DE102022114025A1

DE102022114025A1 - Batteriemodul mit werkzeuglos fixierbaren Batteriezellen

Info

Publication number: DE102022114025A1
Application number: DE102022114025.3A
Authority: DE
Inventors: Jens Dietrich; Steffen Hirschmann; Tim Dressel
Original assignee: MAN Truck and Bus SE
Current assignee: MAN Truck and Bus SE
Priority date: 2022-06-02
Filing date: 2022-06-02
Publication date: 2023-12-07

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug. Das Batteriemodul (10) weist dabei mindestens eine Batteriezelle (12) auf. Das Batteriemodul (10) weist ferner eine Aufnahmevorrichtung (14) mit zumindest einer Zellaufnahme (14a) auf, in die die mindestens eine Batteriezelle (12) entlang einer vorbestimmten Einführrichtung (E) einführbar ist. Das Batteriemodul (10) weist weiterhin eine Fixiereinrichtung (16) auf, mittels derer die mindestens eine Batteriezelle (12) an der Aufnahmevorrichtung (14) werkzeuglos entgegengesetzt zur Einführrichtung (E) formschlüssig fixierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug.
Im Stand der Technik ist es bekannt, Elektro- und Hybridfahrzeuge mit Batteriemodulen auszustatten, um mittels der dort gespeicherten bzw. speicherbaren elektrischen Energie die Antriebsaggregate der entsprechenden Fahrzeuge anzutreiben. In der Regel umfassen derartige Batteriemodule mehrere Batteriezellen (z. B. Lithium-Ionen-Batteriezellen), die miteinander zu einer Hochvolt-Batterie elektrisch verbunden sind.
Damit die Batteriezellen möglichst optimal und langfristig funktionieren, ist es weiterhin bekannt, diese thermisch zu konditionieren. Hierzu können die Batteriemodule bzw. die Batteriezellen auf eine Kühlplatte mit einer geschlossenen Kanalstruktur, durch die ein flüssiger Wärmeträger strömt, positioniert werden (sog. Bodenplattenkühlung). Der Wärmeübertrag erfolgt dabei (mittelbar) über die Wandungen der Kanalstruktur bzw. die Kühlplatte. Nachteilig hieran ist, dass die Batteriemodule bzw. Batteriezellen nur einseitig (am Boden) temperiert werden. Insbesondere beim Laden und Entladen kann jedoch auch Wärme an der Zellseite entstehen, die durch eine reine Bodenkühlung nicht optimal abgeführt werden kann.
Um einen möglichst großflächigen Kontakt zwischen den Oberflächen der Batteriezellen und dem Wärmeträger zu ermöglichen, existieren auch Ansätze, bei welchen die Batteriekomponenten unmittelbar von einem (vorzugsweise elektrisch nicht leitfähigen) Wärmeträger umströmt werden (sog. Immersionskühlung oder Tauchkühlung). Bislang werden bei den vorgenannten Immersionskühlungsanwendungen die Batteriezellen zumeist über eine Art Flansch, welcher den Deckel bildet, verschraubt. Nachteilig hieran ist der hohe Montage- und Bauteilaufwand, der mit den Verschraubungen der Batteriezellen verbunden ist.
Entsprechend ist es Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Halterung von Batteriezellen bereitzustellen. Vorzugsweise ist eine Aufgabe der Erfindung, eine möglichst einfache, bauteilarme und/oder kostengünstige Möglichkeit zur Halterung von Batteriezellen, z. B. für Immersionskühlungsanwendungen, bereitzustellen.
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 der vorliegenden Offenbarung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug. Bevorzugt ist das Batteriemodul ein Batteriemodul für ein Nutzfahrzeug, z. B. für einen Lastkraftwagen und/oder Omnibus. Das Batteriemodul weist mindestens eine Batteriezelle (z. B. eine Lithium-Ionen-Batteriezelle) auf. In einer bevorzugten Ausführungsform kann die mindestens eine Batteriezelle eine prismatische Batteriezelle sein. Grundsätzlich kann es sich bei der mindestens einen Batteriezelle jedoch z. B. auch um eine Rundzelle oder Beutelzelle handeln.
Das Batteriemodul weist weiterhin eine Aufnahmevorrichtung mit zumindest einer Zellaufnahme (z. B. in Form einer Aufnahmeöffnung) auf, wobei die mindestens eine Batteriezelle in die zumindest eine Zellaufnahme entlang einer vorbestimmten Einführrichtung einführbar ist. Als Einführrichtung kann dabei bevorzugt die Richtung verstanden werden, entlang derer die mindestens eine Batteriezelle zu bewegen ist, um diese in die zumindest eine Zellaufnahme einzuführen. Lediglich beispielhaft kann die zumindest eine Zellaufnahme als eine, vorzugsweise durchgängige, Öffnung in der (z. B. im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten) Aufnahmevorrichtung ausgeführt sein.
Ferner ist vorgesehen, dass das Batteriemodul eine Fixiereinrichtung (z. B. eine Rasteinrichtung) aufweist, mittels derer die mindestens eine Batteriezelle an der Aufnahmevorrichtung werkzeuglos entgegengesetzt zur Einführrichtung formschlüssig fixierbar ist. Die Fixiereinrichtung kann somit dazu ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle mittels Formschluss (z. B. durch einen entsprechenden Rasthaken) entgegengesetzt zur Einführrichtung zu halten, wobei die mindestens eine Batteriezelle vorzugsweise händisch an der Aufnahmevorrichtung anbringbar (z. B. einsteckbar) ist. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch z. B. ein aufwendiges Verschrauben der Batteriezellen im Batteriemodul entfallen. Bevorzugt ist die Fixiereinrichtung eine (z. B. zerstörungsfrei) lösbare Fixiereinrichtung. Entsprechend kann die Fixiereinrichtung zum reversiblen Verbinden der mindestens einen Batteriezelle und der Aufnahmevorrichtung ausgebildet sein. Lediglich beispielhaft kann die Fixiereinrichtung hierzu (reversibel) bewegbare Formschlusselemente (z. B. Schnappelemente) umfassen, die ein bedarfsgerechtes Haltern und Freigeben der mindestens einen Batteriezelle ermöglichen. Insgesamt kann dadurch eine einfache und schnelle Möglichkeit zur Fertigung bzw. zum Zusammenbau des Batteriemoduls bereitgestellt werden.
Nach einem Aspekt kann die Fixiereinrichtung ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle gegen eine ungewollte Entnahme aus der zumindest einen Zellaufnahme zu fixieren. Beispielsweise kann die Fixiereinrichtung hierbei ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle in einem in der zumindest einen Zellaufnahme eingeführten Zustand, welcher auch als Einbauzustand bezeichnet werden kann, entgegengesetzt zur Einführrichtung formschlüssig zu halten (z. B. zu umfassen).
Zudem oder alternativ kann die Fixiereinrichtung auch ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle gegen ein Bewegen entgegengesetzt zur Einführrichtung zu fixieren. Bevorzugt ist die mindestens eine Batteriezelle somit gegen ein Entfernen von der Aufnahmevorrichtung gesichert.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Fixiereinrichtung eine Schnapp- und/oder Rasteinrichtung sein. Beispielsweise kann die Fixiereinrichtung ein Formschlusselement, z. B. in Form eines Hakens, eines Noppens und/oder einer Wulst, umfassen, das bei der Montage kurzfristig ausgelenkt wird und in einen korrespondierenden Abschnitt des Verbindungspartners (z. B. in eine Vertiefung und/oder einen Hinterschnitt) einrastet bzw. sich mit diesem verhakt. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfache und sichere Fixierung der mindestens einen Batteriezelle ermöglicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Fixiereinrichtung zumindest ein Formschlusselement (z. B. ein Schnappelement) aufweisen, das an der Aufnahmevorrichtung angeordnet ist. Entsprechend kann das zumindest eine Formschlusselement auch als aufnahmeseitiges Formschlusselement bezeichnet werden. Beispielsweise kann das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement in Form eines Schnapphakens ausgebildet sein, der mit der Aufnahmevorrichtung gefügt ist. Das zumindest eine Formschlusselement kann dabei ein (z. B. integraler) Teil der Aufnahmevorrichtung sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement integral-einstückig mit der Aufnahmevorrichtung verbunden sein. Da das zumindest eine Formschlusselement dabei speziell an die jeweilige verwendete Batteriegeometrie angepasst werden kann, kann eine Fixierung der mindestens einen Batteriezelle erreicht werden, ohne dass Modifikationen an dieser notwendig sind bzw. Standardbauteile verwendet werden können.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Formschlusselement integral-einstückig mit der Aufnahmevorrichtung verbunden sein. Beispielsweise können die Aufnahmevorrichtung und das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement als ein Teil (z. B. ein Kunststoffspritzgussteil) ausgebildet sein.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Formschlusselement an einer Oberseite der Aufnahmevorrichtung angeordnet sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement an einer einem Deckel des Batteriemoduls zugewandten Seite der Aufnahmevorrichtung angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann sich das zumindest eine Formschlusselement nach oben von der Aufnahmevorrichtung wegerstrecken. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement in Richtung des Deckels des Batteriemoduls von der Aufnahmevorrichtung abragen.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Formschlusselement zumindest abschnittsweise entlang der Einführrichtung von der Aufnahmevorrichtung abstehen. Das zumindest eine Formschlusselement kann sich somit zumindest abschnittsweise parallel zur Einführrichtung erstrecken.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Formschlusselement auch zumindest abschnittsweise senkrecht von der Aufnahmevorrichtung abstehen. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement in einem Winkel von im Wesentlichen 90° an die Aufnahmevorrichtung angeformt sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Formschlusselement an der zumindest einen Zellaufnahme angeordnet sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement angrenzend und/oder benachbart zur zumindest einen Zellaufnahme bzw. einem Rand der zumindest einen Zellaufnahme angeordnet sein.
Zudem oder alternativ kann sich das zumindest eine Formschlusselement durchgängig entlang einer Längsachse der zumindest einen Zellaufnahme erstrecken. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement mindestens so lang wie die zumindest eine Zellaufnahme sein. Das zumindest eine Formschlusselement kann dabei z. B. schienenförmig und/oder stangenförmig ausgebildet sein.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine Formschlusselement mehrere Segmente (z. B. mehrere Rasthaken) umfassen. Das zumindest eine Formschlusselement kann somit mehrteilig ausgebildet sein. Die mehreren Segmente können dabei beabstandet voneinander entlang einer Längsachse der zumindest einen Zellaufnahme angeordnet sein. Bevorzugt sind die mehrere Segmente dabei alle gleich ausgebildet.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Formschlusselement einen (z. B. nasenförmigen) Vorsprung (z. B. eine Rastnase) aufweisen. Dieser Vorsprung kann sich bspw. im Wesentlichen quer zur Einführrichtung erstrecken. Der Vorsprung kann bevorzugt zum Ausbilden eines Formschlusses mit der mindestens einen Batteriezelle dienen. Entsprechend kann der Vorsprung zumindest abschnittsweise formangepasst zu einer Kontur der mindestens einen Batteriezelle (z. B. einer Oberseite des Zelldeckels der mindestens einen Batteriezelle) ausgebildet sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine einfache und sichere formschlüssige Fixierung der mindestens einen Batteriezelle erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Formschlusselement als ein Rasthaken ausgebildet sein. Mittels diesem Rasthaken kann die mindestens eine Batteriezelle umgreifbar sein. Der Rasthaken kann dazu einen, vorzugsweise senkrecht von der Aufnahmevorrichtung abstehenden, ersten Abschnitt und einen sich quer zum ersten Abschnitt erstreckenden zweiten Abschnitt (z. B. in Form eines Vorsprungs) aufweisen. Bevorzugt umgreift der Rasthaken im Einbauzustand die mindestens eine Batteriezelle. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch die mindestens eine Batteriezelle gegen eine ungewollte Entnahme aus der zumindest einen Zellaufnahme gesichert werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine Formschlusselement mehrere, vorzugsweise gleiche, Formschlusselemente aufweisen. Bevorzugt sind die mehreren Formschlusselemente an zwei einander entgegengesetzten Seiten der zumindest einen Zellaufnahme angeordnet. Lediglich beispielhaft kann jeweils auf einer linken und rechten Seite der zumindest einen Zellaufnahme zumindest ein Formschlusselement angeordnet sein. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst sichere Fixierung der mindestens einen Batteriezelle erzielt werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Fixiereinrichtung zumindest ein weiteres Formschlusselement aufweisen, das an der mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist. Entsprechend kann das zumindest eine weitere Formschlusselement auch als batterieseitiges Formschlusselement bezeichnet werden. Beispielsweise kann das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement in Form eines Schnappelements, wie z. B. eine gebogene federnde Zunge, ausgebildet sein. Das zumindest eine weitere Formschlusselement kann dabei mit der mindestens einen Batteriezelle gefügt sein oder ein (integraler) Teil der mindestens einen Batteriezelle (z. B. ein Abschnitt eines Zelldeckels der mindestens einen Batteriezelle) sein. Insbesondere im Zusammenspiel mit dem zumindest einen (aufnahmeseitigen) Formschlusselement kann dadurch eine möglichst sichere und stabile Fixierung der mindestens einen Batteriezelle im Einbauzustand erreicht werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt können das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement und das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement unter Ausbildung einer Schnapp- und/oder Rastverbindung miteinander verbindbar sein.
Zudem oder alternativ können das zumindest eine Formschlusselement und das zumindest eine weitere Formschlusselement zum Ausbilden eines Formschlusses jeweils abschnittsweise korrespondierend zueinander ausgebildet sein.
Zudem oder alternativ können sich das zumindest eine Formschlusselement und das zumindest eine weitere Formschlusselement (im Einbauzustand) gegeneinander abstützen. Beispielsweise können das zumindest eine Formschlusselement und das zumindest eine weitere Formschlusselement (im Einbauzustand) federnd gegeneinander verspannt sein.
Nach einem weiteren Aspekt kann das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement integral-einstückig mit der mindestens einen Batteriezelle verbunden sein. Beispielsweise kann das zumindest eine weitere Formschlusselement ein (integraler) Bestandteil eines Zellgehäuses (z. B. des Zelldeckels) der mindestens einen Batteriezelle sein.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine weitere Formschlusselement einen (z. B. flügelförmigen) Schenkelabschnitt eines U-förmig ausgebildeten Zelldeckels der mindestens einen Batteriezelle umfassen. Beispielsweise kann der Zelldeckel der mindestens einen Batteriezelle zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet sein bzw. (z. B. senkrecht zu seiner Längsachse) zumindest abschnittsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisen. Der Zelldeckel kann hierbei zwei (z. B. flügelförmige) Schenkelabschnitte aufweisen, die über einen Stegabschnitt miteinander (z. B. integral-einstückig) verbunden sind. Bevorzugt fungiert einer der Schenkelabschnitte als das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement bzw. bildet einen Teil der Fixiereinrichtung.
Zudem oder alternativ kann sich das zumindest eine weitere Formschlusselement nach oben von der mindestens einen Batteriezelle wegerstrecken. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement in Richtung des Deckels des Batteriemoduls von der mindestens einen Batteriezelle abragen.
Zudem oder alternativ kann das zumindest eine weitere Formschlusselement eine (z. B. nach oben) gebogene Form aufweisen. Bevorzugt soll das zumindest eine weitere Formschlusselement somit keine gerade Form aufweisen.
Zudem oder alternativ kann sich das zumindest eine weitere Formschlusselement (z. B. durchgängig) entlang einer Längsachse der mindestens einen Batteriezelle erstrecken. Beispielsweise kann sich das zumindest eine weitere Formschlusselement (z. B. durchgängig) über zumindest die Hälfe, vorzugsweise zumindest drei Viertel der Länge der mindestens einen Batteriezelle erstrecken. Entsprechend kann das zumindest eine weitere Formschlusselement an einer langen Zellkante der mindestens einen Batteriezelle angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann das zumindest eine weitere Formschlusselement auch an einer kurzen Zellkante der mindestens einen Batteriezelle angeordnet sein. Beispielsweise kann sich das zumindest eine weitere Formschlusselement (z. B. durchgängig) entlang einer Querachse der mindestens einen Batteriezelle erstrecken.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Fixiereinrichtung ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle und die Aufnahmevorrichtung federnd gegeneinander zu verspannen. Entsprechend kann die Fixiereinrichtung ausgebildet sein, eine, vorzugsweise konstante, Vorspannkraft zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Aufnahmevorrichtung aufzubringen. Beispielsweise können dazu das zumindest eine Formschlusselement und/oder das zumindest eine weitere Formschlusselement zumindest abschnittsweise federnd ausgebildet sein.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Fixiereinrichtung ein federndes Element (z. B. eine Dichtung aus Gummi oder gummiähnlichem Kunststoff) aufweisen. Bevorzugt ist das federnde Element angeordnet, die mindestens eine Batteriezelle und/oder das zumindest eine weitere Formschlusselement gegen das zumindest eine Formschlusselement zu verspannen. Das federnde Element kann somit angeordnet sein, (im Einbauzustand) eine entgegengesetzt zur Einführrichtung gerichtete Kraft auf die mindestens eine Batteriezelle auszuüben. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch eine möglichst zuverlässige Anlage der Formschlusselemente erreicht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform kann das federnde Element (im Einbauzustand) zwischen der Aufnahmevorrichtung und der mindestens einen Batteriezelle (z. B. deren Zelldeckel) angeordnet sein. Zudem oder alternativ kann das federnde Element (im Einbauzustand) vorzugsweise an der Aufnahmevorrichtung und der mindestens einen Batteriezelle anliegen. Das federnde Element kann somit sowohl mit der mindestens einen Batteriezelle als auch der Aufnahmevorrichtung in direkten bzw. unmittelbaren Kontakt stehen. Zudem oder alternativ kann das federnde Element vorzugsweise die mindestens einen Batteriezelle (z. B. umfangsseitig) umgeben. Das federnde Element kann dabei z. B. als umlaufendes und/oder ringförmiges Bauteil ausgebildet sein. Zudem oder alternativ kann das federnde Element bevorzugt als ein Dichtring ausgebildet sein. Der Dichtring kann bspw. die mindestens eine Batteriezelle und die Aufnahmevorrichtung gegeneinander abdichten. Auf vorteilhafte Weise kann dadurch sowohl eine möglichst dichte Verbindung zwischen der mindestens einen Batteriezelle und der Aufnahmevorrichtung als auch ein möglichst fester Sitz der mindestens einen Batteriezelle erreicht werden.
Nach einem weiteren Aspekt kann die Aufnahmevorrichtung als ein Tragrahmen ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Aufnahmevorrichtung als ein die mindestens eine Batteriezelle tragender Rahmen ausgebildet sein. Die Aufnahmevorrichtung kann somit ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle vollständig zu umlaufen bzw. einen geschlossenen, mehrseitigen (z. B. vierseitigen) Rahmen um die mindestens eine Batteriezelle zu bilden.
Zudem oder alternativ kann die Aufnahmevorrichtung im Wesentlichen plattenförmig sein. Die Aufnahmevorrichtung kann somit z. B. eine flache und/oder flächige Form aufweisen. Beispielsweise kann die Aufnahmevorrichtung eine im Vergleich zu ihrer Länge und Breite deutlich geringere Dicke aufweisen.
Zudem oder alternativ kann die zumindest eine Zellaufnahme mehrere (z. B. gleichmäßig) voneinander beabstandete Zellaufnahmen aufweisen. Die Aufnahmevorrichtung kann somit zur Aufnahme einer Mehrzahl von Batteriezellen ausgebildet sein. Bevorzugt sind die mehreren Zellaufnahmen dabei parallel bzw. parallelversetzt zueinander angeordnet. Beispielsweise können die mehreren Zellaufnahmen in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die mehreren Zellaufnahmen derart angeordnet bzw. beabstandet, dass zwischen zwei, in die mehreren Zellaufnahmen eingeführten, benachbarten Batteriezellen eine Temperierfluid strömbar ist. Bevorzugt sollen die in die mehreren Zellaufnahmen eingeführten Batteriezellen somit nicht direkt aneinander anliegen.
Zudem oder alternativ kann die zumindest einer Zellaufnahme als eine Aufnahmeöffnung in der Aufnahmevorrichtung ausgebildet sein. Bevorzugt weist die Aufnahmeöffnung eine Kontur auf, die formangepasst zu einer Außenkontur der mindestens einen Batteriezelle ist. Insgesamt kann dadurch auf vorteilhafte Weise eine stabile und sichere Halterung der mindestens einen Batteriezelle im Batteriemodul sichergestellt werden.
Gemäß einem Aspekt kann das Batteriemodul zur Immersionskühlung der mindestens einen Batteriezelle mit einem Temperierfluid (z. B. einer dielektrischen Flüssigkeit) ausgebildet sein. Das Batteriemodul kann somit dazu ausgebildet sein, dass die mindestens eine Batteriezelle (im Betrieb) von dem Temperierfluid umströmbar ist, um dadurch die mindestens eine Batteriezelle zu temperieren.
Zudem oder alternativ kann das Batteriemodul ein Gehäuse aufweisen, in dem die mindestens eine Batteriezelle, die Aufnahmevorrichtung und die Fixiereinrichtung aufgenommen sein können. Das Gehäuse kann dabei zur Führung eines Temperierfluids ausgebildet sein, vorzugsweise derart, dass die mindestens eine Batteriezelle zumindest abschnittsweise unmittelbar von dem Temperierfluid umströmbar ist.
Zudem oder alternativ kann das Batteriemodul eine Immersionskühleinrichtung aufweisen. Die Immersionskühleinrichtung kann dabei einen Einlass, einen Auslass und einen den Einlass und Auslass fluidisch verbindenden Fluiddurchgang aufweisen. Hierbei kann die mindestens eine Batteriezelle zumindest abschnittsweise in dem Fluiddurchgang angeordnet sein. Beispielsweise kann der Fluiddurchgang durch ein Gehäuse bzw. einen Gehäuseabschnitt des Batteriemoduls gebildet sein. Insgesamt kann die mindestens eine Batteriezelle dadurch auf vorteilhafte Weise möglichst zuverlässig temperiert bzw. konditioniert werden.
Letztlich betrifft die vorliegende Offenbarung ein Kraftfahrzeug (z. B. einen LKW oder einen Omnibus), wobei das Kraftfahrzeug ein Batteriemodul, wie in diesem Dokument offenbart ist, aufweist. Das Kraftfahrzeug kann hierbei auch mehrere ebensolche Batteriemodule aufweisen. Bevorzugt handelt es sich bei dem Kraftfahrzeug 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:

1A: eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
1 B: eine schematische Aufsichts-Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
2: eine schematische Darstellung einer Batteriezelle eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3A: eine schematische Schnitt-Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
3B: eine Detailansicht des Batteriemoduls von 3A;
4A: eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
4B: eine Detailansicht des Batteriemoduls von 4A; und
5: eine schematische Schnitt-Darstellung eines Batteriemoduls für ein Kraftfahrzeug gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.

Die in den Figuren gezeigten Ausführungsformen stimmen zumindest teilweise überein, sodass ähnliche oder identische Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind und zu deren Erläuterung auch auf die Beschreibung der anderen Ausführungsformen bzw. Figuren verwiesen wird, um Wiederholungen zu vermeiden. Weiterhin wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht immer alle mehrfach vorkommenden (identischen) Komponenten separat referenziert.
Die Figuren zeigen jeweils (ausschnittsweise) ein Batteriemodul 10 für ein Kraftfahrzeug (nicht gesondert dargestellt) gemäß Ausführungsbeispielen der vorliegenden Offenbarung. Bevorzugt ist das Kraftfahrzeug als ein Lastkraftwagen ausgeführt. Es ist auch möglich, dass das Kraftfahrzeug beispielsweise als ein Omnibus, eine Baumaschine, eine Landmaschine oder ein Personenkraftwagen ausgebildet ist.
Das Batteriemodul 10 kann elektrische Energie für mindestens eine elektrische Antriebseinheit zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Beispielsweise kann das Kraftfahrzeug mittels eines zentralen Elektroantriebs, mittels mehrerer Elektroradnabenantriebe oder mehrerer radnaher Elektroantriebe angetrieben sein. Das Batteriemodul 10 kann als ein Hochvolt-Batteriemodul ausgeführt sein. Das Hochvolt-Batteriemodul kann z. B. mit einer Gleichspannung zwischen 60 V und 1,5 kV, besonders bevorzugt zwischen 400 V und 850 V, betrieben werden bzw. betreibbar sein. Das Batteriemodul 10 kann extern über ein an einer Ladesteckdose des Kraftfahrzeugs angeschlossenes elektrisches Ladekabel aufladbar sein.
Das Batteriemodul 10 weist mindestens eine Batteriezelle 12 auf. Bei der mindestens einen Batteriezelle 12 kann es sich bspw. um eine Lithium-lonen-Batteriezelle handeln. Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann eine Längsachse L aufweisen, die entlang ihrer größten Ausdehnung orientiert sein kann (vgl. 2). Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann ferner eine Querachse Q aufweisen, die senkrecht auf der Längsachse L stehen und entlang der geringsten Ausdehnung der mindestens einen Batteriezelle 12 orientiert sein kann. Weiterhin kann die mindestens eine Batteriezelle 12 eine Hochachse H aufweisen, die senkrecht auf der Längsachse L und Querachse Q stehen kann.
Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann ein Zellgehäuse (z. B. aus Aluminium) aufweisen. Das Zellgehäuse kann bspw. prismatisch (z. B. quaderförmig) ausgebildet sein. Das Zellgehäuse kann einen (z. B. becherförmigen) Behälter 12a umfassen. Der Behälter 12a kann bspw. aus einem Metallblech gefertigt sein. Der Behälter 12a kann an einer Seite eine Behälteröffnung aufweisen. Der Behälter 12a kann ferner einen Boden aufweisen. Bevorzugt ist der Boden entgegengesetzt zur Behälteröffnung orientiert.
Das Zellgehäuse kann weiterhin einen Zelldeckel 12b umfassen. Der Zelldeckel 12b kann in die Behälteröffnung aufgenommen sein bzw. die Behälteröffnung verschließen. Entsprechend können der Zelldeckel 12b und der Boden an zueinander entgegengesetzten Seiten der mindestens einen Batteriezelle 12 angeordnet sein. Der Zelldeckel 12b kann aus einem Metallblech gefertigt sein. Der Zelldeckel 12b kann über den Behälter 12a gestülpt sein (vgl. z. B. 5). Der Zelldeckel 12b kann am Behälter 12a befestigt (z. B. verschweißt und/oder verlötet sein). Bevorzugt weist der Zelldeckel 12b entlang der Querachse Q und/oder Längsachse L eine größere Ausdehnung als der Behälter 12a auf. Der Zelldeckel 12b kann somit entlang der Querachse Q und/oder Längsachse L über den Behälter 12a überstehen (vgl. z. B. 3B oder 5). Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann dabei im Bereich des Zelldeckels 12b (z. B. flanschförmig und/oder wulstförmig) verbreitert sein und/oder einen Absatz aufweisen.
In einer möglichen Ausführungsform kann der Zelldeckel 12b zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet sein und/oder (z. B. senkrecht zur Längsachse L) zumindest abschnittsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweisen (vgl. 2 oder 3B). Beispielsweise kann der Zelldeckel 12b zwei (z. B. flügelförmige) Schenkelabschnitte 12b.1 aufweisen, die über einen Stegabschnitt 12b.2 miteinander verbunden sind. Bevorzugt sind die zwei Schenkelabschnitte 12b.1 und der Stegabschnitt 12b.2 dabei integral-einstückig miteinander verbunden. Beispielsweise können die beiden Schenkelabschnitte 12b.1 durch ein Umbiegen zweier entgegengesetzter Enden des Zelldeckels 12b gebildet sein. Bevorzugt sind die zwei Schenkelabschnitte 12b.1 jeweils nach oben bzw. in Richtung der Hochachse H orientiert. Entsprechend kann der Querschnitt des Zelldeckels 12b (senkrecht zur Längsachse L) in Form eines nach oben offenen U ausgebildet sein. Die zwei Schenkelabschnitte 12b.1 können jeweils federnd elastisch verformbar sein. Die zwei Schenkelabschnitte 12b.1 können z. B. zumindest abschnittsweise entlang der Querachse Q reversibel zusammendrückbar sein. Weiterhin können sich die zwei Schenkelabschnitte 12b.1 jeweils entlang der Längsachse L über zumindest die Hälfte, vorzugsweise zumindest drei Viertel der Länge der mindestens einen Batteriezelle 12 erstrecken.
Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann ferner Kontaktpole 12c (z. B. einen Pluspol und einen Minuspol) aufweisen. Über die Kontaktpole 12c kann eine von der mindestens einen Batteriezelle 12 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden und/oder die mindestens eine Batteriezelle 12 geladen werden. Die Kontaktpole der mindestens einen Batteriezelle 12 können z. B. jeweils auf einer gleichen Seitenfläche der mindestens einen Batteriezelle 12 angeordnet sein. Beispielsweise können die Kontaktpole 12c, vorzugsweise beabstandet voneinander, an dem Zelldeckel 12b angeordnet sein. Weiterhin kann die mindestens eine Batteriezelle 12 ein Überdruckventil 12d aufweisen. Das Überdruckventil 12d kann z. B. in Form einer Sollbruchstelle bzw. Materialschwächung in einer Umhausung der mindestens einen Batteriezelle 12 ausgebildet sein. Die Sollbruchstelle bzw. Materialschwächung kann selbsttätig bei Überschreiten eines Druckschwellenwertes im Inneren der mindestens einen Batteriezelle 12 öffnen. Das Überdruckventil 12d kann auf der gleichen Seitenfläche der mindestens einen Batteriezelle 12 wie die Kontaktpole 12c angeordnet sein. Beispielsweise kann das Überdruckventil 12d an dem Zelldeckel 12b angeordnet sein, vorzugsweise zwischen den Kontaktpolen 12c.
Das Batteriemodul 10 weist ferner eine Aufnahmevorrichtung 14 mit zumindest einer Zellaufnahme 14a auf (vgl. z. B. 1A oder 3A). Beispielsweise kann die Aufnahmevorrichtung 14 im Wesentlichen plattenförmig und/oder flach sein. So kann die Aufnahmevorrichtung 14 auf zwei gegenüberliegenden Seiten von je einer im Verhältnis zu einer Dicke der Aufnahmevorrichtung 14 ausgedehnten Fläche begrenzt werden. Die Aufnahmevorrichtung 14 kann bspw. in Form einer Metallplatte ausgebildet sein. Die Aufnahmevorrichtung 14 kann dabei z. B. als ein Tragrahmen ausgebildet sein. Die Aufnahmevorrichtung 14 kann die zumindest eine Zellaufnahme 14a somit rahmenförmig und/oder mehrseitig (z. B. vierseitig) umgeben.
In die zumindest eine Zellaufnahme 14a ist die mindestens eine Batteriezelle 12 entlang einer vorbestimmten Einführrichtung E einführbar. Beispielsweise kann die zumindest eine Zellaufnahme 14a in Form einer Aufnahmeöffnung ausgebildet sein. Die Aufnahmeöffnung kann somit z. B. eine Bohrung, eine Aussparung und/oder Durchgangsöffnung in der Aufnahmevorrichtung 14 sein. Die Aufnahmeöffnung kann eine Kontur aufweisen, die formangepasst zu einer Außenkontur der mindestens einen Batteriezelle 12 bzw. deren Behälter 12a ist. Beispielsweise kann die Aufnahmeöffnung im Wesentlichen rechteckig sein. Die mindestens einen Batteriezelle 12 kann in die zumindest einer Zellaufnahme 14a mit dem Boden voran einführbar sein. Die Einführrichtung E und die Hochachse H der mindestens eine Batteriezelle 12 können somit parallel zueinander orientiert sein.
Der (z. B. vom Behälter überstehende) Zelldeckel 12b kann hierbei das Einführen der mindestens einen Batteriezelle 12 in die zumindest einer Zellaufnahme 14a begrenzen (vgl. z. B. 3B oder 5). Entsprechend kann der Zelldeckel 12b beim Einführen als Anschlag fungieren. Bevorzugt ist die mindestens eine Batteriezelle 12 somit nicht vollständig in die zumindest eine Zellaufnahme 14a einführbar bzw. durch die zumindest eine Zellaufnahme 14a durchführbar. Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann in einem als Einbauzustand bezeichneten Zustand in der zumindest einen Zellaufnahme 14a aufgenommen bzw. eingeführt sein. Ohne gegenteilige Angaben sollen sich die in diesem Dokument beschriebenen Merkmale dabei auf den Einbauzustand beziehen. Im Einbauzustand soll die mindestens eine Batteriezelle 12 von der Aufnahmevorrichtung 14 umfangsseitig umgeben sein (vgl. 1A oder 4A). Beispielsweise kann die mindestens eine Batteriezelle 12 in einer durch die Längsachse L und die Querachse Q aufgespannten Ebene von der Aufnahmevorrichtung 14 umgeben sein. Bevorzugt weist die Aufnahmevorrichtung 14 eine geringere Höhe als die mindestens eine Batteriezelle 12 auf. Entsprechend soll sich die Aufnahmevorrichtung 14 nur abschnittsweise entlang der Hochachse H der mindestens einen Batteriezelle 12 erstrecken. Beispielsweise kann sich die Aufnahmevorrichtung 14 nur über maximal 20 %, vorzugweise über maximal 15 %, der Höhe der mindestens einen Batteriezelle 12 erstrecken. Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann somit von der Aufnahmevorrichtung 14 wegragen bzw. sich von dieser wegerstrecken (vgl. 1A oder 4A).
Das Batteriemodul 10 weist weiterhin eine, vorzugsweise lösbare, Fixiereinrichtung 16 auf. Mittels der Fixiereinrichtung 16 ist die mindestens eine Batteriezelle 12 an der Aufnahmevorrichtung 14 werkzeuglos entgegengesetzt zur Einführrichtung E formschlüssig fixierbar (vgl. z. B. 3B oder 5). Die Fixiereinrichtung 16 kann somit ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle 12 (im Einbauzustand) mittels Formschluss bzw. Formschlussverbindung entgegengesetzt zur Einführrichtung E zu halten. Beispielsweise kann die Formschlussverbindung eine entgegen der Einführrichtung E sperrende Formschlussverbindung sein. Die Fixiereinrichtung 16 kann somit ausgebildet sein, einem Bewegen der mindestens einen Batteriezelle 12 entgegen der Einführrichtung E im Weg zu sein bzw. zu blockieren, wobei die mindestens eine Batteriezelle 12 vorzugsweise händisch an der Aufnahmevorrichtung 14 anbringbar (z. B. einsteckbar) ist.
Lediglich beispielhaft kann die Fixiereinrichtung 16, wie nachfolgend noch eingehender beschrieben wird, als eine Schnapp- und/oder Rasteinrichtung ausgebildet sein und/oder eine Schnapp- und/oder Rasteinrichtung aufweisen. Entsprechend kann die mindestens eine Batteriezelle 12 durch ein Einrasten und/oder Einclipsen an der Aufnahmevorrichtung 14 fixierbar sein.
Hierbei kann die Fixiereinrichtung 16 bspw. zumindest ein Formschlusselement 16a aufweisen, das an der Aufnahmevorrichtung 14 angeordnet ist. Dieses zumindest eine Formschlusselement 16a kann entsprechend auch als aufnahmeseitiges Formschlusselement bezeichnet werden. Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann (z. B. als ein separates Bauteil) an der Aufnahmevorrichtung 14 befestigt sein oder integral-einstückig mit der Aufnahmevorrichtung 14 verbunden sein. Beispielsweise können die Aufnahmevorrichtung 14 und das zumindest eine Formschlusselement 16a zusammen als ein einziges Kunststoffteil (z. B. ein Kunststoffspritzgussteil) ausgebildet sein.
Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann an einer Oberseite der Aufnahmevorrichtung angeordnet sein (vgl. z.B. 1A oder 4A). Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann sich nach oben von der Aufnahmevorrichtung 14 wegerstrecken. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement 16a (z. B. nach oben) von der Aufnahmevorrichtung 14 frei abstehen. Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann dabei eine größere Höhe als der Zelldeckel 12b aufweisen. Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann somit die mindestens eine Batteriezelle 12 bzw. deren Zelldeckel 12b überragen. Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann an der zumindest einen Zellaufnahme 14a angeordnet sein. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement 16a an einem Rand der zumindest einen Zellaufnahme 14a angeordnet sein.
Das zumindest eine Formschlusselement 16a kann einen ersten Abschnitt 16a.1 aufweisen (vgl. 3B oder 5). Der erste Abschnitt 16a.1 kann im Wesentlichen gerade sein. Der erste Abschnitt 16a.1 kann sich senkrecht zur Aufnahmevorrichtung 14 erstrecken. Der erste Abschnitt 16a.1 kann sich parallel zur Einführrichtung E und/oder parallel zur Hochachse H erstrecken. Der erste Abschnitt 16a.1 kann ein erstes Ende aufweisen, das mit der Aufnahmevorrichtung 14 (z. B. mit deren Oberseite), vorzugswiese integral-einstückig, verbunden sein kann. Der erste Abschnitt 16a.1 kann sich zumindest abschnittsweise auf Höhe des Zelldeckels 12b erstrecken. Der erste Abschnitt 16a.1 kann ferner ein zweites Ende aufweisen, das bevorzugt dem ersten Ende entgegengesetzt ist. Beispielsweise kann das zweite Ende nach oben gerichtet sein und/oder höher als das erste Ende angeordnet sein.
Weiterhin kann das zumindest eine Formschlusselement 16a einen zweiten Abschnitt 16a.2 aufweisen. Der zweite Abschnitt 16a.2 kann am ersten Abschnitt 16a.1 angeordnet bzw. mit dem ersten Abschnitt 16a.1 (z. B. integral-einstückig) verbunden sein. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt 16a.2 mit dem ersten Abschnitt 16a.1 an dessen zweiten Ende verbunden sein. Der zweite Abschnitt 16a.2 kann sich quer zum ersten Abschnitt 16a.1 erstrecken (vgl. 3B oder 5). Der zweite Abschnitt 16a.2 kann quer zur Einführrichtung E vom ersten Abschnitt 16a.1 abragen. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt 16a.2 senkrecht vom ersten Abschnitt 16a.1 abstehen. Der zweite Abschnitt 16a.2 kann bspw. in Form eines (z. B. nasenförmigen) Vorsprungs und/oder einer Querstrebe und/oder durch eine Hinterschneidung im zumindest einen Formschlusselement 16a ausgebildet sein. Entsprechend kann das zumindest eine Formschlusselement 16a einen hakenförmigen, T-förmigen und/oder L-förmigen Querschnitt (senkrecht zu einer Längsachse des zumindest einen Formschlusselements 16a) aufweisen.
Es ist möglich, dass (im Einbauzustand) das zumindest eine Formschlusselement 16a (z. B. dessen zweiter Abschnitt 16a.2) an einem Zellgehäuseabschnitt der mindestens einen Batteriezelle 12 anliegt. Beispielsweise kann das zumindest eine Formschlusselement 16a die mindestens eine Batteriezelle 12 (z. B. deren Zelldeckel 12b) umgreifen. Entsprechend kann das zumindest eine Formschlusselement 16a (z. B. dessen zweiter Abschnitt 16a.2) zumindest abschnittsweise formangepasst zu einer Kontur der mindestens einen Batteriezelle 12 ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine Unterseite des zweiten Abschnitts 16a.2 des zumindest einen Formschlusselements 16a formentsprechend zu einer Oberseite des Zelldeckels 12b der mindestens einen Batteriezelle 12 ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das zumindest eine Formschlusselement 16a dabei als ein Rasthaken ausgebildet (vgl. 4A, 4B und 5). Hierbei kann der Rasthaken bzw. das zumindest eine Formschlusselement 16a (z. B. dessen erster Abschnitt 16a.1) federnd bzw. elastisch verformbar ausgebildet sein, vorzugsweise derart, dass der Rasthaken bzw. das zumindest eine Formschlusselement 16a beim Einführen der mindestens einen Batteriezelle 12 kurzfristig (quer zur Einführrichtung E) auslenkbar ist (z. B. um sodann in den korrespondierenden Zellgehäuseabschnitt der mindestens einen Batteriezelle 12 einzurasten bzw. sich dort zu verhaken).
Zudem oder alternativ kann die Fixiereinrichtung 16 auch zumindest ein Formschlusselement aufweisen, das an der mindestens einen Batteriezelle 12 angeordnet ist. Dieses kann im Folgenden zur besseren Unterscheidung auch als zumindest ein weiteres bzw. batterieseitiges Formschlusselement 16b bezeichnet werden. Das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b kann (z. B. als ein separates Bauteil) an der mindestens einen Batteriezelle 12 befestigt sein oder integral-einstückig mit der mindestens einen Batteriezelle 12 (z. B. deren Zellgehäuse) verbunden sein. Beispielsweise können das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b und der Zelldeckel 12b als ein gemeinsames bzw. einteiliges Blechteil ausgebildet sein (vgl. 3A oder 3B). Bevorzugt ist das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b speziell für eine formschlüssige Verbindung mit dem zumindest einen (aufnahmeseitigen) Formschlusselement 16a ausgebildet. Beispielsweise kann das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement 16b zumindest abschnittsweise formangepasst zu einer Kontur des zumindest einen (aufnahmeseitigen) Formschlusselements 16a ausgebildet sein. Das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement 16b und das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement 16a können jeweils ferner ausgebildet sein, sich im Einbauzustand gegeneinander abstützen und/oder unter Ausbildung einer Schnapp- und/oder Rastverbindung miteinander verbindbar sein. Entsprechend können das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b und das zumindest eine Formschlusselement 16a korrespondierend (z. B. formkorrespondierend) zueinander ausgebildet sein.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement 16b als eine gebogene und/oder federnde Zunge ausgebildet sein. Beispielsweise kann im Fall, dass der Zelldeckel 12b - wie vorstehend beschrieben - zumindest abschnittsweise U-förmig ausgebildet ist bzw. zumindest abschnittsweise einen U-förmigen Querschnitt aufweist, ein (z. B. flügelförmiger) Schenkelabschnitt 12b.1 des Zelldeckels 12b das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b bilden (vgl. 3A oder 3B). Entsprechend kann sich das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b nach oben von der mindestens einen Batteriezelle 12 wegerstrecken und/oder eine gebogene Form aufweisen. Hierbei kann ein oberes Ende des Schenkelabschnitts 12b. 1 zur Anlage bzw. zum Abstützen an dem zumindest einen (aufnahmeseitigen) Formschlusselement 16a (z. B. dessen zweiten Abschnitt 16a.2) ausgebildet sein. Beispielsweise kann sich das oberes Ende des Schenkelabschnitts 12b.1 an einer Unterseite des (z. B. in Form eines Vorsprungs ausgebildeten) zweiten Abschnitts 16a.2 des zumindest einen Formschlusselements 16a abstützen. Das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b bzw. der Schenkelabschnitt 12b.1 kann dabei federnd bzw. elastisch verformbar ausgebildet sein, vorzugsweise derart, dass das zumindest eine weitere Formschlusselement 16b bzw. der Schenkelabschnitt 12b.1 beim Einführen der mindestens einen Batteriezelle 12 kurzfristig (quer zur Einführrichtung E) auslenkbar ist (z. B. um sodann in den korrespondierenden Abschnitt des zumindest einen Formschlusselements 16a einzurasten). Insgesamt kann die Fixiereinrichtung 16 somit ausgebildet sein, die mindestens eine Batteriezelle 12 gegen eine ungewollte Entnahme aus der zumindest einen Zellaufnahme 14a bzw. gegen ein Bewegen entgegengesetzt zur Einführrichtung E zu fixieren.
Weiterhin kann die Fixiereinrichtung 16 ein federndes Element 16c aufweisen (vgl. 3B oder 5). Das federnde Element 16c kann z. B. ein Wellring, ein Dichtring und/oder eine andere Art von Feder sein. Das federnde Element 16c kann entlang der Einführrichtung E komprimierbar sein. Das federnde Element 16c kann derart angeordnet sein, dass im Einbauzustand eine (z. B. rückstellende) Kraft entgegengesetzt zur Einführrichtung E auf die mindestens eine Batteriezelle 12 ausgeübt wird. Das federnde Element 16c kann bspw. zwischen der Aufnahmevorrichtung 14 und der mindestens einen Batteriezelle 12 angeordnet sein. Bevorzugt ist das federnde Element 16c dabei zwischen einer Oberseite der Aufnahmevorrichtung 14 und einer Unterseite des Zelldeckels 12b angeordnet. Dabei kann das federnde Element 16c (im Einbauzustand) an der mindestens einen Batteriezelle 12 (z. B. der Unterseite des Zelldeckels 12b) und der Aufnahmevorrichtung 14 (z. B. deren Oberseite) anliegen. Das federnde Element 16c kann im Einbauzustand komprimiert sein. Mittels des federnden Elements 16c können das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement 16a und die mindestens eine Batteriezelle 12 bzw. das zumindest eine Formschlusselement 16a und das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement 16b (z. B. federnd) gegeneinander verspannt sein. Beispielsweise können mittels des federnden Elements 16c die mindestens eine Batteriezelle 12 bzw. das zumindest eine weitere (batterieseitige) Formschlusselement 16b gegen das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement 16a gedrückt werden. Entsprechend kann die mindestens eine Batteriezelle 12 mittels der Fixiereinrichtung 16 auch kraftschlüssig (bzgl. der Einführrichtung E) fixiert sein. Die mindestens eine Batteriezelle 12 kann somit durch die Fixiereinrichtung 16 federnd niedergehalten sein. Hierbei kann das federnde Element 16c die mindestens eine Batteriezelle 12 umfangsseitig umgeben. Beispielsweise kann die mindestens eine Batteriezelle 12 in einer durch die Längsachse L und die Querachse Q aufgespannten Ebene von dem federnden Element 16c umgeben sein. Das federnde Element 16c kann bspw. als ein geschlossener Ring und/oder Rahmen ausgebildet sein. Das federnde Element 16c kann ferner die mindestens eine Batteriezelle 12 und die Aufnahmevorrichtung 14 gegeneinander abdichten. Beispielsweise kann das federnde Element 16c dazu in Form einer Dichtung (z. B. ein Dichtring) ausgebildet sein.
Vorstehend wurde vorrangig der Fall mindestens einer Batteriezelle 12 beschrieben, die in zumindest einer Zellaufnahme 14a der Aufnahmevorrichtung 14 einführbar bzw. eingeführt ist. Bevorzugt weist die Aufnahmevorrichtung 14 jedoch mehrere Zellaufnahmen 14a auf (vgl. 1A oder 4A). Entsprechend kann die zumindest eine Zellaufnahme 14a mehrere Zellaufnahmen 14a umfassen. Die mehreren Zellaufnahmen 14a können z. B. in einer Reihe nebeneinander angeordnet sein. Vorzugsweise sind die mehreren Zellaufnahmen 14a parallel zueinander orientiert. Eine Reihenrichtung der mehreren Zellaufnahmen 14a kann dabei parallel zu einer Querachse der mehreren Zellaufnahmen 14a orientiert sein. Bevorzugt sind die mehreren Zellaufnahmen 14a alle gleich (z. B. in Form von Aufnahmeöffnungen) ausgebildet. Bevorzugt sind die mehreren Zellaufnahmen 14a (z. B. gleichmäßig) beabstandet voneinander angeordnet. Weiterhin kann das Batteriemodul 10 mehrere, vorzugsweise gleiche, Batteriezellen 12 aufweisen. Entsprechend kann die mindestens eine Batteriezelle 12 mehrere Batteriezellen 12 umfassen. Jede der mehreren Batteriezellen 12 kann dabei in jeweils eine der mehreren Zellaufnahmen 14a einführbar bzw. eingeführt sein. Die mehreren Zellaufnahmen 14a sind dabei bevorzugt derart voneinander beabstandet, dass die mehreren Batteriezellen 12 im Einbauzustand voneinander beabstandet sind. Vorzugsweise soll somit zwischen den Zellgehäusen bzw. Behältern 12a zweier benachbarter Batteriezellen 12 (im Einbauzustand) ein Zwischenraum 19 (z. B. ein Spalt) bestehen, der z. B. von einem Temperierfluid durchströmbar ist.
Weiterhin kann auch die Fixiereinrichtung 16 mehrere Formschlusselemente 16a, mehrere weitere Formschlusselemente 16b und/oder mehrere federnde Elemente 16c aufweisen. Entsprechend kann z. B. das zumindest eine (aufnahmeseitige) Formschlusselement 16a mehrere (aufnahmeseitige) Formschlusselemente 16a umfassen. Bevorzugt ist dabei jeweils eines der mehreren Formschlusselemente 16a zwischen zwei der mehreren Zellaufnahmen 14a bzw. zwischen zwei der mehreren Batteriezellen 12 angeordnet (vgl. 1B oder 4B). Beispielsweise kann jeweils eines der mehreren Formschlusselemente 16a an je einem Stegabschnitt zwischen zwei benachbarten Zellaufnahmen 14a der Aufnahmevorrichtung 14 angeordnet sein. Hierbei ist es möglich, dass zumindest eines der mehreren Formschlusselemente 16a zumindest zwei (z. B. benachbarte) Batteriezellen 12 an der Aufnahmevorrichtung 14 entgegengesetzt zur Einführrichtung E formschlüssig fixiert (vgl. z. B. 1A, 1B, 3A oder 3B). Lediglich beispielhaft kann das zumindest eine der mehreren Formschlusselemente 16a dazu zwei Vorsprünge, zwei Hinterschneidungen und/oder zwei zweite Abschnitte aufweisen, die bevorzugt an zwei einander entgegengesetzten Seiten der zumindest einen der mehreren Formschlusselemente 16a angeordnet sind. So kann das zumindest eine der mehreren Formschlusselemente 16a z. B. einen pilzförmigen, l-profilförmigen und/oder T-förmigen Querschnitt (senkrecht zur seiner Längsachse) aufweisen. Zudem oder alternativ kann das zumindest eine der mehreren Formschlusselemente 16a in Form eines Doppelhakens ausgebildet sein. An dem zumindest einen der mehreren Formschlusselemente 16a können sich dabei (im Einbauzustand) somit z. B. sowohl ein Schenkelabschnitt 12b.1 einer ersten Batteriezelle der mehreren Batteriezellen 12 als auch ein Schenkelabschnitt 12b.1 einer zweiten (benachbarten) Batteriezelle der mehreren Batteriezellen 12 abstützen. Hierbei kann das zumindest eine der mehreren Formschlusselemente 16a z. B. strangprofilförmig ausgebildet sein und/oder sich durchgängig entlang einer Längsachse der jeweiligen Zellaufnahmen 14a erstrecken (vgl. 1B).
Alternativ können die mehreren Formschlusselemente 16a auch jeweils nur einer der mehreren Batteriezelle 12 zugeordnet sein (vgl. 4A, 4B oder 5). Beispielsweise kann jedes der mehreren Formschlusselemente 16a jeweils nur eine der mehreren Batteriezellen 12 fixieren. Hierbei kann allerdings je Batteriezelle 12 jeweils eine Mehrzahl der mehreren Formschlusselemente 16a (z. B. zehn) zur Fixierung vorgesehen sein. Die jeweilige Mehrzahl von Formschlusselementen 16a kann dabei beidseitig an zwei einander entgegengesetzten Seiten der jeweiligen Zellaufnahme 14a angeordnet sein. Beispielsweise können fünf Formschlusselemente 16a an einer linken Seite der Zellaufnahme 14a und fünf weitere Formschlusselemente 16a an einer rechten Seite der Zellaufnahme 14a angeordnet sein. Bevorzugt kann dabei eine Gruppe der mehreren Formschlusselemente 16a beabstandet voneinander, entlang einer Reihe angeordnet sein. Beispielsweise kann diese Gruppe (z. B. entlang einer Längsachse der jeweiligen Zellaufnahmen 14a) zueinander fluchtend angeordnet sein. Bevorzugt sind die jeweiligen Formschlusselemente 16a der Gruppe dabei gleich orientiert und/oder gleich ausgebildet. Entsprechend kann das zumindest eine Formschlusselement 16a mehrere, vorzugsweise gleich ausgebildete, Segmente umfassen.
Weiterhin kann das Batteriemodul 10 ein Gehäuse 18 aufweisen (in 3A angedeutet). In dem Gehäuse 18 können die mindestens eine bzw. mehreren Batteriezellen 12, die Aufnahmevorrichtung 14 und die Fixiereinrichtung 16 aufgenommen sein. Das Gehäuse 18 kann bspw. in Form eines Rahmens und/oder einer abschnittsweisen Umhausung ausgebildet sein. Bevorzugt ist das Gehäuse 18 zumindest abschnittsweise geschlossen. Beispielsweise kann das Gehäuse 18 zur Führung eines Temperierfluids ausgebildet sein, vorzugsweise derart, dass die mindestens eine bzw. mehreren Batteriezellen 12 zumindest abschnittsweise unmittelbar von dem Temperierfluid (z. B. eine dielektrische Flüssigkeit) umströmbar ist/sind. Bevorzugt kann das Temperierfluid dabei in den Zwischenraum 19 zwischen zwei benachbarten Batteriezellen 12 bzw. Behältern 12a strömen. Das Batteriemodul 10 kann somit zur Immersionskühlung der mindestens einen bzw. mehreren Batteriezellen 12 mit dem Temperierfluid ausgebildet sein. Hierbei kann das Batteriemodul 10 eine Immersionskühleinrichtung (nicht dargestellt) aufweisen. Die Immersionskühleinrichtung kann einen Einlass, einen Auslass und einen den Einlass und Auslass fluidisch verbindenden Fluiddurchgang aufweisen. Der Einlass und Auslass können dabei jeweils einen Innenraum des Gehäuses 18 bzw. Batteriemoduls 10 mit einem Außenraum verbinden. Der Fluiddurchgang, welcher z. B. abschnittsweise durch die Aufnahmevorrichtung 14 begrenzt sein kann, kann für eine fluiddichte Führung des Temperierfluid ausgebildet sein. Weiterhin kann die mindestens eine Batteriezelle 12 (z. B. deren Behälter 12a) zumindest abschnittsweise in dem Fluiddurchgang angeordnet 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: Batteriezelle
12a: Behälter
12b: Zelldeckel
12c: Kontaktpole
12d: Überdruckventil
14: Aufnahmevorrichtung
14a: Zellaufnahme
16: Fixiereinrichtung
16a: Formschlusselement
16a.1: Erster Abschnitt
16a.2: Zweiter Abschnitt
16b: Weiteres Formschlusselement
16c: Federndes Element
18: Gehäuse
19: Zwischenraum
E: Einführrichtung
H: Hochachse
L: Längsachse
Q: Querachse

Claims

Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug, vorzugsweise Nutzfahrzeug, aufweisend: - mindestens eine Batteriezelle (12); - eine Aufnahmevorrichtung (14), vorzugsweise ein Tragrahmen, mit zumindest einer Zellaufnahme (14a), in die die mindestens eine Batteriezelle (12) entlang einer vorbestimmten Einführrichtung (E) einführbar ist; - eine, vorzugsweise lösbare, Fixiereinrichtung (16), mittels derer die mindestens eine Batteriezelle (12) an der Aufnahmevorrichtung (14) werkzeuglos entgegengesetzt zur Einführrichtung (E) formschlüssig fixierbar ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 1, wobei: die Fixiereinrichtung (16) ausgebildet ist, die mindestens eine Batteriezelle (12) gegen eine ungewollte Entnahme aus der zumindest einen Zellaufnahme (14a) und/oder gegen ein Bewegen entgegengesetzt zur Einführrichtung (E) zu fixieren.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Fixiereinrichtung (16) eine Schnapp- und/oder Rasteinrichtung ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Fixiereinrichtung (16) zumindest ein Formschlusselement (16a), vorzugsweise Schnappelement, aufweist, das an der Aufnahmevorrichtung (14) angeordnet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 4, wobei das zumindest eine Formschlusselement (16a): a) integral-einstückig mit der Aufnahmevorrichtung (14) verbunden ist; und/oder b) an einer Oberseite der Aufnahmevorrichtung (14) angeordnet ist; und/oder c) sich nach oben von der Aufnahmevorrichtung (14) wegerstreckt; und/oder d) zumindest abschnittsweise entlang der Einführrichtung (E) und/oder senkrecht von der Aufnahmevorrichtung (14) absteht.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, wobei das zumindest eine Formschlusselement (16a): a) an der zumindest einen Zellaufnahme (14a) angeordnet ist; und/oder b) sich durchgängig entlang einer Längsachse der zumindest einen Zellaufnahme (14a) erstreckt; oder c) mehrere, vorzugsweise gleich ausgebildete, Segmente umfasst, die beabstandet voneinander entlang einer Längsachse der zumindest einen Zellaufnahme (14a) angeordnet sind.
Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei: das zumindest eine Formschlusselement (16a) einen, vorzugsweise nasenförmigen, Vorsprung (18) zum Ausbilden eines Formschlusses mit der mindestens einen Batteriezelle (12) aufweist.
Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 7, wobei: das zumindest eine Formschlusselement (16a) als ein Rasthaken ausgebildet ist, mittels dem die mindestens eine Batteriezelle (12) umgreifbar ist.
Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 8, wobei: das zumindest eine Formschlusselement (16a) mehrere Formschlusselemente (16a) aufweist, die an zwei einander entgegengesetzten Seiten der zumindest einen Zellaufnahme (14a) angeordnet sind.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Fixiereinrichtung (16) zumindest ein weiteres Formschlusselement (16b), vorzugsweise Schnappelement, aufweist, das an der mindestens einen Batteriezelle (12) angeordnet ist.
Batteriemodul (10) nach Anspruch 10, wobei das zumindest eine weitere Formschlusselement (16b): a) integral-einstückig mit der mindestens einen Batteriezelle (12) verbunden ist; und/oder b) einen Schenkelabschnitt eines U-förmig ausgebildeten Zelldeckels (12b) der mindestens einen Batteriezelle (12) umfasst; und/oder c) sich nach oben von der mindestens eine Batteriezelle (12) wegerstreckt; und/oder d) eine gebogene Form aufweist; und/oder e) sich entlang einer Längsachse der mindestens einen Batteriezelle (12), vorzugsweise durchgängig, über zumindest die Hälfe, vorzugsweise zumindest drei Viertel einer Länge der mindestens eine Batteriezelle (12) erstreckt.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Fixiereinrichtung (16) ausgebildet ist, die mindestens eine Batteriezelle (12) und die Aufnahmevorrichtung (14) federnd gegeneinander zu verspannen.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: die Fixiereinrichtung (16) ein federndes Element (16c), vorzugsweise eine Dichtung, aufweist, wobei vorzugsweise das federnde Element (16c): a) zwischen der Aufnahmevorrichtung (14) und der mindestens einen Batteriezelle (12) angeordnet ist; und/oder b) an der mindestens einen Batteriezelle (12) und der Aufnahmevorrichtung (14) anliegt; und/oder c) angeordnet ist, eine entgegengesetzt zur Einführrichtung (E) gerichtete Kraft auf die mindestens eine Batteriezelle (12) auszuüben; und/oder d) die mindestens eine Batteriezelle (12) umfangsseitig umgibt; und/oder e) als ein Dichtring ausgebildet ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei: a) die Aufnahmevorrichtung (14) als ein Tragrahmen ausgebildet ist; und/oder b) die Aufnahmevorrichtung (14) im Wesentlichen plattenförmig ist; und/oder c) die zumindest einer Zellaufnahme (14a) mehrere, vorzugsweise gleichmäßig, voneinander beanstandete Zellaufnahmen (14a) aufweist, die vorzugsweise parallel zueinander angeordnet sind; und/oder d) die zumindest einer Zellaufnahme (14a) als eine Aufnahmeöffnung in der Aufnahmevorrichtung (14) ausgebildet ist.
Batteriemodul (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Batteriemodul (10): a) zur Immersionskühlung der mindestens einen Batteriezelle (12) mit einem Temperierfluid ausgebildet ist; und/oder b) ein Gehäuse (18) aufweist, in dem die mindestens eine Batteriezelle (12), die Aufnahmevorrichtung (14) und die Fixiereinrichtung (16) aufgenommen sind, wobei das Gehäuse (18) zur Führung eines Temperierfluids ausgebildet ist, derart, dass die mindestens eine Batteriezelle (12) zumindest abschnittsweise unmittelbar von dem Temperierfluid umströmbar ist; und/oder c) eine Immersionskühleinrichtung aufweist, wobei die Immersionskühleinrichtung einen Einlass, einen Auslass und einen den Einlass und Auslass fluidisch verbindenden Fluiddurchgang aufweist, wobei die mindestens eine Batteriezelle (12) zumindest abschnittsweise in dem Fluiddurchgang angeordnet ist.