DE102022102513A1

DE102022102513A1 - Batteriemodul mit einem Ausgleichselement zur Swellingkompensation

Info

Publication number: DE102022102513A1
Application number: DE102022102513.6A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Erhardt
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-02-03
Filing date: 2022-02-03
Publication date: 2023-08-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug (50). Das Batteriemodul (10) weist dabei einen Batteriezellenstapel (12) aus mehreren in einer Stapelrichtung (S) gestapelten Batteriezellen (14) auf. Ferner weist das Batteriemodul (10) ein Gehäuse (16) auf, in dem der Batteriezellenstapel (12) aufgenommen ist. Weiterhin weist das Batteriemodul (10) ein profiliertes Ausgleichselement (20) auf, das zwischen einer ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und dem Gehäuse (16) oder zwischen einer ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und einer zweiten Batteriezelle (14b) des Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist. Das profilierte Ausgleichselement (20) ist dabei bei einer Druckbeaufschlagung des profilierten Ausgleichselements (20) in der Stapelrichtung (S) deformierbar. Ferner weist das Gehäuse (16) zumindest ein Kompensationsvolumen (18) auf, das ausgebildet ist, eine durch die Druckbeaufschlagung bedingte Ausdehnung des profilierten Ausgleichselements (20) quer zu der Stapelrichtung (S) aufzunehmen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug.
Es ist bekannt, dass das Volumen von z. B. Lithium-lonen-Batteriezellen im entladenen Zustand kleiner sein kann als im geladenen Zustand. Diese großteils reversible Volumenänderung wird in der Literatur auch als „breathing“ bezeichnet. Weiterhin ist bekannt, dass bei Batteriezellen das Batteriezellenvolumen mit zunehmender Anzahl an Lade- bzw. Entladezyklen zunehmen kann. Dieser irreversible Effekt wird in der Literatur auch als „swelling“ bezeichnet. Werden mehrere Batteriezellen zu einem Batteriezellenmodul verbunden, z. B. innerhalb eines Rahmens, und können die einzelnen Zellen „swellen“, ohne dass der Rahmen und andere Bauteile (z. B. Kontakte) stark verformt bzw. mechanisch belastet werden, dann liegt ein sogenanntes „swellingneutrales Zellmodul“ vor.
Allgemein bekannt ist weiter, dass Batteriezellen unter einer idealen Vorspannung, welche von der Chemie der Zellen abhängig ist, die höchste nutzbare Zahl an Lade- und Entladezyklen bei gleichzeitig größtmöglicher nutzbarer Batteriekapazität erreichen können. Eine zu hohe Vorspannkraft, beispielsweise infolge der vorgenannten Batterievolumenzunahme, kann jedoch zum Herauspressen des Elektrolyten bzw. zur Zerstörung der Zellen führen.
Ferner können Kompensations- bzw. Ausgleichselemente (z. B. in Form von Federn und/oder komprimierbaren Kissen) zwischen den Batteriezellen angeordnet werden, um die Volumenzunahme der Zellen im vorgegebenen Bauraum (Rahmen) zu ermöglichen. Nachteilig an den bekannten Lösungen ist dabei jedoch deren oftmals großer Platzbedarf, dass die Vorspannkraft beim Entladen der Zellen stark abfallen oder sogar gänzlich verschwinden kann und/oder dass eine zu große Vorspannkraft zum Herauspressen des Elektrolyten und damit zur Zerstörung der Zelle führen kann.
Entsprechend ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zur Reduzierung eines druckbedingten Verschleißes von Batteriezellen bereitzustellen. Vorzugsweise ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels derer die Vorspannkraft der einzelnen Zellen in einem Zellmodul über die gesamte Lebensdauer und bei jedem Ladezustand in einem Bereich gehalten werden kann, in dem eine hohe Kapazität der Batteriezellen über möglichst viele Lade- und Entladezyklen gewährleistet ist. Bevorzugt sollte die Lösung ferner möglichst wenig Bauraum beanspruchen.
Diese Aufgaben können mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst werden. Vorteilhafte Ausführungsformen und Anwendungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche und werden in der folgenden Beschreibung unter teilweiser Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.
Ein erster unabhängiger Aspekt betrifft ein Batteriemodul (z. B. Traktionsbatteriemodul) für ein Kraftfahrzeug. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug ein Nutzfahrzeug, wie z. B. ein Lastkraftwagen oder Omnibus. Das Batteriemodul weist einen Batteriezellenstapel aus mehreren (z. B. fünfzehn oder sechszehn) in einer Stapelrichtung gestapelten Batteriezellen auf. Lediglich beispielhaft kann es sich bei den Batteriezellen um prismatische Lithium-Ionen-Batteriezellen handeln. Das Batteriemodul weist ferner ein (z. B. aus Kunststoff gefertigtes) Gehäuse auf, in dem der Batteriezellenstapel aufgenommen ist. Weiterhin weist das Batteriemodul ein profiliertes, vorzugsweise wellenförmig profiliertes, Ausgleichselement (z. B. in Form eines Profilblechs) auf, welches im Folgenden auch als Kompensationselement bezeichnet werden kann. Dieses Ausgleichselement kann bevorzugt dazu dienen, swellingbedingte Druckänderungen im Batteriezellenstapel auszugleichen.
Das profilierte Ausgleichselement kann dabei zwischen einer, vorzugsweise stapelendseitigen, ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und dem Gehäuse angeordnet sein. Alternativ kann das profilierte Ausgleichselement zwischen einer ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und einer, vorzugsweise zur ersten Batteriezelle benachbarten, zweiten Batteriezelle des Batteriezellenstapels angeordnet sein. Vorzugsweise weist das Batteriemodul mehrere dieser Ausgleichselemente auf, die jeweils zwischen zwei Batteriezellen des Batteriezellenstapels oder zwischen einer Batteriezelle und dem Gehäuse angeordnet sind. Das profilierte Ausgleichselement ist ferner bei einer, vorzugsweise durch ein Swelling der Batteriezellen des Batteriezellenstapels bedingten, Druckbeaufschlagung des profilierten Ausgleichselements in der Stapelrichtung deformierbar, vorzugsweise flachpressbar. Bevorzugt kann das profilierte Ausgleichselement somit durch eine Druckbeaufschlagung „von außen“ in seiner Form veränderbar sein.
Das Batteriemodul zeichnet sich dadurch aus, dass das Gehäuse zumindest ein Kompensationsvolumen aufweist. Das zumindest eine Kompensationsvolumen ist dabei ausgebildet, eine durch die Druckbeaufschlagung (in der Stapelrichtung) bedingte Ausdehnung (z. B. eine Höhen- oder Breitenänderung in einer Ebene senkrecht zur Stapelrichtung) des profilierten Ausgleichselements quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Stapelrichtung aufzunehmen, vorzugsweise um ein Verkanten des profilierten Ausgleichselements zu vermeiden. Bevorzugt ist somit ein definiertes Volumen bzw. ein definierter Freiraum im Gehäuse vorgesehen, in das bzw. den das Ausgleichselement im Falle einer, vorzugsweise swellingbedingten, Deformation des Ausgleichselements eindringen kann.
Durch die vorgenannte Ausführung des Batteriemoduls kann auf vorteilhafte Weise ein möglichst „swellingneutrales“ Batteriemodul bereitgestellt werden, bei welchem Volumen- und damit Druckänderungen der Batteriezellen bzw. des Batteriezellenstapels über eine Deformation des wenig Bauraum beanspruchenden Ausgleichselements ausgeglichen werden können. Hierdurch kann auf vorteilhafte Weise die Lebensdauer der (teuren) Batteriezellen gesteigert werden, da die Batteriezellen gleichmäßig ausbauchen können, ferner speziell die äußeren Batteriezellen im Batteriezellenstapel nicht konvex-konkav verformt werden und die Druckkraft in den Batteriezellen mit deren Volumenzunahme nur moderat ansteigt. Vorteilhaft ist weiterhin, dass besonders in den außenliegenden Batteriezellen Zellkomponenten, wie z. B. Vents, Kontaktierungen, Schweißnähte etc., weniger belastet werden, insbesondere gegen Ende der Lebensdauer. Ferner kann das Batteriemodul insgesamt keine oder nur eine geringe Längenänderung erfahren sowie Seiten- und/oder Endplatten des Batteriemoduls entlastet werden und dadurch einfacher, leichter, kleiner, dünner ausgeführt werden.
Gemäß einem Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement im Wesentlichen plattenförmig sein. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement in der Stapelrichtung eine geringere Ausdehnung aufweisen als senkrecht zu der Stapelrichtung. Beispielsweise kann das Ausgleichselement ein Blechelement sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst dünnes bzw. platzsparendes Ausgleichselement bereitgestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement eine Breite aufweisen, die im Wesentlichen einer Breite der ersten Batteriezelle entspricht. Vorzugsweise sind das profilierte Ausgleichselement und die erste Batteriezelle somit gleich breit. Als „Breite“ kann dabei bevorzugt eine Ausdehnung in einer, vorzugsweise horizontalen, Richtung senkrecht zur Stapelrichtung verstanden werden. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement eine Höhe aufweisen, die geringer als eine Höhe der ersten Batteriezelle ist. Vorzugsweise ist die erste Batteriezelle somit höher als das profilierte Ausgleichselement. Als „Höhe“ kann dabei bevorzugt eine Ausdehnung in einer, vorzugsweise vertikalen, Richtung senkrecht zur Stapelrichtung und senkrecht zur Richtung der Breite verstanden werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement zwischen einer Ausgangsform, welche auch als Grundform bezeichnet werden kann, und einer (z. B. flachgepressten) Deformationsform, vorzugsweise reversibel oder elastisch, deformierbar sein. Das Ausgleichselement kann dabei z. B. in der Ausgangsform profiliert und in der Deformationsform im Wesentlichen oder angenähert plan oder zumindest weniger stark profiliert als in der Ausgangsform sein. Bevorzugt ist das profilierte Ausgleichselement dabei durch eine Druckbeaufschlagung des profilierten Ausgleichselements in der Stapelrichtung zwischen der Ausgangsform und Deformationsform, vorzugsweise kontinuierlich, deformierbar.
Weiterhin kann das zumindest eine Kompensationsvolumen frei sein, falls das profilierte Ausgleichselement in der Ausgangsform ist. Ferner kann im zumindest einen Kompensationsvolumen ein Abschnitt des profilierten Ausgleichselements aufgenommen sein, falls das profilierte Ausgleichselement in der Deformationsform ist. Bevorzugt handelt es sich somit bei dem zumindest einen Kompensationsvolumen um einen definierten Freiraum im Gehäuse, in den sich das Ausgleichselement bei dessen Deformation ausdehnen kann. Durch dieses speziell für die Aufnahme der Ausdehnung des Ausgleichselements vorgesehene Volumen im Gehäuse kann auf vorteilhafte Weise ein ungehindertes Bewegen des Ausgleichselements bei der Deformation erreicht werden, wodurch ein Verkanten oder Verklemmen des Ausgleichselements möglichst vermieden werden kann.
Nach einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Kompensationsvolumen im Wesentlichen blockförmig sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Kompensationsvolumen eine Quaderform aufweisen. Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Kompensationsvolumen auch zwischen der ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und dem Gehäuse angeordnet sein. Dies kann bevorzugt dann der Fall sein, falls das profilierte Ausgleichselement zwischen der ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und dem Gehäuse angeordnet ist. Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Kompensationsvolumen auch zwischen der ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und der zweiten Batteriezelle des Batteriezellenstapels angeordnet sein. Letzteres kann bevorzugt dann der Fall sein, falls das profilierte Ausgleichselement zwischen der ersten Batteriezelle des Batteriezellenstapels und der zweiten Batteriezelle des Batteriezellenstapels angeordnet ist. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch das Gehäuse im Wesentlichen an die Batteriezellengröße angepasst sein, sodass eine möglichst hohe Energiedichte im Batteriemodul erreicht werden kann.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung zumindest in zwei Richtungen quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Stapelrichtung auszudehnen. Bevorzugt sind die zumindest zwei (verschiedenen) Richtungen dabei zumindest zwei einander entgegengesetzte Richtungen. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung nach oben und unten auszudehnen. Weiterhin kann das zumindest eine Kompensationsvolumen in den zumindest zwei Richtungen an das profilierte Ausgleichselement angrenzen. Beispielsweise kann das zumindest eine Kompensationsvolumen oben und unten an das profilierte Ausgleichselement angrenzen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ein möglichst gleichmäßiges Deformationsverhalten des Ausgleichselements erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement eine Profilierung (z. B. eine Wellenprofilierung und/oder eine Trapezprofilierung) aufweisen. Die Profilierung kann bei der Druckbeaufschlagung der Profilierung in der Stapelrichtung deformierbar, vorzugsweise flachpressbar, sein. D. h., die Profilierung kann bei der Druckbeaufschlagung eine Formänderung vollführen, welche bevorzugt mit einer Abnahme der Ausdehnung der Profilierung in der Stapelrichtung einhergeht. Bevorzugt kann die Profilierung dabei ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung zumindest in zwei, vorzugsweise einander entgegengesetzte, Richtungen quer (z. B. senkrecht) zu der Stapelrichtung auszudehnen. Zudem oder alternativ kann die Profilierung ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung der Profilierung in der Stapelrichtung senkrecht zu der Stapelrichtung in Abhängigkeit von einem Wert der Druckbeaufschlagung um bis zu 10 %, vorzugsweise bis zu 15 %, besonders bevorzugt bis zu 20 % oder mehr, auszudehnen. Beispielsweise kann die Profilierung eine Berg-Tal-Wellenprofilierung mit einem Berg-Berg-Abstand von 10 mm aufweisen, der sich im flachgepressten Zustand auf 12 mm erweitert.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement einen ebenen Mittelsteg zur Anlage an der ersten Batteriezelle aufweisen. Beispielsweise kann der Mittelsteg dazu dienen, das profilierte Ausgleichselement an der ersten Batteriezelle zu verkleben und/oder abzustützen. Der Mittelsteg kann bevorzugt ein durchlaufender Mittelsteg sein, d. h. sich von einem Rand des Ausgleichselements bis zu einem, vorzugsweise entgegengesetzten, Rand des Ausgleichselements erstrecken. Ferner kann das profilierte Ausgleichselement zwei profilierte (z. B. wellenförmig profilierte) Bereiche aufweisen, die jeweils an entgegengesetzten Seiten des Mittelstegs an den Mittelsteg anschließen. Entsprechend kann das profilierte Ausgleichselement insgesamt zwei profilierte und einen ebenen Bereich aufweisen. Auf vorteilhafte Weise kann durch diese Ausgestaltung eine sichere Anlage bzw. Fixierung des Ausgleichselements an der ersten Batteriezelle und gleichzeitig eine hohe Verformbarkeit des Ausgleichselements bereitgestellt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement mindestens eine Ausnehmung (z. B. in Form eines Durchbruchs oder Schlitzes) aufweisen. Bevorzugt dient die mindestens eine Ausnehmung dazu, Verspannungen in dem profilierten Ausgleichselement bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung zu vermeiden. Beispielsweise können durch die mindestens eine Ausnehmung lokale Ausgleichsbewegungen des Ausgleichselements, vorzugsweise quer zu der Stapelrichtung, ermöglicht werden. Um dabei auf vorteilhafte Weise das Auftreten scharfkantiger Ränder an der mindestens einen Ausnehmung möglichst zu vermeiden, kann die mindestens eine Ausnehmung bevorzugt laser- und/oder wasserstrahlgeschnitten sein. D. h., die mindestens eine Ausnehmung kann vorzugsweise mittels eines Laserstrahls und/oder Wasserstrahls in das profilierte Ausgleichselement geschnitten bzw. eingebracht sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die mindestens eine Ausnehmung zumindest einen (z. B. länglichen) Schlitz aufweisen. Der zumindest eine Schlitz kann sich hierbei ausgehend von einem Rand des profilierten Ausgleichselements hin zu einem Mittelabschnitt (z. B. zu dem Mittelsteg) des profilierten Ausgleichselements erstrecken. Bevorzugt verläuft der zumindest eine Schlitz dabei senkrecht zum vorgenannten Rand. Zudem oder alternativ kann sich der zumindest eine Schlitz zumindest über ein Viertel, vorzugsweise zumindest über ein Drittel, einer Höhe des profilierten Ausgleichselements erstrecken. Zudem oder alternativ kann sich der zumindest eine Schlitz quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Profilierung des profilierten Ausgleichselements erstrecken. Beispielsweise kann im Fall, dass das profilierte Ausgleichselement eine Wellenprofilierung aufweist, der zumindest eine Schlitz senkrecht zu einem oder mehreren Wellenbergen und/oder Wellentälern verlaufend angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann sich der zumindest eine Schlitz nur innerhalb eines profilierten Bereichs des profilierten Ausgleichselements erstrecken. Der zumindest eine Schlitz kann sich somit bevorzugt nicht im Mittelsteg des Ausgleichselements erstrecken. Zudem oder alternativ kann der zumindest eine Schlitz senkrecht zu der Stapelrichtung ausgerichtet sein. All diese Ausführungen ermöglichen, auf vorteilhafte Weise Verspannungen in dem profilierten Ausgleichselement bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung zu vermeiden und damit eine möglichst gleichmäßige Deformation des Ausgleichselements sicherzustellen.
Nach einem weiteren Aspekt kann die mindestens eine Ausnehmung mindestens ein Schlitzpaar aus zwei, vorzugsweise im Wesentlichen gleich langen, Schlitzen umfassen. Die zwei Schlitze des mindestens einen Schlitzpaars können dabei kollinear zueinander angeordnet sein. D. h., die zwei Schlitze können bevorzugt auf einer gemeinsamen (gedachten) Geraden liegend angeordnet sein. Zudem oder alternativ können sich die zwei Schlitze des Schlitzpaars jeweils von unterschiedlichen, vorzugsweise einander entgegengesetzten, Rändern des profilierten Ausgleichselements aufeinander zu erstrecken. Beispielsweise kann sich einer der zwei Schlitze des Schlitzpaars ausgehend von einem oberen Rand des Ausgleichselements in Richtung eines unteren Rands des Ausgleichselements erstrecken und ein zweiter Schlitz des Schlitzpaars ausgehend vom unteren Rand in Richtung des oberen Rands erstrecken. Bevorzugt weist das mindestens eine Schlitzpaar mehrere Schlitzpaare, z. B. drei, vier oder fünf Schlitzpaare, auf, die vorzugsweise gleichmäßig verteilt über das Ausgleichselement angeordnet sein können.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das Batteriemodul eine Halterung (z. B. in Form einer Klammer) aufweisen. Die Halterung kann bevorzugt zum Haltern des profilierten Ausgleichselements dienen. Die Halterung kann dazu mit dem profilierten Ausgleichselement verbunden (z. B. am Ausgleichselement befestigt sein) sein. Beispielsweise kann die Halterung am profilierten Ausgleichselement angeschraubt und/oder angeschweißt sein. Bevorzugt ist die Halterung jedoch integral-einstückig mit dem profilierten Ausgleichselement verbunden. Zudem oder alternativ kann die Halterung das profilierte Ausgleichselement an der ersten Batteriezelle (z. B. verspannt) halten. Bevorzugt kann die Halterung (z. B. in Form eines Hakens oder einer Klammer) das profilierte Ausgleichselement an der ersten Batteriezelle durch Umgreifen der ersten Batteriezelle halten. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfache und schnelle Halterung des Ausgleichselements ermöglicht werden.
In einer Ausführungsform kann die Halterung zumindest eine (z. B. L-förmige) Klammer umfassen. Die zumindest eine Klammer kann dabei einen, vorzugsweise ebenen, ersten Klammerschenkel und einen, vorzugsweise ebenen, zweiten Klammerschenkel aufweisen. Der erste Klammerschenkel kann mit dem profilierten Ausgleichselement verbunden (z. B. am Ausgleichselement befestigt) sein. Bevorzugt ist der erste Klammerschenkel hierbei integral-einstückig mit dem profilierten Ausgleichselement verbunden. Der zweite Klammerschenkel kann, vorzugsweise senkrecht, mit dem ersten Klammerschenkel verbunden (z. B. befestigt) sein.
Bevorzugt ist auch der zweite Klammerschenkel integral-einstückig mit dem ersten Klammerschenkel verbunden. Beispielsweise können der erste Klammerschenkel und der zweite Klammerschenkel eine L-Form bilden.
Nach einem weiteren Aspekt kann der zweite Klammerschenkel der zumindest einen Klammer an einer Seitenfläche der ersten Batteriezelle anliegen. Diese Seitenfläche kann im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erste Seitenfläche bezeichnet werden. Bevorzugt liegt der, vorzugsweise ebene, zweite Klammerschenkel dabei flächig an der ersten Seitenfläche an. Ferner kann das profilierte Ausgleichselement an einer, der ersten Seitenfläche entgegengesetzten, zweiten Seitenfläche der ersten Batteriezelle anliegen, bevorzugt derart, dass die erste Batteriezelle zwischen dem zweiten Klammerschenkel und dem profilierten Ausgleichselement verspannt ist. D. h., die erste Batteriezelle kann zwischen dem profilierten Ausgleichselement und dem zweiten Klammerschenkel der zumindest einen Klammer angeordnet sein, wobei das profilierte Ausgleichselement über die zumindest eine Klammer verspannt an der ersten Batteriezelle gehaltert sein kann. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch wiederum eine einfache und platzsparende Halterung des profilierten Ausgleichselements ermöglicht werden.
Um auf vorteilhafte Weise die Montage des Ausgleichselements zu erleichtern, kann gemäß einem weiteren Aspekt der erste Klammerschenkel der zumindest einen Klammer federnd beweglich mit dem profilierten Ausgleichselement verbunden sein. D. h., die zumindest eine Klammer zum Haltern des Ausgleichselements kann somit relativ zum Ausgleichselement bewegbar sein. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement eine federnde Zunge aufweisen. Die federnde Zunge kann beispielsweise durch zwei, vorzugsweise parallele, Randeinschnitte in dem profilierten Ausgleichselement und einen Randabschnitt des profilierten Ausgleichselements begrenzt sein. Entsprechend kann die federnde Zunge z. B. eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Hierbei kann der erste Klammerschenkel der zumindest einen Klammer mit der federnden Zunge des profilierten Ausgleichselements verbunden sein. Bevorzugt ist der erste Klammerschenkel hierbei integral-einstückig mit der federnden Zunge verbunden. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch ebenfalls eine das Anbringen des profilierten Ausgleichselements an der ersten Batteriezelle vereinfachende Beweglichkeit der zumindest einen Klammer erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das profilierte Ausgleichselement eine im Wesentlichen rechteckige Grundform aufweisen. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement eine im Wesentlichen rechteckige Platte sein, welche bereichsweise eine Profilierung, vorzugsweise eine Wellenprofilierung, aufweist. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement eine in einer Richtung des profilierten Ausgleichselements durchlaufende Profilform (z. B. mit parallelen Profilbahnen) aufweisen. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement in einer Richtung eine durchlaufende, d. h. sich von einem Rand des Ausgleichselements bis zu einem, vorzugsweise entgegengesetzten, Rand des Ausgleichselements erstreckende, Wellenprofilierung aufweisen. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement eine Berg-Tal-Profilierung aufweisen. Bevorzugt kann dabei ein bergartiger Profilbereich der Berg-Tal-Profilierung über ein abschnittsweise gerades Zwischenstück in einen talartigen Profilbereich der Berg-Tal-Profilierung übergehen.
Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement aus, vorzugsweise nickelhaltigem, Stahl gefertigt sein. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement somit ein profiliertes Blechelement sein. Bevorzugt kann das profilierte Ausgleichselement aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt gefertigt sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch in Kombination mit der vorzugsweise großen Fläche des Ausgleichselements eine Hitzebarriere bereitgestellt werden, welche im Fall eines Zellbrandes die Ausbreitung eines Zellbrandes möglichst verzögern und/oder verhindern kann. Zudem oder alternativ kann das profilierte Ausgleichselement eine elektrisch isolierende und/oder reibungsmindernde Beschichtung aufweisen. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement mit Teflon beschichtet sein. Vorzugsweise ist das profilierte Ausgleichselement dabei beidseitig, bevorzugt allseitig, mit der elektrisch isolierenden und/oder reibungsmindernden Beschichtung überzogen. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch wiederum die Sicherheit des Batteriemoduls erhöht werden und/oder eine gleichmäßige oder gleitende Deformationsbewegung des Ausgleichselements ermöglichst werden.
Weiterhin betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftfahrzeug (z. B. einen LKW), wobei das Kraftfahrzeug ein Batteriemodul, wie in diesem Dokument offenbart ist, aufweist. Hierbei sollen alle im Zusammenhang mit dem Batteriemodul beschriebenen Merkmale auch im Zusammenhang mit dem Kraftfahrzeug offenbart und beanspruchbar sein. Entsprechendes soll auch umgekehrt gelten. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug dabei um ein Nutzfahrzeug, d. h. ein Kraftfahrzeug, das durch seine Bauart und Einrichtung speziell zum Transport von Gütern und/oder zum Ziehen eines oder mehrerer (z. B. landwirtschaftlicher) Anhängerfahrzeuge ausgelegt ist. Beispielsweise kann das Nutzfahrzeug ein Lastkraftwagen, ein Sattelschlepper, ein Baustellenfahrzeug und/oder eine landwirtschaftliche Maschine (z. B. ein Traktor) sein.
Die zuvor beschriebenen Aspekte und Merkmale der Erfindung sind beliebig miteinander kombinierbar. Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht eines Ausschnitts eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform;
2 eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausschnitts eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform;
3 eine schematische Darstellung eines profilierten Ausgleichselements gemäß einer Ausführungsform;
4A eine schematische Schnittdarstellung durch einen profilierten Bereich eines Ausgleichselements gemäß einer Ausführungsform;
4B eine exemplarische Kraft-Wege-Kurve als Ergebnis einer Finite-Elemente-Analyse des in 4A dargestellten profilierten Bereichs; und
5 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs gemäß einer Ausführungsform.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen beschrieben und zum Teil nicht gesondert beschrieben.
Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, so dass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsform bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
Die 1 und 2 zeigen jeweils Ausschnitte eines Batteriemoduls 10 für ein Kraftfahrzeug 50 (nicht gesondert dargestellt, siehe 5). Das Batteriemodul 10 kann beispielsweise Teil eines elektrischen Energiespeichers (Batteriepack) des Kraftfahrzeugs 50 sein. Das Batteriemodul 10 kann zusammen mit weiteren, vorzugsweise identisch ausgeführten, Batteriemodulen als Traktionsbatterie elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs 50 bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug 50 mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Hierbei kann der Energiespeicher bzw. das Batteriemodul 10 beispielsweise extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs 50 angeschlossenes elektrisches Ladekabel geladen werden.
Das Batteriemodul 10 umfasst einen Batteriezellenstapel 12 aus mehreren, vorzugsweise identischen, in einer Stapelrichtung S gestapelten Batteriezellen 14 (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen). Die Batteriezellen 14 können aneinandergereiht sein. Lediglich beispielhaft können die gestapelten Batteriezellen 14 prismatische Batteriezellen und/oder Pouch-Batteriezellen sein. Die Stapelrichtung S der Batteriezellen 14 kann frei wählbar sein, z. B. vertikal oder horizontal. Die Batteriezellen 14 des Batteriezellstapels 12 sind bevorzugt miteinander verpresst bzw. verspannt. Die Batteriezellen 14 des Batteriezellstapels 12 sind vorzugsweise miteinander elektrisch verbunden, z. B. in Reihe miteinander geschaltet. Eine Anzahl der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 kann frei wählbar an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Beispielsweise kann der Batteriezellenstapel 12 fünfzehn oder sechzehn Batteriezellen 14 umfassen. Ein Volumen der jeweiligen Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 kann betriebsbedingt, z. B. lade- und/oder entladebedingt, veränderbar sein.
Weiterhin umfasst das Batteriemodul 10 ein Gehäuse 16. Das Gehäuse 16 kann - wie beispielhaft dargestellt ist - ein geschlossenes Gehäuse sein. Alternativ kann das Gehäuse 16 auch im Wesentlichen rahmenförmig, vorzugsweise mehreckrahmenförmig, besonders bevorzugt rechteckrahmenförmig sein. Das Gehäuse 16 kann z. B. aus Kunststoff gefertigt sein. Der Batteriezellenstapel 12 ist hierbei in dem Gehäuse 16 aufgenommen. Der Batteriezellenstapel 12 kann somit innerhalb des Gehäuses 16 angeordnet sein.
Um auf vorteilhafte Weise Druckänderungen im Batteriemodul 10 aufgrund von Volumenänderungen einer oder mehrerer Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 auszugleichen, weist das Batteriemodul 10 ferner ein profiliertes Ausgleichselement 20 auf. Bevorzugt handelt es sich bei dem profilierten Ausgleichselement 20 - wie beispielhaft dargestellt - um ein wellenförmig profiliertes Ausgleichselement 20. Zudem oder alternativ kann das Ausgleichselement 20 jedoch auch ein trapezförmig profiliertes oder ein anderweitig berg-tal-profiliertes Ausgleichselement 20 sein. Das profilierte Ausgleichselement 20 kann zwischen zwei Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 angeordnet sein. Zur besseren Unterscheidung können die beiden Batteriezellen 14 hierbei auch als erste Batteriezelle 14a und zweite Batteriezelle 14b bezeichnet werden (vgl. 1). Bevorzugt ist dabei - wie beispielhaft dargestellt - zwischen mehreren, vorzugsweise allen, Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 jeweils ein derartiges profiliertes Ausgleichselement 20 angeordnet. Weiterhin kann das profilierte Ausgleichselement 20 zwischen einer (ersten) Batteriezelle 14 bzw. 14a des Batteriezellenstapels 12 und dem Gehäuse 16 angeordnet sein (vgl. 2).
Das profilierte Ausgleichselement 20 kann dabei einen ebenen Mittelsteg 22 zur Anlage an der ersten Batteriezelle 14a aufweisen. Beispielsweise kann der ebene Mittelsteg 22 im Wesentlichen rechteckförmig sein. Der ebene Mittelsteg 22 kann dabei flächig an der ersten Batteriezelle 14a anliegen. Bevorzugt ist eine Flächennormale des ebenen Mittelstegs 22 dabei parallel zur Stapelrichtung S orientiert. D. h., der ebene Mittelsteg 22 kann sich bevorzugt senkrecht zur Stapelrichtung S erstrecken. Ferner kann das profilierte Ausgleichselement 20 eine Profilierung aufweisen. Diese kann z. B. in Form zweier profilierter (z. B. wellenförmig profilierter) Bereiche 24, 26 des Ausgleichselements 20 ausgebildet sein. Wie beispielhaft dargestellt ist, können die zwei profilierten Bereiche 24, 26 dabei jeweils an entgegengesetzten Seiten des Mittelstegs 22 an den Mittelsteg 22 anschließen. Bevorzugt ist somit zumindest die Hälfte, vorzugsweise zumindest zwei Drittel, besonders bevorzugt zumindest drei Viertel, des Ausgleichselements 20 profiliert. Zudem oder alternativ können die Profilierung bzw. die zwei profilierten Bereiche 24, 26 ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung der Profilierung in der Stapelrichtung S quer zu der Stapelrichtung S in Abhängigkeit von einem Wert der Druckbeaufschlagung um bis zu 10 %, vorzugsweise bis zu 15 %, besonders bevorzugt bis zu 20 % oder mehr, auszudehnen.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das profilierte Ausgleichselement 20 bei einer Druckbeaufschlagung des profilierten Ausgleichselements 20 in der Stapelrichtung S deformierbar (z. B. flachpressbar). Die Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung S kann dabei bevorzugt eine durch ein Swelling der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 bedingte Druckbeaufschlagung sein. Vorzugsweise kann die Profilierung (z. B. vorliegend die zwei profilierten Bereiche 24, 26) des Ausgleichselements 20 bei der Druckbeaufschlagung des Ausgleichselements 20 bzw. der Profilierung in der Stapelrichtung S deformierbar (z. B. flachpressbar) sein. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement 20 somit zwischen einer Ausgangsform und einer (z. B. flachgepressten) Deformationsform deformierbar sein. Bevorzugt handelt es sich bei der Ausgangsform dabei um eine Form des Ausgleichselements 20 bzw. der Profilierung ohne äußere Krafteinwirkung. Vorzugsweise ist das Ausgleichselement 20 bzw. dessen Profilierung ausgebildet, als Reaktion auf die Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung S eine Formänderung zu vollführen. Bevorzugt geht dabei eine Abnahme der Ausdehnung der Profilierung in der Stapelrichtung S einher. Beispielsweise kann das Ausgleichselement 20 in seiner Deformationsform im Wesentlichen plan sein oder zumindest weniger stark profiliert als in der Grundform. Weiterhin kann die Profilierung auch ausgebildet sein, sich bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung S zumindest in zwei, vorzugsweise einander entgegengesetzte, Richtungen quer zu der Stapelrichtung S auszudehnen, z. B. nach oben und nach unten (wie dargestellt ist) oder in zwei entgegengesetzte Horizontalrichtungen (nicht dargestellt).
Um bei diesem Vorgang auf vorteilhafte Weise ein Verklemmen bzw. Verkanten des Ausgleichselements 20 zu vermeiden, weist das Gehäuse 16 ferner zumindest ein Kompensationsvolumen 18 auf. Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 ist dabei bevorzugt dazu ausgebildet, eine durch die Druckbeaufschlagung bedingte Ausdehnung des profilierten Ausgleichselements 20 quer, vorzugsweise senkrecht, zu der Stapelrichtung S aufzunehmen. Hierzu kann das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 benachbart zum profilierten Ausgleichselement 20 angeordnet sein. Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 kann ferner angrenzend zu einem Rand des profilierten Ausgleichselements 20 angeordnet sein. Bevorzugt ist das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 einbautenfrei, falls das profilierte Ausgleichselement 20 in der Ausgangsform ist. Bevorzugt handelt es sich somit bei dem zumindest einen Kompensationsvolumen 18 um einen Freiraum im Gehäuse 16, der speziell zur Aufnahme der Ausdehnung des Ausgleichselements 20 bei dessen Deformation vorgesehen ist.
Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 kann ferner mehrere Kompensationsvolumen 18 aufweisen, die auch als Teilvolumen bezeichnet werden können. Insbesondere im Fall, dass - wie beispielhaft dargestellt - das Ausgleichselement 20 bzw. dessen Profilierung ausgebildet ist, sich bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung S in mehrere Richtungen auszudehnen, kann das Kompensationsvolumen 18 mehrere Teilvolumen umfassen, die bevorzugt in den entsprechenden Richtungen an das Ausgleichselement 20 angrenzen. Beispielsweise kann - wie im vorliegenden beispielhaften Fall - das Gehäuse 16 ein erstes Teil- bzw. Kompensationsvolumen 18 umfassen, das oberhalb des Ausgleichselements 20 angeordnet ist. Ferner kann das Gehäuse 16 ein zweites Teil- bzw. Kompensationsvolumen 18 aufweisen, das unterhalb des Ausgleichselements 20 angeordnet ist. Weiterhin kann das Gehäuse 16 für jedes der profilierten Ausgleichselemente 20 entsprechende Kompensationsvolumen 18 bzw. Kompensationsvolumina 18 umfassen.
Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 kann weiterhin blockförmig und/oder quaderförmig sein. Ferner kann das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 seine größte Erstreckung bzw. Ausdehnung senkrecht zur Stapelrichtung S aufweisen (vgl. 2). Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 kann zwischen zwei Batteriezellen (z. B. der ersten und zweiten Batteriezelle 14a, 14b) angeordnet sein. Das zumindest eine Kompensationsvolumen 18 kann auch zwischen einer, in Stapelrichtung S orientierten, Stirnfläche einer Batteriezelle 14 (z. B. einer stapelendseitigen Batteriezelle 14) und dem Gehäuse 16 angeordnet sein.
Weiterhin kann das Batteriemodul 10 eine Halterung 40 (z. B. in Form einer Klammer) aufweisen. Die Halterung kann bevorzugt zum Haltern des profilierten Ausgleichselements 20 (z. B. an der ersten Batteriezelle 14a) dienen. Die Halterung 40 kann dabei mit dem profilierten Ausgleichselement 20 (z. B. am ebenen Mittelsteg 22), vorzugsweise integral-einstückig, verbunden sein.
Zur besseren Verdeutlichung dieser Variante ist in 3 das entsprechende profilierte Ausgleichselement 20 nochmals separat dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass die unter Bezugnahme auf die 3 beschriebenen Techniken und Merkmale des Ausgleichselements 20 mit den Techniken und Merkmalen des Ausgleichselements 20 bzw. der Ausgleichselemente 20, die unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben sind, kombinierbar sind, einzeln oder in jeglicher Kombination.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines profilierten Ausgleichselements 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Wie vorstehend bereits erwähnt worden ist, ist in dieser bevorzugten Variante eine Halterung 40 mit dem profilierten Ausgleichselement 20 verbunden. Die Halterung 40 kann dabei zumindest eine (z. B. L-förmige) Klammer 42 umfassen. In der beispielhaft dargestellten Ausführungsform umfasst die zumindest eine Klammer 42 dabei zwei Klammern 42 und 42`, die jeweils an entgegengesetzten Seiten des Ausgleichselements 20 mit dem Ausgleichselement 20 verbunden sind. Die Halterung 40 kann jedoch auch noch weitere Klammern umfassen.
Die zumindest eine Klammer 42 kann einen, vorzugsweise ebenen, ersten Klammerschenkel 44 und einen, vorzugsweise ebenen, zweiten Klammerschenkel 46 aufweisen. Der erste Klammerschenkel 44 kann mit dem profilierten Ausgleichselement 20, vorzugsweise integral-einstückig, verbunden sein. Beispielsweise kann der erste Klammerschenkel 44 mit dem ebenen Mittelsteg 22 des Ausgleichselements 20 verbunden sein. Der erste Klammerschenkel 44 kann senkrecht auf dem ebenen Mittelsteg 22 stehen und/oder in der Stapelrichtung S orientiert sein. Der erste Klammerschenkel 44 kann z. B. im Wesentlichen rechteckig sein. Bevorzugt ist der erste Klammerschenkel 44 der zumindest einen Klammer 42 dabei federnd beweglich mit dem profilierten Ausgleichselement 20 verbunden. Beispielsweise kann das profilierte Ausgleichselement 20 bzw. der ebene Mittelsteg 22 eine federnde Zunge 28 aufweisen. Diese kann z. B. durch zwei, vorzugsweise parallele, Randeinschnitte in dem profilierten Ausgleichselement 20 und einen Randabschnitt des profilierten Ausgleichselements 20 gebildet sein. Die federnde Zunge 28 kann somit z. B. eine im Wesentlichen rechteckige Form aufweisen. Der erste Klammerschenkel 44 der zumindest einen Klammer 42 kann mit der federnden Zunge 28 des profilierten Ausgleichselements 20, vorzugsweise integral-einstückig, verbunden sein.
Der zweite Klammerschenkel 46 der zumindest einen Klammer 42 kann, vorzugsweise senkrecht, mit dem ersten Klammerschenkel 44 verbunden sein. Bevorzugt ist der zweite Klammerschenkel 46 integral-einstückig mit dem ersten Klammerschenkel 44 verbunden. Beispielsweise kann der zweite Klammerschenkel 46 durch einen umgebogenen und/oder abgewinkelten Bereich des ersten Klammerschenkels 44 gebildet werden. Der zweite Klammerschenkel 46 kann planparallel zum ebenen Mittelsteg 22 angeordnet sein und/oder senkrecht zu der Stapelrichtung S orientiert sein. Der zweite Klammerschenkel 46 kann kürzer als der erste Klammerschenkel 44 ausgebildet sein. Der zweite Klammerschenkel 46 der zumindest einen Klammer 42 kann ferner zur flächigen Anlage an einer Seitenfläche der ersten Batteriezelle 14a ausgebildet sein. Diese Seitenfläche kann im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als erste Seitenfläche bezeichnet werden. Beispielsweise kann der zweite Klammerschenkel 46 formentsprechend zur ersten Seitenfläche ausgebildet sein. Weiterhin kann eine Länge des ersten Klammerschenkels 44 an eine Dicke der ersten Batteriezelle 14a (entlang der Stapelrichtung S) ausgebildet sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch das profilierte Ausgleichselement 20 verspannt an der ersten Batteriezelle 14a gehaltert werden, sodass das profilierte Ausgleichselement 20 an einer, der ersten Seitenfläche entgegengesetzten, zweiten Seitenfläche der ersten Batteriezelle 14 anliegt und die zumindest einen Klammer 42 bzw. der zweite Klammerschenkel 46 die erste Batteriezelle 14a umgreift.
Weiterhin kann das profilierte Ausgleichselement 20 mindestens eine Ausnehmung 30 (z. B. in Form von Schlitzen) aufweisen. Bevorzugt dient die mindestens eine Ausnehmung 30 dazu, Verspannungen in dem profilierten Ausgleichselement 20 bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung S zu vermeiden. Beispielhaft weist die mindestens eine Ausnehmung 30 vorliegend mindestens ein Schlitzpaar 34 aus zwei, vorzugsweise gleich langen, Schlitzen 32 und 32` auf. Bevorzugt sind die Schlitze 32 und 32' dabei laser- und/oder wasserstrahlgeschnittene Schlitze. Die zwei Schlitze 32 und 32` des mindestens einen Schlitzpaars 34 können dabei kollinear zueinander angeordnet sein. Ferner können sich die zwei Schlitze 32 und 32' des Schlitzpaars 34 jeweils von unterschiedlichen, vorzugsweise einander entgegengesetzten, Rändern des profilierten Ausgleichselements 20 aufeinander zu erstrecken. Beispielsweise kann sich jeder der beiden Schlitze 32 und 32' des Schlitzpaars 34 ausgehend von einem jeweiligen Rand bis zum ebenen Mittelsteg 22 erstrecken. Entsprechend können sich die beiden Schlitze 32 und 32` jeweils nur innerhalb des profilierten Bereichs des profilierten Ausgleichselements 20 erstrecken. Bevorzugt verlaufen die beiden Schlitze 32 und 32` dabei im Wesentlichen senkrecht zum jeweiligen Rand. Die Schlitze 32 und 32` können sich somit jeweils quer, vorzugsweise senkrecht, zur Profilierung des profilierten Ausgleichselements 20 erstrecken. Bevorzugt ist vorgesehen, dass das mindestens eine Schlitzpaar 34 mehrere Schlitzpaare, z. B. die drei Schlitzpaare 34, 34 und 34", umfasst, die vorzugsweise gleichmäßig verteilt über das profilierte Ausgleichselement 20 angeordnet sein können. Entsprechend kann die Profilierung des Ausgleichselements 20 durch die mehreren Schlitzpaare 34, 34' und 34" in gleichgroße, vorzugsweise im Wesentlichen rechteckige, Bereiche unterteilt werden. Auf vorteilhafte Weise können dadurch Verspannungen im Ausgleichselement 20 bei dessen Deformation vermieden werden und somit ein möglichst gleichmäßiges Deformationsverhalten des Ausgleichselements 20 erreicht werden.
4A zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen profilierten Bereich 24 eines profilierten Ausgleichselements 20 gemäß einer Ausführungsform. Dargestellt ist dabei eine sich wiederholende Grundeinheit eines ausgedehnten Berg-Tal-profilierten Bereichs des Ausgleichselements 20. Die Grundeinheit kann hierbei einen talartigen Profilbereich aufweisen, der stetig in einen bergartigen Profilbereich übergeht und wieder stetig in einen talartigen Profilbereich übergeht, sodass dadurch insgesamt eine wellenförmige Profilierung ausgebildet wird. Bevorzugt sind der bergartige und talartige Profilbereich dabei über ein gerades Zwischenstück 24a miteinander verbunden (gestrichelte Linie). D. h., der profilierte Bereich 24 kann vorzugsweise so gestaltet sein, dass die Rundungen/Radien über gerade Teil- bzw. Zwischenstücke 24a miteinander verbunden sind.
4B zeigt eine exemplarische Kraft-Wege-Kurve als Ergebnis einer Finite-Elemente-Analyse des in 4A dargestellten Profilabschnitts. Modelliert wurde dabei der oben dargestellte Bereich, wobei die Ausgangslänge des Profilabschnitts 8 mm beträgt und das Blech 0,185 mm dick ist. Das Blech wird hierbei beispielhaft um 1,5 mm zusammengedrückt. Nach dem Aufbringen einer Vorspannkraft (Bereich I) bleibt die Kraft über einen großen Kompressionsbereich (Bereich II) relativ konstant. Entsprechend kann mittels der hier dargestellten Geometrie des Ausgleichselements 20 über den Verpressweg eine möglichst gleichmäßige Vorspannkraft erreicht werden. Auch ein ausreichendes Rückstellvermögen ist gegeben (Bereich III). Normiert auf die maximale Kraft beträgt die Vorspannkraft 0.5, die Kraft bei 1,5 mm 1 und die Kraft bei 1,35 mm 0.22.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs 50 gemäß einer Ausführungsform. Lediglich beispielhaft ist das Kraftfahrzeug 50 als Sattelzugfahrzeug dargestellt. Das Kraftfahrzeug 50 umfasst hierbei einen elektrischen Energiespeicher, der mindestens ein Batteriemodul 10, wie in diesem Dokument beschrieben, umfasst. Vorzugsweise weist der Energiespeicher dabei mehrere dieser Batteriemodule 10 auf. Eine Anzahl an Batteriemodulen 10 kann dabei frei wählbar an die jeweiligen Anforderungen angepasst sein. Die Batteriemodule 10 können ferner über entsprechende Leitungen (nicht dargestellt) elektrisch miteinander verbunden sein. Beispielsweise können die Batteriemodule 10 parallel geschaltet sein.
Obwohl die Erfindung unter Bezugnahme auf bestimmte Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, ist es für einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Änderungen ausgeführt werden können und Äquivalente als Ersatz verwendet werden können, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Folglich soll die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele begrenzt sein, sondern soll alle Ausführungsbeispiele umfassen, die in den Bereich der beigefügten Patentansprüche fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den in Bezug genommenen Ansprüchen.
Bezugszeichenliste

10: Batteriemodul
12: Batteriezellenstapel
14: Batteriezellen
14a: Erste Batteriezelle
14b: Zweite Batteriezelle
16: Gehäuse
18: Kompensationsvolumen
20: Ausgleichselement
22: Mittelsteg
24: Profilierter Bereich
24a: Zwischenstück
26: Profilierter Bereich
28: Federnde Zunge
30: Ausnehmung
32, 32`: Schlitz
34, 34`, 34": Schlitzpaar
40: Halterung
42: Klammer
44: Erster Klammerschenkel
46: Zweiter Klammerschenkel
50: Kraftfahrzeug
S: Stapelrichtung

Claims

Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug (50), vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: einen Batteriezellenstapel (12) aus mehreren in einer Stapelrichtung (S) gestapelten Batteriezellen (14); ein Gehäuse (16), in dem der Batteriezellenstapel (12) aufgenommen ist; und ein profiliertes, vorzugsweise wellenförmig profiliertes, Ausgleichselement (20), das zwischen einer ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und dem Gehäuse (16) oder zwischen einer ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und einer zweiten Batteriezelle (14b) des Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist; wobei das profilierte Ausgleichselement (20) bei einer, vorzugsweise durch ein Swelling der Batteriezellen (14) des Batteriezellenstapels (12) bedingten, Druckbeaufschlagung des profilierten Ausgleichselements (20) in der Stapelrichtung (S) deformierbar, vorzugsweise flachpressbar, ist; und wobei das Gehäuse (16) zumindest ein Kompensationsvolumen (18) aufweist, das ausgebildet ist, eine durch die Druckbeaufschlagung bedingte Ausdehnung des profilierten Ausgleichselements (20) quer zu der Stapelrichtung (S) aufzunehmen, vorzugsweise um ein Verkanten des profilierten Ausgleichselements (20) zu vermeiden.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, wobei das profilierte Ausgleichselement (20): - im Wesentlichen plattenförmig ist; und/oder - in der Stapelrichtung (S) eine geringere Ausdehnung aufweist als senkrecht zu der Stapelrichtung (S); und/oder - eine Breite aufweist, die im Wesentlichen einer Breite der ersten Batteriezelle (14a) entspricht; und/oder - eine Höhe aufweist, die geringer als eine Höhe der ersten Batteriezelle (14a) ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das profilierte Ausgleichselement (20) zwischen einer Ausgangsform und einer, vorzugsweise flachgepressten, Deformationsform deformierbar ist; das zumindest eine Kompensationsvolumen (18) frei ist, falls das profilierte Ausgleichselement (20) in der Ausgangsform ist; und im zumindest einen Kompensationsvolumen (18) ein Abschnitt des profilierten Ausgleichselements (20) aufgenommen ist, falls das profilierte Ausgleichselement (20) in der Deformationsform ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zumindest eine Kompensationsvolumen (18): im Wesentlichen blockförmig ist; und/oder zwischen der ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und dem Gehäuse (16) oder zwischen der ersten Batteriezelle (14a) des Batteriezellenstapels (12) und der zweiten Batteriezelle (14b) des Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das profilierte Ausgleichselement (20) ausgebildet ist, sich bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung (S) zumindest in zwei, vorzugsweise einander entgegengesetzte, Richtungen quer zu der Stapelrichtung (S) auszudehnen; und das zumindest eine Kompensationsvolumen (18) in den zumindest zwei Richtungen an das profilierte Ausgleichselement (20) angrenzt.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das profilierte Ausgleichselement (20) eine Profilierung, vorzugsweise Wellenprofilierung, aufweist, die: bei der Druckbeaufschlagung der Profilierung in der Stapelrichtung (S) deformierbar, vorzugsweise flachpressbar, ist; und/oder ausgebildet ist, sich bei der Druckbeaufschlagung der Profilierung in der Stapelrichtung (S) senkrecht zu der Stapelrichtung (S) in Abhängigkeit von einem Wert der Druckbeaufschlagung um bis zu 10 %, vorzugsweise bis zu 15 %, besonders bevorzugt bis zu 20 % oder mehr, auszudehnen.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das profilierte Ausgleichselement (20) aufweist: einen ebenen Mittelsteg (22) zur Anlage an der ersten Batteriezelle (14a); und zwei profilierte, vorzugsweise wellenförmig profilierte, Bereiche (24, 26), die jeweils an entgegengesetzten Seiten des Mittelstegs (22) an den Mittelsteg (22) anschließen.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: das profilierte Ausgleichselement (20) mindestens eine, vorzugsweise laser- und/oder wasserstrahlgeschnittene, Ausnehmung (30) aufweist, vorzugsweise um Verspannungen in dem profilierten Ausgleichselement (20) bei der Druckbeaufschlagung in der Stapelrichtung (S) zu vermeiden.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 8, wobei die mindestens eine Ausnehmung (30) zumindest einen, vorzugsweise länglichen, Schlitz (32, 32`) aufweist, der: - sich ausgehend von einem Rand des profilierten Ausgleichselements (20) hin zu einem Mittelabschnitt des profilierten Ausgleichselements (20) erstreckt; und/oder - der sich zumindest über ein Viertel, vorzugsweise zumindest über ein Drittel, einer Höhe des profilierten Ausgleichselements (20) erstreckt; und/oder - sich quer, vorzugsweise senkrecht, zu einer Profilierung des profilierten Ausgleichselements (20) erstreckt; und/oder - sich nur innerhalb eines profilierten Bereichs des profilierten Ausgleichselements (20) erstreckt; und/oder - senkrecht zu der Stapelrichtung (S) ausgerichtet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 8 oder 9, wobei: die mindestens eine Ausnehmung (30) mindestens ein Schlitzpaar (34) aus zwei, vorzugsweise im Wesentlichen gleich langen, Schlitzen (32, 32`) umfasst; wobei die zwei Schlitze (32, 32`) des mindestens einen Schlitzpaars (34) kollinear zueinander angeordnet sind; und wobei sich die zwei Schlitze (32, 32`) des Schlitzpaars (34) jeweils von unterschiedlichen, vorzugsweise einander entgegengesetzten, Rändern des profilierten Ausgleichselements (20) aufeinander zu erstrecken.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, ferner aufweisend: eine Halterung (40), die mit dem profilierten Ausgleichselement (20), vorzugsweise integral-einstückig, verbunden ist und die das profilierte Ausgleichselement (20) an der ersten Batteriezelle (14a), vorzugsweise verspannt, hält, vorzugsweise durch Umgreifen der ersten Batteriezelle (14a).
Batteriemodul (10) nach Anspruch 11, wobei die Halterung (40) zumindest eine, vorzugsweise L-förmige, Klammer (42) umfasst, wobei die zumindest eine Klammer (42) aufweist: einen, vorzugsweise ebenen, ersten Klammerschenkel (44), der mit dem profilierten Ausgleichselement (20), vorzugsweise integral-einstückig, verbunden ist; und einen, vorzugsweise ebenen, zweiten Klammerschenkel (46), der, vorzugsweise senkrecht, mit dem ersten Klammerschenkel (44) verbunden ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 12, wobei: der zweite Klammerschenkel (46) der zumindest einen Klammer an einer ersten Seitenfläche der ersten Batteriezelle (14a), vorzugsweise flächig, anliegt; und das profilierte Ausgleichselement (20) an einer, der ersten Seitenfläche entgegengesetzten, zweiten Seitenfläche der ersten Batteriezelle (14a) anliegt, derart, dass die erste Batteriezelle (14a) zwischen dem zweiten Klammerschenkel (46) und dem profilierten Ausgleichselement (20) verspannt ist.
Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei: der erste Klammerschenkel (44) der zumindest einen Klammer federnd beweglich mit dem profilierten Ausgleichselement (20) verbunden ist; und/oder das profilierte Ausgleichselement (20) eine federnde Zunge (28) aufweist, die durch zwei, vorzugsweise parallele, Randeinschnitte in dem profilierten Ausgleichselement (20) und einen Randabschnitt des profilierten Ausgleichselements (20) begrenzt ist, und der erste Klammerschenkel (44) der zumindest einen Klammer mit der federnden Zunge (28) des profilierten Ausgleichselements (20) verbunden ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das profilierte Ausgleichselement (20) zumindest eines der folgenden Merkmale aufweist: - eine im Wesentlichen rechteckige Grundform; - eine in einer Richtung des profilierten Ausgleichselements (20) durchlaufende Profilform; - eine Berg-Tal-Profilierung, wobei ein bergartiger Profilbereich über ein abschnittsweise gerades Zwischenstück in einen talartigen Profilbereich übergeht; - aus, vorzugsweise nickelhaltigem, Stahl gefertigt ist; und - eine elektrisch isolierende und/oder reibungsmindernde Beschichtung.