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Die Erfindung betrifft einen Batteriezellkomplex für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs, ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriezellkomplexes sowie eine Batterie für ein Kraftfahrzeug.
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Die
WO 2014/095253 A1 offenbart eine Batterie mit einem Gehäuse, wobei die Batterie mindestens zwei innerhalb des Gehäuses angeordnete Batteriemodule mit jeweils zwei elektrischen Modulpolen umfasst. Die Batteriemodule sind durch mindestens einen Modulverbinder elektrisch seriell miteinander verbunden und umfassen jeweils mindestens eine galvanische Zelle. Die Batterie umfasst zwei elektrische Batteriepole, welche ausgebildet sind, ein Kraftfahrzeug mit Strom zu versorgen. Die elektrischen Batteriepole sind mit jeweils mindestens einem Batteriemodul elektrisch verbunden und von einem Inneren des Gehäuses nach außen geführt. Die jeweiligen galvanischen Zellen der Batteriemodule sind elektrisch in Serie geschaltet. Zellen von benachbarten Batteriemodulen sind mittels der Modulpole durch einen Modulverbinder elektrisch seriell verbunden.
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Darüber hinaus ist aus der
EP 3 615 364 B1 eine Akkumulatoranordnung für ein Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmeraum zur Aufnahme von mindestens einem Batteriemodul sowie mit einer im Aufnahmeraum angeordneten Versorgungseinrichtung, die zur Versorgung des mindestens einen Batteriemoduls vorgesehen ist, bekannt. Die Versorgungseinrichtung umfasst wenigstens eine erste Schnittstelle, die mit dem zumindest einen Batteriemodul in Wirkverbindung steht. Das zumindest eine Batteriemodul weist zumindest eine zweite Schnittstelle auf, die komplementär zu der wenigstens einen ersten Schnittstelle der Versorgungseinrichtung ausgebildet ist, sodass das zumindest eine Batteriemodul mit der Versorgungseinrichtung in Wirkverbindung steht.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Lösung zu schaffen, welche ein Bereitstellen einer besonders kompakten Batterie eines Kraftfahrzeugs ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren offenbart. Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen, die im Rahmen der Beschreibung für einen der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche dargelegt sind, sind zumindest analog als Merkmale, Vorteile und mögliche Ausgestaltungen des jeweiligen Gegenstands der anderen unabhängigen Ansprüche sowie jeder möglichen Kombination der Gegenstände der unabhängigen Ansprüche, gegebenenfalls in Verbindung mit einem oder mehr der Unteransprüche, anzusehen.
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Die Erfindung betrifft einen Batteriezellkomplex für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie für das Kraftfahrzeug, welche dazu eingerichtet ist, elektrische Energie für einen elektrischen Antriebsstrang des Kraftfahrzeugs bereitzustellen. Das Kraftfahrzeug kann mit elektrischer Energie aus der Traktionsbatterie elektrisch angetrieben werden. Die Batterie kann mehrere miteinander verbundene Batteriezellkomplexe umfassen. Ein Batteriezellkomplex kann beispielsweise durch reversibles Verbinden zweiter Batteriemodule miteinander gebildet werden. Alternativ kann der monolithische Batteriezellkomplex durch nicht reversibles und somit nicht zerstörungsfrei trennbares Verbinden zweier Batteriestränge miteinander gebildet werden.
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Der Batteriezellkomplex umfasst eine Vielzahl an Batteriezellen, welche in mehrere Batterielinien aufgeteilt sind. Sämtliche Batteriezellen einer Batterielinie sind seriell miteinander verschaltet. Sämtliche Batterielinien der Batteriezellkomplexes starten und enden an derselben Seite des Batteriezellkomplexes. Weiterhin sind sämtliche Batterielinien innerhalb des Batteriezellkomplexes umgelenkt. Insbesondere können die Batterielinien innerhalb des Batteriezellkomplexes zumindest im Wesentlichen U-förmig verlaufen. Dadurch, dass sämtliche Batterielinien an derselben Seite des Batteriezellkomplexes starten und enden, können sämtliche Batterielinien auf der gleichen Seite des Batteriezellkomplexes mit einer weiteren Komponente der Batterie verbunden werden. Innerhalb des Batteriezellkomplexes wird somit der Strom von hinten nach vorne und von vorne wieder nach hinten mittels der jeweiligen Batterielinien geführt. Mit anderen Worten starten und enden sämtliche Batterielinien an einer ersten Seite des Batteriezellkomplexes und werden im Bereich einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Batteriezellkomplexes umgelenkt und somit rückgeführt. Dass sämtliche Batterielinien des Batteriezellkomplexes an derselben Seite des Batteriezellkomplexes starten und enden ermöglicht, dass Anschlüsse des Batteriezellkomplexes lediglich an dieser Seite des Batteriezellkomplexes vorzusehen sind. Infolgedessen kann der Batteriezellkomplex besonders bauraumsparend über jeweilige Anschlüsse mit wenigstens einer weiteren Komponente der Batterie verbunden werden. Weitere Anschlüsse an der der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite des Batteriezellkomplexes können entfallen. Infolgedessen kann eine besonders hohe Energiedichte der Batterie umgesetzt werden, da beispielsweise im Bereich der zweiten Seite anstelle der nicht benötigten Anschlüsse weitere Batteriezellen verbaut werden können. Alternativ kann eine Batterie mit gegebener Kapazität besonders klein ausgebildet werden.
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Bei der Erfindung ist es vorgesehen, dass sämtliche Batteriezellen einer gemeinsamen Batterielinie mittels jeweiliger Zellverbinder miteinander seriell verschaltet sind. Mit anderen Worten wird für das elektrische Verbinden der jeweiligen Batteriezellen innerhalb des Batteriezellkomplexes keine andere Komponente als die jeweiligen Zellverbinder verwendet. Durch das einheitliche Verbinden der jeweiligen Batteriezellen innerhalb der Batterielinien mittels der Zellverbinder kann der Batteriezellkomplex besonders einfach und mit besonders wenigen unterschiedlichen Bauteilkomponenten hergestellt werden. Es werden somit keine unterschiedlichen Verbindungselemente zum Verbinden der jeweiligen Batteriezellen des Batteriezellkomplexes benötigt. Der Batteriezellkomplex kann somit besonders einfach hergestellt werden.
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Bei der Erfindung ist es weiterhin vorgesehen, dass jeweilige über einen Zellverbinder miteinander verbundene Batteriezellen einer gemeinsamen Batterielinie in dem Batteriezellkomplex unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Das bedeutet, dass über die jeweiligen Zellverbinder lediglich miteinander benachbarte Batteriezellen seriell verschaltet sind. Ein Verbinden von zueinander nicht unmittelbar benachbarten Batteriezellen mittels eines gemeinsamen Zellverbinders ist bei dieser Ausgestaltung nicht vorgesehen, generell jedoch möglich. Die Zellverbinder sind somit besonders kurz ausgebildet und die jeweiligen Batteriezellen sind auf kürzestem Weg seriell miteinander verschaltet. Hierdurch kann ein jeweiliger durch die Zellverbinder verursachter Widerstand aufgrund deren besonders kurzer Ausgestaltung besonders klein gehalten werden.
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In einer möglichen Weiterbildung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Anzahl an Batteriezellen in jeder der Batterielinien gleich ist und die Batterielinien parallel zueinander geschaltet sind, wobei insbesondere alle sich seriell an gleicher Position in den jeweiligen Batterielinien befindenden Batteriezellen jeweils parallel zueinander geschaltet sind. Mit anderen Worten sind alle Batteriezellen, welche sich beispielsweise an fünfter Position in der seriellen Verschaltung der jeweiligen Batterielinie befinden, parallel zu sämtlichen anderen Batteriezellen an der fünfter Position in der seriellen Verschaltung der übrigen Batterielinien verschaltet. Sämtliche Batteriezellen sind somit einzeln zu den jeweiligen Batteriezellen der jeweils anderen Batterielinien an der gleichen Position parallel geschaltet. Insbesondere wird durch die gleiche Anzahl der Batteriezellen in jeder der Batterielinien ermöglicht, dass mittels jeder Batterielinie zumindest im Wesentlichen eine gleiche Spannung bereitgestellt werden kann. Um zu ermöglichen, dass die Anzahl an Batteriezellen in jeder der Batterielinien gleich ist, ist es vorgesehen, dass eine Anzahl an Batteriezellen, welche den Batteriezellkomplex zu der ersten Seite hin begrenzen, an welcher die jeweiligen Batterielinien starten und enden, höher ist als das Doppelte der Anzahl der Batterielinien. Insbesondere, wenn die jeweiligen Batterielinien zumindest im Wesentlichen parallel innerhalb des Batteriezellkomplexes geführt werden, dann werden einzelne Batterielinien weiter innen im Batteriezellkomplex geführt und umgelenkt als andere Batterielinien. Infolgedessen wären diese weiter innen liegenden Batterielinien kürzer, wenn die Breite des Batteriezellkomplexes an der ersten Seite einer Anzahl an Batteriezellen entspricht, welche dem Doppelten der Anzahl an Batterielinien entspricht. Das bedeutet, dass, wenn der Batteriezellkomplex fünf Batterielinien umfasst, von welchen alle an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes starten und enden, für jeden Anfang und jedes Ende jeder Batterielinie genau eine Batteriezelle an der ersten Seite vorgesehen wäre, wenn der Batteriezellkomplex an der ersten Seite lediglich zehn Batteriezellen breit wäre. Damit blieben jedoch keine weiteren Batteriezellen zum Ausgleichen der Länge derjenigen Batterielinien, welche weiter innen umgelenkt werden im Vergleich zu weiter außen im Batteriezellkomplex umgelenkten Batterielinien. Damit es also möglich ist, dass jede Batterielinie gleich viele Batteriezellen umfasst, wenn die jeweiligen Batterielinien innerhalb des Batteriezellkomplexes umgelenkt werden, dann hat die Breite des Batteriezellkomplexes an der ersten Seite mehr Batteriezellen zu umfassen, als es an Start- und Endbatteriezellen der jeweiligen Batterielinien gibt, sofern eine Breite des Batteriezellkomplexes über dessen gesamte Länge konstant ist. Bei dieser Ausgestaltung würden wenigstens zwei Batteriezellen der die Breite an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes vorgebenden Batteriezellen derselben Batterielinie angehören.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriezellen als Rundzellen ausgebildet sind, welche in einer hexagonalen Kreispackung angeordnet sind. Das bedeutet, dass die Rundzellen derart angeordnet sind, dass deren kreisförmige Querschnitte die hexagonale Kreispackung bilden. Hierbei sind die jeweiligen Rundzellen mit ihren Mittelachsen parallel zueinander ausgerichtet. Die hexagonale Kreispackung ermöglicht eine besonders dichte Packung der Rundzellen. Der die Rundzellen umfassende Batteriezellkomplex kann somit besonders kompakt und mit einer besonders hohen Batteriezelldichte bereitgestellt werden. Bei den Rundzellen handelt es sich um besonders stabile Batteriezellen.
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In einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Batteriezellkomplex aus zwei Batteriesträngen gebildet ist, die mit ihren Längsseiten aneinander anliegen. Die beiden Batteriestränge sind insbesondere nicht reversibel und somit nicht zerstörungsfrei voneinander trennbar miteinander zu dem monolithischen Batteriezellkomplex verbunden. Dadurch, dass die jeweiligen Batteriestränge mit ihren Längsseiten aneinander anliegen, bilden die addierten Querseiten der Batteriestränge die erste Seite des Batteriezellkomplexes und die zweite Seite des Batteriezellkomplexes. In jedem der Batteriestränge wird jede der Batterielinien zu einem Umlenkbereich hingeführt und in dem anderen Batteriestrang wird jede der Batterielinien von dem Umlenkbereich rückgeführt. Es erfolgt somit die U-förmige Stromführung in den zwei mit ihrer jeweiligen Längsseite aneinander anliegenden Batteriesträngen, wobei eine Hinführung des Stroms in einem ersten der Batteriestränge und die Rückführung in dem zweiten Batteriestrang erfolgt. Die Batteriestränge sind über ihre jeweiligen Längsseiten miteinander verschaltet. Der erste Batteriestrang umfasst jeweilige Anfänge der Batterielinien an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes und der zweite Batteriestrang umfasst jeweilige Enden der Batterielinien an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes. Insbesondere werden die Batterielinien in den Bereichen an den Längsseiten der Batteriestränge umgelenkt, in welchen die Batteriestränge miteinander elektrisch verbunden und somit verschaltet sind. Dadurch, dass der Batteriezellkomplex aus den zwei Batteriesträngen gebildet ist, kann der Batteriezellkomplex besonders einfach hergestellt werden, indem erst die beiden Batteriestränge gefertigt werden, welche jeweils lediglich halb so groß sind wie der Batteriezellkomplex, und anschließend die beiden Batteriestränge zu dem Batteriezellkomplex miteinander verbunden werden. Alternativ zu der nicht reversiblen Verbindung der beiden Batteriestränge können die beiden Batteriestränge reversibel miteinander an deren Längsseiten elektrisch verbunden werden. Es kann sich somit bei diesen Batteriesträngen um jeweilige Batteriemodule handeln, welche reversibel zu dem Batteriezellkomplex verschaltet werden können.
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In diesem Zusammenhang kann es in einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen sein, dass jede der Batterielinien aus zwei miteinander seriell verschalteten Teilbatterielinien gebildet ist. Jede der Teilbatterielinien verläuft in jeweils einem der Batteriestränge. Das bedeutet, dass eine erste Teilbatterielinie für eine erste Batterielinie in dem ersten Batteriestrang verläuft und die zweite Teilbatterielinie für die erste Batterielinie in dem zweiten Batteriestrang verläuft. Durch Verbinden der ersten Teilbatterielinie mit der zweiten Teilbatterielinie wird die durchgehende erste Batterielinie gebildet. Jede Teilbatterielinie endet mit einem ersten Ende an der an dem jeweils anderen Batteriestrang anliegenden Längsseite und mit ihrem zweiten Ende an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes. Das bedeutet, dass jede der Teilbatterielinien jeweils einenends an der ersten Seite des Batteriezellkomplexes endet und andernends an derjenigen Längsseite des zugehörigen Batteriestrangs endet, welche dem jeweils anderen Batteriestrang zugewandt ausgerichtet ist. Hierdurch können die jeweiligen Teilbatterielinien durch Anlegen der Batteriestränge an deren Längsseiten aneinander zu den durchgängigen Batterielinien seriell verbunden werden. Das Vorsehen der jeweiligen Teilbatterielinien ermöglicht, dass der erste Batteriestrang und der zweite Batteriestrang separat voneinander gefertigt werden können und anschließend miteinander zu dem Batteriezellkomplex verbunden werden können.
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In diesem Zusammenhang kann es in einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass in den jeweiligen Batteriesträngen die Batteriezellen in senkrecht zur Längsseite verlaufenden Linien nebeneinander angeordnet sind und die Batteriestränge an ihrer Längsseite durch versetzt angeordnete Batteriezellen miteinander verzahnt sind. Diese Anordnung kann insbesondere bei einer Ausgestaltung der jeweiligen Batteriezellen als Rundzellen vorgesehen werden, welche in der hexagonalen Kreispackung angeordnet sind. Je nach Ausrichtung der hexagonalen Kreispackung der Batteriezellen können die Batteriezellen in den jeweiligen Batteriesträngen in senkrecht zur Längsseite verlaufenden Linien oder in parallel zur Längsseite verlaufenden Linien nebeneinander angeordnet sein. Sind die Batteriezellen in den jeweiligen Batteriesträngen in senkrecht zur Längsseite verlaufenden Linien nebeneinander angeordnet, dann ergibt sich eine ausgefranste Seite der jeweiligen Batteriestränge an deren Längsseite. Sind die Batteriezellen in parallel zur Längsseite verlaufenden Linien nebeneinander in den jeweiligen Batteriesträngen angeordnet, dann weisen die jeweiligen Batteriestränge an ihren Querseiten jeweilige ausgefranste Enden auf. Das bedeutet, dass hierbei der Batteriezellkomplex an der ersten Seite sowie an der zweiten Seite nicht glatt, sondern wellig aufgrund einer versetzten Anordnung der Batteriezellen, insbesondere der Rundzellen, ausgestaltet ist. Durch die wellige Ausgestaltung der Längsseiten der Batteriestränge aufgrund der versetzten Anordnung der Batteriezellen können die Batteriestränge an ihren Längsseiten besonders gut miteinander verzahnt werden, wodurch eine Gefahr einer Relativbewegung der Batteriestränge in einer parallel zu den jeweiligen Längsseiten verlaufenden Richtung besonders gering gehalten werden kann. Die jeweiligen Batteriestränge können somit besonders gut relativ zueinander an ihren Längsseiten positioniert und in dieser Position zueinander gehalten werden.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriezellkomplexes, wie er bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriezellkomplex beschrieben worden ist. Bei diesem Verfahren werden zwei Batteriestränge mit ihren Längsseiten aneinander angelegt. Die jeweiligen Batteriestränge umfassen jeweils mehrere Teilbatterielinien. In jeder Teilbatterielinie ist eine Vielzahl an Batteriezellen seriell miteinander verschaltet. Jeweilige an den Längsseiten der Batteriestränge endende Teilbatterielinien der Batteriestränge werden seriell miteinander zu jeweiligen sich durch beide Batteriestränge hindurch erstreckende Batterielinien verbunden, wodurch sämtliche Batterielinien an derselben Seite des Batteriezellkomplexes starten und enden sowie innerhalb des Batteriezellkomplexes umgelenkt sind. Es ergibt sich somit ein zumindest im Wesentlichen U-förmiger Verlauf der jeweiligen Batterielinien. Das Verfahren ermöglicht, dass die jeweiligen Batteriestränge separat zueinander gefertigt werden können und anschließend zu dem großen Batteriezellkomplex verbunden werden können. Hierdurch kann der Batteriezellkomplex besonders einfach hergestellt werden. Das Verfahren ermöglicht, dass ein Am-Stück-Fertigen des Batteriezellkomplexes nicht notwendig ist.
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Die Erfindung betrifft des Weiteren eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einem, insbesondere zwei, Batteriezellkomplexen, wie sie bereits im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriezellkomplex beschrieben worden sind. Umfasst die Batterie die wenigstens zwei Batteriezellkomplexe, dann sind die wenigstens zwei Batteriezellkomplexe zueinander parallel verschaltet. Jeder Batteriezellkomplex kann wenigstens zwei Batteriestränge umfassen, welche für eine U-förmige Stromführung mit ihren jeweiligen Längsseiten aneinander anliegen und an diesen aneinander anliegenden Längsseiten miteinander in Serie verschaltet sind. Hierdurch erfolgen eine Stromhinführung in einem ersten der Batteriestränge und eine Stromrückführung in dem anderen Batteriestrang. Jeder Batteriestrang umfasst mehrere parallel geschaltete Teilbatterielinien, in welchen jeweils eine Vielzahl an Batteriezellen in Serie verschaltet ist. Jede der Teilbatterielinien des ersten Batteriestrangs ist mit jeweils einer zugeordneten Teilbatterielinie des zweiten Batteriestrangs zu einer gemeinsamen Batterielinie in Serie geschaltet. Je zwei Teilbatterielinien können über einen Zellverbinder miteinander seriell verschaltet sein, wobei dieser Zellverbinder gleich ist wie jeweilige Zellverbinder, mittels welchen jeweilige Batteriezellen innerhalb der Teilbatterielinie seriell miteinander verschaltet sind.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren allein gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Draufsicht eines Batteriestrangs in einer ersten Konfiguration für einen Batteriezellkomplex einer Batterie eines Kraftfahrzeugs; und
- 2 eine schematische Draufsicht des Batteriestrangs in einer zweiten Konfiguration.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 und 2 ist jeweils ein Batteriestrang 10 in unterschiedlichen Konfigurationen dargestellt, wobei der jeweilige Batteriestrang 10 mit wenigstens einem weiteren Batteriestrang 10 zusammen zu einem Batteriezellkomplex für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs verbunden werden kann. Jeder der in den Fig. gezeigten Batteriestränge 10 umfasst eine Vielzahl an als Rundzellen ausgebildeten Batteriezellen 12, welche vorliegend in einer hexagonalen Kreispackung angeordnet sind. Der Übersichtlichkeit halber sind vorliegend lediglich einzelne der Batteriezellen 12 mit dem zugehörigen Bezugszeichen versehen. Bei der in 1 gezeigten Konfiguration des Batteriestrangs 10 sind die jeweiligen Batteriezellen 12 in senkrecht zu einer Längsseite 14 des Batteriestrangs 10 verlaufenden Linien 16 angeordnet, wobei jeweilige zueinander unmittelbar benachbarte Linien 16 um eine halbe Batteriezelle versetzt zueinander angeordnet sind. Hierdurch ergibt sich an den jeweiligen Längsseiten 14 des Batteriestrangs 10, wie in 1 erkannt werden kann, ein gewellter beziehungsweise ausgefranster Rand des Batteriestrangs 10. Jeweilige Querseiten 18 des in 1 gezeigten Batteriestrangs 10 sind durch die Anordnung der Batteriezellen 12 in den jeweiligen Linien 16 zumindest im Wesentlichen glatt beziehungsweise weniger gewellt als die Längsseiten 14 ausgebildet.
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Bei der in 2 gezeigten Konfiguration des Batteriestrangs 10 sind die Batteriezellen 12 in jeweiligen parallel zu den Längsseiten 14 verlaufenden Linien 16 nebeneinander angeordnet. Hierbei sind jeweilige unmittelbar zueinander benachbarte Linien 16 um jeweils eine halbe Batteriezelle versetzt zueinander angeordnet, wodurch sich die gewellten beziehungsweise ausgefransten Ränder an den jeweiligen Querseiten 18 des Batteriestrangs 10 ausbilden. Die jeweiligen Längsseiten 14 des in 2 gezeigten Batteriestrangs 10 sind zumindest im Wesentlichen glatt beziehungsweise weniger gewellt als die Ränder an den Querseiten 18 ausgestaltet.
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Jeder der Batteriestränge 10 umfasst mehrere Teilbatterielinien 20. Vorliegend umfasst der Batteriestrang 10 in 1 vier Teilbatterielinien 20 und der in 2 gezeigte Batteriestrang 10 umfasst fünf Teilbatterielinien 20. Jede Teilbatterielinie 20 umfasst eine Vielzahl an seriell miteinander verschalteten Batteriezellen 12. Hierbei sind die jeweiligen Batteriezellen 12 innerhalb der Teilbatterielinien 20 mittels jeweiliger Zellverbinder seriell miteinander verschaltet. Vorliegend sind in den jeweiligen Teilbatterielinien 20 lediglich unmittelbar zueinander benachbarte Batteriezellen 12 seriell miteinander verschaltet. Es unterbleibt somit ein Kreuzen von jeweiligen Teilbatterielinien 20 innerhalb der jeweiligen Batteriestränge 10. Jede der Teilbatterielinien 20 endet einenends an einer ersten Querseite 22 des jeweiligen Batteriestrangs 10 und andernends an einer ersten Längsseite 24 des jeweiligen Batteriestrangs 10.
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Um einen jeweiligen Batteriezellkomplex für die Batterie des Kraftfahrzeugs herzustellen, ist es vorgesehen, dass zwei Batteriestränge 10, welche jeweils eine gleiche Anzahl an Teilbatterielinien 20 umfassen, mit ihren Längsseiten 14 aneinander angelegt werden. Hierbei werden die beiden miteinander zu dem Batteriezellkomplex zu verbindenden Batteriestränge 10 mit ihren jeweiligen ersten Längsseiten 24 aneinander angelegt. Die Batteriestränge 10 werden durch Verbinden der an den ersten Längsseiten 24 der jeweiligen Batteriestränge 10 endenden Teilbatterielinien 20 zu jeweiligen sich durch den gesamten Batteriezellkomplex erstreckenden Batterielinien miteinander verschaltet. Hierbei wird eine erste Teilbatterielinie 20 eines ersten der Batteriestränge 10 mit einer zweiten Teilbatterielinie 20 des zweiten Batteriestrangs 10 zu einer gemeinsamen Batterielinie seriell verschaltet. Hierfür werden die miteinander zu verbindenden Teilbatterielinien 20 mittels eines Zellverbinders seriell verschaltet. Dieser Zellverbinder entspricht jeweiligen Zellverbindern, mittels welchen die Batteriezellen 12 innerhalb der jeweiligen Teilbatterielinien 20 miteinander verbunden sind. Sowohl im ersten Batteriestrang 10 als auch im zweiten Batteriestrang 10 enden die jeweiligen Teilbatterielinien 20 einenends an den jeweiligen ersten Querseiten 22 der Batteriestränge 10 und andernends an den jeweiligen ersten Längsseiten 24 der Batteriestränge 10. Die Reihenfolge der jeweiligen Enden der Teilbatterielinien 20 an der ersten Querseite 22 von oben nach unten entspricht der Reihenfolge der anderen Enden der jeweiligen Teilbatterielinien 20 an der ersten Längsseite 24 von außen nach innen. Hierdurch ergibt sich in dem Batteriezellkomplex eine Anordnung der Batterielinien, bei welcher eine Batterielinie ganz außen verläuft und die weiteren Batterielinien zu einem Inneren des Batteriezellkomplexes hin ineinander gestapelt sind.
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Die erste Querseite 22 des ersten Batteriestrangs 10 bildet mit der ersten Querseite 22 des zweiten, in den Fig. jeweilis nicht gezeigten Batteriestrangs 10 gemeinsam eine erste Seite 26 des Batteriezellkomplexes. Die jeweiligen durch Verbinden der Teilbatterielinien 20 gebildeten Batterielinien des Batteriezellkomplexes erstrecken sich somit von der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes ausgehend in einen Bereich, in welchem die unterschiedlichen Teilbatterielinien 20 zu der gemeinsamen Batterielinie verbunden sind, und wieder zurück zu der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes. Folglich starten und enden sämtliche Batterielinien des Batteriezellkomplexes an der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes und werden innerhalb des Batteriezellkomplexes umgelenkt. Somit ergibt sich ein zumindest im Wesentlichen U-förmiger Verlauf der jeweiligen Batterielinien in dem Batteriezellkomplex.
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Wie in den 1 und 2 durch jeweilige Pfeile angedeutet ist, erfolgt in dem Batteriezellkomplex eine Stromhinführung in den jeweiligen gezeigten ersten Batteriesträngen 10 innerhalb der Teilbatterielinien 20 und eine Stromrückführung 28 in den in den Fig. jeweils nicht gezeigten zweiten Batteriesträngen 10, welche längsseitig an die ersten Batteriestränge 10 angelegt sind. Innerhalb des Batteriezellkomplexes erfolgt somit eine U-förmige Stromführung, ohne dass eine außenseitige Umlenkung von den jeweiligen ersten Batteriesträngen 10 zu den jeweiligen zweiten Batteriesträngen 10 notwendig ist.
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Durch die gewellte Ausgestaltung der ersten Längsseite 24 bei dem in 1 gezeigten Batteriestrang 10 können die an den jeweiligen ersten Längsseiten 24 aneinander angelegten, zu dem Batteriezellkomplex verbundenen Batteriestränge 10 besonders gut aneinander fixiert werden, wobei eine Relativbewegung der Batteriestränge 10 zueinander entlang ihren Längserstreckungsrichtungen besonders gut vermieden werden kann. In 1 ist ein Batteriestrang 10 für eine 4p-Verschaltung mit einem weiteren Batteriestrang 10 gezeigt und in 2 ist ein Batteriestrang 10 für eine 5p-Verschaltung mit einem weiteren Batteriestrang 10 gezeigt. Die jeweiligen Batteriestränge 10, welche in 1 und in 2 gezeigt sind, weisen an den jeweiligen Querseiten 18 eine Breite von sechs Batteriezellen 12 auf. Ein Batteriezellkomplex, welcher aus dem in 1 gezeigten Batteriestrang 10 sowie einem weiteren Batteriestrang 10 gebildet ist, umfasst vier Batterielinien, wohingegen ein Batteriezellkomplex, welcher aus dem in 2 gezeigten Batteriestrang 10 sowie einem weiteren Batteriestrang 10 gebildet ist, fünf Batterielinien umfasst. Die Anzahl an Batteriezellen 12 in den jeweiligen Batterielinien ist für jede Batterielinie eines gemeinsamen Batteriezellkomplexes gleich. Insbesondere sind die Batteriezellen 12 der unterschiedlichen Batterielinien innerhalb des Batteriezellkomplexes parallel zueinander geschaltet. In jedem der in den Fig. gezeigten Batteriestränge 10 verlaufen die Teilbatterielinien 20 von den jeweiligen ersten Querseiten 22 zu jeweiligen den ersten Querseiten 22 gegenüberliegenden weiteren Querseiten, im Bereich von welchen die Umlenkung der jeweiligen aus den Teilbatterielinien 20 gebildeten Batterielinien vorgesehen ist. Mittels der jeweiligen in den Fig. gezeigten Batteriesträngen 10 werden somit die jeweiligen Batterielinien zu einem Umlenkbereich hingeführt und mittels der jeweiligen in den Fig. nicht gezeigten Batteriestränge 10, welche gemeinsam mit den gezeigten Batteriesträngen 10 jeweilige Batteriezellkomplexe bilden, werden die jeweiligen Batterielinien von dem Umlenkbereich zu der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes zurückgeführt. In diesem Umlenkbereich werden die jeweiligen Batterielinien umgelenkt, insbesondere U-förmig. Der Umlenkbereich ist insbesondere einer der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes gegenüberliegenden zweiten Seite 30 des Batteriezellkomplexes zugeordnet.
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Bei der Batterie, welche den beschriebenen Batteriezellkomplex aufweist, handelt es sich um einen sogenannte Rundzellenspeicher. Vorliegend handelt es sich um einen Rundzellenspeicher mit direktem Zellkontaktierungssystem von Zelle zu Zelle. Die Batterie kann insbesondere zwei Batteriezellkomplexe umfassen. Diese beiden Batteriezellkomplexe sind aus vier Batteriesträngen 10 als monolithischer Zellblock hergestellt. Bei der Batterie handelt es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher. Die jeweiligen Batteriezellkomplexe sind an den jeweiligen ersten Seiten 26 der Batteriezellkomplexe zu verschalten. Hierfür ergibt sich aus jeweils zwei Batteriesträngen 10 aufgrund deren Verschaltung eine U-förmige Stromführung, bei welcher der Strom von der ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes zur zweiten Seite 30 des Batteriezellkomplexes und wieder zurück zur ersten Seite 26 des Batteriezellkomplexes geführt wird. Vorliegend sind die Batteriestränge 10, welche gemeinsam zu einem Batteriezellkomplex verbunden sind, nicht über ein gesondertes Bauteil miteinander verschaltet, welches die Teilströme von den einzelnen Endzellen der Teilbatterielinien 20 abgreift und zu dem jeweiligen benachbarten Batteriestrang 10 führt. Das derartige gesonderte Bauteil könnte aufgrund seiner Länge und einem damit verbundenen Widerstand einen hohen Querschnitt aufweisen und/oder eine hohe Kühlleistung benötigen. Dies würde Aufwand in Bauraum, Kosten, Gewicht, Effizienz und Fertigung bedeuten.
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Vorliegend erfolgt die Verschaltung der Batteriestränge 10 derart, dass an zumindest einem Endbereich des jeweiligen Batteriestrangs 10 die in den jeweiligen Teilbatterielinien 20 geführten Teilströme nicht über die Querseite, sondern über die Längsseite 14, vorliegend die erste Längsseite 24 und somit seitlich direkt zum Nachbarbatteriestrang 10 geführt werden. Mit anderen Worten stehen die letzten seriell miteinander verschalteten Batteriezellen 12 nicht an der Querseite 18 des Batteriestrangs 10 beziehungsweise des Batteriezellkomplexes, sondern an der ersten Längsseite 24, die dem jeweils anderen Batteriestrang 10 des gleichen Batteriezellkomplexes zugewandt ist und wo wiederum die seriell ersten verschalteten Batteriezellen 12 dieses weiteren Batteriestrangs 10 liegen. Die Verbindung zwischen den beiden Batteriesträngen 10 kann über einen Zellverbinder erfolgen, wie er bereits zum Verbinden der jeweiligen Batteriezellen 12 innerhalb der Teilbatterielinien 20 verwendet worden ist, oder über ein den Zellverbindern ähnliches Bauteil oder über einen in der Größe deutlich reduzierten Summenstromverbinder. Sind in den jeweiligen Batterielinien jeweils immer direkt benachbarte Batteriezellen 12 seriell miteinander verschaltet, dann kann ein kürzester Strompfad innerhalb des Batteriezellkomplexes umgesetzt werden. In diesem Fall ist eine Umlenkung ohne separates außenseitig des Batteriezellkomplexes angeordnetes gesondertes Bauteil immer dann möglich, wenn der jeweilige Batteriestrang 10 an den Querseiten 18 in seiner Breite mehr Batteriezellen 12 aufweist als jeweilige Batterielinien in dem zugehörigen Batteriezellkomplex vorgesehen sind.
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Beispielsweise kann die Batterie aus zwei Batteriezellkomplexen bestehen, welche jeweils zwei Batteriestränge 10 mit einer Breite an ihrer Querseite 18 von jeweils sechs Batteriezellen 12 umfassen. Insgesamt umfasst die Batterie somit vier Batteriestränge 10, welche mit ihren Längsseiten 14 aneinander angelegt werden können. An ihrer ersten Seite 26 weist die Batterie somit insgesamt 24 Batteriezellen 12 auf, und zwar von jedem Batteriestrang 10 jeweils sechs Batteriezellen 12. Eine solche Batterie aus vier Batteriesträngen 10 kann dann mit vier Längsmodulen hergestellt werden, die am vorderen Speicherende keinen sogenannten Summenstromverbinder als gesondertes Bauteil besitzen. Jeweilige Zellverbinder zum Verbinden von jeweils zwei zueinander benachbarter Batteriestränge 10 können derart ausgeführt werden, dass eine Hilumin-Aluminium-Verschweißung am negativen Terminal bereits ausgeführt ist und der Teil des Zellverbinders zum positiven Terminal aus dem Batteriestrang 10 überhängt. Mit anderen Worten sind die Zellverbinder zum Verbinden der zwei zueinander benachbarten Batteriestränge 10 bereits mit einem der Batteriestränge 10 verschweißt und stehen an diesem Batteriestrang 10 über. Der andere Batteriestrang 10 kann anschließend an diesen Batteriestrang 10 angeschoben werden. Im Anschluss daran können die freien, über den anderen Batteriestrang 10 überhängenden Enden der jeweiligen Zellverbinder mit den jeweils zugeordneten Batteriezellen 12 des anderen Batteriestrangs 10, insbesondere den Enden der jeweiligen Teilbatterielinien 20, verschweißt werden. Mit anderen Worten kann der Zellverbinder derart ausgestaltet sein, dass dieser an einer ersten Batteriezelle 12 des ersten Batteriestrangs 10 angeschweißt ist und eine Zunge des Zellverbinders an dieser ersten Batteriezelle 12 in Richtung des zweiten Batteriestrangs 10 überhängt. Der zweite Batteriestrang 10 kann derart an den ersten Batteriestrang 10 angelegt werden, dass diese Zunge des Zellverbinders über eine zweite Batteriezelle 12 des zweiten Batteriestrangs 10 überhängt. Zum Verbinden der ersten Batteriezelle 12 mit der zweiten Batteriezelle 12 ist somit lediglich ein Schweißpunkt notwendig, um die überhängende Zunge des Zellverbinders mit der zweiten Batteriezelle 12 zu verschweißen.
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Die Batteriestränge 10 können somit auf besonders einfache Weise in ein Gehäuse der Batterie eingestapelt werden und für die Endmontage der Batterie sind lediglich an jedem Batteriezellkomplex so viele Schweißungen durchzuführen, wie Batterielinien in diesem Batteriezellkomplex vorliegen. Umfasst die Batterie somit zwei Batteriezellkomplexe, wobei jeder Batteriezellkomplex jeweils zwei Batteriestränge 10 umfasst, und weist wiederum jeder Batteriezellkomplex fünf Batterielinien auf, dann sind für die Endmontage lediglich zehn Schweißungen für das Verbinden der jeweiligen Teilbatterielinien 20 zu den durchgehenden Batterielinien notwendig. Hierbei kann es sich um Aluminium-zu-Aluminium-Schweißverbindungen handeln. Mit anderen Worten ist der Zellverbinder aus Aluminium bereitgestellt, das negative Terminal der jeweiligen Batteriezellen 12 umfasst Hilumin und das positive Terminal der jeweiligen Batteriezellen 12 umfasst Aluminium.
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Das beschriebene Verfahren sowie die jeweiligen beschriebenen Batteriezellkomplexe ermöglichen eine besonders kompakte Ausgestaltung der Batterie des Kraftfahrzeugs sowie ein besonders einfaches Montieren der Batterie des Kraftfahrzeugs.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie eine direkte Zellverschaltung in U-Form umgesetzt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriestrang
- 12
- Batteriezelle
- 14
- Längsseite
- 16
- Linie
- 18
- Querseite
- 20
- Teilbatterielinie
- 22
- erste Querseite
- 24
- erste Längsseite
- 26
- erste Seite
- 28
- Stromrückführung
- 30
- zweite Seite
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2014095253 A1 [0002]
- EP 3615364 B1 [0003]
