DE102016104171A1

DE102016104171A1 - Modul für eine Traktionsbatterie und Traktionsbatterie mit einem solchen Modul

Info

Publication number: DE102016104171A1
Application number: DE102016104171.8A
Authority: DE
Inventors: Dominik Grass
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Die Erfindung stellt ein Modul für eine Traktionsbatterie mit den folgenden Merkmalen bereit: das Modul (10) enthält längliche Batteriezellen und zwei Zellhalterplatten (11); die Batteriezellen sind zwischen den Zellhalterplatten (11) angeordnet; die Zellhalterplatten (11) schließen das Modul (10) beidseitig ab und die Zellhalterplatten (11) weisen randseitige Dichtnuten (13) sowie Bohrungen (15) zum Verstiften eines ersten Modules (21) mit einem zweiten Modul (22) auf. Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für eine Traktionsbatterie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug.
Stand der Technik
Bekannt sind unterschiedlichste als Hochvolt-Batterien ausgeführte Traktionsbatterien für elektrisch betriebene Fahrzeuge. Eine gattungsmäßige Traktionsbatterie kann mehrere Module umfassen, welche jeweils mehrere Batteriezellen enthalten. In der Traktionsbatterie mögen die Module in mehreren Modulebenen nebeneinander angeordnet sein.
In US 2006 0246 773 A1 wird ein Bauteil zum mechanischen und elektrischen Verbinden von zwei oder mehreren Objekten – z. B. Batteriemodulen – beschrieben.
In US 2011 0020 677 A1 wird eine Batteriestruktur mit mehreren Modulen beschrieben, wobei ein Kühlmittel vertikal von oben nach unten durch den Modulbereich fließen kann.
In US 2014 0234 690 A1 wird eine Batteriestruktur mit mehreren Modulen beschrieben, welche zu einer zwei-Schicht-Struktur gestapelt sind. An der Ober- und Unterseite des Modulstapels sind Halter vorgesehen, welche einen den Modulstapel umfassenden Modulträger bilden.
In US 2015 0037 650 A1 wird eine Batteriestruktur mit mehreren Modulen beschrieben, welche über einen Verbinder elektrisch in Reihe verbunden sind. Im Verbinder sind dabei verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Schmelzpunkten miteinander verbunden.
US 4 592 972 A beschreibt weiteren Stand der Technik.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Modul für eine Traktionsbatterie sowie eine Traktionsbatterie mit solchen Modulen für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Ein Vorzug dieser Lösung liegt darin, dass einzelne erfindungsgemäße Module auf einer Modulebene zu einem steifen Verbund verbunden werden können. Hierfür können die einzelnen Module einer Modulebene seitlich aneinander gepresst und verstiftet werden, wozu Bohrungen in den jeweiligen Zellhalterplatten vorliegen.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Modul ferner Zellhalterstege umfassen, welche längs zu den Batteriezellen zwischen den Zellhalterplatten verlaufen. Die Zellhalterplatten werden durch diese Zellhalterstege nach dem Funktionsprinzip eines Zugankers zusammengehalten.
Die Zellhalterplatten weisen vorzugsweise ferner randseitige Nuten auf, in welche die Zellhalterstege endseitig eingefügt sind und bezüglich derer sie ein Übermaß aufweisen. Wird ein Zellhaltersteg nun in die dafür vorgesehene Nut im der Zellhalterplatte eingepresst, so dichtet er durch das Übermaß ab.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Zellhalterstege zwischen den Batteriezellen angeordnet, was sich aus Bauraumgründen besonders anbietet.
Die Zellhalterplatten können ferner randseitige Dichtnuten zum Aufnehmen einer Rundschnurdichtung aufnehmen. Werden in diese Dichtnuten bei der Montage der einzelnen Module Rundschnurdichtungen eingelegt, so kann die resultierende Modulebene zwei Dichtebenen bereitstellen.
Jeweils eine der Dichtnuten kann dabei durch ein Paar randseitiger Rippen der Zellhalterplatten gebildet werden. So kann die Dichtung im Bereich des Zellhalterstegs auch bei anliegendem Überdruck nicht entweichen.
Die Zellhalterplatten sind in einer Ausgestaltung derart genutet, dass die Zellhalterstege und die Dichtnuten gemeinsam Dichtflächen des Modules bilden. Die Module sind somit zueinander an den Zellhalterplatten abgedichtet.
In einer weiteren Variante weisen die Zellhalterplatten ferner randseitige Nut-Feder-Geometrien zum Sichern des Modules längs zu den Batteriezellen auf. Diese Geometrien greifen immer dann ineinander, wenn zwei Module miteinander verstiftet werden und verbessern so die strukturellen Eigenschaften der Module und Modulebene.
Die Nut-Feder-Geometrien können insbesondere quer zu den Batteriezellen entlang des Modules verteilt sein. Auf diesem Wege wird ein optimaler Kraftfluss gewährleistet.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist in einer mehrere erfindungsgemäße Module umfassenden Traktionsbatterie zu sehen. Diese eignet sich besonders für eine Gegenstromkühlung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt die perspektivische Ansicht eines Moduls während seiner Montage.
2 zeigt die perspektivische Ansicht nach der Montage des Moduls.
3 zeigt eine erste geometrische Einzelheit zweier benachbarter Module während der Modulverstiftung.
4 zeigt die Rückansicht der Module nach der Modulverstiftung.
5 zeigt eine perspektivische zweite Einzelheit zweier benachbarter Module während der Modulverstiftung.
6 zeigt die zweite Einzelheit nach der Modulverstiftung.
7 zeigt eine perspektivische dritte Einzelheit zweier benachbarter Module während ihrer Montage.
8 zeigt die Untersicht der Module nach der Modulverstiftung.
9 zeigt die Vorderansicht einer mehrere Module umfassenden Modulebene.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert den grundlegenden Aufbau eines erfindungsgemäßen Modules 10 für eine Traktionsbatterie. Das Modul 10 enthält zwei Zellhalterplatten 11 und zahlreiche zwischen den Zellhalterplatten 11 angeordnete längliche Batteriezellen. Die Zellhalterplatten 11 bilden somit abbildungsgemäß auf der Ober- und Unterseite des Modules 10 dessen Abschluss. Die Zellhalterplatten 11 weisen ferner randseitige Dichtnuten 13 zum Aufnehmen einer Rundschnurdichtung 14 auf, welche in der Ansicht gemäß 2 vollständig in die Dichtnuten 13 eingelegt ist.
Besagte 2 lässt auch drei der zwischen den Batteriezellen angeordneten Zellhalterstege 12 deutlicher erkennen, die längs zu den Batteriezellen – und somit abbildungsgemäß senkrecht – zwischen den Zellhalterplatten 11 verlaufen. Die Zellhalterplatten 11 weisen hierzu randseitige Nuten auf, in welche die mit Übermaß hergestellten Zellhalterstege 12 endseitig eingepresst sind.
Die 4 und 6 lenken das Augenmerk des Betrachters auf die – in 2 lediglich angedeuteten – randseitigen Bohrungen 15 zweier benachbarter Module 10 zum Zwecke ihrer Verstiftung. Wie aus 4 anschaulich hervorgeht, erlaubt das Einführen entsprechender Stifte 16 in die Bohrungen 15 eine gegenseitige Fixierung der Module 10 in ihrer abbildungsgemäßen X- und Z-Richtung.
Die 5 lässt eine von zwei randseitigen Rippen 17 eines Modules 22 erkennen, die gemeinsam die Dichtnut für den Bereich des Zellhalterstegs in Modul 21 bilden. Wie die 5 erahnen lässt, ist die Zellhalterplatte 11 derart genutet, dass der Zellhaltersteg 12 und die Dichtnut 13 gemeinsam eine Dichtfläche des ersten Modules 21 bilden.
5 beleuchtet in Zusammenschau mit 7 zudem die Funktionsweise randseitiger Nut-Feder-Geometrien 18 der Zellhalterplatten 11. Wie die 7 unterstreicht, dienen diese Geometrien 18 in ihrer Wechselwirkung zum Sichern des ersten Modules 21 und eines zweiten Modules 22 längs zu den Batteriezellen und somit dem mechanischen Halt zwischen den Modulen in abbildungsgemäßer Z-Richtung. 8 verdeutlicht ergänzend, wie die Nut-Feder-Geometrien 18 in abbildungsgemäßer Y-Richtung entlang des ersten Modules 21 und zweiten Modules 22 verteilt sind.
Die in 9 abgebildete, aus dem ersten Modul 21, dem zweiten Modul 22, einem dritten Modul 23 sowie vier weiteren Modulen gebildete Modulebene 20 stellt so in einem steifen Verbund zwei Dichtebenen 19 bereit.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20060246773 A1 [0003]
US 20110020677 A1 [0004]
US 20140234690 A1 [0005]
US 20150037650 A1 [0006]
US 4592972 A [0007]

Claims

Modul (10, 21, 22, 23) für eine Traktionsbatterie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Modul (10, 21, 22, 23) enthält längliche Batteriezellen und zwei Zellhalterplatten (11), – die Batteriezellen sind zwischen den Zellhalterplatten (11) angeordnet, – die Zellhalterplatten (11) schließen das Modul (10, 21, 22, 23) beidseitig ab und – die Zellhalterplatten (11) weisen randseitige Bohrungen (15) zum Verstiften des Modules (10, 21, 22, 23) auf.
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Modul (10, 21, 22, 23) umfasst ferner Zellhalterstege (12) und – die Zellhalterstege (12) verlaufen längs (Z) zu den Batteriezellen zwischen den Zellhalterplatten (11).
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Zellhalterplatten (11) weisen ferner randseitige Nuten auf, in welche die Zellhalterstege (12) endseitig eingefügt sind und – die Zellhalterstege (12) weisen bezüglich der Nuten ein Übermaß auf.
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Zellhalterstege (12) sind zwischen den Batteriezellen angeordnet.
Modul (10, 21, 22, 23) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Zellhalterplatten (11) weisen ferner randseitige Dichtnuten (13) zum Aufnehmen einer Rundschnurdichtung (14) auf.
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Zellhalterplatten (11) weisen ferner randseitige Rippen (17) auf, welche paarweise jeweils eine der Dichtnuten (13) bilden.
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Zellhalterplatten (11) sind derart genutet, dass die Zellhalterstege (12) und die Dichtnuten (13) gemeinsam Dichtflächen des Modules (10, 21, 22, 23) bilden.
Modul (10, 21, 22, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Zellhalterplatten (11) weisen ferner randseitige Nut-Feder-Geometrien (18) zum Sichern des Modules (10, 21, 22, 23) längs (Z) zu den Batteriezellen auf.
Modul (10, 21, 22, 23) nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Nut-Feder-Geometrien (18) sind quer (Y) zu den Batteriezellen entlang des Modules (10, 21, 22, 23) verteilt.
Traktionsbatterie für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Traktionsbatterie umfasst mehrere Module (10, 21, 22, 23) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.