WO2012038008A1 - Rahmensystem für batteriezellen sowie batteriemodul - Google Patents

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WO2012038008A1
WO2012038008A1 PCT/EP2011/004084 EP2011004084W WO2012038008A1 WO 2012038008 A1 WO2012038008 A1 WO 2012038008A1 EP 2011004084 W EP2011004084 W EP 2011004084W WO 2012038008 A1 WO2012038008 A1 WO 2012038008A1
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WO
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frame system
pressure plates
tabs
side parts
square frame
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PCT/EP2011/004084
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Peter Giere
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a quadrangular frame system adapted to receive at least one battery cell, the frame system comprising a first and a second pressure plate forming two opposing sides of the frame system, and a first and a second side member connecting the two pressure plates form further two sides of the frame system, and wherein the respective side parts are secured in the region of the corners of the frame system to the printing plates. Furthermore, the invention relates to a battery module comprising a quadrangular frame system and at least one battery cell comprised by the quadrangular frame system.
  • a battery cell for example a lithium cell, has typical operating voltages in the single-digit volts range, in particular between 2.5 and 5 volts. For the operation of vehicles, however, higher voltages are needed. For high-voltage battery systems of vehicles, individual cells are therefore combined into modules and connected in series in order to achieve a voltage level suitable for the drive concept.
  • prismatic, for example cuboid, lithium cells tend, depending on the state of charge, the temperature and the aging of a cell belly
  • EP 0 732 759 B1 discloses a battery module which has a frame. This frame consists of two end plates and several connecting the end plates
  • the end plates in this case have a rectangular flat plate portion which bears against the respective outermost battery cells of the battery module and a rectangular frame portion extending from the four sides of the flat
  • the connecting elements are connected to the rectangular frame portion of the end plate.
  • To attach the Connecting elements on the outer sides of the rectangular frame portion are provided holes at the ends of the connecting elements, which extend perpendicular to the longitudinal extent of the connecting element.
  • For fixing the connecting elements with the rectangular frame portion bolts are inserted through the holes of the connecting elements and passed in correspondingly aligned to the holes of the connecting elements arranged holes in the rectangular frame portion of the end plates.
  • the connection is thus perpendicular to a possible expansion of the battery module by the formation of cell bellies. This leads to shear forces at the joints, especially in the walls of the holes or in the bolts, which can destroy the connection.
  • EP 0 732 759 B1 that the sides of the end plate with several,
  • the object of the invention is to provide a simple quadrangular frame system of the type described above for receiving at least one battery cell, in which the attachment areas or attachment points between the pressure plates and the side parts are relieved and provides a high level of security with external force.
  • the object is achieved by a quadrangular
  • Frame system consists of a first and a second pressure plate, which form two opposite sides of the frame system.
  • the printing plates are arranged at the area of the battery cell or the stack of battery cells, on which the
  • Forming pressure plates located further two sides of the frame system.
  • the side panels are attached to the printing plates in the area of the corners of the frame system.
  • each side part lugs Plates facing the ends of each side part lugs are bent, which are designed such that they can engage behind the pressure plates form fit. It can be provided that the tabs are generated by a deformation, in particular a bending, the side parts.
  • the tabs are on the sides of the printing plates, which are remote from the interior of the frame system.
  • the tabs are positively secured to the printing plates, in a custom-fit copy, especially after installation of at least one battery cell, the tabs can also be held non-positively on the printing plates. Due to the flat concerns of the tabs on the
  • connection stiffness of the quadrangular frame system is also increased. In particular, this can provide increased protection against external force in the event of an accident. Due to the special design of the side parts and the attachment of the side parts to the outer sides of the printing plates, a high pre-pressure and a high holding force are ensured.
  • the pressure plates can be subjected to flexing of the battery cells on bending and thereby direct tensile forces in the side parts of the quadrangular
  • the quadrangular frame system is designed as a rectangular frame system.
  • the tabs are bent perpendicular to the side parts. The transmission of the tensile load of the printing plates on the side parts is particularly well possible in this embodiment.
  • Frame system for one or more battery cells is thus particularly stable.
  • the tabs of the side parts of the quadrangular frame system each have at least one recess and the Printing plates recordings on.
  • the recesses and the receptacles are arranged in pairs in alignment with each other. This allows a fastener by a recess of a tab in the respective aligned receiving on the
  • Pressure plate can intervene.
  • Each tab is attached via the provided fasteners to a pressure plate, in particular on the side facing away from the interior of the frame system side of a pressure plate, and thereby fixed the side parts securely to the printing plates.
  • fasteners screws, rivets and / or pins can be provided. This additional attachment a particularly stable connection between the side panels and the pressure plate is made.
  • Through hole and / or the recordings of the printing plates are formed as recesses.
  • the recesses may be formed in the pressure plates as blind holes and / or plug receptacles.
  • the recesses in the tabs and / or the receptacles of the pressure plates have an internal thread for receiving fastening screws.
  • the quadrangular frame system has pressure plates and / or side parts, which are formed as an extruded profile.
  • Cavities can thus be produced quickly in a monolithic process step at low cost.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that the first and the second pressure plate of the quadrangular frame system can be identical. Further also the first and the second side part of the quadrangular frame system can be identical.
  • the identical design of the components of the quadrangular frame system allow a reduction in manufacturing costs, since the need for different manufacturing processes and / or molds for each of the first and second components omitted. The manufacturing costs are reduced. It also increases the ease of assembly of the frame system, since when using identical components, a confusion is not possible.
  • stiffening elements are provided on the pressure plates and / or on the side parts of the quadrangular frame system. These stiffeners can be used, for example, as grooves in the
  • a quadrangular frame system in which the tabs of a side part are integral therewith, in particular monolithically formed therewith. Due to the monolithic version an otherwise necessary attachment of the tabs on the side panels is avoided. This makes the production easier and less expensive.
  • Cast material are produced in a prefabricated casting tool in a single manufacturing process.
  • the side parts of the quadrangular frame system at the longitudinal upper and / or lower edges to the interior of the frame system directed tabs.
  • the at least one battery cell on the top and / or bottom are positively embraced. An additional stabilization of the battery cell (s) is thus possible.
  • the quadrangular frame system has a bottom plate or a cooling plate.
  • the frame system is additionally reinforced and stiffened. This increases safety in the event of an accident.
  • the bottom plate is designed as a cooling plate in order to dissipate excess heat, which is generated during operation of the battery cells, away from the battery cells. The thermal load of the battery cells is thus lowered, the performance and life of the battery cells increased.
  • the object is achieved by a battery module with a quadrangular frame system and at least one battery cell, wherein the quadrangular frame system is designed according to at least one embodiment variant of the first aspect of the invention.
  • Frame system for receiving or framing at least one battery cell prevents the at least one battery cell forms a cell belly. This increases the performance and life of the battery cell (s). Furthermore, by the inventive design of the frame system, the security at the outside
  • Battery module lowered and facilitates the installation of the battery module.
  • Figure 1 in a perspective view of a square frame system, which after the
  • FIG. 2 shows a perspective view of a battery module with battery cells and a
  • quadrangular frame system which is designed according to the construction principle according to the invention.
  • FIG. 1 shows in a perspective schematic representation of the individual parts of the quadrangular frame system 1. Clearly visible are the first and the second pressure plate 2a, 2b and the first and the second side part 3a, 3b.
  • the pressure plates 2a, 2b and the side parts 3a, 3b are each formed identically. Furthermore, each of the four components 2a, 2b, 3a, 3b each forms a monolithic component.
  • At the pressure plates 2 a, 2 b facing ends of the side parts 3 a, 3 b is in each case a tab 4 edged.
  • the tabs 4 by a
  • Side parts 3a, 3b are folded on their upper sides upper flaps 9. They serve to encompass the tops of battery cells. Falling out of battery cells from the quadrangular frame system 1 is thus not possible. Furthermore, lower tabs 10 are bent at the lower edges of the side parts 3a, 3b. These lower tabs 10 are used to encompass the undersides of battery cells 21. A falling out of battery cells down from the square frame 1 can thus also be avoided.
  • FIG. 2 shows a schematic perspective view of a battery module 20
  • the battery cells 21 are arranged one behind the other on a bottom plate 11 of the quadrangular frame system 1.
  • the electrical contacts of the battery cells 21 are connected to each other with pole connectors 22.
  • a contact plate 23 is used to cover the upper side of the battery cells 21, a contact plate 23 is used.
  • the pressure plates 2a, 2b abut against the sides of the first and last battery cells 21 facing them.
  • the side parts 3a, 3b abut against the sides of the battery cells 21 facing them.
  • the upper flaps 9 of the side parts 3a, 3b can additionally comprise the contact plate 23 in a form-fitting manner.
  • the lower flaps 10 of the side parts 3a, 3b advantageously comprise the base plate 11 of the battery module 20 in a form-fitting manner.
  • the flaps 4 of the side parts 3a, 3b are arranged on the side of the pressure plate 2a, 2b facing away from the inside of the quadrangular frame system 1 such that the recesses 5 in the tabs 4 and the receptacles 6 in the printing plates 2 a, 2 b are aligned in pairs.
  • the entire assembled battery module 20 can be fixed in its destination, such as a vehicle.
  • Frame system 1 increased.
  • the positive encompassing of the contact plate 23 through the upper tabs 9 and the bottom plate 11 through the lower tabs 10 results in a stable and safe construction of the battery module 20.
  • debauching elements 8 in the side panels 3a, 3b additionally increase the torsional rigidity of the entire
  • Battery module 20 Such a designed battery module 20 therefore has an increased security with external force, especially in accidents on.
  • Pressure plates 2a, 2b are a high form and a high holding power guaranteed.
  • the pressure plates 2 a, 2 b can be subjected to bending when the battery cells 21 bulge and thereby induce tensile forces in the side parts 3 a, 3 b of the quadrangular frame system 1.
  • the stiffening of the side parts 3a, 3b or of the pressure plates 2a, 2b connected to the special fixing of the side parts 3a, 3b to the pressure plates 2a, 2b ensures a high support in the transverse direction.
  • Such a trained quadrangular frame system 1 is compact and modular, so that this universally in each available space, even in multiple levels, is securely built. LIST OF REFERENCE NUMBERS

Abstract

Die Erfindung betrifft ein viereckiges Rahmensystem zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle und ein Batteriemodul mit einem viereckigen Rahmensystem, wobei das viereckige Rahmensystem durch gute Kraftübertragung, kostengünstige Herstellung und einfache Montage ausgezeichnet ist.

Description

Beschreibung
Rahmensystem für Batteriezellen sowie Batteriemodul
Die vorliegende Erfindung betrifft ein viereckiges Rahmensystem, das zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle ausgebildet ist, wobei das Rahmensystem eine erste und eine zweite Druckplatte, die zwei sich gegenüberliegende Seiten des Rahmensystems bilden, und ein erstens und ein zweites Seitenteil, die die zwischen den beiden Druckplatten befindlichen weiteren zwei Seiten des Rahmensystems bilden, aufweist, und wobei die jeweiligen Seitenteile im Bereich der Ecken des Rahmensystems an den Druckplatten befestigt sind. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul, das ein viereckiges Rahmensystem und wenigstens eine Batteriezelle, die vom viereckigen Rahmensystem umfasst ist, aufweist.
Eine Batteriezelle, zum Beispiel eine Lithiumzelle, weist typische Betriebsspannungen im einstelligen Voltbereich, insbesondere zwischen 2,5 und 5 Volt, auf. Für den Betrieb von Fahrzeugen werden jedoch höhere Spannungen benötigt. Für Hochvoltbatteriesysteme von Fahrzeugen werden deshalb Einzelzellen zu Modulen zusammengefasst und in Reihe geschaltet, um ein für das Antriebskonzept geeignetes Spannungsniveau zu erreichen.
Insbesondere prismatische, beispielsweise quaderförmige, Lithiumzellen neigen dazu, in Abhängigkeit des Ladezustandes, der Temperatur und der Alterung einen Zellbauch
auszubilden. Bei Batteriezellen, insbesondere bei nebeneinander angeordneten Batteriezellen eines Batteriemoduls, führt dies zu einer Längenausdehnung, die einen größeren Bauraum beansprucht. Auch wird die Leistung und die Lebensdauer der Batteriezellen durch die Bildung des Zellbauchs negativ beeinflusst.
Um Batteriemodule zu kompaktieren, das heißt eine Längenausdehnung aufgrund der
Zellbäuche zu verhindern, ist bekannt, Batteriemodule mit einem Rahmen zu versehen. So wird in der EP 0 732 759 B1 ein Batteriemodul offenbart, das einen Rahmen aufweist. Dieser Rahmen besteht aus zwei Endplatten und mehreren die Endplatten verbindenden
Verbindungselementen in bandartiger Struktur. Die Endplatten weisen dabei einen rechteckigen flachen Plattenabschnitt auf, der an den jeweils äußersten Batteriezellen des Batteriemoduls anliegt und einen rechteckigen Rahmenabschnitt, der von den vier Seiten des flachen
Plattenabschnitts durchgehend hochsteht. Die Verbindungselemente sind dabei mit dem rechteckigen Rahmenabschnitt der Endplatte verbunden. Zur Befestigung der Verbindungselemente an dem Außenseiten des rechteckigen Rahmenabschnitts sind Löcher an den Enden der Verbindungselemente vorgesehen, die senkrecht zu der Längserstreckung der Verbindungselement verlaufen. Zur Fixierung der Verbindungselemente mit dem rechteckigen Rahmenabschnitt werden Bolzen durch die Löcher der Verbindungselemente eingesteckt und in entsprechend fluchtend zu den Löchern der Verbindungselemente angeordnete Löcher in dem rechteckigen Rahmenabschnitt der Endplatten hindurchgeführt. Die Verbindung erfolgt somit senkrecht zu einer möglichen Ausdehnung des Batteriemoduls durch die Ausbildung von Zellbäuchen. Dies führt zu Scherkräften an den Verbindungsstellen, insbesondere in den Wandungen der Löcher oder in den Bolzen, die die Verbindung zerstören können. Desweiteren geht aus der EP 0 732 759 B1 hervor, dass die Seiten der Endplatte mit mehreren,
insbesondere zwei oder mehr, bandartigen Verbindungselementen verbunden wird. Bei einer äußeren Krafteinwirkung, zum Beispiel bei einem Verkehrsunfall, kann sich der Rahmen verwinden, die Integrität des Batteriemoduls kann dabei verloren gehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein einfaches viereckiges Rahmensystem der eingangs beschriebenen Art zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle zu schaffen, bei dem die Befestigungsbereiche beziehungsweise Befestigungspunkte zwischen den Druckplatten und den Seitenteile entlastet werden und das eine hohe Sicherheit bei äußerer Krafteinwirkung bietet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein viereckiges Rahmensystem zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle mit den Merkmalen gemäß dem unabhängigen Patentanspruch 1 der Patentanmeldung gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul gemäß
Patentanspruch 12 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, den Figuren und der Beschreibung. Merkmale und Details, die in
Zusammenhang mit dem viereckigen Rahmensystem beschrieben sind, gelten dabei selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem Batteriemodul, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird.
Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein viereckiges
Rahmensystem zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle gelöst. Das viereckige
Rahmensystem besteht dabei aus einer ersten und einer zweiten Druckplatte, die zwei sich gegenüberliegende Seiten des Rahmensystems bilden. Die Druckplatten werden dabei an dem Bereich der Batteriezelle oder dem Stapel von Batteriezellen angeordnet, an dem die
Ausbildung eines Zellbauchs verhindert werden soll. Ferner weist das viereckige
Rahmensystem ein erstes und ein zweites Seitenteil auf, die die zwischen den beiden
Druckplatten befindlichen weiteren zwei Seiten des Rahmensystems bilden. Die Seitenteile sind im Bereich der Ecken des Rahmensystems an den Druckplatten befestigt. An den den
Druckplatten zugewandten Enden jedes Seitenteils sind Laschen angekantet, die derart ausgestaltet sind, dass sie die Druckplatten formschlüssig hintergreifen können. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Laschen durch eine Verformung, insbesondere ein Biegen, der Seitenteile erzeugt sind. Im zusammengebauten Zustand des viereckigen Rahmensystems liegen die Laschen an den Seiten der Druckplatten an, die dem Inneren des Rahmensystems abgewandt sind. Durch das Anliegen an den Außenseiten der Druckplatten sind die Laschen an den Druckplatten formschlüssig befestigt, bei einer passgenauen Ausfertigung, insbesondere nach Einbau der wenigstens einen Batteriezelle, können die Laschen auch kraftschlüssig an den Druckplatten gehalten werden. Durch das flächige Anliegen der Laschen auf den
Außenseiten der Druckplatten wird, im Falle der Ausbildung eines Zellbauches bei der wenigstens einen Batteriezelle, die Zuglast über die Laschen direkt in die Seitenteile geleitet. Damit wird eine entscheidende Entlastung der Befestigungsbereiche beziehungsweise
Befestigungspunkte erreicht, da die Zugkraft der Seitenteile nicht direkt als Scherkraft an diesen anliegt. Durch den Formschluss der Laschen und der Seitenteile mit den Druckplatten beziehungsweise das Hintergreifen der Druckplatten durch die Laschen der Seitenteile wird zudem die Verbindungssteifigkeit des viereckigen Rahmensystems erhöht. Insbesondere kann dadurch ein erhöhter Schutz gegen externe Krafteinwirkung bei einem Unfall hergestellt werden. Durch die spezielle Ausgestaltung der Seitenteile und die Befestigung der Seitenteile an den Außenseiten der Druckplatten sind ein hoher Vordruck und eine hohe Haltekraft gewährleistet. Die Druckplatten können bei Aufbauchung der Batteriezellen auf Biegung beansprucht werden und leiten dadurch Zugkräfte in die Seitenteile des viereckigen
Rahmensystems ein. Die mit der speziellen Fixierung der Seitenteile an die Druckplatten verbundene Aussteifung der Seitenteile beziehungsweise der Druckplatten gewährleistet eine hohe Abstützung in Querrichtung. Ein derartig ausgebildetes viereckiges Rahmensystem ist kompakt und modular ausgebildet, so dass dieses universell im jeweilig zur Verfügung stehenden Bauraum, auch in mehreren Ebenen, sicher verbaubar ist. Das Zusammenhalten der Seitenteile und der Druckplatten des viereckigen Rahmensystems kann allein durch die auftretenden Druck- und Zugkräfte bei einer Umhüllung wenigstens einer Batteriezelle erfolgen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das viereckige Rahmensystem als rechteckiges Rahmensystem ausgebildet. Bei dieser Ausgestaltung sind die Laschen senkrecht an die Seitenteile angekantet. Die Übertragung der Zuglast von den Druckplatten auf die Seitenteile ist in dieser Ausgestaltung besonders gut möglich. Das rechteckige
Rahmensystem für eine oder mehrere Batteriezellen ist somit besonders stabil.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weisen die Laschen der Seitenteile des viereckigen Rahmensystems jeweils wenigstens eine Aussparung und die Druckplatten Aufnahmen auf. Die Aussparungen und die Aufnahmen sind dabei jeweils paarweise zueinander fluchtend angeordnet. Dies erlaubt, dass ein Befestigungselement durch eine Aussparung einer Lasche in die jeweils fluchtend angeordnete Aufnahme an der
Druckplatte eingreifen kann. Jede Lasche wird über die vorgesehenen Befestigungselemente an einer Druckplatte, insbesondere an der dem Inneren des Rahmensystems abgewandten Seite einer Druckplatte, befestigt und dadurch die Seitenteile sicher an den Druckplatten fixiert. Als Befestigungselemente können Schrauben, Nieten und/oder Steckstifte vorgesehen sein. Durch diese zusätzliche Befestigung wird eine besonders stabile Verbindung zwischen den Seitenteilen und der Druckplatte hergestellt.
In einer besonders bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem viereckigen Rahmensystem vorgesehen sein, dass die Aussparungen in den Laschen als
Durchgangsbohrung und/oder die Aufnahmen der Druckplatten als Vertiefungen ausgebildet sind. Dabei können die Vertiefungen in den Druckplatten als Sacklochbohrungen und/oder Steckaufnahmen ausgebildet sein. In dieser Ausfertigung der Erfindung ist sichergestellt, dass die Befestigungselemente durch die Laschen in die Aufnahmen der Druckplatten eingreifen, die Befestigungselemente jedoch nicht durch die Druckplatten in das Inneren des viereckigen Rahmensystems hindurchgeführt werden. Ein Einwirken des Befestigungselements auf die anliegende Batteriezelle, insbesondere ein Zerstören der Außenhülle der Batteriezelle, kann dadurch wirksam vermieden werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem viereckigen Rahmensystem vorgesehen sein, dass die Aussparungen in den Laschen und/oder die Aufnahmen der Druckplatten ein Innengewinde zur Aufnahme von Befestigungsschrauben aufweisen. Durch das Einschrauben von Befestigungsschrauben in die Aussparungen der Laschen und die Aufnahmen der Druckplatten können die Befestigungsschrauben in diesen besonders sicher fixiert werden. Ein Herausfallen, wie es bei einfachen Metallstiften möglich wäre, kann so gänzlich ausgeschlossen werden.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das viereckige Rahmensystem Druckplatten und/oder Seitenteile aufweist, die als Strangpressprofil ausgebildet sind. Bei dieser
Herstellungsart wird ein metallischer Werkstoff, der auf Umformtemperatur erwärmt wurde, durch eine Matrize gedrückt. Profile auch in komplizierten Formen, insbesondere mit
Hohlräumen, können so in einem Verfahrensschritt monolithisch bei geringem Kostenaufwand schnell hergestellt werden.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die erste und die zweite Druckplatte des viereckigen Rahmensystems identisch ausgebildet sein können. Ferner können auch das erste und das zweite Seitenteil des viereckigen Rahmensystems identisch ausgebildet sein. Die identische Ausbildung der Bauteile des viereckigen Rahmensystems erlauben eine Reduzierung der Herstellungskosten, da die Notwendigkeit für verschiedene Herstellungsverfahren und/oder Werkzeugformen für die jeweils ersten beziehungsweise zweiten Bauteile entfällt. Die Herstellungskosten werden dadurch gesenkt. Es wird ebenso die Montagefreundlichkeit des Rahmensystems erhöht, da bei der Verwendung von identischen Bauteilen eine Verwechslung nicht möglich ist.
Ferner kann bei dem viereckigen Rahmensystem vorgesehen sein, dass an den Druckplatten und/oder an den Seitenteilen des viereckigen Rahmensystems Aussteifungselemente vorgesehen sind. Diese Aussteifungselemente können zum Beispiel als Rillen in den
Seitenteilen realisiert sein. Durch diese Aussteifungselemente wird insbesondere die
Verdrehsteifigkeit und die Verbindungssteifigkeit de Bauteile erhöht. Dies erhöht im Falle einer externen Kraftein Wirkung die Sicherheit des viereckigen Rahmensystems, zum Beispiel im Falle eines Unfalls.
Besonders bevorzugt ist ein viereckiges Rahmensystem, bei dem die Laschen eines Seitenteils mit diesem einstückig sind, insbesondere monolithisch mit diesem ausgebildet sind. Durch die monolithische Ausfertigung wird eine sonst notwendige Befestigung der Laschen an den Seitenteilen vermieden. Dies macht die Fertigung einfacher und weniger kostenintensiv.
Insbesondere können die Seitenteile inklusive der Laschen durch Eingießen eines
Gussmaterials in ein vorgefertigtes Gusswerkzeug in einem einzigen Herstellungsvorgang erzeugt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei dem viereckigen Rahmensystem vorgesehen sein, dass die Seitenteile des viereckigen Rahmensystems an den längsseitigen Ober- und/oder Unterkanten zum Inneren des Rahmensystems gerichtete Laschen aufweisen. Mit diesen zusätzlichen Laschen, die in ihrer Quererstreckung
vorzugsweise senkrecht zu den die Druckplatten hintergreifenden Laschen verlaufen, kann die wenigstens eine Batteriezelle auf der Ober- und/oder Unterseite formschlüssig umgriffen werden. Eine zusätzliche Stabilisierung der Batteriezelle(n) ist somit möglich.
Ferner kann in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass das viereckige Rahmensystem eine Bodenplatte oder eine Kühlplatte aufweist. Durch eine
Bodenplatte wird das Rahmensystem zusätzlich verstärkt und versteift. Dadurch wird die Sicherheit im Unfallfall erhöht. Besonders bevorzugt ist die Bodenplatte als Kühlplatte ausgebildet, um überflüssige Wärme, die beim Betrieb der Batteriezellen erzeugt wird, von den Batteriezellen wegzuleiten. Die thermische Belastung der Batteriezellen wird so erniedrigt, die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Batteriezellen erhöht. Gemäß eines zweiten Aspektes der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul mit einem viereckigen Rahmensystem und wenigstens einer Batteriezelle gelöst, wobei das viereckige Rahmensystem gemäß wenigstens einer Ausführungsvariante des ersten Aspektes der Erfindung ausgebildet ist. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen
Rahmensystems zur Aufnahme beziehungsweise Umrahmung wenigstens einer Batteriezelle wird verhindert, dass die wenigstens eine Batteriezelle einen Zellbauch ausbildet. Dadurch wird die Leistung und die Lebensdauer der Batteriezelle(n) erhöht. Desweiteren wird durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rahmensystems die Sicherheit bei äußerer
Krafteinwirkung, zum Beispiel im Falle eines Unfalls, deutlich erhöht. Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Rahmensystems werden ferner die Herstellungskosten des
Batteriemoduls gesenkt und die Montage des Batteriemoduls erleichtert.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
Figur 1 : in einer perspektivischen Ansicht ein viereckiges Rahmensystem, das nach dem
erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist,
Figur 2: in einer perspektivischen Ansicht ein Batteriemodul mit Batteriezellen und einem
viereckiges Rahmensystem, das nach dem erfindungsgemäßen Konstruktionsprinzip ausgebildet ist.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 und 2 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Fig. 1 zeigt in einer perspektivischen schematischen Darstellung die Einzelteile des viereckigen Rahmensystems 1. Deutlich zu erkennen sind dabei die erste und die zweite Druckplatte 2a, 2b und das erste und das zweite Seitenteil 3a, 3b. Die Druckplatten 2a, 2b und die Seitenteile 3a, 3b sind dabei jeweils identisch ausgebildet. Ferner bildet jedes der vier Bauteile 2a, 2b, 3a, 3b jeweils ein monolithisches Bauteil. An den den Druckplatten 2a, 2b zugewandten Enden der Seitenteile 3a, 3b ist jeweils eine Lasche 4 angekantet. In dieser Ausführungsform des viereckigen Rahmensystems 1 sind die Laschen 4 durch eine
Biegeumformung angekantet. In den Laschen 4 sind Aussparungen 5 vorgesehen. Diese sind im zusammengebauten Zustand des viereckigen Rahmensystems 1 fluchtend zu den Aufnahmen 6 in den Druckplatten 2 angeordnet. Dies ermöglicht eine Verbindung der Laschen 4 der Seitenteile 3 mit den Druckplatten 2 über nicht dargestellte Verbindungselemente. Die Laschen 4 werden dabei so angeordnet, dass sie an der der Innenseite des viereckigen Rahmensystems 1 abgewandten Seite der Druckplatten 2a, 2b an diesen zu liegen kommen. An den Seitenteilen 3a, 3b sind Ausschweifungselemente 8 angebracht. In der gezeigten Ausführungsform des viereckigen Rahmensystems 1 sind die Aussteifungselemente 8 als Rillen ausgeführt. Diese dienen einer zusätzlichen Versteifung der Seitenteile 3a, 3b. An die
Seitenteile 3a, 3b sind an deren Oberseiten obere Laschen 9 angekantet. Sie dienen zum Umgreifen der Oberseiten von Batteriezellen. Ein Herausfallen von Batteriezellen aus dem viereckigen Rahmensystem 1 ist somit nicht möglich. Desweiteren sind an den unteren Kanten der Seitenteile 3a, 3b untere Laschen 10 angekantet. Diese unteren Laschen 10 dienen zum Umfassen der Unterseiten von Batteriezellen 21. Ein Herausfallen von Batteriezellen nach unten aus dem viereckigen Rahmensystem 1 kann somit ebenfalls vermieden werden.
In der Fig. 2 ist ein Batteriemodul 20 in einer schematischen perspektivischen
Explosionsansicht gezeigt, das ein, wie in Fig. 1 beschriebenes, viereckiges Rahmensystem 1 aufweist. Zusätzlich zu den Druckplatten 2a, 2b und den Seitenteilen 3a, 3b bilden
Batteriezellen 21 den Hauptteil des Batteriemoduls 20. Die Batteriezellen 21 sind dabei hintereinander auf einer Bodenplatte 11 des viereckigen Rahmensystems 1 angeordnet. Die elektrischen Kontakte der Batteriezellen 21 werden mit Polverbindern 22 miteinander verbunden. Zur Abdeckung der Oberseite der Batteriezellen 21 dient eine Kontaktplatte 23. Im zusammengebauten Zustand liegen die Druckplatten 2a, 2b an den ihnen zugewandten Seiten der ersten und der letzten Batteriezelle 21 an. Die Seitenteile 3a, 3b liegen an den ihnen zugewandten Seiten der Batteriezellen 21 an. Die oberen Laschen 9 der Seitenteile 3a, 3b können dabei zusätzlich die Kontaktplatte 23 formschlüssig umfassen. Die unteren Laschen 10 der Seitenteile 3a, 3b umfassen vorteilhafterweise formschlüssig die Bodenplatte 11 des Batteriemoduls 20. Die Laschen 4 der Seitenteile 3a, 3b sind derart an den der Innenseite des viereckigen Rahmensystems 1 abgewandten Seite der Druckplatte 2a, 2b angeordnet, dass die Aussparungen 5 in den Laschen 4 und die Aufnahmen 6 in den Druckplatten 2a, 2b jeweils paarweise fluchtend sind. Dadurch ist es möglich, dass die Befestigungselemente 7 die Verbindung zwischen den Laschen 4 und den Druckplatten 2a, 2b besonders gut fixieren können. Über Befestigungsbolzen 24 kann das gesamte zusammengebaute Batteriemodul 20 in seinem Bestimmungsort, etwa einem Fahrzeug, befestigt werden. Durch die Verbindung der Druckplatten 2a, 2b mit den Seitenteilen 3a, 3b über die Laschen 4 wird die Zuglast durch eventuell entstehende Zellbäuche der Batteriezellen 21 über den Formschluss der Laschen 4 von den Druckplatten 2a, 2b in die Seitenteile 3a, 3b übertragen. Eine zusätzliche Belastung durch Scherkräfte an den Befestigungselementen 7 tritt dabei nicht auf. Durch die identische Ausführung sowohl des ersten Seitenteils 3a als auch des zweiten Seitenteils 3b sowie beider Druckplatten 2a, 2b kann das viereckige Rahmensystem 1 kostengünstig hergestellt werden. Durch die Vermeidung von Verwechslung bei verschiedenartigen Seitenteilen 3a, 3b beziehungsweise Druckplatten 2a, 2b wird die Montagefreundlichkeit des viereckigen
Rahmensystems 1 erhöht. Durch die formschlüssige Umfassung der Kontaktplatte 23 durch die oberen Laschen 9 beziehungsweise der Bodenplatte 11 durch die unteren Laschen 10 ergibt sich eine stabile und sichere Konstruktion des Batteriemoduls 20. Ausschweifungselemente 8 in den Seitenteilen 3a, 3b erhöhen zusätzlich die Verwindungssteifigkeit des gesamten
Batteriemoduls 20. Ein derart gestaltetes Batteriemodul 20 weist daher eine erhöhte Sicherheit bei äußerer Krafteinwirkung, insbesondere bei Unfällen, auf.
Durch das flächige Anliegen der Laschen 4 auf den Außenseiten der Druckplatten 2a, 2b wird, im Falle der Ausbildung eines Zellbauches bei den Batteriezellen 21 , die Zuglast über die Laschen 4 direkt in die Seitenteile 3a, 3b des viereckigen Rahmensystems 1 geleitet. Damit wird eine entscheidende Entlastung der Befestigungsbereiche beziehungsweise
Befestigungspunkte erreicht^ da die Zugkraft der Seitenteile 3a, 3b nicht direkt als Scherkraft an diesen anliegt. Durch den Formschluss der Laschen 4 und der Seitenteile 3a, 3b mit den Druckplatten 2a, 2b beziehungsweise das Hintergreifen der Druckplatten 2a, 2b durch die Laschen 4 der Seitenteile 3a, 3b wird zudem die Verbindungssteifigkeit des viereckigen Rahmensystems 1 erhöht. Insbesondere kann dadurch ein erhöhter Schutz gegen externe Krafteinwirkung bei einem Unfall hergestellt werden. Durch die spezielle Ausgestaltung der Seitenteile 3a, 3b und die Befestigung der Seitenteile 3a, 3b an den Außenseiten der
Druckplatten 2a, 2b sind ein hoher Vordruck und eine hohe Haltekraft gewährleistet. Die Druckplatten 2a, 2b können bei Aufbauchung der Batteriezellen 21 auf Biegung beansprucht werden und leiten dadurch Zugkräfte in die Seitenteile 3a, 3b des viereckigen Rahmensystems 1 ein. Die mit der speziellen Fixierung der Seitenteile 3a, 3b an die Druckplatten 2a, 2b verbundene Aussteifung der Seitenteile 3a, 3b beziehungsweise der Druckplatten 2a, 2b gewährleistet eine hohe Abstützung in Querrichtung. Ein derartig ausgebildetes viereckiges Rahmensystem 1 ist kompakt und modular ausgebildet, so dass dieses universell im jeweilig zur Verfügung stehenden Bauraum, auch in mehreren Ebenen, sicher verbaubar ist. Bezugszeichenliste
viereckiges Rahmensystem
a erste Druckplatte
b zweite Druckplatte
a erstes Seitenteil
b zweites Seitenteil
Lasche
Aussparung in Lasche
Aufnahme in Druckplatte
Befestigungselement
Aussteifungselement
untere Lasche
0 obere Lasche
1 Bodenplatte
0 Batteriemodul
1 Batteriezellen
2 Polverbinder
3 Kontaktplatte
4 Befestigungsbolzen

Claims

Patentansprüche
1. Viereckiges Rahmensystem (1 ) zur Aufnahme wenigstens einer Batteriezelle (20),
aufweisend eine erste und eine zweite Druckplatte (2a, 2b), die zwei sich
gegenüberliegende Seiten des Rahmensystems (1 ) bilden, aufweisend ein erstes und zweites Seitenteil (3a, 3b), die die zwischen den beiden Druckplatten (2a, 2b) befindlichen weiteren zwei Seiten des Rahmensystems (1 ) bilden, wobei die jeweiligen Seitenteile (3a, 3b) im Bereich der Ecken des Rahmensystems (1 ) an den Druckplatten (2a, 2b) befestigt sind,
dadurch gekennzeichnet,
dass an den den Druckplatten (2a, 2b) zugewandten Enden jedes Seitenteils (3a, 3b) Laschen (4) angekantet sind, die die Druckplatten (2a, 2b) formschlüssig hintergreifen, so dass die Laschen (4) an den jeweiligen, dem Inneren des Rahmensystems (1 )
abgewandten, Druckplattenseiten der Druckplatten (2a, 2b) anliegen, und dass die Laschen (4) an den jeweiligen Druckplatten (2a, 2b) kraft- und/oder formschlüssig befestigt sind.
2. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede Laschen (4) wenigstens eine Aussparung (5) aufweist, dass die Druckplatten (2a, 2b) Aufnahmen (6) aufweisen, wobei jede Aufnahme (6) fluchtend zu einer Aussparung (5) einer Lasche (4) angeordnet ist, und dass Befestigungselemente (7) vorgesehen sind, wobei jeweils ein Befestigungselement (7) durch eine Aussparung (5) einer Lasche (4) in die jeweils fluchtend angeordnete Aufnahme (6) einer Druckplatten (2a, 2b) eingreift.
3. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
wenigstens eine Aussparung (5) in einer Lasche (4) eine Durchgangsbohrung ist und/oder dass die Aufnahmen (6) der Druckplatten (2a, 2b) als Aussparungen oder Vertiefungen ausgebildet sind.
4. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Aussparung (5) in einer Lasche (4) und/oder dass die Aufnahmen (6) der Druckplatten (2a, 2b) ein Innengewinde zur Aufnahme von Befestigungsschrauben (7) aufweist/aufweisen.
5. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckplatten (2a, 2b) und/oder die Seitenteile (3a, 3b) aus Strangpressprofilen ausgebildet sind.
6. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch
gekennzeichnet, dass an den Druckplatten (2a, 2b) und/oder den Seitenteilen (3a, 3b) Aussteifungselemente (8) vorgesehen sind.
7. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass die Laschen (4) eines Seitenteils (3a, 3b) einstückig, insbesondere monolithisch, mit diesem ausgebildet sind.
8. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass an den längsseitigen Ober- und/oder Unterkanten der Seitenteile (3a, 3b) zum Inneren des Rahmensystems (1 ) gerichtete Laschen (9, 10) vorgesehen sind.
9. Viereckiges Rahmensystem (1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das viereckige Rahmensystem (1 ) eine Bodenplatte (11 ) oder eine Kühlplatte aufweist.
10. Batteriemodul (20), aufweisend ein viereckiges Rahmensystem (1 ) und wenigstens eine Batteriezelle (21 ), die vom viereckigen Rahmensystem (1 ) umfasst ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das viereckige Rahmensystem (1) gemäß wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.
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