend mit der Parallelschicht 7 verbunden. Weiterhin ist die Parallelschicht 7 mit dem zweiten Aufnahmeelement 62 verbunden, insbesondere ist diese Verbindung stoffschlüssig ausgebildet.
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Weiterhin ist die Parallelschicht 7 zwischen dem ersten Aufnahmeelement 61 und dem zweiten Aufnahmeelement 62 angeordnet.
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Dadurch sind die ersten Spannungsabgriffe 31 elektrisch leitend mit der Parallelschicht 7 verbunden und die zweiten Spannungsabgriff 32 elektrisch leitend mit der Parallelschicht 7 verbunden. Weiterhin sind somit die jeweiligen ersten Spannungsabgriffe 31 und die jeweiligen zweiten Spannungsabgriffe 32 elektrisch seriell miteinander verbunden, wobei die einzelnen ersten Spannungsabgriffe 31 untereinander parallel miteinander verbunden sind und die einzelnen zweiten Spannungsabgriffe 32 untereinander elektrisch parallel miteinander verbunden sind.
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Die Parallelschicht 7 ist dabei aus einem elektrisch leitenden Werkstoff wie beispielsweise einem metallischen Werkstoff ausgebildet.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass in der 1 jeweils zwei erste Öffnungen 41 und zwei zweite Öffnungen 42 gezeigt sind.
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Zudem ist in 1 gezeigt, dass die ersten Öffnungen 41 und die zweiten Öffnungen 42 jeweils am Rand einen Grat 8 zu Erhöhung der Stabilität aufweisen können.
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Das Batteriemodul 1 weist innerhalb der ersten Öffnungen 41 oder innerhalb der zweiten Öffnungen 42 eine Isolation 6 auf. Die Isolation 6 isoliert dabei das Gehäuse 5 der Batteriezelle 2 innerhalb der ersten Öffnungen 41 bzw. innerhalb der zweiten Öffnungen 42 gegenüber der Parallelschicht 3 elektrisch.
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Aus der 1 ist auch zu erkennen, dass die erste Anzahl 21 an Batteriezellen 2 und die zweite Anzahl 22 an Batteriezellen 2 gegenüberliegend angeordnet sind.
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Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines weiteren Batteriemoduls 1.
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Das Batteriemodul 1 weist eine Mehrzahl an Parallelschichten 3 auf. Insbesondere weist das Batteriemodul 1 hierbei zwei Parallelschichten 3 auf. Jeder der Parallelschichten 3 ist dabei eine erste Anzahl 21 an Batteriezellen 2 und eine zweite Anzahl 22 an Batteriezellen 2 zugeordnet. In dieser Beziehung entspricht die in der 3 gezeigte Ausführungsform des Batteriemoduls 1 der in der 1 gezeigten Ausführungsform des Batteriemoduls 1.
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Aus der 3 ist zu erkennen, dass die mittleren Batteriezellen 2 die erste Anzahl 21 an Batteriezellen 2 der unteren Parallelschicht 3 sind und dass die mittleren Batteriezellen 2 zugleich die zweite Anzahl 22 an Batteriezellen 2 der oberen Parallelschicht 3 sind.
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An dieser Stelle sei angemerkt, dass von den ersten Anzahlen 21 an Batteriezellen 2 und von den zweiten Anzahlen 22 an Batteriezellen 2 jeweils nur eine der Batteriezellen 2 gezeigt ist.
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Zudem weist das Batteriemodul 1 Endplatten 9 auf, welche eine elektrisch endständig angeordnet erste Anzahl 21 an Batteriezellen 2 bzw. eine elektrisch endständig angeordnet zweite Anzahl 22 an Batteriezellen 2 elektrisch parallel miteinander verschaltet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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