DE19517733C1 - Batteriesystem mit mehreren separaten Batteriezellenblöcken - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Batteriesystem nach dem Ober­ begriff des Anspruchs 1.

Insbesondere für Fahrzeugtraktionsbatterien wird häufig ein Batteriesystem gewählt, bei dem mehrere Batteriezellenblöcke mit jeweils separatem Gehäuse elektrisch miteinander verbunden in einem Batterietrog aufgenommen sind. Der Batterietrog dient da­ zu, eventuell aus einem Zellenblock austretende Flüssigkeit auf­ zunehmen. Er wird außerdem so ausgelegt, daß er nicht nur das Eigengewicht der Batteriezellenblöcke, sondern auch die bei Fahrzeugbeschleunigungen bzw. -verzögerungen auftretenden, vor­ wiegend horizontal wirkenden Massenträgheitskräfte der Zellen­ blöcke aufzufangen. Dabei sollen die einzelnen Batteriezellen­ blöcke möglichst unversehrt bleiben, und aus der Beschädigung einzelner Zellenblöcke sollen nachteilige Auswirkungen auf die übrigen Zellenblöcke vermieden werden. Der Batterieaufbau soll außerdem häufig so gestaltet sein, daß eine Kühlung oder Behei­ zung der Batteriezellenblöcke durch ein umgewälztes Fluid, z. B. Luft oder Öl, möglich ist. Dabei ist zur Erzielung einer Tempe­ raturgleichverteilung innerhalb der einzelnen Batteriezellen­ blöcke eine allseitige Zellenblockumströmung anzustreben.

Dem letztgenannten Gesichtspunkt wird bei einer Blei-Akkumulato­ ren-Batterie nach dem Gebrauchsmuster DE 73 15 571 Rechnung ge­ tragen. Die Gehäuse der einzelnen Zellenblöcke sind dort an zwei gegenüberliegenden Seitenwänden mit von oben nach unten verlau­ fenden Kühlrippen versehen, und die Zellenblöcke sind in einem Batterietrog so nebeneinandergelegt, daß sie mit ihren jeweiligen Kühlrippen aneinanderstoßen, so daß jeweils zwischen zwei benachbart aneinanderstoßenden Kühlrippenpaaren ein Längs­ kanal gebildet wird. Zur Bildung von querverlaufenden Verteiler­ kanälen sind die Gehäuse der Batteriezellenblöcke nach innen ge­ zogen. Des weiteren kann bei diesem Batterieaufbau eine Loch­ platte, auf der die Batteriezellenblöcke aufsitzen, mit Abstand über dem dichten Trogboden angeordnet sein, wobei Kühlluft über ein Gebläse zwischen dem Trogboden und der Lochplatte eingebla­ sen werden kann. Die eingeblasene Kühlluft gelangt dann durch die Lochplatte und strömt entlang der Längskanäle zwischen den Zellenblockgehäusen, wonach sie durch Löcher, die in einem Trog­ deckel vorgesehen sind, der mit Abstand über den Batteriezellen­ blöcken angeordnet ist, entweicht. Bei diesem bekannten Aufbau besteht jedoch die Schwierigkeit, daß sich durch das direkte An­ einanderstoßen der Zellenblöcke deren Massenträgheitskräfte bei Auftreten einer Fahrzeugverzögerung bzw. -beschleunigung addieren. Auf das in Kraftrichtung jeweils letzte Zellenblockge­ häuse wirkt daher die Summe der Massenträgheitskräfte sämtlicher Zellenblöcke einer Reihe ein. Bei Verwendung der Batterie in einem Kraftfahrzeug besteht daher die Gefahr der Schädigung von Zellenblockgehäusen, der durch eine entsprechend stabile Ausfüh­ rung der Zellenblockgehäuse begegnet werden muß. Zudem addieren sich bei diesem losen Aneinanderreihen der einzelnen Batterie­ zellenblöcke auch deren eventuelle Gehäusemaßtoleranzen, was die Gefahr von merklichen Verschiebebewegungen der Zellenblöcke in sich birgt und im ungünstigen Fall zum Abreißen der elektrischen Polverbinder zwischen den einzelnen Zellenblöcken führen kann.

Es sind des weiteren Batteriesysteme bekannt, bei denen die ein­ zelnen Batteriezellenblöcke mit gewissem Abstand voneinander einzeln am Troggehäuse abgestützt gehalten sind, so daß die Zellenblockgehäuse kräftemäßig voneinander entkoppelt sind und daher Kraftübertragungen von einem auf ein benachbartes Zellen­ blockgehäuse vermieden werden. Bei einem aus der Patentschrift GB 297.344 bekannten derartigen Batteriesystem sind am Boden und an den Seitenwänden eines quaderförmigen Batterietroges jeweils nach innen weisende Stege vorgesehen, um voneinander getrennte Unterbringungsräume für die Batteriezellenblöcke zu definieren. Da die Abstandshalterstege an den Trogseitenwänden angeordnet sind, eignet sich dieser Aufbau nur für Batteriesysteme mit einer einzelnen Reihe von Batteriezellenblöcken. Zum Einsetzen oder Herausnehmen von Batteriezellenblöcken kann eine der Trogseitenwände weggeschwenkt werden. Auf dem Boden selbst und an den Seiten von dessen nach oben weisenden Stegen sowie ent­ lang der Seitenwände sind Gummileisten angebracht, um die Zel­ lenblockgehäuse unten und seitlich elastisch abzustützen. Wenn Kräfte an den Batteriezellenblöcken auftreten, werden diese für jeden Zellenblock einzeln über die Gummileisten und ggf. die Stege auf das Troggehäuse übertragen. Wegen dieser durchgehen­ den Gummileisten ist bei diesem System keine Durchströmung der zum Trogboden und zwischen den Zellenblockgehäusen gebildeten, voneinander getrennten Zwischenräume mit einem Temperierfluid möglich.

Ein weiteres Batteriesystem mit Einzelabstützung der Batterie­ zellenblöcke ist in der Patentschrift DE 31 08 888 C2 beschrie­ ben. Bei einem der dort gezeigten Beispiele sind am Trogboden Aufnahmen ausgebildet, in die elastische Auflager einsetzbar sind, die an der Unterseite von Tragkonsolen angeordnet sind. Die Tragkonsolen besitzen eine den einzusetzenden Batteriezel­ lenblöcken entsprechende Grundfläche und nehmen diese durch ei­ nen nach oben umgebogenen Rand gegen seitliches Verrutschen ge­ sichert auf. An einem Trogdeckel sind innenseitig elastische Gegenlager angeordnet, die sich bei geschlossenem Trog gegen die Oberseite der eingesetzten Batteriezellenblöcke abstützen. Über die Auflager und die Tragplatte sowie die Gegenlager ist jeder Batteriezellenblock einzeln elastisch zwischen dem Trog­ boden und dem Trogdeckel eingespannt gehalten. Bei einem alter­ nativen Beispiel sind die von oben abstützenden Gegenlager an der Unterseite einer Brücke angeordnet, die sich über zwei be­ nachbarte Batteriezellenblöcke hinweg erstreckt und mittels ei­ ner im Trogboden verankerten Spannschraube mit Nachstellmutter von oben auf die Zellenblockgehäuse gepreßt werden kann. Eine Umströmung der Batteriezellenblöcke mit einem Temperierfluid ist bei dem dortigen System nicht vorgesehen.

In der Offenlegungsschrift DE 37 28 931 A1 wird ein Bleiakkumu­ lator vorgeschlagen, der in jedem Zellengefäß zum Zusammenpres­ sen des zugehörigen Plattenblockes einen Klemmhalter besitzt, welcher ein Plattenteil aufweist, das mit einer Seitenfläche am Plattenbock anliegt und auf seiner gegenüberliegenden Seiten­ fläche Federelemente trägt, die sich an der benachbarten Zel­ lengefäßwand abstützen und so einen Druck auf den Plattenblock ausüben. Das Plattenteil ist mit seitlich sich über die Plat­ tenteilbreite erstreckenden Einrastelementen versehen, welche unterhalb von zugehörigen Plattenverbindern einrasten und ein Wegwandern des Klemmhalters verhindern. Mit diesen Klemmhaltern soll auch beim Auftreten starker Schüttelbeanspruchungen auf den Bleiakkumulator sichergestellt werden, daß die für Funktion und Lebensdauer des Bleiakkumulators erforderliche Zusammen­ pressung des Plattenblockes erhalten bleibt.

Der Erfindung liegt als technisches Problem die Bereitstel­ lung eines Batteriesystems der eingangs genannten Art zugrun­ de, bei dem die Batteriezellenblöcke mit vergleichsweise geringem Auf­ wand und möglichst geringem Zusatzgewicht kräftemäßig voneinan­ der entkoppelt im Batterietrog aufgenommen und so angeordnet sind, daß eventuell auslaufende Zellenflüssigkeit unschädlich bleibt und bei Bedarf ein Temperierfluid zu Kühl- oder Heiz­ zwecken durch den Trog hindurchgeleitet werden kann.

Dieses Problem wird durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst. Da sich die zur Halterung der Batterie­ zellenblöcke vorgesehenen Tragstelzen jeweils zwischen nebenein­ anderliegenden Batteriezellenblöcken als seitliche Abstützungen erstrecken, die endseitig an den beiden zugehörigen Halteplatten festgelegt sind, nehmen sie auftretende, quer wirkende Massen­ trägheitskräfte der Batteriezellenblöcke für jeden Block einzeln auf und übertragen sie in Biegebalkenfunktion auf die Halteplat­ ten, welche ihrerseits diese Kräfte zum Troggehäuse leiten. Die Tragstelzen vermeiden folglich merkliche Kraftübertragungen von einem Batteriezellenblock auf einen danebenliegenden, so daß die Zellenblockgehäuse nicht zum Auffangen von über mehrere Zellen­ blöcke addierten Trägheitskräften ausgelegt sein brauchen. Da die Tragkonsolen, auf denen die Batteriezellenblöcke aufsitzen, mit Abstand vom unteren Stelzenende und folglich mit Abstand über der unteren Halteplatte angeordnet sind, entsteht auf ein­ fache Weise ein Raum zwischen den Gehäuseunterseiten der Batte­ riezellenblöcke und der benachbarten unteren Halteplatte, in den Zellflüssigkeit in einem Schadensfall gefahrlos abfließen kann, d. h., es entsteht kein Kurzschluß zwischen den Zellen über den Elektrolyten. Zudem steht dieser Raum mit den Zwischenräumen in Verbindung, die durch die Abstandshalterfunktion der Tragstelzen zwischen je zwei nebeneinanderliegenden Batteriezellenblöcken gebildet sind. Somit lassen sich die Zwischenräume sehr wirksam zur Durchströmung eines Temperierfluids nutzen, wobei es die schmale, stabförmige Ausbildung der Tragstelzen ermöglicht, daß praktisch die gesamte Seitenwandfläche der Zellenblockgehäuse vom Temperierfluid angeströmt werden kann. Da zum Tragen der Zellenblöcke schon eine geringe, von den Tragkonsolen bereitge­ stellte Stützfläche ausreicht, kann auch fast die gesamte Unter­ seite jedes Zellenblockgehäuses vom Temperierfluid angeströmt werden. Der Systemaufbau mit den Tragstelzen und den Halteplat­ ten ermöglicht zudem eine kompakte und dennoch kräftemäßig von­ einander entkoppelte Aneinanderreihung der einzelnen Batterie­ zellenblöcke, wobei nicht nur eindimensionale, sondern ohne wei­ teres auch zweidimensionale oder dreidimensionale Zellenblockan­ ordnungen realisierbar sind.

Durch eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 2 ist eine allseitige Umströmung jedes einzelnen Batteriezellenblockes mit einem Kühl- oder Heizfluid auf sehr effektive Weise möglich.

Bei einem nach Anspruch 3 weitergebildeten Batteriesystem sind die Batteriezellenblöcke auch gegen ein Verschieben zur jeweils oberen Halteplatte hin gesichert, was beispielsweise im Fall eines Fahrzeugüberschlags bei in Fahrzeugen verwendeten Batte­ riesystemen von Nutzen ist. Die hierzu vorgesehenen Distanzhül­ sen verengen den Raum zwischen der oberen Halteplatte und den darunter angeordneten Batteriezellenblöcken praktisch nicht, so daß durch diese zusätzliche Abstützungsmaßnahme die Strömungs­ charakteristik für das ggf. durchgeleitete Temperierfluid nicht beeinträchtigt ist.

Eine Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 4 realisiert ein System, bei dem die Batteriezellenblöcke zwischen zwei Halte­ platten als kompaktes, zweidimensionales Feld angeordnet sind. Durch die Anordnung der Tragstelzen in den Kreuzungsbereichen von je vier benachbarten Batteriezellenblöcken können alle vier Blöcke in diesem Eckbereich von einer einzigen Konsole getragen werden. Auf diese Weise sind lediglich ungefähr so viele Trag­ stelzen erforderlich, wie Batteriezellenblöcke vorhanden sind, was zusätzlich zu der Tatsache, daß die stabförmigen Tragstelzen selbst bereits von relativ geringem Gewicht sein können, bei ge­ gebener Zellenblockanzahl und gegebenem Zellenblockgewicht zu einem möglichst geringen Gesamtgewicht beiträgt.

Ein nach Anspruch 5 weitergebildetes Batteriesystem enthält eine dreidimensionale Anordnung der Batteriezellenblöcke, wobei zwi­ schen je zwei Zellenblockebenen lediglich eine Halteplatte er­ forderlich ist, die als Zwischenboden fungiert, an dem sowohl unterseitig wie oberseitig Tragstelzen festgelegt werden können, was ebenfalls zur Erzielung eines geringen Gesamtgewichtes bei­ trägt.

In Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 6 sind die Trag­ stelzen wenigstens teilweise in konstruktiv einfacher Weise ge­ steckt an den Halteplatten festgelegt.

Gemäß Anspruch 7 ist wenigstens ein Teil der Tragstelzen, vor­ zugsweise nur eine oder einige wenige, als Zuganker ausgebildet, um die zugehörigen Halteplatten in ihrem Abstand gegeneinander zu fixieren. Die Verbindung kann beispielsweise durch Verschrau­ ben der Zuganker-Tragstelzen mit den Halteplatten realisiert sein. Wenn die meisten übrigen Tragstelzen in einfacher Weise lediglich gesteckt an der unteren und oberen Halteplatte gehalten sind, wird durch diese Maßnahme auf jeden Fall verhindert, daß eine oder mehrere Tragstelzen durch ein Ausein­ anderklaffen zwischen unterer und oberer Halteplatte, z. B. bei einem Fahrzeugunfall, eine oder mehrere gesteckte Tragstelzen aus ihren Steckaufnahmen herausfallen.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung nach Anspruch 8 sind die Halteplatten stoßdämpfend und/oder thermisch isolierend gegen das Troggehäuse abgestützt. Mit der stoßdämpfenden Funktion lassen sich bei einem Batteriesystem, das in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, die Trägheitskräfte der häufig relativ schweren Batteriezellenblöcke stoßdämpfend vom Troggehäuse aufnehmen, ohne daß für jeden Batteriezellenblock separat derartige stoß­ dämpfende Maßnahmen vorgesehen werden müssen.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in den Zeich­ nungen dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Hierbei zeigen:

Fig. 1 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Traktionsbatteriesystem für ein Elektrofahrzeug mit mehreren, in einem Batterietrog aufgenommenen und mittels Tragstelzen gehaltenen Batteriezellenblöcken,

Fig. 2 eine Seitenansicht einer der in dem Batteriesystem von Fig. 1 verwendeten Tragstelzen und

Fig. 3 eine ausschnittweise Schnittansicht längs der Linie III-III in Fig. 1.

Das in den Fig. 1 bis 3 gezeigte Traktionsbatteriesystem eines Elektrofahrzeuges beinhaltet einen Batterietrog (1), der oben mit einem Trogdeckel (2) verschlossen ist. In dem so definierten Trograum sind mehrere Batteriezellenblöcke (6), die jeweils aus einer oder mehreren Batterieeinzelzellen bestehen können und je­ weils ein eigenes, quaderförmiges Gehäuse besitzen, in einer zweidimensionalen, matrixförmigen Anordnung aufgenommen. Jede Zellenblockreihe, von denen in Fig. 1 eine zu erkennen ist, be­ steht aus fünf Zellenblöcken (6), von denen in Fig. 1 der Ein­ fachkeit halber nur zwei explizit dargestellt sind. Über Polver­ binder (7), welche jeweils zwei ungleichnamige Pole (8) benach­ barter Zellenblöcke (6) miteinander verbinden, sind die Zellen­ blöcke (6) elektrisch hintereinandergeschaltet. Das Troggehäuse (1, 2) kann selbst ein Teil der Fahrzeugkarosserie sein, oder es ist an derselben befestigt.

Die Batteriezellenblöcke (6) sitzen auf Tragkonsolen (11) auf, die im unteren Bereich von Tragstelzen (5) angeformt sind. Aus den Fig. 2 und 3 ist die Gestalt der aus Keramik gefertigten, stabförmigen Tragstelzen (5) genauer zu erkennen. Die Tragkon­ sole (11) ist als Tragteller gestaltet und besitzt eine Grund­ fläche, die deutlich geringer als die Bodenfläche der Batterie­ zellenblöcke (6) und gerade so groß gewählt ist, daß sie eine ausreichende Stützfläche zum sicheren Tragen der Zellenblöcke (6) bereitstellt. Die Tragkonsole (11) ist mit einigem Abstand vom unteren Tragstelzenende (16) angeformt, wobei der Stelzenab­ schnitt (27) unterhalb der Tragkonsole (11) einen Vierkantquer­ schnitt besitzt, um Verdrehungen in der Fassung zu verhindern, dessen Abmessung ausreichend groß zum sicheren Tragen der Zellenblöcke (6) gewählt ist. In einem an die Tragkonsole (11) anschließenden mittleren Stelzenbereich, dessen Länge im wesent­ lichen der Höhe der Batteriezellenblöcke (6) entspricht, sind die Tragstelzen (5) mit einem kreuzförmigen Querschnitt gebil­ det, wodurch von einem quadratischen Stelzenkern im Winkelab­ stand von jeweils 90° Abstandsstege (22) abstehen. In einem oberen Endabschnitt (28) besitzen die Tragstelzen (5) einen viereckigen Querschnitt, um Verdrehungen in der Fassung zu ver­ hindern.

Wie aus Fig. 1 zu erkennen, erstrecken sich die Tragstelzen (5), wobei der Übersichtlichkeit halber nicht alle gezeigt sind, ver­ tikal zwischen einer unteren Halteplatte (3), die eine Boden­ platte bildet, und einer oberen Halteplatte (4), die als Deck­ platte fungiert, wobei die Halteplatten (3, 4) im Fall einer so­ genannten Kaltbatterie vorzugsweise als Aluminiumdruckgußteile und im Fall einer sogenannten Heißbatterie vorzugsweise aus waffelförmigem Stahlblech bestehen. Die Bodenplatte (3) ist mit viereckigen Aussparungen (24) versehen, in welche die Tragstel­ zen (5) mit ihrem unteren Ende (16) verdrehsicher eingesteckt sind. Mit ihrem oberen Ende (26) sind die Tragstelzen (5) in zu­ gehörige kreisrunde Aussparungen (25) an der Unterseite der Deckplatte (4) eingesteckt. Die Bodenplatte (3) und die Deck­ platte (4) sind jeweils mit etwas Abstand zum Troggehäuse (1, 2) angeordnet, wobei der zwischenliegende Raum mit einem stoßdämp­ fenden Material (9) ausgefüllt ist. Besonders für Heißbatterie­ systeme ist es zudem günstig, wenn dieser Raum mit einem Material ausgefüllt wird, das alternativ oder zusätzlich zu stoßdämpfenden Eigenschaften als thermisch isolierende Ummantelung für den Raum zwischen Bodenplatte (3) und Deckplatte (4) wirkt, in welchem sich die Batteriezellenblöcke (6) befin­ den.

Wie aus Fig. 3 zu erkennen, sind die Tragstelzen (5) jeweils an Kreuzungspunkten von je vier benachbarten Zellenblöcken (12, 13, 14, 15) der matrixförmigen Zellenblockanordnung derart positio­ niert, daß ihre vier Abstandsstege (22) zwischen je zwei der vier angrenzenden Zellenblöcke (12 bis 15) abstandssichernd ein­ greifen und alle vier Zellenblöcke (12 bis 15) in diesem Eckbe­ reich auf einem jeweiligen Sektor derselben Tragkonsole (11) aufsitzen. Durch geeignete Wahl der Dicke der Abstandsstege (22) können die Spaltbreiten (d1, d2) der Zwischenräume (21) zwischen benachbarten Batteriezellenblöcken auf gewünschte, bei Bedarf auch voneinander verschiedene Werte eingestellt werden, was für eine weiter unten beschriebene Fluidströmungsfunktion dieser Zwischenräume (21) von Bedeutung ist. Im Randbereich der matrixförmigen Zellenblockanordnung werden zum Halten der äußeren Zellenblöcke geeignet modifizierte Tragstelzen (5a), siehe Fig. 1, verwendet, bei denen die Tragkonsole aus einem halbkreisförmigen Tragteller (11a) besteht, von dem aus sich mittig nur noch eine Abstandsstelze (22) nach oben erstreckt. Auf diese Weise wird vermieden, daß Teile der Tragstelzen nach außen über die Seitenwandebenen der zweidimensionalen Zellen­ blockmatrix hinausstehen, so daß die äußeren Batteriezellen­ blöcke bündig gegen Seitenwandungen des Batterietroges (1) ange­ legt werden können.

Auf den oberen Endabschnitt (28) der Tragstelzen (5) sind in montiertem Zustand, wie in Fig. 1 zu erkennen, aus Keramik be­ stehende Distanzhülsen (10) aufgeschoben, welche zusammen mit den Tragkonsolen (11) die Batteriezellenblöcke (6) in ihrer ver­ tikalen Positionierung sichern. Dies verhindert Verschiebungen der Batteriezellenblöcke (6) in Richtung Deckplatte (4), wie sie ansonsten beispielsweise im Fall eines Fahrzeugüberschlags ver­ bunden mit einer entsprechenden Gefahr von Beschädigungen ein­ zelner Zellenblöcke (6) auftreten könnten.

Durch die beschriebene Tragstelzenhalterung lassen sich die Batteriezellenblöcke (6) einerseits sehr kompakt nebeneinander­ liegend anordnen und sind andererseits individuell gegen auftre­ tende Querkräfte abgestützt. Solche Kräfte können beispielsweise in Form von Massenträgheitskräften der relativ schweren Batteriezellenblöcke (6) auftreten, wenn durch einen Fahrzeug­ aufprall das Troggehäuse (1, 2) stark verzögert wird. Die Trag­ stelzen (5) wirken in diesem Fall als Biegebalken und leiten die horizontalen Trägheitskräfte zur Bodenplatte (3) und zur Deck­ platte (4) ab, die sich ihrerseits über das stoßdämpfende Material (9) am Troggehäuse (1, 2) abstützen. Damit wird verhin­ dert, daß diese Querkräfte von einem Batterieblock auf den näch­ sten übertragen werden und sich auf diese Weise entlang einer Zellenblockreihe aufsummieren. Die Zellenblockgehäuse (6) brauchen daher nicht daraufhin ausgelegt sein, die Trägheitskräfte mehrerer Zellenblöcke aufzunehmen, so daß sie mit relativ geringem Gewicht gefertigt sein können. Die Polver­ binder (7) müssen lediglich so elastisch sein, daß sie das ge­ ringe Spiel der Zellenblöcke (6) innerhalb ihrer von den Trag­ stelzen (5) definierten Aufnahmeräume ausgleichen. Ein Abreißen dieser elektrischen Verbindungselemente (7) ist damit selbst bei einem Fahrzeugaufprall nicht zu befürchten.

Als weiteren Vorteil ermöglicht die Tragstelzenhalterung der Batteriezellenblöcke (6) eine allseitige Umströmung jedes ein­ zelnen Zellenblocks (6) mit einem Temperierfluid (30), wenn hierfür Bedarf besteht. Zu diesem Zweck ist der Trog (1) in seinem in Fig. 1 rechten Seitenwandbereich mit einem untenlie­ genden Fluideinlaß (19) und einem darüberliegenden Fluidauslaß (20) versehen. Der Fluideinlaß (19) steht mit einem Fluidvertei­ lerraum (17) in Verbindung, der durch den Raum zwischen der Bo­ denplatte (3) und den Batteriezellenblöcken (6) dadurch gebildet ist, daß die Zellenblöcke (6) nicht direkt auf der Bodenplatte (3), sondern auf den mit Abstand darüber angeordneten Tragkonso­ len (11) der Tragstelzen (5) aufsitzen. Der Fluidauslaß (20) steht mit einem Fluidsammelraum (18) in Verbindung, der durch den Zwischenraum zwischen der Deckplatte (4) und den Batterie­ zellenblöcken (6) gegeben ist. Der an den Einlaß (19) anschlie­ ßende Einlaßbereich (31) und der Auslaßbereich (32) vor dem Aus­ laß (20) sind im Troginneren durch eine horizontale Trennwand (33) und eine an deren Vorderkante verlaufende vertikale Zwi­ schenwand (34) voneinander getrennt, wobei die vertikale Zwi­ schenwand (34) diese Bereiche (31, 32) gleichzeitig von den Strömungskanälen (21) innerhalb der Zellenblockmatrix trennt und außerdem auf dieser Seite als Anlagefläche für die außenliegen­ den Zellenblöcke dient. Zwischen dem Fluidverteilerraum (17) und dem Fluidsammelraum (18) fungieren die Zwischenräume (21) zwi­ schen benachbarten Zellenblöcken als vertikale Temperierfluidka­ näle. Ein Temperierfluid (30), das ein Kühlfluid oder ein Heiz­ fluid sein kann, wird über den Einlaß (19) horizontal in den untenliegenden Fluidverteilerraum (17) zugeführt, strömt von dort vertikal durch die Temperierfluidkanäle (21) zum Fluidsammelraum (18), von wo es horizontal über den Auslaß (20) abgeführt wird.

Wie aus Fig. 3 ersichtlich, decken die Tragkonsolen (11) jeweils nur einen sehr geringen Anteil der gesamten Bodenfläche eines Zellenblocks in dessen Eckbereichen ab, so daß fast die gesamte Bodenfläche direkt vom Temperierfluid (30) angeströmt wird. Analog greifen die Abstandsstege (22) jeweils nur geringfügig in die strömungskanalbildenden Zwischenräume (21) zwischen neben­ einanderliegenden Zellenblöcken ein, so daß auch die Zellen­ blockseitenwände fast ganz flächig vom Temperierfluid angeströmt werden können. Damit wird eine wirksame allseitige Umströmung jedes einzelnen Batteriezellenblocks (6) erreicht. Der Grad des Wärmeaustauschs kann u. a. durch passende Einstellung der Spalt­ weiten (d1, d2) der vertikalen Strömungskanäle (21) beeinflußt werden. Bei Heißbatterien erwärmt sich beispielsweise die Kühl­ luft bereits während der Zuströmung unterhalb der Zellenblockbö­ den im Verteilerraum (17), so daß die vorderen Zellenblöcke mit einem höheren Temperaturgefälle gekühlt werden. Um dennoch die­ selbe Abkühlung für alle Zellenblöcke zu gewährleisten, können die Spaltweiten (d1, d2) geeignet variiert werden, z. B. im vor­ deren, dem Einlaß (19) zugewandten Bereich kleiner als im gegen­ überliegenden hinteren Bereich, mit entsprechender Auswirkung auf den Kühlluftdurchsatz im jeweiligen Bereich. Auch andere strömungsmechanische Einflußnahmen können zur Erzielung homoge­ ner Kühlverhältnisse vorgesehen sein, z. B. Teilabdeckungen der Strömungskanäle in Bereichen, in denen mit höherem Temperaturge­ fälle gekühlt wird.

Wie das gezeigte Beispiel veranschaulicht, bietet ein erfin­ dungsgemäß aufgebautes Batteriesystem insbesondere folgende Vor­ teile. Durch Aufteilung der gesamten Batterie in einzelne Zel­ lenblöcke mit eigenem Gehäuse ist eine galvanische Trennung der einzelnen Zellenblöcke gegeben, welche die Sicherheit gegen Kurzschlüsse erhöht. Die besondere Art der Halterung der einzel­ nen Zellenblöcke zwischen den Halteplatten bietet eine hohe Festigkeit der Gesamtstruktur bei vorteilhafter Kräfteableitung von den einzelnen Zellenblöcken und vergleichsweise geringem Gewicht. Die Tragstelzenhalterung ist kostengünstig realisierbar und ermöglicht es, zur Montage die Tragstelzen (5), die Zellen und die Polbrücken (7) mittels eines Roboters in den Batterie­ trog (1) in der genannten Reihenfolge einzubringen. Es sind de­ finierte Zellenblockumströmungskanäle (21) zwischen den Zellen­ blöcken (6) sowie ein eingangsseitiger Verteilerraum (17) sowie ein ausgangsseitiger Sammelraum (18) zur allseitigen Umströmung jedes einzelnen Zellenblocks (6) mit einem Kühl- oder Heizfluid gebildet. Der Zwischenraum zwischen unterer Halteplatte (3) und den darüberliegenden Zellenblöcken (6) kann außerdem zur Aufnah­ me von aus den Zellenblöcken (6) unfallbedingt ausgetretener Flüssigkeit dienen, so daß die einzelnen Batterieblöcke (6) elektrisch und thermisch von der ausgetretenen Zellflüssigkeit isoliert bleiben.

Als weitere, nicht gezeigte Maßnahme kann vorgesehen sein, ein­ zelne Tragstelzen als Zuganker auszubilden, die mit der Boden­ platte (3) und der Deckplatte (4) verschraubt werden. Solche ab­ standssichernden Zugankerverbindungen verhindern ein Auseinan­ derklaffen von Bodenplatte (3) und Deckplatte (4) und damit ein eventuelles Herausfallen der nur gesteckt gehaltenen Tragstelzen aus ihren Steckaufnahmen beispielsweise im Fall einer Unfallein­ wirkung.

Des weiteren ist ein mehrstöckiger Aufbau des Batteriesystems möglich, bei dem mehrere horizontale Reihen oder Felder von Zellenblöcken übereinanderliegend angeordnet sind. Zwischen je zwei Ebenen von Zellenblöcken ist dann vorzugsweise lediglich eine einzige Halteplatte zwischengefügt, an der unterseitig und oberseitig Aufnahmen für Tragstelzen ausgebildet sind, so daß sie als Zwischenboden fungiert, in den von oben die Tragstelzen für die darüberliegende Zellenblockebene und von unten die Trag­ stelzen für die darunterliegende Zellenblockebene eingesetzt werden können. Dies ermöglicht dreidimensionale, kompakte Zellenblockanordnungen mit relativ geringem Gewicht, wobei die genannten Vorteile des oben gezeigten und beschriebenen Systems mit einer einzigen Ebene von Zellenblöcken für diese Systeme mit mehreren Zellenblockebenen voll erhalten bleiben.

Claims (9)

1. Batteriesystem, mit

• - einem Batterietrog (1), in dem mehrere separate Batterie­ zellenblöcke (6) aufgenommen sind,
• - im Batterietrog mit Abstand übereinander angeordneten Halteplatten (3, 4), die mit dem Troggehäuse verbunden sind oder einen Teil desselben bildet, wobei jeweils zwischen einer unteren (3) und einer oberen Halteplatte (4) mehrere Batteriezellenblöcke nebeneinanderliegend angeordnet sind, und
• - Halterungselementen (5), welche die nebeneinanderliegenden Batteriezellenblöcke mit Abstand über der unteren Halte­ platte sowie voneinander beabstandet halten und welche horizontale Kräfte von jedem Batteriezellenblock einzeln zu den Halteplatten ableiten,

dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Halterungselemente aus stabförmigen Tragstelzen (5) be­ stehen, die sich als seitliche Abstützungen und Abstands­ halter vertikal zwischen den nebeneinanderliegenden Batte­ riezellenblöcken (6) erstrecken, endseitig an den zugehöri­ gen Halteplatten (3, 4) festgelegt sind und mit vom unteren Tragstelzenende (16) beabstandeten Tragkonsolen (11) verse­ hen sind, auf denen die Batteriezellenblöcke aufsitzen.

2. Batteriesystem nach Anspruch 1, weiter dadurch gekennzeichnet, daß von den Räumen zwischen den nebeneinanderliegenden Batteriezellen­ blöcken und der unteren (3) bzw. der oberen Halteplatte (4) einerseits eine Fluidverteilerraum (17), in den ein Fluideinlaß (19) einmündet, und andererseits ein Fluidsammelraum (18), aus dem ein Fluidauslaß (20) ausmündet, gebildet ist, wobei von den Zwischen­ räumen (21) zwischen jeweils benachbart nebeneinanderliegenden Batteriezellenblöcken durchströmbare Fluidkanäle zwischen dem Fluidverteilerraum und dem Fluidsammelraum gebildet sind.

3. Batteriesystem nach Anspruch 1 oder 2, weiter dadurch gekennzeichnet, daß auf das obere Ende der Tragstelzen (5) Distanzhülsen (10) aufge­ schoben sind, die sich zwischen den Oberseiten der Batteriezel­ lenblöcke (6) und der Unterseite der zugehörigen oberen Halte­ platte (4) erstrecken.

4. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

• - zwischen einer jeweiligen unteren (3) und oberen Halte­ platte (4) mehrere hintereinanderliegende Reihen von je­ weils wenigstens zwei nebeneinanderliegenden Batteriezel­ lenblöcken (12, 13, 14, 15) angeordnet sind und
• - jeweils eine Tragstelze (5) in den Kreuzungsbereichen von je vier benachbarten Batteriezellenblöcken (12, 13, 14, 15) angeordnet ist, wobei sie in einem Bereich oberhalb der Tragkonsole (11) vier längsverlaufende, in einem Winkelab­ stand von 90° angeformte Abstandsstege (22) aufweist, die zwischen je zwei Batteriezellenblöcke abstandsbildend ein­ greifen.

5. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Batteriezellenblöcke (5) in mehreren Ebenen mit jeweils einer oder mehreren Reihen nebeneinanderliegender Zellen­ blöcke angeordnet sind, wobei
• - zwischen zwei Ebenen nebeneinanderliegender Batteriezellen­ blöcke jeweils eine Halteplatte angeordnet ist, an deren Unterseite das obere Ende der Tragstelzen für die darunter­ liegende Zellenblockebene und an deren Oberseite das untere Ende der Tragstelzen für die darüberliegende Zellenblock­ ebene festgelegt ist.

6. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens manche der Tragstelzen (5) mit ihren Enden (16, 23) in korrespondierende Aufnahmen (24, 25) an den Halteplatten (3, 4) eingesteckt gehalten sind.

7. Batteriesystem nach einem der Anspruche 1 bis 6, weiter dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens eine der Tragstelzen als Zuganker ausgebildet ist, der die beiden zugehörigen Halteplatten abstandssichernd mitein­ ander verbindet.

8. Batteriesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, weiter dadurch gekennzeichnet, daß die unterste (3) und die oberste Halteplatte (4) jeweils über ein zwischengefügtes Material (9) mit stoßdämpfenden und/oder thermisch isolierenden Eigenschaften am Batterietroggehäuse (1, 2) abgestützt sind.