WO2023031356A1 - Traction battery unit - Google Patents

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WO2023031356A1
WO2023031356A1 PCT/EP2022/074382 EP2022074382W WO2023031356A1 WO 2023031356 A1 WO2023031356 A1 WO 2023031356A1 EP 2022074382 W EP2022074382 W EP 2022074382W WO 2023031356 A1 WO2023031356 A1 WO 2023031356A1
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WO
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battery
strut
battery unit
traction battery
traction
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/074382
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alexander GÜNTHER
Original Assignee
Kirchhoff Automotive Deutschland Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • 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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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane

Definitions

  • the invention relates to a traction battery unit for an electrically powered motor vehicle, comprising a multiplicity of battery cells which are arranged between a base part and a cover part and comprising at least one load-bearing strut arranged between the base part and cover part.
  • a large power capacity is required for driving motor vehicles by means of electric power. In an electric vehicle, this is stored in a large number of battery cells that are electrically connected together.
  • Battery modules are known in the prior art, which include a large number of battery cells. Battery modules also have connection options for connecting the battery module to a traction battery housing and are designed to hold the plurality of battery cells. However, a single battery module is not enough to power an electric vehicle. For this reason, several battery modules are arranged in a battery housing provided for this purpose.
  • the battery housing itself comprises a base part and a cover part, between which the battery modules are arranged.
  • the traction battery unit is typically attached to the vehicle under the vehicle cab, forming a floor.
  • the battery housing itself is designed to be rigid and crash-proof.
  • the housing typically includes a peripheral frame and one or more load-bearing struts between the base part and the cover part, so that a compartment is provided.
  • the battery modules are inserted into this compartment and connected to the struts with screw connections.
  • between the at least one load-bearing strut of the battery housing and cavities are arranged in the battery modules screwed to the strut in order to provide deformation paths for the strut.
  • a disadvantage of this prior art is the high weight of the battery housing due to the necessary rigid structure.
  • a number of welds are necessary to construct the battery housing and make it rigid. These welds must be checked individually in order to meet the tightness requirements. This results in a high installation effort. It is also desirable when fewer bulky parts are required to construct a traction battery pack in order to maximize the space in which battery cells can be carried and also to simplify logistics.
  • the object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art mentioned above.
  • a traction battery unit which integrally accommodates the individual battery cells and uses them in a resource-saving manner due to structures that are already present.
  • the individual battery cells which in the prior art are connected together to form battery modules and are installed in a separate housing in the battery housing, are materially connected to one another in significantly larger numbers than in the battery modules - around 15 to 30 - at least two, typically more (e.g. six, eight or even 16 packages) and built into solid blocks in this way.
  • Such a battery pack is equipped with a load-bearing strut on at least one side, the strut being attached to the battery pack at least in as materially connected.
  • Gluing is preferred for the material connection. It is not necessary to glue the battery cells to one another or the battery pack to the load-bearing structure over the entire surface; it is sufficient if about 20 - 50% of the surface is glued.
  • the strut is then bordered on both sides by battery packs, at least in sections. A high axial force can be introduced into this strut, whereby it is insensitive to buckling due to the bearing on both sides.
  • the battery pack is arranged between two load-bearing struts and is connected to them in a materially bonded manner.
  • the two load-bearing struts are positioned opposite one another such that the battery pack is located between the struts.
  • the battery packs are materially connected to a load-bearing structure made of struts.
  • the load-bearing structure then extends from one side of the traction battery unit to the other. Any external force acting on the traction battery unit is passed through in this way. By directing the forces, they are dissipated through a large number of battery cells and other load-bearing structures in the traction battery unit, so that the force acting on an individual battery cell remains so small that it is not damaged.
  • part of the battery module is a frame surrounding the battery packs.
  • the frame is preferably formed from a plurality of frame parts which are connected to the at least one strut, typically welded to it. Provision can preferably be made for frame parts to be arranged between two struts and connected, preferably welded, to the struts. Provision can also be made for the frame parts arranged between the two struts to be set back in relation to the outer end of the struts. The struts then project further in the direction of the side edge of the traction battery unit than the frame parts and in this way additionally stiffen the entire unit.
  • the frame surrounding the battery packs faces the outside of the traction battery unit and can divert a force acting on the traction battery unit from the outside or initiate it into the struts, which point in the direction of the acting force with their longitudinal direction.
  • a battery cell-free space between the battery packs formed by the battery cells and the frame This can be filled with shock-absorbing materials or designed as a cavity.
  • the end section of the strut pointing outwards can be designed as a crash box, which can dissipate energy in the event of a crash.
  • the strut can be designed as a hollow chamber profile.
  • Such an outstanding strut provides support for the Rocker, which increases its stability and further weight savings can be realized. Buckling of the strut is counteracted by the flat contact with the battery pack; in this case, the battery pack supports the strut over a large part of its length.
  • the frame can protrude beyond the battery packs formed from the battery cells, together with any contacting application for electrically connecting the battery cells. Its upper end is then higher than the upper end of the battery cells to be protected.
  • the battery packs can be cast within the frame with an insulating compound, with the frame preventing the liquid insulating compound from flowing away. In this way, the packages can be cast together with the strut and the contacting application.
  • the load-bearing strut can also protrude beyond the bottom of the battery cell in the direction of the bottom part in order to provide collision protection.
  • the insulating compound can have a fire protection additive so that, in the event of a fire, a fire is prevented from spreading, in particular in the direction of the vehicle cabin. As a result, no separate fire protection needs to be provided, so that manufacturing costs and the process time are reduced.
  • the battery cells are typically constructed in an elongated, cuboid shape. Provision is preferably made for the battery cells to be aligned with their longitudinal extent parallel to the strut, which is at least partially bonded to the corresponding battery pack. In this way, inflation of the batteries, which is applied as a mechanical load by charging and discharging the batteries, is prevented. In this connection it can also be provided that the battery packs are clamped by the strut and the frame surrounding the battery packs.
  • the battery cells are oriented with their contact terminals pointing up or down to form a battery pack. This facilitates the necessary electrical contacting of the battery cells.
  • the battery cells are aligned with their longitudinal extent transverse to the longitudinal direction of the vehicle.
  • the traction battery unit is already secured by the vehicle body against a frontal or rear-end crash, wherein preferably only load paths are required, which absorb or transmit the corresponding forces.
  • the side crash is particularly important for the crash behavior.
  • the battery cells are arranged in one plane, and therefore not one above the other.
  • the base part and/or the cover part can be deep-drawn components.
  • the cover part and/or the base part can provide side walls for the traction battery unit, so that no additional components have to be connected to the base part and/or the cover part, in particular not by a welding process.
  • the tightness of the traction battery unit can be established without any problems. If the bottom part and / or cover part represents the side walls, it only has to be on the A seal may be provided at the interface between the base part and the cover part in order to protect the interior of the housing of the traction battery unit thus formed.
  • the parts of the traction battery unit forming the housing can be made of soft sheet metal.
  • the rigidity of the traction battery unit as a whole is achieved through the material connection between the battery cells and the load-bearing strut. In this way, assembly is also simplified, since the parts forming the housing can be drawn accordingly if there is a deviation from the nominal size.
  • embossings can be formed in the floor part to form a collision protection.
  • These are preferably designed to have a continuous curvature in the z-direction of the vehicle (upward direction), so that in the z-direction the embossing provides a high section modulus at those points at which the load-bearing strut, connected to the battery packs, or the Frame is arranged, while in the areas in between in the manner of an inverted bridge, the moment of resistance is designed to be lower in order to derive the forces in the load-bearing strut or the frame in the event of a collision.
  • the traction battery unit can have a cooling module that makes direct contact with the battery cells.
  • the cooling module can be formed from one or more cooling plates that are connected accordingly.
  • no gap filler, such as a thermally conductive paste, to compensate for any distance between the base part and the battery module is required over long distances.
  • the battery cells can be built directly on the cooling module, so that a heat-conducting layer is only necessary due to the roughness of the material and/or embossing in the cooling module.
  • Fig. 2 a battery cell
  • Fig. 3 a sectional side view through an assembled traction battery unit
  • Fig. 4 a detailed view of Figure 4
  • Fig. 5 a further sectional side view through an assembled traction battery unit in a different section than in figure 3.
  • FIG. 1 shows an exploded view of a traction battery unit 101, comprising a cover part 102 and a base part 103 that can be connected to the cover part 102. Between the cover part 102 and the base part 103 are a large number of battery cells (in Figure 1, only three are marked with reference numeral 104 as an example) which cohesively with one another, here by gluing, to form battery packs 105 (likewise only a few are identified as examples in FIG. 1). Each battery pack 105 is materially connected to at least one strut 106 at least in sections.
  • two adjacent battery packs 105.1, 105.2 are separated from one another by a load-bearing strut 106.
  • a battery pack 105.2 is also bordered on both sides by a load-bearing strut 106, 106.1 on opposite sides and is connected to the two struts at least in sections with a material bond, here also by gluing.
  • the struts 106, 106.1 direct an external force acting on the traction battery unit 101 into the depth of the arrangement of the battery packs 105 and are thus supported on a large number of battery cells 104.
  • another load-bearing strut 107 is provided, which is also integrally connected to the adjacent battery cells 104 and thus to the battery packs 105.1 and 105.3.
  • the strut 107 is not integrally connected to the battery packs 105.1 and 105.3, but merely contacts the battery packs 105.1, 105.3, possibly under pretension.
  • a large number of battery packs 105 here eight battery packs, are connected to one another in this way, separated by corresponding struts 106, 106.1, 107 and thus form a battery module overall.
  • frame parts 108 (only two shown as examples in FIG. 1) are arranged between the struts 106, 106.1, so that overall an external frame enclosing the eight battery packs 105 is formed.
  • the frame parts 108 are materially connected to the struts 106, 107, in this case as part of a welding process, although a screw connection would be possible.
  • a secure skeleton of load-bearing structures is provided, which is securely connected to one another by the material connection. Due to the additional support of the battery cells 104 by the corresponding form fit relative to the skeleton, an extremely stiff, block-like traction battery unit is provided overall.
  • Frame 108 may include clearances for cooling lines or other components.
  • Two cooling modules 109 formed from four cooling plates, are arranged directly contacting the battery cells 104 on the underside. Through direct contact between the cooling module 109 and the battery cells 104, the battery cells 104 can be effectively cooled without also having to cool the housing, for example the base part 103, as well.
  • Such a battery module as described above is installed twice in the traction battery unit 101, as can be seen in the figure.
  • FIG. 2 shows a standard battery cell 104 in a detailed view. This is cuboid.
  • the battery cells 104 in FIG. 1 are aligned parallel to the longitudinal extent of the strut 106 with their longitudinal extension (indicated by reference numeral 110 in FIG. 2).
  • the housing of the battery cell 104 is made from an aluminum alloy and has a wall thickness of approximately 0.6-1 mm. If two battery cells 104 lying next to one another are materially bonded to one another with an adhesive (0.5 mm) in between, this results in a wall approximately 2.5 mm wide which, parallel to the load-bearing structures 106, 107, can absorb forces providing a large moment of resistance . By distributing any forces introduced into the traction battery unit 101 over a large number of battery cells 104, all of the battery cells 104 are secured overall.
  • FIG. 3 shows a side view of a cross section through the traction battery unit 101 described above.
  • the strut 106 can be seen in a sectional view. Provision is made for the strut 106 to be designed as a hollow chamber component in order to save weight (several hollow chambers are identified by reference numerals 1 1 1). Battery cells (not shown) are materially connected to the front and rear of the strut 106 .
  • the strut 106 by means of screws (in Figure 3, only a single reference numeral 1 12 recognizable) with a on the Bottom part 103 screwed on welded screw plate 1 12a.
  • cooling module 109 here designed as a cooling plate; this is shown in an enlarged representation in FIG.
  • the heat sink is formed by two metal sheets which are spaced apart from one another and provided with embossing, which conduct a cooling liquid through the hollow space formed in this way.
  • the cavities 11 1 of the strut 106 are open at the bottom, so that the strut 106 stands up on the cooling module 109 with only very narrow webs. In this way, the cooling capacity of the cooling module is not unnecessarily introduced into the strut 106, but exclusively into the battery cells.
  • the cooling module 109 has cutouts in areas in which the strut 106 extends through the cooling module 109, for example at the screw connection 112/112a, in order to reduce direct contact between the cooling module and the strut 106 to a minimum.
  • the strut 106 also has areas of reduced cross-section in connection areas to the base part 103 in order to minimize heat transfer between the housing and the battery module.
  • the base part 103 is screwed to the cover part 102, forming a flange 113.
  • Both the cover part 102 and the base part 103 are made of deep-drawn sheet steel and form sections of the side walls 1 14.1, 1 14.2 of the housing. In this way, a seal must only be provided in the flange 113 formed from the cover part 102 and the base part 103 . This simplifies assembly.
  • Both the housing formed by the cover part 102 and the base part 103 and the side walls 114.1, 114.2 and the battery packs 105 formed by the battery cells 104 are arranged by the frame surrounding the battery packs 105, within the frame formed by the cover part 102 and the base part 103 housing, stiffened. These frame parts cannot be seen in this view, but are shown in the Transit area 1 15 connected.
  • the strut 106 protrudes beyond the frame part to be connected in the direction of the side wall 114.1, thus in the direction of the lateral force to be introduced, and is thus additionally supported on the base part 103 via a wide lever arm.
  • the traction battery unit 101 can be screwed to the underside of a vehicle body, not shown, by means of the screws 116 passing through the frame 108 and the struts (not shown in FIG. 3).
  • FIG 5 shows another cross section through the traction battery unit 101 shown in Figure 1. Shown are a variety of battery cells 104, assembled into a battery pack 105.
  • the battery pack 105 is surrounded by two load-bearing struts 106, 106.1, which are connected by screws 116.1, 1 16.2 to the Connecting the traction battery unit 101 are used on a vehicle body, not shown.
  • the cooling module 109 which is designed as a cooling plate and contacts the battery cells 104 from below, can also be seen.
  • the base part 103 of the traction battery unit 101 has collision protection.
  • bridge-shaped supports are introduced into the bottom part 103, each having its greatest depth T in the area of the struts 106, 106.1. In the area in between, the depth T decreases continuously until it has its smallest depth halfway between the two struts 106, 106.1.
  • impacts acting from the outside are safely diverted to the stable load-bearing struts 106, 106.1.

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Abstract

The invention relates to a traction battery unit (101) for an electrically driven motor vehicle, comprising a plurality of battery cells (104), which are arranged between a base part (103) and a cover part (102), and comprising at least one load-bearing brace (106, 106.1, 107), which is arranged between the base part (103) and the cover part (102). The invention is characterized in particular in that respective adjacent battery cells (104) are at least partly bonded together in order to form a battery pack (105, 105.1, 105.2, 105.3), and the battery pack is at least partly bonded to the at least one load-bearing brace (106, 106.1, 107) so as to form at least one battery module.

Description

Traktionsbatterieeinheit traction battery unit
Die Erfindung betrifft eine Traktionsbatterieeinheit für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Vielzahl an Batteriezellen, welche zwischen einem Bodenteil und einem Deckelteil angeordnet sind und umfassend zumindest eine lasttragende Strebe, angeordnet zwischen Bodenteil und Deckelteil. The invention relates to a traction battery unit for an electrically powered motor vehicle, comprising a multiplicity of battery cells which are arranged between a base part and a cover part and comprising at least one load-bearing strut arranged between the base part and cover part.
Zum Antreiben von Kraftfahrzeugen mittels elektrischer Energie wird eine große Energiekapazität benötigt. Diese wird bei einem Elektrofahrzeug in einer großen Anzahl an Batteriezellen gespeichert, die elektrisch zusammen verschaltet sind. A large power capacity is required for driving motor vehicles by means of electric power. In an electric vehicle, this is stored in a large number of battery cells that are electrically connected together.
Im Stand der Technik sind Batteriemodule bekannt, die eine Vielzahl an Batteriezellen umfassen. Batteriemodule weisen zudem Anschlussmöglichkeiten zum Anschließen des Batteriemoduls an ein Traktionsbatteriegehäuse auf und sind dazu ausgelegt, die Vielzahl der Batteriezellen zu halten. Ein einzelnes Batteriemodul reicht jedoch nicht aus, um ein elektrisches Fahrzeug anzutreiben. Aus diesem Grunde sind mehrere Batteriemodule in einem dafür bereitgestellten Batteriegehäuse angeordnet. Battery modules are known in the prior art, which include a large number of battery cells. Battery modules also have connection options for connecting the battery module to a traction battery housing and are designed to hold the plurality of battery cells. However, a single battery module is not enough to power an electric vehicle. For this reason, several battery modules are arranged in a battery housing provided for this purpose.
Das Batteriegehäuse selbst umfasst ein Bodenteil und ein Deckelteil, zwischen denen die Batteriemodule angeordnet sind. Die Traktionsbatterieeinheit ist typischerweise unter der Fahrzeugkabine, einen Boden bildend, an dem Fahrzeug befestigt. The battery housing itself comprises a base part and a cover part, between which the battery modules are arranged. The traction battery unit is typically attached to the vehicle under the vehicle cab, forming a floor.
Um die Crashsicherheit der Traktionsbatterieeinheit zu gewährleisten, ist das Batteriegehäuse selbst steif und crashsicher ausgelegt. Hierzu umfasst das Gehäuse typischerweise einen umlaufenden Rahmen sowie eine oder mehrere lasttragende Streben zwischen Bodenteil und Deckelteil, sodass ein Gefache bereitgestellt wird. In dieses Gefache sind die Batteriemodule eingesetzt und an den Streben durch Schraubverbindungen angeschlossen. Um die Batteriemodule während eines Crashs zu schützen, sind zwischen der zumindest einen lasttragenden Strebe des Batteriegehäuses und den an die Strebe angeschraubten Batteriemodulen Hohlräume angeordnet, um Deformationswege für die Strebe bereitzustellen. In order to ensure the crash safety of the traction battery unit, the battery housing itself is designed to be rigid and crash-proof. For this purpose, the housing typically includes a peripheral frame and one or more load-bearing struts between the base part and the cover part, so that a compartment is provided. The battery modules are inserted into this compartment and connected to the struts with screw connections. In order to protect the battery modules during a crash, between the at least one load-bearing strut of the battery housing and cavities are arranged in the battery modules screwed to the strut in order to provide deformation paths for the strut.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist das hohe Gewicht des Batteriegehäuses durch den notwendigen steifen Aufbau. Zudem sind etliche Schweißnähte notwendig, um das Batteriegehäuse aufzubauen und steif auszubilden. Diese Schweißnähte müssen, um den Dichtigkeitsanforderungen zu genügen, einzeln geprüft werden. Dies mündet in einem hohen Montageaufwand. Auch ist es wünschenswert, wenn weniger raumeinnehmende Teile zum Aufbau einer Traktionsbatterieeinheit benötigt werden, um den Raum, in dem Batteriezellen mitgeführt werden können, zu maximieren und zudem die Logistik zu vereinfachen. A disadvantage of this prior art is the high weight of the battery housing due to the necessary rigid structure. In addition, a number of welds are necessary to construct the battery housing and make it rigid. These welds must be checked individually in order to meet the tightness requirements. This results in a high installation effort. It is also desirable when fewer bulky parts are required to construct a traction battery pack in order to maximize the space in which battery cells can be carried and also to simplify logistics.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorstehend genannten Nachteile des Standes der Technik zu überwinden. The object of the invention is to overcome the disadvantages of the prior art mentioned above.
Gelöst wird diese Aufgabe durch eine eingangs genannte, gattungsgemäße Traktionsbatterieeinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1 . This object is achieved by a generic traction battery unit mentioned at the outset with the features of claim 1 .
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung. Advantageous configurations emerge from the dependent claims and the description.
Entgegen dem Stand der Technik wird mit dieser Erfindung eine Traktionsbatterieeinheit vorgeschlagen, welche die einzelnen Batteriezellen integral aufnimmt und durch ohnehin vorhandene Strukturen ressourcenschonend nutzt. Die einzelnen Batteriezellen, die im Stand der Technik zu Batteriemodulen zusammengeschaltet und in einem eigenen Gehäuse in das Batteriegehäuse eingebaut wurden, werden gemäß dem Erfindungsgedanken in wesentlich größerer Zahl als in den Batteriemodulen miteinander stoffschlüssig verbunden - etwa 15 bis 30 -, zu zumindest zwei, typischerweise mehr (beispielsweise sechs, acht oder sogar 16 Paketen) zusammengestellt und auf diese Weise zu festen Blöcken verbaut. Ein solches Batteriepaket wird an zumindest einer Seite mit einer lasttragenden Strebe ausgestattet, wobei die Strebe an dem Batteriepaket zumindest abschnitts- weise stoffschlüssig angeschlossen ist. Ein Batteriepaket, zumindest abschnittsweise stoffschlüssig mit einer Strebe verbunden, bildet ein Batteriemodul. Contrary to the prior art, a traction battery unit is proposed with this invention, which integrally accommodates the individual battery cells and uses them in a resource-saving manner due to structures that are already present. According to the idea of the invention, the individual battery cells, which in the prior art are connected together to form battery modules and are installed in a separate housing in the battery housing, are materially connected to one another in significantly larger numbers than in the battery modules - around 15 to 30 - at least two, typically more (e.g. six, eight or even 16 packages) and built into solid blocks in this way. Such a battery pack is equipped with a load-bearing strut on at least one side, the strut being attached to the battery pack at least in as materially connected. A battery pack, at least partially bonded to a strut, forms a battery module.
Man macht sich somit den Umstand zunutze, dass die einzelnen Batteriezellen ohnehin über ein typischerweise metallenes Gehäuse, etwa aus einer Aluminium- oder Stahllegierung, verfügen, welches bereits eine gewisse Stabilität aufweist. Durch das stoffschlüssige Verbinden dieser Gehäuse wird insgesamt ein extrem steifes, blockartiges Batteriepaket gebildet. Durch das zusätzliche stoffschlüssige Anschließen der Strebe an das Batteriepaket wird ein entsprechender Lastpfad gebildet, durch den die Kräfte gleichmäßig in das Batteriepaket eingebracht werden können. One thus takes advantage of the fact that the individual battery cells in any case have a typically metal housing, for example made of an aluminum or steel alloy, which already has a certain stability. As a result of the integral connection of these housings, an extremely stiff, block-like battery pack is formed overall. Due to the additional integral connection of the strut to the battery pack, a corresponding load path is formed, through which the forces can be introduced evenly into the battery pack.
Zum stoffschlüssigen Verbinden wird ein Kleben bevorzugt. Dabei ist es nicht notwendig, die Batteriezellen untereinander bzw. das Batteriepaket mit der lasttragenden Struktur vollflächig zu verkleben; es reicht aus, wenn etwa 20 - 50 % der Fläche verklebt sind. Gluing is preferred for the material connection. It is not necessary to glue the battery cells to one another or the battery pack to the load-bearing structure over the entire surface; it is sufficient if about 20 - 50% of the surface is glued.
Es kann vorgesehen sein, dass zur Ausbildung des Batteriemoduls zwischen zwei Batteriepaketen eine lasttragende Strebe angeordnet und die zu dieser Strebe weisenden Batteriezellen zumindest abschnittsweise mit dieser Strebe stoffschlüssig verbunden sind. Die Strebe ist dann beidseitig durch Batteriepakete zumindest abschnittsweise eingefasst. In diese Strebe kann eine hohe axiale Kraft eingeleitet werden, wobei sie durch die beidseitige Lagerung unempfindlich gegenüber einem Knicken ist. Provision can be made for a load-bearing strut to be arranged between two battery packs in order to form the battery module, and for the battery cells pointing to this strut to be materially connected to this strut at least in sections. The strut is then bordered on both sides by battery packs, at least in sections. A high axial force can be introduced into this strut, whereby it is insensitive to buckling due to the bearing on both sides.
Ergänzend oder alternativ kann zur Ausbildung des Batteriemoduls vorgesehen sein, dass das Batteriepaket zwischen zwei lasttragenden Streben angeordnet und mit diesen stoffschlüssig verbunden ist. Typischerweise sind die zwei lasttragenden Streben gegenüberliegend angeordnet, sodass das Batteriepaket zwischen den Streben angeordnet ist. Hierdurch ist ein einfaches und sicheres Montieren des Batteriemoduls gegeben, da dieses an beiden Seiten mittels der Strebe an das Batteriemodul abstützende Strukturen angeschlossen werden kann. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Batteriepakete stoffschlüssig an einer lasttragenden Struktur aus Streben angeschlossen sind. Die lasttragende Struktur erstreckt sich dann von der einen Seite der T raktionsbatterieeinheit zu der anderen. Eine etwaige, auf die Traktionsbatterieeinheit von außen einwirkende Kraft wird auf diese Weise hindurchgeleitet. Durch das Hindurchleiten der Kräfte werden diese durch eine Vielzahl an Batteriezellen und anderen lasttragenden Strukturen in der Traktionsbatterieeinheit abgeleitet, sodass die einwirkende Kraft auf eine einzelne Batteriezelle so gering verbleibt, dass diese nicht beschädigt wird. In addition or as an alternative, it can be provided for the formation of the battery module that the battery pack is arranged between two load-bearing struts and is connected to them in a materially bonded manner. Typically, the two load-bearing struts are positioned opposite one another such that the battery pack is located between the struts. This allows the battery module to be installed easily and securely, since it can be connected to structures supporting the battery module on both sides by means of the strut. It is preferably provided that the battery packs are materially connected to a load-bearing structure made of struts. The load-bearing structure then extends from one side of the traction battery unit to the other. Any external force acting on the traction battery unit is passed through in this way. By directing the forces, they are dissipated through a large number of battery cells and other load-bearing structures in the traction battery unit, so that the force acting on an individual battery cell remains so small that it is not damaged.
In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass Teil des Batteriemoduls ein die Batteriepakete umgebender Rahmen ist. Der Rahmen ist bevorzugt aus mehreren Rahmenteilen gebildet, die an die zumindest eine Strebe angeschlossen, typischerweise mit dieser verschweißt ist. So kann bevorzugt vorgesehen sein, dass zwischen zwei Streben Rahmenteile angeordnet und mit den Streben verbunden, bevorzugt verschweißt sind. So kann auch vorgesehen sein, dass die zwischen den beiden Streben angeordneten Rahmenteile gegenüber dem äußeren Abschluss der Streben zurückversetzt sind. Die Streben ragen dann weiter in Richtung Seitenrand der Traktionsbatterieeinheit als die Rahmenteile und versteifen auf diese Weise die gesamte Einheit zusätzlich. Der die Batterie pakete umgebende Rahmen weist zur Außenseite der Traktionsbatterieeinheit und kann eine von außen auf die Traktionsbatterieeinheit einwirkende Kraft ableiten beziehungsweise in die Streben, die in Richtung der einwirkenden Kraft mit ihrer Längsrichtung weisen, einleiten. Um einen Deformationsweg zwischen Rahmen und Batteriepaket zu ermöglichen, kann vorgesehen sein, dass zwischen den durch die Batteriezellen gebildeten Batterie pakete und dem Rahmen ein batteriezellenfreier Raum ist. Dieser kann mit stoßabsorbierenden Materialien gefüllt oder als Hohlraum ausgebildet sein. In a further development it is provided that part of the battery module is a frame surrounding the battery packs. The frame is preferably formed from a plurality of frame parts which are connected to the at least one strut, typically welded to it. Provision can preferably be made for frame parts to be arranged between two struts and connected, preferably welded, to the struts. Provision can also be made for the frame parts arranged between the two struts to be set back in relation to the outer end of the struts. The struts then project further in the direction of the side edge of the traction battery unit than the frame parts and in this way additionally stiffen the entire unit. The frame surrounding the battery packs faces the outside of the traction battery unit and can divert a force acting on the traction battery unit from the outside or initiate it into the struts, which point in the direction of the acting force with their longitudinal direction. In order to allow a deformation path between the frame and the battery pack, it can be provided that there is a battery cell-free space between the battery packs formed by the battery cells and the frame. This can be filled with shock-absorbing materials or designed as a cavity.
Ragt die Strebe in Richtung Seitenrand der Traktionsbatterieeinheit gegenüber dem Rahmenteil in Richtung des Seitenrandes der Traktionsbatterieeinheit hervor, kann der nach außen weisende Endabschnitt der Strebe als Crashbox ausgebildet sein, welche im Crashfall Energie abbauen kann. Insbesondere hierfür kann die Strebe als Hohlkammerprofil ausgebildet sein. Weiterhin bewirkt so eine hervor ragende Strebe eine Abstützung des Schwellers, wodurch dessen Stabilität erhöht wird und eine weitere Gewichtseinsparung realisiert werden kann. Ein Ausknicken der Strebe ist durch den flächigen Kontakt mit dem Batteriepaket entgegengewirkt; das Batteriepaket stützt die Strebe in diesem Fall über einen Großteil ihrer Länge ab. If the strut protrudes in the direction of the side edge of the traction battery unit in relation to the frame part in the direction of the side edge of the traction battery unit, the end section of the strut pointing outwards can be designed as a crash box, which can dissipate energy in the event of a crash. For this purpose in particular, the strut can be designed as a hollow chamber profile. Furthermore, such an outstanding strut provides support for the Rocker, which increases its stability and further weight savings can be realized. Buckling of the strut is counteracted by the flat contact with the battery pack; in this case, the battery pack supports the strut over a large part of its length.
Der Rahmen kann die aus den Batteriezellen gebildeten Batterie pakete nebst einer etwaigen Kontaktierungsapplikation zum elektrischen Verschalten der Batteriezellen überragen. Sein oberer Abschluss ist dann höher als der obere Abschluss der zu schützenden Batteriezellen. Auf diese Weise können die Batteriepakete innerhalb des Rahmens mit einer Isoliermasse vergossen werden, wobei der Rahmen ein Wegfließen der flüssigen Isoliermasse verhindert. So können die Pakete zusammen mit der Strebe als auch der Kontaktierungsapplikation vergossen werden. The frame can protrude beyond the battery packs formed from the battery cells, together with any contacting application for electrically connecting the battery cells. Its upper end is then higher than the upper end of the battery cells to be protected. In this way, the battery packs can be cast within the frame with an insulating compound, with the frame preventing the liquid insulating compound from flowing away. In this way, the packages can be cast together with the strut and the contacting application.
Auch kann vorgesehen sein, dass der Rahmen in Richtung des Bodenteils den Boden der Batteriezelle überragt, bevorzugt das Bodenteil kontaktierend. Auf diese Weise wird eine nach unten geschlossene Wanne bereitgestellt, in die die Isoliermasse eingebracht werden kann. Zudem kann hierdurch auch ein Auffahrschutz bereitgestellt werden. Provision can also be made for the frame to protrude beyond the bottom of the battery cell in the direction of the bottom part, preferably contacting the bottom part. In this way, a trough closed at the bottom is provided, into which the insulating compound can be introduced. In addition, this can also be used to provide collision protection.
So kann auch die lasttragende Strebe den Boden der Batteriezelle in Richtung des Bodenteils überragen, um einen Auffahrschutz bereitzustellen. The load-bearing strut can also protrude beyond the bottom of the battery cell in the direction of the bottom part in order to provide collision protection.
Durch das Vergießen der Batteriezellen mit der Kontaktierungsapplikation muss in Bezug auf für die restlichen Bauteile der Traktionsbatterieeinheit - etwa dem Deckelteil oder dem Bodenteil - nicht die ansonsten erforderliche Sauberkeit gegeben sein; die elektrischen Kontakte sind durch die Isoliermasse bereits elektrisch isoliert. By encapsulating the battery cells with the contacting application, the cleanliness that would otherwise be required for the remaining components of the traction battery unit—such as the cover part or the base part—does not have to be provided; the electrical contacts are already electrically insulated by the insulating compound.
Die Isoliermasse kann einen Brandschutzzusatz aufweisen, damit in einem Brandfall ein Ausbreiten eines Feuers insbesondere in Richtung der Fahrzeugkabine verhindert wird. Hierdurch muss kein separater Brandschutz vorgesehen sein, sodass Herstellkosten und die Prozesszeit verringert werden. Die Batteriezellen sind typischerweise in einer länglichen, quaderförmigen Form aufgebaut. Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Batteriezellen mit ihrer Längserstreckung parallel zu der Strebe ausgerichtet sind, die mit dem entsprechenden Batteriepaket zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist. Auf diese Weise wird einem Aufblähen der Batterien, welches durch Ladung und Entladung der Batterien als mechanische Last aufgebracht wird, verhindert. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass die Batterie pakete durch die Strebe und den die Batterie pakete umgebenden Rahmen eingespannt sind. The insulating compound can have a fire protection additive so that, in the event of a fire, a fire is prevented from spreading, in particular in the direction of the vehicle cabin. As a result, no separate fire protection needs to be provided, so that manufacturing costs and the process time are reduced. The battery cells are typically constructed in an elongated, cuboid shape. Provision is preferably made for the battery cells to be aligned with their longitudinal extent parallel to the strut, which is at least partially bonded to the corresponding battery pack. In this way, inflation of the batteries, which is applied as a mechanical load by charging and discharging the batteries, is prevented. In this connection it can also be provided that the battery packs are clamped by the strut and the frame surrounding the battery packs.
Typischerweise sind die Batteriezellen ein Batteriepaket bildend mit ihren Kontaktanschlüssen nach oben oder nach unten weisend ausgerichtet. Dies erleichtert die notwendige elektrische Kontaktierung der Batteriezellen. Typically, the battery cells are oriented with their contact terminals pointing up or down to form a battery pack. This facilitates the necessary electrical contacting of the battery cells.
Weiters kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen mit ihrer Längserstreckung quer zur Fahrzeuglängsrichtung ausgerichtet sind. Die Traktionsbatterieeinheit ist durch den Fahrzeugaufbau gegenüber einem Frontal- bzw. Heckcrash ohnehin gesichert, wobei dabei bevorzugt lediglich Lastpfade erforderlich sind, welche die entsprechenden Kräfte aufnehmen bzw. weiterleiten. Insbesondere ist in vorliegender Einbausituation daher für das Crashverhalten vor allem der Seitencrashfall von Bedeutung. Durch die Ausrichtung der Batteriezellen in Seitencrashrichtung wird die den Batteriezellen innenwohnende Steifigkeit, begründet durch ihr großes Widerstandsmoment in Längserstreckungsrichtung, optimal für diesen Fall ausgenutzt. Furthermore, it can be provided that the battery cells are aligned with their longitudinal extent transverse to the longitudinal direction of the vehicle. The traction battery unit is already secured by the vehicle body against a frontal or rear-end crash, wherein preferably only load paths are required, which absorb or transmit the corresponding forces. In the present installation situation, the side crash is particularly important for the crash behavior. By aligning the battery cells in the side crash direction, the inherent rigidity of the battery cells, due to their large moment of resistance in the longitudinal direction, is optimally utilized for this case.
Um den Aufbau der Traktionsbatterieeinheit so flach wie möglich zu gestalten, kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen in einer Ebene, mithin nicht übereinander, angeordnet sind. In order to make the structure of the traction battery unit as flat as possible, it can be provided that the battery cells are arranged in one plane, and therefore not one above the other.
Das Bodenteil und/oder das Deckelteil können tiefgezogene Bauteile sein. Auf diese Weise können das Deckelteil und/oder das Bodenteil Seitenwände der Traktionsbatterieeinheit bereitstellen, sodass keine zusätzlichen Bauteile mit dem Bodenteil und/oder dem Deckelteil verbunden werden müssen, insbesondere nicht durch ein Schweißverfahren. Die Dichtigkeit der Traktionsbatterieeinheit kann so problemlos hergestellt werden. Stellen Bodenteil und/oder Deckelteil die Seitenwände dar, muss nur an der Schnittstelle zwischen Bodenteil und Deckelteil eine Dichtung vorgesehen sein, um das Innere des so gebildeten Gehäuses der Traktionsbatterieeinheit zu schützen. The base part and/or the cover part can be deep-drawn components. In this way, the cover part and/or the base part can provide side walls for the traction battery unit, so that no additional components have to be connected to the base part and/or the cover part, in particular not by a welding process. The tightness of the traction battery unit can be established without any problems. If the bottom part and / or cover part represents the side walls, it only has to be on the A seal may be provided at the interface between the base part and the cover part in order to protect the interior of the housing of the traction battery unit thus formed.
Die das Gehäuse bildenden Teile der Traktionsbatterieeinheit können aus einem weichen Blech gefertigt sein. Die Steifigkeit der Traktionsbatterieeinheit insgesamt wird durch die stoffschlüssige Verbindung der Batteriezellen untereinander sowie der lasttragenden Strebe erreicht. Auf diese Weise wird auch die Montage vereinfacht, da bei einer etwaigen Abweichung vom Nennmaß die das Gehäuse bildenden Teile entsprechend gezogen werden können. The parts of the traction battery unit forming the housing can be made of soft sheet metal. The rigidity of the traction battery unit as a whole is achieved through the material connection between the battery cells and the load-bearing strut. In this way, assembly is also simplified, since the parts forming the housing can be drawn accordingly if there is a deviation from the nominal size.
In das Bodenteil können zudem tiefgezogene Verprägungen zum Ausbilden eines Auffahrschutzes ausgebildet sein. Diese sind bevorzugt eine kontinuierliche Krümmung in z-Richtung des Fahrzeugs (Hoch-Richtung) aufweisend ausgestaltet, sodass in z-Richtung durch die Verprägung ein hohes Widerstandsmoment an denjenigen Stellen bereitgestellt ist, an denen die lasttragende Strebe, angeschlossen an die Batteriepakete, oder der Rahmen angeordnet ist, während in den Bereichen dazwischen nach Art einer invertierten Brücke das Widerstandsmoment geringer ausgebildet ist, um im Falle eines Auffahrens die Kräfte in die lasttragende Strebe bzw. den Rahmen abzuleiten. In addition, deep-drawn embossings can be formed in the floor part to form a collision protection. These are preferably designed to have a continuous curvature in the z-direction of the vehicle (upward direction), so that in the z-direction the embossing provides a high section modulus at those points at which the load-bearing strut, connected to the battery packs, or the Frame is arranged, while in the areas in between in the manner of an inverted bridge, the moment of resistance is designed to be lower in order to derive the forces in the load-bearing strut or the frame in the event of a collision.
Durch den vorgeschlagenen Aufbau kann die Traktionsbatterieeinheit ein die Batteriezellen unmittelbar kontaktierendes Kühlmodul aufweisen. Das Kühlmodul kann aus ein oder mehreren Kühlblechen, die entsprechend verschaltet sind, gebildet werden. Eine Anordnung des Kühlmoduls an dem von den Batteriezellen beabstandeten Bodenteil dem Batteriegehäuse zugehörig, welches unweigerlich etliche Wärmeverluste mit sich bringt, ist somit nicht mehr erforderlich. Insbesondere ist kein Lückenfüller, etwa eine thermoleitende Paste, einen etwaigen Abstand zwischen Bodenteil und Batteriemodul ausgleichend, über weite Strecken notwendig. Stattdessen können die Batteriezellen unmittelbar auf dem Kühlmodul aufgebaut werden, sodass lediglich durch die Rauheit des Materials und/oder Verprägungen im Kühlmodul eine wärmeleitende Schicht notwendig ist. Je nach Größe des Batteriemoduls bietet es sich für eine einfache Montage an, mehrere Kühlbleche, das Kühlmodul bildend, einzusetzen. Diese können einfach an die Batteriezellen angedrückt werden. Due to the proposed design, the traction battery unit can have a cooling module that makes direct contact with the battery cells. The cooling module can be formed from one or more cooling plates that are connected accordingly. An arrangement of the cooling module on the base part spaced apart from the battery cells belonging to the battery housing, which inevitably entails a number of heat losses, is therefore no longer necessary. In particular, no gap filler, such as a thermally conductive paste, to compensate for any distance between the base part and the battery module is required over long distances. Instead, the battery cells can be built directly on the cooling module, so that a heat-conducting layer is only necessary due to the roughness of the material and/or embossing in the cooling module. Depending on the size of For a simple installation of the battery module, it is advisable to use several cooling plates that form the cooling module. These can simply be pressed onto the battery cells.
Insbesondere, wenn die einzelnen verschalteten Batteriepakete von einer Isoliermasse umgossen sind, ist der Einsatz einer integrierten Kühlung ohne Kurzschlussgefahr im Falle von Leckagen möglich. In particular, if the individually interconnected battery packs are encapsulated in an insulating compound, integrated cooling can be used without the risk of short circuits in the event of leakage.
Die Erfindung wird anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es zeigen: The invention is explained in more detail with reference to the accompanying figures. Show it:
Fig. 1 : eine Explosionsdarstellung einer Traktionsbatterieeinheit, 1: an exploded view of a traction battery unit,
Fig. 2: eine Batteriezelle, Fig. 2: a battery cell,
Fig. 3: eine Schnittseitenansicht durch eine zusammengebaute Traktionsbatterieeinheit, Fig. 3: a sectional side view through an assembled traction battery unit,
Fig. 4: eine Detaildarstellung der Figur 4 und Fig. 4: a detailed view of Figure 4 and
Fig. 5: eine weitere Schnittseitenansicht durch eine zusammengebaute Traktionsbatterieeinheit in einem anderen Abschnitt als in Figur 3. Fig. 5: a further sectional side view through an assembled traction battery unit in a different section than in figure 3.
Figur 1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Traktionsbatterieeinheit 101 , umfassend ein Deckelteil 102 und ein mit dem Deckelteil 102 verbindbares Bodenteil 103. Zwischen Deckelteil 102 und Bodenteil 103 sind eine Vielzahl an Batteriezellen (in Figur 1 nur exemplarisch drei Stück mit Bezugszeichen 104 gekennzeichnet) angeordnet, welche miteinander stoffschlüssig, hier durch Verkleben, zu Batteriepaketen 105 (ebenfalls nur einige beispielhaft in Figur 1 gekennzeichnet) zusammengefasst sind. Jedes Batteriepaket 105 ist mit zumindest einer Strebe 106 zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden. Figure 1 shows an exploded view of a traction battery unit 101, comprising a cover part 102 and a base part 103 that can be connected to the cover part 102. Between the cover part 102 and the base part 103 are a large number of battery cells (in Figure 1, only three are marked with reference numeral 104 as an example) which cohesively with one another, here by gluing, to form battery packs 105 (likewise only a few are identified as examples in FIG. 1). Each battery pack 105 is materially connected to at least one strut 106 at least in sections.
In diesem Ausführungsbeispiel sind zwei benachbarte Batterie pakete 105.1 , 105.2 sind durch eine lasttragende Strebe 106 voneinander getrennt und jeweils mit dieser ebenfalls durch einen Stoffschluss (hier: durch Kleben) verbunden. In this exemplary embodiment, two adjacent battery packs 105.1, 105.2 are separated from one another by a load-bearing strut 106. FIG and in each case also connected to it by a material connection (here: by gluing).
Ein Batteriepaket 105.2 ist zudem beidseitig von jeweils einer lastragenden Strebe 106, 106.1 an gegenüberliegenden Seiten eingefasst und mit beiden Streben zumindest abschnittsweise stoffschlüssig, hier ebenfalls durch Kleben, verbunden. A battery pack 105.2 is also bordered on both sides by a load-bearing strut 106, 106.1 on opposite sides and is connected to the two struts at least in sections with a material bond, here also by gluing.
Die Streben 106, 106.1 leiten eine von außen auf die Traktionsbatterieeinheit 101 einwirkende Kraft in die Tiefe der Anordnung der Batteriepakete 105 und stützen sich so an einer Vielzahl von Batteriezellen 104 ab. The struts 106, 106.1 direct an external force acting on the traction battery unit 101 into the depth of the arrangement of the battery packs 105 and are thus supported on a large number of battery cells 104.
Orthogonal zu den soeben beschriebenen lasttragenden Streben 106, 106.1 ist eine weitere lasttragende Strebe 107 vorgesehen, die ebenfalls stoffschlüssig mit den benachbarten Batteriezellen 104 und damit mit den Batteriepaketen 105.1 und 105.3 verbunden ist. Denkbar ist jedoch, dass die Strebe 107 nicht stoffschlüssig mit den Batteriepaketen 105.1 und 105.3 verbunden ist, sondern die Batterie pakete 105.1 , 105.3 lediglich, ggf. unter Vorspannung, kontaktiert. Orthogonal to the load-bearing struts 106, 106.1 just described, another load-bearing strut 107 is provided, which is also integrally connected to the adjacent battery cells 104 and thus to the battery packs 105.1 and 105.3. However, it is conceivable that the strut 107 is not integrally connected to the battery packs 105.1 and 105.3, but merely contacts the battery packs 105.1, 105.3, possibly under pretension.
Eine Vielzahl von Batteriepaketen 105, hier acht Batterie pakete, sind auf diese Weise, getrennt durch entsprechende Streben 106, 106.1 , 107 miteinander verbunden und bilden so insgesamt ein Batteriemodul. Zusätzlich sind Rahmenteile 108 (in Figur 1 nur zwei beispielhaft eingezeichnet) zwischen den Streben 106, 106.1 angeordnet, sodass insgesamt ein außenseitiger, die acht Batteriepakete 105 einfassender Rahmen gebildet wird. Die Rahmenteile 108 sind stoffschlüssig mit den Streben 106, 107, hier im Rahmen eines Schweißverfahrens, verbunden, wenngleich eine Schraubverbindung möglich wäre. Hierdurch wird ein sicheres Skelett aus lasttragenden Strukturen bereitgestellt, das durch das stoffschlüssige Verbinden sicher miteinander verbunden ist. Durch das zusätzliche Abstützen der Batteriezellen 104 durch den entsprechenden Formschluss gegenüber dem Skelett ist insgesamt eine extrem steife, blockartige Traktionsbatterieeinheit bereitgestellt. Der Rahmen 108 kann Freistellungen für Kühlleitungen oder andere Komponenten enthalten. A large number of battery packs 105, here eight battery packs, are connected to one another in this way, separated by corresponding struts 106, 106.1, 107 and thus form a battery module overall. In addition, frame parts 108 (only two shown as examples in FIG. 1) are arranged between the struts 106, 106.1, so that overall an external frame enclosing the eight battery packs 105 is formed. The frame parts 108 are materially connected to the struts 106, 107, in this case as part of a welding process, although a screw connection would be possible. As a result, a secure skeleton of load-bearing structures is provided, which is securely connected to one another by the material connection. Due to the additional support of the battery cells 104 by the corresponding form fit relative to the skeleton, an extremely stiff, block-like traction battery unit is provided overall. Frame 108 may include clearances for cooling lines or other components.
Unmittelbar die Batteriezellen 104 unterseitig kontaktierend sind zwei Kühlmodule 109, gebildet aus vier Kühlblechen, angeordnet. Durch einen unmittelbaren Kontakt zwischen Kühlmodul 109 und Batteriezellen 104 können die Batteriezellen 104 effektiv gekühlt werden, ohne zusätzlich das Gehäuse, etwa das Bodenteil 103, ebenfalls kühlen zu müssen. Two cooling modules 109, formed from four cooling plates, are arranged directly contacting the battery cells 104 on the underside. Through direct contact between the cooling module 109 and the battery cells 104, the battery cells 104 can be effectively cooled without also having to cool the housing, for example the base part 103, as well.
Ein solch vorstehend beschriebenes Batteriemodul ist in der Traktionsbatterieeinheit 101 doppelt eingebaut, wie in der Figur erkennbar. Such a battery module as described above is installed twice in the traction battery unit 101, as can be seen in the figure.
Figur 2 zeigt eine Standardbatteriezelle 104 in einer Detailaufnahme. Diese ist quaderförmig ausgebildet. Die Batteriezellen 104 in Figur 1 sind mit ihrer Längserstreckung (in Figur 2 mit Bezugszeichen 1 10 gekennzeichnet) parallel zur Längserstreckung der Strebe 106 ausgerichtet. Das Gehäuse der Batteriezelle 104 ist aus einer Aluminiumlegierung gefertigt und weist in etwa eine Wandstärke von 0,6 - 1 mm auf. Sind zwei Batteriezellen 104 aneinander liegend miteinander stoffschlüssig unter Zwischenschaltung eines Klebers (0,5 mm) verbunden, ergibt sich so eine etwa 2,5 mm breite Wand, die, parallel zu den lasttragenden Strukturen 106, 107, ein großes Widerstandsmoment bereitstellend Kräfte aufnehmen kann. Durch das Aufteilen etwaiger in die Traktionsbatterieeinheit 101 eingebrachter Kräfte auf eine Vielzahl von Batteriezellen 104 sind alle Batteriezellen 104 insgesamt gesichert. FIG. 2 shows a standard battery cell 104 in a detailed view. This is cuboid. The battery cells 104 in FIG. 1 are aligned parallel to the longitudinal extent of the strut 106 with their longitudinal extension (indicated by reference numeral 110 in FIG. 2). The housing of the battery cell 104 is made from an aluminum alloy and has a wall thickness of approximately 0.6-1 mm. If two battery cells 104 lying next to one another are materially bonded to one another with an adhesive (0.5 mm) in between, this results in a wall approximately 2.5 mm wide which, parallel to the load-bearing structures 106, 107, can absorb forces providing a large moment of resistance . By distributing any forces introduced into the traction battery unit 101 over a large number of battery cells 104, all of the battery cells 104 are secured overall.
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch die oben beschriebene Traktionsbatterieeinheit 101 in einer Seitenansicht. Zu erkennen ist die Strebe 106 in einer geschnittenen Ansicht. Vorgesehen ist, dass die Strebe 106 zum Einsparen von Gewicht als Hohlkammer-Bauteil ausgebildet ist (mehrere Hohlkammern mit Bezugszeichen 1 1 1 gekennzeichnet). An die Vorder- und Rückseite der Strebe 106 sind nicht eingezeichnete Batteriezellen stoffschlüssig angeschlossen. FIG. 3 shows a side view of a cross section through the traction battery unit 101 described above. The strut 106 can be seen in a sectional view. Provision is made for the strut 106 to be designed as a hollow chamber component in order to save weight (several hollow chambers are identified by reference numerals 1 1 1). Battery cells (not shown) are materially connected to the front and rear of the strut 106 .
Innerhalb des Gehäuses ist die Strebe 106 mittels Schrauben (in Figur 3 nur eine einzelne mit Bezugszeichen 1 12 erkennbar) mit einem auf dem Bodenteil 103 aufgeschweißten Verschraubungsblech 1 12a fest verschraubt. Within the housing is the strut 106 by means of screws (in Figure 3, only a single reference numeral 1 12 recognizable) with a on the Bottom part 103 screwed on welded screw plate 1 12a.
Unterhalb der Batteriezellen 104, diese kontaktierend und hier somit ebenfalls unterhalb der Strebe 106 ist ein Kühlmodul 109 angeordnet, hier ausgestaltet als Kühlblech; dieses ist in einer vergrößerten Darstellung in Figur 4 dargestellt. Das Kühlblech wird gebildet durch zwei voneinander beab- standete und mit Verprägungen versehenen Blechen, welche durch den so gebildeten Hohlraum eine Kühlflüssigkeit hindurchleiten. Vorteilhafter Weise sind die Hohlräume 11 1 der Strebe 106 nach unten geöffnet, sodass die Strebe 106 auf dem Kühlmodul 109 nur mit sehr schmalen Stegen aufsteht. So wird die Kühlleistung des Kühlmoduls nicht unnötig in die Strebe 106 eingebracht, sondern ausschließlich in die Batteriezellen. Es kann auch vorgesehen sein, dass ein Luftspalt von etwa 1 mm zwischen Strebe 106 und Kühlmodul 109 vorgesehen ist, um die Effektivität des Kühlmoduls 109 weiter zu erhöhen. Zusätzlich weist das Kühlmodul 109 in Bereichen, in denen die Strebe 106 das Kühlmodul 109 durchgreift, beispielsweise bei der Verschraubung 1 12/1 12a, Aussparungen auf, um einen unmittelbaren Kontakt zwischen Kühlmodul und Strebe 106 auf ein Minimum zu reduzieren. Auch weist die Strebe 106 in Anschlussbereichen an das Bodenteil 103 Bereiche verringerten Querschnittes auf, um einen Wärmeübergang zwischen Gehäuse und Batteriemodul zu minimieren. Below the battery cells 104, contacting them and thus also below the strut 106, there is a cooling module 109, here designed as a cooling plate; this is shown in an enlarged representation in FIG. The heat sink is formed by two metal sheets which are spaced apart from one another and provided with embossing, which conduct a cooling liquid through the hollow space formed in this way. Advantageously, the cavities 11 1 of the strut 106 are open at the bottom, so that the strut 106 stands up on the cooling module 109 with only very narrow webs. In this way, the cooling capacity of the cooling module is not unnecessarily introduced into the strut 106, but exclusively into the battery cells. Provision can also be made for an air gap of approximately 1 mm to be provided between the strut 106 and the cooling module 109 in order to further increase the effectiveness of the cooling module 109 . In addition, the cooling module 109 has cutouts in areas in which the strut 106 extends through the cooling module 109, for example at the screw connection 112/112a, in order to reduce direct contact between the cooling module and the strut 106 to a minimum. The strut 106 also has areas of reduced cross-section in connection areas to the base part 103 in order to minimize heat transfer between the housing and the battery module.
Das Bodenteil 103 ist mit dem Deckelteil 102, einen Flansch 1 13 ausbildend, verschraubt. Sowohl das Deckelteil 102 als auch das Bodenteil 103 sind aus einem tiefgezogenen Stahlblech hergestellt und bilden Abschnitte der Seitenwände 1 14.1 , 1 14.2 des Gehäuses. Auf diese Weise muss nur in dem Flansch 1 13 gebildet aus Deckelteil 102 und Bodenteil 103 eine Dichtung bereitgestellt werden. Dies vereinfacht die Montage. The base part 103 is screwed to the cover part 102, forming a flange 113. Both the cover part 102 and the base part 103 are made of deep-drawn sheet steel and form sections of the side walls 1 14.1, 1 14.2 of the housing. In this way, a seal must only be provided in the flange 113 formed from the cover part 102 and the base part 103 . This simplifies assembly.
Sowohl das durch das Deckelteil 102 und das Bodenteil 103 sowie die Seitenwände 114.1 , 1 14.2 gebildete Gehäuse als auch die durch die Batteriezellen 104 gebildeten Batteriepakete 105 werden durch den die Batteriepakete 105 umgebenden Rahmen, angeordnet innerhalb des durch das Deckelteil 102 und das Bodenteil 103 gebildeten Gehäuses, ausgesteift. Diese Rahmenteile sind in dieser Ansicht nicht zu erkennen, werden jedoch im Durchgangsbereich 1 15 angeschlossen. Die Strebe 106 ragt über das anzuschließende Rahmenteil in Richtung der Seitenwand 114.1 , mithin in Richtung der einzuleitenden seitlichen Kraft hinaus und stützt sich so an das Bodenteil 103 zusätzlich über einen weiten Hebelarm ab. Both the housing formed by the cover part 102 and the base part 103 and the side walls 114.1, 114.2 and the battery packs 105 formed by the battery cells 104 are arranged by the frame surrounding the battery packs 105, within the frame formed by the cover part 102 and the base part 103 housing, stiffened. These frame parts cannot be seen in this view, but are shown in the Transit area 1 15 connected. The strut 106 protrudes beyond the frame part to be connected in the direction of the side wall 114.1, thus in the direction of the lateral force to be introduced, and is thus additionally supported on the base part 103 via a wide lever arm.
Mittels den den Rahmen 108 sowie die Streben (in Figur 3 nicht dargestellt) durchgreifenden Schrauben 1 16 ist die Traktionsbatterieeinheit 101 an der Unterseite einer nicht dargestellten Fahrzeugkarosserie anschraubbar. The traction battery unit 101 can be screwed to the underside of a vehicle body, not shown, by means of the screws 116 passing through the frame 108 and the struts (not shown in FIG. 3).
Figur 5 zeigt einen weiteren Querschnitt durch die in Figur 1 dargestellte Traktionsbatterieeinheit 101. Dargestellt sind eine Vielzahl von Batteriezellen 104, zusammengestellt zu einem Batteriepaket 105. Eingefasst ist das Batteriepaket 105 von zwei lasttragenden Streben 106, 106.1 , die von Schrauben 116.1 , 1 16.2 zum Anschließen der Traktionsbatterieeinheit 101 an eine nicht dargestellte Fahrzeugkarosserie dienen. Zu erkennen ist ebenfalls das die Batteriezellen 104 von unten kontaktierende als Kühlblech ausgebildete Kühlmodul 109. Figure 5 shows another cross section through the traction battery unit 101 shown in Figure 1. Shown are a variety of battery cells 104, assembled into a battery pack 105. The battery pack 105 is surrounded by two load-bearing struts 106, 106.1, which are connected by screws 116.1, 1 16.2 to the Connecting the traction battery unit 101 are used on a vehicle body, not shown. The cooling module 109, which is designed as a cooling plate and contacts the battery cells 104 from below, can also be seen.
Das Bodenteil 103 der Traktionsbatterieeinheit 101 verfügt über einen Auffahrschutz. Hierfür sind in das Bodenteil 103 brückenförmige Träger eingebracht, die jeweils ihre größte Tiefe T im Bereich der Streben 106, 106.1 aufweisen. Im dazwischenliegenden Bereich verringert sich die Tiefe T kontinuierlich, bis dass sie auf halber Strecke zwischen den beiden Streben 106, 106.1 ihre geringste Tiefe aufweist. Hierdurch werden von außen einwirkende Stöße sicher auf die stabilen lasttragenden Streben 106, 106.1 abgeleitet. Zusätzlich ist ein Sicherheitsraum 1 17 zwischen Bodenteil 103 und Kühlmodul 109 bzw. Batteriezellen 104 gegeben, der als Deformationsweg genutzt wird. The base part 103 of the traction battery unit 101 has collision protection. For this purpose, bridge-shaped supports are introduced into the bottom part 103, each having its greatest depth T in the area of the struts 106, 106.1. In the area in between, the depth T decreases continuously until it has its smallest depth halfway between the two struts 106, 106.1. As a result, impacts acting from the outside are safely diverted to the stable load-bearing struts 106, 106.1. In addition, there is a safety space 117 between the base part 103 and the cooling module 109 or battery cells 104, which is used as a deformation path.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben worden. Ohne den Schutzbereich, beschrieben durch die Ansprüche, zu verlassen, ergeben sich für den Fachmann zahlreiche weitere Ausgestaltungen, den Erfindungsgedanken zu verwirklichen, ohne dass diese im Rahmen dieser Ausführungen näher erläutert werden müssten. Bezugszeichenliste The invention has been described using an exemplary embodiment. Without departing from the scope of protection described by the claims, there are numerous further configurations for the person skilled in the art to realize the idea of the invention, without these having to be explained in more detail in the context of these descriptions. reference list
101 T raktionsbatterieeinheit101 traction battery unit
102 Deckelteil 102 cover part
103 Bodenteil 103 bottom part
104 Batteriezelle , 105.1 , 105.2, 105.3 Batteriepaket 104 battery cell, 105.1, 105.2, 105.3 battery pack
106, 106.1 Strebe 106, 106.1 strut
107 Strebe 107 strut
108 Rahmen 108 frames
109 Kühlmodul 109 cooling module
110 Längserstreckung 110 longitudinal extension
111 Kontaktierungsapplikation111 contacting application
112 Isoliermasse 112 insulation mass
113 Flansch 113 flange
114.1 , 114.2 Seitenwand 114.1, 114.2 side wall
115 Stützrippe 115 support rib
116, 116.1 , 116.2 Schraube 116, 116.1, 116.2 screw
117 Sicherheitsraum 117 security room
T Tiefe T depth

Claims

Patentansprüche patent claims
1. Traktionsbatterieeinheit (101 ) für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, umfassend eine Vielzahl an Batteriezellen (104), welche zwischen einem Bodenteil (103) und einem Deckelteil (102) angeordnet sind und umfassend zumindest eine lasttragende Strebe (106,1. Traction battery unit (101) for an electrically powered motor vehicle, comprising a plurality of battery cells (104) which are arranged between a base part (103) and a cover part (102) and comprising at least one load-bearing strut (106,
106.1 , 107), angeordnet zwischen Bodenteil (103) und Deckelteil (102), dadurch gekennzeichnet, dass jeweils benachbarte Batteriezellen (104) zum Ausbilden eines Batteriepaketes (105, 105.1 ,106.1, 107), arranged between the base part (103) and cover part (102), characterized in that adjacent battery cells (104) are used to form a battery pack (105, 105.1,
105.2, 105.3) miteinander zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden sind, wobei das Batteriepaket mit der zumindest einen lasttragenden Strebe (106, 106.1 , 107) zumindest abschnittsweise stoffschlüssig verbunden ist, ein Batteriemodul bildend. 105.2, 105.3) are connected to one another at least in sections with a material connection, the battery pack being connected with the at least one load-bearing strut (106, 106.1, 107) at least in sections with a material connection, forming a battery module.
2. Traktionsbatterieeinheit nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Batteriemoduls die Batteriezellen (104) in zumindest zwei Batteriepakete (105, 105.1 , 105.2, 105.3) unterteilt sind und zwischen zwei Batteriepaketen (105, 105.1 , 105.2, 105.3) eine lasttragende Strebe (106, 106.1 , 107) angeordnet und die zu dieser Strebe (106, 106.1 , 107) weisenden Batteriezellen (104) zumindest abschnittsweise mit dieser Strebe (106, 106.1 , 107) stoffschlüssig verbunden sind. 2. Traction battery unit according to claim 1, characterized in that to form the battery module, the battery cells (104) are divided into at least two battery packs (105, 105.1, 105.2, 105.3) and between two battery packs (105, 105.1, 105.2, 105.3) a load-bearing Strut (106, 106.1, 107) and the battery cells (104) pointing to this strut (106, 106.1, 107) are materially connected at least in sections to this strut (106, 106.1, 107).
3. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung des Batteriemoduls das Batteriepaket (105, 105.1 , 105.2, 105.3) zwischen zwei gegenüberliegenden lasttragenden Streben (106, 106.1 , 107) angeordnet und mit diesen stoffschlüssig verbunden ist. 3. Traction battery unit according to one of claims 1 or 2, characterized in that to form the battery module, the battery pack (105, 105.1, 105.2, 105.3) is arranged between two opposite load-bearing struts (106, 106.1, 107) and is integrally connected to them.
4. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Strebe (106, 106.1 , 107) Teil einer lasttragenden Struktur ist, die sich von einer Seite der Traktionsbatterieeinheit (101 ) zu der anderen erstreckt. 4. Traction battery unit according to one of claims 1 to 3, characterized in that the strut (106, 106.1, 107) is part of a load-bearing structure which extends from one side of the traction battery unit (101) to the other.
5. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterieeinheit (101 ) einen die Batteriepakete (105, 105.1 , 105.2, 105.3) umgebenden Rahmen (108) umfasst, an den die zumindest eine Strebe (106, 106.1 , 107) angeschlossen ist. 5. Traction battery unit according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the traction battery unit (101) comprises a frame (108) surrounding the battery packs (105, 105.1, 105.2, 105.3), to which the at least one strut (106, 106.1, 107) is connected.
6. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (104) mit ihrer Längserstre- ckung (1 10) parallel zu der Strebe (106, 106.1 ) ausgerichtet sind. 6. traction battery unit according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the battery cells (104) with their longitudinal extension (1 10) parallel to the strut (106, 106.1) are aligned.
7. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriepakete (105, 105.1 , 105.2, 105.3) zusammen mit der Strebe (106, 106.1 , 107) in der Traktionsbatterieeinheit (101 ) mit einer Isoliermasse (1 12) umgeben sind. 7. Traction battery unit according to one of claims 1 to 6, characterized in that the battery packs (105, 105.1, 105.2, 105.3) together with the strut (106, 106.1, 107) in the traction battery unit (101) with an insulating compound (1 12) are surrounded.
8. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckelteil (102) und/oder das Bodenteil (103) tiefgezogen sind und zumindest abschnittsweise Seitenwände (1 14.1 , 114.2) bilden. 8. traction battery unit according to one of claims 1 to 7, characterized in that the cover part (102) and / or the bottom part (103) are deep-drawn and form at least partially side walls (1 14.1, 114.2).
9. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in das Bodenteil (103) ein durch Verprägun- gen gebildeter Auffahrschutz integriert ist. 9. traction battery unit according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the base part (103) formed by embossing a collision protection is integrated.
10. Traktionsbatterieeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die T raktionsbatterieeinheit (101 ) ein die Batteriezellen (104) unmittelbar kontaktierendes Kühlmodul (109) aufweist. 10. Traction battery unit according to one of claims 1 to 9, characterized in that the traction battery unit (101) has a battery cell (104) directly contacting the cooling module (109).
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