DE102022123879A1 - Electric traction battery module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Traktionsbatterie-Modul (10) mit einem steifen Modulgehäuse und mindestens zwei zueinander benachbarten und elektrisch miteinander verbundenen Zellenpaketen (20) in dem Modulgehäuse (12), wobei die elektrische Verbindung der beiden Zellenpakete (20) miteinander durch eine Steckanordnung (430), bestehend aus einem einem Zellenpaket (20) zugeordneten Stecker (30) mit einem Steckkontaktkörper (34) und einem einem benachbarten Zellenpaket (20) zugeordneten Gegenstecker (40) mit einem zu dem Steckkontaktkörper (34) komplementären Gegensteckkontaktkörper, (42) gebildet ist,wobei der Steckkontaktkörper (34) eine Steckachse (30`) definiert, undwobei der Steckkontaktkörper (34) in einer Querebene (XZ) zu der Steckachse (30`) beweglich in einer Steckerhalterung (36) geführt ist.The invention relates to an electric traction battery module (10) with a rigid module housing and at least two mutually adjacent and electrically connected cell packs (20) in the module housing (12), the electrical connection of the two cell packs (20) to one another by a Plug-in arrangement (430), consisting of a plug (30) assigned to a cell pack (20) with a plug-in contact body (34) and a mating plug (40) assigned to an adjacent cell pack (20) with a mating-plug contact body complementary to the plug-in contact body (34), (42 ).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein elektrisches Traktionsbatterie-Modul mit mindestens zwei zueinander benachbarten und elektrisch miteinander verbundenen Zellenpaketen innerhalb des Modulgehäuses.The invention relates to an electrical traction battery module with at least two adjacent and electrically connected cell packs within the module housing.
In einem elektrischen Traktionsbatterie-Modul sind innerhalb eines steifen Modulgehäuses mindestens zwei Zellenpakete enthalten, die elektrisch miteinander verbunden sind. Aus
Ein eine hohe strukturelle Steifheit aufweisendes Modulgehäuse besteht aus einem vierseitigen Extrusionsprofil, dessen zwei offene Enden mit jeweils einem Deckel verschlossen sind. Bei der Montage des Traktionsbatterie-Moduls werden die Zellenpakete durch die offenen Enden einzeln eingesteckt und müssen innerhalb des Modulgehäuses elektrisch miteinander verbunden werden. Hierzu weisen derartige Modulgehäuse typischerweise im Bereich der elektrischen Verbindungen der Zellenpakete entsprechende Montageöffnungen auf, durch die die strukturelle Festigkeit des Modulgehäuses jedoch geschwächt ist.A module housing with high structural rigidity consists of a four-sided extrusion profile, the two open ends of which are each closed with a cover. When assembling the traction battery module, the cell packs are inserted individually through the open ends and must be electrically connected to one another within the module housing. For this purpose, such module housings typically have corresponding assembly openings in the area of the electrical connections of the cell packs, which, however, weaken the structural strength of the module housing.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein elektrisches Traktionsbatterie-Modul mit einer hohen strukturellen Festigkeit zu schaffen, das auf einfache Weise funktionssicher montiert werden kann.The object of the invention is, in contrast, to create an electrical traction battery module with a high structural strength that can be easily and reliably assembled.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem elektrischen Traktionsbatterie-Modul mit den Merkmalen des Anspruchs 1.This object is achieved according to the invention with an electrical traction battery module with the features of claim 1.
Das erfindungsgemäße elektrische Traktionsbatterie-Modul weist ein steifes Modulgehäuse auf, in dem mindestens zwei zueinander benachbarte und elektrisch unmittelbar miteinander verbundene Zellenpakete angeordnet sind. Die elektrische Verbindung der beiden Zellenpakete miteinander ist durch eine Steckanordnung hergestellt. Die Steckanordnung besteht aus einem dem einen Zellenpaket zugeordneten Stecker mit einem Steckkontaktkörper und einem dem anderen benachbarten Zellenpaket zugeordneten Gegenstecker mit einem zu dem Steckkontaktkörper funktional komplementären Gegensteckkontaktkörper.The electric traction battery module according to the invention has a rigid module housing in which at least two cell packs that are adjacent to one another and are electrically directly connected to one another are arranged. The two cell packs are electrically connected to one another using a plug-in arrangement. The plug arrangement consists of a plug assigned to one cell pack with a plug contact body and a mating plug assigned to the other adjacent cell pack with a mating plug contact body that is functionally complementary to the plug contact body.
Der Steckkontaktkörper definiert eine Steckachse, die parallel bzw. deckungsgleich ist mit der Steckachse des Gegensteckkontaktkörpers. Der Steckkontaktkörper ist in einer Querebene zu der Steckachse beweglich in einer Steckerhalterung geführt, so dass der Steckkontaktkörper lateral beweglich ist, jedoch in Richtung der Steckachse in Bezug auf das Zellenpaket unbeweglich ist.The plug-in contact body defines a plug-in axis that is parallel or congruent with the plug-in axis of the mating plug-in contact body. The plug-in contact body is movably guided in a plug holder in a transverse plane to the plug-in axis, so that the plug-in contact body is laterally movable, but is immovable in the direction of the plug-in axis in relation to the cell pack.
Die elektrische Verbindung der zwei zueinander benachbarten Zellenpakete erfolgt also durch einfaches Zusammenstecken des Steckers mit dem Gegenstecker, wobei die Beweglichkeit des Steckkontaktkörpers in der Querebene zu der Steckachse beim Zusammenbau eine exakte Ausrichtung der Steckachse des Steckkontaktkörpers mit der Steckachse des zellenpaketfesten Gegensteckkontaktkörpers erlaubt. Auf diese Weise wird beim Zusammenstecken des Steckers mit dem Gegenstecker insbesondere ein Verbiegen und Verkanten des Steckkontaktkörpers und/oder des Gegensteckkontaktkörpers der Steckanordnung zuverlässig vermieden. Beim Zusammenstecken werden durch die laterale Beweglichkeit des Steckkontaktkörpers fertigungsbedingte und montagebedingte Abweichungen von der idealen Koaxialität der zusammengesteckten Zellenpakete derart ausgeglichen, dass eine mechanisch spannungsfreie elektrische Verbindung zwischen den zwei zueinander benachbarten Zellenpaketen realisiert ist. Auch nach der Montage und im Betrieb des Traktionsbatterie-Moduls werden Relativbewegungen der beiden elektrisch miteinander verbundenen Zellenpakete zueinander durch die laterale Beweglichkeit des Steckkontaktkörpers ausgeglichen bzw. führen nicht zu Verspannungen innerhalb der Steckanordnung.The electrical connection of the two mutually adjacent cell packs is therefore achieved by simply plugging the plug together with the mating plug, the mobility of the plug contact body in the transverse plane to the plug-in axis during assembly allowing an exact alignment of the plug-in axis of the plug-in contact body with the plug-in axis of the mating plug-in contact body fixed to the cell pack. In this way, when the plug is plugged together with the mating plug, bending and tilting of the plug contact body and/or the mating plug contact body of the plug arrangement is reliably avoided. When plugging together, the lateral mobility of the plug contact body compensates for manufacturing and assembly-related deviations from the ideal coaxiality of the plugged-together cell packs in such a way that a mechanically stress-free electrical connection is achieved between the two adjacent cell packs. Even after assembly and operation of the traction battery module, relative movements of the two cell packs that are electrically connected to one another are compensated for by the lateral mobility of the plug contact body or do not lead to tension within the plug arrangement.
Vorzugsweise verbindet eine flexible Verbindungsleitung den Steckkontaktkörper mit einer Batteriezelle des betreffenden Zellenpakets. Die flexible Verbindungsleitung erlaubt eine mechanisch widerstandsarme laterale Beweglichkeit des Steckkontaktkörpers, ohne dass hierdurch die Qualität der elektrischen Verbindung zwischen dem Steckkontaktkörper und dem betreffenden Zellenpaket verschlechtert wird. Ein typisches Beispiel für eine flexible Verbindungsleitung ist ein gewebtes Leitungsband.Preferably, a flexible connecting line connects the plug contact body to a battery cell of the relevant cell pack. The flexible connecting line allows a mechanically low-resistance lateral mobility of the plug-in contact body, without this deteriorating the quality of the electrical connection between the plug-in contact body and the cell pack in question. A typical example of a flexible connection line is a woven line tape.
Vorzugsweise weist der Steckkontaktkörper und/oder der Gegensteckkontaktkörper eine Fase zur Erleichterung der Einfädelung beim Zusammenstecken des Steckers mit dem Gegenstecker auf. Die Fase kann beispielsweise als Außenkonus- oder als Innenkonus ausgebildet sein.Preferably, the plug contact body and/or the mating plug contact body has a chamfer to facilitate threading when plugging the plug together with the mating plug. The chamfer can be designed, for example, as an outer cone or an inner cone.
Vorzugsweise ist der Steckkontaktkörper stiftartig und ist der komplementäre Gegensteckkontaktkörper buchsenartig ausgebildet.Preferably, the plug contact body is pin-like and the complementary mating plug contact body is designed like a socket.
Vorzugsweise ist eine Steckerhalterung vorgesehen, die einen Führungsschlitz definiert, in dem eine den Steckkontaktkörper haltende Führungsplatte unverlierbar und in beiden Raumrichtungen der Querebene beweglich gehalten ist. Besonders bevorzugt ist der Steckkontaktkörper in eine Mittelposition der Querebene vorgespannt, beispielsweise durch entsprechende Federelemente, die die Führungsplatte bzw. den Steckkontaktkörper in die geometrische Mittelposition vorspannen.Preferably, a plug holder is provided which defines a guide slot in which a guide plate holding the plug contact body is held captively and movable in both spatial directions of the transverse plane. Particularly preferably, the plug contact body is biased into a central position of the transverse plane, for example by corresponding spring elements which bias the guide plate or the plug contact body into the geometric central position.
Vorzugsweise ist das Modulgehäuse von einem vierseitigen Extrusionsprofil gebildet, das an seinen beiden offenen Profilenden mit jeweils einem Deckel verschlossen ist. Die Steckachse des Steckkontaktkörpers ist parallel zu der Längserstreckung bzw. der Extrusionsachse des Extrusionsprofils ausgebildet. Die Zellenpakete sind in Richtung der Extrusionsprofil-Längserstreckung in das offene Extrusionsprofil eingesteckt, wobei der Stecker und der Gegenstecker beim mittigen Zusammentreffen ohne einen weiteren Eingriff von außen sich zuverlässig elektrisch miteinander verbinden.The module housing is preferably formed by a four-sided extrusion profile, which is closed at each of its two open profile ends with a cover. The plug-in axis of the plug-in contact body is designed parallel to the longitudinal extent or the extrusion axis of the extrusion profile. The cell packs are inserted into the open extrusion profile in the direction of the longitudinal extent of the extrusion profile, with the plug and the mating plug reliably electrically connecting to one another when they meet in the middle without any further intervention from the outside.
Vorzugsweise sind der Steckkontaktkörper und der Gegensteckkontaktkörper so dimensioniert, dass im zusammengesteckten Zustand ein gewisser Kraftschluss entsteht, durch den eine sichere elektrische Kontaktierung sichergestellt ist.Preferably, the plug-in contact body and the mating plug-in contact body are dimensioned such that, when plugged together, a certain frictional connection is created, which ensures secure electrical contacting.
Im Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Längsschnitt eines erfindungsgemäßen elektrischen Traktionsbatterie-Moduls mit zwei Zellenpaket-Paaren, wobei die beiden Zellenpakete eines Paares jeweils durch eine Steckanordnung elektrisch miteinander verbunden sind, und -
2 eine detaillierte schematische Darstellung eines Längsschnitts II-II einer der Steckanordnungen der1 .
-
1 a longitudinal section of an electric traction battery module according to the invention with two pairs of cell packs, the two cell packs of a pair each being electrically connected to one another by a plug-in arrangement, and -
2 a detailed schematic representation of a longitudinal section II-II of one of the plug-in arrangements1 .
In der
Das Modulgehäuse eines fertiggestellten Traktionsbatterie-Moduls 10 ist von einem vierseitigen Metall-Extrusionsprofil 12 gebildet, dessen beide offene Profilenden jeweils mit einem Metall-Deckel 16 verschlossen sind. Während der Montage des Traktionsbatterie-Moduls 10 sind beide Profilenden des Metall-Extrusionsprofils 12 offen, so dass von beiden Extrusionsprofil-Öffnungen 14 aus jeweils Zellenpakete 20 in das Extrusionsprofil 12 zur Mitte eingeschoben werden können.The module housing of a completed
In der
Jedes Zellenpaket 20 weist ein Zellenpaket-Gehäuse 22 mit einer Zellenpaket-Stirnwand 24 auf, die den Gegenstecker 40 bzw. den Stecker 30 trägt. Innerhalb des Zellenpakete-Gehäuses 22 sind mehrere Batteriezellen 26 zu einem Batteriezellen-Paket physisch und elektrisch zusammengefasst.Each
Die den Stecker 30 aufweisende Stirnwand 24 weist eine Steckerhalterung 36 auf, durch die ein stiftartiger Steckkontaktkörper 34 lateral in beiden Achsen einer Querebene XZ beweglich geführt ist. Die laterale Beweglichkeit des Steckkontaktkörpers 34 beträgt in beiden Achsen der Querebene XZ jeweils mehrere Millimeter. Der vollzylindrische Steckkontaktkörper 34 definiert eine Steckachse 30`, die in Längsrichtung des Extrusionsprofils 12 orientiert ist. An seinem distalen Ende weist der Steckkontaktkörper 34 eine außenkonisch Fase 35 zur Erleichterung der Einfädelung auf. Die Steckerhalterung 36 definiert einen ringartigen Führungsschlitz 32, in dem eine den Steckkontaktkörper 34 haltende Führungsplatte 38 unverlierbar und in beiden Raumrichtungen der Querebene XZ über mehrere Millimeter beweglich gehalten ist. Die Führungsplatte 38 ist größer als eine distale Öffnung 33 der Steckerhalterung 36, durch die der Steckkontakt 34 von der Führungsplatte 38 aus distal herausragt.The
Die Steckerhalterung 36 weist ferner eine proximale Öffnung 39 auf, durch die eine flexible elektrische Verbindungsleitung 50 führt, deren eines Leitungsende über eine Schweißverbindung 54 mit der Rückseite der Führungsplatte 38 elektrisch verbunden ist und deren anderes Leitungsende über eine Schweißverbindung 55 mit einer Batteriezelle 26 des Batteriezellen-Stapels elektrisch verbunden ist. Die Verbindungsleitung 50 wird von einem Drahtgeflecht-Leitungskörper 52 gebildet. Der Batteriezellen-Stapel eines Zellenpakets 20 weist eine elektrische Zellenpaket-Spannung von weniger als 60 V auf.The
Beim Zusammenstecken des Steckers 30 mit dem Gegenstecker 40 richtet sich der Stecker 30 beim Eintritt der Steckkontaktkörper-Fase 35 in die Steckbohrung 44 mit dem Gegenstecker 40 derart axial aus, dass die beiden Steckachsen 30', 40' praktisch zur Deckung kommen. Hierdurch ergibt sich schließlich eine in gewissem Maße kraftschlüssige Verbindung zwischen dem Stecker 30 und dem Gegenstecker 40, durch die dauerhaft eine zuverlässige elektrische Verbindung der beiden Zellenpakete 20 miteinander geschaffen ist.When the
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