DE102022003776A1

DE102022003776A1 - Modular battery system for a motor vehicle

Info

Publication number: DE102022003776A1
Application number: DE102022003776.9A
Authority: DE
Inventors: Jan Rath; Wolfram Judenhahn; Jochen Bisinger; Andreas Sorge
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-10-13
Filing date: 2022-10-13
Publication date: 2024-04-18

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriebaukastensystem (3) für ein Kraftfahrzeug (1), welches wenigstens einen Batterieblock (4) und ein Elektronikmodul (5) zur Kontaktierung und Steuerung aufweist, wobei das Elektronikmodul (5) in einer Höhenrichtung (z) des Kraftfahrzeugs (1) über dem wenigstens einen Batterieblock (4) angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (5) ein Modulgehäuse (5') umfasst, welches wenigstens zwei räumlich voneinander getrennt ausgebildete Anschlussbereiche (7) aufweist, welche jeweils Hochvolt- und Signalstecker (8, 9) zur Verbindung mit korrespondierenden Elementen (7', 8', 9') des wenigstens einen Batterieblocks (4) umfassen.

The invention relates to a modular battery system (3) for a motor vehicle (1), which has at least one battery block (4) and an electronic module (5) for contacting and control, wherein the electronic module (5) is arranged in a height direction (z) of the motor vehicle (1) above the at least one battery block (4). The motor vehicle according to the invention is characterized in that the electronic module (5) comprises a module housing (5') which has at least two spatially separated connection areas (7), which each comprise high-voltage and signal plugs (8, 9) for connection to corresponding elements (7', 8', 9') of the at least one battery block (4).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriebaukastensystem für ein Kraftfahrzeug nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a modular battery system for a motor vehicle according to the type defined in the preamble of claim 1.

Die DE 10 2020 005 603 A1 beschreibt eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kraftfahrzeugs. Dabei ist es so, dass zur bauraumeffizienten Anordnung die Traktionsbatterie in mehrere Batterieblöcke aufgetrennt ist, welche an verschiedenen Stellen der Fahrzeugstruktur angeordnet werden können. Eine solche Batterie wird auch als verteilte Batterie bezeichnet. Die Schrift beschreibt dann verschiedene Möglichleiten, die einzelnen Batterieblöcke in dem Fahrzeug anzuordnen, beispielsweise unter Fahrzeugsitzen. Die Anordnung kann auch in Längsrichtung, also in bzw. entgegen der Fahrtrichtung des Fahrzeugs erfolgen und/oder in der Querrichtung des Fahrzeugs aufgeteilt, sodass zwischen den Batterieblöcken Raum für einen Getriebetunnel, eine Kardanwelle oder ähnliches bleibt.The EN 10 2020 005 603 A1 describes a traction battery for a motor vehicle and a method for manufacturing the motor vehicle. In order to ensure space-efficient arrangement, the traction battery is divided into several battery blocks, which can be arranged at different points on the vehicle structure. Such a battery is also referred to as a distributed battery. The document then describes various options for arranging the individual battery blocks in the vehicle, for example under vehicle seats. The arrangement can also be longitudinal, i.e. in or against the direction of travel of the vehicle, and/or divided in the transverse direction of the vehicle, so that there is space between the battery blocks for a transmission tunnel, a cardan shaft or similar.

Problematisch ist es bei derartigen verteilten Batterien immer, dass die einzelnen Elemente entsprechend angeordnet und verkabelt werde müssen, wobei die genannte Schrift dabei beschreibt, dass an dem jeweiligen Batteriegehäuse ein Elektronikmodul angeordnet ist, welches elektrische und elektronische Elemente zur Kontaktierung und/oder Steuerung der Batterie aufweist. Auch diese Elektronikmodule müssen entsprechend verbunden werden, beispielsweise mit einer zentralen Steuerung.The problem with such distributed batteries is that the individual elements have to be arranged and wired accordingly, whereby the document in question describes that an electronic module is arranged on the respective battery housing, which has electrical and electronic elements for contacting and/or controlling the battery. These electronic modules also have to be connected accordingly, for example to a central control system.

Zum weiteren Stand der Technik kann ferner auf die DE 10 2020 109 055 A1 verwiesen werden, welche ein Baukastensystem für eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs zeigt. in dieser Schrift ist entsprechend ausgeführt, dass es sich als vorteilhaft erwiesen hat, wenn größere Batterieblöcke eines solchen Batteriebaukastens, welcher letztlich auch eine verteilte Batterie im Sinne der vorherigen Schrift darstellt, denselben Energieinhalt aufweisen.For further information on the state of the art, please refer to EN 10 2020 109 055 A1 which shows a modular system for a traction battery of a motor vehicle. In this document it is accordingly stated that it has proven advantageous if larger battery blocks of such a battery module, which ultimately also represents a distributed battery in the sense of the previous document, have the same energy content.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin ein verbessertes Batteriebaukastensystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, bei welchem der Aufbau weiter vereinfacht und hinsichtlich einer Skalierbarkeit sehr flexibel gestaltet werden kann.The object of the present invention is to provide an improved modular battery system according to the preamble of claim 1, in which the structure can be further simplified and made very flexible with regard to scalability.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriebaukastensystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Kraftfahrzeugs gemäß der Erfindung ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by a modular battery system for a motor vehicle with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments of the motor vehicle according to the invention emerge from the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriebaukastensystem ist es, ähnlich wie im eingangs genannten Stand der Technik, vorgesehen, dass ein Batteriebaukastensystem eingesetzt wird, welches wenigstens einen Batterieblock und ein Elektronikmodul zur Konstatierung und Steuerung aufweist. Das Elektronikmodul ist dabei in einer Höhenrichtung des Fahrzeugs, welche auch als z-Richtung bzw. z-Achse oder Hochachse des Fahrzeugs bezeichnet wird, über dem wenigstens einen Batterieblock angeordnet ist.In the battery modular system according to the invention, similar to the prior art mentioned at the beginning, it is provided that a battery modular system is used which has at least one battery block and an electronic module for detection and control. The electronic module is arranged above the at least one battery block in a vertical direction of the vehicle, which is also referred to as the z-direction or z-axis or vertical axis of the vehicle.

Erfindungsgemäß ist es bei dem Fahrzeug vorgesehen, dass das Elektronikmodul ein Modulgehäuse umfasst, welches zwei räumlich voneinander getrennt ausgebildete Anschlussbereiche aufweist, welche jeweils Hochvolt- und Signalstecker zur Verbindung mit dem wenigstens einen Batterieblock umfassen. Ein solches Elektronikmodul mit wenigstens zwei räumlich voneinander getrennten Anschlussbereichen ermöglicht es nun mehrere Batterieblöcke bei Bedarf mit einem einzigen Elektronikmodul entsprechend zu verbinden. Von dem einzigen Elektronikmodul aus können dann beispielsweise Leitungen zu dem elektrischen Antriebssystem des Fahrzeugs verlaufen. Je nach Aufbau des Fahrzeugs können nun ein Batterieblock oder mehrere Batterieblöcke einfach und effizient mit dem einen Elektronikmodul verbunden werden. Dies sichert eine sehr gute Skalierbarkeit des Systems, da je nach Leistung und Größe des Fahrzeugs in dem Batteriebaukasten eine unterschiedliche Anzahl von Batterieblöcken zum Einsatz kommen kann.According to the invention, it is provided in the vehicle that the electronic module comprises a module housing which has two spatially separated connection areas, each of which comprises high-voltage and signal plugs for connection to the at least one battery block. Such an electronic module with at least two spatially separated connection areas now makes it possible to connect several battery blocks to a single electronic module if required. Cables can then run from the single electronic module to the vehicle's electric drive system, for example. Depending on the structure of the vehicle, one battery block or several battery blocks can now be connected easily and efficiently to the one electronic module. This ensures very good scalability of the system, since a different number of battery blocks can be used in the battery kit depending on the performance and size of the vehicle.

Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs kann es nun ferner vorgesehen sein, dass die Anschlussbereiche auf derselben Seite des Modulgehäuses angeordnet sind. Bei dem im Anspruch 1 beschriebenen Anordnung in Richtung der Hochachse oberhalb des wenigstens einen Batterieblocks kann eine besonders günstige Weiterbildung dieser Ausgestaltung die Anordnung auf der im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand unteren Seite des Modulgehäuses vorsehen. Der wenigstens eine Batterieblock oder insbesondere mehrere der Batterieblöcke können also beispielsweise im Unterboden, insbesondere in einer Sandwichkonstruktion eines Unterbodens des Fahrzeugs, angeordnet werden. Auf diese Batterien wird dann das Elektronikmodul mit seinem Modulgehäuse und den Anschlussbereichen entsprechend aufgesetzt, sodass die Stecker des Batterieblocks mit korrespondierenden Anschlusssteckern der Batterieblöcke zusammenwirken können, um diese außerordentlich einfach und effizient elektrisch zu kontaktieren. Dabei kann beispielsweise für eine unterschiedliche Anzahl von Batterieblöcken ein und dasselbe Elektronikmodul zum Einsatz kommen, sodass lediglich einige der Anschlussbereiche mit Batterieblöcken in Verbindung stehen und andere nicht.According to an extraordinarily favorable development of the motor vehicle according to the invention, it can now also be provided that the connection areas are arranged on the same side of the module housing. In the arrangement described in claim 1 in the direction of the vertical axis above the at least one battery block, a particularly favorable development of this embodiment can provide for the arrangement on the lower side of the module housing in the intended installed state. The at least one battery block or in particular several of the battery blocks can therefore be arranged, for example, in the underbody, in particular in a sandwich construction of an underbody of the vehicle. The electronic module with its module housing and the connection areas is then placed on these batteries accordingly, so that the plugs of the battery block can interact with corresponding connection plugs of the battery blocks in order to electrically contact them in an extraordinarily simple and efficient manner. In this case, for example, one and the same electronic module can be used for a different number of battery blocks, so that only some of the connection areas are connected to battery blocks and others are not.

Gemäß einer außerordentlich günstigen und alternativen Weiterbildung des Batteriebaukastensystems gemäß der Erfindung kann es auch vorgesehen sein, dass die Anschlussbereiche auf gegenüberliegenden Seiten des Modulgehäuses angeordnet sind. Vorzugsweise kann dies so gestaltet werden, dass die gegenüberliegenden Seiten mit den Anschlussbereichen die im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand untere und obere Seite des Batterieblocks ausbilden. Ein Batterieblock kann dann wie oben beschrieben beispielsweise unterhalb des Elektronikmoduls angeordnet werden, ein anderer kann darüber positioniert werden. So ist es beispielsweise denkbar einen Batterieblock im Bodenbereich des Fahrzeugs anzuordnen und einen weiteren Batterieblock von oben auf das Elektronikmodul aufzusetzen, beispielsweise, wenn unter einem Fahrersitz in einer entsprechenden Sitzerhöhung im Bereich des Sockels Bauraum zur Verfügung steht, welcher ebenfalls für eine Batterie mitgenutzt werden kann.According to an extremely favorable and alternative development of the modular battery system according to the invention, it can also be provided that the connection areas are arranged on opposite sides of the module housing. This can preferably be designed in such a way that the opposite sides with the connection areas form the lower and upper sides of the battery block when installed as intended. One battery block can then be arranged below the electronic module, for example, as described above, and another can be positioned above it. For example, it is conceivable to arrange a battery block in the floor area of the vehicle and place another battery block on top of the electronic module, for example if there is installation space available under a driver's seat in a corresponding booster seat in the area of the base, which can also be used for a battery.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriebaukastensystems kann es auch vorsehen, dass diese beiden Möglichkeiten miteinander kombiniert werden. Das Modulgehäuse weist dann wenigstens drei Anschlussbereiche auf, wobei wenigstens zwei der Anschlussbereiche auf einer Seite und wenigstens einer der Anschlussbereiche auf der dieser einen Seite gegenüberliegenden Seite ausgebildet sind. Dies ermöglicht den Einsatz von zwei oder mehr Batterieblöcken im Bodenbereich des Fahrzeugs und einem oder mehreren Batterieblöcken beispielsweise unter den Frontsitzen oder Fondsitzen des Kraftfahrzeugs.Another extremely advantageous embodiment of the modular battery system according to the invention can also provide for these two possibilities to be combined with one another. The module housing then has at least three connection areas, with at least two of the connection areas being formed on one side and at least one of the connection areas being formed on the side opposite this one side. This enables the use of two or more battery blocks in the floor area of the vehicle and one or more battery blocks, for example, under the front seats or rear seats of the motor vehicle.

Dementsprechend kann es vorgesehen sein, dass der wenigstens eine Anschlussbereich im bestimmungsgemäß eingebauten Zustand des Elektronikmoduls oben auf dem Modulgehäuse angeordnet ist, die wenigstens zwei anderen dementsprechend unten.Accordingly, it can be provided that the at least one connection area is arranged on top of the module housing in the intended installed state of the electronic module, and the at least two others are arranged accordingly at the bottom.

Wie bereits mehrfach erwähnt kann es gemäß einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung entsprechend vorgesehen sein, dass das in Richtung der Hochachse des Kraftfahrzeugs über dem wenigstens einen Batterieblock liegende Elektronikmodul zumindest teilweise unterhalb von wenigstens einem Sitz des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Besonders bevorzugt kann dies einer der vorderen Sitze des Kraftfahrzeugs sein, sodass das eine Elektronikmodul also in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vergleichsweise weit vorne angeordnet ist, um so mit entsprechend kurzen Leitungen zu dem typischerweise im vorderen Bereich angeordneten elektrischen Antriebssystem verbunden werden zu können.As already mentioned several times, according to a very advantageous embodiment, it can be provided that the electronic module located above the at least one battery block in the direction of the vertical axis of the motor vehicle is arranged at least partially below at least one seat of the motor vehicle. This can particularly preferably be one of the front seats of the motor vehicle, so that the one electronic module is arranged relatively far forward in the direction of travel of the motor vehicle in order to be able to be connected to the electric drive system typically arranged in the front area with correspondingly short cables.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriebaukastensystems ergeben sich auch aus den Ausführungsbeispielen, welche nachfolgend anhand der Figuren näher dargestellt sind.Further advantageous embodiments of the modular battery system according to the invention also emerge from the exemplary embodiments which are illustrated in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Skizze eines Fahrzeugs in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Skizze eines Batteriebaukastensystems mit zwei Batterieblöcken in einer Explosionsdarstellung;
3 eine Darstellung gemäß 2 im montierten Zustand zusammen mit dem elektrischen Antriebssystem und einer Kardanwelle;
4 zwei beispielhafte Batterieblöcke analog zur Darstellung in 2 und 3 während der Montage mit einem Hilfsrahmen;
5 ein Batteriebaukastensystem gemäß 2 bis 3 mit einer verkürzten Baulänge;
6 eine alternative Ausgestaltung eines Batteriebaukastensystems mit vier Batterieblöcken;
7 eine alternative Ausgestaltung eines Batteriebaukastensystems mit einem alternativen Elektronikmodul in einer Explosionsdarstellung;
8 eine alternative Ausgestaltung eines Batteriebaukastensystems analog zur Darstellung in 7 im montierten Zustand mit einer alternativen Anzahl von Batterieblöcken;
9 eine Seitenansicht einer möglichen Anordnung eines Batteriebaukastensystems gemäß einer der 2 bis 6 in einem Kraftfahrzeug; und
10 eine Darstellung analog zu der in 9 zur Anordnung eines Batteriebaukastensystems gemäß einer der 7 oder 8 in dem Kraftfahrzeug.

Showing:

1 a schematic sketch of a vehicle in an embodiment according to the invention;
2 a schematic sketch of a modular battery system with two battery blocks in an exploded view;
3 a representation according to 2 when assembled together with the electric drive system and a cardan shaft;
4 two exemplary battery blocks analogous to the illustration in 2 and 3 during assembly with a subframe;
5 a modular battery system according to 2 to 3 with a shortened overall length;
6 an alternative design of a modular battery system with four battery blocks;
7 an alternative design of a modular battery system with an alternative electronic module in an exploded view;
8th an alternative design of a modular battery system analogous to the representation in 7 in the assembled state with an alternative number of battery blocks;
9 a side view of a possible arrangement of a modular battery system according to one of the 2 to 6 in a motor vehicle; and
10 a representation analogous to that in 9 for arranging a modular battery system according to one of the 7 or 8th in the motor vehicle.

In der Darstellung der 1 ist sehr stark schematisiert ein Kraftfahrzeug 1 dargestellt. Ein elektrisches Antriebssystem 2 des Kraftfahrzeugs 1 soll in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel elektrische Leistung zum Antreiben der Vorderachse liefern. Genauso gut könnte die Leistung an die Hinterachse oder an beide Achsen gleichzeitig geliefert werden. Die elektrische Leistung zum Antreiben des elektrischen Antriebssystems 2 entstammt dabei einem Batteriebaukastensystem 3, welches in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einen mit 4 bezeichneten Batterieblock sowie ein Elektronikmodul 5 umfasst. Das Elektronikmodul 5 ist zur elektrischen Kontaktierung des Batterieblocks 4 und zur Steuerung desselben ausgebildet. Es umfasst dazu einerseits Hochvoltanschlüsse zur elektrischen Kontaktierung der Hochvoltleitungen des Batterieblocks 4 sowie Signalleitungen, welche mit entsprechenden Messleitungen und Steuerleitungen des Batterieblocks 4 über geeignete Steckverbindungen elektrisch verbunden sind. Das Elektronikmodul 5 kann außerdem das Ladegerät für den Batterieblock 4 mit umfassen. Dieser ist als sogenannte Hochvoltbatterie ausgebildet, weist also eine Spannung von mehr als 60 V Gleichspannung entsprechend der gängigen Definition gemäß ECE-R 100 auf.In the presentation of the 1 A motor vehicle 1 is shown in a very schematic manner. In the embodiment shown here, an electric drive system 2 of the motor vehicle 1 is intended to supply electrical power to drive the front axle. The power could just as well be supplied to the rear axle or to both axles simultaneously. The electrical power to drive the electric drive system 2 comes from a battery modular system 3, which in the embodiment shown here comprises a battery block designated 4 and an electronic module 5. The electronic module 5 is for electrical cal contacting of the battery block 4 and for controlling it. On the one hand, it comprises high-voltage connections for electrical contacting of the high-voltage lines of the battery block 4 as well as signal lines which are electrically connected to corresponding measuring lines and control lines of the battery block 4 via suitable plug connections. The electronic module 5 can also include the charger for the battery block 4. This is designed as a so-called high-voltage battery, i.e. has a voltage of more than 60 V DC in accordance with the common definition in accordance with ECE-R 100.

In der Darstellung der 2 ist nun das Batteriebaukastensystem 3 in einer möglichen Ausführungsform in einer Explosionsdarstellung nochmals zu erkennen. Der Aufbau besteht hier aus zwei Batterieblöcken 4.1 und 4.2 sowie dem Elektronikmodul 5, welches lediglich durch sein Modulgehäuse 5' dargestellt ist. Aus dem Modulgehäuse 5' heraus verlaufen zwei Leitungen 6, welche den elektrischen Anschluss an das elektrische Antriebssystem 2, wie es in 1 angedeutet ist, ermöglichen. Das Elektronikmodul 5 mit seinem Modulgehäuse 5' weist auf seiner Unterseite in der Darstellung der 2, also der Unterseite in Richtung der Hochachse des Fahrzeugs 1, welche in der Darstellung der 1 mit z bezeichnet ist, Anschlussbereiche 7 auf, welche Hochvoltstecker 8 und Signalstecker 9 umfassen, um diese Elemente mit den korrespondierenden Hochvoltsteckern 8' und Signalsteckern 9' der korrespondierenden Anschlussbereiche 7' der beiden Batterieblöcke 4.1 und 4.2 zu verbinden. Hierfür wird lediglich das Elektronikmodul 5 mit seinem Modulgehäuse 5' auf die Batterieblöcke 4.1 und 4.2 aufgesetzt und typischerweise mit den Batterieblöcken 4.1, 4.2 durch Verspannen, Verschrauben oder dergleichen fest verbunden.In the presentation of the 2 The battery modular system 3 can now be seen again in an exploded view in a possible embodiment. The structure here consists of two battery blocks 4.1 and 4.2 and the electronic module 5, which is only shown by its module housing 5'. Two lines 6 run out of the module housing 5', which provide the electrical connection to the electric drive system 2, as shown in 1 The electronic module 5 with its module housing 5' has on its underside in the illustration of the 2 , i.e. the underside in the direction of the vertical axis of the vehicle 1, which in the illustration of the 1 designated with z, has connection areas 7 which include high-voltage plugs 8 and signal plugs 9 in order to connect these elements to the corresponding high-voltage plugs 8' and signal plugs 9' of the corresponding connection areas 7' of the two battery blocks 4.1 and 4.2. For this purpose, the electronic module 5 with its module housing 5' is simply placed on the battery blocks 4.1 and 4.2 and is typically firmly connected to the battery blocks 4.1, 4.2 by clamping, screwing or the like.

Letztlich entsteht dabei der in 3 gezeigte Aufbau aus den beiden Batterieblöcken 4.1, 4.2 sowie dem Elektronikmodul 5 mit seinem Modulgehäuse 5'. Die Batterieblöcke 4.1, 4.2 verlaufen dabei mit ihrer Länge L in der sogenannten Längsrichtung des Fahrzeugs, also parallel bzw. antiparallel zur Fahrtrichtung. Die Längsrichtung ist dabei in der Darstellung der 1 eingezeichnet und mit x bezeichnet. In der Querrichtung, welche senkrecht auf der Längsrichtung x und der Hochachse z steht, und welche in der Darstellung der 1 mit y bezeichnet ist, sind die beiden Batterieblöcke 4.1 und 4.2 voneinander beabstandet ausgeführt, wie es bereits in der Darstellung der 2 zu erkennen ist. Diese Lücke zwischen den beiden Batterieblöcken 4.1 und 4.2 in Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 erlaubt es nun, insbesondere ein Hybrid-Antriebssystem 2 aufweisend einen Verbrennungsmotor und einen E-Antrieb, welcher beispielsweise in einem Fahrzeuggetriebe integriert ist, wie es in der Darstellung der 3 angedeutet ist, einzusetzen, welches über eine Kardanwelle 10 Leistung zu der Hinterachse überträgt, beispielsweise um über einen hier nicht dargestelltes Differenzial die Räder dieser Hinterachse entsprechend anzutreiben. Der modulare Aufbau des Batteriebaukastensystems 3 ermöglicht eine solche Anordnung problemlos. Vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Anordnung beispielsweise bei Van-Fahrzeugen, welche lediglich einen niedrigen Ladeboden und ein Hinterachsdifferential auf der Hinterachse aufweisen, im Vergleich zu Fahrzeugen mit einer auf der Hinterachse angeordneten Elektromaschine. Das Antriebssystem 2 kann sowohl ein rein elektrisches Antriebssystem, als auch ein Hybrid-Antriebssystem, aufweisend einen Verbrennungsmotor und einen zusätzlichen Elektromotorantrieb, sein. Bei Kraftfahrzeugen, welche keine Kardanwelle 10 aufweisen, könnte dementsprechend auch auf die Lücke verzichtet werden, sodass beispielsweise beide der Batterieblöcke 4.1 und 4.2 etwas breiter ausgeführt werden könnten.Ultimately, this creates the 3 shown structure of the two battery blocks 4.1, 4.2 and the electronic module 5 with its module housing 5'. The battery blocks 4.1, 4.2 run with their length L in the so-called longitudinal direction of the vehicle, i.e. parallel or antiparallel to the direction of travel. The longitudinal direction is shown in the illustration of the 1 and marked with x. In the transverse direction, which is perpendicular to the longitudinal direction x and the vertical axis z, and which is shown in the representation of the 1 marked with y, the two battery blocks 4.1 and 4.2 are spaced apart from each other, as already shown in the illustration of the 2 This gap between the two battery blocks 4.1 and 4.2 in the transverse direction y of the motor vehicle 1 now allows, in particular, a hybrid drive system 2 comprising an internal combustion engine and an electric drive, which is integrated, for example, in a vehicle transmission, as shown in the illustration of the 3 is indicated, which transmits power to the rear axle via a cardan shaft 10, for example in order to drive the wheels of this rear axle accordingly via a differential (not shown here). The modular design of the battery kit system 3 enables such an arrangement without any problems. The arrangement according to the invention is advantageous, for example, in van vehicles which only have a low loading floor and a rear axle differential on the rear axle, in comparison to vehicles with an electric machine arranged on the rear axle. The drive system 2 can be either a purely electric drive system or a hybrid drive system having an internal combustion engine and an additional electric motor drive. In motor vehicles which do not have a cardan shaft 10, the gap could accordingly also be dispensed with, so that, for example, both of the battery blocks 4.1 and 4.2 could be made somewhat wider.

Die Darstellung in der 4 greift den Aufbau der 2 und 3 nochmals auf. Auch hier sind die beiden Batterieblöcke 4.1 und 4.2 zu erkennen, welche über das Elektronikmodul 5 mit seinem Modulgehäuse 5' elektrisch und hinsichtlich der Steuerung kontaktiert sind. Zur Montage beispielsweise im Bereich des Unterbodens des Kraftfahrzeugs 1 sind diese Bauelemente in einem mit 11 bezeichnete Montagerahmen angeordnet. Das Modulgehäuse 5' des Elektronikmoduls 5 kann beispielsweise mit Schrauben, wobei hier die Schraubenlöcher angedeutet sind, mit den Batterieblöcken 4.1 und 4.2 verbunden werden. Jede der Batterieblöcke 4.1 und 4.2 weist einen Flansch 16 mit entsprechenden Montagelöchern auf, welche eine Fixierung am Fahrzeug 1 ermöglichen. Der gesamte Aufbau kann mit dem aufgesetzten und mit den Batterieblöcken 4.1 und 4.2 verbundene Elektronikmodul 5 nun in dem Hilfsrahmen 11 positioniert werden. Dieser kann über eigene Schraublöcher provisorisch mit dem Fahrzeug 1 verschraubt werden. Das Batteriebaukastensystem 3 ist nun in seiner vorgesehenen Position gehalten und kann beispielsweise von oben an den zumindest teilweise um die Batterieblöcke 4.1 und 4.2 umlaufenden Flanschen 16 befestigt werden. Im Anschluss kann der Hilfsrahmen 11 dann durch ein Lösen seiner Schraubverbindung mit dem Fahrzeug 1 wieder entfernt werden, um so eine Montage beispielsweise mit einer Einschubrichtung von unten in das Fahrzeug 1 zu ermöglichen.The representation in the 4 attacks the development of the 2 and 3 again. Here, too, the two battery blocks 4.1 and 4.2 can be seen, which are electrically and control-wise connected via the electronic module 5 with its module housing 5'. For installation, for example, in the area of the underbody of the motor vehicle 1, these components are arranged in a mounting frame designated 11. The module housing 5' of the electronic module 5 can be connected to the battery blocks 4.1 and 4.2, for example, with screws, with the screw holes indicated here. Each of the battery blocks 4.1 and 4.2 has a flange 16 with corresponding mounting holes, which enable it to be fixed to the vehicle 1. The entire structure can now be positioned in the subframe 11 with the electronic module 5 attached and connected to the battery blocks 4.1 and 4.2. This can be temporarily screwed to the vehicle 1 using its own screw holes. The battery modular system 3 is now held in its intended position and can be fastened, for example, from above to the flanges 16 that at least partially surround the battery blocks 4.1 and 4.2. The subframe 11 can then be removed again by loosening its screw connection to the vehicle 1 in order to enable assembly, for example, with an insertion direction from below into the vehicle 1.

In der Darstellung der 5 ist nun eine Darstellung analog zu der in den 2 und 3 zu erkennen. Im Gegensatz zur Darstellung in 3 ist hier auf die Darstellung des elektrischen Antriebssystems 2 sowie der Kardanwelle 10 verzichtet worden. Vielmehr soll hier gezeigt werden, dass im Vergleich zu den Darstellungen in den 2 und 3 die Länge I der beiden Batterieböcke kleiner ist als die Länge L bei den zuvor beschriebene Ausführungsformen. Das Batteriebaukastensystem 3 erlaubt es also entsprechend kürzere Batterieblöcke 4.1, 4.2 einzusetzen, beispielsweise, wenn weniger elektrische Speicherkapazität benötigt wird, oder wenn aufgrund eines kürzeren Radstands des Kraftfahrzeugs 1 weniger Bauraum in der Längsrichtung x zur Verfügung steht. Selbstverständlich wäre es auch denkbar hier einen Batterieblock mit der Länge L und einen Batterieblock mit der Länge I durch ein Elektronikmodul 5 miteinander zu verbinden und diese somit zu kombinieren.In the presentation of the 5 is now a representation analogous to that in the 2 and 3 In contrast to the representation in 3 The electric drive system 2 and the cardan shaft 10 are not shown here. Rather, it is intended to show that, in comparison to the illustrations in the 2 and 3 the length I of the both battery blocks is smaller than the length L in the previously described embodiments. The battery modular system 3 therefore allows correspondingly shorter battery blocks 4.1, 4.2 to be used, for example if less electrical storage capacity is required, or if less installation space is available in the longitudinal direction x due to a shorter wheelbase of the motor vehicle 1. Of course, it would also be conceivable to connect a battery block with the length L and a battery block with the length I to one another using an electronic module 5 and thus combine them.

Eine weitere Alternative ist in der Darstellung der 6 zu erkennen, Hier sind vier einzelne Batterieblöcke 4.1, 4.2, 4.3 und 4.4 vorgesehen. Sie haben hier rein beispielhaft alle dieselbe Länge L, könnten jedoch auch unterschiedliche Längen aufweisen. Auch hier ist es so, dass zwischen den beiden Batterieblöcken 4.1 und 4.2 auf der einen Seite und den beiden Batterieblöcken 4.3 und 4.4 auf der anderen Seite eine Lücke in Querrichtung y des Kraftfahrzeugs 1 vorgesehen ist, sodass auch hier, vergleichbar wie in der Darstellung der 3, Platz für eine Kardanwelle 10, einen Getriebetunnel oder dergleichen wäre. Wenn diese Lücke nicht notwendig ist, es wäre auch denkbar lediglich einen einzigen Batterieblock 4 vorzusehen, welcher mit dem Elektronikmodul 5 kombiniert den gesamten Bauraum einnimmt.Another alternative is the representation of the 6 Here, four individual battery blocks 4.1, 4.2, 4.3 and 4.4 are provided. They all have the same length L, purely as an example, but could also have different lengths. Here, too, there is a gap in the transverse direction y of the motor vehicle 1 between the two battery blocks 4.1 and 4.2 on one side and the two battery blocks 4.3 and 4.4 on the other side, so that here too, comparable to the representation of the 3 , there would be space for a cardan shaft 10, a transmission tunnel or the like. If this gap is not necessary, it would also be conceivable to provide only a single battery block 4, which combined with the electronic module 5 takes up the entire installation space.

In der Darstellung der 7 ist nun eine weitere Alternative des Aufbaus zu erkennen. Zwei Batterieblöcke 4.1 und 4.2 sind über das Elektronikmodul 5 mit seinem Modulgehäuse 5' analog zu den Darstellungen in den 3 und 5 bereits elektrisch kontaktiert und zur Steuerung verbunden. Das Modulgehäuse 5' des Elektronikmoduls 5 weist nun einen weiteren Anschlussbereich 7 auf seiner in z-Richtung oberen Seite auf. Dieser ist erhaben ausgebildet oder von einem erhabenen Rahmen 17 umgeben, vorzugsweise liegt auf derselben Seite gegenüber ein weiterer erhabener Bereich 18. Ein dritter Batterieblock 4.2 kann nun von oben auf das Elektronikmodul 5 bzw. sein Modulgehäuse 5' aufgesetzt werden und kann dabei über den Anschlussbereich 7 kontaktiert werden. Dies führt zu einem Aufbau, bei welchem das Elektronikmodul 5 wiederum mehrere Batterieblöcke, hier drei Batterieblöcke 4.1, 4.2 und 4.3 elektrisch und hinsichtlich der Steuerung und des Batteriemanagements sowie insbesondere des Ladens miteinander verbindet. Dieser Aufbau lässt sich insbesondere dann nutzen, wenn oberhalb in der Höhenrichtung z des Kraftfahrzeugs 1 über dem Elektronikmodul 5 weiterer Bauraum zur Verfügung steht.In the presentation of the 7 Another alternative design can now be seen. Two battery blocks 4.1 and 4.2 are connected via the electronic module 5 with its module housing 5' analogously to the illustrations in the 3 and 5 already electrically contacted and connected to the control system. The module housing 5' of the electronic module 5 now has a further connection area 7 on its upper side in the z direction. This is raised or surrounded by a raised frame 17, preferably there is another raised area 18 on the same side opposite. A third battery block 4.2 can now be placed from above on the electronic module 5 or its module housing 5' and can be contacted via the connection area 7. This leads to a structure in which the electronic module 5 in turn connects several battery blocks, here three battery blocks 4.1, 4.2 and 4.3, electrically and with regard to control and battery management and in particular charging. This structure can be used in particular when additional installation space is available above the electronic module 5 in the height direction z of the motor vehicle 1.

Die Darstellung in 8 zeigt einen ähnlichen Aufbau, wie den in der Explosionsdarstellung der 7, im montiertem Zustand. Auch hier ist auf das Elektronikmodul 5 ein Batterieblock aufgesetzt, welches hier mit 4.2 bezeichnet ist, da der Batterieblock unterhalb des Elektronikmoduls 5 als einziger großer Batterieblock 4.1 ausgebildet ist. Alternativ zu den beiden Darstellungen in den 7 und 8 wäre es selbstverständlich auch denkbar die Batterieblöcke 4 unterhalb des Elektronikmoduls 5 beispielsweise in der aus den 5 und 6 bekannten Art anzuordnen. Ebenso wäre es denkbar anstelle eines in Querrichtung y angeordneten Batterieblocks 4.3 bzw. 4.2 in den Darstellungen der 7 und 8 oberhalb des Elektronikmoduls 5 durch zwei oder mehr in Querrichtung y oder Längsrichtung x verlaufende Batterieblöcke 4 zu ersetzen.The representation in 8th shows a similar structure to that shown in the exploded view of the 7 , in the assembled state. Here too, a battery block is placed on the electronic module 5, which is designated here with 4.2, since the battery block below the electronic module 5 is designed as a single large battery block 4.1. As an alternative to the two representations in the 7 and 8th It would of course also be conceivable to install the battery blocks 4 underneath the electronic module 5, for example in the 5 and 6 It would also be conceivable to arrange the battery blocks 4.3 or 4.2 in the transverse direction y in the illustrations of the 7 and 8th above the electronic module 5 by two or more battery blocks 4 running in the transverse direction y or longitudinal direction x.

Abschließend soll anhand der 9 und 10 erläutert werden, wie eine prinzipielle Anordnung im Unterboden 12 des Fahrzeugs 1, wie sie zuvor bereits angedeutet worden ist, aussehen kann. In der Darstellung der 9 ist dabei ein Aufbau gezeigt, welcher beispielsweise das in 5 gezeigte Batteriebaukastensystem 3 zeigen soll. Dieses ist im Wesentlichen in Längsrichtung x verlaufend im als Sandwichbauweise angedeuteten Unterboden 12 des Kraftfahrzeugs 1 montiert. Die Batterieblöcke 4.1, 4.2, welche in der dargestellten Blickrichtung hintereinanderliegen, sodass hier nur der Batterieblock 4.2 zu erkennen ist, liegen dabei direkt im Bereich des Unterbodens. Das Elektronikmodul 5 bzw. sein Modulgehäuse 5' ragen in der Richtung z nach oben über den oberen Abschluss des Sandwichbodens 12 hinaus. Dieser Bereich liegt unterhalb eines Fahrzeugsitzes 13, welcher insbesondere einer der Vordersitze des Fahrzeugs 1 sein kann. Dieser ist über ein Gestell 14 mit einem Sockel 15 mit vergleichsweise kleiner Ausdehnung in der Höhenrichtung z ausgestaltet, wobei innerhalb dieses Sockels 15 der Bauraum für das Elektronikmodul 5 entsteht, dessen Modulgehäuse 5' vorzugsweise an den zur Verfügung stehenden Bauraum innerhalb des Sockels angepasst werden kann.Finally, the 9 and 10 will be explained how a basic arrangement in the underbody 12 of the vehicle 1, as previously indicated, can look. In the illustration of the 9 A structure is shown which, for example, 5 shown battery modular system 3. This is mounted essentially in the longitudinal direction x in the underbody 12 of the motor vehicle 1, which is indicated as a sandwich construction. The battery blocks 4.1, 4.2, which lie one behind the other in the direction shown, so that only the battery block 4.2 can be seen here, are located directly in the area of the underbody. The electronic module 5 or its module housing 5' protrude upwards in the direction z beyond the upper end of the sandwich floor 12. This area is located below a vehicle seat 13, which can in particular be one of the front seats of the vehicle 1. This is designed via a frame 14 with a base 15 with a comparatively small extension in the height direction z, wherein the installation space for the electronic module 5 is created within this base 15, the module housing 5' of which can preferably be adapted to the available installation space within the base.

In der Darstellung der 10 ist ein analoger Aufbau zu erkennen. Er unterscheidet sich im Wesentlichen durch die größere Länge L der Batterieblöcke 4.1, 4.2 und kann beispielsweise analog zur Darstellung in 7 aufgebaut sein. Der Sockel 15 unter dem Fahrzeugsitz 13 ist dabei entsprechend größer ausgeführt und verzichtet auf das Sitzgestell 14. Derartige Aufbauten werden häufig bei leichten Nutzfahrzeugen eingesetzt, welche umgangssprachlich auch als Lieferwagen bezeichnet werden. Innerhalb des Sockels 15 entsteht dann ein größeres zur Verfügung stehendes Bauvolumen, sodass ergänzend zu dem Elektronikmodul 5 ein weiterer Batterieblock, hier der Batterieblock 4.3, bei einer Darstellung analog zu der in 7, mit untergebracht werden kann. Hierdurch lässt sich im Sinne einer verteilten Batterie gemäß des eingangs genannten Standes der Technik die Batteriekapazität insgesamt vergrößern, wobei auch hier der Vorteil eines einzigen Elektronikmoduls 5 zur Kontaktierung aller Batterieblöcke, welche gemeinsam auch mit dem Bezugszeichen 4 bezeichnet werden, erfolgen kann.In the presentation of the 10 an analogous structure can be seen. It differs mainly in the greater length L of the battery blocks 4.1, 4.2 and can be analogous to the representation in 7 The base 15 under the vehicle seat 13 is designed to be correspondingly larger and does not have the seat frame 14. Such structures are often used in light commercial vehicles, which are also colloquially referred to as delivery vans. A larger available construction volume is then created within the base 15, so that in addition to the electronic module 5, another battery block, here the battery block 4.3, in a representation analogous to that in 7 , can be accommodated with. This allows a distributed battery according to the aforementioned State of the art can increase the battery capacity overall, whereby here too the advantage of a single electronic module 5 for contacting all battery blocks, which are also jointly designated with the reference number 4, can be achieved.

Der Montagevorgang kann dabei in beiden beschriebenen Ausführungsvarianten sowohl mit als auch ohne einen oberhalb des Elektronikmoduls 5 angeordneten Batterieblock 4.3 in der im Rahmen der 3 beschriebenen Art durch eines oder mehrere Rohbaufenster vorzugsweise von unten in das Kraftfahrzeug 1 erfolgen.The assembly process can be carried out in both described embodiments both with and without a battery block 4.3 arranged above the electronic module 5 in the 3 described manner through one or more shell windows, preferably from below into the motor vehicle 1.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102020005603 A1 [0002]
DE 102020109055 A1 [0004]

Claims

Battery modular system (3) for a motor vehicle (1), which has at least one battery block (4) and an electronic module (5) for contacting and control, wherein the electronic module (5) is arranged in a height direction (z) of the motor vehicle (1) in a properly installed state above the at least one battery block (4), characterized in that the electronic module (5) comprises a module housing (5') which has at least two spatially separated connection areas (7), which each comprise high-voltage and signal plugs (8, 9) for connection to corresponding elements (7', 8', 9') of the at least one battery block (4).

Battery modular system (3) according to Claim 1 , characterized in that the connection areas (7) are arranged on the same side of the module housing (5'), wherein the side with the connection areas (7) is the lower side of the module housing (5') in the intended installed state.

Battery modular system (3) according to Claim 1 , characterized in that the connection areas (7) are arranged on opposite sides of the module housing (5'), wherein the opposite sides with the connection areas (7) are the upper and lower sides of the module housing (5') in the intended installed state.

Battery modular system (3) according to Claim 1 , characterized in that the module housing (5') provides at least three connection areas (7), wherein at least two of the connection areas (7) are formed on one side of the module housing (5') and at least one of the connection areas (7) are formed on a side of the module housing (5') opposite this one side, wherein the at least two connection areas are located on the lower side of the module housing (5') in the properly installed state of the module housing (5'), wherein the at least one connection area (7) is located on the opposite side on the upper side of the module housing (5').

Battery modular system (3) according to Claim 4 , characterized in that the connection area located on the upper side of the module housing (5') in the intended installed state is raised or surrounded by a raised frame.

Battery modular system (3) according to at least one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the part with the electronic module (5) which lies above the at least one battery block (4) in the height direction (z) of the motor vehicle (1) in the intended installed state is intended to be arranged at least partially below at least one vehicle seat (13).

Battery modular system (3) according to Claim 6 , characterized in that the vehicle seat (13) is one of the front seats.

Battery modular system (3) according to at least one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the electronic module (5) has at least one charger for the battery blocks (4).