DE202018005411U1 - Modulares Batteriesystem aus Batteriepacks bestehend aus zusammensteckbaren Modulen mit selbsttragendem Kunststoffgehäuse - Google Patents

Abstract

Batteriemodule bestehend aus parallel und seriell verschalteten Batterie-Rundzellen dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen durch eine Haltematrix aus Kunststoff mit passgenauen Aufnahmen in Form zylindrischer Hohlräume gehalten werden und diese Haltematrix auf den vier zu den Batterie-Rundzellen parallelen Seiten das Gehäuse des Moduls darstellt.

Description

• Batterien für mobile oder stationäre Anwendungen bestehen in der Regel aus Modulen einiger oder vieler Einzelzellen. Diese Module werden zu kompletten Batterie-Packs parallel und/oder in Reihe zusammengeschaltet. Neben Pouch-Zellen oder prismatischen Zellen kommen zunehmend Rundzellen zum Einsatz. Ein übliches Format ist 18650 wie es beispielsweise in Elektrofahrzeugen des Unternehmens Tesla Motors zum Einsatz kommt. Die Module sind in der Regel als Metallgehäuse aufgebaut, in die die Zellen eingestellt sind. Das Metallgehäuse nimmt dabei z.B. im Crashfall von außen eingetragene Kräfte auf und soll so die Zellen vor Zerstörung und Brand schützen. Um dieser Funktion gerecht zu werden, müssen die Gehäusebestandteile hohe Wandstärken aufweisen, was das Batteriegewicht negativ beeinflusst. Meist werden die in modularer Bauweise gefertigten Batterien individuell an Bauräume und Anforderungen angepasst, sodass in jedem einzelnen Fall ein recht hoher Aufwand für die konstruktive Auslegung notwendig ist. Weiterhin ist die Produktion der Einheiten mit hohen Kosten verbunden, da die Produktionslinien für jedes einzelnen Modell speziell eingerichtet oder umgerüstet werden müssen.
• Die vorliegende Erfindung beinhaltet ein an viele Anforderungen anpassbare crash- und brandsichere Batterie mit unerreicht niedrigem Gesamtgewicht bei voller Massenproduzierbarkeit. Die Batterie verwendet vorzugsweise Rundzellen mit den Formaten 18650 und 2170. Dabei wird sowohl auf Modul- als auch auf Batterie-Pack-Ebene ein konsequent modularer Ansatz verwendet.
• Kurze Beschreibung der Erfindung
• Die erfindungsgemäßen Batteriemodule besitzen - im Gegensatz zu bisherigen Batteriemodulen - KEIN Gehäuse. Die Gehäusefunktionen wie Halterung der Zellen, Schutz vor Kontakt oder Schutz im Crash-Fall werden erfindungsgemäß durch eine selbsttragende Haltematrix aus Kunststoff erzeugt (siehe 1). Die Module sind in der Art von „Lego-Steinen“ so ausgelegt, dass sie einfach zu Batteriepacks zusammengesteckt werden können. Somit besitzen auch die aus den erfindungsgemäßen Modulen bestehenden Batteriepacks ebenfalls kein Gehäuse.
• Modul
• 1. zeigt eine bevorzugte Variante der Haltematrix. Diese besteht aus einem Kunststoff- oder Kunststoffschaum-Formteil mit runden Aussparungen für die Batteriezellen. Die Batteriezellen werden in einem automatisierten Vorgang parallel in das Formteil eingebracht und dann durch Punktschweißung oder Löten an Kontaktbleche kontaktiert. Dabei werden alle Pluspole einer parallelverschalteten Reiche von Batterie-Rundzellen durch ein strukturiertes Leider-Band konnektiert. Die Minuspole besitzen vorzugsweise kontaktfahnen auf der Seites des Minusbechers. Die Kontaktfahnen der Minuspole stehen nach Einbringung in die Haltematrix etwas über und können somit auf das zugehörige Plusband der nebenliegende Reihe gebogen und konnektiert werden. Vorzugsweise erfolgt die Konnektierung durch gleichzeitiges Verlöten aller Kontaktierungen mittels eines beheizten absenkbaren Lötwerkzeuges. Dazu sind die Kontaktbänder und Kontaktfahnen vorzugsweise mit Lötmittel vorbeschichte. Alternativ kann auch mittels Punktschweisung, Laser- oder Ultraschallverschweisung konnektiert werden. Statt Lötfahnen und Bänder können auch strukturierte Bänder verwendet werden, die bereits als Minuspol-Lötfahne zu verwendende Ausbuchtungen aufweisen. In dieser Auslegung kann die Verlötung/Verschweisung vorzugsweise vor Bestückung erfolgen oder die Minus-Konnektierung erfolgt auf dem Minusring der Batterie-Rundzellen.
• Die Zellen werden durch einen oberen und vorzugsweise auch einen unteren Halterahmen in der Matrix gehalten (siehe (11) und (12) in 2). Auf den oberen Halterahmen wird ein Filtervließ aufgelegt, das im Brandfall Brandgase kontrolliert aufnehmen und zu Auslassbohrungen leiten kann (siehe (20) in 4). Abgeschlossen werden die untere und obere Seite durch Metalldeckel, der untere Metalldeckel dient dabei als Wärmeleitplatte zur Abführung der Abwärme mittels Luft oder Wasserkühlung. Die Metalldeckel haben dabei keine tragende Funktion, diese wird durch die Haltematrix erbracht (siehe (19) uns (21) in 4).
• Stecksystem
• Das erfindungsgemäße Stecksystem ermöglicht ein einfaches Zusammenstecken einzelnen Module zu fast beliebig gestaltbaren Batteriepacks (siehe 6-11). Dazu sind die Außenflächen der Module mit versetzten rechteckigen Erhöhungen und Vertiefungen versehen, in die die benachbarten Module formschlüssig eingesteckt werden können. So entsteht eine sich selbst stabilisierende Struktur, die durch ein Außenrahmen des Batterie-Packs fixiert wird. In den Erhöhungen sind rechteckige Durchführungen ausgespart, durch die Stabilisierungsstangen gesteckt werden, welche wiederum mit dem Außenrahmen des Batteriepacks verbunden sind.
• Zwei Ebenen so zusammengesteckter Module bilden zwischen sich eine flächige Distanz, die als Luftkanal zur Luftkühlung genutzt werden kann. Alternativ kann dort eine Kühlplatte angeordnet werden, die eine noch effizientere Wasserkühlung ermöglicht (siehe 6 und 10).
• Batteriepack
• Die Module können in allen drei Dimensionen in jeweils passender Anzahl zusammengesteckt werden. Dadurch entstehen Batteriepacks beliebiger Formfaktoren (siehe 11). Das Batteriepackt besteht aus den zusammen gesteckten Modulen und einem Außenrahmen mit Stabilisierungsstangen, die in die Aufnahmen der Module eingeschoben werden. Der Rahmen wird auf eine Grundplatte aufgebaut. Die Grundplatte selbst kann wiederum auf eine Palette aufgebaut werden oder die Struktur einer Palette aufweisen. Dadurch kann das Batteriepack mittels üblicher Hubstapler bewegt werden (siehe 12).
• Die Verkabelung der Module erfolgt an den Außenflächen. Durch Parallelschaltung können Spannungen von 400 - 1.000 Volt erzielt werden, obwohl jeder einzelne Module Spannungen im Niederspannungsbereich aufweist, z.B. 48 Volt.
• Das Batteriepack enthält eine Batteriemanagementsystem vorzugsweise in „Master-Slave“-Auslegung, das mit den Modulen über Steckverbindungen angebunden wird. In den Modulen selbst befindet sich jeweils eine Modul-BMS-Komponente, vorzugsweise ein „Slave“, der z.B. Spannungs- und Temperaturdaten des Moduls erfasst. Die Master-Komponente des Batteriemanagementsystems steuert Schütze oder elektronische Schalter, die den nach außen abzugebenden Strom zu- und abschalten können.
  Weiterhin enthält das Batteriepack vorzugsweise ein Thermomanagementsystem auf Grundlage von Luft- oder Wasserkühlung. Zusätzlich können Wandler z.B. AC/DC-Wandler oder DC/DC-Wandler oder Laderegler integriert werden.
• Batteriepack-Stapel
• Batteriepacks können zu größeren Batteriesystemen zusammenschaltet werden. Dazu werden die palettenbasierten Batteriepacks neben- und/oder hintereinander zusammengruppiert. Sie können auch in (Hoch-)Regallager eingestellt werden und dort verkabelt werden. Vorzugsweise sind die Aufstellflächen mit einer Aufnahme ausgestattet, in die die Paletten formschlüssig eingestellt und ggf. verschraubt oder anderweitig fixiert werden können. Auch ein Übereinanderstapeln ist möglich. Weiterhin können sie in Fahrzeuge eingestellt werden, z.B. auf Ladeflächen von Transportern, in Sattelaufliegern von Sattelschleppern oder Mini-Sattelschleppern. Dadurch können auf einfache Weise mobile Systeme zum Energietransport realisiert werden.
• Mithilfe der Batteriepack-Stapel können sehr einfach große stationäre oder mobile Batteriesysteme mit Speicherkapazitäten bis in den höheren MWh-Bereich aufgebaut werden.
• Funktionsintegration
• Die vorliegende Erfindung integriert die Funktion Batteriemanagement, Thermomanagement, Vibrationssicherheit, Crashsicherheit, Brandverhalten und Korrosionssicherheit auf völlig neue Weise. Durch die als selbstragendes Kunststoff-Formteil ausgebildete Haltematrix der einzelnen Module werden die Einzelzellen in unerreicht stabiler Art fixiert. Sie sind all mit ihren Pluspolen nach oben und mit ihren Minuspolen nach unten orientiert und von der Nachbarzelle durch eine Distanz aus brandhemmend ausgestattetem Kunststoff(schaum) getrennt. Dies hat den Vorteil, dass im Versagensfall in der Regel eine Ausbreitung auf die Nachbarzellen verhindert wird. Durch die Ausstattung mit wärmeleitend wirkenden Fasern kann ein anisotroper Wärmetransport in der Haltematrix zur Kühlfläche erzielt werden. Dieser Wärmetransport in der Haltematrix unterstützt die Wärmeabfuhr über die Bodenfläche des Außenbechers der Zelle. Da alle Zellen mit dem Minuspol zur Kühlfläche angeordnet sind, erfolgt eine sehr gleichmäßige Kühlung. Das selbsttragende Kunststoff-Formteil ist weiterhin passiv vibrations- und crashsicher ausgestattet, indem zwischen der Haltematrix der Zellen und dem Außenbereich durch Distanzen und Haltestege eine Dämpfungs- und „Knautsch-Zone“ entsteht (siehe (3) in 1). Das Brandverhalten wird dadurch positiv beeinflusst, dass im Versagensfall die Brandgase des Primarbrandes in einer auf der Pluspolseite befindliche Filterzone aufgenommen werden und Partikel abgefiltert werden. Ein Sekundärbrand soll dadurch und durch die Distanzierung der Einzelzellen verhindert werden (siehe (20) in 4). Durch ein mehrstufiges Batteriemanagementsystem mit in den Einzelmodulen platzierten „Slave“-Komponenten können auch große Batteriepacks problemlos überwacht und gesteuert werden.
• Durch die erfindungsgemäße Struktur kann das Batteriepack selbst auf einen einfachen und leichten Außenrahmen beschränkt werden, der lediglich eine Halte- und Fixierungsfunktion ausüben muss. Dadurch sind Montage und Service erleichtert, da eine gute Zugänglichkeit zu den Modulen jederzeit besteht.
• Bevorzugte Varianten der Erfindung
• Das erfindungsgemäße System kann mit beliebigen Zellen im Format 18650 arbeiten. Es können somit sowohl Systeme mit Leistungszellen als auch mit Kapazitätszellen aufgebaut werden, oder Kombinationen von beiden. Weiterhin können problemlos unterschiedliche Zellchemien eingesetzt werden wie z.B. Li-Ionen-Zellen oder LFP-Zellen (Lithium-Eisen-Phosphat). Die Modulauslegung kann weiterhin auf beliebig andere Zellformate angepasst werden, zukünftig z.B. auf das Format 2170.
• 1 zeigt eine bevorzugte Auslegung mit 192 Zellen je Modul in 16 p x 12 s Anordnung. Bei Verwendung von Li-Ionen-Zellen können so Spannungen im Kleinspannungsbereich unterhalb 60 Volt erzielt werden. Es sind beliebige Kombinationen von parallel und seriell verschalteten Zellen möglich, die dann unterschiedliche Moduldimensionierungen ergeben. So könne Anpassungen an das gewünschte Spannungsniveau und den verfügbaren Bauraum auf Modulebene erzielt werden.
• Die Steckverbindungen der Module ermöglichen ein- oder zweilagigen Aufbau. Bei einem einlagigen Aufbau ergeben sich (groß-)flächige Strukturen mit sehr geringer Tiefe. Ein Seitenfläche ist in diesem Fall als Kühlfläche ausgelegt. Bei zweilagigem Aufbau können beide Seiten als Kühlflächen ausgelegt werden oder es entsteht zwischen den Modulen eine flächiger Kühlkanal. Beim zweilagigen Aufbau können ebenfalls (groß-)flächige Strukturen geschaffen werden. Zusätzlich und weiterhin vorzugsweise ist eine Aggregierung zur kubischen Strukturen möglich. Diese wiederum sind wie oben beschrieben sowohl durch Modulauslegung als auch durch Modulaggregation bezüglich ihrer Ausdehnungen perfekt an ganz unterschiedliche Bauräume von Maschinen oder Fahrzeugen anpassbar.
• Die Batteriepacks können auf Paletten aufgebaut werden mit weiteren Batteriepacks zu Stapeln und größeren Batteriesystemen aggregiert werden. Sowohl stationäre als auch mobile Anwendungen sind bevorzugt.
• Figurenliste
• Die Erfindung ist in 13 Figuren dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert.
• Die Figuren zeigen die Module in liegender Anordnung. Die Bezeichnungen „oben“ oder „unten“ bezeichnen die betreffenden Details lediglich in Bezug auf die abgebildete Anordnung. Im Batteriepack selbst werden die Module in vielen Fällen senkrecht stehend eingebaut.
• 1 1 zeigt das Formteil der Haltematrix. Die Haltematrix (1) wird vorzugsweise in einem Stück aus Kunststoff oder geschäumtem Kunststoff gefertigt. Der Kunststoff ist brandhemmend ausgestattet und besitzt vorzugsweise Mineralfasern zur anisotropen Wärmeleitung zum in der Darstellung unteren Deckel, welcher als Kühlplatte ausgelegt ist. Die Haltematrix besteht aus einer Anzahl von Hohlräumen (2) zur Aufnahme von Rundzellen, vorzugsweise im Format 18650. Von links nach rechts sind die parallel verschalteten Zellen angeordnet. Diese werden von oben nach unten seriell verschaltetet. Die 1 zeigt einen 16p12s-Modul. Im Randbereich zwischen den Hohlräumen (2) und der Außenverzapfung (5) befindet sich eine Knautschzone (3) zum Schutz im Crashfall. Der äußere Bereich der Haltematrix ist al Verzapfung zur Modulverbindung (5) ausgelegt. Die rechteckigen Zapfen passen genau in Aussparungen der anliegenden Module, sodass weitgehend beliebig größere Batteriepacks durch Zusammenstecken erzeugt werden können. Die zusammen gesteckten Module werden dabei durch Führungsstangen eines Außenkäfigs fixiert, dazu sind im Verzapfungsbereich quadratische Hohlräume zur Aufnahme der Führungsstangen (4) vorgesehen. Die Deckelbefestigung (6) erfolgt durch Schraubverbindung, jeder Deckel schließt durch eine Ringdichtung mit der Haltematrix ab. Alle Rundzellen sind in der Haltematrix durch Distanzen aus brandhemmendem Kunststoff (7) voneinander getrennt. Im Randbereich befinden sich die Aufnahmen für die Moduleinheit des Batteriemanagementsystems (BMS), vorzugsweise ein BMS-Slave (8) und Aufnahmen für die Modulpole (9).
• 2 2 zeigt wichtige Modulkomponenten zur Bestückung der Haltematrix (1). Die Batteriezellen (10) können als Satz in die Matrix eingesetzt werden. Ein Oberer Halterahmen (11) und Unterer Halterahmen (12) fixiert die Zellen in senkrechter Richtung. Der untere Halterahmen kann auch in die Haltematrix integriert werden, indem die unteren Öffnungen der runden Aufnahme entsprechen verjüngt werden. Die Öffnung ist mit Wärmeleitpaste gefüllt, um eine ausreichenden Wärmeübergang zur als Kühlfläche ausgeprägten unteren Deckel (siehe 4) zu gewährleisten. Die Modulkomponente des Batteriemanagements (Slave, 13) findet eine Aufnahme im seitlichen Randbereich. Die Auslegung der Modulkomponenten ist so gewählt, dass die Bestückung vollautomatisch in einfachen Behandlungsschritten in einer Produktionsstraße erfolgen kann. Die bevorzugten Montageschritte sind das Anbringen des unteren Halterahmens, das Einsetzen eines Satzes Rundzellen in die Haltematrix, die Befestigung des oberen Halterahmens sowie die Verlötung oder Verschweißung der Pluskontakte mit einem streifenförmiges Kontaktblech, im Falle einer Verlötung vorzugsweise unter Verwendung eines mit Lötmittel vorbeschichteten Hilumin-Bleches, gefolgt von der Verlötung oder Verschweißung der Minuskontakte oder vorzugsweise der am Seitenbecher angebrachten Fahnen der nächsten Serie an das Pluspolband.
• 3 3 zeigt die Außenkontaktierung des Moduls bestehend aus einer Stromschiene für den Plus- (14) und Minuspol (15), den Polkontakten (16, 17) und den Steckkontakten (18), um die Modulkomponente des BMS (Slave) an das BMS (Master) anzuschließen. Alternativ kann die BMS-Vernetzung auch über ein Nahfunksignal oder über eine auf den Hochstromverbindung aufmoduliertes Signal erfolgen.
• 4 4 zeigt die obere (19) und untere Abdeckung (21) sowie das brandhemmende Filtervließ (20). Die untere Abdeckung ist innenseitig mit einer wärmeleitenden aber elektrisch isolierenden Schicht beschichtet und hat die Funktion einer Kühlfläche zur Abführung der im Betrieb entstehenden Abwärme. Die Abwärme entsteht in den einzelnen Rundzellen und wird vorzugsweise über deren Außenbecher abgeführt. Die Böden der Außenbecher befinden sich in Nähe zum unteren Deckel. Der schmale Zwischenraum zwischen Becherboden und unterer Abdeckung wird durch Wärmeleitpaste ausgefüllt, sodass ein guter Wärmeübergang gegeben ist. Weiterhin kann die Haltematrix selbst mit wärmeleitenden Fasern ausgerüstet werden, deren Orientierung vorzugsweise senkrecht zu den Abdeckungen eingestellt ist, sodass eine anisotrope Wärmeleitung auch über die Haltematrix zur unteren Abdeckung erfolgen kann. Im oberen Bereich wird ein Filtervließ eingelegt, das vorzugsweise aus Glas- oder Mineralfasern besteht. Diese Vließ soll im Falle eines niederohmigen Versagens oder der mechanischen Zerstörung von Zellen einen gegebenenfalls entstehenden Primärbrand dadurch hemmen, dass die im Bereich der Umrandung des Pluspols entweichenden Brandgase gerichtet und außerhalb des Standraumes der weiteren Rundzellen zur in der Außenwand des Moduls befindlichen kleinen Ventilöffnungen geführt werden sowie mitgerissene brennbare Partikel abgefiltert werden. Auf diese Weise soll ein ansonsten zu befürchtender Sekundärbrand weiterer Zellen verhindert werden. Die Haltematrix selbst ist ebenfalls brandhemmend ausgerüstet, sodass sie in einem Brandfall ein Barrierewirkung entfalten kann. Die obere Abdeckung schließt den Modul nach oben hin ab. Beide Abdeckungen werden vorzugsweise mittels einer umlaufenden Ringdichtung aufgeschraubt.
• 5 5 zeigt das einzelne Batteriemodul. Es ist das Verzapfungssystem zu erkennen, mit dem jeder einzelne Modul mit Nachbarmodulen form- und kraftschlüssig verbunden werden kann. So können größere Batteriepacks bezüglich der räumlichen Ausdehnung flexibel gestaltet werden und vorhandene Bauräüme optimal ausgenutzt werden. Diese Funktion ergänzt die Möglichkeit der Einzelmoduldimensionierung durch die Wahl der Anzahl parallel und seriell verschalteter Einzelzellen. Die Verzapfung erfolgt dabei mittels mittels alternierend vertieft (22) und erhöht (23) angeordneten Elementen. Zur Stabilisierung der verzapften Module im Außenrahmen können Haltestangen durch entsprechende Durchführungsöffnungen (24) geführt werden. Die Verdrahtung der Module erfolgt dabei konsequent auf den Außenseiten der Anordnung. Dabei werden zwei Ebenen erzeugt, nämlich die erhöhte Ebene zur Verkabelung der Hochstromkontakte (25) und die vertiefte Ebene zur Verkabelung der Datenkontakte (26).
• 6 6 zeigt den Zusammenbau zweier Module. Die Module werden in Abhängigkeit ihrer Platzierung im Batteriepack mit einer dreiteiligen Nummer bezeichnet. Beispielsweise ist der Modul 1.1.1. in der linken unteren Ecke eines dreidimensionalen Stapels mit den Achsen x, y und z angeordnet. Die erste Ziffer bezeichnet die Position in Bezug auf die x-Achse, die zweite Ziffer die Position in Bezug auf die y-Achse und die dritte die Position auf die z-Achse. Beide Module 1.1.1 und 1.1.2 werden mit den unteren als Kühlkörper ausgebildeten Abdeckungen zueinander angeordnet. Auf der Kontaktierungsseite sind die unterschiedlich ausgebildeten Hochstrompol-Elemente dargestellt, bestehend aus eine normalen (27) und einem verlängerten Element (28). Durch diese Zusammenstellung entsteht aufgrund der verlängerten Elemente ein Zwischenraum, welcher dem Transport von Kühlluft in senkrechter Richtung dient. Alternativ kann im Zwischenraum ein Kühlelement mit Flüssigkühlung platziert werden. Die Abgrenzungslippen von Modul 1.1.1 (29) und Modul 1.1.2 (30) schließen den Kühlkanal nach außen hin ab.
• 7 7 zeigt den Zusammenbau der Module in Richtung der x-Achse. Es werden die zwei Module 1.1.1. und 2.1.1 so zusammengesteckt, dass die Kontaktierungsebene von Modul 1.1.1 (31) links angeordnet ist und die von Kontaktierungsebene Modul 2.1.1 (32) rechts angeordnet ist. Dadurch sind leicht zugängliche außenliegende Kontaktierungen möglich. Die Anzahl der in Richtung der der x-Achse möglichen Module beträgt zwei.
• 8 8 zeigt den Zusammenbau der Module in Richtung der y-Achse. Auf Modul 1.1.1 (31) wird der Modul 1.2.1 (33)formschlüssig aufgesteckt. Die Anzahl der Module in Richtung der y-Achse ist nicht begrenzt. Eine niedrige Anzahl von Modulen wird gewählt z.B. für kubische Batteriepacks. Eine höhere Anzahl von Modulen kann z.B. für flächige oder wandförmige Strukturen gewählt werden.
• 9-11 9 zeigt den Zusammenbau von acht Modulen (1.1.1 .. 2.2.2, 31-37). Die Module sind formschlüssig steckbar und bilden zwischen sich Kühlkanäle für Luft- oder Flüssigkühlung. 10 zeigt diesen Zusammenbau von acht Modulen in der Aufsicht. Es ins zwei senkrechte Kühlkanäle zu erkennen. 11 zeigt einen beispielhaften Aufbau mit 48 Modulen in drei übereinander und acht hintereinander angeordneten Modulen.
• 12-13 12 zeigt eine beispielhafte Modulkonfiguration im Zusammenbau eines kompletten Batteriepacks. Die Module werden von einem Außenrahmen gehalten. Die Platten des Außenrahmens (39) werden dabei durch Stabilisierungsstangen (40) verbunden, welche die Module direkt stabilisieren. Das Batteriepack kann durch Anbau weiterer Komponenten (41) ergänzt werden wie AC/DC- oder DC/DC-Wandler. Die Außenabdeckung (42) schützt das Gesamtsystem. Das System ist vorzugsweise auf einen Palettenfuß (44) aufgebaut, der eine optimale Intralogistik und Stapelbarkeit ermöglicht. Über eine Anschlussleiste mit Hochstromein- und ausgängen (43) können mehrere Batteriepacks zu unterschiedlich großen Gesamtbatteriesystemen aggregiert werden. 13 zeigt einen möglichen Zusammenbau von drei Batteriepacks zu einem größeren Batteriesystem.
• Figuren
• Die Figuren zeigen die Module in liegender Anordnung. Die Bezeichnungen „oben“ oder „unten“ bezeichnen die betreffenden Details lediglich in Bezug auf die abgebildete Anordnung. Im Batteriepack selbst werden die Module in vielen Fällen senkrecht stehend eingebaut.
• Bezugszeichenliste

1.

Haltematrix als Kunststoff- oder Kunststoffschaum-Formteil

2.

Hohlraum zur Aufnahme einer Rundzelle

3.

Knautschzone zum Schutz bei Crash

4.

Quadratischer Hohlraum zur Aufnahme der Führungsstangen

5.

Verzapfung zur Modulverbindung

6.

Befestigung der Abdeckung

7.

Distanzmatrix aus brandhemmendem Kunststoff(schaum)

8.

Aufnahme für BMS-Modulkomponente, BMS-Slave

9.

Aufnahme für Modulpol

10.

Batterie-Rundzellen

11.

Oberer Halterahmen

12.

Unterer Halterahmen

13.

BMS-Modulkomponente, BMS-Slave

14.

Stromschiene Pluspol

15.

Stromschiene Minuspol

16.

Polkontakt Plus

17.

Polkontakt Minus

18.

Steckkontakt der BMS-Modulkomponente, BMS-Slave

19.

Obere Abdeckung

20.

Filter-Vließ

21.

Untere Abdeckung

22.

Verzapfung mit dem nächsten Modul mittels rechteckigem vertieft angeordnetem Element

23.

Verzapfung mit dem nächsten Modul mittels rechteckigem erhöht angeordnetem Element

24.

Durchführungsöffnung für Haltestange zur Stabilisierung der verzapften Module im Außenrahmen

25.

Seitliche erhöhte Ebene zur Verkabelung der Hochstromkontakte

26.

Seitliche vertiefte Ebene zur Verkabelung der Datenkontakte

27.

Hochstrompol-Element

28.

Hochstrompol-Element verlängert

29.

Abgrenzungslippe Modul 1.2

30.

Abgrenzungslippe Modul 1.1

31.

Modul 1.1.1 mit links angeordneter Kontaktierungsebene

32.

Modul 2.1.1 mit rechts angeordneter Kontaktierungsebene

33.

Modul 1.1

34.

Modul 2.1

35.

Modul 1.2

36.

Modul 1.2

37.

Modul 2.2

38.

Kühlkanal

39.

Plattenförmige Ausprägung des Außenrahmens

40.

Stabilisierungsstange

41.

Anbau weiterer Komponenten

42.

Außenabdeckung

43.

Anschlussleiste mit Hochstromein- und augängen

44.

Palettenfuß

Claims (12)

1. Batteriemodule bestehend aus parallel und seriell verschalteten Batterie-Rundzellen dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen durch eine Haltematrix aus Kunststoff mit passgenauen Aufnahmen in Form zylindrischer Hohlräume gehalten werden und diese Haltematrix auf den vier zu den Batterie-Rundzellen parallelen Seiten das Gehäuse des Moduls darstellt.
2. Batteriemodul laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die zu den Batterie-Rundzellen parallelen Seitenkanten mit alternierenden Verzapfungen aus Erhebungen und Vertiefungen so ausgestattet sind, dass zwei oder mehrere Module formschlüssig neben- und / oder übereinander zusammengesteckt werden können.
3. Batteriemodul laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen in einer Richtung orientiert sind und die senkrecht zu den Batterie-Rundzellen befindliche Abdeckung als Kühlfläche fungiert, indem sie innenseitig mit einer Isolierschicht beschichtet ist und die Batterie-Rundzellen mit Ihren Minuspolen dieser zugewandt sind.
4. Batteriemodul laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen in einer Richtung orientiert sind und die Pluspole der nebeneinanderliegenden parallel zu verschaltenden Zellen mit einem Kontaktband verbunden werden, mit dem die Minuspol-Kontaktfahnen der Batterie-Rundzellen der nächsten seriell zu verschaltenden Reihe von Batterie-Rundzellen verbunden werden.
5. Batteriemodul laut Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktbänder und die Minuspol-Kontaktfahnen der Batterie-Rundzellen mit Lötmittel vorbeschichtet sind und somit sämtliche Zellen des Moduls in einem Arbeitsgang miteinander verlötet werden können.
6. Batteriemodul laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen in einer Richtung orientiert sind und die Pluspole der nebeneinanderliegenden parallel zu verschaltenden Zellen mit einem Kontaktband verbunden werden, welches in Höhe jeder Zelle der nächsten seriell zu verbindenden Batterie-Rundzelle eine Verlängerung hat, um diese an deren Minuspol zu kontaktieren.
7. Batteriemodul laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie-Rundzellen in einer Richtung orientiert sind und sich oberhalb der Pluspole und unterhalb der Abdeckung eine Filtervließlage befindet, welche Brandgase im Versagensfall filtern und abführen kann.
8. Batteriepack bestehend aus Batteriemodulen laut Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die die Batteriemodule mittels der Verzapfungen der zu den Batterie-Rundzellen parallelen Seiten formschlüssig neben und übereinander zusammengesteckt werden.
9. Batteriepack laut Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die die Batteriemodule durch Stangen gehalten werden, die durch Durchführungen der Verzapfungen geführt werden und mit den beiden Stirnseiten des Außenrahmens verbunden sind.
10. Batteriepack laut Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriemodule so hintereinander angeordnet werden, dass die als Kühlflächen ausgebildeten Abdeckungen zweier hintereinander angeordneten Module zueinander gewandt sind und deren Verzapfungen überstehend ausgeprägt sind, sodass sie die Seitenwandungen eines dadurch entstehenden Kühlkanals bilden.
11. Batteriepack laut Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die mittels der Verzapfungen formschlüssig zusammengesteckten Batteriemodule und der Außenrahmen auf einer Bodenplatte stehen, die als Palettenfuß ausgeführt wird oder mit einer Palette formschlüssig verbunden wird.
12. Batteriepack laut Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriepacks auf die Ladefläche von Transportern oder Sattelaufliegern von Sattelschleppern gestellt und deren Palettenfüße mit der Ladefläche oder dort angebrachten Palettenaufnahmen durch Verschraubungen, Verkeilung oder mittels Transportsicherungen verbunden werden.

Images