DE102021211120A1

DE102021211120A1 - Dichtungseinrichtung für ein Batteriezellenmodul

Info

Publication number: DE102021211120A1
Application number: DE102021211120.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Mödinger; Johannes Weinmann
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2021-10-01
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-04-06

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung (1) für ein mehrere Batteriezellen (21) aufweisendes Batteriezellenmodul (20). Die Dichtungseinrichtung (1) umfasst mehrere entlang einer Hauptrichtung (HR) im Abstand zueinander angeordnete Abdichtelemente (2). Die Abdichtelemente (2) dienen zum Abdecken eines elektrischen Anschlusselements (22) einer Batteriezelle (21) in einem zwischen zwei benachbarten Abdichtelementen (2) gebildeten Zwischenraum (3). Zwei benachbarte Abdichtelemente (2) sind dabei mittels eines sich in dem Zwischenraum (3) entlang der Hauptrichtung (HR) erstreckenden Verbindungselements (4) miteinander verbunden. In dem Verbindungselement (4) ist eine sich entlang einer Durchsteckrichtung (DR) erstreckende Durchgangsöffnung (5) zum Durchstecken eines vom Anschlusselement (22) abstehenden Kontaktierungsendens (23) angeordnet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Dichtungseinrichtung für ein Batteriezellenmodul sowie ein Batteriezellenmodul mit einer solchen Dichtungseinrichtung. Die Erfindung betrifft ferner eine Biegevorrichtung zum Umbiegen der Dichtungseinrichtung sowie ein Verfahren zum Zusammenbauen eines solchen Batteriezellenmoduls.
Batteriezellenmodule mit mehreren Batteriezellen umfassen typischerweise ein Gehäuse, in welchen die einzelnen Batteriezellen angeordnet sind. In der Regel sind die elektrischen Anschlüsse der einzelnen Batteriezellen über im Gehäuse vorgesehene Durchbrüche nach außen herausgeführt. Um die von den Batteriezellen im Betrieb erzeugte Abwärme nach außen aus dem Gehäuseinnenraum abführen zu können, ist es bekannt, sogenannte „Gap-Filler“, also ein Füllmaterial, mit hoher Wärmeleitfähigkeit zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuse im Gehäuseinnenraum anzuordnen. Dadurch kann die von den Batteriezellen erzeugte Abwärme über die Gap-Filler an das Gehäuse und über dieses in die äu-ßere Umgebung abgeführt werden. Auf diese Weise werden die Batteriezellen vor Überhitzung geschützt.
Als problematisch erweist sich dabei oftmals, dass besagte Gap-Filler bei elektrischer Benetzung der teilweise im Gehäuseinnenraum angeordneten elektrischen Anschlusselemente der Batteriezellen diese beschädigen oder sogar zerstören können.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Ausführungsform für ein Batteriezellenmodul zu schaffen, bei welcher dieses Problem ausgeräumt ist.
Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Grundidee der Erfindung ist demnach, eine Dichtungseinrichtung für ein Batteriegehäuse so auszugestalten, dass die im Batteriegehäuse angeordneten Batteriezellen mit ihren elektrischen Anschlusselementen vollständig von der Dichtungseinrichtung abgedeckt werden. Hierzu werden die Anschlusselemente in an der Dichtungseinrichtung vorgesehene Zwischenräume eingebracht und über diese nach außen geführt, sodass die die Zwischenräume begrenzenden Abdichtelemente das jeweilige elektrische Anschlusselement abdecken und somit gegen unerwünschte Benetzung mit besagtem Gap-Filler aus dem Gehäuseinnenraum schützen. Die aus der Dichtungseinrichtung herausragenden Kontaktierungsenden der Anschlusselemente können elektrisch mit einem elektrischen Verbraucher oder dergleichen verbunden werden. Da die in den Zwischenräumen angeordneten Anschlusselemente diese fluiddicht verschließen, kann auch kein Gap-Filler durch die Zwischenräume nach außen austreten oder die Kontaktierungsenden erreichen.
Eine erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung für ein mehrere Batteriezellen aufweisendes Batteriezellenmodul umfasst mehrere entlang einer Hauptrichtung im Abstand zueinander angeordnete Abdichtelemente. Zwischen zwei benachbarten Abdichtelementen ist jeweils ein Zwischenraum zur Aufnahme eines elektrischen Anschlusselements einer Batteriezelle ausgebildet ist. Dabei sind zwei benachbarte Abdichtelemente mittels zweier sich in dem Zwischenraum entlang der Hauptrichtung erstreckender Verbindungselemente miteinander verbunden. Die beiden Verbindungselemente sind quer zur Hauptrichtung im Abstand zueinander angeordnet und fassen zusammen mit den beiden Abdichtelementen eine Durchgangsöffnung zum Durchstecken eines vom elektrischen Anschlusselement abstehenden Kontaktierungsendes entlang einer Durchsteckrichtung - senkrecht zur Hauptrichtung - ein. Ein durchgestecktes Kontaktierungsende kann dabei aus der Dichtungseinrichtung herausragen.
Das Material der Dichtungseinrichtung kann vorzugsweise ein biegeelastisches Material sein. Somit können die Zwischenräume zwischen den Abdichtelementen durch Biegen der Dichtungseinrichtung um eine Biegeachse abschnittsweise aufgeweitet werden. Dies erleichtert ein Einschieben der elektrischen Anschlusselemente mit den Kontaktierungsenden in die zwischen den Abdichtelementen ausgebildeten Zwischenräume. Insbesondere unterstützt die geometrische Ausgestaltung der Dichtungseinrichtung die biegeelastische Eigenschaft des Materials. Hierzu verfügt die Dichtungseinrichtung über Scharnierbereiche, welche durch dünnwandige Stellen bzw. Einschnitte in der Dichteinrichtung gebildet werden.
Bevorzugt ist oder umfasst das Material der Dichtungseinrichtung einen Kunststoff. Hierbei kann die Dichtungseinrichtung aus einem Elastomer, einem Duroplast oder einem Thermoplast gebildet sein. Geeignete thermoplastische Materialien sind beispielsweise Polypropylen, Polyethylen oder Polyamid. Diese Kunststoffe können ungefüllt sein, ggf. aber auch Füllstoffe, wie Kohle- oder Glasfasern bzw. Mischungen diverser Füllstoffe, enthalten. Vorteilhafterweise können auch thermoplastische Elastomere (TPE) verwendet werden, welche über eine Grundelastizität verfügen und so eine zusätzliche Dichtwirkung erzielen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die Durchgangsöffnungen in einer Draufsicht auf die Dichtungseinrichtung entlang der Durchsteckrichtung als sich entlang einer Längsrichtung erstreckende, längsförmige Durchgangsschlitze ausgebildet. Bevorzugt erstreckt sich dabei die Längsrichtung senkrecht sowohl zur Hauptrichtung als auch zur Durchsteckrichtung.
Besonders zweckmäßig erstreckt sich die Biegeachse entlang der Längsrichtung. Auf diese Weise werden die Durchgangsöffnungen bzw. Durchgangschlitze quer zur Durchsteckrichtung aufgeweitet, was das Einschieben bzw. Durchstecken der Anschlusselemente bzw. der Kontaktierungsenden erleichtert.
Zweckmäßig beträgt eine entlang der Hauptrichtung gemessene Breite der Dichtungseinrichtung im Bereich der Verbindungselemente höchstens 1/5 vorzugsweise höchstens 1/10, einer Breite im Bereich der Abdichtelemente. Eine solche Geometrie vereinfacht das Umbiegen der Dichtungseinrichtung.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung unterteilen die Verbindungselemente in einem Längsschnitt entlang der Hauptrichtung den jeweiligen Zwischenraum in einen einer Innenseite der Dichtungseinrichtung zugewandten inneren Erstreckungsabschnitt und in einen einer Außenseite der Dichtungseinrichtung zugewandten äußeren Erstreckungsabschnitt. Bei dieser Weiterbildung verjüngen sich in einem nicht umgebogenen Zustand der Dichtungseinrichtung die äußeren Erstreckungsabschnitte zu den Verbindungselementen hin. Auch diese Eigenschaft erleichtert das Umbiegen der Dichtungseinrichtung. Besonders bevorzugt sind in einem umgebogenen Zustand der Dichtungseinrichtung gegenüber dem nicht-umgebogenen Zustand der Dichtungseinrichtung die inneren Erstreckungsabschnitte aufgeweitet und die äußeren Erstreckungsabschnitte verengt.
Besonders zweckmäßig bilden benachbarte Abdichtelemente im Bereich der inneren Erstreckungsabschnitte jeweils eine Einführhilfe zum Einfädeln der Kontaktierungsenden in die Zwischenräume aus. Somit können die Kontaktierungsenden leichter durch die Zwischenräume hindurch geschoben werden.
Besonders bevorzugt umfasst die Einführhilfe durch die Oberfläche der Abdichtelemente gebildete Einführschrägen. An diesen Einführschrägen können die Kontaktierungsenden und die Anschlusselemente beim Einschieben der Dichtungseinrichtung entlang gleiten und auf diese Weise zu der im Zwischenraum ausgebildeten Durchgangsöffnung hingeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung kann in einem der Abdichtelemente ein Fluidkanal ausgebildet sein, welcher eine auf der Außenseite der Dichtungseinrichtung vorgesehene Einlassöffnung mit einer umfangsseitig auf der Dichtungseinrichtung vorgesehenen Auslassöffnung verbindet. Auf diese Weise kann bei am Batteriezellenmodul verbauter Dichtungseinrichtung über den Fluidkanal der eingangs erwähnte Gap-Filler von außen in den Gehäuseinnenraum eingebracht werden. Dabei ist sichergestellt, dass die in der Dichtungseinrichtung aufgenommenen elektrischen Anschlusselemente bzw. Kontaktierungsenden nicht in Kontakt mit dem Füllmaterial kommen. Da die Auslassöffnung auf der Außenumfangsseite der Dichtungseinrichtung angeordnet ist, kann insbesondere ein oberseitiger Bereich des Gehäuseinnenraums mit dem Gap-Filler befüllt werden. Außerdem wird der aus der Auslassöffnung austretende Gap-Filler von den elektrischen Anschlusselementen weggeleitet.
Besonders zweckmäßig kann die Dichtungseinrichtung als Dichtungsplatte, vorzugsweise mit einer eben ausgebildeten Außenseite, ausgebildet sein. Diese Variante benötigt besonders wenig Bauraum und kann auf einfache Weise in eine am Gehäuse des Batteriezellenmoduls vorgesehene Gehäuseöffnung eingesetzt werden.
Besonders zweckmäßig sind die Abdichtelemente und die Verbindungselemente integral aneinander ausgeformt. Diese Variante ist besonders einfach herstellbar und somit kostengünstig in der Herstellung.
Die Erfindung betrifft ferner ein Batteriezellenmodul. Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul umfasst ein einen Gehäuseinnenraum teilweise umgebendes Gehäuse. Im Gehäuse ist eine Gehäuseöffnung ausgebildet. Das Batteriezellenmodul umfasst mehrere entlang einer Hauptrichtung nebeneinander im Gehäuseinnenraum angeordnete Batteriezellen. Von einer der Gehäuseöffnung zugewandten Stirnseite einer jeder Batteriezelle steht zur Gehäuseöffnung des Gehäuses hin jeweils ein elektrisches Anschlusselement ab. Jedes elektrische Anschlusselement geht auf einer von der Batteriezelle abgewandten Seite, also von der Stirnseite der Batteriezelle weg, in ein Kontaktierungsende über. Das Batteriezellenmodul umfasst ferner eine voranstehend vorgestellte, erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung, so dass sich die Vorteile der voranstehend erläuterten erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung auf das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul übertragen. Die Dichtungseinrichtung verschließt die am Gehäuse ausgebildete Gehäuseöffnung fluiddicht. Hierzu sind die elektrischen Anschlusselemente jeweils in einem zugeordneten Zwischenraum zwischen den zwei benachbarten Abdichtelementen der Dichtungseinrichtung angeordnet. Die vom jeweiligen Anschlusselement abstehenden Kontaktierungsenden durchgreifen dabei die im Zwischenraum ausgebildete und von den beiden Abdichtelementen und den beiden Verbindungselementen der Dichtungseinrichtung begrenzte bzw. eingefasste Durchgangsöffnung. Dabei ragen die Kontaktierungsenden nach außen aus der Dichtungseinrichtung heraus. Die im Zwischenraum angeordneten Anschlusselemente verschließen den Zwischenraum fluiddicht, so dass keine Fluidverbindung zwischen der dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innenseite der Dichtungseinrichtung mit der vom Gehäuseinnenraum abgewandten Außenseite der Dichtungseinrichtung besteht.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform liegen jeweils zwei einen Zwischenraum begrenzende Abdichtelemente mit jeweiligen inneren Kontaktflächen flächig an dem im Zwischenraum insbesondere in dessen inneren Erstreckungsabschnitt angeordneten elektrischen Anschlusselement an. Dadurch wird vom Anschlusselement die gewünschte Dichtwirkung erzielt und auch ein Benetzen des Anschlusselements mit einem in den Gehäuseinnenraum eingebrachten Gap-Filler vermieden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Dichtungseinrichtung jeweils mittels einer Fixierplatte an den beiden äußersten und einander in der Hauptrichtung gegenüberliegenden Batteriezellen befestigt.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist auf einer Umfangsseite der Dichtungseinrichtung vollständig umlaufend ein Dichtungselement, insbesondere ein Dichtungsring, angeordnet. Das Dichtungselement stützt sich an einer dem Gehäuseinnenraum zugewandten Innenseite des Gehäuses ab. Dadurch wird der Gehäuseinnenraum gegen die äußere Umgebung des Gehäuses abgedichtet.
Besonders bevorzugt kann die Auslassöffnung des in der Dichtungseinrichtung gebildeten Fluidkanals fluidisch mit dem Gehäuseinnenraum kommunizieren.
Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform liegt die Dichtungseinrichtung flächig an den der Dichtungseinrichtung zugewandten Stirnseiten der Batteriezellen an. Auf diese Weise wird die Dichtwirkung der Dichtungseinrichtung verbessert, so dass die elektrischen Anschlusselemente noch besser gegen Benetzung mit einem Gap-Filler geschützt werden.
Zweckmäßig ist eine entlang der Hauptrichtung gemessene Kontaktierungsend-Breite der Kontaktierungsenden kleiner als eine Anschlusselement-Breite der Anschlusselemente. Diese Geometrie erleichtert das Durchschieben der Kontaktierungsenden durch die in der Dichtungseinrichtung ausgebildeten Durchgangsöffnungen.
Die Erfindung betrifft ferner eine Biegevorrichtung zum Umbiegen der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung. Die erfindungsgemäße Biegevorrichtung umfasst einen Grundkörper, der eine T-Förmige Geometrie mit einer sich in einer Basisrichtung erstreckenden T-Basis und mit einem sich in einer Dachrichtung erstreckenden einem T-Dach aufweist. Die Basisrichtung erstreckt sich dabei orthogonal zur Dachrichtung. Ferner umfasst die Biegevorrichtung zwei Verstellelemente. Die beiden Verstellelemente sind an den beiden einander gegenüberliegenden Endabschnitten des T-Dachs angeordnet. Jedes der beiden Verstellelemente ist entlang der Basisrichtung verstellbar mit dem Grundkörper verbunden und insbesondere an diesem befestigt. An jedem Verstellelement ist auf einer dem jeweils anderen Verstellelement zugewandten Innenseite eine Aufnahme ausgebildet. Dadurch kann die Dichtungseinrichtung entlang ihrer Hauptrichtung so zwischen die beiden Verstellelemente geklemmt werden, dass sich die beiden äußeren Abdichtelemente jeweils an einem der beiden Verstellelemente abstützen. Weiterhin stützt sich die T-Basis an einem zwischen den beiden äußeren Abdichtelementen angeordneten weiteren Abdichtelement ab. Durch ein Verstellen der beiden Verstellelemente relativ zum Grundkörper kann die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung umgebogen werden.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Zusammenbauen eines voranstehend vorgestellten, erfindungsgemäßen Batteriezellen moduls. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst fünf Maßnahmen a) bis e). Gemäß Maßnahme a) wird eine erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung bereitgestellt. Gemäß Maßnahme b) werden mehrere Batteriezellen entlang der Hauptrichtung der Dichtungseinrichtung nebeneinander bereitgestellt oder angeordnet. Die Bereitstellung bzw. Anordnung der Batteriezellen erfolgt derart, dass von einer der Dichtungseinrichtung zugewandten Stirnseite einer jeder Batteriezelle jeweils ein elektrisches Anschlusselement absteht. Dieses Anschlusselement geht auf seiner von der Batteriezelle abgewandten Seite in ein falzartiges Kontaktierungsende über. In Maßnahme c) wird die Dichtungseinrichtung umgebogen, so dass sich die zwischen den benachbarten Abdichtelementen gebildeten Zwischenräume sich zu den elektrischen Anschlusselementen der Batteriezellen hin aufweiten. Hierzu kann die erfindungsgemäße Biegeeinrichtung verwendet werden.
Gemäß Maßnahme d) werden die Kontaktierungsenden durch die in den Verbindungselementen vorgesehenen Durchgangsöffnungen durchgeschoben, bis sie die Durchgangsöffnungen durchgreifen und aus der Dichtungseinrichtung herausragen. Hierzu werden die Batteriezellen entlang der senkrecht zur Hauptrichtung verlaufenden Durchsteckrichtung aufeinander zu bewegt. Gemäß Maßnahme e) wird die Dichtungseinrichtung in die nicht-umgebogene Ausgangsstellung zurückverstellt, so dass die Kontaktierungsenden in der Ausgangsstellung den jeweiligen Zwischenraum fluiddicht verschließen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform können vor Durchführung von Maßnahme a) oder nach Durchführung von Maßnahme e) die Batteriezellen in einem Gehäuse des Batteriezellenmoduls angeordnet werden.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.
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.
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.
Es zeigen, jeweils schematisch:

1 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 1 in perspektivischer Darstellung,
2 die Dichtungseinrichtung der 1 ausschnittsweise in einem Längsschnitt,
3a in einer perspektivischen Teildarstellung beispielhaft ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung gemäß den 1 und 2,
3b das Batteriezellenmodul der 3a ohne Gehäuse,
4 ein mit 2 korrespondierender Längsschnitt des Batteriezellenmoduls der 3a in einem nicht-umgebogenen Zustand,
5, 6 eine die Montage der Dichtungseinrichtung an den Batteriezellen illustrierende Darstellung,
7 ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Biegevorrichtung zum Umbiegen der Dichtungseinrichtung.

1 illustriert ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 1 in perspektivischer Darstellung. Die Dichtungseinrichtung 1 umfasst mehrere entlang einer Hauptrichtung HR im Abstand zueinander angeordnete Abdichtelemente 2. Zwischen zwei benachbarten Abdichtelementen 2 ist jeweils ein Zwischenraum 3 ausgebildet.
Wie die 1 und 2 erkennen lassen, sind jeweils zwei benachbarte Abdichtelemente 2 mittels zweier sich in dem Zwischenraum 3 entlang der Hauptrichtung HR erstreckender Verbindungselemente 4 miteinander verbunden. Die Verbindungselemente 4 und die Abdichtelemente 2 können integral aneinander ausgeformt sein. Mit anderen Worten, die Verbindungselemente 4 und Abdichtelemente 2 können einstückig und materialeinheitlich ausgebildet sein.
Die beiden Verbindungselemente 4 sind quer zur Hauptrichtung HR im Abstand zueinander angeordnet und fassen zusammen mit den beiden Abdichtelementen 2 eine Durchgangsöffnung 5 ein. Durch die Zwischenräume 3 und die Durchgangsöffnungen 5 können elektrische Anschlusselemente (in den 1 und 2 nicht gezeigt) der Batteriezellen und von diesen abstehende elektrische Kontaktierungsenden (ebenfalls nicht gezeigt) durchgesteckt werden.
Die Zwischenräume 3 bzw. Durchgangsöffnungen 5 erstrecken sich entlang einer Durchsteckrichtung DR, die senkrecht zur Hauptrichtung HR verläuft. Die Durchgangsöffnungen 5 sind außerdem in einer Draufsicht auf die Dichtungseinrichtung entlang der Durchsteckrichtung DR jeweils als sich entlang einer Längsrichtung LR erstreckende, längsförmige Durchgangsschlitze 6 ausgebildet. Die Längsrichtung LR verläuft dabei senkrecht sowohl zur Hauptrichtung HR als auch zur Durchsteckrichtung DR.
Die Verbindungselemente 4 mit den Durchgangsöffnungen 5 unterteilen in dem in 2 gezeigten Längsschnitt entlang der Hauptrichtung HR den jeweiligen Zwischenraum 3 in einen einer Innenseite 7 der Dichtungseinrichtung 1 zugewandten inneren Erstreckungsabschnitt 3.i und in einen einer Außenseite 8 der Dichtungseinrichtung 1 zugewandten äußeren Erstreckungsabschnitt 3.a. Die einen jeweiligen Zwischenraum 3 in der Hauptrichtung HR begrenzenden Abdichtelemente 2 bilden im Bereich der inneren Erstreckungsabschnitte 3.i jeweils eine Einführhilfe 9 (vgl. 1) zum Einstecken der Kontaktierungsenden 23 der elektrischen Anschlusselemente 22 in die Durchgangsöffnungen 5 bzw. Durchgangsschlitze 6 aus.
Wie 1 veranschaulicht, kann eine solche Einführhilfe 9 durch von der Oberfläche der Abdichtelemente 2 gebildete Einführschrägen 10 gebildet sein.
In einem der Abdichtelemente 2 kann wie in den 1 und 2 angedeutet ein Fluidkanal 12 ausgebildet sein. Der Fluidkanal 12 verbindet eine auf der Außenseite 8 der Dichtungseinrichtung 1 vorgesehene Einlassöffnung 13 mit einer umfangsseitig auf der Dichtungseinrichtung 1 vorgesehenen Auslassöffnung 14. Somit kann bei am Gehäuse eines Batteriezellenmoduls (nicht gezeigt) montierter Dichtungseinrichtung ein Gap-Filler in den vom Gehäuse und der Dichtungseinrichtung 1 begrenzten Gehäuseinnenraum eingebracht werden.
Die gesamte Dichtungseinrichtung 1 kann als Dichtungsplatte 15 ausgebildet sein. Insbesondere kann die Dichtungseinrichtung 1 ohne äußere Kraftbeaufschlagung, also ohne Ausübung einer äußeren Biegekraft auf die Dichtungseinrichtung 1 als Dichtungsplatte 15 mit ebener, also nicht-gekrümmter Geometrie, ausgebildet sein.
Die 3a illustriert in einer perspektivischen Teildarstellung beispielhaft ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul 20 mit einer erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 1 gemäß den 1 und 2. Das Batteriezellenmodul 20 umfasst gemäß 3 ein Gehäuse 24, das einen Gehäuseinnenraum 25 teilweise umgibt und in welchem eine Gehäuseöffnung 26 ausgebildet ist. Die 3b zeigt das Batteriezellenmodul 20 der 3a ohne Gehäuse 24. Die 4 ist ein mit 2 korrespondierender Längsschnitt des Batteriezellenmoduls 20 entlang der Hauptrichtung HR der Dichtungseinrichtung 1.
Ferner umfasst das Batteriezellenmodul 20 mehrere entlang der Hauptrichtung HR der Dichtungseinrichtung 1 nebeneinander im Gehäuseinnenraum 25 angeordnete und aufeinandergestapelte Batteriezellen 21. Von einer der Gehäuseöffnung 26 zugewandten Stirnseite 27 (vgl. 4) einer jeder Batteriezelle 21 steht zur Gehäuseöffnung 26 hin jeweils ein elektrisches Anschlusselement 22 aus einem elektrisch leitenden Material, insbesondere aus einem Metall, ab. Jedes Anschlusselement 22 geht auf einer von der Batteriezelle 21 abgewandten Seite 28 in ein elektrisches Kontaktierungsende 23 über. Eine entlang der Hauptrichtung HR gemessene Kontaktierungsende-Breite b_KE der Kontaktierungsenden 23 ist dabei kleiner als eine entlang der Hauptrichtung HR gemessene Anschlusselement-Breite b_AE der Anschlusselemente 22. Über das Anschlusselement 22 und das Kontaktierungsende 23 kann die zugehörige elektrische Batteriezelle 21 mit elektrischer Energie versorgt werden, wenn sie aufgeladen werden soll, oder die gespeicherte elektrische Energie bereitstellen.
Gemäß 4 liegt die erfindungsgemäße Dichtungseinrichtung 1 an den Stirnseiten 27 der Batteriezellen 21 an. Wie insbesondere die Darstellung der 4 veranschaulicht, sind die elektrischen Anschlusselemente 22 jeweils im zugeordneten Zwischenraum 3, also zwischen zwei in Hauptrichtung HR benachbarten Abdichtelementen 2 der Dichtungseinrichtung 1 angeordnet. Das jeweilige elektrische Kontaktierungsende 23 durchgreift die im Verbindungselement 4 zwischen den beiden Abdichtelementen 2 ausgebildete Durchgangsöffnung 5 und ragt nach außen aus der Dichtungseinrichtung 1 heraus. Dabei verschließt das elektrische Anschlusselement 22 den Zwischenraum 3 fluiddicht. Somit besteht über den Zwischenraum 3 keine Fluidverbindung zwischen der dem Gehäuseinnenraum 25 zugewandten Innenseite 7 der Dichtungseinrichtung 1 und der vom Gehäuseinnenraum 25 abgewandten Außenseite 8 der Dichtungseinrichtung 1.
Die Dichtungseinrichtung 1 kann gemäß 3b mittels einer jeweiligen Fixierplatte 31 (in 3b ist nur eine solche Fixierplatte 31 erkennbar) an den beiden äußersten und einander in der Hauptrichtung HR gegenüberliegenden Batteriezellen 21 a, 21b befestigt sein. Auf einer Umfangsseite 18 der Dichtungseinrichtung 1 kann - wie insbesondere in den 3a und 3b veranschaulicht - vollständig umlaufend ein äußeres Dichtungselement 19, insbesondere ein Dichtungsring, aus einem Elastomer angeordnet sein. Das äußere Dichtungselement 19 stützt sich an einer dem Gehäuseinnenraum 25 zugewandten Innenseite 29 des Gehäuses 24 ab, so dass der Gehäuseinnenraum 25 gegen die äußere Umgebung 30 des Gehäuses 24 abgedichtet ist.
Die bereits oben erläuterte Auslassöffnung 14 des in einem der Abdichtelemente 2 der Dichtungseinrichtung 1 gebildeten Fluidkanals 12 kommuniziert fluidisch mit dem Gehäuseinnenraum 25.
Das Material der Dichtungseinrichtung 1 ist im Beispielszenario ein biegeelastisches Material. Als solches biegeelastisches Material kommt beispielsweise ein Kunststoff in Betracht. Hierbei kann die Dichtungseinrichtung 1 aus einem Elastomer, einem Duroplast oder einem Thermoplast gebildet sein. Geeignete thermoplastische Materialien sind beispielsweise Polypropylen, Polyethylen oder Polyamid. Diese Kunststoffe können ungefüllt sein, ggf. aber auch Füllstoffe, wie Kohle- oder Glasfasern bzw. Mischungen diverser Füllstoffe, enthalten. Vorteilhafterweise können auch thermoplastische Elastomere (TPE) verwendet werden, welche über eine Grundelastizität verfügen und so eine zusätzliche Dichtwirkung erzielen.
5 ist ein mit 2 korrespondierender Längsschnitt der Dichtungseinrichtung 1 entlang der Hauptrichtung HR und veranschaulicht ein Umbiegen der Dichtungseinrichtung 1, um auf diese Weise das Einstecken der Anschlusselemente 22 in die Zwischenräume 3 bzw. das Durchstecken der Kontaktierungsenden 23 durch die Durchgangsöffnungen 5 zu erleichtern. Durch Umbiegen der biegeelastischen Dichtungseinrichtung 1 um eine Biegeachse B können die Zwischenräume 3 zwischen den Abdichtelementen 2 wie in 5 veranschaulicht im Bereich der inneren Erstreckungsabschnitte 3i aufgeweitet, also mit vergrößerter entlang der Hauptrichtung HR gemessener Breite b versehen werden. Dies erleichtert das anschließende Einschieben der in 5 im Abstand zur Dichtungseinrichtung 1 gezeigten elektrischen Anschlusselemente 22 der Batteriezellen 21 in die Zwischenräume 3 und auch das Durchstecken der Kontaktierungsende 23 der Batteriezellen durch die in den Zwischenräumen 3 angeordneten und von den Verbindungselementen 4 begrenzten Durchgangsöffnungen 5 entlang der Durchsteckrichtung DR.
Eine Biegeachse B der Dichtungseinrichtung 1 erstreckt sich bevorzugt entlang der Längsrichtung LR der Durchgangsöffnungen 5 bzw. Durchgangsschlitze 6.
Die Überführung der Geometrie der Dichtungseinrichtung 1 bzw. der Dichtungsplatte 15 von der in 2 gezeigten ebenen Gestalt in die in 5 gezeigte gebogene, also gekrümmte Gestalt kann durch Beaufschlagung der Dichtungseinrichtung 1 bzw. Dichtungsplatte 15 mit einer äußeren Biegekraft erfolgen. Um das in 5 gezeigte Umbiegen der Dichtungseinrichtung 1 bzw. Dichtungsplatte 15 zu erleichtern, erweist es sich als vorteilhaft, wenn wie in 5 eingezeichnet eine entlang der Durchsteckrichtung DR gemessene Breite bv der Dichtungseinrichtung 1 bzw. Dichtungsplatte 15 im Bereich der Verbindungselemente 4 [beträgt] höchstens 1/5, vorzugsweise höchstens 1/10, einer Breite b_A der Dichtungseinrichtung 1 bzw. der Dichtungsplatte 15 im Bereich der Abdichtelemente 2 < - >. Somit können die Verbindungsabschnitte 4 ohne größeren Kraftaufwand umgebogen werden.
Das Umbiegen der Dichtungseinrichtung 1 wie in 5 gezeigt kann mithilfe einer in 7 gezeigten Biegevorrichtung 40 erfolgen. Die Biegevorrichtung 40 umfasst einen Grundkörper 41. Der Grundkörper 41 weist eine T-Förmige Geometrie mit einer sich in einer Basisrichtung BR erstreckenden T-Basis 42 und mit einem sich in einer Durchsteckrichtung DR senkrecht zur Basisrichtung BR erstreckenden T-Dach 43 auf. An den beiden einander gegenüberliegenden Endabschnitten 44a, 44b des T-Dachs 43 ist jeweils ein Verstellelement 45a bzw. 45b vorgesehen. Jedes der beiden Verstellelemente 45a, 45b ist entlang der Basisrichtung BR verstellbar mit dem Grundkörper 41 verbunden. An jedem der beiden Verstellelemente 45a, 45b ist auf einer dem jeweils anderen Verstellelement 45b, 45a zugewandten Innenseite 47a, 47b eine Aufnahme 46a, 46b angeordnet.
Die Biegevorrichtung 40 ist so dimensioniert und auf die Dichtungseinrichtung 1 abgestimmt, dass die Dichtungseinrichtung 1 entlang ihrer Hauptrichtung HR zwischen die beiden Verstellelemente 45a, 45b geklemmt werden kann. Die Verklemmung erfolgt dabei derart, dass sich die beiden entlang der Hauptrichtung HR äu-ßeren Abdichtelemente 2, 2a, 2b jeweils an einem der beiden Verstellelemente 45a, 45b abstützen. Gleichzeitig stützt sich die T-Basis 43 an einem zwischen den beiden äußeren Abdichtelementen 2a, 2b angeordneten Abdichtelement 2, 2c ab. Durch Verstellen der beiden Verstellelemente 45a, 45b entlang der Basisrichtung kann die Dichtungseinrichtung 1 wie in 5 gezeigt umgebogen werden, da beim Verstellen der Verstellelemente 45a, 45b die beiden äußeren Abdichtelemente 2a, 2b mitgenommen werden, wohingegen die T-Basis eine entsprechende Folgebewegung des Abdichtelements 2c in der Basisrichtung BR der verhindert.
Im Folgenden wird anhand der bereits erläuterten Figuren die Montage der Batteriezellen 21 des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls 20 an der erfindungsgemäßen Dichtungseinrichtung 1 erläutert. Wie in 6 gezeigt, werden zunächst mehrere entlang der Hauptrichtung HR nebeneinander angeordnete und aufeinandergestapelte Batteriezellen 21 bereitgestellt. Die Batteriezellen 21 können bereits in einem Gehäuse 24 des Batteriezellenmoduls 20 vormontiert sein (vgl. 3a; in den 5, 6 und 7 nicht gezeigt). Von jeder Batteriezelle 21 steht entlang der senkrecht zur Hauptrichtung HR verlaufenden Durchsteckrichtung DR ein elektrisches Anschlusselement 22 ab. Das elektrische Anschlusselement 22 geht von der jeweiligen Batteriezelle 21 weg in der Durchsteckrichtung DR in ein elektrisches Kontaktierungsende 23 mit reduzierter Breite über.
Zur Montage der Dichtungseinrichtung 1 und der Batteriezellen 21 aneinander wird die bislang eben, also nicht umgebogen ausgebildete Dichtungseinrichtung 1 ausgehend von dem in 2 gezeigten, ebenen Zustand, in welchem keine Biegekraft auf die Dichtungseinrichtung 1 ausgeübt wird, in den in 5 gezeigten, umgebogenen Zustand versetzt. Diese erfolgt, wie bereits oben anhand der 5 erläutert, durch Umbiegen der Dichtungseinrichtung um die Biegeachse B. Hierzu kann mittels der anhand der in 7 gezeigten Biegevorrichtung 40 eine Biegekraft auf die Dichtungseinrichtung 1 ausgeübt werden. In der auf diese Weise umgebogenen Dichtungseinrichtung 1 gemäß 5 sind die zwischen den benachbarten Abdichtelementen 2 gebildeten Zwischenräume 3 in ihren inneren Erstreckungsabschnitten 3.i aufgeweitet.
In diesem umgebogenen Zustand können die in 6 gezeigten elektrischen Anschlusselemente 22 zusammen mit den Kontaktierungsenden 23 entlang der Durchsteckrichtung in die zugeordneten Zwischenräume 3 der Dichtungseinrichtung 1 eingeschoben und die Kontaktierungsenden 23 durch die in dem jeweiligen Verbindungselement 4 ausgebildete Durchgangsöffnung 5 hindurchgeschoben werden. Nach dem Durchschieben durchgreifen die Kontaktierungsenden 23 die zugeordneten Durchgangsöffnungen 5. Dabei ragen die Kontaktierungsenden 23 über die äußeren Erstreckungsabschnitte 3.a der Zwischenräume 3 entlang der Durchsteckrichtung DR aus der Dichtungseinrichtung 1 heraus, so dass sie elektrisch kontaktiert werden können (nicht gezeigt).
Nach dem Durchschieben kann die Dichtungseinrichtung 1 - durch Beendigung der Beaufschlagung der Dichtungseinrichtung mittels einer Biegekraft, die mittels der Biegevorrichtung 40 erzeugt wird, wieder in die nicht-umgebogene, also ebene geometrische Gestalt überführt werden. Dies kann durch Rückverstellung der Verstellelemente 45a, 45b der Biegevorrichtung 40 erfolgen (nicht gezeigt).
Es ergibt sich sodann die in den 3a, 3b und 4 gezeigte Anordnung von Dichtungseinrichtung 1 und Batteriezellen 21. Demnach liegen die jeweils einen Zwischenraum 3 begrenzenden Abdichtelemente 2 im Bereich des inneren Erstreckungsabschnitt 3.i des Zwischenraums 3 mit jeweiligen inneren Kontaktflächen 17 flächig an dem im jeweiligen Zwischenraum 3 angeordneten elektrischen Anschlusselement 22 an. Somit können die Anschlusselemente 22 nicht mit einem über den Fluidkanal 12 in den Gehäuseinnenraum 25 eingebrachten Gap-Filler benetzt werden. Da die Anschlusselemente 22 die Zwischenräume 3 abdichten, kann auch kein Gap-Filler auf die Oberfläche der Kontaktierungsenden 23 gelangen.

Claims

Dichtungseinrichtung (1) für ein mehrere Batteriezellen (21) aufweisendes Batteriezellenmodul (20), - mit mehreren, entlang einer Hauptrichtung (HR) im Abstand zueinander angeordneten Abdichtelementen (2), wobei zwischen zwei benachbarten Abdichtelementen (2) ein Zwischenraum (3) zur Aufnahme eines elektrischen Anschlusselements (22) einer Batteriezelle (21) gebildet ist, - wobei zwei benachbarte Abdichtelemente (2) mittels zweier sich in dem Zwischenraum (3) entlang der Hauptrichtung (HR) erstreckender Verbindungselements (4) miteinander verbunden sind, - wobei die beiden Verbindungselemente (4) quer zur Hauptrichtung (HR) im Abstand zueinander angeordnet sind und zusammen mit den beiden Abdichtelementen (2) eine Durchgangsöffnung (5) zum Durchstecken eines vom Anschluss-element (22) abstehenden Kontaktierungsendes (23) einfassen.
Dichtungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Dichtungseinrichtung (1) ein biegeelastisches Material ist, so dass die Zwischenräume (3) zwischen den Abdichtelementen (2) durch Biegen der Dichtungseinrichtung (1) um eine Biegeachse (B) zum Montieren der elektrischen Anschlusselemente (22) mit den Kontaktierungsenden (23) an der Dichtungseinrichtung (1) zumindest abschnittsweise aufgeweitet werden können.
Dichtungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder2, dadurch gekennzeichnet, dass - die Durchgangsöffnungen (5) in einer Draufsicht auf die Dichtungseinrichtung (1) die Geometrie von sich entlang einer Längsrichtung (LR) erstreckenden, längsförmigen Durchgangsschlitzen (6) aufweisen, wobei vorzugsweise die Längsrichtung (LR) senkrecht sowohl zur Hauptrichtung (HR) als auch zur Durchsteckrichtung (DR) verläuft, - vorzugsweise sich die Biegeachse (B) entlang der Längsrichtung (LR) erstreckt.
Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang der Durchsteckrichtung (DR) gemessene Breite (bv) der Dichtungseinrichtung (1) im Bereich der Verbindungselemente (4) höchstens 1/5 vorzugsweise höchstens 1/10, einer Breite (b_A) im Bereich der Abdichtelemente (2) beträgt.
Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass - die Verbindungselemente (4) in einem Längsschnitt entlang der Hauptrichtung (HR) den jeweiligen Zwischenraum (3) in einen einer Innenseite (7) der Dichtungseinrichtung (1) zugewandten inneren Erstreckungsabschnitt (3.i) und in einen einer Außenseite (8) der Dichtungseinrichtung (1) zugewandten äußeren Erstreckungsabschnitt (3.a) unterteilen, - in einem nicht umgebogenen Zustand der Dichtungseinrichtung (1) sich die äu-ßeren Erstreckungsabschnitte (3.a) zu den Verbindungselementen (4) hin verjüngen.
Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem umgebogenen Zustand der Dichtungseinrichtung (1) gegenüber dem nicht-umgebogenen Zustand die inneren Erstreckungsabschnitte (3.i) aufgeweitet und die äußeren Erstreckungsabschnitte (3.a) verengt sind.
Dichtungseinrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden benachbarten Abdichtelemente (2) im Bereich der inneren Erstreckungsabschnitte (3.i) eine Einführhilfe (9) zum Einfädeln der Kontaktierungsenden (23) in die Zwischenräume (3) ausbilden.
Dichtungseinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einführhilfe (9) durch die Oberfläche der Abdichtelemente (2) gebildete Einführschrägen (10) umfasst.
Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem Abdichtelement (2) ein Fluidkanal (12) vorgesehen ist, welcher eine auf der Außenseite (8) der Dichtungseinrichtung (1) vorgesehene Einlassöffnung (13) mit einer umfangsseitig auf der Dichtungseinrichtung (1) vorgesehenen Auslassöffnung (14) verbindet.
Dichtungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdichtelemente (2) und die Verbindungselemente (4) integral aneinander ausgeformt sind.
Batteriezellenmodul (20), - mit einem einen Gehäuseinnenraum (25) teilweise umgebenden Gehäuse (24), in welchem eine Gehäuseöffnung (26) ausgebildet ist, - mit mehreren entlang einer Hauptrichtung (HR) nebeneinander im Gehäuseinnenraum (25) angeordneten Batteriezellen (21), wobei von einer der Gehäuseöffnung zugewandten Stirnseite (27) einer jeden Batteriezelle (21) zur Gehäuseöffnung (26) hin jeweils ein elektrisches Anschlusselement (23) absteht, welche jeweils auf einer von der Batteriezelle (21) abgewandten Seite (28) in ein Kontaktierungsende (23) übergeht, - mit einer die Gehäuseöffnung (26) verschließenden Dichtungseinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, - wobei die elektrischen Anschlusselemente (22) jeweils in einem zugeordneten Zwischenraum (3) zwischen zwei benachbarten Abdichtelementen (2) der Dichtungseinrichtung (1) angeordnet sind, - wobei das von dem Anschlusselement (22) abstehende Kontaktierungsende (23) die im Zwischenraum (3) zwischen den beiden Abdichtelementen (2) ausgebildete Durchgangsöffnung (5) durchgreift, so dass es nach außen aus der Dichtungseinrichtung (1) herausragt, - wobei die in den Zwischenräumen (3) angeordneten Anschlusselemente (22) den jeweiligen Zwischenraum (3) fluiddicht verschließen, so dass keine Fluidverbindung zwischen der dem Gehäuseinnenraum (25) zugewandten Innenseite (7) der Dichtungseinrichtung (1) mit der vom Gehäuseinnenraum (25) abgewandten Außenseite (8) der Dichtungseinrichtung (1) besteht.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei einen Zwischenraum (3) begrenzende Abdichtelemente (2) mit jeweiligen inneren Kontaktflächen (17) flächig an dem im Zwischenraum (3) insbesondere in dessen inneren Erstreckungsabschnitt (3.i), angeordneten elektrischen Anschlusselement (22) anliegen.
Batteriezellenmodul nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtungseinrichtung (1) jeweils mittels einer Fixierplatte (31) an den beiden äußersten und einander in der Hauptrichtung (HR) gegenüberliegenden Batteriezellen (21, 21a, 21b) befestigt ist.
Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Umfangsseite (18) der Dichtungseinrichtung (1) vollständig umlaufend ein Dichtungselement (19), insbesondere ein Dichtungsring, angeordnet ist, welches sich an einer dem Gehäuseinnenraum (25) zugewandten Innenseite (29) des Gehäuses (24) abstützt, so dass der Gehäuseinnenraum (25) gegen die äußere Umgebung (30) des Gehäuses (24) abgedichtet ist.
Verfahren zum Zusammenbauen eines Batteriezellenmoduls nach einem der Ansprüche 11 bis 14, umfassend die folgenden Maßnahmen: a) Bereitstellen der Dichtungseinrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, b) Anordnen von mehreren Batteriezellen (21) entlang der Hauptrichtung (HR) der Dichtungseinrichtung (1) nebeneinander, wobei von einer der Dichtungseinrichtung (1) zugewandten Stirnseite (27) einer jeder Batteriezelle (21) jeweils ein elektrisches Anschlusselement (23) absteht, welches auf einer von der Batteriezelle (21) abgewandten Seite (28) in ein Kontaktierungsende (23) übergeht, c) Umbiegen der Dichtungseinrichtung (1), insbesondere mittels einer Biegevorrichtung (40) nach Anspruch 20, so dass sich die zwischen den benachbarten Abdichtelementen (2) gebildeten Zwischenräume (3) zu den Anschlusselementen (22) hin aufweiten, d) Durchschieben der Kontaktierungsenden (23) durch die in den Verbindungselementen (4) vorgesehenen Durchgangsöffnungen (5), bis sie die jeweilige Durchgangsöffnung (5) durchgreifen und aus der Dichtungseinrichtung (1) herausragen, e) Zurückverstellen der Dichtungseinrichtung (1) in die nicht-umgebogene Ausgangsstellung, so dass die Abdichtelemente (2) den jeweiligen Zwischenraum (3) fluiddicht verschließen.