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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug.
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Stand der Technik
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Der Anteil von reinen Elektrofahrzeugen und Elektrohybridfahrzeugen, im Folgenden der Einfachheit halber als „Elektrofahrzeuge“ bezeichnet, wächst kontinuierlich an. Entsprechend wächst auch die Notwendigkeit, geeignete Batterien für die Speicherung elektrischer Energie, beispielsweise in der Form wiederaufladbarer Traktionsbatterien bereitzustellen. Batterien und Batteriemodule sind daher entsprechend Gegenstand der aktuellen Forschung und Entwicklung.
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Als Batteriezelle wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine elektrochemische Speicherzelle, vorzugsweise eine Sekundärzelle verstanden. Der Begriff „Zelle“ kann im Hinblick auf das physikalische Erscheinungsbild der Komponente als kleinste kontaktierbare Baueinheit verstanden werden. Demgegenüber wird unter einem Batteriemodul eine Baueinheit verstanden, welche eine Vielzahl von Batteriezellen zusammenfasst. Als Batterie wird entsprechend eine Baueinheit verstanden, die aus einem oder mehreren zusammengeschalteten Batteriemodulen aufgebaut ist. Derartige Batterien können ferner ein die Batteriemodule aufnehmendes Gehäuse, elektrische Verschaltungen sowie ein Batteriemanagementsystem umfassen. Eine solche Batterie ist vorzugsweise für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen, kann aber auch in anderen Fahrzeugen oder anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
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Im Stand der Technik werden die Batteriezellen meist in Baugruppen bestehend aus einer Vielzahl von Zellen, sog. „Batteriemodulen“ in der Batterie verbaut. Ein Batteriemodul umfasst meist einen Zellhalter, der eine Vielzahl an Batteriezellen aufnehmen kann. Beispielsweise sind wabenförmige oder becherförmige Zellhalter zur Befestigung von zylindrischen Zellen bekannt. In der Regel werden diese Batteriemodule fest mit einer tragenden Struktur, z.B. dem Batteriegehäuse oder einem Tragrahmen verschraubt.
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Zur Befestigung in Fahrzeugen, werden die Batteriemodule in Batteriegehäusen befestigt und diese mit dem Fahrzeugrahmen verbunden.
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Dazu ist ein Batteriegehäuse mit ausreichender Eigensteifigkeit und mit Anbindungspunkten zur Modulbefestigung notwendig. Neben der mechanischen Befestigung besteht die Schnittstelle Batteriemodul-Batteriegehäuse auch aus einer thermischen Anbindung des Batteriemoduls an ein Temperierelement, das meist unterhalb des Batteriemoduls liegt. Batteriegehäuse sind daher durch Streben verstärkt, um eine ausreichend hohe Stabilität der Batterie zu gewährleisten, um so einem Durchhängen der Temperierelemente entgegenzuwirken und um eine definierte Schnittstelle zwischen Batteriemodul und Temperierelement bereit zu stellen. Batterien im Stand der Technik zeigen Batteriegehäuse mit verstärkenden Streben, meist als Aluminium-Schweißkonstruktion ausgeführt, in die Batteriemodule eingeschraubt werden. Die Batteriemodule selbst leisten keinen nennenswerten Beitrag zur Gehäusesteifigkeit.
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Querstreben, die in das Batteriegehäuse integriert sind, erzeugen einen Abstand zwischen zwei Batteriemodulen. Mittels Stromschienen (englisch: „busbars“) werden Module über diesen Abstand hinweg elektrisch (in Serie) zusammengeschaltet. Die Stromschienen werden üblicherweise mittels Schrauben mit den Batteriemodulen verschraubt.
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Zur Erhöhung der strukturellen Stabilität des Fahrzeugs ist bekannt, dass der Bauraum, der für das Batteriepack zur Verfügung steht, auch durch eine oder mehrere Querstreben im Fahrzeugrahmen unterbrochen werden kann. Dann ist es erforderlich, dass die gesamte Batterie auf mehrere einzelne Batteriegehäuse mit jeweils einem oder mehreren Batteriemodulen aufgeteilt wird.
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Mit zusätzlichen Querstreben in Batteriegehäusen ist die Zusammenschaltung von Batteriemodulen aufwendig und kostspielig, denn die für die elektrische Verbindung verwendeten Bauteile sind meistens aus Kupfer, müssen elektrisch isolierend und zum Schutz von Berührung umhüllt sein. Ferner werden diese Bauteile über speziell beschichtete Schrauben angeschlossen, um den elektrischen Kontaktwiderstand gering zu halten.
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Die mechanischen Anbindungspunkte üblicher Batteriemodule an das Batteriegehäuse sind meist gleichmäßig über die ganze Gehäusefläche verteilt. Je weiter diese Anbindungspunkte entfernt liegen zu den Anbindungspunkten des Gehäuses an das Fahrzeug, umso steifer muss das Batteriegehäuse ausgeführt werden.
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Das Bereitstellen einer ausreichenden Gehäusesteifigkeit des Batteriegehäuses ist kostspielig, gewichtsintensiv und benötigt zusätzlichen Bauraum im Batteriegehäuse.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Batteriemodul zur Ausbildung einer Batterie anzugeben, vorzugsweise zum Aufbau einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen eines solchen Batteriemoduls bereitzustellen.
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Die Aufgabe wird durch ein Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, bevorzugt zum Aufbau einer Traktionsbatterie, mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
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Entsprechend wird ein Batteriemodul zur Aufnahme in einem Batteriegehäuse zum Aufbau einer Batterie, bevorzugt zum Aufbau einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei in einem Zellhalter gehaltene und einen Zellblock ausbildende Batteriezellen vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist mindestens eine Strebe vorgesehen, wobei die Strebe als strukturtragendes Bauteil, bevorzugt zum Aussteifen des Batteriegehäuses, ausgebildet ist.
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Dadurch, dass das Batteriemodul eine Strebe umfasst, kann ermöglicht werden, dass das Batteriemodul als strukturtragendes Bauteil eingesetzt oder verwendet werden kann. Im Gegensatz zu Batteriemodulen aus dem Stand der Technik kann das Batteriemodul auf diese Weise beispielsweise Querstreben in Batteriegehäusen ersetzen und damit überflüssig machen. Damit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass ein Batteriegehäuse kostengünstiger hergestellt werden kann, zum Beispiel kann statt einer Aluminiumschweißkonstruktion ein Stahlrahmen mit einem aus Kompositmaterial hergestellten Deckel und Boden verwendet werden.
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Weiterhin kann die Strebe ermöglichen, dass eine Kraftableitung aus dem Batteriemodul, das für einen Großteil der Masse einer Batterie verantwortlich ist, direkter oder direkt an das Fahrzeug erfolgt.
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Beispielsweise kann ermöglicht werden, dass eine Batterie mit dem vorgeschlagenen Batteriemodul Querkräfte des Fahrzeugs mittels der strukturtragenden Strebe aufnehmen kann. Beispielsweise kann dadurch auch ermöglicht werden, dass Querstreben im Fahrzeug eingespart werden können.
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Weiterhin kann ermöglicht werden, dass das Batteriemodul im „Batteriezelle zu Batterie“ -Ansatz (englisch: „Cell-to-Pack“) verwendet werden kann. Unter dem „Batteriezelle zu Batterie“ - Ansatz wird hier verstanden, dass beispielsweise die gesamte Batterie nur ein Batteriemodul aufweist.
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Bevorzugt umfasst die Strebe Anbindungspunkte zur Anbindung an das Batteriegehäuse, wobei die Anbindungspunkte bevorzugt als Gewindeeinsatz oder Gewindestift ausgeführt sind.
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Unter Anbindungspunkt wird hier verstanden, dass der Anbindungspunkt eine Position oder ein Element der Strebe ist, die/das für eine Anbindung an ein anderes Bauteil geeignet ist. In anderen Worten kann der Anbindungspunkt für eine Anbindung der Strebe an ein anderes Bauteil dienen, beispielsweise zur direkten Anbindung an ein Batteriegehäuse, eine Struktur des Fahrzeugs oder an eine weitere Strebe. Beispielsweise kann ein Anbindungspunkt eine Bohrung oder eine Bohrung mit Innengewinde sein, so dass über eine Schraube oder einen Gewindebolzen eine Anbindung an eine Struktur des Batteriegehäuses erreicht werden kann. Der Anbindungspunkt kann auch ein Überstand sein, der beispielsweise mit einem anderen Bauteil verschweißt werden kann. Ein Anbindungspunkt kann beispielsweise auch einen Gewindeeinsatz oder einen Gewindestift umfassen oder als Gewindeeinsatz oder Gewindestift ausgebildet sein. Ferner kann ein Anbindungspunkt eine Auflagefläche umfassen, die beispielsweise auf ein anzubindendes Bauteil aufgelegt werden kann, oder auf eine empfangende (gegengleiche) Auflage eines anzubindenden Bauteils aufgelegt werden kann.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können ein oder mehrere Anbindungspunkte an den Enden der Strebe angeordnet sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Anbindungspunkte mit den Batteriegehäuse-Seitenwänden verbunden werden können und auf diese Weise eine Anbindung erreichen. Damit kann beispielsweise ermöglicht werden, dass die Anbindungspunkte nahe an den Anbindungspunkten des Batteriegehäuses an das Fahrzeug angeordnet sind. Eine Krafteinleitung oder Kraftübertragung kann daher beispielsweise vereinfacht werden. In anderen Worten kann beispielsweise eine überproportionale Materialeinsparung beim Batteriegehäuse ermöglicht werden.
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Die Strebe kann aus einem elektrisch nicht-leitenden Material ausgebildet sein. Die Strebe kann aus einem hoch festen Material ausgebildet sein. Alternativ oder ergänzend kann die Strebe aus einem Metall mit einer elektrisch isolierenden Schicht ausgebildet sein. In anderen Worten kann die Strebe aus einem Metall vorgesehen sein und eine elektrisch isolierende Schicht umfassen. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Strebe in (direkter) räumlicher Nähe zu den unter Spannung stehenden Batteriezellen platziert werden kann. In anderen Worten kann der Abstand einer Strebe zu einer Batteriezelle verringert werden. Ferner kann beispielsweise ermöglicht werden, dass auf isolierende Maßnahmen, wie isolierende Batteriemodulseitenwände, zwischen Strebe und Batteriezellen verzichtet werden kann. Dadurch kann beispielsweise ferner ermöglicht werden, dass weniger Bauraum benötigt wird.
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Die Strebe erstreckt sich mittig durch den Zellblock hindurch, , vorzugsweise parallel zu einer längeren Kante des Zellblocks.
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Bevorzugt folgt die Strebe der Kontur der Batteriezellen des Zellblocks und ist bevorzugt mäanderförmig ausgebildet. Auf diese Weise wird eine besonders kompakte Anordnung von Batteriezellen und der Strebe ermöglicht, weil sich die Strebe quasi an die Batteriezellen schmiegt.
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Die Strebe kann zusätzlich mindestens eine Verstärkungsstrebe umfassen. Die mindestens eine Verstärkungsstrebe kann beispielsweise rechtwinklig zur Strebe angeordnet sein. Die Verstärkungsstrebe kann an der Strebe befestigt sein, beispielsweise mit Befestigungsmitteln, mit der Strebe stoffschlüssig verbunden sein, oder einstückig mit der Strebe vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst ein Modul mindestens eine Strebe. Dadurch kann ermöglicht werden, dass ein oberer Zellhalter beispielsweise keine Kraft ableiten muss. Damit kann der obere Zellhalter beispielsweise mehrteilig ausgeführt sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass ein Sub-Modul des mehrteiligen oberen Zellhalters für Batterien mit unterschiedlichen Kapazitäten genutzt werden kann, beispielsweise für Batterien mit einer Kapazität, die einer Teilung des mehrteiligen oberen Zellhalters entspricht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform kann der obere Zellhalter dreistückig ausgeführt sein. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass Werkzeugkosten verringert werden. Weiterhin kann ermöglicht werden, dass eine Energiedichte in KWh/I des Batteriemoduls erhöht werden kann. Ferner kann ermöglicht werden, dass nebeneinanderliegende Batteriemodule nur noch einen Luftspalt zum Toleranzausgleich aufweisen müssen.
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Bevorzugt umfasst die Strebe mindestens einen sich senkrecht zu einer durch den Zellblock ausgebildeten Ebene erstreckenden Kanal, vorzugsweise zur Befestigung eines Temperierelements, eines Zellhalters und/oder anderer Batteriemodulbauteile. Unter anderen Batteriemodulbauteilen wird hier beispielsweise eine Zellüberwachungselektronik (englisch: „Cell-Monitoring-Board“ (CMB)), eine Stromschiene, eine Batteriemodulabdeckung oder eine Lasche verstanden.
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Der mindestens eine Kanal kann dazu konfiguriert sein, eine elektrisch inerte Kühlflüssigkeit durchzuleiten. Bevorzugt kann der mindestens eine Kanal bei gestapelten Batteriemodulen, beispielsweise bei mehrstöckigen Batterien, eine inerte Kühlflüssigkeit leiten. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Kühlflüssigkeit über den mindestens einen Kanal geleitet werden und dann durch die Batteriezellen fließen kann. Der mindesten eine Kanal kann auch zur Hindurchführung eines mechanischen Befestigungselements genutzt werden, um entweder mehrere Stockwerke der Batterie miteinander zu verbinden oder zur Anbindung der Batterie an das Fahrzeug genutzt zu werden.
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Die Strebe ist so konfiguriert, dass sie mit einer weiteren Strebe, mit einer dafür konfigurierten Kontur an einer Oberseite und/oder Unterseite der Strebe, stapelbar ist, wobei die dafür konfigurierte Kontur gegengleich mit einer dafür konfigurierten Kontur einer Oberseite und/oder einer Unterseite der weiteren Strebe zusammenpassen Besonders bevorzugt ist die Strebe stapelbar mit gleichartigen Streben. Damit kann erreicht werden, dass mindestens zwei Batteriemodule einfach und konstruktiv sicher übereinander gestapelt werden können, indem die Streben miteinander verbunden werden. Besonders bevorzugt kann ein Batteriemodul, umfassend die (entsprechend konfigurierte) Strebe mit gleichartigen Batteriemodulen stapelbar sein.
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Die Konturen der gestapelten Batteriemodule können beispielsweise so konfiguriert sein, dass die Kontur einer Strebe eines ersten Batteriemoduls mit der Kontur einer Strebe eines zweiten Batteriemoduls ineinanderpassen. In anderen Worten sind die Konturen einer Oberseite und/oder einer Unterseite der Strebe eines Batteriemoduls konfiguriert, dass sie puzzleartig oder gegengleich mit den Konturen einer Oberseite und/oder einer Unterseite einer weiteren Strebe zusammenpassen, oder aneinander angelegt werden können. Die Konturen können an einem oberen und/oder einem unteren Ender des mindestens einen Kanals oder der mindestens einen Bohrung angeordnet sein oder integraler Teil des mindestens einen Kanals oder der mindestens einen Bohrung sein.
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Eine Kontur der Strebe, beispielsweise an einer Oberseite und/oder einer Unterseite der Strebe kann so konfiguriert sein, dass die Kontur (teilweise und/oder abschnittsweise) einen Teil einer Verbindung von einer ersten Strebe zu einer zweiten Strebe bildet, die auf die erste Strebe gestapelt wird. Die Kontur kann beispielsweise einen männlichen oder einen weiblichen Teil der Verbindung darstellen, wie beispielsweise Stecker (männlich) und Kupplungen oder Buchsen (weiblich) bei Steckverbindern. Eine Strebe kann an der Oberseite der Strebe eine Art einer Kontur aufweisen und auf der Unterseite die jeweils andere Art der Kontur aufweisen. In anderen Worten kann eine Strebe an einer Oberseite eine männliche Kontur und an einer Unterseite eine weibliche Kontur aufweisen oder vice versa.
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Konturen von Streben können so konfiguriert sein, dass die Konturen beim vertikalen Stapeln der die jeweiligen Streben umfassenden Batteriemodule, ineinanderpassen. Dadurch kann beispielsweise ermöglicht werden, dass Batteriemodule durch die Konturen formschlüssig gegeneinander gesichert sind. Weiterhin kann dadurch die Stabilität einer Batterie erhöht werden. Ferner kann ermöglicht werden, dass eine Stapelung von Batteriemodulen einfacher zu erreichen ist. Und es kann beispielsweise ermöglicht werden, dass eine Stabilität einer Batterie mit übereinander angeordneten Streben von gestapelten Batteriemodulen weiter erhöht werden kann.
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Eine Strebe kann asymmetrisch ausgebildet sein. Beispielsweise kann der mindestens eine Kanal in Bezug auf eine Seitenflächen der Strebe versetzt angeordnet sein. In anderen Worten kann der mindestens eine Kanal in Bezug auf eine Mittellinie der Strebe oder eine Strukturmitte versetzt angeordnet sein. Eine Strebe kann symmetrisch ausgebildet sein.
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Der Zellhalter kann einen oberen Zellhalter umfassen und eine Stromschiene zur elektrischen Kontaktierung von Batteriezellen umfassen.
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Die Stromschiene kann über einen Batteriemodulrand hinausragen, wodurch ein benachbartes Batteriemodul direkt und ohne zusätzliche Stromschiene elektrisch kontaktiert werden kann. In anderen Worten können die Batteriezellen von benachbarten Batteriemodulen über die Stromschiene elektrisch angebunden werden. Dadurch kann ermöglicht werden, dass eine elektrische Kontaktierung zwischen Batteriemodulen vereinfacht wird, beispielsweise müssen keine aufwändigen Busbars verwendet werden, sondern es können beispielsweise Stromschienen verwendet werden, die beispielsweise auch zur Kontaktierung der Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls zum Einsatz kommen.
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Weiterhin können zwei (erfindungsgemäße) Batteriemodule räumlich näher aneinander angeordnet werden. Durch die räumliche Nähe kann ermöglicht werden, dass eine elektrische Verbindung zwischen den beiden Batteriemodulen mittels ultraschallgeschweißter Stromschienen realisiert werden kann. Diese Verbindungen haben gegenüber geschraubten Busbars einen geringeren elektrischen Widerstand. Eine höhere Anzahl an ultraschallgeschweißten elektrischen Verbindungen und eventuell eine geringere Anzahl an geschraubten elektrischen Verbindungen kann den Vorteil haben, dass Qualitätssicherung vereinfacht und/oder eine Prozesssicherheit erhöht werden kann.
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Der Zellhalter kann einen unteren Zellhalter umfassen. Der untere Zellhalter kann zumindest teilweise aus Vergussmasse ausgebildet sein oder vollständig aus einer Vergussmasse bestehen.
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Der untere Zellhalter kann entsprechend in einem Gießprozess hergestellt werden. Mit anderen Worten kann der untere Zellhalter gegossen werden. Der untere Zellhalter kann vorzugsweise gegossen werden, wenn (mindestens) eine Strebe und die für das Batteriemodul benötigte Anzahl an Batteriezellen in einer Gusswanne eingebracht sind. Der untere Zellhalter kann gegossen werden, wenn (mindestens) eine Strebe und die für das Batteriemodul benötigte Anzahl an Batteriezellen und ein oberer Zellhalter in einer Gusswanne eingebracht sind. Dadurch können beispielsweise geringere Änderungskosten bei einer Anpassung der Batteriemodulgröße ermöglicht werden.
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Der obere Zellhalter kann Öffnungen umfassen, die für das Einfüllen einer Vergussmasse, vorzugsweise zum Herstellen eines unteren Zellhalters, konfiguriert sind. In anderen Worten kann der obere Zellhalter so konfiguriert sein, dass er eine Herstellung eines unteren Zellhalters umfassend (zumindest teilweise) Vergussmasse ermöglicht. Dadurch können beispielsweise geringere Änderungskosten bei einer Anpassung der Batteriemodulgröße ermöglicht werden. Ferner kann der obere Zellhalter weitere Öffnungen zum Aufnehmen korrespondierender Stifte der Strebe aufweisen. Dadurch wird eine zusätzliche Fixierung und bessere Positionierung des oberen Zellhalters erreicht.
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Die Strebe kann an einer Unterkante Laschen aufweisen. Die Laschen können beispielsweise eine Unterseite der Strebe vergrößern. Beispielsweise können die Laschen rechtwinklig abstehend zu einer Seitenfläche der Strebe vorgesehen sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass die Strebe eine stoffschlüssige Verbindung mit dem unteren Zellhalter eingeht, wenn dieser aus Vergussmasse besteht. Weiterhin wird so eine formschlüssige Verbindung hergestellt, wenn die Vergussmasse ausgehärtet ist.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls mit einer mittig angeordneten, strukturtragenden Strebe;
- 2 schematisch eine Explosionsansicht des Batteriemoduls aus 1 mit einer strukturtragenden Strebe;
- 3 schematisch eine Ansicht einer strukturtragenden Strebe;
- 4a schematisch eine Draufsicht zweier Batteriemodule, die mit einer Kontaktierungsleitung verbunden sind;
- 4b schematisch eine Draufsicht mehrerer Batteriemodule, die mit Kontaktierungsleitungen verbunden sind;
- 5 schematisch gestapelte Batteriemodule in einer perspektivischen Ansicht mit strukturtragenden Streben und Kanälen im Schnitt; und
- 6 schematisch gestapelte Batteriemodule mit strukturtragenden Streben und Kanälen im Schnitt.
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Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
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Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
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In 1 ist schematisch eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls 1 zum Aufbau einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, gezeigt.
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Das Batteriemodul 1 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 16, die in einem oberen Zellhalter 11 und in einem unteren Zellhalter 12 gehalten sind. Bei den Batteriezellen 16 handelt es sich im den gezeigten Ausführungsbeispiel um zylindrische Batteriezellen 16.
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Die Batteriezellen 16 bilden gemeinsam einen Zellblock 160 aus, der durch die jeweils am äußersten liegenden Batteriezellen 16 begrenzt ist. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel weist ist der Zellblock 160 in Draufsicht eine im Wesentlichen rechteckige Form auf.
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Auf dem oberen Zellhalter 11 sind Stromschienen 13 angeordnet, die die Batteriezelle 16 elektrisch kontaktieren. In der Darstellung der 1 ist vorne (an der kurzen Seite des Batteriemoduls 1) eine Zellüberwachungselektronik 17 (englisch: „Cell-Monitoring-Board“ (CMB)) schematisch dargestellt.
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Das Batteriemodul 1 umfasst weiterhin eine strukturtragende Strebe 2. Das Batteriemodul 1 kann mittels der strukturtragenden Strebe 2 an einem hier nicht gezeigten Batteriegehäuse befestigt werden und dabei externe Kräfte des Batteriegehäuses aufnehmen. Mit anderen Worten hat die strukturtragende Strebe 2 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel sowohl die Aufgabe, das Batteriemodul 1 in einem Batteriegehäuse zu befestigen, als auch das Batteriegehäuse selbst auszusteifen. Damit werden strukturelle Komponenten des Batteriegehäuses durch das Batteriemodul 1 und insbesondere die strukturtragende Strebe 2 ersetzt.
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In dem beispielhaften Ausführungsbeispiel der 1 ist die Strebe 2 mittig im Zellblock 160 und damit auch mittig im Batteriemodul 1 angeordnet. Damit teilt die Strebe 2 den Zellblock 160, so dass auf beiden Seiten der Strebe 2 bevorzugt die gleiche Anzahl an Batteriezellen 16 vorliegen. Die Form des Zellblocks 160 ist in dieser Ausführungsform auf beiden Seiten der Strebe 2 im Wesentlichen gleich.
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In dieser beispielhaften Darstellung sind Anbindungspunkte 3 nach vorne hin in der Figur oberhalb und unterhalb der Zellüberwachungselektronik 17 angeordnet, die hinteren Anbindungspunkte 3 der Strebe sind hier nicht sichtbar. Mittels der Anbindungspunkte 3 kann die strukturtragende Strebe 2 an dem Batteriegehäuse befestigt werden, so dass ihre strukturellen Funktionen zum Tragen kommen.
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Die in einem anderen Grauton abgehobene Stromschiene 13`, die mittig im Batteriemodul 1 angeordnet ist, verbindet Batteriezellen 16 auf der einen Seite der Strebe 2 mit den Batteriezellen 16 auf der anderen Seite der Strebe 2.
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Die Strebe 2 kann aus einem elektrisch nicht-leitenden Material hergestellt sein oder eine elektrische Isolationsschicht umfassen. Dadurch kann die Strebe 2 mit einem geringeren Abstand zu den Batteriezellen 16 angeordnet sein, oder auch direkt an diesen anliegen.
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Ferner sind beispielhaft Konturen 8 an der Strebe 2 gezeigt, die mit einem vertikalen Kanal 6 ausgeführt sind. Diese Strukturen werden zu 3 weiter beschrieben.
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In 2 ist eine Explosionszeichnung des in 1 dargestellten Batteriemoduls 1 gezeigt. Im hinteren Bereich der Darstellung der 2 sind die Batteriezellen 16 mit dem oberen Zellhalter 11 und den auf dem oberen Zellhalter 11 angeordneten Stromschienen 13 vom unteren Zellhalter 12 abgehoben. Im mittleren Bereich der Explosionszeichnung sind die Batteriezelle 16 im unteren Zellhalter 12 gelagert dargestellt und der obere Zellhalter 11 mit den jeweiligen Stromschienen 13 ist abgehoben dargestellt. Im vorderen Bereich der Explosionszeichnung sind der obere Zellhalter 11 und die Stromschienen 13 voneinander abgehoben dargestellt.
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Eine Zellüberwachungselektronik 17 ist nach vorne hin abgenommen dargestellt.
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Die strukturtragende Strebe 2 ist mittig im Batteriemodul 1 angeordnet und in der Explosionsdarstellung besonders gut zu erkennen. Die übereinander an der Strebe 2 angeordneten Anbindungspunkte 3 sind ebenfalls gut zu erkennen.
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Alternativ oder zusätzlich kann eine Strebe 2 an einer Seite des Zellblocks 160 angeordnet sein. Es können beispielsweise zwei Streben 2 parallel zu den längeren Seiten des Zellblocks 160und eine Strebe 2 mittig angeordnet sein.
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Der obere Zellhalter 11 ist in 2 dreiteilig ausgeführt dargestellt. Beispielsweise kann ein Teil des oberen Zellhalters 11 beispielsweise zum Aufbau von Batteriemodulen mit anderen Kapazitäten verwendet werden, beispielsweise wenn diese der Größe von einem oder zwei oberen Zellhaltern 11 entsprechen.
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Die Strebe 2 in der 2 weist beispielhaft in einer Kontur 8 jeweils einen vertikalen Kanal 6 auf, auf den weiter unten noch eingegangen wird.
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Auf der Oberseite der Strebe 2 sind ferner Stifte 19 zum Befestigen oder zumindest Ausrichten der oberen Zellhalter 11 dargestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die Oberseite einer Strebe 2 mindestens einen Stift 19 umfassen, der konfiguriert ist, einen oberen Zellhalter 11 zu positionieren, auszurichten oder zu befestigen. Ein oberer Zellhalter 11 kann dann beispielweise mindestens eine zu dem Stift 19 komplementäre Aufnahme aufweisen, zum Positionieren, Ausrichten oder Befestigen des oberen Zellhalters 11 an der Strebe 2.
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In 3 ist beispielhaft eine Strebe 2 für ein Batteriemodul 1 gezeigt. Die Strebe 2 weist Anbindungspunkte 3 an den jeweiligen Enden 5 der Strebe 2 auf.
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Eine Oberseite 9 der Strebe 2 zeigt hier Konturen 8, die beispielsweise so ausgelegt sein können, dass ein erstes Batteriemodul umfassend eine solche Strebe mit einem zweiten Batteriemodul, das ebenfalls eine solche Strebe umfasst, stapelbar ist. Mit anderen Worten können die Konturen 8 dann eine durchgehende Stapelkontur ausbilden (siehe auch 5 und 6). Die Konturen 8 der Strebe 2 weisen hier Kanäle 6 auf, die beispielsweise zur Befestigung der Strebe 2 mit dem oberen Zellhalter 11 und/oder dem unteren Zellhalter 12, einem horizontalen Temperierelement, und/oder anderen Bauteilen der Batterie dienen können, indem hier beispielsweise ein Verspannelement hindurchgeführt wird.
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Die Unterseite 10 der Strebe 2 kann beispielsweise mit einem Temperierelement 7 (siehe 6) eines Batteriegehäuses in Kontakt gebracht und/oder mit diesem verbunden werden.
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Die Strebe 2 weist ferner Laschen 15 auf, die mit einem unteren Zellhalter 12, der teilweise oder vollständig aus einer Vergussmasse besteht, einen Formschluss eingehen können, wenn die Vergussmasse ausgehärtet ist. Dazu kann beispielsweise die Strebe 2 mit Batteriezellen 16 in einer Gusswanne platziert werden und dann der untere Zellhalter 12 mit Vergussmasse gegossen werden.
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Weiterhin weist die Strebe 2 eine mäanderförmige Struktur auf, die sich entlang der direkt an der Strebe 2 anliegenden Batteriezellen 16 schlängelt.
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In der 4a ist schematisch eine Draufsicht zweier Batteriemodule 1, die mit Stromschienen 13 verbunden sind, gezeigt. Die Batteriemodule 1 umfassen Batteriezellen 16, die ebenfalls mit Stromschienen 13 elektrisch kontaktiert sind. Die beiden Batteriemodule 1 werden hier von jeweils einer Zellüberwachungselektronik 17 überwacht. Die Stromschiene 13, die die Batteriemodule 1 verbindet, ist hier in einem anderen Grauton von den restlichen Kontaktierungsleitungen 13 abgesetzt..
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In der 4b ist schematisch eine Draufsicht auf mehrere Batteriemodule 1, die mit Stromschienen 13' und Streben 2 verbunden sind, gezeigt. Die Batteriezellen 16 sind über Kontaktierungsleitungen 13 miteinander verbunden. Die in 4b gezeigten Öffnungen dienen zum Verbinden mit den in 3 abgebildeten korrespondierenden Stiften 19.
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Die 4a und 4b zeigen beispielhaft Öffnungen 14, die zum Einfüllen einer Vergussmasse oder zur Aufnahme und Befestigung eines Temperatursensors geeignet sind..
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In 5 sind schematisch gestapelte Batteriemodule 1 in einer perspektivischen Ansicht mit Streben 2 und Kanälen 6 im Schnitt gezeigt. Die obere Schicht und die untere Schicht besteht jeweils aus zwei Batteriemodulen 1, die jeweils mittig eine Strebe 2 aufweisen. Die in der Ansicht vorne dargestellten Batteriemodule 1 sind als durch die jeweilige mittig liegende Strebe 2 geschnitten dargestellt.
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Diese Streben 2 weisen Kanäle 6 auf, die gestapelt einen durchgängigen Kanal bilden, der vertikal die Kanäle 6 der jeweiligen Streben 2 der Batteriemodule verbindet. Die Kanäle 6 liegen seitlich versetzt zu einer Seitenfläche der Streben, die für die Aufnahme von Batteriezellen 16 konfiguriert sind. Dies ist erkennbar an den Schnittflächen der übereinander liegenden Streben 2. Die Konturen 8 der übereinanderliegenden Streben 2 sind ineinander eingepasst. In 5 sind weiterhin Anbindungspunkte 3 der Streben 2 dargestellt.
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Gemäß einer Ausführungsform können die Kanäle 6 auch als Leitung für eine Immersionskühlung konfiguriert sein oder genutzt werden. Beispielsweise kann elektrisch inerte Kühlflüssigkeit die Batteriezellen 16 der Batteriemodule umspülen, um diese zu kühlen. Die inerte Kühlflüssigkeit kann beispielsweise von einem Batteriemodul in das darüberliegende Batteriemodul durch die Kanäle 6 geleitet werden.
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In 6 ist eine Detailansicht der in 5 dargestellten Ansicht gezeigt und illustriert schematisch zwei gestapelte Batteriemodule 1 mit Streben 2 und Kanälen 6 im Schnitt. Ferner lässt sich der Formschluss der Streben 2 mit dem jeweiligen unteren Zellhalter 12 erkennen. Die Laschen 15 der Streben 2 sind in aus Vergussmasse hergestellte untere Zellhalter 12 eingebettet. Im linken Teil der Darstellung ist jeweils ein Kanal 6 der unteren Strebe 2 und der oben dargestellten Strebe 2 gezeigt. Die Streben 2 weisen ineinanderpassende Konturen 8 an den jeweiligen Enden der Kanäle 6 auf.
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Ferner sind Batteriemodulabdeckungen 18 dargestellt, die die jeweiligen Batteriemodule 1 abdecken.
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Weiterhin sind Temperierelemente 7 gezeigt, mittels derer die Batteriezellen 16 der Batteriemodule 1 temperiert werden können.
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Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
