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Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul einer Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeugs, mit einem Modulgehäuse, welches eine umlaufende Gehäusewandung mit zwei offenen und verschließbaren Stirnseiten aufweist, mindestens einem in dem Modulgehäuse angeordneten Batteriezellpaket mit mehreren Batteriezellen, wobei das Batteriezellpaket über eine der Stirnseiten des Modulgehäuses in das Modulgehäuse eingesetzt ist.
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Derartige Traktionsbatterien eines Elektrofahrzeugs dienen der Speicherung elektrischer Energie. Die in der Traktionsbatterie gespeicherte Energie kann genutzt werden, um über eine elektrische Maschine an einem Abtrieb des Elektrofahrzeugs Antriebsleistung bereitzustellen. Eine Traktionsbatterie verfügt typischerweise über mehrere Batteriemodule. Jedes Batteriemodul weist ein Modulgehäuse auf, welches eine umlaufende Gehäusewandung mit sich gegenüberliegenden, offenen Stirnseiten aufweist, wobei jede Stirnseite durch eine weitere Komponente, beispielsweise einem Deckel, verschließbar ist. Jedes Modulgehäuse begrenzt mindestens eine Kammer, in welcher jeweils ein Batteriezellpaket angeordnet ist. Die Batteriezellen eines Batteriezellpakets sind in Stapelrichtung nebeneinander angeordnet und elektrisch miteinander verschaltet. Ferner sind die Batteriezellpakete eines Batteriemodules und mehrere Batteriemodule einer Traktionsbatterie elektrisch miteinander verschaltet. Die
DE 10 2018 117 068 A1 offenbart beispielsweise ein derartiges Batteriemodul, wobei beidseitig über beide offenen Stirnseiten mehrere Batteriezellpakete in das Modulgehäuse eingeschoben werden und die Stirnseiten nach dem Einschieben der Batteriezellpakete durch jeweils einen Deckel verschlossen werden. Damit sind die Batteriezellpakete in Stapelrichtung benachbart zueinander angeordnet.
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Bei derartigen Ausführungen des Batteriemoduls ist die Verschaltung der einzelnen, in Stapelrichtung benachbart zueinander angeordneten Batteriezellpakete eines Batteriemoduls und die Verschaltung mehrerer Batteriemodule miteinander relativ aufwendig und zeitintensiv. Dabei müssen aufgrund der schlechten Zugänglichkeit und des geringen Bauraums kostenintensive Verschaltungsvorrichtungen zur Verschaltung der Batteriezellpakete vorgesehen werden.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Batteriemodul bereitzustellen, wobei die Montage des Batteriemoduls und die Verschaltung der Batteriezellpakete des Batteriemoduls miteinander vereinfacht werden sollen.
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Die Aufgabe wird durch eine Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug gemäß des Anspruchs 1 gelöst.
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Dadurch, dass das Modulgehäuse mehrere, separate Modulgehäuseelemente aufweist, wobei ein erstes Modulgehäuseelement und ein zweites Modulgehäuseelement stirnseitig aneinander angrenzend angeordnet sind und zwischen den beiden sich gegenüberliegenden Stirnseiten der Modulgehäuseelemente eine separate, die beiden offenen, gegenüberliegenden Stirnseiten der Modulgehäuseelemente verschließende Schottplatte angeordnet ist, und wobei die Modulgehäuseelemente jeweils eine an der umlaufenden Gehäusewandung angeordnete Öffnung zur Durchführung eines mit dem Batteriezellpaket verbundenen, elektrischen Anschlusselements aufweist, kann die Montage des Batteriemoduls sowie die Verschaltung der einzelnen, in unterschiedlichen Modulgehäuseelementen angeordneten und Stapelrichtung zueinander angeordneten Batteriezellstapel miteinander vereinfacht werden. Damit können die elektrischen Anschlusselemente über die offene Stirnseite an den stirnseitig angeordneten Anschlussflächen der Batteriezellpakete befestigt werden und durch die Öffnung geführt werden. Anschließend kann die Schottplatte an den Modulgehäuseelementen befestigt werden, wodurch die sich gegenüberliegenden Stirnseiten geschlossen werden. Damit werden die Batteriezellpakete außerhalb des Modulgehäuses elektrisch miteinander verschaltet. Dafür ist insbesondere an der Außenseite des Modulgehäuses ein Verschaltungsgehäuse angeordnet, welches die Öffnungen überdeckt. Die der Schottplatte abgewandten, offenen Stirnseiten sind insbesondere durch jeweils einen Deckel verschlossen.
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Vorzugsweise sind die beiden Modulgehäuseelemente identisch ausgeführt, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die Modulgehäuseelemente mehrere, parallel zueinander angeordnete Kammern auf, wobei die Kammern an den Stirnseiten offen sind und in den Kammern die Batteriezellpakete angeordnet sind, und wobei die offenen Enden der Kammern der beiden Modulgehäuseelemente durch ausschließlich eine Schottplatte geschlossen sind. Jedes Modulgehäuseelement weist eine Trennwand auf, welche den Innenraum des Modulgehäuseelements in zwei, parallel angeordnete Kammern aufteilt, wobei jeweils ein Batteriezellpaket über die offene Stirnseite in jede Kammer eingeschoben werden kann. Dadurch können mehrere Batteriezellpakete einfach bei einer demontierten Schottplatte miteinander verschaltet werden.
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Vorzugsweise sind die Öffnungen der beiden, sich stirnseitig angrenzenden Modulgehäuseelemente jeweils in einem Bereich der umlaufenden Gehäusewandung angeordnet, welche an die durch die Schottplatte verschlossenen Stirnseiten anschließt. Dadurch können die elektrischen Anschlusselemente einfach und zeitsparend durch die jeweilige Öffnung geführt werden, wobei die in die Modulgehäuseelemente eingeschobenen Batteriezellpakete bis kurz vor die Öffnungen eingeschoben werden. In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrischen Anschlusselemente quer zu einer Stapelrichtung des Batteriezellstapels ausgerichtet, so dass die elektrischen Anschlusselemente ohne eine Umlenkung durch die Öffnungen aus den Modulgehäuseelementen geführt werden können.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die elektrischen Anschlusselemente Stromschienen, welche starr ausgeführt sind. Dadurch können Halteelemente, welche zum Halten und Führen der elektrischen Anschlusselemente, insbesondere von flexibel ausgeführten Anschlusselementen, erforderlich sind, entfallen. Die einzelnen Batteriezellen der Batteriezellpakete sind ebenfalls durch Stromschienen miteinander elektrisch verbunden.
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Vorzugsweise sind die elektrischen Anschlusselemente an eine jeweilige Kontaktfläche der Batteriezellpakete angeschweißt oder angeschraubt, wodurch einfach eine zuverlässige Verbindung zwischen den Kontaktflächen und den elektrischen Anschlusselementen geschaffen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist an jedem elektrischen Anschlusselement jeweils eine Dichtung zur Abdichtung der Öffnung angeordnet, wobei die Dichtung eine erste, an dem elektrischen Anschlusselement anliegende Dichtfläche und eine zweite, an dem Modulgehäuseelement anliegende Dichtfläche aufweist. Dadurch kann die Öffnung bzw. der Innenraum des Modulgehäuses zuverlässig abgedichtet werden und eine Beschädigung der Batteriezellen aufgrund von in das Modulgehäuse über die Öffnung eintretender Feuchtigkeit verhindert werden.
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Vorzugsweise sind die Modulgehäuseelemente als jeweils ein Strangpressprofil, insbesondere aus Aluminium, ausgeführt, wodurch der Herstellungsaufwand reduziert werden kann.
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Die Aufgabe ist außerdem durch eine Traktionsbatterie für ein Elektrofahrzeug, mit mehreren Batteriemodulen nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gelöst.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung sind mehrere Batteriemodule quer zur Stapelrichtung der Batteriezellpakete hintereinander angeordnet, wobei im Bereich der Schottplatte und der Öffnungen ein Verschaltungsgehäuse angeordnet ist, welches auf eine Außenfläche der umlaufenden Gehäusewandung aufgesetzt ist. Dadurch können einerseits die Batteriezellpakete der jeweiligen Batteriemodule und andererseits die unterschiedlichen Batteriemodule einfach miteinander verschaltet werden.
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Die Aufgabe wird weiterhin durch ein Verfahren zur Montage einer Traktionsbatterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10 gelöst, wobei zunächst die Batteriezellpakete über eine der beiden offenen Stirnseiten in die Modulgehäuseelemente eingeschoben werden, anschließend die elektrischen Anschlusselemente durch die Öffnung des jeweiligen Modulgehäuseelements durchgesteckt und an den jeweiligen Batteriezellpaketen befestigt werden und abschließend beide Modulgehäuseelemente mit den zueinander zugewandten, offenen Stirnseiten an der zwischen den beiden Modulgehäuseelementen positionierten Schottplatte befestigt werden. Die der Schottplatte abgewandten Stirnseiten werden insbesondere durch einen Deckel verschlossen. Zu den Vorteilen des Verfahrens wird auf die vorhergehenden Absätze verwiesen.
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Damit wird ein Batteriemodul, eine Traktionsbatterie und ein Verfahren zur Montage des Batteriemoduls bzw. der Traktionsbatterie geschaffen, wobei der Montageaufwand des Batteriemoduls bzw. der Traktionsbatterie reduziert und die Verschaltung der Batteriezellpakete und der Batteriemodule miteinander vereinfacht werden können.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnungen näher erläutert.
- 1 zeigt ein Elektrofahrzeug mit einer Traktionsbatterie,
- 2 zeigt die Traktionsbatterie aus 1 in einer perspektivischen Ansicht,
- 3 zeigt einen Abschnitt der Traktionsbatterie aus 1 im Längsschnitt, und
- 4 zeigt ein Batteriemodul der Traktionsbatterie aus 1 im Querschnitt.
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1 zeigt ein Elektrofahrzeug 10, welches eine Traktionsbatterie 12 und eine elektrische Antriebseinheit 14 zum Antreiben des Elektrofahrzeugs 10 aufweist, wobei die Traktionsbatterie 12 als Unterbodenbatterie ausgeführt ist und der Versorgung der elektrischen Antriebseinheit 14 mit elektrischer Energie dient. Die Traktionsbatterie 12 weist mehrere Batteriemodule 16 auf, welche in Fahrzeuglängsrichtung nebeneinander und in Fahrzeugquerrichtung zwischen zwei Längsträgern 18 angeordnet sind, wobei in 1 lediglich einer der beiden Längsträger 18 dargestellt ist.
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In den 2 bis 4 ist ein Batteriemodul 16 in unterschiedlichen Ansichten gezeigt, wobei alle nebeneinander angeordneten Batteriemodule 16 der Traktionsbatterie 12 aus 1 identisch ausgeführt sind. Jedes Batteriemodul 16 umfasst ein Modulgehäuse 20, welches ein erstes Modulgehäuseelement 24 und ein zweites Modulgehäuseelement 28 aufweist. Jedes Modulgehäuseelement 24, 28 umfasst eine umlaufende Gehäusewandung 26, 30, wobei die Gehäusewandungen 26, 30 jeweils einstückig und als ein Aluminium-Strangpressprofil mit einem rechteckigen Querschnitt ausgeführt sind. Jedes Modulgehäuseelement 24, 28 weist im nicht-montierten Zustand jeweils zwei, offene Stirnseiten 21, 23, 25, 27 auf.
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In 4 ist das erste Modulgehäuseelement 24 exemplarische gezeigt, wobei das zweite Modulgehäuseelemente 28 identisch ausgeführt ist. Das in 4 gezeigte, erste Modulgehäuseelemente 24 begrenzt zwei, parallel zueinander angeordnete und sich in Längsrichtung des Batteriemoduls 16 erstreckende Kammern 32, 34, welche durch eine Trennwand 36 voneinander getrennt sind. In den Kammern 32, 34 ist jeweils ein Batteriezellpaket 40, 42 angeordnet, wobei die Batteriezellpakete 40, 42 jeweils mehrere, als Pouchzellen ausgeführte Batteriezellen 48 aufweisen. 3 zeigt einen Längsschnitt durch das Batteriemodul 16, so dass ein in dem ersten Modulgehäuseelement 24 angeordnetes und bereits in 4 gezeigtes Batteriezellpaket 40 und ein in dem zweiten Modulgehäuseelement 28 angeordnetes und fluchtend zum Batteriezellpaket 40 angeordnetes Batteriezellpaket 44 gezeigt sind.
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Zwischen den beiden Modulgehäuseelementen 24, 28, d.h. an den zueinander zugewandten Stirnseiten 23, 27 der Modulgehäuseelemente 24, 28, ist eine Schottplatte 50 angeordnet, durch welche die Stirnseiten 23, 27 durch die Schottplatte 50 vollständig und fluiddicht verschlossen sind. An den zu der Schottplatte 50 abgewandten Stirnseiten 21, 25 der Modulgehäuseelemente 24, 28 ist jeweils ein Deckel 52, 54 angeordnet, durch welche auch die Stirnseiten 21, 25 der Modulgehäuseelemente 24, 28 fluiddicht verschlossen sind.
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Die Batteriezellen 48 jedes Batteriezellstapels 40, 42, 44 sind über jeweils eine Stromschiene 60, 64 miteinander verschaltet. Die in den Kammern 32, 34 des ersten Modulgehäuseelements 24 angeordneten Batteriezellpakete 40, 42 sind durch eine an der der Schottplatte 50 zugewandten Seite der Batteriezellpakete 40, 42 angeordnete Stromschiene 66 in Reihe geschaltet. Das Batteriezellpaket 44 ist über eine nicht dargestellte Stromschiene mit einem nicht dargestellten und im zweiten Modulgehäuseelement 28 angeordneten Batteriezellpaket in Reihe geschaltet. Die Verschaltung zwischen den im ersten Modulgehäuseelement 24 angeordneten Batteriezellpaketen 40, 42 und den im zweiten Modulgehäuseelement 28 angeordneten Batteriezellpaketen 44 erfolgt über elektrische Anschlusselemente 70, 72, 74, welche ebenfalls als Stromschienen ausgeführt sind. Hierbei weisen beide Modulgehäuseelemente 24, 28, d.h. die umlaufenden Gehäusewandungen 26, 30, mehrere Öffnungen 71, 73, 75 auf, welche in einem an die Schottplatte 50 angrenzenden Bereich der umlaufenden Gehäusewandungen 26, 30 angeordnet sind. Die Stromschienen 70, 72, 74 sind an den Kontaktflächen der die Batteriezellen verbindenden Stromschienen 60, 64 befestigt und erstrecken sich ausgehend von den Stromschienen 60, 64 durch die Öffnungen 71, 73, 75. Damit ragen die Stromschienen 70, 72, 74 aus dem Modulgehäuse 20 und in das in den 3 und 4 gezeigte Verschaltungsgehäuse 19. Zur Abdichtung des Modulgehäuses 20 im Bereich der Öffnungen 71, 73, 75 ist an jeder Stromschiene 71, 73, 75 jeweils eine Dichtung 76, 78, 80 angeordnet, wobei jede Dichtung 76, 78, 80 über eine erste Dichtfläche an der jeweiligen Stromschiene 70, 72, 74 fluiddicht anliegt und über eine zweite Dichtfläche an dem Modulgehäuse 20 fluiddicht anliegt.
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Bei der Montage des Batteriemoduls 16 werden zunächst alle Batteriezellpakete 40, 42, 44 in die Modulgehäuseelemente 24, 28 über die Stirnseiten 21, 25 eingeschoben. Anschließend werden über die sich gegenüberliegenden, offenen Stirnseiten 23, 27 einerseits die Batteriezellpakete 40, 42 sowie das Batteriezellpaket 44 mit dem nicht dargestellten Batteriezellpaket über die Befestigung jeweils einer Stromschiene 66 miteinander in Reihe geschaltet und andererseits die Stromschienen 70, 72, 74 durch die Öffnungen 71, 73, 75 durchgesteckt und an den die Batteriezellen 48 verbindenden Stromschienen 60, 64, 66 befestigt. In einem darauffolgenden Schritt werden die Modulgehäuseelemente 24, 28 derart an der Schottplatte 50 befestigt, dass die Stirnseiten 23, 27 durch die Schottplatte 50 vollständig verschlossen werden. Außerdem werden die der Schottplatte 50 abgewandten Stirnseiten 21, 25 durch jeweils einen Deckel 52, 54 verschlossen. Damit ragen die zur Verschaltung der Batteriezellpakete 40, 42, 44 erforderlichen Stromschienen 70, 72, 74 aus dem Modulgehäuse 20 heraus, so dass die Batteriezellpakete 40, 42, 44 einfach außerhalb des Modulgehäuses 20 miteinander verschaltet werden können.
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Bei einer darauffolgenden Montage der Traktionsbatterie 12 werden mehrere Batteriemodule 16, wie in 1 gezeigt, in Fahrtrichtung des Elektrofahrzeugs 10 und quer zur Stapelrichtung der Batteriezellpakete 40, 42, 44 nebeneinander angeordnet, wobei die Stromschienen 70, 72, 74 aller Batteriemodule 16 in einen Bereich ragen, an welchem nach der Verschaltung der Batteriemodule 16 das Verschaltungsgehäuse 19 montiert wird. Abschließend werden die Batteriezellpakete 40, 42 44 sowie die Batteriemodule 16 miteinander verschaltet und das Verschaltungsgehäuse 19 an dem Modulgehäuse 20 befestigt.
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Damit können durch eine derartige Ausgestaltung der Batteriemodule 16 die Batteriezellpakete 40, 42, 44, welche in unterschiedlichen Modulgehäuseelementen 24, 28 angeordnet sind sowie unterschiedlichen Batteriemodulen 20 zugeordnet sind, einfach und kostengünstig miteinander verschaltet werden.
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Es sind auch andere konstruktive Ausführungsformen als die beschriebenen Ausführungsformen möglich, die in den Schutzbereich des Hauptanspruchs fallen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102018117068 A1 [0002]
