DE102020006705A1

DE102020006705A1 - Modular traction battery for a vehicle

Info

Publication number: DE102020006705A1
Application number: DE102020006705.0A
Authority: DE
Inventors: Jan Rath; Jochen Bisinger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2020-11-02
Filing date: 2020-11-02
Publication date: 2020-12-17

Abstract

Die Erfindung betrifft eine modulare Traktionsbatterie (1) mit wenigstens einem Batteriemodul (2), welches wenigstens ein Gehäuse (3), wenigstens zwei galvanische Zellen (4) und wenigstens vier Kontaktelemente (5) umfasst, wobei das Batteriemodul (2) dazu eingerichtet ist durch Kontaktieren von Kontaktelementen (5) mit wenigstens einem weiteren Batteriemodul (2) parallelgeschaltet zu werden, wobei die beiden parallelgeschalteten Batteriemodule (2) wenigstens eine in eine Breitenrichtung (Y) verlaufende Aussparung (6) ausbilden. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) in eine obere (3.1) und eine untere Gehäusehälfte (3.2) unterteilt ist, wobei die obere (3.1) und die untere Gehäusehälfte (3.2) in eine orthogonal zur Breitenrichtung (Y) verlaufende Längsrichtung (X) zueinander versetzt sind, sodass die Gehäusehälften (3.1, 3.2) jeweils ein freies Ende (7) und ein an die jeweils andere Gehäusehälfte (3.1, 3.2) angrenzenden Mittelteil (8) aufweisen, sodass das Gehäuse (3) eine z-Förmige Querschnittsform in einer von der Längsrichtung (X) und einer orthogonal zur Längsrichtung (X) und der Breitenrichtung (Y) verlaufenden Höhenrichtung (Z) aufgespannten Ebene aufweist, und wobei jeweils wenigstens eine galvanische Zelle (4) in der oberen (3.1) und der unteren Gehäusehälfte (3.2) angeordnet ist, sodass die wenigstens zwei galvanische Zellen (4) in der Höhenrichtung (Z) übereinander angeordnet sind und wenigstens abschnittsweise entlang der Längsrichtung (X) im Mittelteil (8) zumindest mittelbar aneinander angrenzen, und wobei wenigstens zwei Kontaktelemente (5) als Stecker und wenigstens zwei Kontaktelemente als Buchse ausgeführt sind, jeweils zwei gleich ausgeführte Kontaktelemente (5) von der oberen (3.1) und der unteren Gehäusehälfte (3.2) am jeweiligen freien Ende (7) umfasst sind und sich im Wesentlichen in die Höhenrichtung (Z) vom Gehäuse (3) weg oder in das Gehäuse (3) hinein erstrecken.The invention relates to a modular traction battery (1) with at least one battery module (2), which comprises at least one housing (3), at least two galvanic cells (4) and at least four contact elements (5), the battery module (2) being set up for this purpose to be connected in parallel by contacting contact elements (5) with at least one further battery module (2), the two battery modules (2) connected in parallel forming at least one recess (6) extending in a width direction (Y). The invention is characterized in that the housing (3) is divided into an upper (3.1) and a lower housing half (3.2), the upper (3.1) and the lower housing half (3.2) running in an orthogonal to the width direction (Y) The longitudinal direction (X) are offset from one another so that the housing halves (3.1, 3.2) each have a free end (7) and a middle part (8) adjoining the other housing half (3.1, 3.2) so that the housing (3) has a z -Shaped cross-sectional shape in a plane spanned by the longitudinal direction (X) and a height direction (Z) extending orthogonally to the longitudinal direction (X) and the width direction (Y), and with at least one galvanic cell (4) in the upper (3.1) and the lower housing half (3.2) is arranged so that the at least two galvanic cells (4) are arranged one above the other in the height direction (Z) and at least partially along the longitudinal direction (X) in the middle part (8) ar adjoin each other, and at least two contact elements (5) are designed as a plug and at least two contact elements as a socket, two identically designed contact elements (5) from the upper (3.1) and lower housing halves (3.2) at the respective free end (7 ) and extend essentially in the vertical direction (Z) away from the housing (3) or into the housing (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine modulare Traktionsbatterie mit wenigstens einem Batteriemodul nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art sowie ein Fahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 7 näher definierten Art.The invention relates to a modular traction battery with at least one battery module according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1 and a vehicle according to the type defined in more detail in the preamble of claim 7.

Mit fortschreitender Klimaerwärmung nimmt insbesondere die Bedeutung einer Elektrifizierung des Verkehrssektors zum Einhalten ambitionierter CO₂-Einsparziele zu. So verfügen Hybridfahrzeuge und Plugin-Hybridfahrzeuge neben einem klassischen Verbrennungsmotor über einen zusätzlichen Elektromotor zum Antreiben des Fahrzeugs, wobei als Energiespeicher vor allem Batterien in Form von Akkumulatoren zum Einsatz kommen. Ebenso existieren rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge, welche komplett auf einen Verbrennungsmotor verzichten.As global warming progresses, the importance of electrification of the transport sector in order to meet ambitious CO ₂ savings targets is increasing. Hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles have, in addition to a classic combustion engine, an additional electric motor to drive the vehicle, whereby batteries in the form of accumulators are used as energy storage. There are also purely electrically powered vehicles that do without an internal combustion engine.

Rein elektrisch angetriebene Fahrzeuge weisen dabei, zumindest aktuell, eine geringe Reichweite im Vergleich zu einem mit einem Verbrennungsmotor angetriebenen Fahrzeug auf. Um eine Reichweite eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs zu erhöhen, ist in dem elektrisch angetriebenen Fahrzeug ein Energiespeicher mit einer hohen Kapazität vorzusehen. Dabei entsteht die Herausforderung eine Vielzahl an galvanischen Zellen, beziehungsweise die galvanischen Zellen umfassende Batteriemodule, im Fahrzeug vorzusehen, da das Fahrzeug nur einen begrenzen Bauraum zur Aufnahme des Energiespeichers aufweist. Weitere Herausforderungen werden dabei an eine bauraumoptimierte und effiziente Kühlung sowie eine unfallsichere Aufnahme der Batteriemodule im Fahrzeug gestellt. insbesondere bei einem Unfall sind die Batteriemodule so auszulegen, dass ihre Integrität erhalten bleibt, sodass keine korrosiven Elektrolyte auslaufen können, oder sich die Batteriemodule aufgrund eines thermischen Durchgehens so stark aufheizen, dass sie Feuer fangen. Hierzu werden Batteriegehäuse der Batteriemodule, welche die galvanischen Zellen umschließen, typischerweise besonders robust ausgelegt. Zur Erhöhung einer mechanischen Steifigkeit wird dabei neben einer geschickten konstruktiven Gestaltung eine Materialstärke der Batteriegehäuse besonders hoch gewählt, wodurch die Batteriemodule jedoch schwer werden, was sich nachteilig auf ein Leistungsvermögen sowie eine Reichweite eines Elektrofahrzeugs auswirkt.Purely electrically powered vehicles have, at least currently, a short range compared to a vehicle powered by an internal combustion engine. In order to increase the range of an electrically driven vehicle, an energy storage device with a high capacity must be provided in the electrically driven vehicle. This creates the challenge of providing a large number of galvanic cells or battery modules comprising the galvanic cells in the vehicle, since the vehicle only has a limited installation space for accommodating the energy storage device. Additional challenges are placed on space-optimized and efficient cooling as well as accident-proof accommodation of the battery modules in the vehicle. In the event of an accident in particular, the battery modules must be designed in such a way that their integrity is maintained so that no corrosive electrolytes can leak or the battery modules heat up to such an extent that they catch fire due to thermal runaway. For this purpose, the battery housings of the battery modules, which enclose the galvanic cells, are typically designed to be particularly robust. In order to increase mechanical rigidity, in addition to a clever structural design, a particularly high material thickness is selected for the battery housing, which makes the battery modules heavy, however, which has a disadvantageous effect on the performance and range of an electric vehicle.

Zur bauraumeffizienten und unfallsicheren Aufnahme von Batteriemodulen in einem Fahrzeug sind aus dem Stand der Technik diverse Verfahren und Vorrichtungen bekannt. So offenbart die WO 2017/139444 A1 ein Fahrzeug mit einer starren Rahmenstruktur zur Aufnahme von austauschbaren Batteriemodulen. Die in der Druckschrift offenbarte Batterie weist einen modularen Aufbau auf, wodurch die Batterie flexibel an verschiedene Fahrzeugkonzepte angepasst werden kann. Durch Erhöhen oder Reduzieren einer Modulanzahl lässt sich auch ein von der Batterie eingenommenes Volumen vergrößern oder verkleinern, sodass die in der Druckschrift offenbarte Batterie von einer Vielzahl unterschiedlicher Fahrzeugtypen aufgenommen werden kann. Handelt es sich um ein vergleichsweise großes Fahrzeug wie einen Transporter, so kann eine Kapazität der Batterie durch Hinzufügen weiterer Batteriemodule vergrößert werden, wodurch auch ein von der Batterie eingenommenes Volumen zunimmt. Hierzu können die einzelnen Batteriemodule der in der Druckschrift offenbarten Batterie einfach zusammengesteckt werden, wobei jeweils zwei Batteriemodule über an einer Verbindungseinrichtung vorgesehenen Kontakten elektrisch leitend miteinander verschaltet werden. Gemäß einer alternativen Ausführung kann die Batterie eine zentrale Schiene aufweisen, über die die einzelnen Batteriemodule elektrisch leitend zueinander parallel verschaltet werden können. Ebenfalls kann diese Schiene Kanäle zum Führen von einem Kühlmedium aufweisen, welches in die einzelnen Batteriemodule zum Abführen bei einer Nutzung der Batteriemodule anfallenden dissipativen Wärme eingespeist wird. Zur Regelung und Überwachung der Batterie weist die Batterie ein zentrales Batteriemanagementsystem auf. Die Batterie ist dabei so ausgeführt, dass die Batterie ein erstes Batteriemodul mit dem Batteriemanagementsystem aufweist, und weitere Batteriemodule an das erste Batteriemodul angeschlossen werden.Various methods and devices are known from the prior art for accommodating battery modules in a vehicle in an accident-proof and efficient manner. So reveals the WO 2017/139444 A1 a vehicle with a rigid frame structure to accommodate replaceable battery modules. The battery disclosed in the publication has a modular structure, as a result of which the battery can be flexibly adapted to different vehicle concepts. By increasing or reducing a number of modules, a volume occupied by the battery can also be enlarged or reduced, so that the battery disclosed in the publication can be received by a large number of different vehicle types. If the vehicle is a comparatively large vehicle, such as a van, the capacity of the battery can be increased by adding further battery modules, which also increases the volume occupied by the battery. For this purpose, the individual battery modules of the battery disclosed in the publication can simply be plugged together, two battery modules being connected to one another in an electrically conductive manner via contacts provided on a connecting device. According to an alternative embodiment, the battery can have a central rail, via which the individual battery modules can be connected in parallel to one another in an electrically conductive manner. This rail can also have channels for guiding a cooling medium, which is fed into the individual battery modules for dissipating dissipative heat that occurs when the battery modules are used. The battery has a central battery management system for regulating and monitoring the battery. The battery is designed in such a way that the battery has a first battery module with the battery management system, and further battery modules are connected to the first battery module.

Die Batterie, beziehungsweise die Batteriemodule, weisen dabei eine oder mehrere Aussparungen zum Hindurchführen von Tragstrukturen eines von einem Fahrgestell des Fahrzeugs umfassten Rahmens auf. Hierdurch kann die Batterie besonders unfallsicher im Fahrzeug vorgesehen werden. Kommt es beispielsweise zu einem Seitenaufprall werden die bei dem Unfall auftretenden Kräfte entlang der Tragstrukturen durch die Batterie geführt, und verhindern somit eine Beschädigung der Batteriemodule. Gemäß einer Ausführung der Batterie kann diese einfach aus dem Fahrzeug entnommen und durch eine andere Batterie ersetzt werden. Ist eine Kapazität der Batterie erschöpft, so kann eine leere Batterie besonders schnell durch eine vollgeladene Batterie ersetzt werden, was vergleichbar ist mit dem Betanken eines Verbrennungsfahrzeugs mit flüssigem Kraftstoff. Hierdurch lassen sich lange Ladezeiten im Zusammenhang mit einer fest im Fahrzeug verbauten Batterie vermeiden. Das Erweitern der Kapazität der in der Druckschrift offenbarten Batterie durch das Hinzufügen weiterer Batteriemodule erfordert jedoch einen vergleichsweisen hohen Aufwand, da die einzelnen Batteriemodule zum Verbinden genau zueinander ausgerichtet werden müssen.The battery or the battery modules have one or more cutouts for the passage of support structures of a frame encompassed by a chassis of the vehicle. This allows the battery to be provided in the vehicle in a particularly accident-proof manner. If, for example, there is a side impact, the forces occurring in the accident are guided along the support structures through the battery, thus preventing damage to the battery modules. According to one embodiment of the battery, it can simply be removed from the vehicle and replaced with another battery. If a capacity of the battery is exhausted, an empty battery can be replaced particularly quickly by a fully charged battery, which is comparable to refueling a combustion vehicle with liquid fuel. This avoids long charging times in connection with a battery permanently installed in the vehicle. However, expanding the capacity of the battery disclosed in the publication by adding further battery modules requires a comparatively high level of effort, since the individual battery modules have to be precisely aligned with one another in order to be connected.

Außerdem ist aus der US 2019/0237724 A1 eine Struktur zur Aufnahme von Batteriemodulen in einem Fahrzeug bekannt. Die Druckschrift beschreibt eine Rahmenstruktur zur Aufnahme einer variablen Anzahl an Batteriemodulen. Dabei wird die Rahmenstruktur an einem Fahrgestell eines Fahrzeugs befestigt, und erlaubt analog zum bisher genannten Stand der Technik bei einem Frontal- oder Seitenaufprall des Fahrzeugs Kräfte entlang von Tragstrukturen des Rahmens um die Batteriemodule herum zu führen. Zur besonders sicheren Aufnahme der Batteriemodule können diese jeweils einen Abstand in eine Breiten- oder Längsrichtung in der Aufnahme zur Rahmenstruktur aufweisen. So kann sich die Rahmenstruktur im Falle eines Unfalls leicht deformieren, um beim Unfall von der Rahmenstruktur aufgenommene Energie abzubauen. Eine Befestigung der Batteriemodule an der Tragstruktur, sowie ein Kontaktieren der einzelnen Batteriemodule ist auch hier jedoch vergleichsweise aufwändig.In addition, from the US 2019/0237724 A1 a structure for accommodating battery modules in a vehicle is known. The document describes a frame structure for receiving a variable number of battery modules. In this case, the frame structure is attached to a chassis of a vehicle and, analogously to the previously mentioned prior art, allows forces to be guided along support structures of the frame around the battery modules in the event of a frontal or side collision of the vehicle. For particularly secure accommodation of the battery modules, they can each have a spacing in a width or length direction in the accommodation to the frame structure. The frame structure can thus easily deform in the event of an accident in order to dissipate energy absorbed by the frame structure in the event of an accident. Fastening the battery modules to the support structure and contacting the individual battery modules is, however, also comparatively complex here.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte modulare Traktionsbatterie anzugeben, dessen Batteriemodule zur Erhöhung einer Kapazität der modularen Traktionsbatterie besonders einfach miteinander verbunden werden können und welche besonders bauraumeffizient in ein Fahrzeug integrierbar ist.The present invention is based on the object of specifying a modular traction battery which is improved compared to the prior art, the battery modules of which can be connected to one another in a particularly simple manner to increase the capacity of the modular traction battery and which can be integrated into a vehicle in a particularly space-efficient manner.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine modulare Traktionsbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie ein Fahrzeug mit einer solchen modularen Traktionsbatterie ergeben sich aus den hiervon abhängigen Ansprüchen.According to the invention, this object is achieved by a modular traction battery with the features of claim 1. Advantageous refinements and developments, as well as a vehicle with such a modular traction battery, result from the dependent claims.

Eine modulare Traktionsbatterie umfasst wenigstens ein Batteriemodul, wobei das Batteriemodul wiederrum wenigstens ein Gehäuse umfasst, in welchem wenigstens zwei galvanische Zellen angeordnet sind. Ferner weist das Batteriemodul wenigstens vier Kontaktelemente zum Verschalten des Batteriemoduls auf. Werden wenigstens zwei Batteriemodule miteinander verschaltet, so bilden die beiden Batteriemodule wenigstens eine in eine Breitenrichtung verlaufende Aussparung aus. Dabei lassen sich die beiden Batteriemodule aufgrund ihrer erfindungsgemäß ausgestalteten Formgebung sowie einer Anordnung der Kontaktelemente besonders leicht verschalten. So ist das Gehäuse eines Batteriemoduls in einer obere und eine untere Gehäusehälfte unterteilt, wobei die obere und die untere Gehäusehälfte in eine orthogonal zur Breitenrichtung verlaufende Längsrichtung zueinander versetzt sind, sodass die Gehäusehälften jeweils ein freies Ende und ein an die jeweils andere Gehäusehälfte angrenzenden Mitteilteil aufweisen, sodass das Gehäuse eine Z-förmige Querschnittsform in einer von der Längsrichtung und einer orthogonal zur Längsrichtung und der Breitenrichtung verlaufenden Höhenrichtung aufgespannten Ebene aufweist, und wobei jeweils wenigstens eine galvanische Zelle in der oberen und der unteren Gehäusehälfte angeordnet ist, sodass die wenigstens zwei galvanischen Zellen in der Höhenrichtung übereinander angeordnet sind und wenigstens abschnittsweise entlang der Längsrichtung im Mittelteil zumindest mittelbar aneinander angrenzen. Dabei sind wenigstens zwei Kontaktelemente eines Batteriemoduls als Stecker und wenigstens zwei Kontaktelemente als Buchse ausgeführt. Dabei sind jeweils zwei gleich ausgeführte Kontaktelemente von der oberen und der unteren Gehäusehälfte am jeweiligen freien Ende umfasst und erstrecken sich im Wesentlichen in die Höhenrichtung vom Gehäuse weg oder in das Gehäuse hinein.A modular traction battery comprises at least one battery module, the battery module in turn comprising at least one housing in which at least two galvanic cells are arranged. Furthermore, the battery module has at least four contact elements for interconnecting the battery module. If at least two battery modules are interconnected, the two battery modules form at least one recess running in a width direction. In this case, the two battery modules can be connected particularly easily due to their shape designed according to the invention and an arrangement of the contact elements. The housing of a battery module is divided into an upper and a lower housing half, the upper and lower housing halves being offset from one another in a longitudinal direction orthogonal to the width direction, so that the housing halves each have a free end and a central part adjoining the other housing half , so that the housing has a Z-shaped cross-sectional shape in a plane spanned by the longitudinal direction and a height direction extending orthogonally to the longitudinal direction and the width direction, and at least one galvanic cell in each case being arranged in the upper and lower housing halves, so that the at least two galvanic cells Cells are arranged one above the other in the vertical direction and at least in sections adjoin one another at least indirectly along the longitudinal direction in the central part. At least two contact elements of a battery module are designed as a plug and at least two contact elements as a socket. Two identically designed contact elements are encompassed by the upper and lower housing halves at the respective free end and extend essentially in the vertical direction away from the housing or into the housing.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Formgebung der einzelnen Batteriemodule lassen sich diese besonders einfach verbinden. So lassen sich die Batteriemodule an ihren von den freien Enden ausgebildeten Schenkeln der Z-Form übereinander schieben beziehungsweise aufeinanderlegen. Somit lassen sich wenigstens zwei zu verschaltende Batteriemodule besonders zuverlässig zueinander ausrichten, da sich die zwei Batteriemodule zumindest teilweise aufeinander abstützen und somit in einer Relativbewegung zueinander in die Längsrichtung und die Höhenrichtung zueinander eingeschränkt sind. Das einfache Verschalten der Batteriemodule wird zudem durch die Ausgestaltung der Kontaktelemente als Stecker und Buchse weiter unterstützt. So lassen sich die Kontaktelemente besonders leicht ineinander führen. Dabei ist es auch möglich, dass sich die Kontaktelemente verschrauben lassen. Hierdurch lässt sich ein verbesserter, da widerstandsärmerer Stromfluss über die Kontaktelemente sicherstellen, wobei eine Zugänglichkeit einer Verschraubungsstelle zu gewährleisten ist. Dabei können sowohl die an der oberen Gehäusehälfte angeordneten Kontaktelemente als Stecker oder Buchse, als auch die an der unteren Gehäusehälfte angeordneten Kontaktelemente als Buchse oder Stecker ausgeführt sein. Es ist auch möglich, dass ein Stecker von einer Schraube und eine Buchse von einem Gewinde zum Verschrauben der Kontaktelemente ausgebildet sind. Dadurch, dass auch die erfindungsgemäße modulare Traktionsbatterie eine Kapazität durch Hinzufügen oder Entnehmen einzelner Batteriemodule flexibel angepasst werden kann, lässt sich die modulare Traktionsbatterie als Energiespeicher bei einer Vielzahl verschiedener Fahrzeuge einsetzen. Bei der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie sind die galvanischen Zellen zudem wenigstens abschnittsweise in die Höhenrichtung übereinander angeordnet, wodurch ein in einem Fahrzeug zur Aufnahme der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie zur Verfügung stehender Bauraum noch besser ausgenutzt wird.Due to the shape of the individual battery modules according to the invention, they can be connected particularly easily. In this way, the battery modules can be pushed over one another or placed on top of one another at their legs of the Z-shape formed by the free ends. Thus, at least two battery modules to be interconnected can be aligned with one another in a particularly reliable manner, since the two battery modules are at least partially supported on one another and are therefore restricted in their relative movement to one another in the longitudinal direction and the height direction to one another. The simple interconnection of the battery modules is further supported by the design of the contact elements as a plug and socket. The contact elements can thus be guided into one another particularly easily. It is also possible that the contact elements can be screwed together. This makes it possible to ensure an improved, since less resistance, current flow via the contact elements, with access to a screw connection point having to be ensured. Both the contact elements arranged on the upper housing half can be designed as a plug or socket, and the contact elements arranged on the lower housing half can be designed as a socket or plug. It is also possible that a plug is formed by a screw and a socket is formed by a thread for screwing the contact elements. Because the modular traction battery according to the invention can also flexibly adjust its capacity by adding or removing individual battery modules, the modular traction battery can be used as an energy store in a large number of different vehicles. In the traction battery according to the invention, the galvanic cells are also arranged at least in sections in the vertical direction, so that the space available in a vehicle for accommodating the modular traction battery according to the invention is even better utilized.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der modularen Traktionsbatterie sieht vor, dass jedes Batteriemodul ein eigenes Batteriemanagementsystem umfasst, insbesondere ein im freien Ende einer der Gehäusehälften angeordnetes Batteriemanagementsystem. Dadurch, dass die erfindungsgemäße modulare Traktionsbatterie in jedem Batteriemodul ein eigenes Batteriemanagementsystem umfasst, lässt sich die erfindungsgemäße modulare Traktionsbatterie noch einfacher an verschiedenen Fahrzeugtypen vorsehen. Bei einem vergleichsweise kleinen Fahrzeug, beispielsweise einem PKW, umfasst die modulare Traktionsbatterie beispielsweise zwei Batteriemodule, bei einem vergleichsweise großen Fahrzeug wie einem Transporter, umfasst die modulare Traktionsbatterie hingegen beispielsweise vier Batteriemodule. Würde die modulare Traktionsbatterie ein zentrales Batteriemanagementsystem umfassen, müsste dieses in Abhängigkeit eines Fahrzeugtyps unterschiedlich ausgeführt sein, was einen Aufwand zum Vorsehen der modularen Traktionsbatterie bei unterschiedlichen Fahrzeugtypen erschwert. Dadurch, dass jedoch jedes Batteriemodul ein eigenes Batteriemanagementsystem aufweist, sind keine Einstellungen oder Änderungen an einem zentralen Batteriemanagementsystem notwendig. Ferner kann eine Kontaktierung von zwei Batteriemodulen über das Batteriemanagementsystems eines der Batteriemodule erfolgen. Durch Vorsehen des Batteriemanagementsystems im freien Ende befindet sich das Batteriemanagementsystem direkt im Bereich der Kontaktelemente. Hierdurch lassen sich Leistungselektronikkomponenten und Kabel besonders bauraumeffizient in einem Batteriemodul vorsehen.An advantageous development of the modular traction battery provides that each battery module comprises its own battery management system, in particular a battery management system arranged in the free end of one of the housing halves. Because the modular traction battery according to the invention includes its own battery management system in each battery module, the modular traction battery according to the invention can be provided even more easily on different types of vehicles. In a comparatively small vehicle, for example a car, the modular traction battery includes, for example, two battery modules; in a comparatively large vehicle such as a van, the modular traction battery, however, includes, for example, four battery modules. If the modular traction battery were to include a central battery management system, this would have to be designed differently depending on a vehicle type, which makes it difficult to provide the modular traction battery for different vehicle types. However, because each battery module has its own battery management system, no settings or changes to a central battery management system are necessary. Furthermore, two battery modules can be contacted via the battery management system of one of the battery modules. By providing the battery management system in the free end, the battery management system is located directly in the area of the contact elements. As a result, power electronics components and cables can be provided in a battery module in a particularly space-efficient manner.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der modularen Traktionsbatterie umfasst die modulare Traktionsbatterie eine Anschlussbox, wobei die Anschlussbox dazu eingerichtet ist ein Batteriemodul an ein Hochvoltnetz eines Fahrzeugs anzuschließen. Hierdurch wird ein Aufbau der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie noch weiter vereinfacht. In Abhängigkeit eines Fahrzeugtyps kann ein Hochvoltnetz eines Fahrzeugs, insbesondere Anschlussstellen des Hochvoltnetzes unterschiedlich ausgeführt sein, was einen hohen Aufwand zum Vorsehen einer Batterie bei verschiedene Fahrzeugtypen bedingt, da die Batterie an die unterschiedlichen Hochvoltnetze angepasst sein muss. Mit Hilfe der Anschlussbox, welche auch als eine Art Adapter verstand werden kann, lässt sich dieser Aufwand jedoch reduzieren. So kann die erfindungsgemäße modulare Traktionsbatterie, insbesondere die einzelnen Batteriemodule, fahrzeugunabhängig ausgeführt werden. Das Verwenden von Standardbauteilen schränkt eine Variantenvielfalt ein. Zur Ausbildung der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie sind somit nur wenige, baugleiche Komponenten erforderlich, wodurch Synergieeffekte, insbesondere in der Produktion der Batteriemodule, genutzt werden können. Kontakte zum Verschalten der Anschlussbox mit dem Hochvoltnetz können dabei an einer beliebigen Stelle aus der Anschlussbox herausgeführt sein. Die Kontakte sind dabei fahrzeugtypspezifisch ausgeführt.According to a further advantageous embodiment of the modular traction battery, the modular traction battery comprises a connection box, the connection box being set up to connect a battery module to a high-voltage network of a vehicle. This simplifies the construction of the modular traction battery according to the invention even further. Depending on a vehicle type, a high-voltage network of a vehicle, in particular connection points of the high-voltage network, can be designed differently, which requires a lot of effort to provide a battery in different vehicle types, since the battery must be adapted to the different high-voltage networks. With the help of the connection box, which can also be understood as a kind of adapter, this effort can be reduced. The modular traction battery according to the invention, in particular the individual battery modules, can thus be implemented independently of the vehicle. The use of standard components limits the number of variants. Only a few structurally identical components are therefore required to form the traction battery according to the invention, so that synergy effects, in particular in the production of the battery modules, can be used. Contacts for connecting the connection box to the high-voltage network can be led out of the connection box at any point. The contacts are designed specifically for the vehicle type.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der modularen Traktionsbatterie sieht ferner vor, dass die Anschlussbox zumindest eine dem freien Ende einer Gehäusehälfte, dem freien Ende einer Gehäusehälfte und einem Abschnitt des Mittelteils, oder beiden freien Enden eines Batteriemoduls und dem Mittelteil korrespondierenden Formgebung aufweist. Somit weist die Anschlussbox an einer einem Batteriemodul zugewandten Seite eine einem Batteriemodul entsprechende Form auf. Hierdurch lassen sich die Anschlussbox und das Batteriemodul zueinander besonders einfach ausrichten und verbinden. Aufgrund des Z-förmigen Querschnitts des Batteriemoduls reicht es hierzu aus, wenn die Anschlussbox lediglich eine einfache Rechteckform, wie ein freies Ende einer Gehäusehälfte aufweist. Die Anschlussbox kann jedoch auch L-förmig sein, was einer Querschnittsform eines freien Endes und wenigstens eines Abschnitts des Mittelteils entspricht. Ebenso ist es möglich, dass auch die Anschlussbox eine Z-förmige Querschnittsform aufweist. In Abhängigkeit eines in einem Fahrzeug zur Aufnahme der modularen Traktionsbatterie vorhandenen Bauraums, stehen somit zusätzliche Flächen zur Fixierung der Anschlussbox am Fahrzeug zur Verfügung.Another advantageous embodiment of the modular traction battery also provides that the connection box has at least a shape corresponding to the free end of a housing half, the free end of a housing half and a section of the middle part, or both free ends of a battery module and the middle part. Thus, on a side facing a battery module, the connection box has a shape corresponding to a battery module. This makes it particularly easy to align and connect the connection box and the battery module to one another. Due to the Z-shaped cross section of the battery module, it is sufficient for this if the connection box only has a simple rectangular shape, such as a free end of a housing half. However, the connection box can also be L-shaped, which corresponds to a cross-sectional shape of a free end and at least a section of the middle part. It is also possible that the connection box also has a Z-shaped cross-sectional shape. Depending on the installation space available in a vehicle to accommodate the modular traction battery, additional areas are thus available for fixing the connection box to the vehicle.

Entsprechend einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der modularen Traktionsbatterie weist die Anschlussbox zumindest an einem dem freien Ende einer Gehäusehälfte korrespondierenden Ende zu den Kontaktelementen der Gehäusehälfte eines an die Anschlussbox angeschlossenen Batteriemoduls korrespondierender Kontaktelemente auf. Hierdurch lässt sich die Anschlussbox besonders zuverlässig und einfach mit einem Batteriemodul verschalten. So lässt sich die Verschaltung zwischen Anschlussbox und Batteriemodul analog zu einer Verschaltung zweier Batteriemodule untereinander ausführen. Hierdurch kann ein Aufwand zum Verschalten einzelner Komponenten der modularen Traktionsbatterie noch weiter reduziert werden. Insbesondere wird hierdurch auch eine Variantenvielfalt zur Ausbildung der Kontaktelemente reduziert, was die Produktion der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie aufgrund einer reduzierten Variantenvielfalt noch einfacher gestaltet. Auch hier lassen sich durch die Verwendung gleicher Bauteile Synergieeffekte nutzen.According to a further advantageous embodiment of the modular traction battery, the connection box has contact elements corresponding to the contact elements of the housing half of a battery module connected to the connection box, at least at one end corresponding to the free end of a housing half. This enables the connection box to be connected to a battery module in a particularly reliable and simple manner. The interconnection between the connection box and the battery module can be carried out in the same way as an interconnection of two battery modules with one another. As a result, the effort required to interconnect individual components of the modular traction battery can be reduced even further. In particular, this also reduces the number of variants for designing the contact elements, which makes the production of the modular traction battery according to the invention even simpler due to a reduced number of variants. Here, too, synergy effects can be used by using the same components.

Bevorzugt ist wenigstens ein Batteriemodul so mit einem weiteren Batteriemodul und/oder der Anschlussbox kontaktiert, dass die beiden unteren Gehäusehälften und/oder eine untere Gehäusehälfte und die Anschlussbox in die Längsrichtung so zueinander beabstandet sind, dass sie wenigstens eine zweite in die Breitenrichtung verlaufende Aussparung ausbilden, wobei die wenigstens zweite Aussparung zur Aufnahme einer in die Breitenrichtung verlaufenden Strebe eines Montagerahmens eingerichtet ist. Hierdurch lässts ich eine Montage der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie an einem Fahrzeug besonders einfach gestalten. Indem die vom Montagerahmen umfassten Streben durch die erfindungsgemäße modulare Traktionsbatterie in die Breitenrichtung hindurchgeführt werden, wird eine Relativverschiebung einzelner Batteriemodule der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie relativ zum Montagerahmen eingeschränkt, sodass die einzelnen Batteriemodule besonders zuverlässig zum Montagerahmen ausgerichtet bleiben, was eine Montage der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie an einem Fahrzeug erleichtert. Dabei kann der Montagerahmen nach Befestigen der modularen Traktionsbatterie am Fahrzeug entfernt werden, oder im Fahrzeug verbleiben. In diesem Fall bildet der Montagerahmen einen Teil eines Rahmens eines Fahrgestells aus, und kann, analog zum Stand der Technik, Kräfte bei einem Seitenaufprall auf das Fahrzeug durch die Streben in die Breitenrichtung durch die modulare Traktionsbatterie hindurch leiten. Hierdurch wird eine besonders unfallsichere modulare Traktionsbatterie geschaffen.Preferably, at least one battery module is contacted with a further battery module and / or the connection box in such a way that the two lower housing halves and / or a lower housing half and the connection box in the longitudinal direction are spaced apart from one another so that they form at least one second recess running in the width direction, the at least second recess being designed to receive a strut of a mounting frame that runs in the width direction. As a result, I can assemble the modular traction battery according to the invention on a vehicle in a particularly simple manner. As the struts encompassed by the mounting frame are passed through the modular traction battery according to the invention in the width direction, a relative displacement of individual battery modules of the modular traction battery according to the invention relative to the mounting frame is restricted, so that the individual battery modules remain particularly reliably aligned with the mounting frame, which is what an assembly of the modular traction battery according to the invention is a vehicle. The mounting frame can be removed after the modular traction battery has been attached to the vehicle, or it can remain in the vehicle. In this case, the assembly frame forms part of a frame of a chassis and, analogously to the prior art, can conduct forces in the event of a side impact on the vehicle through the struts in the width direction through the modular traction battery. This creates a particularly accident-proof modular traction battery.

Ein Fahrzeug mit einem Fahrgestell und einem vom Fahrgestell umfassten Rahmen, wobei der Rahmen wenigstens eine entlang einer Breitenrichtung verlaufende Strebe aufweist, umfasst eine erfindungsgemäße im vorigen beschriebene modulare Traktionsbatterie. Dabei verläuft wenigstens eine Strebe des Rahmens durch die wenigstens eine von zwei Batteriemodulen ausgebildete Aussparung hindurch. Zum einen lässt sich ein im Fahrzeug zur Aufnahme der modularen Traktionsbatterie zur Verfügung stehender Bauraum besonders effizient nutzen, indem vom Rahmen umfassten Streben durch die modulare Traktionsbatterie hindurchgeführt werden. Zum anderen kann hierdurch, analog zum Montagerahmen, eine besonders unfallsichere Traktionsbatterie geschaffen werden. Bei dem Fahrzeug kann es sich um ein beliebiges, wenigstens von einem Elektromotor angetriebenes Fahrzeug wie ein PKW, ein LKW, ein Transporter, ein Bus, ein Motorrad, oder dergleichen handeln.A vehicle with a chassis and a frame encompassed by the chassis, the frame having at least one strut running along a width direction, comprises a modular traction battery according to the invention as described above. At least one strut of the frame extends through the at least one recess formed by two battery modules. On the one hand, the installation space available in the vehicle for accommodating the modular traction battery can be used particularly efficiently in that struts enclosed by the frame are passed through the modular traction battery. On the other hand, a particularly accident-proof traction battery can be created in this way, analogous to the assembly frame. The vehicle can be any vehicle driven by at least one electric motor, such as a car, a truck, a van, a bus, a motorcycle, or the like.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie und des Fahrzeugs ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben werden.Further advantageous configurations of the modular traction battery according to the invention and of the vehicle also result from the exemplary embodiments, which are described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie, welche von einem Rahmen eines Fahrgestells aufgenommen ist;
2 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie, welche von einem Montagerahmen gemäß einer ersten Ausführungsform gestützt wird;
3 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie, welche von einem Montagerahmen gemäß einer weiteren Ausführungsform gestützt wird;
4 eine Seitenansicht auf eine Anschlussbox gemäß drei alternativen Ausführungsformen;
5 eine Prinzipdarstellung eines beweglich ausgeführten Batteriemoduls;
6 eine Detailansicht von Kontakten zur Verschaltung von zwei Batteriemodulen; und
7 eine Detailansicht von Kontakten zur Verschaltung von zwei Batteriemodulen gemäß einer alternativen Ausführungsform der Kontakte.

Show:

1 a perspective view of a modular traction battery according to the invention, which is received from a frame of a chassis;
2 a side view of the modular traction battery according to the invention, which is supported by a mounting frame according to a first embodiment;
3 a side view of the modular traction battery according to the invention, which is supported by a mounting frame according to a further embodiment;
4th a side view of a connection box according to three alternative embodiments;
5 a schematic diagram of a movable battery module;
6th a detailed view of contacts for interconnecting two battery modules; and
7th a detailed view of contacts for interconnecting two battery modules according to an alternative embodiment of the contacts.

1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie 1. Die modulare Traktionsbatterie 1 umfasst eine Anschlussbox 10 zum Einspeisen von elektrischer Energie in ein in 2 dargestelltes von einem Fahrzeug umfasstes Hochvoltnetz 11, sowie mehrere Batteriemodule 2, wobei die Batteriemodule 2 jeweils eine Vielzahl ebenfalls in 2 dargestellter galvanischen Zellen 4 zur Bereitstellung einer Gleichspannungsquelle umfassen. Die Batteriemodule 2 weisen eine in einer durch eine Längsrichtung X und einer senkrecht auf der Längsrichtung X stehenden Höhenrichtung Z aufgespannten Ebene Z-förmige Querschnittsform auf. Dank dieser Z-förmigen Querschnittsform lassen sich die einzelnen Batteriemodule 2 einem Bauraum optimal ausnutzend in die Längsrichtung X aneinanderreihen. Dabei bilden jeweils zwei Batteriemodule 2 eine Aussparung 6 aus, durch die jeweils eine Strebe 16 eines Rahmens 15 eines nicht weiter dargestellten Fahrgestells eines Fahrzeugs hindurchgeführt ist. Kommt es zu einem Seitenaufprall auf das die modulare Traktionsbatterie 1 umfassenden Fahrzeugs, werden Unfallkräfte über die Streben 16 durch die modulare Traktionsbatterie 1 hindurchgeführt, so dass die einzelnen Batteriemodule 2 nicht, beziehungsweise nur schwach belastet werden. Hierdurch kann eine Unfallsicherheit der modularen Traktionsbatterie 1 vergrößert werden. Zudem nutzt die modulare Traktionsbatterie 1 einen im Fahrzeug zur Verfügung stehenden Bauraum zur Aufnahme der modularen Traktionsbatterie 1 optimal aus. 1 shows a perspective view of a modular traction battery according to the invention 1 . The modular traction battery 1 includes a connection box 10 for feeding electrical energy into an in 2 The high-voltage network shown by a vehicle 11 , as well as several battery modules 2 , the battery modules 2 each a large number also in 2 illustrated galvanic cells 4th to provide a DC voltage source. The battery modules 2 have a Z-shaped cross-sectional shape in a plane spanned by a longitudinal direction X and a height direction Z perpendicular to the longitudinal direction X. Thanks to this Z-shaped cross-sectional shape, the individual battery modules 2 Line up an installation space in the longitudinal direction X in an optimal way. Two battery modules each form 2 a recess 6th from, through each of which a strut 16 of a frame 15th a not shown chassis of a vehicle is passed. If there is a side impact on the modular traction battery 1 comprehensive vehicle, accident forces are on the struts 16 thanks to the modular traction battery 1 passed through so that the individual battery modules 2 not, or only slightly, stressed. This can make the modular traction battery safe 1 be enlarged. It also uses the modular traction battery 1 an installation space available in the vehicle to accommodate the modular traction battery 1 optimally.

2 zeigt die modulare Traktionsbatterie 1 in einer Seitenansicht, sowie eine vergrößerte Darstellung eines Batteriemoduls 2. Dabei sind die Anschlussbox 10 und die Batteriemodule 2 von einem Montagerahmen 14 aufgenommen, mit dessen Hilfe die modulare Traktionsbatterie 1 schnell und einfach am Rahmen 15 des Fahrgestells befestigt werden kann. Hierzu werden in einem Produktionsschritt die einzelnen Komponenten der modularen Traktionsbatterie 1 auf dem Montagerahmen 14 angeordnet, woraufhin der Montagerahmen mit der modularen Traktionsbatterie 1 In den Rahmen 15 eingeführt wird. In dem Beispiel in 2 ist der Montagerahmen 14 als ebener Rahmen ausgeführt. 2 veranschaulicht ebenfalls eine Verschaltung der Batteriemodule 2 untereinander, sowie mit der Anschlussbox 10. Ein Batteriemodul 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches die bereits erwähnten galvanischen Zellen 4 umschließt. Aufgrund des Z-förmigen Querschnitts bildet das Gehäuse 3 eine obere 3.1 und eine untere 3.2 Gehäusehälfte aus, wobei jeweils eine der Hälften 3.1, 3.2 ein freies Ende 7 sowie einen Mittelteil 8 ausbildet. Entlang des Mittelteils 8 sind die von der oberen 3.1 und der unteren 3.2 Gehäusehälfte umfassten galvanischen Zellen 4 wenigstens abschnittsweise entlang der Längsrichtung X nebeneinander angeordnet. Im freien Ende 7 der unteren Gehäusehälfte 3.2 umfasst das Batteriemodul 2 zudem ein Batteriemanagementsystem 9. Dabei umfasst jedes Batteriemodul 2 ein eigenes Batteriemanagementsystem 9. Durch Verzichten auf ein zentrales Batteriemanagementsystem kann eine Integration der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie 1 in unterschiedlichen Fahrzeugen besonders einfach erfolgen. So entfällt das Erfordernis, dass ein zentrales Batteriemanagementsystem auf eine abweichende Anzahl an Batteriemodulen 2 eingestellt werden muss. So werden die einzelnen galvanischen Zellen 4 der Batteriemodule 2 jeweils durch das von den Batteriemodulen 2 umfasste Batteriemanagementsystem 9 optimal angesteuert. Zum Verschalten der Batteriemodule 2 und/oder der Anschlussbox 10 weisen die Batteriemodule 2 und die Anschlussbox 10 Kontaktelemente 5 auf. Diese sind als Stecker beziehungsweise als Buchse ausgeführt. Auch ist es möglich, dass die Kontaktelemente 5 als Schraube beziehungsweise Gewinde (nicht dargestellt) ausgeführt sind oder miteinander verschraubt sind. In dem Beispiel in 2 sind die Kontaktelemente 5 der oberen Gehäusehälfte 3.1 als Stecker ausgeführt, und die Kontaktelemente 5 der unteren Gehäusehälfte 3.2 als Buchse ausgeführt. Es ist jedoch auch denkbar, dass die Kontaktelemente 5 der oberen Gehäusehälfte 3.1 als Buchse ausgeführt sind und die Kontaktelemente 5 der unteren Gehäusehälfte 3.2 als Stecker ausgeführt sind. Ebenso ist es denkbar, dass sämtliche Kontaktelemente 5 eines Batteriemoduls 2 als Stecker oder als Buchse ausgeführt sind. Um die einzelnen Komponenten verschalten zu können, weist dabei jede Gehäusehälfte 3.1, 3.2 wenigstens zwei Kontaktelemente 5 auf, wobei je ein Kontaktelement 5 einen Pluspol und einen Minuspol ausbildet. Die Polarität der Kontaktelemente 5 ist zur Veranschaulichung in 6 und 7 noch einmal durch ein Plus- beziehungsweise durch ein Minuszeichen angedeutet. 2 shows the modular traction battery 1 in a side view, as well as an enlarged one Representation of a battery module 2 . There are the connection box 10 and the battery modules 2 from a mounting frame 14th added, with the help of which the modular traction battery 1 quickly and easily on the frame 15th the chassis can be attached. For this purpose, the individual components of the modular traction battery are manufactured in one production step 1 on the mounting frame 14th arranged, whereupon the assembly frame with the modular traction battery 1 In the frame 15th is introduced. In the example in 2 is the mounting frame 14th designed as a flat frame. 2 also illustrates an interconnection of the battery modules 2 with each other and with the connection box 10 . A battery module 2 includes a housing 3 , which is the already mentioned galvanic cells 4th encloses. Due to the Z-shaped cross-section, the housing forms 3 an upper one 3.1 and a lower one 3.2 Housing half made of, with one of the halves 3.1 , 3.2 a free end 7th as well as a middle part 8th trains. Along the middle part 8th are those from the top 3.1 and the lower 3.2 Half of the housing comprised galvanic cells 4th arranged next to one another at least in sections along the longitudinal direction X. In the free end 7th the lower half of the housing 3.2 includes the battery module 2 also a battery management system 9 . Each battery module includes 2 its own battery management system 9 . By dispensing with a central battery management system, the modular traction battery according to the invention can be integrated 1 can be done particularly easily in different vehicles. This eliminates the need for a central battery management system to access a different number of battery modules 2 must be set. So are the individual galvanic cells 4th of the battery modules 2 in each case by that of the battery modules 2 included battery management system 9 optimally controlled. For interconnecting the battery modules 2 and / or the connection box 10 assign the battery modules 2 and the connection box 10 Contact elements 5 on. These are designed as a plug or socket. It is also possible that the contact elements 5 are designed as a screw or thread (not shown) or are screwed together. In the example in 2 are the contact elements 5 the upper half of the case 3.1 designed as a plug, and the contact elements 5 the lower half of the housing 3.2 designed as a socket. However, it is also conceivable that the contact elements 5 the upper half of the case 3.1 are designed as a socket and the contact elements 5 the lower half of the housing 3.2 are designed as a plug. It is also conceivable that all contact elements 5 a battery module 2 are designed as a plug or socket. In order to be able to interconnect the individual components, each housing half has 3.1 , 3.2 at least two contact elements 5 on, with one contact element each 5 forms a positive pole and a negative pole. The polarity of the contact elements 5 is in 6th and 7th indicated again by a plus or minus sign.

Wie 3 zeigt, kann der Montagerahmen 14 auch in eine senkrecht zur Längsrichtung X und der Höhenrichtung Z verlaufenden Breitenrichtung Y verlaufende Streben 13 aufweisen, um die einzelnen Komponenten der erfindungsgemäßen modularen Traktionsbatterie 1 noch zuverlässiger zu fixieren. Ebenso ist es denkbar, dass der Montagerahmen 14 nach Fixierung der modularen Traktionsbatterie 1 am Rahmen 15 ebenfalls im Fahrzeug verbleibt. Somit kann eine Unfallsicherheit der modularen Traktionsbatterie 1 noch weiter verbessert werden, indem bei einem Seitenunfall auftretende Kräfte ebenfalls durch die Streben 13 des Montagerahmens 14 geleitet werden. Hierzu sind jeweils zwei Batteriemodule 2 so zueinander angeordnet, dass sie eine zweite Aussparung 12 zum Hindurchführen der Streben 13 des Montagerahmens 14 ausbilden. Hierzu kann entweder das Gehäuse 3 im Vergleich zur Ausführung in 2 unterschiedlich dimensioniert sein, oder es können, wie 5 zeigt, die obere Gehäusehälfte 3.1 und die untere Gehäusehälfte 3.2, beispielsweise entlang einer Führungsschiene 17 zueinander translatorisch in die Längsrichtung X zueinander verschiebbar sein. Dies erhöht zwar ein Konstruktionsaufwand eines Batteriemoduls 2, jedoch lassen sich hierdurch verstärkt Synergieeffekte in der Produktion der Batteriemodule 2 nutzen, da lediglich ein Gehäuse 3 mit fest vorgegebenen Dimensionen herzustellen ist.As 3 shows the mounting frame 14th also struts running in a width direction Y running perpendicular to the longitudinal direction X and the height direction Z. 13th have to the individual components of the modular traction battery according to the invention 1 to fix even more reliably. It is also conceivable that the mounting frame 14th after fixing the modular traction battery 1 on the frame 15th also remains in the vehicle. Thus, the modular traction battery can be made accident-proof 1 can be further improved by the forces occurring in a side accident also through the struts 13th of the mounting frame 14th be directed. There are two battery modules for this 2 so arranged to each other that they have a second recess 12 to lead through the struts 13th of the mounting frame 14th form. Either the housing 3 compared to running in 2 be dimensioned differently, or it can be how 5 shows the upper half of the housing 3.1 and the lower case half 3.2 , for example along a guide rail 17th be mutually translationally displaceable in the longitudinal direction X to each other. It is true that this increases the construction effort of a battery module 2 However, this increases the synergy effects in the production of the battery modules 2 use, as only a housing 3 is to be produced with fixed predetermined dimensions.

4 zeigt verschiedene Ausführungsformen der Anschlussbox 10. Diese kann eine Querschnittsform gemäß eines freien Endes 7 einer Gehäusehälfte 3.1, 3.2 aufweisen, oder zusätzlich eine Kontur des Mittelteils 8 aufweisen. Ebenso ist es möglich, dass die Querschnittsform der Anschlussbox 10 der Querschnittsform eines Batteriemoduls 2 entspricht. Dabei können Kontaktelemente 5 zum Kontaktieren der Anschlussbox 10 mit dem Hochvoltnetz 11 und einem Batteriemodul 2 an einer beliebigen Stelle an der Anschlussbox 10, wie in 4 dargestellt, angeordnet sein. Insbesondere sind die Kontaktelemente 5 zum Verschalten mit dem Batteriemodul 2 dabei jedoch korrespondierend zu den Kontaktelementen 5 eines Batteriemoduls 2 ausgeführt, um die Anschlussbox 10 mit dem Batteriemodul 2 besonders einfach verschalten zu können. Dabei kann die Anschlussbox 10 Kontaktelemente 5 in Form von Steckern oder Buchsen aufweisen. 4th shows different embodiments of the connection box 10 . This can have a cross-sectional shape according to a free end 7th one housing half 3.1 , 3.2 have, or additionally a contour of the central part 8th exhibit. It is also possible that the cross-sectional shape of the connection box 10 the cross-sectional shape of a battery module 2 corresponds. Contact elements 5 for contacting the connection box 10 with the high-voltage network 11 and a battery module 2 anywhere on the connection box 10 , as in 4th shown, be arranged. In particular, the contact elements 5 for interconnection with the battery module 2 however, corresponding to the contact elements 5 a battery module 2 running to the junction box 10 with the battery module 2 particularly easy to interconnect. The connection box 10 Contact elements 5 in the form of plugs or sockets.

5 zeigt, wie bereits erwähnt, eine Verschiebung der oberen und der unteren Gehäusehälfte 3.1, 3.2 in die Längsrichtung X zueinander, zur Ausbildung der zweiten Aussparung 12. 5 shows, as already mentioned, a shift in the upper and lower housing halves 3.1 , 3.2 in the longitudinal direction X to one another to form the second recess 12 .

6 und 7 zeigen zwei beispielhafte Ausführungsformen der Kontaktelemente 5. In 6 sind die Kontaktelemente 5 zylinderförmig ausgeführt. Dabei sind die Kontaktelemente 5 der oberen Gehäusehälfte 3.1 als Stecker ausgeführt und die Kontaktelemente 5 der unteren Gehäusehälfte 3.2 als Buchse ausgeführt. Die Kontaktelemente 5 können jedoch auch eine von einer kreisrunden Querschnittsform abweisenden Querschnittsform wie eine quadratische, rechteckförmige, dreiecksförmige, sternförmige, elliptische, oder eine andere beliebige Querschnittsform aufweisen. Zum Fixieren der Stecker in der Buchse, können die Stecker eine Wulst 18 und die Buchsen eine Nut 19 aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass die Stecker sich jeweils über eine Feder 20 am Gehäuse 3 abstützen, was ein besonders einfaches Verbinden der Batteriemodule 2 ermöglicht, da so die obere und die untere Gehäusehälfte 3.1 und 3.2 komfortabel übereinander geschoben werden können, und die Stecker beim Erreichen einer Sollposition aufgrund einer von der Feder 20 ausgeübten Federkraft in die Buchsen hineinspringen. Aufgrund der Federkraft werden dann die Batteriemodule 2 zusätzlich zueinander fixiert. Zum Lösen dieser Fixierung können die Batteriemodule 2 nicht dargestellte Entriegelungseinrichtungen umfassen. Ebenso ist es denkbar, dass die Stecker beziehungsweise Buchsen eine nicht dargestellte komische Form aufweisen, wodurch ein Einführen der Stecker in die Buchsen noch einfacher erfolgen kann. 6th and 7th show two exemplary embodiments of the contact elements 5 . In 6th are the contact elements 5 cylindrical. Here are the contact elements 5 the upper half of the case 3.1 designed as a plug and the contact elements 5 the lower half of the housing 3.2 designed as a socket. The contact elements 5 can, however, also have a cross-sectional shape that rejects a circular cross-sectional shape, such as a square, rectangular, triangular, star-shaped, elliptical, or any other cross-sectional shape. To fix the plug in the socket, the plug can have a bead 18th and the sockets have a groove 19th exhibit. It is also conceivable that the plugs each have a spring 20th on the housing 3 support what a particularly easy connection of the battery modules 2 made possible, as so the upper and lower housing halves 3.1 and 3.2 can be comfortably pushed over one another, and the plug when reaching a target position due to a spring 20th spring force exerted into the sockets. The battery modules are then due to the spring force 2 additionally fixed to each other. To release this fixation, the battery modules 2 include unlocking devices not shown. It is also conceivable that the plugs or sockets have a strange shape (not shown), as a result of which the plugs can be inserted into the sockets even more easily.

Entsprechend 7 können die Stecker beziehungsweise die Buchsen auch eine beispielsweise T-förmige Querschnittsform aufweisen, was ein Einschieben der Stecker in die Buchsen in die Längsrichtung X ermöglicht. Aufgrund einer durch die T-förmigen Schenkel ausgebildeten Hinterschneidung können so die einzelnen Batteriemodule 2 auch durch Ausüben einer Kraft in die Höhenrichtung Z nicht voneinander gelöst werden.Corresponding 7th For example, the plugs or sockets can also have a T-shaped cross-sectional shape, for example, which enables the plugs to be pushed into the sockets in the longitudinal direction X. Due to an undercut formed by the T-shaped legs, the individual battery modules can 2 cannot be released from each other even by exerting a force in the vertical direction Z.

Nicht dargestellt sind zur Vereinfachung hingegen die für den Betrieb einer Hochvoltbatterie in einem Kraftfahrzeug technisch notwendigen Kontakt- und Anschlussstellen für Signalleitungen mit der Verbindung zu Steuergeräten im Fahrzeug sowie mögliche Anschlüsse für Kühlmedien bei einer Flüssigkeitskühlung.For the sake of simplicity, however, the contact and connection points for signal lines that are technically necessary for operating a high-voltage battery in a motor vehicle are not shown with the connection to control units in the vehicle, as well as possible connections for cooling media in the case of liquid cooling.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

WO 2017/139444 A1 [0004]WO 2017/139444 A1 [0004]
US 2019/0237724 A1 [0006]US 2019/0237724 A1 [0006]

Claims

Modulare Traktionsbatterie (1) mit wenigstens einem Batteriemodul (2), welches wenigstens ein Gehäuse (3), wenigstens zwei galvanische Zellen (4) und wenigstens vier Kontaktelemente (5) umfasst, wobei das Batteriemodul (2) dazu eingerichtet ist durch Kontaktieren von Kontaktelementen (5) mit wenigstens einem weiteren Batteriemodul (2) parallelgeschaltet zu werden, wobei die beiden parallelgeschalteten Batteriemodule (2) wenigstens eine in eine Breitenrichtung (Y) verlaufende Aussparung (6) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (3) in eine obere (3.1) und eine untere Gehäusehälfte (3.2) unterteilt ist, wobei die obere (3.1) und die untere Gehäusehälfte (3.2) in eine orthogonal zur Breitenrichtung (Y) verlaufende Längsrichtung (X) zueinander versetzt sind, sodass die Gehäusehälften (3.1, 3.2) jeweils ein freies Ende (7) und ein an die jeweils andere Gehäusehälfte (3.1, 3.2) angrenzenden Mittelteil (8) aufweisen, sodass das Gehäuse (3) eine z-Förmige Querschnittsform in einer von der Längsrichtung (X) und einer orthogonal zur Längsrichtung (X) und der Breitenrichtung (Y) verlaufenden Höhenrichtung (Z) aufgespannten Ebene aufweist, und wobei jeweils wenigstens eine galvanische Zelle (4) in der oberen (3.1) und der unteren Gehäusehälfte (3.2) angeordnet ist, sodass die wenigstens zwei galvanische Zellen (4) in der Höhenrichtung (Z) übereinander angeordnet sind und wenigstens abschnittsweise entlang der Längsrichtung (X) im Mittelteil (8) zumindest mittelbar aneinander angrenzen, und wobei wenigstens zwei Kontaktelemente (5) als Stecker und wenigstens zwei Kontaktelemente als Buchse ausgeführt sind, jeweils zwei gleich ausgeführte Kontaktelemente (5) von der oberen (3.1) und der unteren Gehäusehälfte (3.2) am jeweiligen freien Ende (7) umfasst sind und sich im Wesentlichen in die Höhenrichtung (Z) vom Gehäuse (3) weg oder in das Gehäuse (3) hinein erstrecken.Modular traction battery (1) with at least one battery module (2), which comprises at least one housing (3), at least two galvanic cells (4) and at least four contact elements (5), the battery module (2) being set up by contacting contact elements (5) to be connected in parallel with at least one further battery module (2), the two parallel-connected battery modules (2) forming at least one recess (6) running in a width direction (Y), characterized in that the housing (3) is in an upper (3.1) and a lower housing half (3.2) is subdivided, the upper (3.1) and the lower housing half (3.2) being offset from one another in a longitudinal direction (X) extending orthogonally to the width direction (Y), so that the housing halves (3.1, 3.2 ) each have a free end (7) and a middle part (8) adjoining the other housing half (3.1, 3.2) so that the housing (3) has a z-shaped cross-sectional shape in a it has a plane spanned by the longitudinal direction (X) and an orthogonal to the longitudinal direction (X) and the width direction (Y) extending height direction (Z), and at least one galvanic cell (4) in the upper (3.1) and the lower housing half (3.2) is arranged so that the at least two galvanic cells (4) are arranged one above the other in the height direction (Z) and at least partially adjoin one another along the longitudinal direction (X) in the middle part (8), and at least two contact elements (5 ) are designed as a plug and at least two contact elements as a socket, two identically designed contact elements (5) are encompassed by the upper (3.1) and lower housing halves (3.2) at the respective free end (7) and extend essentially in the vertical direction ( Z) extend away from the housing (3) or into the housing (3).

Modulare Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Batteriemodul (2) ein eigenes Batteriemanagementsystem (9) umfasst, insbesondere ein im freien Ende (7) einer der Gehäusehälften (3.1, 3.2) angeordnetes Batteriemanagementsystem (9).Modular traction battery (1) according to Claim 1 , characterized in that each battery module (2) comprises its own battery management system (9), in particular a battery management system (9) arranged in the free end (7) of one of the housing halves (3.1, 3.2).

Modulare Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Anschlussbox (10), wobei die Anschlussbox (10) dazu eingerichtet ist ein Batteriemodul (2) an ein Hochvoltnetz (11) eines Fahrzeugs anzuschließen.Modular traction battery (1) according to Claim 1 or 2 , characterized by a connection box (10), the connection box (10) being set up to connect a battery module (2) to a high-voltage network (11) of a vehicle.

Modulare Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbox (10) zumindest eine dem freien Ende (7) einer Gehäusehälfte (3.1, 3.2), dem freien Ende (7) einer Gehäusehälfte (3.1, 3.2) und einem Abschnitt des Mittelteils (8), oder beiden freien Enden (7) eines Batteriemoduls (2) und dem Mittelteil (8) korrespondierende Formgebung aufweist.Modular traction battery (1) according to Claim 3 , characterized in that the connection box (10) has at least one of the free end (7) of a housing half (3.1, 3.2), the free end (7) of a housing half (3.1, 3.2) and a section of the central part (8), or both has free ends (7) of a battery module (2) and the central part (8) corresponding shape.

Modulare Traktionsbatterie (1) nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussbox (10) zumindest an einem dem freien Ende (7) einer Gehäusehälfte (3.1, 3.2) korrespondierenden Ende zu den Kontaktelementen (5) der Gehäusehälfte (3.1, 3.2) eines an die Anschlussbox (10) angeschlossenen Batteriemoduls (2) korrespondierende Kontaktelemente (5) aufweist.Modular traction battery (1) according to Claim 4 characterized in that the connection box (10) at least at one of the free end (7) of a housing half (3.1, 3.2) corresponding end to the contact elements (5) of the housing half (3.1, 3.2) of a battery module connected to the connection box (10) ( 2) has corresponding contact elements (5).

Modulare Traktionsbatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Batteriemodul (2) so mit einem weiteren Batteriemodul (2) und/oder der Anschlussbox (10) kontaktiert ist, dass die beiden unteren Gehäusehälften (3.2) und/oder eine untere Gehäusehälfte (3.2) und die Anschlussbox (10) in die Längsrichtung (X) so zueinander beabstandet sind, dass sie wenigstens eine zweite in die Breitenrichtung (Y) verlaufende Aussparung (12) ausbilden, wobei die wenigstens zweite Aussparung (12) zur Aufnahme einer in die Breitenrichtung (Y) verlaufenden Strebe (13) eines Montagrahmens (14) eingerichtet ist.Modular traction battery (1) according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that at least one battery module (2) is contacted with a further battery module (2) and / or the connection box (10) that the two lower housing halves (3.2) and / or a lower housing half (3.2) and the connection box (10) are spaced from one another in the longitudinal direction (X) so that they form at least one second recess (12) extending in the width direction (Y), the at least second recess (12) for receiving one in the width direction (Y) Strut (13) of a mounting frame (14) is set up.

Fahrzeug mit einem Fahrgestell und einem vom Fahrgestell umfassten Rahmen (15), wobei der Rahmen (15) wenigstens eine entlang einer Breitenrichtung (Y) verlaufende Strebe (16) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine modulare Traktionsbatterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 vom Rahmen (15) aufgenommen ist, wobei wenigstens eine Strebe (16) des Rahmens (15) durch die wenigstens eine von zwei Batteriemodulen (2) ausgebildete Aussparung (6) verläuft.Vehicle with a chassis and a frame (15) enclosed by the chassis, the frame (15) having at least one strut (16) running along a width direction (Y), characterized in that a modular traction battery (1) according to one of the Claims 1 to 6th is received by the frame (15), at least one strut (16) of the frame (15) running through the at least one recess (6) formed by two battery modules (2).