WO2018158008A1 - Baukastensystem für traktionsbatterien von kraftfahrzeugen - Google Patents

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housing
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Markus Thurmeier
Bernd Mlekusch
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Audi Ag
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Definitions

  • the invention relates to a modular system for traction batteries of motor vehicles specified in the preamble of claim 1.
  • the invention further relates to a motor vehicle with a plurality of battery modules of such a modular system. It is known per se to combine several battery cells to battery modules. A summary of battery cells to individual battery modules is shown for example in DE 10 2012 223 144 A1.
  • the modular system according to the invention for traction batteries of motor vehicles comprises a plurality of battery modules having respective battery cells, which modules are electrically interconnectable to different variants of traction batteries.
  • the modular system according to the invention is characterized in that the battery modules each have a module housing, in which the respective battery cells are arranged liquid-tight.
  • the modular system according to the invention is characterized by the fact that the battery modules each have a mechanical interface, by means of which the battery modules can be fastened to an underside of a motor vehicle.
  • the battery modules each have their own module housing which surrounds the respective battery cells of the battery modules in a liquid-tight manner.
  • the entire inner life of the battery modules is thus surrounded by the module housing liquid-tight and thus sealed.
  • the mechanical interfaces of the battery modules can be attached directly to a bottom of a motor vehicle. Since the modules are already reliably sealed by their module housings, no additional housing has to be provided which houses the traction battery formed from the modules.
  • the individual battery modules can be arranged very flexibly in the underbody area of the motor vehicle and electrically interconnected with each other. in which form a suitable traction battery through the interconnected battery modules.
  • the battery modules can be used separately on the motor vehicle and also dismantled again, the battery modules can also be easily used for other applications.
  • the battery modules can be dismantled from a motor vehicle in order to use them as storage for a photovoltaic system.
  • sealing requirements are no longer imposed on an entire housing of a traction battery, since the battery modules themselves are all tight because the module housing surrounds the entire interior of the battery modules liquid-tight.
  • the module housings have integrated cooling channels and at least one cooling medium connection for a cooling medium for cooling the battery cells.
  • the cooling can therefore be done separately per battery module.
  • the modular system comprises coolant lines with plug connections, which are compatible with the cooling medium connections of the battery modules.
  • the individual battery modules can therefore be connected separately to one of the coolant lines of the modular system. Reliable cooling of the individual battery cells of the battery modules can be ensured.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the battery modules have respective data interfaces for monitoring at least one operating parameter of the battery cells.
  • the battery modules can each have a data connection, by means of which various parameters of the battery modules can be queried and monitored.
  • various parameters of the battery modules can be queried and monitored.
  • information about the condition of the individual battery cells can be continuously obtained.
  • a corresponding sensor for monitoring the battery cells can be installed in the battery modules themselves.
  • the battery modules have respective connection points, by means of which the battery modules are at least indirectly electrically coupled to each other.
  • the battery modules can be electrically coupled directly to each other directly via the respective connection points.
  • the building Box system has a kind of central interface in the form of a high-voltage center to which the individual battery modules can be contacted.
  • the battery modules can be electrically connected directly to each other, it being equally possible that the said central interface vehicle - Is provided on the side, to which the individual battery modules can be coupled.
  • the battery modules are fastened by means of their mechanical interfaces such on the underside of a motor vehicle bar, but that the battery modules are movable relative to the motor vehicle a predetermined force in the direction of the force.
  • a kind of rail system can be provided, to which the battery modules can be fastened on the motor vehicle side.
  • a further advantageous embodiment of the invention provides that the module housing have a housing shell and two housing cover.
  • the housing shell is preferably formed as an extruded part, wherein the housing cover may be injection molded parts. Due to its metallic components, the extruded part can provide the required electromagnetic compatibility of the respective battery modules.
  • the housing covers designed as injection-molded parts have the advantage that a large number of functionalities, such as, for example, the cooling-medium connections and the like, can be integrated directly into the housing decks during production.
  • the motor vehicle according to the invention comprises a plurality of battery modules of the modular system according to the invention or an advantageous embodiment of the modular system according to the invention, wherein the battery Riemodule are attached with their mechanical interfaces to a bottom of the motor vehicle.
  • FIG. 1 is a perspective view of a battery module, wherein a module housing of the battery module is omitted, so that the view of individual battery cells of the battery module is exposed;
  • FIG. 2 shows an end view perspective detail view of one end face of the battery module, wherein a housing shell, which is part of the module housing, is shown, in which the individual battery cells are accommodated;
  • FIG. 3 shows an end perspective view of two partially illustrated battery modules, wherein respective housing shells of the battery modules are shown, which have a plurality of bores and coolant channels;
  • FIG. 4 shows a perspective detail view of the two battery modules partially shown, wherein additionally respective housing covers are shown, in which a plurality of cooling water nozzles are integrated;
  • FIG. 5 shows a perspective detailed view of the two partially shown battery modules, wherein additionally a coolant line is shown, to which the cooling water connection can be connected; a side sectional view along the direction indicated in Figure 5 sectional plane AA, through one of the two battery modules.
  • FIG. 7 shows a highly schematized view, in which the fastening of one of the battery modules in the region of a lower floor of a motor vehicle and on a central interface is shown.
  • a battery module 1 is shown in a perspective view in FIG. 1.
  • a module housing surrounding the battery module 1 has been omitted in the present illustration, so that the view of respective prismatic battery cells 2 is released.
  • the battery module 1 has connection points 3, by means of which the battery module 1 can be connected directly or at least indirectly electrically to further battery modules.
  • a multipart holding frame 6 holds the battery cells 2.
  • the holding frame 6 ensures that during operation of the battery module 1, that is, during the discharge of the battery cells 2 or when charging the battery cells 2, the battery cells 2 can not expand in an undesired manner.
  • a preferred installation direction of the battery module 1 is indicated by the vehicle longitudinal direction of a motor vehicle, not shown here, which is marked by the arrow x.
  • the battery module 1 shown here has a length I of 210.5 mm, a width b of 631, 5 mm and a height h of 73 mm. These dimensions are based on the dimensions of the battery module 1 without said module housing, which is not shown in the present representation. The specified dimensions are to be understood as exemplary only, other dimensions are of course also possible.
  • the battery module 1 is shown in a partially illustrated perspective view from the front.
  • the battery cells 2 are surrounded by a housing jacket 7, which is part of the said module housing.
  • the housing jacket 7 may be, for example, an extrusion.
  • the housing jacket 7 has a multiplicity of inte- grated cooling channels 8.
  • the housing shell 7 still a whole series of holes 9, which serve to attach a housing cover not shown here on the housing shell 7.
  • the battery module 1 comprises a plurality of clamping wedges 10, which can be clamped by means of screws 1 1.
  • the clamping wedges 10 serve to reliably fix the inner part of the battery module 1, that is, among other things, the battery cells 2 connected to one another, within the housing jacket 7.
  • the battery module 1 also comprises a cover 12, which has a plurality of runners 13.
  • the cover and its skids 13 By means of the cover and its skids 13, the interconnected battery cells 2 can be particularly easily pushed into the housing shell 7 and then tightened by tightening the screws 1 1 mediated by the clamping wedges 10 in the housing shell 7, so fixed.
  • FIG. 3 in addition to the one battery module 1 still partially another battery module 1 can be seen.
  • the respective housing shells 7 are arranged adjacent to one another on a common longitudinal side.
  • a kind of frontal cover 14 has been additionally inserted into the housing shells 7.
  • a plurality of screws 1 1 are still shown, by means of which, among other things, the frontal cover 14 can be fixed to the housing shell 7.
  • the respective end covers 14 recesses 15, in which respective sliding blocks 16 are added.
  • the sliding blocks 16 have unspecified holes into which the screws 1 1 can be screwed. As a result, the end-side covers 14 can be firmly connected to the housing shell 7 in a reliable manner.
  • Fig. 4 in turn, the two battery modules 1 are shown, wherein additionally now respective housing cover 7 are shown, which together with the housing shells 7 form the said module housing, in which the battery cells 2 of the battery modules 1 are arranged liquid-tight.
  • the housing cover 17 are shown partially transparent.
  • the housing cover 17 have circumferential seals 18.
  • the housing covers 17 may be formed, for example, by two-component Injection molding are produced, wherein a first plastic component forms the actual housing cover 17 and a second plastic component forms the seal 18.
  • two cooling water connection 19 are molded onto the housing covers 17.
  • the cooling water pipe 19 can be connected to the cooling channels 8 of the housing shell 7.
  • respective O-ring seals 20 are provided.
  • FIG. 5 the two battery modules 1 are again partially shown, wherein now the housing cover 17 have been screwed to the respective housing shells 7. In the present case, the housing cover 17 are no longer shown partially transparent. As soon as the housing covers 17 have been screwed tightly to the housing shrouds 7, the housing sheaths 7 and the housing covers 17 reliably seal the interior of the battery modules 1 in a liquid-tight manner.
  • a coolant line 21 with a plurality of couplings 22 can be connected with their couplings 22 each with the cooling water pipe 19.
  • the individual battery modules 1, more precisely the housing shrouds 7, can be connected to a cooling circuit.
  • the coolant line 21 is at least partially corrugated, so that it is particularly flexible. On the one hand, this facilitates the assembly of the coolant line 21 to the cooling water connection 19, and on the other hand, any elongations occurring during operation can also be easily compensated for.
  • FIG. 6 shows one of the two battery modules 1 along the sectional plane AA marked in FIG. 5.
  • the arrangement of one of the cooling water connection pieces 19 on the housing cover 17 and on the housing jacket 7 is again clearly visible.
  • further seals 23 are provided, by means of which it is ensured that the housing cover 17 can be connected in a liquid-tight manner to the housing jacket 7.
  • Fig. 7 is a very schematic section of a motor vehicle 24 in the region of an underbody 25 of the motor vehicle 24 is shown.
  • One of the battery modules 1 is shown schematically, which is connected to a kind of central interface 26.
  • a plurality of further seals 27 are provided which optionally the battery module 1 yet can also seal to the outside.
  • a schematically illustrated plug 28, the battery module 1 is electrically connected to the central interface 26.
  • the plug 28 may be contacted with the connection points 3 shown in FIG. 1 so as to be able to produce an electrical coupling of the battery module 1 to the central interface 26.
  • the central interface 26 may extend, for example, in the vehicle longitudinal direction in the region of the subfloor 25. On the left side and on the right side of this central interface 26, further battery modules 1, not shown here, can be arranged and contacted.
  • This central interface 26 combines high-voltage lines and interconnections, which are not shown in more detail here, which are preferably arranged particularly well protected in the center of the motor vehicle 24.
  • the individual battery modules 1 can be screwed to the subfloor 25 and / or plugged. Since the battery modules 1 are already sealed liquid-tight by their housing shells 7 and the housing cover 17, no further sealing of the battery modules 1 is required per se.
  • the electrically connected and interconnected battery modules 1 form in their entirety a traction battery of the motor vehicle 24.
  • the individual battery modules 1 can be interconnected quite modularly in different numbers and in different positions.
  • the battery modules 1 also have a mechanical interface, not shown here, by means of which the battery modules 1 at the bottom 25 of the motor vehicle 24 are fastened cash.
  • the battery modules 1 together form a modular system for traction batteries of motor vehicles.
  • the individual battery modules 1, which are attached to the subfloor 25, can be individually attached to the subfloor 25 and also removed again from the subfloor 25.
  • the battery modules 1 are in themselves essentially completely self-sufficient, since they have a separate cooling and preferably also a data connection, not illustrated here, via which various performance and / or operating parameters of the battery modules 1, in particular their battery cells 2, are queried and monitored can.
  • the battery modules 1 are sufficiently shielded in each case with regard to their electromagnetic compatibility.
  • an underride protection 29 can additionally be mounted beneath the battery modules 1.
  • This underride guard 29 itself does not have to be completely leakproof, since the battery modules 1 are already sealed in a liquid-tight manner.
  • a deformation space 30 can be left free between the underride guard 29 and the battery modules 1. Should the motor vehicle 24 thus be placed, for example, with the underride protection 29, then the battery modules 1 are not yet deformed.
  • the battery modules 1 can deflect somewhat in the vehicle transverse direction, for example in the event of a side impact.
  • the battery modules 1 can be so anchored to the subfloor 25 that they can dodge still in the vehicle transverse direction from a certain force.
  • a kind of deformation space can also be provided in the vehicle transverse direction immediately adjacent to the battery modules 1, so that the battery modules 1 can move in the vehicle transverse direction. The advantage of this is that, in the event of a side impact, the battery modules 1 are not deformed directly, since they can initially move a little further in the vehicle transverse direction.
  • the battery module 1 comprehensive modular system to combine the Batte- riemodule 1 in different combinations to respective variants of traction batteries. Because the battery modules 1 are already liquid-tight in their own right, the traction battery assembled from the battery modules 1 does not have to be laboriously sealed again.

Abstract

Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen, mit mehreren, jeweilige Batteriezellen (2) umfassenden Batteriemodulen (1), welche modular zu unterschiedlichen Varianten von Traktionsbatterien elektrisch miteinander verschaltbar sind, wobei die Batteriemodule (1) jeweils ein Modulgehäuse (7, 17) aufweisen, in welchen die jeweiligen Batteriezellen (2) flüssigkeitsdicht angeordnet sind; die Batteriemodule (1) jeweils eine mechanische Schnittstelle aufweisen, mittels welcher die Batteriemodule (1) an einer Unterseite (25) eines Kraftfahrzeugs befestigbar sind.

Description

Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen
BESCHREIBUNG: Die Erfindung betrifft ein Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit mehreren Batteriemodulen eines derartigen Baukastensystems. Es ist an sich bekannt, mehrere Batteriezellen zu Batteriemodulen zusammenzufassen. Eine Zusammenfassung von Batteriezellen zu einzelnen Batteriemodulen ist beispielsweise in der DE 10 2012 223 144 A1 gezeigt.
Darüber hinaus ist es auch schon bekannt, eine Art Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen vorzusehen, wobei derartige Baukastensysteme mehrere, jeweilige Batteriezellen umfassende Batteriemodule aufweisen, welche modular zu unterschiedlichen Varianten von Traktionsbatterien elektrisch miteinander verschaltbar sind. Ein derartiges Baukastensystems ist beispielsweise in der DE 10 201 1 101 352 A1 gezeigt. Die einzelnen Batteriemodule können auf eine gemeinsame Platine aufgesteckt werden. Durch die Variation der Anordnung und der Anzahl der auf die Platine aufgesteckten Batteriemodule können unterschiedliche Varianten von Traktionsbatterien hergestellt werden. Traktionsbatterien werden üblicherweise mittels eines Gehäuses eingehaust. Häufig werden derartige Gehäuse auch aus einem Stück gefertigt. Eine derartige Bauweise schließt viele Herstellungsverfahren, wie beispielsweise Aluminiumdruckguss, Spritzguss, oder dergleichen aus, da derartige Gehäuse für solche Fertigungsverfahren zu groß sind, zumindest um diese kosten- günstig herstellen zu können. In Folge dessen werden oftmals üblicherweise nur für Kleinserien eingesetzte Verfahren herangezogen, um derartige Gehäuse für Traktionsbatterien herzustellen. Darüber hinaus bieten solche großen Gehäuse, welche die Traktionsbatterien einhausen, Nachteile bei der Abdichtung. Aufgrund der großen Abmaße derartiger Gehäuse ist die Tole- ranzkette häufig ungünstig, sodass derartige Gehäuse nur schwer abgedichtet werden können. Des Weiteren gestaltet sich die Anbindung von Traktionsbatterien, welche vollständig mittels eines gemeinsamen Gehäuses eingehaust sind, relativ unflexibel und schwierig, da der Einbaubereich für die Traktionsbatterien bei Kraftfahrzeugen oftmals relativ uneben ist.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, welches eine besonders flexible Bestückung eines Kraftfahrzeugs mit Batteriemodulen auf be- sonders einfache Weise ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das erfindungsgemäße Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen umfasst mehrere, jeweilige Batteriezellen aufweisende Batteriemodule, welche modular zu unterschiedlichen Varianten von Traktionsbat- terien elektrisch miteinander verschaltbar sind. Das erfindungsgemäße Baukastensystem zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Batteriemodule jeweils ein Modulgehäuse aufweisen, in welchen die jeweiligen Batteriezellen flüssigkeitsdicht angeordnet sind. Ferner zeichnet sich das erfindungsgemäße Baukastensystem noch dadurch aus, dass die Batteriemodule jeweils eine mechanische Schnittstelle aufweisen, mittels welcher die Batteriemodule an einer Unterseite eines Kraftfahrzeugs befestigbar sind.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt darin, dass die Batteriemodule jeweils ein eigenes Modulgehäuse aufweisen, welches die jeweiligen Batte- riezellen der Batteriemodule flüssigkeitsdicht umgibt. Das gesamte Innenleben der Batteriemodule wird also durch die Modulgehäuse flüssigkeitsdicht umgeben und somit abgedichtet. Über die mechanischen Schnittstellen der Batteriemodule können diese direkt an einer Unterseite eines Kraftfahrzeugs befestigt werden. Da die Module durch ihre Modulgehäuse bereits zuverläs- sig abgedichtet werden, muss kein zusätzliches Gehäuse vorgesehen werden, welches die aus den Modulen gebildete Traktionsbatterie einhaust.
Die einzelnen Batteriemodule können im Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs ganz flexibel angeordnet und miteinander elektrisch verschaltet wer- den, wobei durch die miteinander verschalteten Batteriemodule eine passende Traktionsbatterie ausbilden.
Da die Batteriemodule separat am Kraftfahrzeug einsetzbar und auch wieder demontierbar sind, können die Batteriemodule auch problemlos für andere Anwendungen eingesetzt werden. Beispielsweise können die Batteriemodule von einem Kraftfahrzeug demontiert werden, um diese als Speicher für eine Photovoltaikanlage zu nutzen. Darüber hinaus werden keine Dichtheitsanforderungen mehr an ein gesamtes Gehäuse einer Traktionsbatterie gestellt, da die Batteriemodule für sich genommen alle dicht sind, weil das Modulgehäuse das gesamte Innenleben der Batteriemodule flüssigkeitsdicht umhaust.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Modulgehäuse integrierte Kühlkanäle und zumindest einen Kühlmediumanschluss für ein Kühlmedium zum Kühlen der Batteriezellen aufweisen. Die Kühlung kann also je Batteriemodul separat erfolgen. Vorzugsweise umfasst das Baukastensystem Kühlmittelleitungen mit Steckverbindungen, welche Kompatibel mit den Kühlmediumanschlüssen der Batteriemodule sind. Die einzelnen Batteriemodule können also separat mit einer der Kühlmittelleitungen des Baukastensystems verbunden werden. Eine zuverlässige Kühlung der einzelnen Batteriezellen der Batteriemodule kann dadurch sichergestellt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Batteriemodule jeweilige Datenschnittstellen zum Überwachen von zumindest einem Betriebsparameter der Batteriezellen aufweisen. Die Batteriemodule können beispielsweise jeweils einen Datenanschluss aufweisen, mittels welchem verschiedenste Parameter der Batteriemodule abgefragt und überwacht werden können. So können fortlaufend beispielsweise auch Informati- onen über den Zustand der einzelnen Batteriezellen gewonnen werden. Eine entsprechende Sensorik zur Überwachung der Batteriezellen kann dabei in den Batteriemodulen selbst verbaut sein.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriemodule jeweilige Verbindungsstellen aufweisen, mittels welchen die Batteriemodule zumindest mittelbar elektrisch miteinander koppelbar sind. Zum einen kann es vorgesehen sein, dass die Batteriemodule unmittelbar über die jeweiligen Verbindungsstellen direkt miteinander elektrisch gekoppelt werden können. Alternativ ist es aber auch möglich, dass das Bau- kastensystem eine Art zentrale Schnittstelle in Form eines Hochvolt- Zentrums aufweist, an welchem die einzelnen Batteriemodule kontaktiert werden können. Je nachdem, welcher Grad der odularität im Hinblick auf die Zusammenstellung der Batteriemodule zu verschiedenen Varianten von Traktionsbatterien erforderlich ist, kann es vorgesehen sein, dass die Batteriemodule direkt miteinander elektrisch verbunden werden können, wobei es genauso auch möglich ist, dass die besagte zentrale Schnittstelle fahrzeug- seitig vorgesehen wird, an welcher die einzelnen Batteriemodule angekoppelt werden können.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Batteriemodule mittels ihrer mechanischen Schnittstellen derart an der Unterseite eines Kraftfahrzeugs befestig bar sind, dass die Batteriemodule aber einer vorgegebenen Krafteinwirkung in Richtung der Krafteinwirkung relativ zum Kraftfahrzeug beweglich sind. Beispielsweise kann eine Art Schienensystem vorgesehen werden, an welchem die Batteriemodule kraftfahrzeugseitig befestigt werden können. Dadurch wird insbesondere im Crashfall, beispielsweise bei einem Seitenaufprall, ermöglicht, dass die Batteriemodule ein Stück weit noch der Belastung ausweichen können. Die Crashperformance der Batteriemodule wird verbessert, da die Batteriemodule einzeln am Kraftfahrzeug angesteckt werden können. Wenn die Batteriemodule der Krafteinwirkung noch etwas ausweichen können, kann ein Stück weit noch einer Deformation der Batteriemodule im Crashfall entgegengewirkt werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Modulgehäuse einen Gehäusemantel und zwei Gehäusedeckel aufweisen. Der Gehäusemantel wird vorzugsweise als Strangpressteil ausgebildet, wobei die Gehäusedeckel Spritzgussteile sein können. Das Strangpressteil kann aufgrund seiner metallischen Bestandteile für eine erforderliche elektromagnetische Verträglichkeit der jeweiligen Batteriemodule sorgen. Die als Spritzgussteile ausgebildeten Gehäusedeckel bringen den Vorteil mit sich, dass eine Vielzahl von Funktionalitäten, wie beispielsweise die Kühlmedienanschlüsse und dergleichen, direkt bei der Herstellung in den Gehäusede- ekel mitintegriert werden können.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst mehrere Batteriemodule des erfindungsgemäßen Baukastensystems oder einer vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Baukastensystems, wobei die Batte- riemodule mit ihren mechanischen Schnittstellen an einer Unterseite des Kraftfahrzeugs befestigt sind.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind dabei nicht nur in der angege- benen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Die Zeichnung zeigt in: Fig. 1 eine Perspektivansicht auf ein Batteriemodul, wobei ein Modulgehäuse des Batteriemoduls weggelassen ist, sodass der Blick auf einzelne Batteriezellen des Batteriemoduls freigelegt ist;
Fig. 2 eine stirnseitige perspektivische Detailansicht auf eine Stirnsei- te des Batteriemoduls, wobei ein Gehäusemantel, welcher Teil des Modulgehäuses ist, dargestellt ist, in welchem die einzelnen Batteriezellen aufgenommen sind;
Fig. 3 eine stirnseitige Perspektivansicht von zwei teilweise dargestell- ten Batteriemodulen, wobei jeweilige Gehäusemäntel der Batteriemodule dargestellt sind, die mehrere Bohrungen und Kühlmittelkanäle aufweisen;
Fig. 4 eine perspektivische Detailansicht auf die beiden teilweise dargestellten Batteriemodule, wobei zusätzlich jeweilige Gehäusedeckel dargestellt sind, in welchen mehrere Kühlwasserstutzen integriert sind;
Fig. 5 eine perspektivische Detailansicht auf die beiden teilweise dargestellten Batteriemodule, wobei zusätzlich noch eine Kühlmittelleitung dargestellt ist, an welcher die Kühlwasserstutzen angeschlossen werden können; eine Seitenschnittansicht entlang der in Fig. 5 angedeuteten Schnittebene A-A, durch eines der beiden Batteriemodule; und in Fig. 7 eine stark schematisierte Ansicht, in welcher die Befestigung von einem der Batteriemodule im Bereich eines Unterbodens eines Kraftfahrzeugs sowie an einer zentralen Schnittstelle dargestellt ist. Ein Batteriemodul 1 ist in einer Perspektivansicht in Fig. 1 gezeigt. Ein das Batteriemodul 1 an sich umgebendes Modulgehäuse ist in der vorliegenden Darstellung weggelassen worden, sodass der Blick auf jeweilige prismatische Batteriezellen 2 freigegeben wird. Das Batteriemodul 1 weist Verbindungsstellen 3 auf, mittels welchen das Batteriemodul 1 mit weiteren Batte- riemodulen unmittelbar oder zumindest mittelbar elektrisch verbunden werden kann. Über einzelne Kontaktierungsbleche 4, welche mit einem Zellenverbinder 5 verbunden sind, sind die Batteriezellen 2 miteinander zusammengeschaltet. Ein mehrteiliger Halterahmen 6 fasst die Batteriezellen 2 ein. Der Halterahmen 6 sorgt dafür, dass während des Betriebs des Batteriemoduls 1 , also während der Entladung der Batteriezellen 2 oder beim Laden der Batteriezellen 2, sich die Batteriezellen 2 nicht in unerwünschter Weise ausdehnen können. Eine bevorzugte Einbaurichtung des Batteriemoduls 1 ist durch die mit dem Pfeil x gekennzeichnete Fahrzeuglängsrichtung eines hier nicht dargestellten Kraftfahrzeugs angedeutet. Das hier gezeigte Batteriemodul 1 weist eine Länge I von 210,5 mm, eine Breite b von 631 ,5 mm und eine Höhe h von 73 mm auf. Diese Maßangaben beziehen sich dabei auf die Abmaße des Batteriemoduls 1 ohne das besagte Modulgehäuse, welches in der vor- liegenden Darstellung nicht gezeigt ist. Die genannten Abmaße sind lediglich beispielhaft zu verstehen, andere Abmaße sind natürlich ebenfalls auch möglich.
In Fig. 2 ist das Batteriemodul 1 in einer teilweise dargestellten Perspektivansicht von vorne gezeigt. In der vorliegenden Darstellung sind die Batteriezellen 2 von einem Gehäusemantel 7, welcher Teil des besagten Modulgehäuses ist, umgeben. Der Gehäusemantel 7 kann beispielsweise ein Strangpressteil sein. Um eine zuverlässige Kühlung der einzelnen Batteriezellen 2 zu ermöglichen, weist der Gehäusemantel 7 eine Vielzahl von inte- grierten Kühlkanälen 8 auf. Darüber hinaus weist der Gehäusemantel 7 noch eine ganze Reihe von Bohrungen 9 auf, welche dazu dienen, einen hier noch nicht dargestellten Gehäusedeckel am Gehäusemantel 7 anzubringen. Das Batteriemodul 1 umfasst mehrere Klemmkeile 10, welche mittels Schrauben 1 1 verspannt werden können. Die Klemmkeile 10 dienen dabei dazu, den inneren Teil des Batteriemoduls 1 , also unter anderem die miteinander verschalteten Batteriezellen 2, zuverlässig innerhalb des Gehäusemantels 7 zu fixieren.
Des Weiteren umfasst das Batteriemodul 1 noch eine Abdeckung 12, welche mehrere Kufen 13 aufweist. Mittels der Abdeckung und ihrer Kufen 13 können die miteinander verschalteten Batteriezellen 2 besonders einfach in den Gehäusemantel 7 hineingeschoben und anschließend durch Anziehen der Schrauben 1 1 unter Vermittlung der Klemmkeile 10 im Gehäusemantel 7 verspannt, also fixiert werden.
In Fig. 3 ist zusätzlich zu dem einen Batteriemodul 1 noch teilweise ein weiteres Batteriemodul 1 zu erkennen. Gemäß der vorliegenden Darstellung sind die jeweiligen Gehäusemäntel 7 an einer gemeinsamen Längsseite aneinander anliegend angeordnet. Eine Art stirnseitige Abdeckung 14 ist zusätzlich in die Gehäusemäntel 7 eingesetzt worden. Ferner sind noch eine Vielzahl von Schrauben 1 1 gezeigt, mittels welchen unter anderem die stirnseitige Abdeckung 14 am Gehäusemantel 7 fixiert werden kann.
Zur Fixierung der stirnseitigen Abdeckung 14 am Gehäusemantel 7 weisen die jeweiligen stirnseitigen Abdeckungen 14 Ausnehmungen 15 auf, in welchen jeweilige Nutsteine 16 aufgenommen werden. Die Nutsteine 16 weisen nicht näher bezeichnete Bohrungen auf, in welche die Schrauben 1 1 einge- schraubt werden können. Dadurch können die stirnseitigen Abdeckungen 14 auf zuverlässige Weise fest mit dem Gehäusemantel 7 verbunden werden.
In Fig. 4 sind wiederum die beiden Batteriemodule 1 dargestellt, wobei zusätzlich nun jeweilige Gehäusedeckel 7 dargestellt sind, welche gemeinsam mit den Gehäusemänteln 7 die besagten Modulgehäuse ausbilden, in welchen die Batteriezellen 2 der Batteriemodule 1 flüssigkeitsdicht angeordnet sind. In der vorliegenden Darstellung sind die Gehäusedeckel 17 teiltransparent dargestellt. Die Gehäusedeckel 17 weisen umlaufende Dichtungen 18 auf. Die Gehäusedeckel 17 können beispielsweise durch Zweikomponenten- Spritzguss hergestellt werden, wobei eine erste Kunststoffkomponente den eigentlichen Gehäusedeckel 17 ausbildet und eine zweite Kunststoffkompo- nente die Dichtung 18 ausbildet. Des Weiteren sind an den Gehäusedeckeln 17 jeweils zwei Kühlwasserstutzen 19 angespritzt. Die Kühlwasserstutzen 19 können mit den Kühlkanälen 8 des Gehäusemantels 7 verbunden werden. An den Kühlwasserstutzen 19 sind jeweilige O-Ring-Dichtungen 20 vorgesehen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Kühlwasserstutzen 19 besonders dicht mit den Kühlkanälen 8 verbunden werden können. In Fig. 5 sind die beiden Batteriemodule 1 wiederum teilweise dargestellt, wobei nun die Gehäusedeckel 17 an den jeweiligen Gehäusemänteln 7 angeschraubt worden sind. Vorliegend sind die Gehäusedeckel 17 nun nicht mehr teiltransparent dargestellt. Sobald die Gehäusedeckel 17 fest an den Gehäusemänteln 7 angeschraubt worden sind, dichten die Gehäusemäntel 7 und die Gehäusedeckel 17 das Innenleben der Batteriemodule 1 zuverlässig flüssigkeitsdicht ab.
Eine Kühlmittelleitung 21 mit mehreren Kupplungen 22 kann mit ihren Kupplungen 22 jeweils mit den Kühlwasserstutzen 19 verbunden werden. Dadurch können die einzelnen Batteriemodule 1 , genauer die Gehäusemäntel 7, mit einem Kühlkreislauf verbunden werden. Die Kühlmittelleitung 21 ist zumindest teilweise gewellt ausgebildet, sodass diese besonders flexibel ist. Dies erleichtert zum einen die Montage der Kühlmittelleitung 21 an den Kühlwasserstutzen 19, zum anderen können während des Betriebs auftretende Deh- nungen so auch leicht ausgeglichen werden.
In Fig. 6 ist eines der beiden Batteriemodule 1 entlang der in Fig. 5 gekennzeichneten Schnittebene A-A dargestellt. In der vorliegenden Darstellung ist nochmal gut die Anordnung eines der Kühlwasserstutzen 19 am Gehäuse- deckel 17 und am Gehäusemantel 7 zu erkennen. Neben einem der bereits erwähnten O-Ring-Dichtungen 20 sind noch weitere Dichtungen 23 vorgesehen, mittels welchen sichergestellt wird, dass die Gehäusedeckel 17 flüssigkeitsdicht mit dem Gehäusemantel 7 verbunden werden können . In Fig. 7 ist ganz schematisch ein Ausschnitt eines Kraftfahrzeugs 24 im Bereich eines Unterbodens 25 des Kraftfahrzeugs 24 dargestellt. Eines der Batteriemodule 1 ist schematisch dargestellt, wobei dieses mit einer Art zentralen Schnittstelle 26 verbunden ist. Des Weiteren sind noch mehrere weitere Dichtungen 27 vorgesehen, welche optional das Batteriemodul 1 noch zusätzlich nach außen hin abdichten können. Über einen schematisch dargestellten Stecker 28 ist das Batteriemodul 1 mit der zentralen Schnittstelle 26 elektrisch verbunden. Der Stecker 28 kann an den in Fig. 1 dargestellten Verbindungsstellen 3 kontaktiert sein, um so eine elektrische Kopplung des Batteriemoduls 1 mit der zentralen Schnittstelle 26 herstellen zu können.
Die zentrale Schnittstelle 26 kann sich beispielsweise in Fahrzeuglängsrichtung im Bereich des Unterbodens 25 erstrecken. Linksseitig und rechtsseitig von dieser zentralen Schnittstelle 26 können noch weitere hier nicht darge- stellte Batteriemodule 1 angeordnet und kontaktiert sein. Diese zentrale Schnittstelle 26 vereint in sich hier nicht näher dargestellte Hochvoltleitungen und Verschaltungen, welche vorzugsweise in der Mitte des Kraftfahrzeugs 24 besonders gut geschützt angeordnet sind. Die einzelnen Batteriemodule 1 können am Unterboden 25 verschraubt und/oder gesteckt sein. Da die Batteriemodule 1 für sich genommen schon durch ihre Gehäusemäntel 7 und die Gehäusedeckel 17 flüssigkeitsdicht abgedichtet sind, ist an sich keine weitere Abdichtung der Batteriemodule 1 erforderlich. Die miteinander elektrisch verbundenen und verschalteten Bat- teriemodule 1 bilden in ihrer Gesamtheit eine Traktionsbatterie des Kraftfahrzeugs 24 aus. Die einzelnen Batteriemodule 1 können dabei ganz modular in unterschiedlicher Anzahl und in unterschiedlichen Positionierungen miteinander verschaltet werden. Die Batteriemodule 1 weisen zudem eine hier nicht dargestellte mechanische Schnittstelle auf, mittels welcher die Batteriemodule 1 an der Unterseite 25 des Kraftfahrzeugs 24 befestig bar sind. Die Batteriemodule 1 bilden zusammen ein Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen aus. Die einzelnen Batteriemodule 1 , welche am Unterboden 25 angebracht sind, können einzeln am Unterboden 25 angebracht und auch wieder vom Unterboden 25 demontiert werden. Die Batteriemodule 1 sind für sich genommen im Wesentlichen vollständig autark, da sie eine separate Kühlung und vorzugsweise auch einen hier nicht näher dargestellten Datenanschluss aufweisen, über welche verschiedenste Leistungs- und/oder Betriebsparameter der Batteriemodule 1 , insbesondere ihrer Batteriezellen 2, abgefragt und überwacht werden können. Darüber hinaus sind die Batteriemodule 1 jeweils im Hinblick auf ihre elektromagnetische Verträglichkeit hinreichend abgeschirmt. Nachdem die Batteriemodule 1 am Unterboden 25 des Kraftfahrzeugs 24 montiert worden sind, kann zusätzlich noch ein Unterfahrschutz 29 unterhalb von den Batteriemodulen 1 montiert werden. Dieser Unterfahrschutz 29 muss selbst nicht vollkommen dicht sein, da die Batteriemodule 1 für sich genommen ja bereits flüssigkeitsdicht abgedichtet sind. Zwischen dem Unterfahrschutz 29 und den Batteriemodulen 1 kann zudem noch ein Deformationsraum 30 freigelassen werden. Sollte das Kraftfahrzeug 24 also beispielsweise mit dem Unterfahrschutz 29 aufsetzen, so werden die Batteriemodule 1 noch nicht deformiert.
Zudem kann es auch noch vorgesehen sein, dass die Batteriemodule 1 entgegen der vorliegenden Darstellung in Fahrzeugquerrichtung beispielsweise im Falle eines Seitenaufpralls etwas ausweichen können. Die Batteriemodule 1 können dafür derart am Unterboden 25 verankert sein, dass sie ab einer bestimmten Krafteinwirkung noch in Fahrzeugquerrichtung ausweichen können. Dafür kann in Fahrzeugquerrichtung unmittelbar benachbart zu den Batteriemodulen 1 ebenfalls eine Art Deformationsraum vorgesehen werden, sodass die Batteriemodule 1 in Fahrzeugquerrichtung ausweichen können. Der Vorteil dadurch besteht darin, dass bei einem Seitenaufprall die Batte- riemodule 1 nicht direkt deformiert werden, da diese zunächst noch ein Stück weit in Fahrzeugquerrichtung ausweichen können.
Insgesamt wird durch das die Batteriemodule 1 umfassende Baukastensystem eine besonders flexible und einfache Lösung bereitgestellt, die Batte- riemodule 1 in unterschiedlichsten Kombinationen zu jeweiligen Varianten von Traktionsbatterien zu kombinieren. Dadurch, dass die Batteriemodule 1 für sich genommen schon flüssigkeitsdicht ausgebildet sind, muss die aus den Batteriemodulen 1 zusammengestellte Traktionsbatterie nicht noch einmal aufwendig abgedichtet werden.

Claims

PATENTANSPRÜCHE:
Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen (24), mit mehreren, jeweilige Batteriezellen (2) umfassenden Batteriemodulen (1 ), welche modular zu unterschiedlichen Varianten von Traktionsbatterien elektrisch miteinander verschaltbar sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriemodule (1 ) jeweils ein Modulgehäuse (7, 17) aufweisen, in welchen die jeweiligen Batteriezellen (2) flüssigkeitsdicht angeordnet sind;
die Batteriemodule (1 ) jeweils eine mechanische Schnittstelle aufweisen, mittels welcher die Batteriemodule (1 ) an einer Unterseite (25) eines Kraftfahrzeugs (24) befestigbar sind.
Baukastensystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Modulgehäuse (7, 17) integrierte Kühlkanäle (8) und zumindest einen Kühlmediumanschluss (19) für ein Kühlmedium zum Kühlen der Batteriezellen (2) aufweisen.
Baukastensystem nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Baukastensystem Kühlmittelleitungen (21 ) mit Steckverbindungen (22) aufweist, welche kompatibel mit den Kühlmediumanschlüssen (19) der Batteriemodule (1 ) sind.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriemodule (1 ) jeweilige Datenschnittstellen zum Überwachen von zumindest einem Betriebsparameter der Batteriezellen (2) aufweisen.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriemodule (!) jeweils eine Abschirmung für eine elektromagnetische Verträglichkeit aufweisen.
6. Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule (1 ) jeweilige Verbindungsstellen (3) aufweisen, mittels welchen die Batteriemodule (1 ) zumindest mittelbar elektrisch miteinander koppelbar sind.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriemodule (1 ) mittels ihrer mechanischen Schnittstellen derart an der Unterseite (25) eines Kraftfahrzeugs (24) befestig bar sind, dass die Batteriemodule (1 ) ab einer vorgegeben Krafteinwirkung in Richtung der Krafteinwirkung relativ zum Kraftfahrzeug (24) beweglich sind.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
die Modulgehäuse einen Gehäusemantel (7) und zwei Gehäusedeckel (17) aufweisen.
Baukastensystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
der Gehäusemantel (7) ein Strangpressteil ist und die Gehäusedeckel (17) Spritzgussteile sind.
Kraftfahrzeug (24) mit mehreren Batteriemodulen (1 ) eines Baukastensystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodule (1 ) mit ihren mechanischen Schnittstellen an einer Unterseite (25) des Kraftfahrzeugs (24) befestigt sind.
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