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Die Erfindung betrifft eine elektrische Batterie sowie ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug mit rein elektrischem Antrieb.
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Seit geraumer Zeit werden elektrische Batterien für Kraftfahrzeuge modul-artig mit mehreren Batteriezellen-Modulen realisiert, die in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sind. Die einzelnen Batteriezellen-Module werden dabei elektrisch in Reihe oder parallel geschaltet und mittels einer elektrischen Stromführung elektrisch nach außen geführt, sodass die Batteriezellen-Module außerhalb des Batteriezellengehäuses mit einem elektrischen Verbraucher - im Falle eines Elektrofahrzeugs mit einem elektrischen Antrieb - verbunden und diesen mit der in den Batteriezellen-Modulen gespeicherten elektrischen Energie versorgen können.
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Als problematisch erweist dabei oftmals die Ausgestaltung und auch die Montage besagter elektrischer Stromführung im Zuge des Zusammenbaus der elektrischen Batterie.
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, bei der Entwicklung von elektrischen Batterien mit mehreren elektrischen Batterie-Modulen und mit elektrischer Stromführung, mittels welcher die einzelnen elektrischen Batteriezellenmodule elektrisch aus dem Gehäuseinnenraum heraus geführt werden, neue Wege aufzuzeigen. Insbesondere soll eine elektrische Batterie mit elektrischer Stromführung geschaffen werden, die einfach zu montieren ist und dennoch hohe Sicherheitsanforderungen erfüllt, was insbesondere bedeutet, dass stromführende Teile der Stromführung, die außerhalb des Batteriegehäuses angeordnet sind, nicht freiliegen dürfen.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Grundidee der Erfindung ist demnach, eine elektrische Stromführung zum Versorgen von in einem Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellenmodul mittels zweier elektrischer Stromschienen zu realisieren, die teilweise außen am Batteriegehäuse angeordnet sind.
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Erfindungswesentlich ist dabei eine separat zum Batteriegehäuse ausgebildete und an diesem befestigbare Abdeckung aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff umfasst, welche in einem am Batteriegehäuse montierten Zustand die beiden elektrischen Stromschienen außerhalb des Batteriegehäuses abdeckt.
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Die separat zum Batteriegehäuse ausgebildete Abdeckung erlaubt es, eine Erste der beiden Stromschienen zunächst an den bereits im Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen-Modulen vorzumontieren, um diese elektrisch in Reihe oder parallel zu schalten, und eine Zweite der Stromschienen, die typischerweise die Funktion einer elektrischen Masseleitung übernimmt, zunächst an der Abdeckung anzubringen. Erst danach wird die Abdeckung mit der zweiten Stromschiene als Baueinheit am Batteriegehäuse montiert.
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Nach der Montage der Abdeckung mit der zweiten Stromschiene am Batteriegehäuse deckt die Abdeckung auch erste Stromschiene mit ab, sodass die elektrisch leitenden Stromschienen vollständig abgedeckt sind und nicht freiliegen. Im Ergebnis ist somit eine einfache Montage der elektrischen Stromschienen am Batteriegehäuse möglich.
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Eine erfindungsgemäße elektrische Batterie umfasst ein Batteriegehäuse aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, das einen Gehäuseinnenraum teilweise umgibt und wenigstens eine, vorzugsweise mehrere, Gehäuseöffnung(en), aufweist, wobei jede Gehäuseöffnung mittels einer Platte, insbesondere einer Kühlplatte, oder mittels eines einfachen Abschlussdeckels verschlossen ist. Wenn als Kühlplatte ausgebildet, so kann in dieser optional ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Kühlmittelpfad ausgebildet sein, der sich von einem Pfadeinlass zu einem Pfadauslass erstreckt. Ferner umfasst die Batteriezelle wenigstens ein im Gehäuseinnenraum angeordnetes Batteriezellen-Modul zum Speichern von elektrischer Energie. Bevorzugt können im Gehäuseinnenraum zwei oder mehrere solche Batteriezellen-Module angeordnet sein. Dabei ist jedes vorhandene Batteriezellen-Modul thermisch mit einer der Platte gekoppelt. Zweckmäßig kann für jedes im Gehäuseinnenraum angeordnete Batteriezellen-Modul eine Platte zum Kühlen des Batteriezellen-Moduls und eine Gehäuseöffnung, über welche das Batteriezellen-Modul in den Gehäuseinnenraum eingebracht werden kann, vorgesehen sein. Dabei umfasst jedes vorhandene Batteriezellen-Modul einen elektrischen Plus-Anschluss und einen elektrischen Minus-Anschluss.
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Die Batterie umfasst ferner eine elektrische Stromführung zum Versorgen der im Gehäuseinnenraum angeordneten Batteriezellen-Module mit elektrischer Energie bzw. zum Bereitstellen der in den Batteriezellen-Modulen gespeicherten Energie. Die elektrische Stromführung umfasst eine erste elektrische Stromschiene und eine zweite elektrische Stromschiene, jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, die beide außen am Batteriegehäuse angeordnet sind. Die erste Stromschiene wiederum umfasst mehrere Schienenelemente, mittels welcher jeweils ein Plus-Anschluss und ein Minus-Anschluss im Gehäuseinnenraum benachbarter Batteriezellen-Module elektrisch miteinander verbunden sind. Die als Masseleitung fungierende zweite elektrische Stromschiene elektrisch mit dem Minus-Anschluss einer der Batteriezellen-Module verbunden. Für jedes Batteriezellen-Modul ist im Batteriegehäuse wenigstens ein Durchbruch ausgebildet, durch welchen jeweils ein die beiden benachbarten Batteriezellen-Module elektrisch verbindendes Schienenelement der ersten Stromschiene durchgeführt ist. Erfindungsgemäß umfasst die Batterie eine separat zum Batteriegehäuse ausgebildete und an diesem - lösbar oder unlösbar - befestigbare Abdeckung aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, welche die beiden Stromschienen im Bereich außerhalb des Gehäuseinnenraums abdeckt.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Abdeckung im Profil U-förmig mit einer U-Basis und zwei U-Schenkeln ausgebildet, wobei an den beiden U-Schenkeln eine Klemmstruktur zum Fixieren der Abdeckung am Batteriegehäuse vorhanden ist. Mittels der Klemmstruktur kann die Abdeckung auf einfache, gleichwohl zuverlässige Weise am Batteriegehäuse fixiert werden. Eine derart ausgestaltete Abdeckung ist außerdem einfach herzustellen und somit mit geringen Herstellungskosten verbunden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung kann an der Abdeckung, insbesondere an deren U-Basis, ein Trennelement aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgeformt sein. Zweckmäßig sind das Trennelement und die Abdeckung einstückig und materialeinheitlich ausgebildet. Besagtes Trennelement kann den von der Abdeckung und dem Batteriegehäuse begrenzten Innenraum in einen ersten Teilraum, in welchem - im zusammengebauten Zustand der Batterie - die erste Stromschiene aufgenommen ist, und in einen zweiten Teilraum, in welchem die zweite Stromschiene aufgenommen ist, unterteilen. Auf diese Weise wird eine räumliche elektrische Trennung der beiden elektrischen Stromschienen voneinander sichergestellt, wodurch insbesondere ein unerwünschter elektrischer Kurzschluss zwischen den beiden elektrischen Stromschienen, auch im Falle von Erschütterungen und dergleichen, die bei Fehlen des Trennelements zu einer kurzzeitigen Berührung der beiden Stromschienen führen könnte, vermieden wird.
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Besonders bevorzugt kann das Trennelement einen ersten Elementabschnitt aufweisen, welcher mittels eines Filmscharniers gelenkig mit einem zweiten Elementabschnitt des Trennelements verbunden ist. Bei dieser Variante ist der erste Elementabschnitt fest mit der U-Basis verbunden, insbesondere integral an dieser ausgeformt, wohingegen der zweite Elementabschnitt lösbar an der U-Basis befestigbar oder befestigt ist. Bei einem derart ausgestalteten Trennelement lässt sich die zweite Stromschiene auf einfache Weise zunächst im zweiten Teilraum vormontieren. Anschließend kann die Abdeckung mit der vormontierten zweiten Stromschiene am Batteriegehäuse mit der dort vormontierten ersten Stromschiene befestigen. Mittels des Filmscharniers kann nach dem Anordnen der zweiten Stromschiene an der Abdeckung das Trennelement umgeklappt und der zweite Elementabschnitt mittels einer Clipverbindung oder Rastverbindung an der U-Basis befestigt werden.
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Dies ermöglicht eine stabile Fixierung des Trennelements an der Abdeckung bzw. an der U-Basis. Bevorzugt umgeben nach der Befestigung mittels Clip- oder Rastverbindung das Trennelement und die U-Basis zusammen den zweiten Teilraum.
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Anstelle einer U-förmigen Ausbildung kann in einer weiteren Variante die Abdeckung im Profil auch eine I-förmig Ausbildung aufweisen.
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Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform ist an der elektrischen Stromführung eine mechanische Aussteifungsstruktur mit mehreren, vorzugsweise rippenartigen, Aussteifungselementen ausgebildet. Auf diese Weise kann die mechanische Steifigkeit der elektrischen Stromführung und somit ihre Widerstandsfähigkeit gegen äußere Einwirkungen, insbesondere mechanische Schläge oder mechanische Stöße oder dergleichen, erhöht werden.
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Zweckmäßig kann die elektrische Stromführung an einer der Kühlmittel-Zu- und Abführung gegenüberliegenden Seite des Batteriegehäuses angeordnet sein. Diese Maßnahme vereinfacht sowohl die Montage der Kühlmittel-Zu und Abführung als auch der elektrischen Stromführung am Batteriegehäuse. Außerdem wird auf diese Weise eine strikte räumliche Trennung von stromführenden und fluidführenden Bauteilen erzielt.
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Besonders zweckmäßig ist die Abdeckung ein Extrusions-Teil oder ein Kunststoff-Spritzgussteil. Eine derart ausgestaltete Abdeckung ist besonders kostengünstig herstellbar.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist das Batteriegehäuse mit einer die Gehäuseöffnungen aufweisenden Unterseite auf einer rahmenartigen Crashstruktur, vorzugsweise aus Metall, angeordnet. Auf diese Weise wird die mechanische Festigkeit der gesamten Batterie gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen wie Schlägen oder Stößen, insbesondere wenn die Batterie in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, verbessert. Unerwünschten, schlag- oder stoßbedingten Beschädigungen der Batterie kann somit entgegengewirkt werden.
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Falls die Platte als Kühlplatte mit einem Kühlmittelpfad ausgebildet ist, so kann vorzugsweise die Batteriezelle eine außen am Batteriegehäuse vorgesehene Kühlmittel-Zu- und Abführung umfassen, die fluidisch vom Gehäuseinnenraum getrennt mit den etwaig vorhandenen Kühlmittelpfaden kommuniziert. Die Kühlmittel-Zuführung dient zum Zuführen und Verteilen des Kühlmittels in die in den Platte ausgebildeten Kühlmittelpfade. Die Kühlmittel-Abführung dient zum Abführen und Sammeln des Kühlmittels nach dem Durchströmen der Kühlmittelpfade. Hierzu kommunizieren die Kühlmittel-Zuführung und die Kühlmittel-Abführung beide fluidisch mit den Kühlmittelpfaden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Batteriezelle für jede Platte bzw. Kühlplatte eine separate Dichtungseinrichtung. Jede Dichtungseinrichtung ist erfindungsgemäß so zwischen der Platte bzw. Kühlplatte und dem Batteriegehäuse angeordnet, dass sie sowohl den Gehäuseinnenraum als auch einen Übergang von der Kühlmittel-Zu- und Abführung zum Kühlmittelpfad gegen die äußere Umgebung des Batteriegehäuses abdichtet.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Kühlmittel-Zu- und Abführung für jede Platte bzw. Kühlplatte einen fluidisch mit dem Pfadeinlass kommunizierenden Kühlmittel-Zuführungskanal und einen fluidisch mit dem Pfadauslass kommunizierenden Kühlmittel-Abführungskanal. Bei dieser Ausführungsform kommunizieren alle Kühlmittel-Zuführungskanäle fluidisch mit einem gemeinsamen Kühlmittel-Verteilerkanal der Kühlmittel-Zu- und Abführung und alle Kühlmittel-Abführungs-kanäle fluidisch mit einem gemeinsamen Kühlmittel-Sammlerkanal der Kühlmittel-Zu- und Abführung. Diese Ausführungsform vereinfacht die Verteilung des Kühlmittels auf die einzelnen Platte bzw. Kühlplatte und das Sammeln des Kühlmittels nach dem Durchströmen der Platte bzw. Kühlplatte.
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Zumindest die Kühlmittel-Zuführungskanäle und zumindest die Kühlmittel-Abführungskanäle zumindest teilweise durch wenigstens eine am Batteriegehäuse außenseitige ausgebildete Vertiefung gebildet sind, welche mittels einer am Batteriegehäuse befestigten, vorzugsweise rohrkörper-artig ausgebildeten Abdeckung fluiddicht verschlossen ist. Diese Variante ist technisch einfach zu realisieren und erfordert nur wenig Bauraum.
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Besonders bevorzugt sind alle voranstehend vorgestellten Dichtungseinrichtungen jeweils einstückig ausgebildet. Derartige Dichtungseinrichtungen sind besonders einfach aufgebaut, sodass sich Kostenvorteile für die Herstellung der Batterie geben, insbesondere wenn eine große Anzahl an Batteriezellen-Modulen und somit Dichtungseinrichtungen verwendet wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform jede Dichtungseinrichtung im montierten Zustand der Batterie mit einem Hauptabschnitt zwischen der Platte bzw. Kühlplatte und dem Batteriegehäuse angeordnet ist und mit zwei Nebenabschnitten am Übergang zumindest teilweise zwischen der Platte bzw. Kühlplatte und der Kühlmittel-Zu- und Abführung angeordnet. Somit kann eine wirksame Abdichtung des Gehäuseinnenraums gegenüber der äußeren Umgebung des Batteriegehäuses erreicht werden. Gleiches gilt für die Abdichtung der Kühlmittel-Zu- und -Abführung gegenüber der äußeren Umgebung der Batterie. Darüber hinaus erleichtert eine derart ausgebildete Dichtungseinrichtung eine einfache Montage derselben am Batteriegehäuse. Die Dichtungseinrichtungen können im Zuge der Montage der Batterie am Batteriegehäuse vormontiert sein. Hierzu ist es denkbar, am Batteriegehäuse eine Aufnahmenut vorzusehen, in welcher die Dichtungseinrichtung vor der Befestigung der jeweiligen Platte bzw. Kühlplatte am Batteriegehäuse angeordnet wird, so dass sie teilweise in dieser aufgenommen ist.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung weist der Hauptabschnitt eine rechteckige Formgebung mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten auf. Bei dieser Weiterbildung weisen die Nebenabschnitte jeweils eine ringförmige, vorzugsweise eine kreisförmige, Geometrie auf. Jeder der beiden Nebenabschnitte kann jeweils mittels eines, vorzugsweise, geradlinigen Zwischenabschnitts mit einer Schmal- oder Breitseite des rechteckigen Hauptabschnitts verbunden sein.
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Besonders zweckmäßig fasst die jeweilige Dichtungseinrichtung mit dem Hauptabschnitt eine dem Batteriegehäuse zugewandte Oberseite der Platte bzw. Kühlplatte entlang ihres äußeren Randes umlaufend einfasst. Bei dieser Variante fasst die jeweilige Dichtungseinrichtung mit dem ersten Nebenabschnitt den Pfadeinlass der Platte bzw. Kühlplatte und mit einem zweiten Nebenabschnitt den Pfadauslass der Platte bzw. Kühlplatte ein.
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Zweckmäßig können die Dichtungseinrichtungen jeweils in der Art eines Dichtungsrings, bevorzugt mit einem runden, besonders bevorzugt mit einem kreisrunden, Profil ausgebildet sein. Solche Dichtungseinrichtungen sind besonders einfach herstellbar und somit kostengünstig in der Herstellung.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform sind die in den Platte bzw. Kühlplatte vorhandenen Kühlmittelpfade durch einen in der jeweiligen Platte bzw. Kühlplatte ausgebildeten Hohlraum mit kanalartiger Geometrie gebildet. Dies erlaubt eine wirksame Ankopplung des Kühlmittels an das jeweilige Batteriezellen-Modul, sodass im Betrieb der Batterie von dem jeweiligen Batteriezellen-Modul erzeugte Abwärme effektiv auf das Kühlmittel übertragen werden kann.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist zwischen wenigstens einem, vorzugsweise jedem, Batteriezellen-Modul und der diesem Batteriezellen-Modul zugeordneten Platte bzw. Kühlplatte eine thermische Adapterschicht angeordnet. Die Adapterschicht kann insbesondere durch eine Wärmeleitpaste oder durch ein Wärmeleit-Pad gebildet sein. Auf diese Weise kann die thermische Ankopplung zwischen dem durch die Platte bzw. Kühlplatte strömenden Kühlmittel und dem Batteriezellen-Modul verbessert werden.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung ist das Batteriegehäuse mit einer die Gehäuseöffnungen aufweisenden Unterseite auf einer rahmenartigen Crash-Struktur, vorzugsweise aus Metall, angeordnet. Auf diese Weise wird die mechanische Festigkeit der gesamten Batterie gegenüber äußeren mechanischen Einwirkungen wie Schlägen oder Stößen, insbesondere wenn die Batterie in einem Kraftfahrzeug eingesetzt wird, verbessert. Unerwünschten, schlag- oder stoßbedingten Beschädigungen der Batterie kann somit entgegengewirkt werden.
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Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung kann die Kühlmittel-Zu- und Abführung mehrere mechanische Aussteifungselemente aufweisen. Auf diese Weise wird die mechanische Festigkeit der elektrischen Batterie weitere verbessert und einer Beschädigung durch mechanische Stöße, Schläge und dergleichen entgegengewirkt.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug mit rein elektrischem Antrieb. Das Kraftfahrzeug umfasst eine Karosserie und eine voranstehend vorgestellte, erfindungsgemäße elektrischen Batterie. Die voranstehend erläuterten Vorteile der erfindungsgemäßen Batterie übertragen sich daher auch auf das erfindungsgemäße Kfz. Bevorzugt umfasst die Batterie die voranstehend erläuterte Crash-Struktur. In diesem Fall ist die Batterie über die Crash-Struktur mit der Karosserie des Kraftfahrzeugs verbunden.
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Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.
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Es zeigen, jeweils schematisch:
- 1a, 1b ein Beispiel einer elektrischen Batterie in einer perspektivischen Darstellung, die 2 in unterschiedlichen Darstellungen,
- 2 eine erste Schnittansicht der Batterie der 1,
- 3 eine von der ersten Schnittansicht verschiedene Schnittansicht der Batterie der 1,
- 4 eine Draufsicht auf eine der Kühlplatten,
- 5 ein einzelnes Batteriezelle-Modul in einer Draufsicht,
- 6 die Batterie in einer weiteren Schnittansicht, in welcher die elektrische Stromführung gezeigt ist,
- 7 die in der 6 dargestellte Abdeckung der elektrischen Stromführung in separater und vergrößerten Darstellung.
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Die 1a und 1b illustrieren ein Beispiel einer elektrischen Batterie 1 in zwei unterschiedlichen perspektivischen Darstellungen, die 2 in einer Schnittdarstellung. Die Batterie 1 umfasst ein Batteriegehäuse 4 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, das einen Gehäuseinnenraum 2 teilweise umgibt und an seiner Unterseite 27 mehrere zueinander beabstandete Gehäuseöffnungen 3 aufweist. Jede der Gehäuseöffnungen 3 ist mittels einer als Kühlplatte 5 ausgebildeten Platte verschlossen, in welcher ein von einem Kühlmittel durchströmbarer Kühlmittelpfad 6 ausgebildet ist. Die Batterie 1 umfasst ferner mehrere im Gehäuseinnenraum 2 angeordnete Batteriezellen-Module 7 zum Speichern von elektrischer Energie, wobei jedes Batteriezellen-Modul 7 auf einer der Kühlplatten 5 angeordnet und thermisch dieser Kühlplatten 5 verbunden ist. Jedes Batteriezellen-Modul 7 kann über eine bestimmte der Gehäuseöffnungen 3 in den Gehäuseinnenraum 2 eingebracht werden.
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Gemäß 1a kann das Batteriegehäuse 4 mit einer die Gehäuseöffnungen 3 aufweisenden Unterseite 27 auf einer rahmenartigen Crash-Struktur 25 (in 1b nicht gezeigt), vorzugsweise aus Metall, angeordnet sein. Mittels der Crash-Struktur 25 kann die mechanische Anbindung der Batteriezelle 1 an ein Kraftfahrzeug erfolgen.
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Wie die 1a, 1b und 2 erkennen lassen, ist außen am Batteriegehäuse 4 eine Kühlmittel-Zu- und Abführung 8 vorgesehen, die fluidisch mit den Kühlmittelpfaden 6 der Kühlplatten 5 kommuniziert, so dass über die Kühlmittel-Zu- und Abführung 8 das Kühlmittel in die Kühlmittelpfade 6 eingebracht und nach dem Durchströmen der Kühlmittelpfade 6 wieder von den Kühlplatten 5abgeführt werden kann.
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Die 3 zeigt eine weitere Schnittdarstellung der Batteriezelle 1 in einem Schnitt, der senkrecht zu jenem der 2 verläuft. Die 4 zeigt eine Draufsicht auf eine dem Batteriegehäuse 4 zugewandte Oberseite 17 einer einzelnen Kühlplatte 5.
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Wie die 3 anschaulich belegt, kann zwischen jedem Batteriezellen-Modul 7 und der diesem Batteriezellen-Modul 7 zugeordneten Kühlplatte 5 eine thermische Adapterschicht 21 angeordnet sein, um auf diese Weise die thermische Kopplung des Batteriezellen-Moduls 7 an die Kühlplatte 5 zu verbessern. Die Adapterschicht 21 kann beispielsweise durch eine Wärmeleitpaste oder ein Wärmeleit-Pad aus einem Material mit hoher Wärmeleitfähigkeit gebildet sein.
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Wie in den 3 und 4 erkennbar, können die in den Kühlplatten 5 vorhandenen Kühlmittelpfade 6 durch einen in der jeweiligen Kanalplatte 5 ausgebildeten Hohlraum 20 mit kanalartiger Geometrie gebildet sein und sich von einem Pfadeinlass 6a zu einem Pfadauslass 6b erstrecken. Die Kühlmittel-Zu- und Abführung 8 umfasst für jede Kühlplatte 5 einen fluidisch mit dem jeweiligen Pfadeinlass 6a kommunizierenden Kühlmittel-Zuführungskanal 9 und einen fluidisch mit dem Pfadauslass 6b kommunizierenden Kühlmittel-Abführungskanal 10. Alle Kühlmittel-Zuführungskanäle 9 kommunizieren fluidisch mit einem gemeinsamen Kühlmittel-Verteilerkanal 9a der Kühlmittel-Zu- und Abführung 8. Alle Kühlmittel-Abführungskanäle 10 kommunizieren fluidisch mit einem gemeinsamen Kühlmittel-Sammlerkanal 10a der Kühlmittel-Zu- und Abführung 8. Der Kühlmittel-Verteilerkanal 9a dient zum Zuführen des Kühlmittels in die in den Kühlplatten 5 ausgebildeten Kühlmittelpfade 6. Der Kühlmittel-Sammlerkanal 10a dient zum Sammeln des Kühlmittels nach dem Durchströmen der Kühlmittelpfade 6. Die Kühlmittel-Zuführungskanäle 9 und die Kühlmittel-Abführungskanäle 10 sowie der gemeinsame Kühlmittel-Verteilerkanal 9a und der gemeinsamen Kühlmittel-Sammlerkanal 10a können jeweils zumindest teilweise durch wenigstens eine am Batteriegehäuse 4 außenseitige ausgebildete Vertiefung 13 gebildet sein, welche mittels einer am Batteriegehäuse 4 befestigten, vorzugsweise rohrkörper-artig ausgebildeten Abdeckung 14 fluiddicht verschlossen ist.
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Ferner lässt sich den 3 und 4 entnehmen, dass für jede vorhandene Kühlplatte 5 eine Dichtungseinrichtung 11 vorgesehen ist. Die Dichtungseinrichtung 11 ist so zwischen der Kühlplatte 5 und dem Batteriegehäuse 4 angeordnet, dass sie sowohl den Gehäuseinnenraum 2 als auch den Kühlmittel-Zuführungskanal 9 und den Kühlmittel-Abführungskanal 10, jeweils im Bereich des Übergangs 28 zum Kühlmittelpfad 6 gegen die äußere Umgebung 12 des Batteriegehäuses 4 abdichtet.
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Wie insbesondere die Darstellung der 4 erkennen lässt, ist die Dichtungseinrichtung 11 bevorzugt einstückig ausgebildet. Die Dichtungseinrichtung 11 kann durch einen Dichtungsring 19, vorzugsweise mit einem runden, besonders bevorzugt mit einem kreisrunden Profil, gebildet sein.
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Gemäß den 3 und 4 kann die Dichtungseinrichtung 11 mit einem Hauptabschnitt 15 zwischen der Kühlplatte 5 und dem Batteriegehäuse 4 angeordnet sein und mit zwei Nebenabschnitten 16a, 16b am Übergang 28 zwischen der Kühlplatte 5 und der Kühlmittel-Zu- und Abführung 8 angeordnet sein. Auf diese Weise wird an jeder Kühlplatte 5 die erfindungswesentliche simultane Abdichtung sowohl des Gehäuseinnenraum 2 als auch des jeweiligen Kühlmittel-Zuführungskanals 9 bzw. Kühlmittel-Abführungs-kanals 10 gegen die äußere Umgebung 12 mittels einer einzigen Dichtungseinrichtung 11 erzielt.
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Wie die Draufsicht der 4 auf die Oberseite 17 der Kühlplatte 5 veranschaulicht, fasst die Dichtungseinrichtung 11 mit ihrem Hauptabschnitt 15 die dem Batteriegehäuse 4 zugewandte Oberseite 17 der Kühlplatte 5 entlang ihres äußeren Randes 18 umlaufend ein. Im Beispiel der 4 besitzt der Hauptabschnitt 15 in der gezeigten Draufsicht eine rechteckige Formgebung mit abgerundeten Ecken und mit zwei Schmal- und zwei Breitseiten 22, 23, wohingegen die beiden Nebenabschnitte 16a, 16b jeweils eine runde, vorzugsweise kreisrunde, Geometrie besitzen.
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Gemäß 4 sind die beiden Nebenabschnitt 16a, 16b in der gezeigten Draufsicht im Abstand zueinander angeordnet und beide jeweils mittels eines geradlinigen Zwischenabschnitts 24a, 24b mit einer der beiden Schmalseiten 22 des rechteckigen Hauptabschnitts 15 verbunden. Dabei fasst der erste Nebenabschnitt 16a den Pfadeinlass 6a der Kühlplatte 5 und der zweite Nebenabschnitt 16b den Pfadauslass 6b der Kühlplatte 5 ein.
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Wie die 1b erkennen lässt, umfasst jedes Batteriezellen-Modul 7 außerdem einen elektrischen Plus-Anschluss 30a und einen elektrischen Minus-Anschluss 30b. Ferner weist die Batterie 1 eine elektrische Stromführung 31 zum Versorgen der im Gehäuseinnenraum 2 angeordneten Batteriezellen-Module 7 mit elektrischer Energie auf. Die elektrische Stromführung 31 umfasst wiederum eine erste elektrische Stromschiene 32a und eine zweite elektrische Stromschiene 32b, jeweils aus einem elektrisch leitenden Material.
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Wie die 1b und die 2 veranschaulichen, ist die erste Stromschiene 32a teilweise und die zweite Stromschienen 32b vollständig außen am Batteriegehäuse 4 angeordnet. Die elektrischen Stromführung 31 mit den beiden Stromschienen 32a, 32b kann dabei zweckmäßig an einer der Kühlmittel-Zu- und Abführung 8 gegenüberliegenden Seite 42 des Batteriegehäuses 4 angeordnet sein. An der elektrischen Stromführung 31 kann optional eine mechanische Aussteifungsstruktur mit mehreren, vorzugsweise rippenartigen, Aussteifungselementen (nicht gezeigt) ausgebildet sein.
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Die erste Stromschiene 32a umfasst mehrere separate Schienenelemente 33, mittels welcher jeweils ein Plus-Anschluss 30a und ein Minus-Anschluss 30b zweier im Gehäuseinnenraum 2 benachbarter Batteriezellen-Module 7 elektrisch miteinander verbunden sind. Auf diese Weise können die einzelne Batteriezellen-Modul 7 elektrisch in Reihe zueinander geschaltet werden. Zur Realisierung einer solchen elektrischen Reihenschaltung ist die zweite elektrische Stromschiene 32b elektrisch mit dem Minus-Anschluss 30b einer der Batteriezellen-Module 7 verbunden, die zur Verdeutlichung in 1b zusätzlich mit dem Bezugszeichen 7* bezeichnet ist. Die zweite elektrische Stromschiene 32b übernimmt somit die Funktion einer elektrischen Masseleitung. Die beiden elektrischen Stromschienen 32a, 32b können mit einem jeweiligen Anschlussabschnitt 44a bzw. 44b mit einem elektrischen Verbraucher (nicht gezeigt) oder/und mit einer elektrischen Energiequelle (nicht gezeigt) verbunden werden.
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Die 5 zeigt eine einzelne Batteriezelle 7 in einer Draufsicht auf das Batteriegehäuse, wobei eine Oberseite 45 des Batteriegehäuses 4 nicht dargestellt ist, sodass der Gehäuseinnenraum 4 mit dem Batteriezellen-Modul 7 erkennbar ist. Die 1b und 5 veranschaulichen, dass für jedes Batteriezellen-Modul 7 im Batteriegehäuse 4 ein erster und ein zweiter Durchbruch 34a, 34b ausgebildet sind, durch welche jeweils ein die beiden benachbarten Batteriezellen-Module 7 elektrisch verbindendes Schienenelement 33 der ersten Stromschiene 32a durchgeführt ist. Eine solche Schienenelement 33 mit vorzugsweise U-förmiger Geometrie verbindet wie bereits erläutert den elektrischen Plus-Anschluss 30a eines bestimmten Batteriezeilenmoduls 7 mit dem elektrischen Minus-Anschluss 30b des benachbarten Batteriezellen-Moduls 7, so dass bereits erwähnte elektrischen Reihenschaltung der Batteriezellen-Module 7 verwirklicht ist. Jedes Schienenelement 33 ist teilweise im Gehäuseinnenraum 2 und teilweise außerhalb des Batteriegehäuses 4 angeordnet.
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Die 6 zeigt die Batterie 1 in einer weiteren Schnittansicht. Die 5 und 6 veranschaulichen, dass die Batterie 1 eine am Batteriegehäuse 4 befestigbare, längsförmige und bevorzugt als Profilteil ausgebildete Abdeckung 35 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff umfasst, welche in einem am Batteriegehäuse 4 befestigten Zustand die beiden Stromschienen 32a, 32b - und somit auch alle ersten und zweiten Durchbrüche 34a bzw. 34b - abdeckt. Auf diese Weise wird verhindert, dass die im Betrieb der Batterie 1 einen elektrischen Strom führenden elektrischen Stromschienen 32a, 32b außerhalb des Batteriegehäuses 4 freiliegen. Die Abdeckung 35 ist bevorzugt ein Extrusions-Teil aus Kunststoff oder ein Kunststoff-Spritzgussteil.
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Die 7 zeigt die Abdeckung 35 im Profil und in separater, vergrößerter Darstellung. Gemäß den 6 und 7 ist die Abdeckung 35 im Profil U-förmig ausgebildet und weist eine U-Basis 36c sowie einen ersten und einen zweiten U-Schenkel 36a, 36b auf, die endseitig winkelig, bevorzugt rechtwinklig, von der U-Basis 36c abstehen.
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Den 6 und 7 entnimmt man, dass an den beiden U-Schenkeln 36a, 36b jeweils eine Klemmstruktur 37 zum Fixieren der Abdeckung 35 am Batteriegehäuse 4 ausgebildet sein kann. An der Abdeckung 35, insbesondere an der U-Basis 36c, kann außerdem ein Trennelement 38 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgeformt sein, welches einen von der Abdeckung 35 und dem Batteriegehäuse 5 begrenzten Innenraum 39 in einen ersten Teilraum 39a, in welchem die erste Stromschiene 32a aufgenommen werden kann, und in einen zweiten Teilraum 39b unterteilt, in welchem die zweite Stromschiene 30b aufgenommen werden kann.
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Gemäß den 6 und 7 kann das Trennelement 38 einen ersten Elementabschnitt 38a umfassen, welcher mittels eines Filmscharniers 40 gelenkig mit einem zweiten Elementabschnitt 38b des Trennelements 38 verbunden ist. Der erste Elementabschnitt 38a ist dabei fest mit der U-Basis 36c verbunden und insbesondere integral an dieser ausgeformt, Der zweite Elementabschnitt 38b ist zweckmäßig mittels einer Clipverbindung oder Rastverbindung 41 lösbar am zweiten Elementabschnitt 38b befestigt. Das Trennelement 38 und die U-Basis 36c umgeben gemäß 6 im montierten Zustand der Stromschienen 32a, 32b und der Abdeckung 35 am Batteriegehäuse 4 zusammen den zweiten Teilraum 39b.
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Der Zusammenbau der elektrischen Batterie 1 kann wie folgt erfolgen:
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Zunächst kann die erste Stromschiene 32a mit den Schienenelementen 33 am Batteriegehäuse 4 vormontiert werden, sodass die Schienenelemente 33 nach einer solchen Vormontage die ersten und zweiten Durchbrüche 34a, 34b nach innen, in den Gehäuseinnenraum 2 hinein, durchgreifen. Danach können die einzelnen Batteriezellen-Module 7 über die jeweilige Gehäuseöffnung 3 in den Gehäuseinnenraum 2 eingebracht und dort am Batteriegehäuse 4 fixiert werden. Die Befestigung der Batteriezellen-Module 7 am Batteriegehäuse 4 kann beispielsweise mithilfe geeigneter Schraubverbindungen (nicht gezeigt) erfolgen. Im Zuge der Anordnung der Batteriezellen-Module 7 im Gehäuseinnenraum 2 werden dann die jeweiligen elektrischen Plus-Anschlüsse 30a und elektrischen Minus-Anschlüsse 30b der Batteriezellen-Module 7 mit den vormontierten Schienenelementen 33 - beispielsweise mithilfe von Steckverbindungen (nicht gezeigt) - elektrisch und mechanisch verbunden.
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Anschließend kann optional auf die den Gehäuseöffnungen 3 zugewandten Unterseiten der Batteriezellen-Module 7 die bereits erwähnte thermische Adapterschicht 21 - etwa als Wärmeleitpaste - aufgebracht werden.
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In einem nächsten Montageschritt wird die zweite Stromschiene 32b an der Abdeckung 35 angebracht. Hierzu wird zunächst die zweite Stromschiene 32b an der Abdeckung 35 vormontiert und dazu im Bereich des Trennelements 38 angeordnet. Anschließend wird mittels des Filmscharniers 40 der zweite Elementabschnitt 38b um die zweite Stromschiene 32b herum umgeklappt. Durch eine anschließende Fixierung des zweiten Elementabschnitts 38b des Trennelements 38 an der U-Basis 36c der Abdeckung 35 mittels der Clipverbindung 41 wird die zweite Stromschiene 32b dauerhaft in dem auf diese Weise gebildeten zweiten Teilraum 39b des Innenraums 39 fixiert.
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Die auf diese Weise gebildeten Baueinheit aus zweiter Stromschiene 32b und Abdeckung 35 wird anschließend mithilfe der Klemmstrukturen 37 an einem vom Batteriegehäuse 4 abstehenden Gehäusekragen 46 (vgl. 3) oder direkt am Batteriegehäuse 4 - falls kein Gehäusekragen 46 vorgesehen ist - befestigt. Im Zuge dieser Befestigung kann auch die zweite Stromschiene 32b elektrisch und mechanisch mit dem elektrischen Minus-Anschluss 30b des Batteriezeilen-Moduls 7* - ebenso wie die Schienenelemente 33 der ersten Stromschiene 32a - beispielsweise mittels einer Steckverbindung - verbunden werden.
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Danach sind sowohl die erste Stromschiene 32a als auch die zweite Stromschiene 32b wie gewünscht mittels der Abdeckung 35 abgedeckt und am Batteriegehäuse 4 fixiert.
