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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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Aus der
DE 10 2016 212 273 A1 ist ein elektrischer Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit einem Speichergehäuse bekannt, in dem mehrere Batterielangmodule untergebracht sind, die jeweils mehrere Batteriezellen umfassen. Diese Batteriezellen eines Batterielangmoduls sind von einem gemeinsamen Modulgehäuse umgeben. Im Speichergehäuse sind mehrere Querstreben vorgesehen, die jeweils zwischen zwei benachbarten Batterielangmodulen angeordnet sind. Innerhalb eines Batterielangmoduls kann eine Zugstrebe vorgesehen sein, die parallel zur Seite des Modulgehäuses und somit parallel zur Querstrebe verläuft. Die Zugstrebe ist hierbei mittig im Modulgehäuse zwischen jeweiligen Reihen an Batteriezellen angeordnet, wobei sich die Zugstrebe von einer Druckplatte zur anderen Druckplatte erstreckt. Die Druckplatten sind an axialen Enden des Batterielangmoduls vorgesehen, um die Batteriezellen in axialer Richtung vorzuspannen. Die Zugstrebe ist insbesondere an den Druckplatten befestigt.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kraftfahrzeugbatterie zu schaffen, welche bei einer besonders leichten und besonders bauraumarmen Gestaltung besonders vorteilhaft gekühlt werden kann.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftfahrzeugbatterie mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Die Erfindung betrifft eine Kraftfahrzeugbatterie mit wenigstens zwei Batteriemodulen, welche jeweils eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisen. Die Kraftfahrzeugbatterie weist des Weiteren an einer jeweiligen Oberseite und einer jeweiligen Unterseite der Batteriemodule angeordnete Druckplatten zum Verspannen der Batteriemodule auf. Des Weiteren umfasst die Kraftfahrzeugbatterie wenigstens eine Zugstrebe, welche an den zugeordneten Batteriemodulen anliegt. Über die wenigstens eine Zugstrebe sind die Druckplatten miteinander verbunden. Hierbei ist die Zugstrebe insbesondere zwischen den Batteriemodulen angeordnet und mit einander gegenüberliegenden Seiten der Batteriemodule jeweils kontaktiert. Hierbei liegt die Zugstrebe an ihren einander gegenüberliegenden Seitenflächen jeweils an einem der Batteriemodule an. Folglich ist die Zugstrebe mit einem ersten der Batteriemodule und mit dem zweiten der Batteriemodule gleichzeitig kontaktiert. Für das besonders vorteilhafte Kühlen der Batteriezellen der Kraftfahrzeugbatterie bei gleichzeitigem besonders geringem Bauraumbedarf ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Zugstrebe wenigstens einen von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanal zum Kühlen der Batteriemodule aufweist. Das bedeutet, dass die Zugstrebe über ihre an den Batteriemodulen anliegenden Seitenflächen Wärme von den Batteriemodulen aufnimmt, um die Batteriemodule zu kühlen. Mittels des Kühlfluids ist die Wärme von den Batteriemodulen abtransportierbar. Bei dem Kühlfluid handelt es sich insbesondere um eine Kühlflüssigkeit, beispielsweise um ein Wasser-Glykolgemisch. Um das Durchströmen der Zugstrebe mittels des Kühlfluids zu ermöglichen, weist der Kühlkanal jeweils einen Kühlfluideinlass und einen Kühlfluidauslass auf. Sowohl der Kühlfluideinlass als auch der Kühlfluidauslass sind jeweils mit Versorgungsleitungen einer Kühleinrichtung verbunden, welche das Kühlfluid bereitstellt. Das Kühlfluid ist über den Kühlfluideinlass in den Kühlkanal einleitbar und ist über den Kühlfluidauslass aus dem Kühlkanal entnehmbar. Die Zugstrebe wird insbesondere in einem Kühlzustand von dem Kühlfluid durchströmt, um die Batteriezellen der Batteriemodule zu kühlen. Die Kühlstrebe dient somit zum einen einem Stabilisieren der Kraftfahrzeugbatterie und ermöglicht gleichzeitig einen besonders vorteilhaften Wärmeabtransport von den Batteriemodulen. Mittels der Zugstrebe sind des Weiteren die Druckplatten gegeneinander verspannbar, um die Batteriezellen innerhalb der Batteriemodule miteinander zu verspannen. Somit werden über die Zugstrebe die Druckplatten aneinandergezogen, wodurch die zwischen den Druckplatten angeordneten Batteriemodule zusammengepresst werden. Die Zugstrebe führt somit zu einer besonders hohen Stabilität der Kraftfahrzeugbatterie, da das Verspannen der Batteriezellen miteinander bewirkt, dass bei einem Betrieb der Kraftfahrzeugbatterie eine Verformung der Batteriezellen besonders geringgehalten werden kann. Gleichzeitig liegt die Zugstrebe mit ihren gegenüberliegenden Seitenflächen flächig an den Batteriemodulen an, so dass über eine jeweilige Kontaktfläche der Zugstrebe mit den Batteriemodulen besonders viel Wärme von den Batteriemodulen abtransportiert werden kann. Insbesondere wird mittels des Kühlfluids die Wärme von den Batteriemodulen aufgenommen und über den Kühlkanal von den Batteriemodulen wegtransportiert. Mittels der Zugstrebe können somit sowohl die Batteriemodule verspannt werden als auch die Batteriemodule gekühlt werden. Das gleichzeitige Bereitstellen einer Kühlung für die Batteriemodule sowie einer Stabilisierung für die Kraftfahrzeugbatterie mittels der Zugstrebe ermöglicht, dass die Kraftfahrzeugbatterie besonders bauraumoptimiert ausgeführt ist. Darüber hinaus ist die Kraftfahrzeugbatterie besonders leicht ausgeführt, da keine separaten Bauteile zum Verspannen der Batteriemodule und zum Kühlen der Batteriemodule notwendig sind.
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In einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn anliegend an den jeweiligen Oberseiten und Unterseiten der Batteriemodule jeweilige Druckelemente zum Abfedern von Verformungen der Batteriemodule angeordnet sind, an deren den Batteriemodulen abgewandten Seiten die Druckplatten angeordnet sind. Das bedeutet, dass zwischen den jeweiligen Oberseiten beziehungsweise Unterseiten der Batteriemodule und den Druckplatten die Druckelemente vorgesehen sind, welche elastisch verformbar sind. Über eine jeweilige elastische Verformung der Druckelemente sind Verformungen der Batteriezellen beziehungsweise der Batteriemodule bei einem Betrieb der Kraftfahrzeugbatterie aufnehmbar. Somit liegen die Druckplatten jeweils auf einem Druckelement auf, welches wiederum auf der Oberseite beziehungsweise auf der Unterseite der Batteriemodule angeordnet ist. Mittels der Druckelemente sind Verformungen der Batteriezellen während eines Betriebs der Kraftfahrzeugbatterie besonders vorteilhaft kompensierbar, so dass eine Gesamtgeometrie der Kraftfahrzeugbatterie während des Betriebs der Kraftfahrzeugbatterie vorteilhafterweise besonders konstant gehalten werden kann.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn die Druckelemente als Federelemente ausgebildet sind, welche beim Verspannen der Batteriemodule über die Druckplatten und die Zugstrebe verpressbar sind. Das bedeutet, dass die als Federelemente ausgebildeten Druckelemente zusammen mit den Batteriemodulen über die Druckplatten mittels der Zugstrebe verspannbar sind. Beim Verspannen wird insbesondere innerhalb der Federelemente eine Federkraft aufgebaut, über welche die Batteriemodule beziehungsweise die Batteriezellen der Batteriemodule verspannt werden. Über die Federelemente ist somit besonders vorteilhaft eine Verspannkraft zum Verspannen der Batteriemodule einstellbar.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn die Batteriemodule mit der Zugstrebe mittels eines Klebstoffs verbunden sind. Insbesondere handelt es sich bei dem Klebstoff um einen Wärmeleitkleber, welcher eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Somit ermöglicht der Klebstoff zum einen eine besonders vorteilhafte Wärmeabführung von den Batteriemodulen und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Befestigung der Batteriemodule an der Zugstrebe. Darüber hinaus können mittels des Klebstoffs Oberflächenrauhigkeiten an der jeweiligen Kontaktfläche zwischen der Zugstrebe und den jeweiligen Batteriemodulen ausgeglichen werden und Lufteinschlüsse an der Kontaktfläche vermieden werden. Hierdurch kann ein besonders guter Wärmeübergang von den Batteriemodulen auf die Zugstrebe erreicht werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zum Befestigen der Batteriemodule an der Zugstrebe die Batteriemodule über eine Querstrebe seitlich gegen die Zugstrebe mit einer Haltekraft beaufschlagt sind. Somit werden die Batteriemodule mittels der Querstrebe seitlich gegen an die Zugstrebe gezogen. Zum Befestigen der Batteriemodule ist die Querstrebe insbesondere über eine Schraubverbindung an jeweiligen der Zugstrebe abgewandten Seiten der Batteriemodule anordenbar. Hierbei werden die der Zugstrebe abgewandten Seiten der Batteriemodule über die Querstrebe gegeneinander mit einem Druck beaufschlagt, wodurch die Batteriemodule aneinandergedrückt werden. Insbesondere werden die Batteriemodule über die Schraubverbindung an die zwischen den Batteriemodulen angeordnete Zugstrebe angedrückt. Beispielsweise können die Batteriemodule jeweils an ihren der Zugstrebe abgewandten Seiten einen Überstand aufweisen, an welchem jeweilige Enden der Querstrebe mittels der Schraubverbindung anschraubbar sind. Die Querstrebe ist darüber hinaus an der Zugstrebe befestigbar.. Die Querstrebe verläuft beispielsweise senkrecht zu einer Erstreckungsebene jeweiliger Flächen der Zugstrebe, welche an den Batteriemodulen anliegen. Somit verläuft eine Wirkrichtung der Schraubverbindung senkrecht zu einer Verspannrichtung der Druckelemente. Insbesondere ermöglicht die Schraubverbindung, dass die Batteriemodule direkt und somit unmittelbar an der Zugstrebe anliegen, so dass die Batteriemodule besonders vorteilhaft mittels des durch den wenigstens einen Kühlkanal der Zugstrebe zirkulierendes Kühlfluid gekühlt werden können. Es erfolgt somit ein besonders guter Wärmeabtransport von den Batteriemodu len.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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 nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Schnittansicht einer Kraftfahrzeugbatterie mit zwei Batteriemodulen, welche jeweils eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, wobei jeweilige Unterseiten und jeweilige Oberseiten der Batteriemodule gemeinsam von einem Druckelement und einer außenseitig der Kraftfahrzeugbatterie angeordneten Druckplatte überdeckt sind, welche über eine zwischen den Batteriemodulen angeordnete gekühlte Zugstrebe zum Verpressen der Batteriemodule gegen die Batteriemodule verspannbar sind;
- 2 eine schematische Schnittansicht der Fahrzeugbatterie, wobei die Batteriemodule mit der Zugstrebe mittels eines Klebstoffs verklebt sind; und
- 3 eine schematische Schnittansicht der Fahrzeugbatterie, wobei die Batteriemodule über wenigstens zwei an den Batteriemodulen außenseitig der Kraftfahrzeugbatterie angeschraubte Querstreben jeweils gegen die Zugstrebe gedrückt werden, um einen besonders engen Kontakt der jeweiligen Batteriemodule mit der Zugstrebe zu ermöglichen.
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In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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In den 1 bis 3 sind jeweilige Ausführungsformen einer Kraftfahrzeugbatterie 1 dargestellt, mittels welcher elektrische Energie für einen elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Kraftwagens, insbesondere Personenkraftwagens, bereitstellbar ist. Bei der Kraftfahrzeugbatterie 1 handelt es sich insbesondere um einen Hochvoltspeicher. Die Kraftfahrzeugbatterie 1 umfasst, wie in 1 erkannt werden kann, vorliegend zwei Batteriemodule 2, welche jeweils eine Mehrzahl von wiederaufladbaren Batteriezellen aufweisen. An einer jeweiligen Oberseite 3 sowie einer jeweiligen Unterseite 4 sind jeweils Druckelemente 5 auf die Oberseiten 3 sowie auf die Unterseiten 4 aufgelegt. Vorliegend ist den Batteriemodulen 2 an deren Oberseiten 3 ein gemeinsames Druckelement 5 und an deren Unterseiten 4 ein gemeinsames Druckelement 5 zugeordnet. Alternativ kann jedem der Batteriemodule 2 sowohl an der Oberseite 3 als auch an der Unterseite 4 ein eigenes Druckelement 5 zugeordnet sein.
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Die Druckelemente 5 sind vorliegend als elastische Federelemente ausgebildet, mittels welchen Verformungen der Batteriezellen beziehungsweise der Batteriemodule 2 während des Betriebs der Kraftfahrzeugbatterie 1 ausgeglichen werden können.
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Außenseitig der Druckelemente 5 sind jeweilige Druckplatten 6 angeordnet, welche die Oberseiten 3 beziehungsweise die Unterseiten 4 der Batteriemodule 2 entlang einer Hochrichtung z der Kraftfahrzeugbatterie 1 nach oben beziehungsweise nach unten überdecken. Vorliegend weist die Kraftfahrzeugbatterie 1 eine die Oberseiten 3 gemeinsam überdeckende erste Druckplatte 6 und eine die Unterseiten 4 gemeinsam überdeckende zweite Druckplatte 6 auf.
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Um die Batteriezellen der Batteriemodule 2 miteinander zu verspannen, umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 1 eine Zugstrebe 7, über welche die Druckplatten 6 miteinander verbunden sind. Mittels der Zugstrebe 7 werden die Druckplatten 6 aneinandergezogen. Das Aneinanderziehen der Druckplatten 6 mittels der Zugstrebe 7 führt zu einer Beaufschlagung der Druckelemente 5 mit einem Druck, dessen Druckrichtung von den Druckplatten 6 in Richtung der Batteriemodule 2 wirkt. Hierdurch werden die Druckelemente 5 um eine Längendifferenz ΔI komprimiert. Das Komprimieren der Druckelemente 5 führt zum Aufbau einer Federkraft in den Druckelementen 5, welche auf die Oberseiten 3 sowie die Unterseiten 4 der Batteriemodule 2 jeweils drückt. Hierdurch werden die Batteriezellen der Batteriemodule 2 innerhalb eines jeweiligen Batteriemoduls 2 miteinander verspannt beziehungsweise. verpresst. Das Verspannen beziehungsweise Verpressen der Batteriezellen unterbindet eine Verformung der Batteriezellen beim Betrieb der Kraftfahrzeugbatterie 1 zumindest im Wesentlichen. Das Verspannen wird durch die Krafteinwirkung der Druckplatten 6 auf die Batteriemodule 2 entlang der Hochrichtung z der Kraftfahrzeugbatterie 1 von den Oberseiten 3 bis zu den Unterseiten 4 bewirkt. Somit erfolgt beim Verspannen der Batteriezellen ein Lastfluss von der ersten Druckplatte 6 zur zweiten Druckplatte 6. Die Druckplatten 6 ermöglichen zusätzlich eine Befestigung der Batteriemodule 2 aneinander, eine mechanische Stabilisierung der Fahrzeugbatterie 1 und eine Verpressung der Batteriezellen der Batteriemodule 2 über deren Lebensdauer. Zusätzlich können die Druckplatten 6 Funktionen eines Batteriegehäuses übernehmen. Hierbei stellen die Druckplatten 6 einen Deckel und einen Boden eines Batteriegehäuses für die Kraftfahrzeugbatterie 1 da. Dabei dienen die Druckplatten 6 einem Schutz beziehungsweise einer Abdichtung der Batteriemodule 2 gegen die Umwelt um die Batteriemodule 2 vor Feuchte, Korrosion und Wasser zu schützen.
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Die Fahrzeugbatterie 1 ist in den Figuren jeweils in einem unverspannten Zustand dargestellt. Um die Fahrzeugbatterie 1 und insbesondere die Batteriemodule 2 zu verspannen, kann die Zugstrebe 7 mit den Druckplatten 6 verschraubt werden. Über diese Verschraubung kann insbesondere eine Verspannkraft der Fahrzeugbatterie 1 eingestellt werden.
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Um bei einem besonders geringen Bauraumbedarf der Kraftfahrzeugbatterie 1 eine besonders vorteilhafte Kühlung der Kraftfahrzeugbatterie 1 realisieren zu können, ist es vorgesehen, dass die Zugstrebe 7 wenigstens einen, insbesondere eine Mehrzahl an von einem Kühlfluid durchströmbaren Kühlkanälen 8 zum Kühlen der Batteriemodule 2 aufweist. Insbesondere ist eine Kühleinrichtung vorgesehen, mittels welcher das Kühlfluid für die Kühlkanäle 8 der Zugstrebe 7 bereitgestellt wird. Das von der Kühleinrichtung bereitgestellte Kühlfluid wird über einen Kühlfluideinlass in die Mehrzahl an Kühlkanälen 8 eingeleitet und über einen Kühlfluidauslass aus der Mehrzahl an Kühlkanälen 8 entnommen. Insbesondere kann ein geschlossener Kühlkreislauf durch die Kühleinrichtung und die Mehrzahl von Kühlkanälen 8 bereitgestellt werden. Über den Kühlkreislauf und somit insbesondere über das durch die Kühlkanäle 8 der Zugstrebe 7 zirkulierende Kühlfluid ist über die Zugstrebe 7 von den Batteriemodulen 2 aufgenommene Wärme aus der Zugstrebe 7 abtransportierbar, um die Batteriemodule 2 zu kühlen. Insbesondere wird die Wärme mittels des Kühlfluids in die Kühleinrichtung transportiert, in welcher die Wärme an eine Umgebung der Kühleinrichtung abgegeben wird. Die die Kühlkanäle 8 aufweisende Zugstrebe 7 ermöglicht somit zum einen ein Verspannen der Batteriemodule, wodurch eine besonders hohe mechanische Stabilität sowie eine besonders hohe Formstabilität der Kraftfahrzeugbatterie 1 erreicht werden kann. Darüber hinaus ermöglicht die die Kühlkanäle 8 aufweisende Zugstrebe 7 ein besonders vorteilhaftes Kühlen der Batteriemodule 2, da die Zugstrebe 7 an jeweiligen der Zugstrebe 7 zugewandten Seitenflächen der Batteriemodule 2 jeweils flächig anliegt, wodurch eine besonders große Wärmeaustauschfläche zwischen der Zugstrebe 7 und den Batteriemodulen 2 erreicht werden kann.
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Die Zugstrebe 7 ermöglicht insbesondere eine Befestigung der Batteriemodule 2 aneinander sowie der Druckelemente 5 und der Druckplatten 6 an den Batteriemodulen 2. Des Weiteren stabilisiert die Zugstrebe 7 die Kraftfahrzeugbatterie 1 mechanisch und ermöglicht eine Verpressung und Kühlung der Batteriezellen der Batteriemodule 2 über deren Lebensdauer. Überdies erfüllt die Zugstrebe 7 eine Funktion einer Crash-Querstrebe. Hierfür schützt die Zugstrebe 7 die Batteriezellen der Batteriemodule 2 bei einem seitlichen Unfall vor Eindringen eines Pfahls, was auch als „car to pole“ bezeichnet wird, und schützt die Batteriezellen vor einem Eindringen eines Pfahls über den Unterboden von unter dem Kraftfahrzeug, wobei diese Gefahr insbesondere bei Pollerfallen besteht.
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Um die Batteriemodule 2 besonders vorteilhaft an der Zugstrebe 7 zu befestigen, können die Batteriemodule 2, wie in 2 dargestellt ist, mit der Zugstrebe 7 über einen Klebstoff 9 verklebt werden. Alternativ oder zusätzlich können die Batteriemodule 2 über Querstreben 10 sowie jeweilige Schraubverbindungen 11, wie in 3 gezeigt ist, mit der Zugstrebe 7 fest verbunden werden.
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Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform ist an jeweiligen Kontaktflächen der Batteriemodule 2 mit der Zugstrebe 7 der Klebstoff 9 angeordnet, über welchen die Batteriemodule 2 an der Zugstrebe 7 befestigt sind. Bei dem Klebstoff 9 handelt es sich insbesondere um einen Wärmeleitkleber mit einer besonders hohen Wärmeleitfähigkeit, um einen besonders vorteilhaften Wärmeabtransport von den Batteriemodulen 2 zu der Zugstrebe 7 und insbesondere zu dem in den Kühlkanälen 8 der Zugstrebe 7 zirkulierenden Kühlfluid zu ermöglichen.
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In der in 3 gezeigten Ausführungsform sind die Batteriemodule 2 über die Schraubverbindungen 11 sowie die Querstreben 10 mit der Zugstrebe 7 verbunden. Vorliegend sind zwei Querstreben 10 vorgesehen, welche jeweils über die Schraubverbindungen 11 mit den Batteriemodulen 2 verschraubt sind. Hierbei sind die Schraubverbindungen 11 an jeweiligen der Zugstrebe 7 abgewandten äußeren Seitenflächen der Batteriemodule 2 angeordnet. Über die Schraubverbindungen 11 und die Querstreben 10 sind die Batteriemodule 2 an ihren äußeren Seitenflächen mit einem Druck beaufschlagbar, so dass die Batteriemodule 2 gegeneinander und insbesondere gegen die zwischen den Batteriemodulen 2 angeordnete Zugstrebe 7 gedrückt werden. Die Verbindung der Batteriemodule 2 mit der Zugstrebe 7 über das Aneinanderdrücken der Batteriemodule 2 mittels der Querstreben 10 ermöglicht, dass die Batteriemodule 2 mit ihren der Zugstrebe 7 zugewandten inneren Seitenflächen besonders fest und flächig an der Zugstrebe 7 anliegen. Hierdurch kann ein besonders vorteilhafter Wärmeübergang von den Batteriemodulen 2 auf die Zugstrebe 7, insbesondere auf das die Kühlkanäle 8 durchströmende Kühlfluid ermöglicht werden, so dass die Batteriemodule 2 besonders vorteilhaft gekühlt werden können. Die Querstreben 10 sind vorliegend senkrecht zu den Kontaktflächen der Zugstrebe 7 mit den Batteriemodulen 2 angeordnet. Somit verlaufen die Querstreben 10 vorliegend entlang einer Längsrichtung x der Kraftfahrzeugbatterie 1.
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Der beschriebenen Kraftfahrzeugbatterie 1 liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Lithiumbatteriezellen, speziell in prismatischer Bauform mit oder ohne steifem Gehäuse, insbesondere aus Aluminium oder einem Foliensack, durch Zusammenpressen mehrerer Batteriezellen zu Batteriemodulen 2 verbunden werden. Das Zusammenpressen erfolgt mittels der Druckplatten 6, welche jeweils an einer äußersten Batteriezelle des jeweiligen Batteriemoduls 2 angeordnet sind. Eine Fixierung und ein Bilden der Vorspannung der Batteriemodule 2 erfolgt durch Verbinden der beiden Druckplatten 6 mittels der Zugstrebe 7, welche auch als Zuganker bezeichnet werden kann.
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Beim Stand der Technik erfolgt eine Kühlung der Batteriemodule 2 über einen Boden der Batteriemodule 2. Hierzu finden Kühlplatten Anwendung, welche strukturell unbelastet sind. Zur Versteifung eines Gehäuses der Kraftfahrzeugbatterie 1 werden beim Stand der Technik Querstreben verwendet, welche aufgrund eines hohen Gesamtgewichts der Batteriemodule 2 beim Stand der Technik notwendig sind.
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Beim Stand der Technik bilden die für den Zusammenhalt der Batteriemodule notwendigen Druckplatten 6 sowie die Zugstrebe 7 einen eigenen von einer Struktur der Kraftfahrzeugbatterie 1 entkoppelten Lastfluss und tragen nicht beziehungsweise lediglich zu einem sehr geringen Teil zu einer Gesamtsteifigkeit der Kraftfahrzeugbatterie 1 bei. Selbiges gilt beim Stand der Technik für die Kühlplatte. Diese Kühlplatte wird strukturell nicht belastet und liefert somit einen Betrag zu einer Gesamtsteifigkeit der Kraftfahrzeugbatterie 1. Die Querstreben liefern beim Stand der Technik eine notwendige Versteifung der Kraftfahrzeugbatterie 1, führen jedoch nachteiliger Weise zu einem besonders hohen Gesamtgewicht der Kraftfahrzeugbatterie 1.
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Im Gegensatz zum Stand der Technik ist bei der in den Figuren dargestellten Kraftfahrzeugbatterie 1 eine Kühlfunktion in die Zugstrebe 7 inkludiert, indem die Kühlkanäle 8 in die Zugstrebe 7 integriert sind. Zum Kühlen der Batteriezellen werden die Batteriemodule 2 an die gekühlte Zugstrebe 7 fixiert. Die Inklusion der Kühlfunktion in die Zugstrebe 7 ermöglicht, dass das Mehrgewicht beim Stand der Technik, welches durch die Kühlplatten verursacht ist, bei der dargestellten Kraftfahrzeugbatterie 1 eingespart werden kann. Das Einsparen der Kühlplatten ermöglicht zusätzlich zu einer Gewichtsoptimierung eine Bauraumoptimierung der Kraftfahrzeugbatterie 1. Für eine weitere Bauraumeinsparung können die Druckplatten 6 jeweils einen Deckel beziehungsweise einen Boden der Kraftfahrzeugbatterie 1 darstellen. Über die beiden an einem jeweiligen Ende der Batteriemodule 2 angeordnete Druckelemente 5 erfolgt die Verspannung der Batteriemodule 2 durch Verpressen der Druckelemente 5 um die Längendifferenz ΔI.
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Die Befestigung der Batteriemodule 2 an der gekühlten Zugstrebe 7 kann über den Wärmeleitkleber erfolgen. Der Wärmeleitkleber ermöglicht ein Sicherstellen einer optimalen Wärmeabfuhr aus den Batteriemodulen 2 in die gekühlte Zugstrebe 7. Bei optimaler Auslegung der Druckelemente 5 und der Druckplatten 6 nimmt der Klebstoff 9 keine Betriebskräfte auf und kann daher rein hinsichtlich dessen Wärmeleitung optimiert werden.
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Eine alternative oder zusätzliche Möglichkeit der Befestigung der Batteriemodule 2 an der Zugstrebe 7 ist das Befestigen der Batteriemodule 2 mittels der Querstreben 10 und der Schraubverbindungen 11 über Schraubelemente gegenüber der Zugstrebe 7. Hierbei kann eine Anpresskraft der Batteriemodule 2 an einer den Batteriemodulen 2 zugewandten Oberfläche der Zugstrebe 7 entscheidend für eine gute Wärmeabfuhr aus den Batteriemodulen 2 sein. Um eine besonders vorteilhafte Anpresskraft der Batteriemodule 2 an die Zugstrebe 7 zu erreichen, weisen die Batteriemodule 2 wenigstens eine definierte Mindesteigensteifigkeit auf, was zu Gewichtsnachteilen der Befestigung der Batteriemodule 2 über die Schraubverbindung an der Zugstrebe 7 gegenüber der Verbindung der Batteriemodule 2 an der Zugstrebe 7 mittels des Klebstoffs 9 führen kann. Vorteilhaft an der Verbindung der Batteriemodule 2 an der Zugstrebe 7 über die Schraubverbindungen 11 sowie die Querstreben 10 ist, dass ein Klebeprozess der Batteriemodule 2 an der Zugstrebe 7 in der Fertigung entfallen kann, wodurch eine Taktzeit im Vergleich zum Klebeprozess deutlich gesteigert werden kann, was sich positiv auf Herstellkosten der Kraftfahrzeugbatterie 1 auswirken kann.
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Durch die Integration der Funktionen des Kühlens und der Stabilität in die Zugstrebe 7 kann sowohl ein besonders geringes Gewicht der Kraftfahrzeugbatterie 1 auf Gesamtspeicherebene der Kraftfahrzeugbatterie 1 als auch eine besonders geringer Bauraum auf Modulebene der Batteriemodule 2 erreicht werden. Der besonders geringe Bauraum ermöglicht einen besonders hohen volumetrischen Nutzungsgrad in den Batteriemodulen 2. Hierdurch ist in der Kraftfahrzeugbatterie 1 ein besonders hoher Energiegehalt und eine besonders hohe Leistungsdichte erreichbar. Der besonders hohe Energiegehalt führt zusammen mit dem besonders geringen Gewicht der Kraftfahrzeugbatterie 1 zu einer besonders großen Reichweite des mittels elektrischer Energie aus der Kraftfahrzeugbatterie 1 betreibbaren Kraftfahrzeugs.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftfahrzeugbatterie
- 2
- Batteriemodul
- 3
- Oberseite
- 4
- Unterseite
- 5
- Druckelement
- 6
- Druckplatte
- 7
- Zugstrebe
- 8
- Kühlkanal
- 9
- Klebstoff
- 10
- Querstrebe
- 11
- Schraubverbindung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016212273 A1 [0002]
