DE112009002264T5

DE112009002264T5 - Lithium-Ionen-Batterie

Info

Publication number: DE112009002264T5
Application number: DE112009002264T
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Kemper Hans; Thomas Hülshorst
Original assignee: FEV Motorentechnik GmbH and Co KG
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2008-10-07
Filing date: 2009-10-07
Publication date: 2012-01-19
Also published as: DE112008004016A5; WO2010040363A2; WO2010040363A3; WO2010040520A2; WO2010040520A3

Abstract

Batterie (3, 46), die mehrere Zellen (4, 18, 19), vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen, und ein Außengehäuse (7, 11, 51) umfasst, wobei mehrere Zellen (4, 18, 19) zusammengefasst jeweils Module (8, 52) bilden und die Module (8, 52) nebeneinander angeordnet sind, wobei über Modulgehäuse (9, 29, 31) der Module (8, 52) die Zellen (4, 18, 19) miteinander im Schadensfalle trennbar verbunden angeordnet in dem Außengehäuse (7, 11, 51) sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse (9, 29, 31) eines Moduls (8) eine erste Struktur (10) bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) in dem Außengehäuse (7, 11, 51) fest angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, vorzugsweise eine Kraftfahrzeug-Batterie, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, wobei die Batterie mehrere Zellen, bevorzugt mehrere Lithium-Ionen-Zellen umfasst.
Aus der WO 2008/083920 geht eine elektrochemische Zelle hervor, die mit einer Vielzahl weiterer Zellen als so genannte ”Coffee-Bag-Zellen” eine Batterie zum Einsatz in einem Fahrzeug bilden. Aus dieser Druckschrift geht der grundsätzliche Aufbau eines derartigen Zellensystems hervor.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie, bevorzugt eine Kraftfahrzeug-Batterie vorzusehen, die besonders unfallsicher ist.
Diese Aufgabe wird mit einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Anordnung einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 27, einer Verwendung von Coffee-Bag-Zellen mit den Merkmalen des Anspruchs 31 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die aus den jeweiligen Unteransprüchen hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die Ausgestaltungen der einzelnen Unteransprüche beschränkt. Vielmehr können diese einzelnen Merkmale mit anderen Merkmalen aus anderen Unteransprüchen wie auch aus der Beschreibung zu Weiterbildungen verknüpft werden.
Es wird eine Batterie vorgeschlagen, die mehrere Zellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen, und ein Außengehäuse umfasst. Mehrere Zellen bilden zusammengefasst jeweils ein Modul, wobei die Module nebeneinander angeordnet sind. Über Modulgehäuse der Module sind die Zellen miteinander trennbar im Schadenfalle verbunden angeordnet in dem Außengehäuse, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine Struktuur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse fest angeordnet sind.
Gemäß einer Ausführungsform bildet das Außengehäuse eine erste Struktur, mehrere Zellen zusammengefasst bilden jeweils Module, wobei jedes Modul in einem Modulgehäuse angeordnet ist und die Modulgehäuse nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine zweite Struktur bildet und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse angeordnet sind. Bevorzugt ist mittels der ersten Struktur und/oder zweiten Struktur eine von außen einwirkende Kraft auffangbar und absorbierbar. Das Außengehäuse bildet die erste Struktur und das jeweilige Modulgehäuse die zweite Struktur. Hierbei bilden die Modulgehäuse eigensichere Zellmodule, wobei die Modulgehäuse die einzelnen Zellen der Batterie aufnehmen. Durch eine Aufteilung der Zellen in eigensichere Zellmodule kann zum einen die Anzahl beschädigter Zellen im Fehlerfall und somit auch die Menge der potentiell freigesetzten Energie beschränkt werden. Zum anderen lassen sich in einer Ausführung defekte Modulgehäuse einfach austauschen, so dass nicht die Gesamtbatterie ersetzt werden muss. Der Schutz der Zellen in den Modulgehäusen ist gegenüber äußeren Einwirkungen durch die Modularisierung ebenfalls in vorteilhafter Weise gegeben. Auch in dem Fall, in dem einzelne oder mehrere Zellen beschädigt werden oder es zu einem Kurzschluss zwischen benachbarten Zellen kommt, wird der Schaden durch die eigensicheren Zellmodule beschränkt. Kommt es beispielsweise in einem Schadensfall zur Beschädigung einzelner Zellen, so wird eine Kettenreaktion, das heißt ein Übergreifen einer Schädigung auf benachbarte Zellen durch das Modulgehäuse begrenzt.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist eine Ausgestaltung auf, bei der mittels der ersten Struktur und/oder zweiten Struktur eine von außen einwirkende Kraft auffangbar und absorbierbar ist. Das Modulgehäuse bildet eine zweite Struktur, mit der im Crash-Fall äußere Kräfte auffangbar oder absorbierbar sind. Durch die Ausbildung der einzelnen Modulgehäuse mit einer kraftaufnehmenden Struktur kann die von außen einwirkende Kraft auf mehrere Modulgehäuse verteilt werden. Hierdurch wird die Belastungsfähigkeit der Batterie erhöht und somit eine größere Sicherheit gewährleistet. Aber auch im stationären Betrieb bildet der strukturierte Aufbau der Modulgehäuse einen Vorteil. Wirken zum Beispiel im stationären Betrieb, beim Transport oder beim Aufbau der Batterie äußere Kräfte auf die Batterie ein, so werden diese zum Beispiel durch die mehreren sich bevorzugt ergänzenden und stützenden Modulgehäuse aufgefangen. Die Modulgehäuse wirken somit stabilisierend und dienen somit wiederum der Sicherheit. Neben einem strukturierten Aufbau des Modulgehäuses ist es ebenso vorstellbar, das Außengehäuse als erste Struktur in einer Kraft auffangenden und absorbierenden Form auszubilden. So bilden die erste und/oder zweite Struktur ein Mittel zur Erhöhung der Sicherheit der Batterie.
Ein Weiterbildung weist Modulgehäuse in dem Außengehäuse voneinander trennbar angeordnet auf, so dass ein Modulgehäuse austauschbar ist. Durch einen voneinander trennbaren Einbau der Modulgehäuse in das Außengehäuse ist es möglich, die Modulgehäuse im Falle einer Beschädigung oder im Rahmen der Wartung voneinander zu trennen und separat ein- und auszubauen. Hierdurch werden Wartungs- und/oder Reparaturkosten minimiert. Trennbar bedeutet gemäß einer Weiterbildung beispielsweise auch, dass die Modulgehäuse im Außengehäuse relativ zueinander bewegbar sein können. Somit ist es möglich, dass in einem Schadensfall, zum Beispiel bei einer Beschädigung der Batterie durch äußere Einflüsse lediglich die belasteten Modulgehäuse von den nicht belasteten Modulgehäusen getrennt werden. Vorstellbar ist es hierbei, dass die Modulgehäuse zueinander derart trennbar miteinander verbunden sind, dass die Modulgehäuse relativ zueinander bewegbar sind. Vorstellbar ist es auch, dass die Modulgehäuse miteinander fest verbunden sind, wobei die feste Verbindung eine Sollbruchstelle aufweist.
Eine Ausführungsform sieht Lithium-Ionen-Zellen vor. Ein Vorteil bei Lithium-Ionen-Zellen ist deren hohe ausgebbare Spannung und ein weiterer Vorteil ist deren geringe Selbstentladung. Die Erfindung ist aber nicht auf Lithium-Ionon-Batterien beschränkt sondern auf jegliche Art von Zellen in den Modulgehäusen anwendbar. Die eigensicheren Zellmodule und die Aufteilung der Zellen in eigensichere Zellmodule erhöhen die Sicherheit beim Einsatz von Batterien mit Lithium-Ionen-Zellen, wie auch von Alternativen wie zum Beispiel Nickel-Cadmium-Zellen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die in einem Modulgehäuse angeordneten Zellen, insbesondere Coffee-Bag-Zellen, in Bezug auf das Außengehäuse vertikal und nebeneinander ausgerichtet sind. Bevorzugt dann, wenn Coffee-Bag-Zellen verwendet werden, ist eine vertikale Lage vorteilhaft. Derartige Zellen besitzen zumeist eine keramischen Separator, der anfällig gegen Biegebelastungen ist, so dass die Coffee-Bag-Zellen bevorzugt vertikal eingesetzt werden. Vertikal bedeutet hierbei, dass die Coffee-Bag-Zellen in Bezug auf ihre Ausdehnung nicht flächig, das heißt horizontal zu einem Untergrund in der Batterie angeordnet sind, sondern derart, dass eine möglichst geringe Biegebelastung auf die Zellen wirkt.
Innerhalb der Batterie sind die Zellen zum Beispiel unlösbar miteinander verbunden. Die Zellen können miteinander verschweißt und/oder vergossen sein. So ist es beispielsweise möglich, den die Zellen umgebenden Raum oder Freiraum mit einem wärmeleitenden Harz auszugießen oder beispielsweise auszuschäumen. Bevorzugt sind die Zellen innerhalb des Modulgehäuses fixiert und lagesicher gehalten. Hierdurch können sich mehrere Vorteile einstellen: die Zellen verrutschen nicht, die Zellen erhöhen eine Stabilität des Modulgehäuses. Durch das unlösbare Verbinden der Zellen wird die Sicherheit der Batterie, vorzugsweise eine Bruchsicherheit erhöht. Alternativ oder gleichzeitig kann der Freiraum mit einem schockabsorbierenden Material gefüllt sein, was wiederum die Eigensicherheit der Batterie erhöht. Schockabsorbierend bedeutet hierbei, dass das Material oder Werkstoff in der Lage ist, zum Beispiel eine impulsartige Kraft in Form eines Stoßes auzunehmen und/oder abzufangen. Ist die Batterie beispielsweise eine Batterie in einen Gabelstapler, so kann das schockabsorbierende Material Stöße, die beispielsweise beim Anfahren oder Verladen auftreten absorbieren.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrisch leitenden Stromführungen aus dem Modulgehäuse herausgeführt und mit einer Bruchsicherung versehen, die bei einer Verschiebung des Modulgehäuses relativ zum Außengehäuse auslöst und die Stromführung unterbricht. Vorzugsweise umfasst die Bruchsicherung eine Sollbruchstelle. Ein wesentlicher Vorteil des modularen Aufbaus der Batterie ist der, dass im Schadensfall die Modulgehäuse voneinander trennbar und somit ein Schaden minimierbar ist. Um Folgeschäden, wie beispielsweise Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die aus dem Modulgehäuse herausgeführten elektrischen Kontakte oder Anschlüsse mit Sollbruchstellen an derartigen Stellen versehen, dass im Falle eines Bruchs der Sollbruchstelle ein Kurzschluss vermieden wird.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass in einem Modulgehäuse angeordnete, einander gegenüberliegende Zellen jeweils zueinander verdreht und/oder versetzt angeordnet sind. Im Betrieb weisen die Zellen eine ungleichmäßige Wärmeverteilung auf. So tritt in der Nahe der Kontaktierung der Zellen eine höhere Wärmeentwicklung auf. Durch ein Verdrehen und/oder Versetzen der Zellen zueinander innerhalb der Modulgehäuse erfolgt in vorteilhafter Weise eine Homogenisierung der Wärmeverteilung. Werden beispielsweise die Zellen in Bezug auf ihre Kontaktierung gegensinnig in das Modulgehäuse eingebaut, so liegen die Bereiche höherer Wärmeentwicklung in der Kontaktierung nicht übereinander. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Zellen nicht gegensinnig, das heißt um 180° verdreht zueinander angeordnet sind, sondern wenn die Zellen versetzt zueinander in das Modulgehäuse eingebaut sind. Durch eine versetzte Anordnung der Zellen zueinander erfolgt eine Homogenisierung der Wärmeverteilung auch in Bezug auf benachbarte Zellen. Je nach eingesetztem Werkstoff für die Zellen oder je nach Abmaß oder Wärmeentwicklung ist es auch vorstellbar, die übereinander angeordneten Zellen um beispielsweise 45°, 90° oder 185° verdreht zueinander im Modulgehäuse anzuordnen.
Weiterhin kann die Batterie zumindest eine Berstsicherung aufweisen. Eine Berstsicherung kann zum Beispiel das Außengehäuse und/oder ein Modul, bevorzugt jedes Modul, aufweisen. Zum Beispiel kann das Außengehäuse einen Rahmen mit aufgesetztem Deckel aufweisen, wobei der Deckel als Berstsicherung eingesetzt ist. Bevorzugt umfasst die Berstsicherung eine Sollbruchstelle. Die Sollbruchstelle besitzt den Vorteil, dass ein gezielter, definierter Bruch auftritt, so dass mit einer minimalen Beeinträchtigung oder Beschädigung der das Außengehäuse umgebenden Umwelt zu rechnen ist. Wird die Batterie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so kann die Berstsicherung mit einer Sollbruchstelle derart ausgebildet sein, dass diese entgegen dem Fahrgastraum gerichtet ist, so dass die Sicherheit im Kraftfahrzeug erhöht wird.
Eine weitere Ausführungsform weist eine Batterie auf, bei der innerhalb des Außengehäuses mehrere Modulgehäuse für Zellen angeordnet sind, die jeweils einen Rahmen und einen fest mit dem Rahmen verbundenen Deckel aufweisen, wobei die Deckel jeweils als Berstsicherung gestaltet sind. Bei einer Aktivierung der Berstsicherung ist zum Beispiel vorgesehen, dass eine elektrisch leitende Verbindung der Zellen in dem Modulgehäuse nach außen unterbrochen wird. Bevorzugt umfasst die Berstsicherung auch hier eine Sollbruchstelle. Bei einer Integration einer Sollbruchstelle in das Modulgehäuse wird eine Sicherheit dahingehend erhöht, dass es bei einer Beschädigung des Modulgehäuses nicht zu einem Kurzschluss oder einer fehlerhaften Kontaktierung außerhalb des Modulgehäuses kommt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Verwendung von Coffee-Bag-Zellen zur Herstellung einer Batterie vor, insbesondere für den Kraftfahrzeugeinsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, wobei mehrere Coffee-Bag-Zellen zusammengefasst ein Modul bilden und jedes Modul in einem Modulgehäuse angeordnet ist und mehrere gleichartige Modulgehäuse in einem Batteriegehäuse untergebracht und angeschlossen sind. Die Verwendung von Coffee-Bag-Zellen, die in Modulen zusammengefasst in einem Modulgehäuse angeordnet sind, bieten den Vorteil, dass die Coffee-Bag-Zellen mit einer höheren Sicherheit für die Umwelt verwendet werden können. So kann eine stromleitende Verbindung zwischen den Modulen unter schadenbewirkender Krafteinwirkung unterbrochen werden. Vorteilhaft aus Gründen der Sicherheit ist es, wenn das Batteriegehäuse in einem Unterbodenbereich eines Fahrzeugs angeordnet wird. Die Verwendung des Batteriegehäuses in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs steigert die Sicherheit dahingehend, dass der Fahrgastraum im Falle eines Unfalls zusätzlich geschützt wird. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Fahrzeugen mit Hybridantrieb ist die Verwendung einer Coffee-Bag-Zelle auch aus weiteren Gründen vorteihaft: Coffee-Bag-Zellen bieten aufgrund ihres kompakten und geschlossenen Aufbaus ein hohes Maß an Sicherheit. Dadurch wird eine Gefahr minimiert, dass es im Falle eines Unfalls zur Beschädigung der Batterie kommen kann. Diese Gefahr ist umso größer, wenn die in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Batterien ein großes Volumen umfasst.
Die Sicherheit wird durch die Anordnung der Coffee-Bag-Zellen in Modulgehäusen, die in dem Batteriegehäuse wiederum angeordnet sind, verbessert.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch ein Unterbrechen einer stromleitenden Verbindung einer Batterie, aufweisend eine Vielzahl an Zellen, die in Modulen angeordnet sind, wobei die Module jeweils in einem Modulgehäuse befestigt werden, bevor die Modulgehäuse in einem Außengehäuse untergebracht werden. Bei einer schadenbedingten Krafteinwirkung auf das Außengehäuse wird vorzugsweise bei ein oder mehreren Modulgehäuse die stromleitende Verbindung aufgrund der Krafteinwirkung unterbrochen. Das Verfahren zum Unterbrechen einer Strom leitenden Verbindung bietet den Vorteil, dass Kurzschlüsse oder fehlerhafte Kontaktierungen im Falle äußerer Krafteinwirkungen vermieden werden.
Die weiteren Ausführungsbeispiele werden anhand einer Nutzung einer Batterie aufweisend Lithium-Ionen-Zellen in der Verwendung einer Kraftfahrzeug-Batterie beschrieben. Die Ausführungen sind jedoch nicht auf diese Ausgestaltung der Batterie als Lithium-Ionen-Batterie beschränkt, ebenso wenig auf die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug. Vielmehr können eine andere Batterie mit anderen Zellen zum Einsatz gelangen, ebenso wie andere Nutzungsarten für die Batterie, die unabhängig von einem Kraftfahrzeug sind. So kann eine Nutzung stationär erfolgen, zum Beispiel im Einsatz von Solarspeicherbatterien, Solarkraftwerken, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Notstromanlagen, einem Haushalt, in Betrieben, in Krankenhäusern oder in sonstigen Anlagen, bei denen eine Batterie zum Einsatz gelangt. Dieses können auch andere mobile Einsatzzwecke sein, zum Beispiel bei mobilen Stromversorgungsgeräten, bei mobilen Werkzeugen, bei Generatoranlagen oder auch in einem Anhänger, einem Unterseeboot, einem Boot oder Schiff oder auch einem Fluggerät oder in Bahnen. Ebenso kann die Batterie mit einem Zweirad genutzt werden. Die nachfolgenden einzelnen Merkmale können bei diesen Anwendungen und/oder mit anderen Batteriezellen ebenso eingesetzt werden und sind mit der nachfolgenden Beschreibung ebenfalls entsprechend offenbart.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, eine Kraftfahrzeug-Batterie für ein Hybrid- oder ein Elektrokraftfahrzeug vorzusehen, wobei die Batterie mehrere Lithium-Ionen-Zellen umfasst, die miteinander trennbar verbunden angeordnet in einem Außengehäuse sind, das austauschbar in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist. Dadurch, dass die Lithium-Ionen-Zellen voneinander trennbar sind, kann die Kraftfahrzeug-Batterie an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst aufgebaut und insbesondere auch eine Austauschbarkeit von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen ermöglichen, ohne dass die gesamte Kraftfahrzeug-Batterie ausgetauscht werden muss. Dadurch, dass die Kraftfahrzeug-Batterie selbst ebenfalls austauschbar in dem Kraftfahrzeug einsetzbar ist, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, den Austausch von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen nicht am Kraftfahrzeug selbst, sondern in einem anderen Bereich ausführen zu können. Dieses ermöglicht zum einen eine Wartung der in der Kraftfahrzeug-Batterie vorhandenen Lithium-Ionen-Zellen. Zum anderen können notwendige Arbeiten beispielsweise zum Austausch von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen so ausgeführt werden, dass dieses nicht im engsten Raume stattfinden muss, sondern vielmehr der dafür notwendige Platz zur Verfügung gestellt ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Außengehäuse eine erste Struktur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt, jeweils mehrere Lithium-Ionen-Zellen zusammengefasst jeweils Module bilden und die Module nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine zweite Struktur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt, und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse fest angeordnet sind. Auf diese Weise gelingt es, eine besonders mechanisch stabile Sicherung der Lithium-Ionen-Zellen herstellen zu können. Während das Außengehäuse mit seiner ersten Struktur vorzugsweise in Rahmenbauweise in der Lage ist, kleinere Aufpralle wie Krafteinwirkungen aufnehmen und eventuell durch Deformation auffangen zu können, ist bei einer Weiterleitung einer Krafteinwirkung vom Außengehäuse auf die jeweiligen Modulgehäuse sichergestellt, dass durch deren zweite Struktur ebenfalls eine Kraftabsorption erfolgt bzw. durch eine Deformierung Kraft aufgenommen und dadurch die in dem Modulgehäuse befindlichen Lithium-Ionen-Zellen möglichst unzerstört bleiben. Eine Weiterbildung sieht hierbei vor, dass in einem Schadensfall zuerst die erste Struktur sich verformt und bei der Verformung auf ein oder mehrere Modulgehäuse Kraft überträgt. Die Kraftübertragung auf die jeweiligen Modulgehäuse führt zu einer Verformung vorzugsweise einer stabilisierten Rahmengeometrie, die als Zweitstruktur genutzt wird. Eine Spannungsfreisetzung erfolgt vorzugsweise über einen oder mehrere Deckel, die das Modulgehäuse aufweist. Diese können ihre Form nach außen ändern und hierbei einwirkende Kräfte absorbieren.
Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass eine aus einem Modulgehäuse herausführende, elektrisch leitende Stromführung mit einer Bruchsicherung versehen ist, die bei einer Verschiebung des Modulgehäuses relativ zum Außengehäuse auslöst und die Stromführung unterbricht. Hierbei kann die Stromführung beispielsweise selbst als Bruchsicherung genutzt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass im Schadenfalle das Fahrzeug nicht stromführend wird und dadurch eine oder mehrere Personen geschädigt werden können. Auch eine Schädigung der elektronischen bzw. elektrischen Anlagen im Kraftfahrzeug wird durch eine derartige Stromunterbrechung verhindert.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass ein oder mehrere Bruchsicherungen mit Anschlussfahnen der jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen verbunden sind. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Anschlussfahnen durch das jeweilige Modulgehäuse hindurchgeführt werden, wobei die Anschlussfahnen durch Kunststoffeinsätze in einem Wanddurchgang gegen eine mechanische Verlagerung geschützt werden. Gleichzeitig dienen die Kunststoffeinsätze zur Isolation der Anschlussfahnen. Eine Durchführung der Anschlussfahnen kann beispielsweise durch einen Deckel des Modulgehäuses erfolgen, der hierfür eine oder mehrere Ausnehmungen, insbesondere Schlitze aufweisen kann. Eine elektrische Kontaktierung der Anschlussfahnen kann dadurch außerhalb des Modulgehäuses im Außengehäuse erfolgen. Beispielsweise ist hierzu eine Anschlussleiste im Außengehäuse verlegt, an die die Anschlussfahnen beim Einsetzen der austauschbaren Modulgehäuse in das Außengehäuse angeschlossen werden. Durch eine Anbringung einer Bruchsicherung in diesem Bereich kann sichergestellt werden, dass zum einen die Stromleitung zwischen der Stromanschlussleiste und dem jeweiligen Modulgehäuse unterbrochen wird. Zum anderen wird bei Bruch sichergestellt, dass die bis dahin stromführenden Leitungen weiterhin durch die umgebenden Materialien isoliert bleiben und nicht als blanke Leitungen gegebenenfalls wieder stromkontaktierend werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine in einem Modulgehäuse angeordnete erste Lithium-Ionen-Zelle einen Wärmeausgleich zu einer zweiten, benachbart angeordneten Lithium-Ionen-Zelle aufweist, wobei jeweils entlang der Erstreckung der ersten und der zweiten Lithium-Ionen-Zellen unterschiedliche Wärmeentwicklungen zumindest angeglichen werden. Die erste und die zweite Lithium-Ionen-Zelle können beispielsweise direkt aufeinander liegen, insbesondere als ebenflächige Stromzellen ausgebildet sein. Vorzugsweise liegen jeweils zwei Lithium-Ionen-Zellen aufeinander und können auf diese Weise einen Wärmeaustausch untereinander sicherstellen. Je nach Anordnung der Lithium-Ionen-Zellen in ihrem inneren Aufbau ergibt sich eine unterschiedliche Wärmeentwicklung über die Lithium-Ionen-Zelle, das heißt, die Lithium-Ionen-Zelle ist nicht in allen Bereichen gleich temperiert, sondern weist hierbei Unterschiede auf. Diesen Unterschieden kann durch entsprechende Gegenanordnung einer benachbarten Lithium-Ionen-Zelle entgegen gewirkt werden, so dass ein Temperaturausgleich stattfindet. Anstelle eine direkten Aufeinanderliegens zweier Lithium-Ionen-Zellen kann auch eine Zwischenschicht angeordnet sein. Diese Zwischenschicht ist vorzugsweise wärmeleitend.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass diese Zwischenschicht gegossen wird. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein wärmeleitender Schaum verwendet wird. Eine andere Ausgestaltung wiederum sieht vor, dass zwischen benachbarten Lithium-Ionen-Zellen ein wärmeleitendes Material vorgesehen ist, das einen Wärmeaustausch und insbesondere auch eine Wärmeabfuhr ermöglicht. Um derartige, aus zumindest zwei aneinander liegenden Lithium-Ionen-Zellen gebildete Zellenpakete kann ein stoßabsorbierendes Material angeordnet sein, vorzugsweise ein Schaum. Das stoßabsorbierende Material kann, muss aber nicht wärmeleitfähig sein. Es kann auch als Isoliermaterial dienen. Vorzugsweise weist es eine Stabilität auf, die in der Lage ist, eine Stoßwirkung auf eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen bzw. Zellpakete aufzunehmen. Beispielsweise kann hierzu ein mit Stickstoff aufgeschäumter Schaum genutzt werden. Darüber hinaus kann ein derartiges Material feuerhemmend sein, insbesondere nicht brennend bzw. sogar feuerlöschend. So kann gemäß einer Ausgestaltung ein offenporiger und gemäß einer anderen Ausgestaltung ein geschlossenporiger Schaum Verwendung finden. Wird beispielsweise der geschlossenporige Schaum mit Schutzgas erzeugt, kann bei einer thermischen Erhitzung eines Zellenpakets dieses Schutzgas freigesetzt und damit eine Löschwirkung zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise sind in einem Modulgehäuse angeordnete, einander gegenüberliegende Lithium-Ionen-Zellen jeweils zueinander verdreht angeordnet. Mehrere deren einander gegenüberliegende Lithium-Ionen-Zellen können wiederum einen oder mehrere Freiräume aufweisen. Derartige Freiräume können ebenfalls mit einem wärmeleitenden Material, beispielsweise mittels eines fließfähigen wärmeleitenden Materials gefüllt sein.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einem Modulgehäuse eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellenpakete eingesetzt werden. Diese werden elektrisch miteinander verknüpft und der zwischen den Lithium-Ionen-Zellen vorliegende Freiraum wird mit einem mechanische Stabilität bildenden Material gefüllt, zum Beispiel vergossen. Dieses Material kann wie oben erwähnt ein Schaum sein, wärmeleitend sein, wie aber auch isolierend wirken. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass in einem Modulgehäuse eine Wärmeabfuhr vorgesehen ist. Bevorzugt ist, dass eine Temperatur in einem Modulgehäuse eine vorgebbare Maximaltemperatur möglichst nicht überschreitet. Dazu kann vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse selbst intern beispielsweise eine Kühlung aufweist. Es kann ebenfalls zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse von außen gekühlt wird. Wird beispielsweise eine Außenkühlung des Modulgehäuses vorgesehen, wird bevorzugt im Modulgehäuse ein wärmeleitendes Material eingesetzt, um die Position der jeweiligen dort angeordneten Lithium-Ionen-Zellen zu stabilisieren, vorzugsweise einen zusätzlichen schockabsorbierenden Schutz für einen Schadensfall bieten zu können und eine Wärmeabfuhr nach außen ermöglichen zu können. Wird im Modulgehäuse selbst eine Kühlung vorgesehen, ist gemäß einer Ausgestaltung ein Wärmeabführungssystem im Modulgehäuse angeordnet, was eine Wärmeableitung von den jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen nach außen außerhalb des Modulgehäuses vorsieht. Die Modulgehäuse können beispielsweise mit einem oder mehreren Lüftern sowie mit einem oder mehreren Kühlkörpern bzw. Wärmetauschern versehen sein. Das Außengehäuse wiederum kann eine oder mehrere wärmeabführende Vorrichtungen vorsehen. Dieses können zum Beispiel eine oder mehrere schaltbare Lüfter sein. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass das Außengehäuse und/oder die Modulgehäuse an eine Kühleinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden können. Bevorzugt ist, dass ein derartiger Anschluss an das Außengehäuse erfolgt, wobei innerhalb des Außengehäuses eine wärmeabführende Strömung erzeugt wird, so dass ein direkter Einzelanschluss jedes einzelnen Modulgehäuses an eine Kraftfahrzeug-Kühleinrichtung beispielsweise nicht zusätzlich notwendig wird. Diese ist jedoch gemäß einer anderen Ausgestaltung ebenfalls möglich.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in einem Modulgehäuse angeordnete Lithium-Ionen-Zellen ein Zellenmonitoring aufweisen. Das Zellenmonitoring kann insbesondere an dem Modulgehäuse angeordnet sein, vorzugsweise durch einen eigenständigen Baustein, in dem das Zellenmonitoring schaltungstechnisch eingesetzt ist. Das Zellenmonitoring kann auch in dem Modulgehäuse angeordnet sein und ist diesem Falle gegenüber Schaden von außen durch das Modulgehäuse geschützt. Das Zellenmonitoring sieht gemäß einer Weiterbildung zumindest eine Zellenspannungsüberwachung und eine Sicherheitsabschaltung vor. Die Zellenspannungsüberwachung kann beispielsweise eine Gesamtspannung eines zugeordneten Moduls oder mehrerer Module wie aber auch vorzugsweise von einzelnen Lithium-Ionen-Zellen feststellen. Eine Sicherheitsabschaltung ermöglicht beispielsweise, dass eine elektrisch leitende Verbindung von zumindest einer Lithium-Ionen-Zelle zu einer Stromabführung unterbrochen werden kann. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sicherheitsabschaltung eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen bzw. Zellenpakete oder aber Module abschalten kann. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jedes Modulgehäuse ein Zellenmonitoring aufweist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass verschiedene Modulgehäuse gemeinsam ein einzelnes Zellenmonitoring zugeordnet besitzen. Eine Datenkommunikation mit einer beispielsweise übergeordneten Steuervorrichtung, vorzugsweise einem Batteriesteuergerät, kann durch eine zusätzliche Leitung erfolgen, insbesondere einem Informationsbussystem. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass hierzu die stromführende elektrische Leitung des Batteriesystems bzw. des Kraftfahrzeugs genutzt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgesehen, dass ein Informationssystem, in das die Kraftfahrzeug-Batterie mit einem oder mehreren Modulen eingebunden ist, zum Teil drahtgestützte Leitungswege, beispielsweise unter Einbindung eines Kabelbaums, zum Teil aber auch drahtlos, zum Beispiel mittels Funkübertragung nutzt.
Ein Zellenmonitoring kann beispielsweise ferngestützt von der Kraftfahrzeug-Batterie bzw. einem Modulgehäuse erfolgen. Hierzu kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Batterie-Steuergerät genutzt werden, das entfernt von der eigentlichen Kraftfahrzeug-Batterie im Kraftfahrzeug vorhanden ist. Das Steuergerät kann jedoch auch in de oder an dem Außengehäuse angeordnet sein. Das eigentliche Zellenmonitoring kann sodann über einen oder mehrere Sensoren erfolgen, die im Außengehäuse bzw. in einem einzelnen Modulgehäuse angeordnet sind und mit dem Steuergerät in Verbindung stehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass jedem Modulgehäuse bzw. dem Außengehäuse selbst ein Steuergerät zur Verfügung steht. So kann beispielsweise jede einzelne, einem Modulgehäuse zugeordnete Steuereinheit auf Basis der übergeordnet zugeführten Informationen entscheiden, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um vorgegebene Parameter einzuhalten, zum Beispiel eine vorgegebene maximale Temperatur, eine abzugebende Spannung, eine Ladespannung oder Ähnliches. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass innerhalb des Außengehäuses angeordnete Module mit darin enthaltenen Lithium-Ionen-Zellen als Slave-Module in einem Kommunikationsnetz geschaltet sind. Über das übergeordnete Batterie-Steuergerät kann aufgrund dessen Einstellung als Master eine Vorgabe erfolgen, die die als Slave geschalteten Module entsprechend ausführen können. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass in den einzelnen Modulgehäusen entsprechende aktivierbare Vorrichtungen wie zum Beispiel Kühl-Einrichtungen, Unterbrecherkontakte wie zum Beispiel Relais oder Ähnliches, Informationsspeicher oder andere Einrichtungen vorgesehen sind, die alternativ oder ergänzend auch am Außengehäuse vorgesehen sein können.
Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass an einem Modulgehäuse eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist. Die Kontaktierungsplatine sitzt gemäß einer Ausgestaltung vorzugsweise auf einem Deckel des Modulgehäuses. Die Kontaktierungsplatine trägt zum Beispiel Kontakte für Anschlussfahnen, für eine Zellen-Ausgleichselektronik, insbesondere in Bezug auf aufzunehmende und abzugebende Ströme und Spannungen, eine Diagnose-Elektronik, vorzugsweise wie geschildert in Form eines Slave-Moduls für ein beispielsweise zentrales Batterie-Steuergerät sowie einen oder mehrere Stecker, beispielsweise für einen Pluspol, einen Minuspol oder auch für eine Kommunikationsleitung. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass an einem Modulgehäuse eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist, mit der die in dem Modulgehäuse angeordneten Lithium-Ionen-Zellen zur Stromweiterleitung elektrisch verbunden sind und die Kontaktierungsplatine so lösbar mit dem Modulgehäuse verbunden ist, dass sich in einem Schadensfall die Kontaktierungsplatine zumindest teilweise ablöst und dabei eine stromführende elektrische Verbindung unterbrochen wird.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass innerhalb des Außengehäuses mehrere Modulgehäuse für Lithium-Ionen-Zellen angeordnet sind, die jeweils einen Rahmen aufweisen und fest mit dem Rahmen verbundene Deckel aufweisen, wobei die Deckel jeweils als Berstsicherung ausgestaltet sind, wobei bei einer Aktivierung der Berstsicherung vorgesehen ist, dass eine elektrisch leitende Verbindung der Lithium-Ionen-Zellen in dem Modulgehäuse nach außen unterbrochen wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Deckel des Modulgehäuses mit einem Rahmen des Modulgehäuses fest verschweißt ist. Auf diese Weise ergibt eine eine mechanisch sehr stabile Umhüllung der jeweils einzelnen Lithium-Ionen-Zellen, die vorzugsweise durch entsprechende Einbauten in dem jeweiligen Modulgehäuse an ihrer Position gesichert sind. Wie oben aufgezeigt, kann dieses mittels einer Eingießmasse, einem Schaum oder aber durch entsprechende Einschübe oder Ausnehmungen unterstützt werden. Diese Maßnahmen können sich auch miteinander ergänzen. Ein derartiger Deckel wiederum hat vorzugsweise eine Formgebung, die bei Ausübung einer Krafteinwirkung zu einer Verformung führt, insbesondere zu einem Bersten. Wird ein Überdruck im Inneren eines Modulgehäuses erzeugt, führt dieses zu einem beispielsweise Aufplatzen an vorgesehenen Soll-Bruchstellen des Deckels. Dieses Platzen führt zu einer Spannungsentlastung einer Gehäusestruktur des Modulgehäuses. Hierbei kann vorgesehen sein, dass im Rahmen einer derartigen Berstsicherung gleichzeitig eine elektronische oder elektrische Verbindung unterbrochen wird. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass eine Kontaktierungsplatine zumindest zum Teil abgerissen wird, so dass das Modulgehäuse sodann ohne elektrische Verbindung ist.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in dem Außengehäuse der Kraftfahrzeug-Batterie an jeweils einem Modulgehäuse enthaltend eine Anzahl an Lithium-Ionen-Zellen eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist, die Kontakte für ein oder mehrere Anschlussfahnen der Lithium-Ionen-Zellen, eine Zellen-Ausgleichselektronik für eine Spannung und/oder einen elektrischen Strom, eine Diagnose-Elektronik in Form eines Slave-Moduls für ein zentrales Batterie-Steuergerät und einen oder mehrere Stecker für einen elektronischen Anschluss der Lithium-Ionen-Zellen an eine übergeordnete Stromleitung sowohl für eine Kommunikationsleitung aufweist. Eine derartige Kontaktierungsplatine kann Bestandteil eines Zellenmonitorings sein. Kommt es zu einem Bersten von einem Teil eines Modulgehäuses, zum Beispiel eines Deckels, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil dieser auf der Kontaktierungsplatine vorhandenen Bauteile entweder in ihren jeweiligen Leitungen unterbrochen oder aber selbst zerstört werden.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Falle einer Unterbrechung, zum Beispiel aufgrund einer Störung, automatisch ein Fehlersignal an das übergeordnete Steuergerät ausgelöst wird. Diese kann sodann selbsttätig dafür sorgen, dass die Kraftfahrzeug-Batterie trotz Ausfalls eines oder mehrerer Modulgehäuse die weiterhin notwendige Spannung bzw. notwendigen Strom liefert. Beispielsweise kann das Steuergerät auch in der Lage sein, eine Rangfolge an notwendig zu versorgenden Verbrauchern festzustellen und entsprechend der tatsächlich verfügbaren Energie aus der Kraftfahrzeug-Batterie im Schadensfalle automatisch gemäß einer Prioritätenliste diejenigen Verbraucher mit Energie zu versorgen, die hierfür entsprechend eingestuft sind. Insbesondere kann dieses beispielsweise eine automatische Notrufabsendung, vorzugsweise mit gleichzeitig automatischer GPS-Standortsignalabgabe betreffen, sofern ein spezifischer Schadensfall detektiert und weitergegeben worden ist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass dem Außengehäuse zumindest ein auslesbarer Informationsspeicher zugeordnet ist. Dieser Informationsspeicher kann beispielsweise ein EEPROM- oder aber auch ein Flash-Speicher sein. Auf der einen Seite kann der Informationsspeicher ein oder mehrere Kennfelder aufweisen, um auf diese Weise im Zusammenspiel mit einem Zellenmonitoring sicherzustellen, dass vorgebbare Bedingungen hinsichtlich Parametern von ein oder mehreren Modulen eingehalten werden. Zum anderen kann der Informationsspeicher beispielsweise auch Informationen erhalten, die über ein oder mehrere Sensoren in Bezug auf ein oder mehrere Module aufgenommen werden. Diese Informationen können beispielsweise mittels einer eigenen Rechnereinheit am Außengehäuse oder aber im Steuergerät selbst ausgewertet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Außengehäuse mehrere Informationsspeicher angeordnet sind, die jeweils verschiedenen, am Außengehäuse angeordneten Modulen zugeordnet sind. Auf diese Weise kann ein eigenes Informationssystem der Kraftfahrzeug-Batterie geschaffen werden. Zum einen kann eine Redundanz erzeugt werden, so dass bei Ausfall von beispielsweise einem Zellenmonitoring an einem Modul ein anderes Modul trotzdem diese Aufgabe weiter fortführen kann. Zum anderen kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass im Schadensfalle zumindest in Bezug auf einige Module Daten zur späteren Auswertung und Schadensaufbereitung noch zur Verfügung stehen könnten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest in einem Modulgehäuse ein Informationsspeicher angeordnet ist, der von außerhalb des Modulgehäuses auslesbar ist. Durch die Anordnung im Modulgehäuse wird eine besondere Schadenssicherheit für den Informationsspeicher sichergestellt. Wird im Schadensfall beispielsweise eine Krafteinwirkung von außen auf die Kraftfahrzeug-Batterie ausgeübt, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass ein derartig gesicherter Informationsspeicher einen Schadensfall eher übersteht. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass bei Detektierung eines Schadensfalles, mm Beispiel bei Detektierung einer Krafteinwirkung auf die Kraftfahrzeug-Batterie und/oder auf das Kraftfahrzeug automatisch ein Datenabgleich zwischen verschiedenen Informationsspeichern der Kraftfahrzeug-Batterie und/oder des Kraftfahrzeugs erfolgt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die tatsächlich vorliegenden Informationen insgesamt unabhängig vom Speicherort vorhanden sind und auf diese Weise nach dem Schadensfall einerseits ein redundanter Betrieb ermöglicht wird und/oder aber die Schadensdaten ausgewertet für eine Schadensbegutachtung zur Verfügung stehen können.
Eine weitere Sicherheit ergibt sich beispielsweise dadurch, dass mehrere Gehäusemodule mit jeweils darin erhaltenen Lithium-Ionen-Zellen austauschbar angeordnet im Außengehäuse sind. Vorzugsweise sind die Lithium-Ionen-Zellen als Zellenpakete zusammengepackt und bilden mit mehreren Zellenpaketen jeweils einzelne Module, die in den jeweiligen Gehäusemodulen untergebracht sind. Diese Stabilität kann dadurch erhöht werden, dass das Außengehäuse beispielsweise mehrere definierte Einschübe aufweist, in die daran angepasste Gehäusemodule einsetzbar, vorzugsweise sicherbar und elektrisch anschließbar sind. Beispielsweise kann, wie oben dargelegt, das Außengehäuse über eine zentrale Stromschiene verfügen, an die jedes einzelne Gehäusemodul angeschlossen werden kann und gegenüber dem jedes Gehäusemodul insbesondere auch abgekoppelt werden kann. Eine zusätzliche, vorzugsweise mechanische Sicherung verhindert, dass die Kraftfahrzeug-Batterie bei Stoßeinwirkung sofort insgesamt einen Außengehäuseschaden mit internem Gehäusemodulschaden aufweist. Vielmehr kann durch die definierten Einschübe eine zusätzliche Stabilität im Außengehäuse durch entsprechende Verstrebungen und Aufnahmen geschaffen werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das Außengehäuse einen Deckel aufweist, der mit einem Rahmen des Außengehäuses zerstörungsfrei und wiederholbar lösbar und wieder verwendbar ist, wobei der Deckel bei in einem Fahrzeug eingebauter Kraftfahrzeugs-Batterie zu einem Boden unterhalb des Fahrzeugs hinweist. Insbesondere kann dieser Deckel ebenfalls eine Berstsicherung aufweisen. Kommt es zu einem Schadensfall, kann zuerst die Berstsicherung ausgelöst werden, das heißt der Deckel verformt sich nach außen. Dadurch dass der Deckel nach unten zur Fahrbahn gerichtet ist, wird eine Innenfahrgastzelle des Kraftfahrzeugs durch diese Deformierung nicht zerstört. Vielmehr würden auftretenden Kräfte flächig verteilt durch eine entsprechende flächige Geometrie der der Innenfahrgastzelle zugeordneten Außengehäuseseite der Baterie, die abgewandt ist vom Deckel. Darüber hinaus erlaubt eine derartige Berstsicherung, dass bei entsprechender Verformung entweder sich der Deckel selbst löst oder eine derartige Öffnung im Deckel entsteht, dass ein oder mehrere im Außengehäuse enthaltenen Modulgehäuse einen Freiraum erhalten, innerhalb dem diese sich dann bewegen können, sofern deren jeweiligen Halterungen im Außengehäuse zerstört werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Absorption von Verformungsenergie zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere besteht auf diese Weise die Möglichkeit, dass ein oder mehrere Modulgehäuse sich entweder im Außengehäuse selbst verformen oder aber sich nach außen verformen können, wobei ein oder mehrere Modulgehäuse aus dem Außengehäuse auch zumindest zum Teil herausragen können. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine zusätzliche Sicherung zwischen Modulgehäuse und Außengehäuse vorgesehen ist, so dass zwar Modulgehäuse aus dem Außengehäuse heraustreten, nicht aber über diese einzelne Sicherung und deren Längenerstreckung hinaus sich vom Fahrzeug entfernen können. Auf diese Weise wird verhindert, dass Modulgehäuse als Einzelteile vom Kraftfahrzeug im Schadensfall wegfliegen können.
Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise zur Stabilisierung vor, dass in dem Außengehäuse mehrere Modulgehäuse angeordnet sind, die eine Unterteilung aufweisen, wobei jeweils in einem ersten Raum ein oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen angeordnet sind und in einem, vom ersten Raum abgetrenntem zweiten Raum eine Kontaktierungsplatine und ein Informationsspeicher angeordnet sind. Auf diese Weise kann im Falle eines Schadens einer Lithium-Ionen-Zelle trotzdem der Betrieb des Modulgehäuses insofern aufrecht erhalten bleiben, dass eine entsprechende Information sofort an das übergeordnete Steuergerät und ein anderes Zellenmonitoring erfolgt und ein selbstständiges Abschalten dieses Moduls möglich wird. Zum anderen wird auf diese Weise ein besonderer Schutz für die Kontaktierungsplatine und den Informationsspeicher zur Verfügung gestellt. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste oder der zweite Raum als Begrenzungswand einen aufgesetzten Deckel aufweisen. Dieser Deckel kann wiederum mit einer Berstsicherung versehen sein. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in dem Außengehäuse mehrere Modulgehäuse angeordnet sind, die jeweils einen Deckel aufweisen, der zumindest einen Durchlass aufweist, durch den ein oder mehrere Anschlussfahnen von einen oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen hindurchragen. Die hindurchragenden Anschlussfahnen sind elektrisch isoliert, so dass im Schadensfalle zwar eine Unterbrechung der elektrischen Leitung erfolgt, die elektrischen Leitungen selbst aber weiter isoliert bleiben. Kommt es zu einer Krafteinwirkung auf das Modulgehäuse, kann zum einen das Modulgehäuse selbst eine Kraft absorbierende Gestaltung aufweisen, zum anderen kann hierfür der Deckel eingesetzt werden. Verformt sich dieser, kann dadurch ein Abriss einer elektrischen Verbindung erfolgen. Das geschädigte Modulgehäuse liefert sodann keinen elektrischen Strom mehr ist aber in einem sicheren, für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs gesicherten Zustand. Bevorzugt ist, wenn ein Deckel des Modulgehäuses mit der übrigen Struktur des Modulgehäuses verschweisst ist.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Anordnung einer Kraftfahrzeug-Batterie aufweisend eine Vielzahl an Lithium-Ionen-Zellen in einem unteren Bereich eines Kraftfahrzeugs entlang eines Unterbodens vorgeschlagen, wobei die Lithium-Ionen-Zellen im Wesentlichen in horizontaler Erstreckung im Unterbodenbereich oder an mehreren Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. An Stelle einer horizontalen Erstreckung können zumindest einige, gemäß einer Ausgestaltung auch alle Zellen sich vertikal erstrecken. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, dass mehrere Außengehäuse mit einem oder mehreren Modulen an mehreren Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass unterschiedliche Freiräume im Kraftfahrzeug zur Aufnahme der Batterie genutzt werden können. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine ausgeglichene Gewichtsverteilung im Kraftfahrzeug.
Eine im Wesentlichen horizontale Anordnung der Lithium-Ionen-Zellen im Unterbodenbereich hat verschiedene Vorteile. Zum einen ist durch Anordnung am Unterbodenbereich eine Aufprallsicherung der Kraftfahrzeug-Batterie gegeben. Zum anderen ist für einen Austausch von Lithium-Ionen-Zellen dadurch eine bessere Erreichbarkeit gegeben, da durch Aufbocken auf eine Arbeitsbühne die Kraftfahrzeug-Batterie sofort zugänglich ist. Zum anderen kann vorgesehen sein, dass eine Schutzabdeckung der Kraftfahrzeug-Batterie im Unterbodenbereich vorgesehen ist, die gleichzeitig auch als Unterboden-Aufprallschutz dient. Dieses dient als weitere Absicherung gegenüber Störfällen. Insbesondere kann auf diese Weise eine abgeschottete Batteriezelle im Kraftfahrzeug hergestellt werden, so dass im Schadensfall eine Sicherheitszelle für die Kraftfahrzeug-Batterie vorgesehen ist. Darüber hinaus ist es für die Lithium-Ionen-Zellen selbst aufgrund der auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Schwingungen, Stöße und Materialbeanspruchungen vorteilhaft, wenn diese quasi liegend sich erstrecken. Die auf das Kraftfahrzeug und damit auch auf die Lithium-Ionen-Zellen einwirkenden Kräfte können auf diese Weise besser verteile und auch aufgenommen und in den Zellen absorbiert werden. Die Gefahr eines Materialbruches aufgrund von Stressbelastungen wird dadurch verringert. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lithium-Ionen-Zellen in verschiedenen Modulgehäusen angeordnet sind, die an einem Außengehäuse der Kraftfahrzeug-Batterie gesichert und elektrisch miteinander auftrennbar verbunden sind, und das Außengehäuse eine Längserstreckung aufweist, die im eingebauten Zustand im Wesentlichen horizontal entlang eines Fahrzeugs verläuft. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und in seinem Unterbodenbereich eine zum Außengehäuse passende Halterung aufweist. Vorzugsweise ist diese mit einer entsprechenden zusätzlichen Abdeckung der Kraftfahrzeug-Batterie versehen.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Batterie eine in einem Fahrzeug eingebaute, vorzugsweise Kraftfahrzeug-Batterie ist und das Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und eine, insbesondere in seinem Unterbodenbereich angeordnete, zum Außengehäuse passende Halterung aufweist. Ist die Batterie in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet, so besteht zum Beispiel im Falle eines Unfalls und einer damit einhergehenden Beschädigung der Batterie keine Gefahr für die Insassen des Fahrzeugs. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich die Batterie im Unterbodenbereich auswechselbar am Fahrzeug zu befestigen, so dass zum Beispiel anstelle eines Aufladens der Batterie ein Austauschen erfolgen könnte.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, dass ein Außengehäuse der Baterrie Teil einer selbsttragenden Struktur des Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs ist. Kraftfahrzeuge zum Beispiel besitzen heute zumeist selbsttragende Karosserien, das heißt, die Karosserie bildet eine Verbund, der in sich die Stabilität des Kraftfahrzeug bestimmt. Wird das Außengehäuse derart ausgebildet, dass es einen Teil der Karosserie bildet, so ergibt sich einerseits die Möglichkeit die Karosserie mit dem Außengehäuse zu versteifen und andererseits der Vorteil einer Gewichtsersparnis, da keine zusätzliche Halterung für das Außengehäuse der Batterie benötigt wird. Bezug genommen kann hierfür auch auf eine Bauweise zum Beispiel bei Motorrädern, bei denen der Motor einen Teil der tragenden Struktur bildet.
Ein weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die selbsttragende Karosserie des Kraftfahrzeuges das Außengehäuse der Batterie bildet. Dadurch, dass das Außengehäuse der Batterie einen Teil der Karosserie bildet, besteht die Möglichkeit, dass die Karosserie zumindest zum Teil derart ausgebildet ist, dass die Module unmittelbar in die Karosserie einsetztbar sind. Beispielsweise kann eine Gewichtsersparnis bei Anpassung der Karosserie als Außengehäuse gegenüber einem Vergleich gegenüber einem von der Karosserie getrenntem Außengehäuse ergeben. Auch kannbeispielweise eine geringere Anzahl von Bauteilen benötigt werden, was Kosten einsparen kann. So kann zum Beispiel in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs eine Öffnung vorhanden sein, in die die Module einsetzbar sind. Dabei bildet die Karosserie das Außengehäuse und ist derart ausgeformt, dass die Module zum Beispiel eingeschoben und/oder eingelegt und/oder eingesetzt werden können. Ein bevorzugter Bereich zur Bildung des Außengehäuses der Batterie liegt hierbei im Kofferraum oder in einem Bereich unterhalb des Fahrgastraums.
Ein bevorzugter Werkstoff für des Außengehäuse ist Aluminium, da es leicht ist und somit des Gewicht der Batterie und somit des Fahrzeugs reduziert. Durch die Verwendung von Aluminium ergibt sich somit der Vorteil, dass das Gesamtgewicht der Batterie reduziert werden kann und durch die gute Formbarkeit, bei einer gleichzeitig vorhandener ausreichender Formbeständigkeit von Aluminium das Außengehäuse leicht an die Karosserieform anpassbar oder integrierbar ist.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Halterung der Batterie oder die selbsttragende Struktur derart ausgebildet ist, dass des Außengehäuse im Falle einer impulsartigen Belastung aus der Halterung oder die selbsttragenden Struktur heraus bewegbar ist, wobei eine Bewegung in einen Freiraum des Kraftfahrzeugs hinein oder vom Fahrzeug weg erfolgt. Eine impulsartige oder eine über eine übliche Belastung hinausgehende Belastung erfahrt das Fahrzeug beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug einen Unfall erleidet und die Batterie beziehungsweise das Außengehäuse eine impulsartige Belastung erfährt. Ist das Außengehäuse in diesem Fall beispielsweise derartig im Kraftfahrzeug aufgenommen, dass es sich in einem Freiraum hinein bewegen kann, so kommt es zu keiner Gefährdung der Insassen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass sich das Außengehäuse aus dem Fahrzeug im Schadensfall heraus bewegt, wodurch beispielsweise die Insassen wiederum geschützt werden. Beispielsweise kann eine Rückhaltevorrichtung vorgesehen sein, die eine Bewegung der Batterie beschränkt. Eine Bewegung aus dem Fahrzeug kann hierbei auch nun teilsweise erlaubt sein, zum Beispiel durch die Rückhaltevorrichtung.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Verwendung von Coffee-Bag-Zellen zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie für den Kraftfahrzeugeinsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgeschlagen, wobei mehrere Coffee-Bag-Zellen zusammengefasst ein Modul bilden und mehrere gleichartige Module in einem Batteriegehäuse untergebracht und angeschlossen sind, wobei das Batteriegehäuse in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet wird. Die Coffee-Bag-Zellen wie auch die Module und das Außengehäuse können wie oben in Bezug auf die allgemein betrachteten Lithium-Ionen-Batterien beschrieben hin ausgestaltet sein.
Gemäß einem anderen Gedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Verfahren zum Unterbrechen einer stromleitenden Verbindung einer Kraftfahrzeug-Batterie, aufweisend eine Vielzahl an Lithium-Ionen-Zellen, vorzusehen, wobei die Lithium-Ionen-Zellen in Modulen angeordnet sind und wobei die Module jeweils an einem Modulgehäuse befestigt werden, bevor die Modulgehäuse in einem Außengehäuse untergebracht werden, welches in das Kraftfahrzeug austauschbar eingesetzt Wird, und bei einer schadenbedingten Krafteinwirkung auf das Außengehäuse und auf ein oder mehrere Modulgehäuse die stromleitende Verbindung aufgrund der Krafteinwirkung unterbrochen wird. Weiterhin kann vorzusehen sein, dass die stromleitende Verbindung in einem Bereich zwischen dem Modulgehäuse und dem Außengehäuse unterbrochen wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die stromleitende Verbindung jeweils in einem Bereich innerhalb des Modulgehäuses unterbrochen wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass im Schadensfalle keine stromleitenden Teile mit beispielsweise einem Gehäuse in Kontakt treten können.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den jeweiligen Figuren hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt, insbesondere nicht auf Lithium-Ionen-Zellen und eine Ausgestaltung als Kraftfahrzeug-Batterie. Vielmehr können diese Merkmale mit einem oder mehreren anderen Merkmalen aus anderen Figuren aus der oben beschriebenen allgemeinen Beschreibung zu werteren Ausgestaltungen verknüpft werden. Des Weiteren sind die in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen beispielhaft und nicht beschränkend auszulegen, ebenso wie die darin jeweils enthaltenen Merkmale. Es zeigen:
1: ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug mit einer daran angeordneten Kraftfahrzeug-Batterie in schematischer Darstellung,
2: eine Aufsicht auf eine Kraftfahrzeug-Batterie in schematischer Ansicht,
3: eine bevorzugte Anordnung von Lithium-Ionen-Zellen zum Wärmetausch,
4: eine Übersicht verschiedener Schadensauswirkungen bei verschiedenartigen Kraftfahrzeug-Batterien,
5: eine vorgeschlagene Kraftfahrzeug-Batterie mit Außengehäuse und im Außengehäuse enthaltenen Modulgehäusen, die bei Schadenseintritt sich voneinander lösen können,
6: eine Aufsicht auf eine schematische Kraftfahrzeug-Batterie mit in einem Außengehäuse angeordneten Modulgehäusen sowie beispielhaft dargestelltem Zellenmonitoring,
7: eine schematische Ansicht von verschiedenen Lithium-Ionen-Zellen und dazwischen angeordnetem Material, und
8: ein weiteres Fahrzeug mit einer daran angeordneten Kraftfahrzeug-Batterie in schematischer Darstellung.
Die folgenden Ausgestaltungen werden beispielhaft anhand einer Kraftfahrzeuganwendung näher erläutert, bei der Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz gelangen. Die Ausgestaltungen sind aber nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus diesen Ausgestaltungen auch zu anderen oder aber mit anderen Anwendungen und/oder Batterien verknüpft werden.
1 zeigt in beispielhafter schematischer Ausgestaltung ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug 1. Das Hybrid- oder Elektrofahrzeug 1 weist in einem Unterbodenbereich 2 eine Kraftfahrzeug-Batterie 3 angeordnet auf. Die Kraftfahrzeug-Batterie 3 ist schematisch durch einzelne Lithium-Ionen-Zellen 4 dargestellt, die jeweils Anschlussfahnen 5 aufweisen. Die Lithium-Ionen-Zellen 4 können beispielsweise ein Lithiummetall als Anode aufweisen. Bevorzugt ist jedoch eine Ausgestaltung, bei der die Anode einen Kohlenstoff als Speichermedium und die positive Elektrode ein Lithiumübergangsmetalloxid aufweist. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Lithium-Ionen-Zellen eine Lithiuim-Polymer-Zelle enthalten. Derartige Polymer-Ionen-Zellen werden bevorzugt auch als ”Coffee-Bag-Zellen” bezeichnet und gehen beispielsweise aus der oben im Stand der Technik genannten WO 2008/083920 sowie aus den dort im Stand der Technik genannten Druckschriften hervor, auf die diesbezüglich voll umfänglich Bezug genommen wird. Die Lithium-Ionen-Zellen 4 heben vorzugsweise eine längliche Erstreckung, so wie aus 1 hervorgehend, und sind damit vorzugsweise prismatisch. So wie aus 1 hervorgehend, sind die Lithium-Ionen-Zellen 4 übereinander gestapelt, wobei sie jedoch nur eine gewisse Höhe aufweisen. Die liegende Anordnung der Lithium-Ionen-Zellen 4 ergibt eine wesentlich höhere mechanische Stabilität der jeweiligen Zellen gegenüber einer Vibrationsbelastung, wie sie beispielhaft durch die jeweiligen Pfeile und das kartesische Koordinatensystem angedeutet sind. Wie schematisch angedeutet, sind typische Vibrationsbelastungen bei einem Fahrzeug in der z-Achse am höchsten. Eine stehende Anordnung von Zellen, wie gestrichelt angedeutet, ist daher ungünstiger gegenüber der hier nun demgegenüber beispielhaft angeführten liegenden Anordnung. Eine Schädigung der Zellen wie auch der Zellenkomponenten beziehungsweise der Komponenten der Kraftfahrzeug-Batterie 3 werden dadurch besser vermieden.
2 zeigt in einer beispielhaften Ausgestaltung eine zweite Kraftfahrzeug-Batterie 6 mit einem Außengehäuse 7 und mehreren Modulen 8 aus weiteren Lithium-Ionen-Zellen 4, wobei die Module 8 jeweils in Modulgehäusen 9 angeordnet sind. So wie dargestellt, können die Modulgehäuse 9 miteinander fest verbunden sein. In einem derartigen Fall bilden die Modulgehäuse 9 ein einzelnes zusammengefügtes Modulgehäuse als eine zweite Struktur 10 der zweiten Kraftfahrzeug-Batterie 6 zur Aufnahme von Kräften, die von außen auf die zweite Kraftfahrzeug-Batterie 6 wirken können. Die zweite Kraftfahrzeug-Batterie 6 wiederum bildet mit dem Außengehäuse 7 eine erste Struktur 11, die in der Lage ist, entweder durch Eigendeformation oder durch strukturelle Kräfteaufnahme Krafteinwirkungen von außen auffangen und absorbieren zu können. Hierzu kann beispielsweise das Außengehäuse 7 ein oder mehrere Verstrebungen 12 aufweisen, wie sie gestrichelt angedeutet sind. Die Verstrebungen 12 können als Querstreben wie auch als Längsstreben angeordnet sein. Bevorzugt können diese eine gewisse Erstreckung in den Innenraum der zweiten Kraftfahrzeug-Batterie 8 aufweisen. Sie können jedoch ebenfalls als Materialverstärkung in eine jeweilige Wand der zweiten Kraftfahrzeug-Batterie 6 angeordnet sein. Des Weiteren ist schematisch angedeutet in dem Außengehäuse 7 eine zentrale Stromschiene 13 vorhanden. An diese Stromschiene 13 können die jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen 4 angeschlossen werden. Dieses erfolgt beispielsweise bei Einbau des Modulgehäuses 9 in das Außengehäuse 7. Gemäß der aus 2 hervorgehenden Ausgestaltung des Modulgehäuses 9 ist eine Soll-Bruchstelle 14 zwischen den verschiedenen Modulen 8 jeweils vorgesehen. Die Soll-Bruchstelle 14 ist schematisch als strichpunktierte Linie angedeutet. Sellte eine Krafteinwirkung derart groß sein, dass das Außengehäuse 7 zerstört und die Krafteinwirkung direkt auf das Modulgehäuse 9 einwirken, kann diese Krafteinwirkung zum einen dazu führen, dass das Modulgehäuse 9 entlang der Soll-Bruchstelle 14 aufgetrennt wird. Durch Anordnung verschiedenster Soll-Bruchstellen kann dafür Sorge getragen werden, dass zum einen eine Absorption der aufgebrachten Kräfte auftritt, andererseits die in den jeweiligen Gehäuseteilen des Modulgehäuses 9 vorhandenen Lithium-Ionen-Zellen 4 weiterhin auslaufsicher gehalten werden. Gleichzeitig kann bei einem derartigen mechanischen Bruch eine elektrische Verbindung der Kraftfahrzeug-Batterie 3 vielfältig unterbrochen werden. So kann gemäß einer Ausgestaltung eine elektrisch leitende Stromführung 15, die aus dem Modulgehäuse herausragt und mit der Stromschiene 13 verbunden ist, hierbei brechen. Vorzugsweise ist eine Bruchsicherung 18 in die elektrisch leitende Stromführung 15 eingesetzt. Die Bruchsicherung 16 ist nur schematisch angedeutet, sie gibt vorzugsweise eine Bruchebene vor, wobei bei einem Bruch die jeweiligen Bruchenden durch das übrig gebliebene Material der Bruchsicherung 16 abgeschirmt wird. Ein elektrisch leitfähiger Kontakt wird auf diese Weise mit einem Außengehäuse 7, der Stromschiene 13 oder einem sonstigen elektrisch leitfähigen Gegenstand vermieden, vorzugsweise verhindert. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass ein Freiraum 17 zwischen den Lithium-Ionen-Zellen 4 mit einem Material gefüllt wird, welches vorzugsweise eine weitere Strukturstabilität für die in dem Modulgehäuse 9 angeordneten Lithium-Ionen-Zellen 4 ermöglicht. Zum anderen kann das Material Schock-absorbierend sein. So kann es beispielsweise elastisch oder elastisch plastisch wie auch plastisch verformbar sein, vorzugsweise beispielsweise in Form eines Schaums. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Material in einem Freiraum 17 zwischen den Lithium-Ionen-Zellen 4 wärmeleitfähig ist. Beispielsweise kann ein wärmeleitfähiges Material zwischen den Lithium-Ionen-Zellen 4 angeordnet sein, wie es aus der EP 1 944 824 A2 hervorgeht, auf die diesbezüglich vollumfänglich Bezug genommen wird. Auf diese Weise kann eine Kühlung eines Moduls 8 sichergestellt werden.
3 zeigt eine besonders vorteilhafte Anordnung von einer ersten Lithium-Ionen-Zelle 18 zu einer benachbart angeordneten Lithium-Ionen-Zelle. Die erste und die zweite Lithium-Ionen-Zelle 18, 19 weisen jeweils einen Minuspol 20 und einen Pluspol 21 auf. Gestrichelt angedeutet sind drei unterschiedliche Bereiche bei jeder Zelle 18, 19, die schematisch angedeutet eine unterschiedliche Temperaturverteilung über die jeweilige erste bzw. zweite Lithium-Ionen-Zelle 18, 19 wiedergeben. Die ungleichmäßige Wärmeverteilung verstärkt sich bei einem gleichsinnigen Stapeln der Zellen übereinander. Insbesondere im Bereich der Kontaktierung der elektrischen Pole entsteht eine hohe Wärmeentwicklung, die sich bei gleichsinnigem Stapeln entsprechend erhöht. Diese bedingt eine hohe Anforderung an eine Kühlmanagement für ein derartig aufgebautes Zellenpaket. Bevorzug wird daher eine gegensinnige Anordnung der ersten und zweiten Lithium-Ionen-Zellen 18, 19, so dass eine Homogenisierung der Wärmeverteilung erfolgt. Auf diese Weise werden die elektrischen Kontakte Minuspol und Pluspol 20, 21 verdreht zueinander angeordnet. Eine Wärmehomogenierung kann jedoch auch darüber erfolgen, dass eine nicht vollständig gegensinnige Anordnung aber zumindest verdrehte Anordnung zueinander vorliegt. Ein verbesserter Wärmeaustausch zwischen den beiden Zellen 18, 19 wird durch Anordnung eines Wärme leitenden Materials erzielt. Hierbei kann beispielsweise vorgesehen sein, dass eine gezielte Wärmebrücke durch spezielle Ausgestaltung des zwischen den Zellen angeordneten Materials erzielt wird. Ein thermisch ausgeglicheneres Zellenpaket ist vorzugsweise Grundbestandteil eines Module, wobei bevorzugt nur wärmetechnisch sich ausgleichende Zellenpakete in einem Modul angeordnet werden.
4 zeigt in einer schematischen Übersicht eine Auswirkung von internen Fehlerquellen, zum Beispiels aufgrund von außen einwirkenden Kräften oder aber leckgeschlagenen Zellen, Überhitzungen oder Ähnlichem. Das Schadensereignis wird jeweils als gezacktes Ereignis dargestellt. Während auf der linken Seite übereinander dargestellt ist, wie ein derartiger Schadensfall sich bei einer herkömmlichen Kraftfahrzeug-Batterie auswirkt und ausgehend von einem lokalen Ereignis schließlich sämtliche Zellen der Kraftfahrzeug-Batterie erfasst, insbesondere bei dabei auftretender Hitzeschädigung, kann ein lokales Schadensereignis bei den auf der rechten Seite der 4 übereinander dargestellten Kraftfahrzeug-Batterien dieses auf ein einzelnes Modul begrenzt bleiben. Kommt es daher dort zu einem Schadensereignis, werden die anderen Module hiervon nicht betroffen. Vielmehr führt die Trennung der einzelnen Module untereinander zu der Möglichkeit der weiteren Nutzung der Kraftfahrzeug-Batterie.
5 zeigt in schematisch beispielhafter Ausgestaltung eine Vielzahl von voneinander losgelösten Modulgehäusen 29, die einzeln im Außengehäuse 7 angeordnet waren. Ist es beispielsweise zu einem Unfall gekommen, können die einzelnen Modulgehäuse 29 voneinander getrennt werden. Eine Ausgestaltung sieht hierbei vor, dass die Modulgehäuse 29 schon als Einzelgehäuse vorliegen und miteinander gesichert werden. Wird beispielsweise über einen Crash-Sensor festgestellt, dass ein auch für die Batterie relevante Schädigung des Fahrzeuges vorliegt, kann eine automatische Trennung der Modulgehäuse 29, so wie dargestellt, erfolgen. Beispielsweise kann dieses auch dadurch erfolgen, dass in einem derartigen Falle das Außengehäuse 7 ein oder mehrere Modulgehäuse freigibt. Kommt es zu einem strukturellen Schaden des Außengehäuse 7 kann dieses ebenfalls zu einer Freisetzung von ein oder mehreren Modulgehäusen 29 führen. Die Modulgehäuse 29 selbst können ebenfalls in der Lage sein, Energie aufzunehmen, ohne dass es zu einer Schädigung der Hülle des Modulgehäuse 29 kommt. Gemäß einer Ausgestaltung ist bei dieser wie auch bei den anderen beschriebenen Ausgestaltungen vorgesehen, dass das Außengehäuse 7 wie auch die Modulgehäuse 29 jeweils geschlossen sind, vorzugsweise fluiddicht geschlossen. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Modulgehäuse 29 geschlossen, das Außengehäuse 7 jedoch zumindest zum Teil luftdurchlässig ist, zum Beispiel durch Aufbau in Form einer Gitterstruktur. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass die Modulgehäuse 29 vor einem Unfall ein einziges Gehäuse gebildet haben, sich jedoch aufgrund der wirkenden Kräfte an Soll-Bruchstellen voneinander getrennt haben. Bevorzugt sind die Soll-Bruchstellen so ausgelegt bzw. die Einzelgehäuse der Modulgehäuse 29, dass bei jedem der entstandenen Module eine Gesamtspannung unter 60 Volt liegt. Wird beispielsweise angenommen, dass eine einzelne Lithium-Ionen-Zelle eine Maximalspannung von 4,2 Volt aufbringt, kann in jedem einzelnen Modul eine Anzahl von 14 Zellen vorgesehen werden.
6 zeigt eine weitere beispielhafte Ausgestaltung einer dritten Kraftfahrzeug-Batterie 30. Diese ist ebenfalls in Form einer eigen-gesicherten Batterie-Modulbauweise aufgebaut, bei dem eigenständige Modulgehäuse 31 vorgesehen sind. Durch eine Aufteilung der Lithium-Ionen-Zellen 4 in derartig eigen-gesicherte Zellenmodule kann zum einen die Anzahl beschädigter Zellen in einem Fehlerfall und somit auch die Menge der potentiell freigesetzten Energie beschränkt werden. Zum anderen lassen sich defekte Zellenmodule einfach austauschen, so dass nicht die Gesamtbatterie ersetzt werden muss. Der Schutz der Zellen gegenüber äußeren Einwirkungen ist durch die Modularisierung ebenfalls verbessert. Die aus 8 hervorgehende dritte Kraftfahrzeug-Batterie 30 weist schematisch angedeutet ein integriertes Zellenmonitoring 32 auf. Das integrierte Zellenmonitoring 32 kann mit einer Zellenspannungsüberwachung, einer Zellenbilanzierung und einer Sicherheitsabschaltung versehen sein. So kann beispielsweise das Zellenmonitoring 32 mit einem Kommunikationsnetz 33 verbunden sein. Beispielsweise kann das Zellenmonitoring mit einer Kontaktierungsplatine 34 in Verbindung stehen, insbesondere kann diese auch mit dem Zellenmonitoring 32 integriert vorliegen. Die Kontaktierungsplatine 34 kann beispielsweise die Anschlussfahnen angeschlossen aufweisen, wobei auf der Kontaktierungsplatine beispielsweise eine Zellenausgleichselektronik 35, eine Diagnoseelektronik 38 sowie ein oder mehrere Stecker 37 angeordnet sein können. In ein oder mehreren Bausteinen, die auf der Kontaktierungsplatine 34 sitzen, können zum Beispiel die entsprechenden vielfältigen Funktionen wie Zellenüberwachung, Spannung- bzw. Strombilanzierung, Temperaturüberwachung und anderes untergebracht sein. Bevorzugt ist die Kontaktierungsplatine 34 ebenfalls über das Kommunikationsnetz 33 zum Beispiel mit einem übergeordneten Steuerungsgerät 38 verbunden. Bevorzugt ist das Steuergerät 38 ein Kraftfahrzeug-Batterie-Steuergerät. Dieses kann über ein oder mehrere weitere Leitungen 39 mit anderen Steuergeräten in Verbindung stehen. Das Steuergerät 38 kann beispielsweise als Master dienen, während das Zellenmonitoring 32 als Slave-Modul aufbaut und das Kommunikationsnetz 33 mit diesem Master verbunden ist. Auf der Kontaktierungsplatine 34 beispielsweise kann des Weiteren ein Informationsspeicher 40 angeordnet sein. Der Informationsspeicher 40 kann jedoch auch am Außengehäuse angeordnet sein bzw. jedes einzelne Modulgehäuse kann einen derartigen Informationsspeicher aufweisen. Darüber hinaus ist gestrichelt angedeutet, dass die jeweiligen Modulgehäuse über Einschübe im Außengehäuse festgehalten werden. Diese Einschübe sind gestrichelt angedeutet. So können die Module beispielsweise gegen Anschläge 41 eingeschoben werden, um damit die jeweilige Position jedes einzelnen Modulgehäuses vorzugeben. Eine mechanische Sicherung kann beispielsweise zusätzlich über einen Deckel erfolgen, der auf das Außengehäuse 7 aufgesetzt wird. Auch die Modulgehäuse können jeweils einen Deckel 42 aufweisen, durch den vorzugsweise die Anschlussfahnen 5 hindurchgelangen. Ein Modulgehäuse kann des Weiteren eine Unterteilung in einer ersten und einen zweiten Raum aufweisen. Dieses ist gestrichelt angedeutet für das Modul, das schematisch das Zellenmonitoring 32 aufweist. Hierbei kann es sich um eine feststehende Wand handeln, durch die beispielsweise die Anschlussfahnen 5 hindurch greifen. Auf diese Weise kann das Zellenmonitoring bei einem Schaden der Lithium-Ionen-Zelle in dem Modulgehäuse gegenüber Beschädigung gesichert werden. Die dritte Kraftfahrzeug-Batterie 30 kann des Weiteren über eine Sicherheitsabschaltung 43 verfügen. Die Sicherheitsabschaltung ist beispielsweise ein elektronischer Baustein, der vorzugsweise jedem einzelnen Modul zugeordnet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Sicherheitsabschaltung auch der gesamten Kraftfahrzeug-Batterie 30 zugeordnet sein. In diesem Fall sitzt die Sicherheitsabschaltung 43 vorzugsweise in der Nähe eines Pols 44 der dritten Kraftfahrzeug-Batterie 30. Bei dem in 6 dargestellten System besteht somit die Möglichkeit eine Abspeicherung einer Zellbelastung über den jeweiligen Informationsspeicher 40 über die Zeit gewährleisten zu können, so dass jederzeit der Alterungszustand eines seiner Module bzw. von Zellen abgefragt werden kann. Durch die Sicherheitsabschaltung 43 wiederum kann sichergestellt werden, dass bei einer, einen Grenzwert überschreitenden Zellenbelastung oder im Schadensfälle einer Zelle das betroffene Modul abgeschaltet wird bzw. im Schadensfall des Fahrzeugs beispielsweise die gesamte Kraftfahrzeug-Batterie abgeschaltet werden kann.
7 zeigt in schematischer Ansicht ein Modul, welches auseinander gefaltet ist. Wie angedeutet, sind verschiedene Lithium-Ionen-Zellen 4 mit ihren jeweiligen elektrischen Polen gegensinnig wechselweise angeordnet. Zwischen den jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen 4 ist eine Kühlvorrichtung oder aber ein Wärme leitendes Material zum Wärmeausgleich zwischen den Zellen angeordnet, so dass entweder eine Wärme abgeführt oder aber zwischen den Zellen verteilt werden kann. Wird beispielsweise eine Wärmeabführung zwischen den Zellen gewünscht, kann dieses mit einer Vorrichtung erfolgen, wie sie aus der oben schon erwähnten EP 1 994 824 A2 hervorgeht. Wird eine Wärmeverteilung gewünscht, kann hierzu beispielsweise ein Wärme leitender, gießfähiger Kunststoff genutzt werden. Wärmeleitende Materialien, die Kunststoffe nuten, gehen beispielsweise aus der WO 2001/096458 oder auch aus der WO 2008/068274 hervor, auf die diesbezüglich vollumfänglich im Rahmen der Offenbarung Bezug genommen wird.
In der 8 ist ein Fahrzeug, bevorzugt ein Hybrid- oder Elektrofahrzeug 45 in einer schematischen Seitenansicht dargestellt. Eine Batterie 46 ist beispielhaft in einem Unterbodenbereich 47 und unterhalb des Fahrgastraums 48 in das Fahrzeug 45 eingebaut. In einer Ausführungsform kann das Fahrzeug 45 eine selbstragende Karosserie 49 aufweisen, wobei die Batterie 46 beispielsweise mittels einer Halterung 50 an der Karosserie 49 befestigt ist. Dies bietet den Vorteil einer leichten Montage der Batterie 46 und einer Auswechselbarkeit im Schadensfall. In einer weiteren Ausführungsfom bildet die Batterie 46 einen Teil der selbsttragenden Karosserie 49, wobei die Batterie dazu dient, die Stabilität der Karosserie 49 zu versteifen. Hierbei kann die Batterie 46 ebenfalls mit der Karosserie 49 mittels Halterungen 50 verbunden sein. In einer weiteren Ausführungsform bildet das Außengehäuse 51 einen Teil der selbsttragenden Karosserie 49, wobei die Module 52 in das Außengehäuse 51 bzw. die Karosserie 49 eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2008/083920 [0002, 0055]
EP 1944824 A2 [0056]
EP 1994824 A2 [0061]
WO 2001/096458 [0061]
WO 2008/068274 [0061]

Claims

Batterie (3, 46), die mehrere Zellen (4, 18, 19), vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen, und ein Außengehäuse (7, 11, 51) umfasst, wobei mehrere Zellen (4, 18, 19) zusammengefasst jeweils Module (8, 52) bilden und die Module (8, 52) nebeneinander angeordnet sind, wobei über Modulgehäuse (9, 29, 31) der Module (8, 52) die Zellen (4, 18, 19) miteinander im Schadensfalle trennbar verbunden angeordnet in dem Außengehäuse (7, 11, 51) sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse (9, 29, 31) eines Moduls (8) eine erste Struktur (10) bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) in dem Außengehäuse (7, 11, 51) fest angeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) eine zweite Struktur (11) bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt.
Batterie (3, 46) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine, aus einem Modulgehäuse (9, 29, 31) herausführende, elektrisch leitende Stromführung (15) mit einer Bruchsicherung (16) versehen ist, die bei einer Verschiebung des Modulgehäuses (9, 29, 31) relativ zum Außengehäuse (7, 11, 51) auslöst und die Stromführung (15) unterbricht.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordnete erste Zelle (18) einen Wärmeausgleich zu einer zweiten, benachbart angeordneten Zelle (19) aufweist, bei der jeweils entlang der Erstreckung der ersten und der zweiten Zelle (18, 19) unterschiedliche Wärmeentwicklungen zumindest angeglichen werden.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordnete, einander gegenüberliegende Zellen (4, 18, 19) jeweils zueinander verdreht angeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordneten Zellen (4, 18, 19) versetzt zueinander angeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die in einem (9, 29, 31) angeordnete Zellen (4, 18, 19), insbesondere Coffee-Bag-Zellen, in Bezug auf das Außengehäuse (7, 11, 51) vertikal und nebeneinander ausgerichtet sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freiraum (17) zwischen zwei Zellen (4, 18, 19) mit einem vorzugsweise wärmeleitendem und/oder schockabsorbierenden Material gefüllt ist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem (9, 29, 31) angeordnete Zellen (4, 18, 19) ein an dem Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordnetes Zellenmonitoring (32) aufweisen.
Batterie (3, 46) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellenmonitoring (32) zumindest eine Zellenspannungsüberwachung und eine Sicherheitsabschaltung (43) vorsieht.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Außengehäuses (7, 11) angeordnete Module (8, 52) mit darin enthaltenen Zellen (4, 18, 19) als Slave-Module in einem Kommunikationsnetz (33) geschaltet sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Außengehäuse (7, 11, 51) zumindest ein auslesbarer Informationsspeicher (40) zugeordnet ist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außengehäuse (7, 11, 51) mehrere Informationsspeicher (40) angeordnet sind, die jeweils verschiedenen, im Außengehäuse (7, 11, 51) angeordneten Modulen (8) zugeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Modulgehäuse (9, 29, 31) ein Informationsspeicher (40) angeordnet ist, der von außerhalb des Modulgehäuses (9, 29, 31) auslesbar ist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Gehäusemodule (9; 29) mit jeweils darin enthaltenen Zellen (4, 18, 19) austauschbar im Außengehäuse (7, 11, 51) angeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) mehrere definierte Einschübe aufweist, in die daran angepasste Gehäusemodule (9; 29) einsetzbar, sicherbar und elektrisch anschließbar sind.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (3) eine Berstsicherung aufweist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) einen Rahmen mit aufgesetztem Deckel (42) aufweist, wobei der Deckel (42) als Berstsicherung eingesetzt ist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) einen Deckel (42) aufweist, der mit einem Rahmen des Außengehäuses (7, 11) zerstörungsfrei und wiederholbar lösbar und wiederverbindbar ist und die Batterie (3, 46) in einem Fahrzeug (1) eingebaut ist, wobei der Deckel (42) bei eingebauter Batterie (3, 46) vorzugsweise zu einem Boden (2) unterhalb des Fahrzeugs (1) hinweist.
Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Module (8, 52), bevorzugt jedes Modul, eine eigene Berstsicherung aufweist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Außengehäuses (7, 11) mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) für Zellen (4, 18, 19) angeordnet sind, die jeweils einen Rahmen aufweisen und fest mit dem Rahmen verbundene Deckel (42) aufweisen, wobei die Deckel (42) jeweils als Berstsicherung gestaltet sind, wobei bei einer Aktivierung der Berstsicherung vorgesehen ist, dass eine elektrisch leitende Verbindung der Zellen (4, 18, 19) in dem Modulgehäuse (9, 29, 31) nach außen unterbrochen wird.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an einem Modulgehäuse (9, 29, 31) eine Kontaktierungsplatine (34) angeordnet ist, mit der die in dem Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordneten Zellen (4, 18, 19) zur Stromweiterleitung elektrisch verbunden sind und die Kontaktierungsplatine (34) so lösbar mit dem Modulgehäuse (9, 29, 31) verbunden ist, dass in einem Schadensfall die Kontaktierungsplatine (34) zumindest teilweise sich ablöst und dabei eine stromführende elektrische Verbindung unterbrochen wird.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außengehäuse (7, 11, 51) an jeweils einem Modulgehäuse (9, 29, 31) enthaltend eine Anzahl an Zellen (4, 18, 19) eine Kontaktierungsplatine (34) angeordnet ist, die Kontakte für ein oder mehrere Anschlussfahnen (5) der Zellen (4, 18, 19), eine Zellen-Ausgleichselektronik (35), eine Diagnose-Elektronik (36) vorzugsweise in Form eines Slave-Moduls für ein zentrales Batterie-Steuergerät (38) und ein oder mehrere Stecker (37) für einen elektrischen Anschluß der Zellen (4, 18, 19) an eine übergeordnete Stromleitung sowie für eine Kommunikationsleitung aufweist.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außengehäuse (7, 11) mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordnet sind, die eine Unterteilung aufweisen, wobei jeweils in einem ersten Raum ein oder mehrere Zellen (4, 18, 19) angeordnet sind und in einem, vom ersten Raum abgetrennten zweiten Raum eine Kontaktierungsplatine (34) und/oder ein Informationsspeicher (40) angeordnet sind.
Batterie (3, 46) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der erste oder der zweite Raum als Begrenzungswand einen aufgesetzten Deckel (42) aufweisen.
Batterie (3, 46) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Außengehäuse (7, 11) mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) angeordnet sind, die jeweils einen Deckel (42) aufweisen, der zumindest einen Durchlass aufweist, durch den ein oder mehrere Anschlussfahnen (5) von ein oder mehreren Zellen (4, 18, 19) hindurchragen.
Anordnung einer Batterie (3, 46) in einem Kraftfahrzeug aufweisend eine Vielzahl an Zellen (4, 18, 19) in einem unteren Bereich (2) eines Kraftfahrzeugs (1) als Unterbodeneinbau, wobei die Zellen (4, 18, 19) im wesentlichen in horizontaler Erstreckung im Unterbodenbereich (2, 47) oder an mehreren Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind, wobei die Zellen (4, 18, 19) in verschiedenen Modulgehäusen (9, 29, 31) angeordnet sind, die in einem Außengehäuse (7, 11, 51) der Kraftfahrzeug-Batterie (3, 46) gesichert und elektrisch miteinander auftrennbar verbunden sind, und das Außengehäuse (7, 11, 51) eine Längserstreckung aufweist, die im eingebauten Zustand im wesentlichen horizontal verläuft.
Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug (1) ist und eine, insbesondere in seinem Unterbodenbereich (2, 47) angeordnete, zum Außengehäuse (7, 11) passende Halterung (50) aufweist.
Anordnung nach Anspruch 27 oder 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) Teil einer selbsttragenden Struktur des Kraftfahrzeugs ist.
Anordnung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (50) oder eine selbsttragende Struktur derart ausgebildet ist, dass das Außengehäuse (7, 11, 51) im Falle einer impulsartigen Belastung aus der Halterung (50) oder die selbsttragenden, Struktur heraus bewegbar ist, wobei eine Bewegung in einen Freiraum des Kraftfahrzeugs hinein oder vom Fahrzeug weg erfolgt.
Verwendung von Coffee-Bag-Zellen (4, 18, 19) zur Herstellung einer Batterie bevorzugt für den Kraftfahrzeugeinsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug (1), wobei mehrere Coffee-Bag-Zellen (4, 18, 19) zusammengefasst ein Modul (8) bilden und mehrere gleichartige Module (8, 52) in einem Batteriegehäuse untergebracht und angeschlossen sind und zwischen den Modulen eine stromleitende Verbindung unter schadenbewirkender Krafteinwirkung unterbrechbar ist, wobei bevorzugt das Batteriegehäuse in einem Unterbodenbereich (2, 47) eines Fahrzeugs angeordnet wird.
Verfahren zum Unterbrechen einer stromleitenden Verbindung einer Batterie (3, 46) aufweisend eine Vielzahl an Zellen (4, 18, 19), die in Modulen (8) angeordnet sind, wobei die Module (8, 52) jeweils in einem Modulgehäuse (9, 29, 31) befestigt werden, bevor die Modulgehäuse (9, 29, 31) in einem Außengehäuse (7, 11) untergebracht werden, welches in einer Vorrichtung, bevorzugt ein Kraftfahrzeug, austauschbar eingesetzt wird, und bei einer schadenbedingten Krafteinwirkung auf das Außengehäuse (7, 11) und auf ein oder mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) die stromleitende Verbindung aufgrund der Krafteinwirkung unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die stromleitende Verbindung in einem Bereich zwischen den Modulgehäusen (9, 29, 31) und dem Außengehäuse (7, 11) unterbrochen wird.
Verfahren nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, dass die stromleitende Verbindung jeweils in einem Bereich innerhalb der Modulgehäuse (9, 29, 31) unterbrochen wird.