DE102021118396A1

DE102021118396A1 - Modulgehäuseanordnung, Batteriemodul und Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls

Info

Publication number: DE102021118396A1
Application number: DE102021118396.0A
Authority: DE
Inventors: Martin Schüssler; Markus Thurmeier; Florian Dirisamer
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2021-07-15
Filing date: 2021-07-15
Publication date: 2023-01-19
Also published as: CN115621639A; US20230013273A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modulgehäuseanordnung (32) zur Aufnahme zumindest einer Batteriezelle (46), umfassend ein Modulgehäuse (34) mit einem Gehäuseboden (36), der einen Aufnahmebereich (40) zur Aufnahme der mindestens einen Batteriezelle (46) bezüglich einer ersten Richtung (z) begrenzt, und zwei Seitenplatten (38), die den Aufnahmebereich (40) beidseitig bezüglich einer zweiten Richtung (x) begrenzen. Dabei umfasst die Modulgehäuseanordnung (32) zudem ein Rückhalteelement (48) zur Anordnung auf der im Aufnahmebereich (40) aufgenommenen mindestens einen Batteriezelle (46), und eine Spanneinrichtung (44), welche zumindest von einer ersten der Seitenplatten (38) zur einer zweiten der Seitenplatten (38) auf einer dem Gehäuseboden (36) gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs (40) verläuft, wobei die Spanneinrichtung (44) derart ausgestaltet ist, dass mittels der Spanneinrichtung (44) eine Kraft (F0) in Richtung (z) des Gehäusebodens (36) auf das Rückhalteelement (48) aufbringbar ist, wenn dieses auf der im Aufnahmebereich (40) angeordneten mindestens einen Batteriezelle (46) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Modulgehäuseanordnung zur Aufnahme zumindest einer Batteriezelle, wobei die Modulgehäuseanordnung ein Modulgehäuse mit einem Gehäuseboden aufweist, der einen Aufnahmebereich zur Aufnahme der mindestens einen Batteriezelle in einer ersten Richtung begrenzt, und mit zwei Seitenplatten, die den Aufnahmebereich beidseitig in einer zweiten Richtung begrenzen. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul mit einer solchen Modulgehäuseanordnung und ein Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls.
Aktuelle Batteriemodule beziehungsweise deren Gehäuse werden aus einer Vielzahl an Bauteilen hergestellt und miteinander verbunden. Ein solches Modulgehäuse weist oftmals zwei Seitenplatten auf, die auch als Endplatten bezeichnet werden, und die einen Zellstack mit mehreren in einer Längserstreckungsrichtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen in seiner Längserstreckungsrichtung begrenzen. Diese Endplatten sind üblicherweise über einen Spannmechanismus miteinander verspannt, zum Beispiel mit sogenannten Sidebindern, d.h. Seitenteilen, die sich in Längserstreckungsrichtung des Zellstacks beidseitig von diesem erstrecken und die Endplatten miteinander unter Zug verbinden. Diese Sidebinder haben auf der Oberkante üblicherweise eine Abschrägung, damit die Zellen bei Lasten in z-Richtung nicht aus dem Modul fallen. Die z-Richtung definiert dabei üblicherweise eine Richtung von einer Modulunterseite zur Moduloberseite, wobei die Pole der Batteriezellen typischerweise auf deren Oberseiten angeordnet sind, wenn sich an der Modulunterseite eine Kühleinrichtung befindet. Der Gehäuseboden eines solchen Batteriemoduls wird dabei oftmals durch einen Gesamtbatterieboden für alle in einer Hochvoltbatterie aufgenommenen Batteriemodule bereitgestellt und nicht für jedes Batteriemodul separat. Mit anderen Worten kann ein Modulgehäuse, so wie dies typischerweise ausgebildet ist, lediglich als bodenloser Rahmen aufgefasst werden. Die Batteriemodule können dann in ein Gesamtbatteriegehäuse mit einem Kühlboden eingesetzt werden. Zur thermischen Anbindung an den Kühlboden ist zwischen den Modulunterseiten und dem Kühlboden üblicherweise ein sogenannter Gapfiller eingebracht, der zum Beispiel als Wärmeleitmasse oder Wärmeleitpaste bereitgestellt werden kann.
Diese Vielzahl an Teilen bringt bezüglich Vorspannung der Zellen deutliche Nachteile mit sich, da die Kräfte oftmals nicht optimal abgeleitet werden können und die Strukturen nicht so steif sind, wie dies ideal wäre. Zudem sind in der Montage zahlreiche Arbeitsschritte notwendig, welche die Einzelteile miteinander fügen müssen, zum Beispiel mittels Schweißens.
Die EP 3 678 208 A1 beschreibt ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, die in horizontaler Richtung angeordnet sind, wobei eine Abmessung des Batteriemoduls in horizontaler Richtung größer ist als in vertikaler Richtung. Die Zellen eines solchen Batteriemoduls können von einem oder mehreren Bindebändern zusammengehalten werden.
Weiterhin beschreibt die CN 210723151 U ein Stahlband zum Umschließen eines Zellstacks mit mehreren Batteriezellen, wobei am Stahlband weiterhin Schraubenhülsen angeordnet sind, in die Schrauben einführbar sind, mittels welchen sich ein solches Batteriemodul an einem Batteriegehäuse festgeschraubt werden kann.
Bislang ist es durch die im Stand der Technik offenbarten Batteriemodule nicht möglich, Funktionen wie die Anbindung an eine Kühleinrichtung, Verspannung der Batteriezellen, ein hohes Maß an Stabilität und Bereitstellung eines Rückhalts in z-Richtung auf effiziente Weise bereitzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Modulgehäuseanordnung, ein Batteriemodul und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst einfache und effiziente Ausbildung eines Batteriemoduls erlauben, und insbesondere eine Anbindung an eine Kühlung und eine Verspannung auf möglichst einfache und effiziente Weise.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Modulgehäuseanordnung, ein Batteriemodul und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Eine erfindungsgemäße Modulgehäuseanordnung zur Aufnahme zumindest einer Batteriezelle weist ein Modulgehäuse auf, welches wiederum einen Gehäuseboden umfasst, der einen Aufnahmebereich zur Aufnahme der mindestens einen Batteriezelle in einer ersten Richtung begrenzt, und zwei Seitenplatten umfasst, die den Aufnahmebereich beidseitig in einer zweiten Richtung begrenzen. Darüber hinaus umfasst die Modulgehäuseanordnung ein Rückhalteelement zur Anordnung auf der im Aufnahmebereich aufgenommenen mindestens einen Batteriezelle, sodass zumindest ein erster Teil des Rückhalteelements den Aufnahmebereich in der ersten Richtung auf einer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs begrenzt. Darüber hinaus umfasst die Modulgehäuseanordnung eine Spanneinrichtung, welche zumindest von einer ersten der Seitenplatten zu einer zweiten der Seitenplatten auf einer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs verläuft, wobei die Spanneinrichtung derart ausgestaltet ist, dass mittels der Spanneinrichtung eine Kraft in Richtung des Gehäusebodens auf das Rückhalteelement aufbringbar ist, wenn dieses auf der im Aufnahmebereich angeordneten mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist.
Es kann also ein Modulgehäuse bereitgestellt werden, welches beispielsweise U-förmig ausgebildet ist, und in welchem die mindestens eine Batteriezelle, insbesondere auch mehrere Batteriezellen in Form eines Zellstacks, aufgenommen werden können. Ist eine solche mindestens eine Batteriezelle in diesem Modulgehäuse aufgenommen, so verläuft das Spannband zumindest auf der dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite und drückt dabei das auf der mindestens einen Batteriezelle angeordnete Rückhalteelement nach unten in Richtung des Gehäusebodens. Durch eine solche Spanneinrichtung kann also vorteilhafterweise einerseits eine Verspannung eines solchen Batteriemoduls bereitgestellt werden, und gleichzeitig kann über das Einklemmen des Rückhalteelements zwischen dieser Spanneinrichtung und der mindestens einen Batteriezelle eine Anpresskraft in Richtung des Gehäusebodens erzeugt werden. Dies erlaubt es wiederum vorteilhafterweise, den Gehäuseboden beispielsweise als Kühlboden auszubilden oder diesen an eine Kühleinrichtung anzubinden. Hierbei kann zum Beispiel auch vollständig auf den eingangs erwähnten Gapfiller zwischen der mindestens einen Batteriezelle und dem Gehäuseboden verzichtet werden, da durch die beschriebene Anpresskraft, die durch die Kombination des Rückhalteelements und der Spanneinrichtung bereitgestellt werden kann, die mindestens eine Batteriezelle effizient gegen den Gehäuseboden gedrückt werden kann. Dadurch lässt sich eine deutlich effizientere Wärmeabfuhr bereitstellen. Dadurch, dass sich hierdurch ein gapfillerfreies Modul bereitstellen lässt, können enorm Kosten und Gewicht eingespart werden. Auch der Fertigungsaufwand reduziert sich hierdurch enorm. Die durch die Spanneinrichtung und das Rückhalteelement erzeugte Spannkraft nach unten ermöglicht aber nicht nur auf effiziente Weise eine gute thermische Anbindung an den Gehäuseboden, sondern das Rückhalteelement fungiert damit gleichzeitig auch als Niederhalter beziehungsweise Rückhalteelement in z-Richtung, die zur oben genannten ersten Richtung korrespondiert und die sich vorzugsweise parallel zur Fahrzeughochrichtung erstreckt, wenn die Modulgehäuseanordnung bestimmungsgemäß in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Dadurch, dass zudem das Modulgehäuse einen eigens dem Batteriemodul zugeordneten Gehäuseboden umfasst, der direkt an den Seitenplatten angeordnet ist, können Batteriemodule deutlich steifer gebaut werden, da die zwei Seitenplatten und der Gehäuseboden eine bauliche Einheit bilden, insbesondere eine fixe Einheit. Wird die mindestens eine Batteriezelle im Aufnahmebereich der Modulgehäuseanordnung aufgenommen, so ist ein Batteriemodul bereitgestellt, welches beispielsweise zusammen mit anderen weiteren so aufgebauten Batteriemodulen in ein Gesamtbatteriegehäuse oder einen Rahmen oder eine Gehäusewanne eingesetzt werden kann. Der Boden einer solchen Wanne muss dann nicht als Kühlboden ausgebildet sein, und ist dies vorzugsweise dann auch nicht. Zusätzlich kann auch auf die eingangs beschriebenen Sidebinder, d.h. die Seitenteile, verzichtet werden. Insgesamt können so vielzählige Bauteile eingespart werden, in der Fertigung müssen weniger Bauteile gefügt und zusammengebaut werden, und vor allem die Anbindung an eine Kühleinrichtung lässt sich deutlich effizienter und einfacher bereitstellen, insbesondere ohne die Notwendigkeit des Vorsehens eines Gapfillers, wenngleich es dennoch möglich ist, zwischen der mindestens einen im Aufnahmebereich aufgenommenen Batteriezelle und dem Gehäuseboden einen Spaltfüller, d.h. Gapfiller, z.B. in Form einer aushärtbaren Wärmeleitmasse oder Wärmeleitklebers, vorzusehen.
Der Aufnahmebereich kann so ausgestaltet sein, dass dieser zur Aufnahme nur einer einzelnen Batteriezelle vorgesehen ist. Vorzugsweise ist der Aufnahmebereich jedoch so ausgestaltet, dass in diesem mehrere Batteriezellen aufgenommen werden können, insbesondere prismatische Batteriezellen. Der Aufnahmebereich kann also eine im Wesentlichen quaderförmige Geometrie aufweisen. Die mehreren Batteriezellen können in Form eines Zellstacks beziehungsweise Zellstapels bereitgestellt sein und entsprechend in einer Längserstreckungsrichtung eines solchen Zellstapels nebeneinander angeordnet sein. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Batteriezellen beispielsweise als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind, da dies einen besonders kompakten Aufbau erlaubt. Darüber hinaus können die Batteriezellen zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zellen bereitgestellt sein. Ist ein solcher Zellstapel im Aufnahmebereich der Modulgehäuseanordnung bestimmungsgemäß aufgenommen, so korrespondiert die Längserstreckungsrichtung des Zellstapels zur zweiten Richtung. Die zweite Richtung kann im Übrigen senkrecht zur ersten Richtung ausgerichtet sein. Die Seitenplatten fungieren damit als Endplatten, die den Zellstapel in seiner Längserstreckungsrichtung begrenzen und über welche der Zellstapel insbesondere in der zweiten Richtung verspannt werden kann. Die Verspannung wird dabei ebenfalls über die Spanneinrichtung bewerkstelligt. Die Spanneinrichtung kann so angeordnet sein, dass sie zumindest die beiden Seitenplatten miteinander verbindet. Beispielsweise kann sie so angeordnet sein, dass sie von einer Seitenplatte zur anderen Seitenplatte verläuft und durch die von der Spanneinrichtung bereitgestellte Spannkraft die beiden Seitenplatten zueinander parallel zur zweiten Richtung verspannt. Über die Seitenplatten kann folglich eine entsprechende Spannkraft auf den Zellstapel in beziehungsweise entgegen der zweiten Richtung auf die Zellen aufgebracht werden, und gleichzeitig kann über das Rückhalteelement eine Anpresskraft entgegen der ersten Richtung, das heißt in Richtung des Gehäusebodens auf die Zellen bzw. den Zellstapel aufgebracht werden. Die Spanneinrichtung kann aber auch so ausgebildet sein, dass sie das Modulgehäuse komplett umläuft und beispielsweise auch außenseitig entlang des Gehäusebodens in Richtung der zweiten Richtung verläuft. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass nicht nur eine solche Spanneinrichtung pro Batteriemodul vorgesehen ist, sondern beispielsweise auch zwei oder mehr als zwei parallel zueinander verlaufende Spanneinrichtungen, die ein gleiches Rückhalteelement in Richtung des Zellstapels und in Richtung des Gehäusebodens pressen. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass nicht nur ein Rückhalteelement vorgesehen ist, sondern ebenfalls mehrere, die zum Beispiel unter anderem in der zweiten Richtung parallel zueinander verlaufend auf der mindestens einen Batteriezelle angeordnet sein können.
In ihrer bestimmungsgemäßen Anordnung ist eine Batteriezelle vorzugsweise so im Aufnahmebereich angeordnet, dass ihre Pole auf einer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Die Seite der mindestens einen Batteriezelle mit den Polen ist dabei als eine Oberseite der mindestens einen Batteriezelle definiert. Das Rückhalteelement ist dabei vorzugsweise auf der Oberseite der mindestens einen Batteriezelle angeordnet, wenn diese sich im Aufnahmebereich der Modulgehäuseanordnung befindet. Dabei kann das Rückhalteelement sowohl auf den Polen bzw. den Terminals verlaufend angeordnet sein oder auch in einem Bereich der Oberseite der mindestens einen Batteriezelle zwischen den Polen. Die Auflagefläche des Rückhaltelements auf der dem Zellstapel zugewandten Seite ist dabei vorzugsweise eben ausgebildet.
Dabei kann sich das Rückhalteelement zudem in einer dritten Richtung, die senkrecht zur ersten und zweiten Richtung ist, über eine gesamte Breite einer Oberseite einer Batteriezelle erstrecken oder nur über einen Teil dieser Oberseite in der dritten Richtung. Die zweite Variante ist dabei bevorzugt, da sie deutlich einfacher und bauraumeffizienter ausführbar ist.
Gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Gehäuseboden als Kühlboden ausgebildet. Beispielsweise kann der Gehäuseboden von einem Kühlmedium durchströmbar sein. Zu diesem Zweck kann der Gehäuseboden mit Kühlkanälen ausgebildet sein, die von einem solchen Kühlmedium durchströmbar sind. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise eine Modulkühlung in ein Batteriemodul integrieren. Eine aufwendige Anbindung eines Batteriemoduls an einen Kühlboden eines Gesamtbatteriegehäuses ist damit nicht mehr erforderlich.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Rückhalteelement in der ersten Richtung eine Dicke auf, die entlang der zweiten Richtung variiert, insbesondere welche ausgehend von einer Mitte des Rückhalteelements bezüglich der zweiten Richtung in Richtung der jeweiligen Seitenplatten abnimmt. Dies lässt sich beispielsweise dadurch bewerkstelligen, indem eine der Spanneinrichtung zugewandte Oberseite des Rückhalteelements, wenn dieses sich auf der im Aufnahmebereich angeordneten mindestens einen Batteriezelle befindet, im Verlauf bezüglich der zweiten Richtung gekrümmt, insbesondere bogenförmig und/oder monoton gekrümmt ausgebildet ist. Auf diese Weise lässt sich eine besonders homogene Anpresskraft in der zweiten Richtung bereitstellen.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn im Aufnahmebereich mehrere Batteriezellen in Form eines Zellstapels aufgenommen sind. Wäre das Rückhalteelement stattdessen zum Beispiel als Klotz oder Quader oder Platte mit konstanter Dicke in der zweiten Richtung ausgebildet, so würde eine höhere Anpresskraft in Richtung des Gehäusebodens auf diejenigen Batteriezellen wirken, die näher an den Seitenplatten angeordnet sind. Dieser Effekt kann vorteilhafterweise gerade dadurch kompensiert werden, indem das Rückhalteelement ausgehend von den Seitenplatten in Richtung seiner Mitte bezüglich der zweiten Richtung in seiner Dicke zunimmt. Mit anderen Worten ist die Dicke des Rückhalteelements in der Mitte in Bezug auf dessen zweite Richtung maximal. Die maximale Dicke kann zum Beispiel 1 Zentimeter bis 2 Zentimeter oder weniger als 1 Zentimeter betragen. In der dritten Richtung variiert die Dicke des Rückhalteelements vorzugsweise jedoch nicht. Somit kann auch in der dritten Richtung eine gleichmäßige Anpresskraft bereitgestellt werden. Optional kann eine Art in der zweiten Richtung verlaufende Führungsnut für die Spannvorrichtung vorgesehen sein.
Grundsätzlich kann das Rückhalteelement beispielsweise als eine Art Klotz bereitgestellt sein, dessen Dicke in Längsrichtung, das heißt in der zweiten Richtung, variiert, zum Beispiel in Art eines bogenförmig ausgebildeten Klotzes. Die der mindestens einen Batteriezelle zugewandte Seite des Rückhalteelements ist jedoch vorzugsweise eben ausgebildet oder weist eine auf eine Geometrie einer Oberseite der mindestens einen Batteriezelle angepasste, zum Beispiel komplementäre, Geometrie auf. Somit kann eine möglichst gleichmäßige Druckverteilung auf der Oberseite der mindestens einen Batteriezelle bereitgestellt werden.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn sich das Rückhalteelement von der ersten Seitenplatte bis zur zweiten Seitenplatte erstreckt. Ist im Aufnahmebereich beispielsweise ein Zellstapel mit mehreren Batteriezellen angeordnet, so ist es bevorzugt, dass sich das Rückhalteelement gleichzeitig über alle Oberseiten der jeweiligen Batteriezellen erstreckt. Grundsätzlich kann das Rückhalteelement dabei auch einen gewissen Abstand von den Seitenplatten haben, oder das Rückhalteelement kann die Seitenplatten auch kontaktieren.
Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Rückhalteelement, so wie dies gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen ist, zwei Seitenlaschen aufweist, die sich in der zweiten Richtung beidseitig an den ersten Teil des Rückhalteelements anschließen und sich in Richtung des Gehäusebodens erstrecken und die, wenn die mindestens eine Batteriezelle im Aufnahmebereich aufgenommen ist, jeweils zwischen der mindestens einen Batteriezelle und je einer der Seitenplatten angeordnet sind. Mit anderen Worten können diese beiden Seitenlaschen zwischen dem Zellstapel und den jeweiligen Seitenplatten eingeklemmt sein. Die Klemmkraft wird dabei zusätzlich durch die Spanneinrichtung bezüglich der zweiten Richtung erreicht. Dadurch kann hinsichtlich der Positionierung des Rückhalteelements mehr Stabilität bereitgestellt werden. Somit kann gewissermaßen durch den dadurch erzeugten Kraftschluss zusätzlich eine Bewegung der mindestens einen Batteriezelle in z-Richtung, das heißt in der ersten Richtung, verhindert werden.
Grundsätzlich kann das Rückhalteelement aus jedem beliebigen Material oder Werkstoff gefertigt sein, zum Beispiel Kunststoff, Alu, Holz oder ähnliches. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn das Rückhalteelement ein Metall und/oder einen Kunststoff umfasst und/oder als ein Hybridbauteil bereitgestellt ist. Ein solches Hybridbauteil kann dabei sowohl Weichkomponenten als auch Hartkomponenten umfassen, und zum Beispiel auch einen metallischen Anteil mit einem Kunststoffanteil kombinieren oder Kunststoffanteile unterschiedliche Härte. Besonders vorteilhaft ist es dabei zudem, wenn das Rückhalteelement eine zumindest zum Teil elastische Komponente aufweist, welche beispielsweise einfach durch ein Hybridbauteil bereitgestellt werden kann. In diesem Fall lässt sich durch eine solche zumindest zum Teil elastische Komponente ein Dämpfungseffekt bereitstellen. So können gerade äußere Krafteinwirkungen auf das Batteriemodul besonders schonend gedämpft werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Spanneinrichtung als mindestens ein Spannband ausgebildet. Ein solches Spannband lässt sich auf besonders einfache Weise um das Modulgehäuse mit dem im Aufnahmebereich aufgenommenen Zellstapel spannen. Zudem lässt sich ein solches Spannband auch auf einfache und kostengünstige Weise bereitstellen. Beispielsweise kann dieses zum Beispiel als Tape bereitgestellt sein. Auch für das Material kommen wiederum verschiedene Möglichkeiten infrage. Beispielsweise kann das mindestens eine Spannband einen Faserverbundkunststoff aufweisen, zum Beispiel aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff oder karbonfaserverstärkten Kunststoff gebildet sein, und/oder ein Karbonfaserband aufweisen oder als solches ausgebildet sein, und/oder ein Metall aufweisen oder als Metallband ausgebildet sein, wie zum Beispiel als ein Stahlband, Aluminiumband und so weiter. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Spannband ein Karbonfaserband umfasst oder als solches ausgebildet ist. Dieses bietet ein hohes Maß an Stabilität und Flexibilität zugleich. Besonders vorteilhaft ist dies zudem in Kombination mit einem Kunststoffgehäuse, wie dies später näher erläutert wird. Aber auch durch ein Metallband kann ein hohes Maß an Stabilität bereitgestellt werden. Zudem hat Metall den Vorteil, dass dieses hitzebeständig ist und zudem den hohen Spannkräften auf einfache Weise standhalten kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das Modulgehäuse zumindest zum Großteil aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärkten Kunststoff, ausgebildet, und/oder umfasst ein Metall oder eine Legierung. Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn das Gehäuse als ein Kunststoffgehäuse, beispielsweise aus einem faserverstärkten Kunststoff, bereitgestellt ist, und insbesondere einstückig ausgebildet ist. Mit anderen Worten können der Gehäuseboden und die Seitenplatten als ein Kunststoffbauteil, beispielsweise mittels eines Spritzgussverfahrens, gefertigt sein. Nichtsdestoweniger können der Gehäuseboden und die Seitenplatten auch als separate Kunststoffkomponenten bereitgestellt werden, die als Bandzusammenbau miteinander verbunden werden, zum Beispiel miteinander verschweißt werden. Die Ausbildung vor allem der Seitenplatten aus Kunststoff ermöglicht zudem eine besonders vorteilhafte Befestigung des Spannbands, insbesondere wenn dieses ebenfalls aus Kunststoff gefertigt ist oder als Karbonband bereitgestellt ist. Dabei ist es vor allem vorteilhaft, wenn das Spannband zudem zwei Bandenden aufweist, die an mindestens eine der Seitenplatten befestigt sind, insbesondere in die mindestens eine der zum Großteil aus einem Kunststoff gebildeten Seitenplatten zum Teil eingegossen ist. Beispielsweise kann an einer der Seitenplatten eine in der dritten Richtung verlaufende Nut vorgesehen sein, in welcher zudem eine oder zwei Ösen zur Durchführung der beiden Spannbandenden bereitgestellt ist, um das Spannband, nachdem die mindestens eine Batteriezelle im Aufnahmebereich aufgenommen ist, zu verspannen. Im gespannten Zustand können die Ösen dann zum Beispiel mit Kunststoff in einem Spritzgussverfahren ausgegossen werden, wodurch die Spannbandenden final an der einen Seitenplatte befestigt sind. Dieser hat eine besonders stabile Verbindung zwischen dem Spannband und der Seitenplatte. Auch wird hierdurch eine besonders einfache Verspannung ermöglicht. Sind beispielsweise die Ösen in einem Winkel zur Umlaufrichtung des Bands ausgerichtet, zum Beispiel 45 Grad, ist es möglich, das Spannband durch Anziehen der Enden in und entgegen der dritten Richtung zu verspannen, das heißt senkrecht zur ersten Richtung. Alternativ könnten auch die Spannbandenden sich überlappend aneinander befestigt sein. Eine formschlüssige oder materialschlüssige Befestigung an der Seitenplatte ist dann nicht erforderlich. Allerdings ist hier das Verspannen des Spannbands gegenüber der zuvor beschriebenen Variante etwas erschwert.
Ist das Modulgehäuse beispielsweise aus einem Metall oder einer Legierung gefertigt, zum Beispiel aus Aluminium, so kann es auch vorgesehen sein, dass zur Befestigung des Spannbands an der Seitenplatte ein anderer Befestigungsmechanismus, zum Beispiel Nieten oder Anschweißen oder ähnliches, verwendet wird.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen die Spanneinrichtung und/oder das Rückhalteelement mindestens eine einer freigebbaren Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle zugeordnete zumindest freigebbare Durchgangsöffnung auf, die insbesondere, wenn die mindestens eine Batteriezelle im Aufnahmebereich aufgenommen ist, in der ersten Richtung oberhalb der Entgasungsöffnung der mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist. Batteriezellen weisen typischerweise freigebbare Entgasungsöffnungen, zum Beispiel in Form einer Berstmembran, auf, die oftmals an der Oberseite einer solchen Batteriezelle zwischen den Polen angeordnet ist. Eine solche freigebbare Entgasungsöffnung erlaubt es, dass im Notfall, zum Beispiel im Falle eines thermischen Events, in der Batteriezelle entstehende Gase gezielt aus der Batteriezelle ausgeleitet werden können, ohne dass dabei die Batteriezelle explodiert. Gerade, wenn das Rückhalteelement oberhalb der Batteriezellen auf diesen Entgasungsöffnungen angeordnet ist, ist es vorteilhaft, wenn auch im Rückhalteelement und/oder im darüber liegenden Spannband eine solche zumindest freigebbare Entgasungsöffnung oder Durchgangsöffnung vorgesehen ist. Gerade ein Spannband kann eine solche freigebbare Entgasungsöffnung beispielsweise auch lediglich als eine Art Sollbruchstelle, beispielsweise als Materialschwächung, Perforation oder ähnliches bereitgestellt sein, die aufreißt sobald Gas aus der mindestens einen Batteriezelle austritt. Optional können auch im Rückhalteelement integrierte Gaslenkungskanäle zur Lenkung des Gasstroms, welcher aus den Batteriezellen austritt, vorgesehen sein. Aus den Batteriezellen austretendes Gas kann die Batteriegaslenkungskanäle beispielsweise in oder entgegen der zweiten Richtung und/oder in und entgegen der dritten Richtung aus dem Batteriemodul und insbesondere aus der gesamten Batterie ausgeleitet werden.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul mit einer erfindungsgemäßen oder einer ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Modulgehäuseanordnung beschriebenen Vorteile gelten in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Batteriemodul. Das Batteriemodul kann zudem neben der Modulgehäuseanordnung noch mindestens eine im Aufnahmebereich aufgenommene Batteriezelle aufweisen. Vorzugsweise umfasst das Batteriemodul einen Zellstapel mit mehreren in der zweiten Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen, die im Aufnahmebereich angeordnet sind. Diese können wie oben bereits beschrieben ausgebildet sein.
Auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Modulgehäuseanordnung oder einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer seiner Ausgestaltungen soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden.
Ist ein solches Batteriemodul im Kraftfahrzeug verbaut, dann korrespondiert die erste Richtung vorzugsweise zur Fahrzeughochrichtung. Die zweite Richtung und die dritte Richtung können dann zum Beispiel jeweils zur Fahrzeuglängsrichtung und zur Fahrzeugquerrichtung oder umgekehrt korrespondieren.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bespannen eines Batteriemoduls, welches eine Modulgehäuseanordnung aufweist, die ein Modulgehäuse mit einem Gehäuseboden, der einen Aufnahmebereich zur Aufnahme mindestens einer Batteriezelle in einer ersten Richtung begrenzt, und zwei Seitenplatten, die den Aufnahmebereich beidseitig in einer zweiten Richtung begrenzen, umfasst. Dabei wird ein Rückhalteelement auf der mindestens einen Batteriezelle angeordnet, sodass, wenn die mindestens eine Batteriezelle im Aufnahmebereich angeordnet ist, zumindest ein erster Teil des Rückhalteelements den Aufnahmebereich in der ersten Richtung auf einer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs begrenzt. Zudem wird eine Spanneinrichtung bereitgestellt, welche zumindest von einer ersten der Seitenplatten zu einer zweiten der Seitenplatten auf einer dem Gehäuseboden gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs verläuft, und die derart verspannt wird, dass mittels der Spanneinrichtung eine Kraft in Richtung des Gehäusebodens auf das Rückhalteelement aufgebracht wird, wenn dieses auf der im Aufnahmebereich angeordneten mindestens einen Batteriezelle angeordnet ist.
Auch hier gelten die für die erfindungsgemäße Modulgehäuseanordnung und ihre Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Modulgehäuseanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:

1 eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel;
2 eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls mit einer Batteriemodulgehäuseanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
3 eine schematische und perspektivische Darstellung eines Teils der Modulgehäuseanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer Draufsicht auf einen Teil eines Spannbands mit einer freigebbaren Entgasungsöffnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung eines Teils eines Spannbands mit einer freigebbaren Entgasungsöffnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung;
6 eine schematische Darstellung eines Teils eines Batteriemoduls in drei verschiedenen Entgasungszuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
1 zeigt eine schematische Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls 10 gemäß einem nicht zur Erfindung gehörenden Beispiel. Das Batteriemodul weist dabei einen Zellstapel 12 mit mehreren Batteriezellen 14 auf, von denen aus Gründen der Übersichtlichkeit nur eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Die Batteriezellen 14 können dabei durch Trennelemente zur elektrischen und/oder thermischen Entkopplung voneinander separiert sein. Ein solcher Zellstapel 12 wird weiterhin beidseitig von jeweiligen Endplatten 18 begrenzt, in die außenseitig noch weitere Bauteile 20, wie zum Beispiel Elektronikkomponenten, integriert sein können. Um die Batteriezellen 14 in x-Richtung miteinander zu verspannen, sind die Endplatten 16 über Sidebinder 22 miteinander verbunden und verspannt. Zwischen die Sidebinder 22 und den Zellstapel 12 können Isolationseinleger 24 eingebracht sein. Die Sidebinder 22 haben auf der Oberkante eine Abschrägung 22a, damit die Zellen 14 bei Lasten in z-Richtung nicht aus dem Modul 10 fallen. Auf das Modul können dann noch weitere Komponenten aufgesetzt werden, wie zum Beispiel elektrische Verschaltungskomponenten 26 und ein Moduldeckel 28. Insgesamt setzt sich ein solches Modul 10 somit aus vielzähligen verschiedenen Teilen zusammen. Dies bringt gerade bezüglich der Vorspannung der Zellen deutliche Nachteile, weil die Kräfte nicht optimal abgeleitet werden können und die Strukturen nicht so steif sind, wie beispielsweise eine hochintegrierte Struktur. Zudem sind in der Montage zahlreiche Arbeitsschritte notwendig, welche die Einzelteile miteinander fügen müssen.
Diese Nachteile können nunmehr durch die Erfindung beziehungsweise ihre Ausführungsformen vorteilhafterweise vermieden werden.
2 zeigt eine schematische Darstellung eines Batteriemoduls 30 mit einer Modulgehäuseanordnung 32 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bevorzugt ist die Modulgehäuseanordnung 32 dabei als vollintegriertes Kunststoffmodul ausgebildet, wenngleich auch eine Ausbildung aus metallischen Gehäusekomponenten denkbar ist. Grundsätzlich umfasst diese Modulgehäuseanordnung 32 zunächst ein Modulgehäuse 34, welches wiederum einen Gehäuseboden 36 und zwei Seitenplatten 38 umfasst. Das Modulgehäuse 34 weist einen Aufnahmebereich 40 auf, in welchem in diesem Beispiel ein Zellstapel 42 mit mehreren in x-Richtung nebeneinander angeordneten Batteriezellen 46 aufgenommen ist. Die Seitenplatten 38 begrenzen dabei den Aufnahmebereich 40 in x-Richtung, während der Gehäuseboden 36 unterseitig am Aufnahmebereich 40 angeordnet ist und damit den Aufnahmebereich 40 nach unten, das heißt entgegen der dargestellten z-Richtung, begrenzt. In y-Richtung kann das Gehäuse 34 offen ausgebildet sein. Die Seitenplatten 38 sind dabei vorzugsweise senkrecht zum Gehäuseboden 36 ausgerichtet und an diesem befestigt. Optional können diese auch einstückig mit diesem ausgebildet sein. Da die durch die Seitenplatten 38 bereitgestellten Druckplatten und die Bodenplatte, das heißt der Gehäuseboden 36, eine fixe Einheit sind und keine Schweißverbindungen vorliegen, können die Module 30 deutlich steifer gebaut werden. Zudem müssen in der Fertigung weniger Teile gefügt werden und zusammengebaut werden. Eine Ausbildung aus einem Kunststoff beziehungsweise einem Kunststoffverbundmaterial, zum Beispiel einem faserverstärkten Kunststoff, hat dabei zudem noch den großen Vorteil, dass zudem zwischen dem Zellstapel 42 und den Gehäusebauteilen 36, 38 keine zusätzlichen Isolationselemente und Einleger vorgesehen werden müssen. Der Gehäuseboden 36 ist zudem bevorzugt als Kühlboden ausgebildet, das heißt er kann von einem Kühlmittel durchströmbare Kühlkanäle aufweisen, die vorliegend jedoch nicht dargestellt sind. Damit kann die Zellkühlung direkt in das Modul 30 integriert werden. Zur Verspannung der Batteriezellen 46 in x-Richtung, und gleichzeitig zur Anpressung der Batteriezellen 46 entgegen der z-Richtung, weist die Modulgehäuseanordnung 32 weiterhin eine Spanneinrichtung in Form eines Spannbands 44, sowie ein Rückhalteelement 48 auf. Das Rückhalteelement 48 beziehungsweise zumindest ein Teil 48a davon, ist dabei auf dem Zellstapel 42 auf einer dem Gehäuseboden 36 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Optional kann dieses Rückhalteelement 48 auch zwei zweite Teile 48b aufweisen, die in Form von Laschen 48b bereitgestellt sein können, die zwischen den Seitenplatten 38 und dem Zellstapel 42 angeordnet beziehungsweise eingeklemmt sind. Optional wird das Rückhalteelement 48 also in die seitlichen Druckplatten 38, d.h. die Seitenplatten 38, gesteckt beziehungsweise zwischen die Seitenplatten 38 und den Zellstapel 42. Das Rückhalteelement 48 kann aber auch lediglich aus dem genannten ersten Teil 48a bestehen. Das Spannband 44 umgibt die Modulgehäuseanordnung 32 mit dem darin aufgenommenen Zellstapel 42 dabei vollständig und kann zum Beispiel an einer der Seitenplatten 38 in einem Befestigungsbereich 50 befestigt sein. Die Seitenplatten 38 können dabei zudem mit einer kleinen Nut versehen sein, die in y-Richtung verläuft, und durch welche das Spannband 44, welches vorzugsweise als Tape ausgebildet ist, gezogen wird, um im Zusammenbau daran ziehen zu können, um das Spannband 44 zu verspannen. Nachdem das Spannband gespannt wurde, kann diese Nut beispielsweise mit Spritzguss ausgefüllt werden, um das Tape 44 an der Seitenplatte 38 zu befestigen. Hierbei wird eine Art Keilwirkung erzeugt.
Da dieses Tape 44 in Kombination mit dem Rückhalteelement 48 oberhalb der Batteriezellen 46 verläuft, können die Zellen 46 gegenüber einem Abheben in z-Richtung gehindert werden. Besonders vorteilhaft ist es jedoch, dass mittels dieses Spannbands 44 in Kombination mit dem Rückhalteelement 48, welches einen Niederhalter bereitstellt, zusätzlich eine Anpresskraft entgegen der z-Richtung nach unten auf die Batteriezellen 46 in Richtung des Gehäusebodens 36 ausgeübt werden kann. Diese Anpresskraft auf die jeweiligen Zellen 46 ist vorliegend mit F bezeichnet. Diese resultiert aus einer initialen Kraft F0, die über das Spannband 44 auf den Niederhaltern 48 ausgeübt wird. Weiterhin weist das Rückhalteelement 48 in z-Richtung eine Dicke d auf, die in x-Richtung variiert. Insbesondere ist das Rückhalteelement 48 in seiner Mitte 52 bezüglich der x-Richtung dicker ausgebildet, als im Randbereich 54 nahe den Seitenplatten 38. Somit hat das Rückhalteelement 48 an der Außenseite 54 eine andere Wandstärke wie in der Mitte 52 des Bauteils 48. Dadurch kann es erreicht werden, dass die Anpresskräfte F auf die Zellen 46 nahezu homogen über die gesamte x-Richtung verteilt sind. Diese können damit vorteilhafterweise gleichmäßig gegen den Kühlboden 36 gedrückt werden. Durch diese Anpresskräfte F kann zusätzlich auf einen Gapfiller zwischen den Zellen 46 und dem Kühlboden 36 verzichtet werden. Dies erlaubt eine deutlich effizientere Anbindung an den Kühlboden 36. Da bei dem Modul 30 folglich ein Boden 36 integriert ist, welcher gleichzeitig als Kühlboden 36 dient, muss vorteilhaftwerweise kein Aufwand mehr in Gapfiller oder im Batteriegehäuse integrierte Böden geleistet werden. Zudem können im Boden 36 auch einfach Crashstrukturen 56 integriert werden, was sich besonders einfach bewerkstelligen lässt, wenn der Boden 36 beziehungsweise das Gehäuse 34 aus Kunststoff gefertigt ist. Im vorliegenden Beispiel sind diese Crashstrukturen 56 lediglich schematisch gestrichelt dargestellt. Diese können beispielsweise als eine Art Rand oder hervorstehende Erhöhung gegenüber der Bodenebene des Gehäusebodens 36 bereitgestellt sein.
3 zeigt nochmals eine schematische Darstellung eines Teils der Modulgehäuseanordnung 32, insbesondere ohne den Niederhalter 48 und den Gehäuseboden 36, und ohne im Aufnahmebereich 40 aufgenommene Zellen 46. Insbesondere sind hierbei die beiden Seitenplatten 38 mit dem Spannband 44 dargestellt, insbesondere zur Illustration des Verspannvorgangs. Die Enden 44a des Spannbands 44 können an einer der Seitenplatten 38 in einem Befestigungsbereich 50 durch Ösen durchgeführt sein, die z.B. einen 45-Grad-Winkel mit der x- und z-Richtung einschließen. Dies erlaubt ein Verspannen des Spannbands 44 durch Ziehen 58 an den Enden 44a in der y-Richtung wie dargestellt. Das Ziehen ist dabei durch die Pfeile 58 illustriert. Ist das Spannband 44 ausreichend verspannt, kann der Ösenbereich im Befestigungsbereich 50 mit Kunststoff ausgegossen und damit das Spannband 44 im Befestigungsbereich mit der Seitenplatte 38 vergossen werden.
Durch die Spannkraft des Spannbands 44 in Kombination mit der variablen Dicke d des Rückhalteelements 48 kann die Kraft F auf die Zellen 46 entgegen z-Richtung eingestellt werden. Das mit dem Spannband 44 gekoppelte Rückhalteelement 48 erlaubt es damit vorteilhafterweise, eine zusätzliche Druckkraft aus der Zugkraft des Bandes 44 auf die Zellen 46 einzuleiten.
Wenn das Tape 44 zwischen den Polen der Batteriezellen 46 verläuft, die an den jeweiligen Oberseiten 46a der Batteriezellen 46 angeordnet sein können (vergleiche 2), so ist es bevorzugt, dass das Tape 44 Öffnungen oder zumindest vollständig oder zum Teil eingeprägte oder eingeschnittene oder durchgeschnittene Bereiche zur Bereitstellung freigebbarer Öffnungen aufweist. Diese sind exemplarisch in 4 und 5 in einer Draufsicht auf das Tape 44 dargestellt. In 4 ist eine solche freigebbare Öffnung 60 durch einen U-förmigen Einschnitt, Durchschnitt, Prägung oder Perforation im Spannband 44 ausgebildet, und in 5 als geradliniger Einschnitt beziehungsweise Durchschnitt beziehungsweise Perforation bzw. Prägung. Tritt Gas aus den Batteriezellen 46 aus, so öffnen sich diese Öffnungen 60 an den so bereitgestellten Sollbruchstellen, wodurch das Gas entweichen kann. Dies ist in 6 schematisch in einer Seitenansicht für drei verschiedene Entgasungszustände dargestellt. Die verschiedenen Zustände sind hierbei mit Z1, Z2 und Z3 bezeichnet. Für einen jeweiligen Zustand Z1, Z2, Z3 ist insbesondere eine Batteriezelle 46 dargestellt sowie die darüberliegende Kombination aus Rückhalteelement 48 und Tape 44. Der erste Zustand Z1 zeigt die Zelle 46 im normalen Betriebszustand, in welchem keine Ausgasung stattfindet. Eine der Zelle 46 oberseitig zugeordnete freigebbare Entgasungsöffnung 62 ist hierbei geschlossen, sowie auch die freigebbare Entgasungsöffnung 60 des Tapes 44. Im zweiten Zustand Z2 beginnt die Zelle 46 zu entgasen und drückt das Berstelement 60 der Zelle 46 auf. Dadurch kann das Gas 64 aus der Zelle 46 entweichen. Im Zustand Z3 entgast die Zelle 46 stärker und der Gasstrom 64 wird gezielt durch den aufgerissenen Bandabschnitt des Tapes 44 gelenkt, der z.B. an einer darüber liegenden Platte, z.B. einem Gehäusedeckel, zur Anlage kommen kann bzw. abgestützt werden kann. Dabei kann optional im Niederhalter 48 auch ein Gaslenkungskanal integriert sein oder in z-Richtung verlaufende über den Bestmembranen 60 der Zellen 46 angeordnete Durchgangsöffnungen.
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung ein Rückhalteelement in z-Richtung bereitgestellt werden kann, welches eine effiziente Ausbildung eines Batteriemoduls mit einem Rückhalteelement erlaubt, welches wiederum durch die Verformung bzw. Geometrie des Rückhalteelements eine homogene Lastverteilung beinhaltet bzw. bereitstellt. Dabei kann das komplette Modul in Kunststoff gefertigt und hochintegriert ausgeführt werden. Ein solches Modul kann deutlich leichter sein, da als Spannband fungierende Tapes sehr leicht sind. Insgesamt kann so eine Kosteneinsparung von 10 bis 15 Prozent erzielt werden. Vor allem wird die Bereitstellung eines deutlich einfacheren Modulgehäuses ohne aufwendige Kühlung ermöglicht, und zudem ein vollkommen gapfillerfreies Modul.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 3678208 A1 [0004]
CN 210723151 U [0005]

Claims

Modulgehäuseanordnung (32) zur Aufnahme zumindest einer Batteriezelle (46), wobei die Modulgehäuseanordnung (32) aufweist: - ein Modulgehäuse (34) mit einem Gehäuseboden (36), der einen Aufnahmebereich (40) zur Aufnahme der mindestens einen Batteriezelle (46) bezüglich einer ersten Richtung (z) begrenzt, und zwei Seitenplatten (38), die den Aufnahmebereich (40) beidseitig bezüglich einer zweiten Richtung (x) begrenzen; dadurch gekennzeichnet, dass die Modulgehäuseanordnung (32) aufweist: - ein Rückhalteelement (48) zur Anordnung auf der im Aufnahmebereich (40) aufgenommenen mindestens einen Batteriezelle (46), so dass zumindest ein erster Teil (48a) des Rückhalteelements (48) den Aufnahmebereich (40) bezüglich der ersten Richtung (z) auf einer dem Gehäuseboden (36) gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs (40) begrenzt; - eine Spanneinrichtung (44), welche zumindest von einer ersten der Seitenplatten (38) zur einer zweiten der Seitenplatten (38) auf einer dem Gehäuseboden (36) gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs (40) verläuft, wobei die Spanneinrichtung (44) derart ausgestaltet ist, dass mittels der Spanneinrichtung (44) eine Kraft (F0) in Richtung (z) des Gehäusebodens (36) auf das Rückhalteelement (48) aufbringbar ist, wenn dieses auf der im Aufnahmebereich (40) angeordneten mindestens einen Batteriezelle (46) angeordnet ist.
Modulgehäuseanordnung (32) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseboden (36) als Kühlboden (36) ausgebildet ist.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (48) bezüglich der ersten Richtung (z) eine Dicke (d) aufweist, die entlang der zweiten Richtung (x) variiert, insbesondere welche ausgehend von einer Mitte (52) des Rückhalteelement (48) bezüglich der zweiten Richtung (z) in Richtung der jeweiligen Seitenplatten (38) abnimmt.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (48) zwei Seitenlaschen (48b) aufweist, die sich in der zweiten Richtung (x) beidseitig an den ersten Teil (48a) des Rückhaltelements anschließen und sich in Richtung des Gehäusebodens (36) erstrecken und die, wenn die mindestens eine Batteriezelle (46) im Aufnahmebereich (40) aufgenommen ist, jeweils zwischen der mindestens einen Batteriezelle (46) und je einer der Seitenplatten (38) angeordnet sind.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückhalteelement (48) ein Metall und/oder einen Kunststoff umfasst und/oder als ein Hybridbauteil bereitgestellt ist, welches insbesondere eine zumindest zum Teil elastische Komponente aufweist.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (44) als mindestens ein Spannband (44) ausgebildet ist, insbesondere wobei das mindestens eine Spannband (44) - einen Faserverbundkunststoff aufweist; und/oder - ein Carbonfaserband aufweist oder als solches ausgebildet ist; und/oder - ein Metall aufweist oder als Metallband ausgebildet ist.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (34) zumindest zum Großteil aus einem Kunststoff, insbesondere einem faserverstärktem Kunststoff ausgebildet ist und/oder ein Metall oder eine Legierung umfasst.
Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (44) und/oder das Rückhalteelement (48) mindestens eine einer freigebbaren Entgasungsöffnung (62) der mindestens einen Batteriezelle (46) zugeordnete zumindest freigebbare Durchgangsöffnung (60) aufweisen, die insbesondere, wenn die mindesten eine Batteriezelle (46) im Aufnahmebereich (40) aufgenommen ist, in der ersten Richtung (z) oberhalb der Entgasungsöffnung (60) der mindestens einen Batteriezelle (46) angeordnet ist.
Batteriemodul (30) mit einer Modulgehäuseanordnung (32) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und mindestens einer im Aufnahmebereich (40) aufgenommener Batteriezelle (46).
Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls (30), welches eine Modulgehäuseanordnung (32) aufweist, die ein Modulgehäuse (34) mit einem Gehäuseboden (36), der einen Aufnahmebereich (40) zur Aufnahme mindestens einer Batteriezelle (46) in einer ersten Richtung (z) begrenzt, und zwei Seitenplatten (38), die den Aufnahmebereich (40) beidseitig in einer zweiten Richtung (x) begrenzen, umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rückhalteelement (48) auf der mindestens einen Batteriezelle (46) angeordnet wird, so dass, wenn die mindestens eine Batteriezelle (46) im Aufnahmebereich (40) angeordnet ist, zumindest ein erster Teil (48a) des Rückhalteelements (48) den Aufnahmebereich (40) in der ersten Richtung (z) auf einer dem Gehäuseboden (36) gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs (40) begrenzt, und eine Spanneinrichtung (44) bereitgestellt wird, welche zumindest von einer ersten der Seitenplatten (38) zur einer zweiten der Seitenplatten (38) auf einer dem Gehäuseboden (36) gegenüberliegenden Seite des Aufnahmebereichs (40) verläuft, und die derart verspannt wird, dass mittels der Spanneinrichtung (44) eine Kraft (F0) in Richtung (z) des Gehäusebodens (36) auf das Rückhalteelement (48) aufgebracht wird, wenn dieses auf der im Aufnahmebereich (40) angeordneten mindestens einen Batteriezelle (46) angeordnet ist.