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Die Erfindung betrifft gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, welche verklebte Zellmodule aufweist. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herauslösen eines verklebten wandnahen Zellmoduls bzw. zum Herauslösen mehrerer in einer Reihe angeordneter und verklebter Zellmodule aus einer solchen Traktionsbatterie.
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Eine sogenannte Traktionsbatterie, auch als Fahrbatterie bezeichnet, speichert elektrische Energie für den Fahrantrieb eines Kraftfahrzeugs. Eine solche Traktionsbatterie weist für gewöhnlich ein Batteriegehäuse auf sowie eine Vielzahl von Batteriezellen bzw. Batteriemodulen (im Folgenden als Zellmodule bezeichnet), die im Inneren bzw. in einem Innenraum dieses Gehäuses angeordnet und in geeigneter Weise befestigt, bspw. mit einem Bodenelement verklebt sind. Eine solche Verklebung dient häufig nicht nur der mechanischen Fixierung, sondern auch der Verbesserung des Wärmeübergangs. Ungünstig ist jedoch, dass die verklebten Zellmodule nur mit erheblichem Aufwand aus dem Batteriegehäuse entfernt bzw. herausgelöst werden können.
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Wie bereits in der
DE 10 2020 003 870 A1 erläutert, ist ein Austausch defekter Einzelzellen entweder sehr schwierig oder nicht durchführbar, wenn die Einzelzellen zu deren mechanischer Fixierung und zur thermischen Anbindung an ein Kühl- und/oder Heizelement verklebt oder vergossen sind. Die Einzelzellen müssen somit zum Austausch zunächst freigelegt werden, wofür die Einzelzellen umgebende Teile der Batterie demontiert werden müssen. Dies ist entweder mit einem hohen Aufwand verbunden oder aufgrund der Verklebung oder des Vergusses nicht möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Entfernen bzw. Herauslösen verklebter Zellmodule aus dem Batteriegehäuse zu vereinfachen.
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Die Aufgabe wird zum einen gelöst durch die erfindungsgemäße Traktionsbatterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und zum anderen durch die erfindungsgemäßen Verfahren mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich analog für alle Erfindungsgegenstände aus den abhängigen Patentansprüchen, der nachfolgenden Erfindungsbeschreibung (dies schließt ausdrücklich auch optional und beispielhaft beschriebene Merkmale ein) und den Zeichnungen.
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Die erfindungsgemäße Traktionsbatterie weist ein Batteriegehäuse auf und eine Vielzahl von zumindest näherungsweise quaderförmigen Zellmodulen, die im Innenraum, d. h. im Inneren des Batteriegehäuses, angeordnet und mit einem Bodenelement verklebt bzw. auf dieses Bodenelement aufgeklebt sind. Bei dem Bodenelement handelt es sich insbesondere um den Gehäuseboden des Batteriegehäuses oder um einen Zwischenboden. Das Bodenelement kann mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung ausgebildet sein.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass sich in der Seitenwandung des Batteriegehäuses, die für gewöhnlich das Bodenelement umgibt, wenigstens eine (grundsätzlich) verschlossene Zugangsöffnung zum Innenraum befindet. Diese Zugangsöffnung ist dafür vorgesehen und entsprechend ausgebildet, im offenen bzw. unverschlossenen Zustand das Einführen eines Werkzeugs (von außen in den Innenraum des Batteriegehäuse) zum Herauslösen eines wandnahen Zellmoduls zu ermöglichen.
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Die Zugangsöffnung ist in etwa auf Höhe des Bodenelements, insbesondere im Wesentlichen auf Höhe der Verklebung des wandnahen Zellmoduls und des Bodenelements, in der Seitenwandung angeordnet. Die Zugangsöffnung kann auch als seitliche Zugangsöffnung oder als (seitliche) Werkzeugzugangsöffnung bezeichnet werden.
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Ein wandnahes Zellmodul ist insbesondere das im Bereich der Zugangsöffnung zur Seitenwandung benachbarte bzw. nächstliegend angeordnete Zellmodul. Mithilfe des von außen durch die Zugangsöffnung eingeführten Werkzeugs kann die Verklebung zwischen diesem wandnahen Zellmodul und dem Bodenelement mechanisch getrennt und das Zellmodul vom Bodenelement weggedrückt und quasi angehoben werden. Die weiteren Zellmodule können dann wie unten beschrieben herausgelöst werden. Bei dem Werkzeug handelt es sich vorzugsweise um ein keil- oder dornförmiges Werkzeug, das insbesondere durch die Zugangsöffnung eingepresst oder eingeschlagen wird.
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Die Zugangsöffnung weist bevorzugt einen runden Querschnitt auf. Der Durchmesser beträgt bevorzugt 10 mm bis 40 mm, insbesondere 20 mm bis 30 mm.
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Die Innenumfangsfläche der Zugangsöffnung kann zumindest teilweise als Führungsfläche für das Werkzeug ausgebildet sein, derart, dass das Werkzeug beim Einführen an dieser Führungsfläche geführt und/oder ausgerichtet wird.
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Die Zugangsöffnung ist bevorzugt mittels einer (von außen) entfernbaren bzw. lösbaren Verschlussschraube verschlossen, die vor dem Einführen des Werkzeugs herausgeschraubt wird. Die Zugangsöffnung ist insbesondere mit einem entsprechenden Gewindeabschnitt ausgebildet.
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Bevorzugt sind die Zellmodule in mehreren Reihen (Zellreihen) angeordnet, wobei dann für jede Reihe wenigstens eine Zugangsöffnung in der Seitenwandung vorgesehen ist, die insbesondere mittels jeweils einer lösbaren bzw. herausschraubbaren Verschlussschraube verschlossen sind. Die vorausgehenden Erläuterungen gelten analog.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herauslösen bzw. Separieren eines wandnahen (und mit dem Bodenelement verklebten) Zellmoduls aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie umfasst folgende Schritte:
- - gegebenenfalls Bereitstellen der Traktionsbatterie, wobei diese insbesondere auf einem Tisch oder Ähnlichem abgelegt wird;
- - Öffnen des Batteriegehäuses, bspw. durch Abnehmen eines Gehäuseoberteils bzw. Gehäusedeckels oder dergleichen, sowie gegebenenfalls Entfernen weiterer Komponenten, sodass zumindest das herauszulösende wandnahe Zellmodul von oben zugänglich ist;
- - Öffnen der (betreffenden) Zugangsöffnung in der Seitenwandung, insbesondere durch Herausschrauben einer Verschlussschraube;
- - Einführen, insbesondere Einpressen oder Einschlagen, eines keil- oder dornförmigen Werkzeugs durch die Zugangsöffnung (in den Innenraum), vorzugsweise im Wesentlichen parallel zum Bodenelement, wodurch die Verklebung zwischen dem wandnahen Zellmodul und dem Bodenelement mechanisch getrennt und das Zellmodul vom Bodenelement weggedrückt und angehoben wird;
- - Greifen des angehobenen Zellmoduls von oben und Entnehmen aus dem Batteriegehäuse.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Herauslösen bzw. Separieren mehrerer in einer Reihe angeordneter (und mit dem Bodenelement verklebter) Zellmodule aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie umfasst die Schritte:
- - Herauslösen eines ersten wandnahen Zellmoduls, wie vorausgehend beschrieben;
- - Herauslösen der anderen Zellmodule, indem diese der Reihe nach durch Verkippen vom Bodenelement gelöst und dann von oben gegriffen und aus dem Batteriegehäuse entnommen werden.
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Durch das Verkippen wird die Verklebung zwischen dem betreffenden Zellmodul und dem Bodenelement mechanisch getrennt. Das Verkippen kann mithilfe eines Werkzeugs erfolgen. Das Verkippen kann insbesondere mithilfe desselben keil- oder dornförmigen Werkzeugs erfolgen, dass hierzu von oben zwischen dem zu verkippenden Zellmodul und dem (in der Reihe) benachbarten Zellmodul angesetzt und vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zum Bodenelement zwischen die Zellmodule getrieben wird, insbesondere durch Einpressen oder Einschlagen, wodurch das herauszulösende Zellmodul seitlich weggedrückt bzw. weggehebelt und dabei vom Bodenelement abgelöst wird. Beim letzten Zellmodul kann das Werkzeug in gleicher Weise zwischen dieses Zellmodul und die Seitenwandung getrieben werden.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann zum Herauslösen aller mit einem Bodenelement verklebten Zellmodule verwendet werden, insbesondere um die Zellmodule dann einem Recyclingprozess zuzuführen.
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Die Richtungsangabe „von oben“ ist nicht als einschränkend zu verstehen, sondern bezieht sich auf eine bevorzugte liegende Ausrichtung des Batteriegehäuses beim Herauslösen von Zellmodulen. Es versteht sich von selbst, dass dabei auch andere Ausrichtungen des Batteriegehäuses möglich sind.
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Das keil- oder dornförmige Werkzeug ist insbesondere aus Kunststoff gebildet und weist somit ein geringes Gewicht sowie einen niedrigen Reibwiderstand auf.
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Die Erfindung ist insbesondere geeignete für eine Hochvoltbatterie (HVB). Die Erfindung ist außerdem anwendbar für eine Traktionsbatterie, bei der die Zellmodule in mehreren Ebenen bzw. Etagen mit dazwischen befindlichen Bodenelementen oder dergleichen angeordnet sind.
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Im Rahmen der Erfindung sind sowohl die vorausgehend beschriebenen als auch die nachfolgend erläuterten Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Merkmalskombination, sondern auch in anderen Merkmalskombinationen oder in Alleinstellung anwendbar. Dies gilt auch für die in den Zeichnungen gezeigten Merkmale.
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Die Erfindung wird nachfolgend in nicht einschränkender Weise anhand der Zeichnungen näher erläutert. Die in den Zeichnungen gezeigten und/oder nachfolgend erläuterten Merkmale können, auch unabhängig von bestimmten Merkmalskombinationen, allgemeine Merkmale der Erfindung sein und die Erfindung entsprechend weiterbilden.
- 1 zeigt schematisch einen Ausschnitt aus einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie.
- 2 veranschaulicht schematisch das Herauslösen eines wandnahen Zellmoduls aus der Traktionsbatterie der 1.
- 3 veranschaulicht schematisch das Herauslösen eines weiteren Zellmoduls aus der Traktionsbatterie der 1.
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Die in 1 nur ausschnittsweise gezeigte Traktionsbatterie 100 weist ein Batteriegehäuse 110 mit einem Gehäuseunterteil und einem nicht gezeigten bzw. abgenommenen Gehäuseoberteil auf. Das Gehäuseunterteil weist eine Seitenwandung 112 und einen Gehäuseboden 113 auf, die einen wannenförmigen Innenraum bilden, in dem eine Vielzahl von quaderförmigen Zellmodulen 120 aufgenommen ist. Die Zellmodule 120 sind in einer Reihe angeordnet und mit dem Gehäuseboden 113 verklebt. Der Gehäuseboden 113 fungiert somit als Bodenelement im Sinne der Erfindung. Der Gehäuseboden 113 kann mit einer Heiz- und/oder Kühleinrichtung ausgebildet sein. Der Klebstoff K dient einerseits als sogenannter Gapfiller und bewirkt andererseits eine mechanische Fixierung der Zellmodule 120 sowie eine Verbesserung des Wärmeübergangs. Ferner sind Isolationsschichten bzw. Isolationselemente 130 vorgesehen.
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Die Verklebung der Zellmodule 120 mit dem Gehäuseboden bzw. Bodenelement 113 sowie die dichte Bepackung des Innenraums, wobei die Zellmodule 120 auch verpresst sein können, verhindern das Herauslösen der Zellmodule 120 im Falle einer Reparatur oder der Zerlegung im Zuge eines Recyclingprozesses. In der Seitenwandung 112 des Batteriegehäuses 110 bzw. dessen Gehäuseunterteils befindet sich daher wenigstens eine Zugangsöffnung 114, die das Einführen eines Werkzeugs 200 zum Herauslösen des wandnahen bzw. wandseitigen Zellmoduls 120' ermöglicht, wie in 2 gezeigt. Die Zugangsöffnung 114 ist in etwa auf Höhe des Gehäusebodens bzw. Bodenelements 113 angeordnet, insbesondere derart, dass das Werkzeug 200 zwischen Gehäuseboden bzw. Bodenelement 113 und wandnahes Zellmodul 120' eingetrieben werden kann. Die Zugangsöffnung 114 ist von vornherein mit einem Verschlusselement, insbesondere einer Verschlussschraube 115, verschlossen.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann nach dem Entfernen des Verschlusselements bzw. der Verschlussschraube 115 durch die dann offene bzw. unverschlossene Zugangsöffnung 114 ein keil- oder dornartiges Werkzeug 200 eingeführt werden, mit dem die Verklebung zwischen dem wandnahen Zellmodul 120' und dem Gehäuseboden bzw. Bodenelement 113 mechanisch getrennt und das betreffende Zellmodul 120' vom Gehäuseboden bzw. Bodenelement 113 weggedrückt und angehoben wird. Dies ist in 2 mit Pfeilen veranschaulicht. Das Werkzeug 200 fungiert gewissermaßen als Treibdorn, wobei die Innenumfangsfläche der Zugangsöffnung 114 als Führungsfläche für das Werkzeug 200 ausgebildet sein kann. Ferner kann ein Werkzeuganschlag vorgesehen sein, der ein zu tiefes Einführen des Werkzeugs 200 verhindert. Das angehobene wandnahe Zellmodul 120' kann nun von oben gegriffen und entnommen werden. Die benachbarten Isolationselemente 130 werden ohne Weiteres mit herausgelöst.
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Durch den nun im Innenraum geschaffenen Platz bzw. Freiraum können die übrigen Zellmodule 120 der Reihe nach (d. h. gemäß Darstellung von links nach rechts) durch Verkippen vom Gehäuseboden bzw. Bodenelement 113 gelöst und dann von oben gegriffen und entnommen werden, wie in 3 gezeigt. Das Verkippen kann ebenfalls mithilfe des Werkzeugs 200 bewerkstelligt werden, wie in 3 mit Pfeilen veranschaulicht.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102020003870 A1 [0003]
