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Die Erfindung betrifft eine Fahrzeugbatterie nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus dem Stand der Technik ist, wie in der
US 2021/0249739 A1 beschrieben, eine Zellverbindungseinheit für ein Batteriemodul bekannt. Die Zellenverbindungseinheit zum Verbinden mehrerer ausgerichteter Batteriezellen eines Batteriemoduls enthält mehrere Sammelschienen. Jede der Sammelschienen ist mit Zellenanschlüssen von mindestens zwei der Batteriezellen verbunden. Die Zellverbindungseinheit enthält des Weiteren mehrere Trägerschienen. Zumindest einige der Trägerschienen sind mit zumindest drei der Sammelschienen mechanisch verbunden, wobei diese Trägerschienen einen ersten Aufnahmebereich umfassen, der mit mindestens einer der drei Sammelschienen verbunden ist, und einen separaten zweiten Aufnahmebereich umfassen, der mit den beiden anderen Sammelschienen verbunden ist und diese beiden Sammelschienen elektrisch voneinander isoliert.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Fahrzeugbatterie anzugeben.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Fahrzeugbatterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Eine Fahrzeugbatterie weist ein Gehäuse, eine Mehrzahl darin angeordneter elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Batteriezellen und mindestens eine Stromschiene auf, die mit mehreren der Batteriezellen zu deren elektrischer Verschaltung elektrisch leitfähig verbunden ist. Die Fahrzeugbatterie kann sich aus diversen Zellformaten zusammensetzen, so beispielsweise aus Rundzellen, prismatischen Hardcasezellen oder Pouchzellen. Die Fahrzeugbatterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie zur elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs. Die Fahrzeugbatterie weist beispielsweise mehrere elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltete Batteriezellmodule mit jeweils mehreren elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen auf. Die mindestens eine Stromschiene kann dabei mit einer oder mehreren der Batteriezellen und/oder mit einem oder mehreren der Batteriezellmodule zu deren elektrischer Verschaltung elektrisch leitfähig verbunden sein. Das Gehäuse ist beispielsweise ausschließlich rahmenförmig ausgebildet oder es weist beispielsweise einen Gehäuserahmen, insbesondere mit einem Boden, und des Weiteren einen Gehäusedeckel auf.
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Erfindungsgemäß ist die mindestens eine Stromschiene als eine Gehäuseversteifungsstruktur an mindestens zwei Stellen des Gehäuses, insbesondere an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses, insbesondere des Gehäuserahmens, elektrisch isoliert mit dem Gehäuse verbunden.
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Die mindestens eine Stromschiene ist somit eine Integralstromschiene mit Doppelfunktion. Neben der elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen und/oder Batteriezellmodule trägt sie durch ihre Verbindung mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Gehäuserahmen, zur mechanischen Gesamtfestigkeit des Fahrzeuges bei, insbesondere in einem Kollisionsfall.
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Die mindestens eine Stromschiene ist insbesondere als Profil ausgebildet. Beispielsweise weist sie, insbesondere im Querschnitt, ein Vollprofil, Hohlprofil oder T-Profil auf. Sie ist beispielsweise aus Aluminium, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, oder aus Kupfer, insbesondere aus einem Kupferwerkstoff, ausgebildet, beispielsweise als ein Strangpressprofil aus einem Aluminiumwerkstoff.
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Die jeweilige Verbindung der mindestens einen Stromschiene mit dem Gehäuse ist beispielsweise als eine Schraubverbindung und/oder als eine Klebeverbindung ausgebildet.
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Die Fahrzeugbatterie kann beispielsweise auch eine Mehrzahl von Stromschienen aufweisen, die zur Ausbildung der Versteifungsstruktur, insbesondere zusätzlich, auch miteinander verbunden sind. Die jeweilige Verbindung kann dann elektrisch isoliert oder elektrisch leitfähig ausgebildet sein, je nach elektrischer Verschaltung der Batteriezellen und/oder Batteriezellmodule.
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Bei der beschriebenen Lösung sind somit ein oder mehrere als Integralstromschienen ausgebildete Stromschienen in profilartigem Aufbau durch Einbringen eines Isolationsmaterials elektrisch vom Gehäuse und je nach Verschaltung gegebenenfalls auch untereinander isoliert und somit vor Kurzschlüssen gesichert. Die jeweilige Stromschiene ist beispielsweise mittels Schraub- und/ oder Klebverbindungen starr mit dem Gehäuse, insbesondere mit dem Gehäuserahmen, verbunden. Wie bereits erwähnt, können bei Verwendung mehrerer Stromschienen zur Versteifung diese zur Erhöhung der Steifigkeit auch untereinander verbunden sein, je nach elektrischer Verschaltung elektrisch leitfähig oder isoliert. Dadurch ist ein steifes Stromschienenkonstrukt ausgebildet.
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Ein Querschnittprofil der jeweiligen Stromschiene ist beispielsweise flexibel anpassbar, d. h. das jeweilige Querschnittprofil, wie erwähnt beispielsweise Vollprofil, Hohlprofil oder T-Profil, wird beispielsweise je nach Bauraum, Belastung und/oder Stromflussoptimierung ausgewählt. Auch eine Anzahl und Anordnung der Stromschienen kann ebenfalls flexibel je nach erforderlicher elektrischer Verschaltung und erforderlichen Lastpfaden festgelegt werden.
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Durch die beschriebene Lösung, insbesondere durch die auf diese Weise mittels der Stromschiene oder der mehreren Stromschienen erreichten Versteifung, können beispielsweise weitere, aufwendige Versteifungen entfallen oder zumindest reduziert werden. Dadurch wird eine Gewichtsreduzierung am Fahrzeug erreicht. Des Weiteren entfällt dadurch ein entsprechender zusätzlicher Material- und Kosteneinsatz oder wird zumindest reduziert. Zudem wird dadurch auch ein erforderlicher Bauraum reduziert.
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Die beschriebene Lösung ist besonders vorteilhaft bei Elektrofahrzeugen, die ausschließlich elektromotorisch angetrieben werden und daher eine entsprechend große Fahrzeugbatterie aufweisen, und bei Hybridfahrzeugen mit großen Fahrzeugbatterien, da bei solchen Fahrzeugen die relativ große Fahrzeugbatterie zur strukturellen Festigkeit des Fahrzeugs beitragen kann.
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Die beschriebene Lösung ermöglicht flexible elektrische Verschaltungsmöglichkeiten, Anordnungen und Ausformungen der Stromschienen, da deren Profil und Anordnung flexibel an auftretende Belastungen anpassbar ist.
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Die beschriebene Lösung ist auf triviale Weise in Produktionsprozesse der Fahrzeugbatterie und des Fahrzeugs integrierbar. Besondere Änderungen in Abfolgen oder Anlagentechnik sind nicht erforderlich.
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Die Verbindung der Stromschiene mit dem Gehäuse oder der mehreren Stromschienen mit dem Gehäuse und/oder miteinander ist mit konventionellen Fügetechniken möglich, beispielsweise mittels Kleben und/oder Verschrauben. Insbesondere die Verbindung mit dem Gehäuse, bei Bedarf auch die Verbindung der Stromschienen miteinander, erfordert jedoch eine elektrische Isolation. Die Stromschiene oder die jeweilige Stromschiene kann beispielsweise großflächig von einem Isolationsmaterial umhüllt sein. Beispielsweise ist diese elektrische Isolierung dann lediglich lokal für eine jeweilige elektrische Kontaktierung der Batteriezellen und/oder Batteriezellmodule und/oder der Stromschienen miteinander ausgespart oder entfernt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei zeigen:
- 1 schematisch eine Teilexplosionsdarstellung einer Fahrzeugbatterie,
- 2 schematisch eine perspektivische Darstellung der Fahrzeugbatterie mit auf sie einwirkenden Kräften,
- 3 schematisch einen Ausschnitt der Fahrzeugbatterie,
- 4 schematisch ein Ausführungsbeispiel eines Querschnittprofils einer Stromschiene der Fahrzeugbatterie,
- 5 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnittprofils einer Stromschiene der Fahrzeugbatterie,
- 6 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnittprofils einer Stromschiene der Fahrzeugbatterie, und
- 7 schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Querschnittprofils einer Stromschiene der Fahrzeugbatterie.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Die 1 zeigt eine schematische Teilexplosionsdarstellung eines Ausführungsbeispiels einer Fahrzeugbatterie 1. Die Fahrzeugbatterie 1 ist insbesondere eine Traktionsbatterie zur elektrischen Energieversorgung mindestens einer elektrischen Antriebsmaschine zum Antrieb eines Fahrzeugs, insbesondere eines Elektrofahrzeugs oder Hybridfahrzeugs.
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Die Fahrzeugbatterie 1 weist ein Gehäuse 2 auf, welches im dargestellten Beispiel einen Gehäuserahmen 2.1, insbesondere mit einem Boden, und des Weiteren einen Gehäusedeckel 2.2 aufweist. In anderen Beispielen kann das Gehäuse 2 ausschließlich rahmenförmig ausgebildet sein, d. h. keinen Boden und/oder keinen Gehäusedeckel 2.2 aufweisen.
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Die Fahrzeugbatterie 1 weist des Weiteren eine Mehrzahl darin angeordneter elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteter Batteriezellen 3 auf. Im dargestellten Beispiel sind die Batteriezellen 3 in mehreren Batteriezellmodulen 4 angeordnet. Dabei sind die Batteriezellen 3 des jeweiligen Batteriezellmoduls 4 elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet und die Batteriezellmodule 4 sind elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet.
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Zudem weist die Fahrzeugbatterie 1 mindestens eine Stromschiene 5 auf, im dargestellten Beispiel mehrere solche Stromschienen 5. Die jeweilige Stromschiene 5 ist mit mehreren Batteriezellen 3 und/oder Batteriezellmodulen 4 zu deren elektrischer Verschaltung elektrisch leitfähig verbunden.
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Im Stand der Technik dienen derartige Stromschienen 5 ausschließlich dieser elektrischen Verschaltung der Batteriemodule 4 untereinander. Darüber hinaus nehmen sie keine weiteren Funktionen ein. Aufgrund teilweise hoher Ströme weisen diese Stromschienen 5 einen relativ großen Querschnitt und somit ein relativ großes Eigengewicht auf, welches sich neben dem Gewicht von Batteriezellen 3, Gehäuse 2 und zusätzlichen erforderlichen Versteifungen negativ auf eine Gewichtsbilanz des Fahrzeugs auswirkt.
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Daher ist bei der hier beschriebenen Lösung vorgesehen, dass die jeweilige Stromschiene 5 neben ihrer Stromleitfunktion zusätzlich zur Versteifung der Fahrzeugbatterie 1 und somit des Fahrzeugs verwendet wird, um dadurch zusätzliche separate Versteifungselemente vermeiden oder zumindest reduzieren zu können.
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Um dies zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die jeweilige Stromschiene 5 als eine Gehäuseversteifungsstruktur an mindestens zwei Stellen des Gehäuses 2, insbesondere an gegenüberliegenden Seitenwänden des Gehäuses 2, insbesondere des Gehäuserahmens 2.1, elektrisch isoliert mit dem Gehäuse 2 verbunden ist.
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Die jeweilige Stromschiene 5 ist somit eine Integralstromschiene mit Doppelfunktion. Neben der elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen 3 und/oder Batteriezellmodule 4 trägt sie durch ihre Verbindung mit dem Gehäuse 2, insbesondere mit dem Gehäuserahmen 2.1, zur mechanischen Gesamtfestigkeit des Fahrzeuges bei, insbesondere in einem Kollisionsfall.
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2 zeigt die Fahrzeugbatterie 1 bei einem solchen Kollisionsfall, beispielsweise einem Seitenaufprall, und dabei auftretende Kräfte F, welche über die Stromschienen 5 abgeleitet werden.
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Die jeweilige Verbindung der jeweiligen Stromschiene 5 mit dem Gehäuse 2 ist beispielsweise als eine Schraubverbindung ausgebildet, wie in 3 beispielhaft gezeigt, und/oder als eine Klebeverbindung ausgebildet.
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3 zeigt einen Ausschnitt der Fahrzeugbatterie 1 im Bereich einer Stelle, an der eine der Stromschienen 5 elektrisch isoliert mit dem Gehäuse 2 verbunden ist. Der Gehäusedeckel 2.2 ist hier noch nicht auf den Gehäuserahmen 2.1 aufgesetzt.
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Die Stromschiene 5 ist im dargestellten Beispiel mit einem Zellverbinder 6 elektrisch leitfähig verbunden, der zwei Batteriezellen 3 elektrisch leitfähig miteinander verbindet, so dass der Strom über die Stromschiene 5 und den Zellverbinder 6 zu den Batteriezellen 3 und umgekehrt fließen kann. Des Weiteren ist die Stromschiene 5 mit dem Gehäuse 2, insbesondere mit dessen Gehäuserahmen 2.1, elektrisch isoliert verbunden. Hierzu ist ein entsprechendes Isolationsmaterial 7 zwischen der Stromschiene 5 und dem Gehäuse 2, insbesondere dem Gehäuserahmen 2.1, angeordnet. Dieses Isolationsmaterial 7 kann beispielsweise an der Stromschiene 5 und/oder am Gehäuse 2, insbesondere Gehäuserahmen 2.1, befestigt sein oder bei der Montage dazwischen angeordnet werden.
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Im dargestellten Beispiel erfolgt die Verbindung der Stromschiene 5 mit dem Gehäuse 2, insbesondere mit dessen Gehäuserahmen 2.1, durch Verschraubung mittels einer Schraube 8, wobei auch dies elektrisch isoliert erfolgt. Beispielsweise ist die Schraube 8 hierzu aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet oder die Schraube 8 und/oder eine Schrauböffnung in der Stromschiene 5 sind/ist mit einem elektrisch isolierenden Material ummantelt.
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Die jeweilige Stromschiene 5 ist insbesondere als Profil ausgebildet. Beispielsweise weist sie, insbesondere im Querschnitt, ein Vollprofil, Hohlprofil oder T-Profil auf. Die 4 bis 7 zeigen beispielhaft verschiedene mögliche Querschnittprofile.
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Die in 4 dargestellte Stromschiene 5 weist ein Vollprofil auf.
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Die in 5 dargestellte Stromschiene 5 weist ein Hohlprofil auf.
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Die in 6 dargestellte Stromschiene 5 weist ein T-Profil auf.
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7 zeigt beispielhaft eine Stromschiene 5 mit einem Vollprofil, die eine großflächige Isolierung aufweist, d. h. eine großflächige Beschichtung mit dem Isolationsmaterial 7. Dieses Isolationsmaterial 7 kann an Kontaktierungsstellen, an denen eine elektrisch leitfähige Kontaktierung mit anderen Komponenten, beispielsweise mit einer oder mehreren der anderen Stromschienen 5 und/oder mit Batteriezellen 3 und/oder Batteriemodulen 4, erfolgen soll, lokal ausgespart oder entfernt sein.
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Die jeweilige Stromschiene 5 ist beispielsweise aus Aluminium, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff, oder aus Kupfer, insbesondere aus einem Kupferwerkstoff, ausgebildet, beispielsweise als ein Strangpressprofil aus einem Aluminiumwerkstoff.
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Bei dem hier dargestellten Beispiel, in welchem mehrere Stromschienen 5 vorgesehen sind, kann beispielsweise vorgesehen sein, dass diese Stromschienen 5 zur Ausbildung der Versteifungsstruktur, insbesondere zusätzlich, auch miteinander verbunden sind. Die jeweilige Verbindung kann dann elektrisch isoliert oder elektrisch leitfähig ausgebildet sein, je nach elektrischer Verschaltung der Batteriezellen 3 und/oder Batteriezellmodule 4.
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Im dargestellten Beispiel gemäß den 1 und 2 sind die Stromschienen 5 kreuzförmig angeordnet, d. h. jeweils zwei Stromschienen 5 sind in Längsrichtung der Fahrzeugbatterie 1 ausgerichtet und mit den kurzen Seitenwänden des Gehäuses 2 verbunden und zwei Stromschienen 5 sind in Querrichtung der Fahrzeugbatterie 1 ausgerichtet und mit den langen Seitenwänden des Gehäuses 2 verbunden. Dabei können die sich kreuzenden Stromschienen 5 an den Kreuzungspunkten miteinander verbunden sein, wie erwähnt jeweils entweder elektrisch isoliert oder elektrisch leitfähig, je nach elektrischer Verschaltung der Batteriezellen 3 und/oder Batteriezellmodule 4.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugbatterie
- 2
- Gehäuse
- 2.1
- Gehäuserahmen
- 2.2
- Gehäusedeckel
- 3
- Batteriezelle
- 4
- Batteriezellmodul
- 5
- Stromschiene
- 6
- Zellverbinder
- 7
- Isolationsmaterial
- 8
- Schraube
- F
- Kraft
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2021/0249739 A1 [0002]