DE102022127336A1 - Battery module with a bidirectional multi-stage converter and correspondingly constructed high-voltage battery - Google Patents
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Abstract
In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Batteriemodul (4) für eine Hochvoltbatterie (1) bereitgestellt, aufweisend: ein Modulgehäuse (43), in dem ein bidirektionaler Mehrstufenwandler (41) und eine Anzahl von Batteriezellen (42) angeordnet sind, wobei diese mittels einer Stromschiene (44) miteinander elektrisch leitend verbunden sind; wobei das Modulgehäuse (43) eine erste und eine zweite offene Nut (47) aufweist zur Aufnahme jeweils einer Halteschiene (80), welche zugleich als elektrische Leitung fungiert. Ferner wird eine Hochvoltbatterie bereitgestellt, welche mindestens zwei erfindungsgemäße Batteriemodule (4) aufweist, wobei diese mittels Halteschienen (80, 81) aneinander befestigt und miteinander elektrisch verbunden sind.In various embodiments, a battery module (4) for a high-voltage battery (1) is provided, comprising: a module housing (43) in which a bidirectional multi-stage converter (41) and a number of battery cells (42) are arranged, wherein these are electrically connected to one another by means of a busbar (44); wherein the module housing (43) has a first and a second open groove (47) for receiving a holding rail (80) which also functions as an electrical line. Furthermore, a high-voltage battery is provided which has at least two battery modules (4) according to the invention, wherein these are fastened to one another and electrically connected to one another by means of holding rails (80, 81).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem bidirektionalen Mehrstufenwandler (multilevel converter) und eine entsprechend auf Basis solcher Batteriemodule aufgebaute Hochvoltbatterie.The present invention relates to a battery module with a bidirectional multilevel converter and a high-voltage battery constructed on the basis of such battery modules.
Die Reichweite von Elektrofahrzeugen wird maßgeblich durch die darin verbaute Traktionsbatterie bestimmt. Zum Antrieb moderner Elektrofahrzeuge werden heutzutage geeignet dimensionierte Hochvoltbatterien verwendet, die aus Batteriezellmodulen (auch als Batteriemodule bezeichnet) aufgebaut sind, wovon jedes wiederum eine Anzahl von Batteriezellen beinhaltet, wovon jede die kleinste für sich abgeschlossene Energiespeicherzelle darstellt. So umfasst beispielsweise die zweilagige Performance-Batterie Plus, welche in einigen Porsche Taycan Modellen eingesetzt wird, 33 Zellmodule, die je aus zwölf einzelnen Batteriezellen bestehen. Damit weist die Traktionsbatterie insgesamt 396 Batteriezellen auf, wobei als Batteriezellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren zum Einsatz kommen.The range of electric vehicles is largely determined by the traction battery installed in them. Modern electric vehicles are now powered by suitably dimensioned high-voltage batteries that are made up of battery cell modules (also known as battery modules), each of which in turn contains a number of battery cells, each of which is the smallest self-contained energy storage cell. For example, the two-layer Performance Battery Plus, which is used in some Porsche Taycan models, comprises 33 cell modules, each of which consists of twelve individual battery cells. The traction battery therefore has a total of 396 battery cells, with lithium-ion batteries being used as battery cells.
Die Infrastruktur elektrischer Antriebe für Straßenfahrzeuge ist durch eine starke bauliche Trennung gemäß ihrer Funktionalität geprägt. So wird oftmals die mehrere Batteriemodule aufweisende Traktionsbatterie im Fahrzeugboden zwischen den Achsen verbaut, um einen möglichst tiefen Schwerpunkt des Fahrzeugs zu erhalten. Die Leistungselektronik liegt in „konzentrierter“ Form vor als ein gesondertes Modul vor, welches meist in der Nähe der Traktionsbatterie angeordnet ist.The infrastructure of electric drives for road vehicles is characterized by a strong structural separation according to their functionality. For example, the traction battery, which has several battery modules, is often installed in the vehicle floor between the axles in order to keep the vehicle's center of gravity as low as possible. The power electronics are in a "concentrated" form as a separate module, which is usually located near the traction battery.
Moderne Ansätze lösen diese funktionale Trennung auf und stellen auf eine Verschmelzung zumindest der Leistungselektronik und der Batteriemodule ab. So ist beispielsweise die Verwendung eines Multi-Layer-Converters als bidirektionaler AC-DC-Wandler zur Modularisierung und Verschaltung von Batteriezellen bekannt.Modern approaches dissolve this functional separation and focus on merging at least the power electronics and the battery modules. For example, the use of a multi-layer converter as a bidirectional AC-DC converter for modularizing and interconnecting battery cells is known.
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Ausgehend davon kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, ein Batteriemodul bereitzustellen, mittels welchem neue hochmodulare Batteriekonzepte auf einfache Art und Weise realisiert werden können.Based on this, the object of the present invention can be seen in providing a battery module by means of which new highly modular battery concepts can be realized in a simple manner.
Diese Aufgabe wird mittels der Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by means of the subject matter of the independent patent claims. Further preferred embodiments can be found in the dependent patent claims.
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie bereitgestellt, in welchem Energiespeicherzellen und eine Leistungselektronik angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Batteriemodul weist ein Modulgehäuse auf, in dem ein bidirektionaler Mehrstufenwandler (multilevel converter) und eine Anzahl von Batteriezellen angeordnet sind, wobei diese mittels einer Stromschiene miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Die Batteriezellen sind mittels der Stromschiene in einer gewünschten Schaltungsart miteinander elektrisch leitend verbunden, so dass an Anschlusspolen des Batteriemoduls die gewünschte Wechselspannung bereitstellbar ist durch einen geeignet eingestellten Betrieb des Mehrstufenwandlers.According to the invention, a battery module for a high-voltage battery is provided in which energy storage cells and power electronics are arranged. The battery module according to the invention has a module housing in which a bidirectional multilevel converter and a number of battery cells are arranged, these being electrically connected to one another by means of a busbar. The battery cells are electrically connected to one another by means of the busbar in a desired type of circuit, so that the desired alternating voltage can be provided at the connection poles of the battery module by suitably adjusted operation of the multilevel converter.
Das Modulgehäuse des Batteriemoduls weist eine erste und eine zweite offene Nut auf zur Aufnahme jeweils einer Halteschiene, welche zugleich als elektrische Leitung fungiert. Dazu kann das Batteriemodul auf die Halteschienen aufgesetzt werden, wobei jeweils eine Halteschiene in je eine Nut eingelegt wird. Das Aufsetzen kann dabei von oben, von unten oder von der Seite erfolgen, je nach Aufbau einer Halterahmenstruktur, zu denen die Halteschienen gehören.The module housing of the battery module has a first and a second open groove to accommodate a holding rail, which also functions as an electrical line. To do this, the battery module can be placed on the holding rails, with one holding rail being inserted into each groove. The placement can be done from above, from below or from the side, depending on the design of a holding frame structure to which the holding rails belong.
Zweckmäßigerweise können dabei die Nuten derart am Modulgehäuse so angeordnet sein, dass ein Teil der Stromschiene in einer Draufsicht auf das Modul die erste Nut kreuzt oder über dieser angeordnet ist und ein weiterer Teil der Stromschiene in der Draufsicht die zweite Nut kreuzt oder über dieser angeordnet ist. Die Draufsicht kann dabei aus der Richtung erfolgen, in welcher das Batteriemodul auf die Halteschienen gesetzt oder gesteckt wird. Anders ausgedrückt kann die Stromschiene innerhalb des Batteriemodulgehäuses beispielsweise derart angeordnet sein, dass zumindest ein Teil davon oberhalb oder unterhalb der beiden Nuten verläuft, wobei dieser Teil der Stromschiene parallel zur Nut angeordnet sein kann oder diese unter einem beliebigen Winkel kreuzen kann. Hierbei ist jedoch nicht beabsichtigt, dass die Stromschiene durch die Nuten verläuft, also sich zwischen den Seitenwänden der Nut erstreckt und dadurch in dieser freiliegt. Die Teile der Stromschiene, welche zumindest teilweise die Nuten in der Draufsicht betrachtet überlagern, können als Anschlusspole des Batteriemoduls betrachtet werden. Die Stromschienen können generell isolierend mit einem Kunststoff umspritzt sein, außer an Stellen, die zur Ankontaktierung an die Halteschienen dienen, die als elektrische Leitung fungieren. Hierfür können entsprechende Bereiche der Stromschienen bereits bei der Umspritzung freigelassen werden (z.B. durch Abdecken mit einer Blende) oder die Isolierung kann an entsprechenden Bereichen der Stromschienen nach dem Umspritzen gezielt entfernt werden.The grooves can expediently be arranged on the module housing in such a way that a part of the busbar crosses the first groove or is arranged above it in a plan view of the module and another part of the busbar crosses the second groove or is arranged above it in the plan view. The plan view can be from the direction in which the battery module is placed or plugged onto the holding rails. In other words, the busbar can be arranged within the battery module housing, for example, in such a way that at least a part of it runs above or below the two grooves, with this part of the busbar running parallel to the groove. can be arranged or can cross them at any angle. However, it is not intended that the busbar runs through the grooves, i.e. extends between the side walls of the groove and is therefore exposed in it. The parts of the busbar which at least partially overlap the grooves when viewed from above can be regarded as the connection poles of the battery module. The busbars can generally be overmolded with an insulating plastic, except at points which are used to make contact with the holding rails, which function as electrical lines. For this purpose, corresponding areas of the busbars can be left exposed during overmolding (e.g. by covering with a panel) or the insulation can be specifically removed from corresponding areas of the busbars after overmolding.
In einer beispielhaften Ausführungsform kann das erfindungsgemäße Modul weniger als 30 kg wiegen, sodass eine Installation durch eine Person möglich ist. Dabei kann das erfindungsgemäße Modul hinsichtlich des Aufbaus einer entsprechenden Batterie als ein Grundmodul betrachtet werden, welches einen AC-DC bidirektionalen Mehrstufenwandler und eine Anzahl von Zellmodulen aufweist, welche eine DC-Spannung bereitstellen.In an exemplary embodiment, the module according to the invention can weigh less than 30 kg, so that installation by one person is possible. With regard to the structure of a corresponding battery, the module according to the invention can be viewed as a basic module which has an AC-DC bidirectional multi-level converter and a number of cell modules which provide a DC voltage.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls können die beiden Nuten parallel zueinander ausgebildet sein. Generell können beide Nuten gleichartig ausgebildet sein.According to further embodiments of the battery module, the two grooves can be formed parallel to one another. In general, both grooves can be formed in the same way.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls können beide Nuten in derselben Seitenfläche des Modulgehäuses angeordnet sein. Beispielsweise können die Nuten in der Bodenfläche oder in einer Seitenfläche des erfindungsgemäßen Batteriemoduls angeordnet sein, so dass das Batteriemodul auf bzw. an die Halteschienen angeordnet wird während eines Zusammenbaus einer entsprechenden Batterie.According to further embodiments of the battery module, both grooves can be arranged in the same side surface of the module housing. For example, the grooves can be arranged in the bottom surface or in a side surface of the battery module according to the invention, so that the battery module is arranged on or on the holding rails during assembly of a corresponding battery.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann bei mindestens einer der Nuten der in der Draufsicht diese kreuzende oder überlagernde Teil der Stromschiene in der Nut freiliegen und gegenüber einem Boden der Nut ins Innere des Modulgehäuses zurückgesetzt sein. Anders ausgedrückt ist der Teil der Stromschiene über eine Vertiefung in der Nut freigelegt, so dass zwischen der Oberfläche der freiliegenden Stromschiene und der Ebene des Bodens der Nut ein Abstand vorliegt.According to further embodiments of the battery module, in at least one of the grooves, the part of the busbar crossing or overlapping it in plan view can be exposed in the groove and set back into the interior of the module housing relative to a bottom of the groove. In other words, the part of the busbar is exposed via a recess in the groove, so that there is a distance between the surface of the exposed busbar and the plane of the bottom of the groove.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann mindestens ein Teil des Bodens der Nut bei Kraftanwendung darauf ins Innere des Modulgehäuses verlagerbar ist. Bei dem mindestens einen Teil des Bodens der Nut kann es sich um einen Teil des Bodens handeln, welcher an den freiliegenden Teil der Stromschiene anliegt. In anderen Ausführungsformen kann der gesamte Boden der Nut (ohne den Bereich, in dem die Vertiefung angeordnet ist) ins Innere des Modulgehäuses verlagerbar sein. Die mechanische Verlagerung kann erreicht werden, in dem der verlagerbare Teil des Bodens der Nut elastisch aufgehangen bzw. beweglich gelagert ist, beispielsweise mittels einer Feder oder eines sonstigen elastischen Elements. Durch Kraftanwendung kann die Feder (oder das mindestens eine elastische Element) komprimiert werden, wodurch er entsprechende Teil des Bodens der Nut (oder der gesamte Boden) in das Modulgehäuse verlagert wird. Dadurch, dass der Teil der Stromschiene nicht unmittelbar in der Nut freiliegt, wird ein Berührschutz bereitgestellt.According to further embodiments of the battery module, at least part of the bottom of the groove can be displaced into the interior of the module housing when force is applied to it. The at least part of the bottom of the groove can be a part of the bottom that rests against the exposed part of the busbar. In other embodiments, the entire bottom of the groove (excluding the area in which the recess is arranged) can be displaced into the interior of the module housing. The mechanical displacement can be achieved in that the displaceable part of the bottom of the groove is elastically suspended or movably mounted, for example by means of a spring or another elastic element. By applying force, the spring (or the at least one elastic element) can be compressed, whereby the corresponding part of the bottom of the groove (or the entire bottom) is displaced into the module housing. The fact that the part of the busbar is not directly exposed in the groove provides protection against contact.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann bei mindestens einer der Nuten im Überlagerungsbereich der Stromschiene mit der Nut eine Durchgangsöffnung durch das Gehäusemodul bereitgestellt sein. Die Durchgangsöffnung kann beispielsweise ein Gewinde aufweisen und als Schrauböffnung fungieren, so dass eine Schraube in das Modulgehäuse durch die Stromschiene hindurch bis in die Halteschiene eingeschraubt werden kann. So kann eine leitende Verbindung zwischen der Stromschiene im Inneren des Modulgehäuses und der Halteschiene, welche zugleich als elektrische Leitung fungiert, ausgebildet werden. Zusätzlich kann die Durchgangsöffnung in einer Vertiefung angeordnet sein, so dass der Schraubenkopf gegenüber der Oberfläche des Modulgehäuses versenkt ist und so ein gewisser Berührschutz gegeben ist. Zusätzlich kann eine nicht leitende Kappe auf den Schraubenkopf aufgesetzt werden.According to further embodiments of the battery module, a through-opening through the housing module can be provided in at least one of the grooves in the overlap area of the busbar with the groove. The through-opening can, for example, have a thread and function as a screw opening so that a screw can be screwed into the module housing through the busbar into the holding rail. In this way, a conductive connection can be formed between the busbar inside the module housing and the holding rail, which also functions as an electrical line. In addition, the through-opening can be arranged in a recess so that the screw head is countersunk relative to the surface of the module housing, thus providing a certain degree of protection against contact. In addition, a non-conductive cap can be placed on the screw head.
Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann dieses einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweisen, mittels welcher ein Batteriezellen enthaltendes Zusatzmodul an das Batteriemodul gekoppelt werden kann über eine Parallelschaltung. Bei dem Zusatzmodul kann es sich um ein zusätzliches Energiemodul handeln, welches keinen Mehrstufenwandler aufweist, sondern eine Erhöhung der Energiemenge der Hochvoltbatterie ermöglichen soll. Ferner kann es sich bei um ein Zusatzmodul mit einer Ausgangsspannung von beispielsweise 60 Volt handeln, so dass dieses Zusatzmodul kein Hochvolt-Modul darstellt. Zusatz-Energiemodul: wird via DC-Parallelschaltung an das Grundmodul angeschlossen (Erhöhung Energieinhalt der Batterie)According to further embodiments of the battery module, it can have a first connection and a second connection, by means of which an additional module containing battery cells can be coupled to the battery module via a parallel connection. The additional module can be an additional energy module that does not have a multi-stage converter, but is intended to enable an increase in the amount of energy in the high-voltage battery. Furthermore, it can be an additional module with an output voltage of, for example, 60 volts, so that this additional module is not a high-voltage module. Additional energy module: is connected to the base module via a DC parallel connection (increases the energy content of the battery)
Erfindungsgemäß wird ferner eine Hochvoltbatterie bereitgestellt, welche auf Basis des hierin beschriebenen Batteriemoduls aufgebaut ist. Die Hochvoltbatterie weist folglich mindestens zwei Batteriemodule gemäß einer der beschriebenen Ausführungsformen auf, wobei diese mittels der Halteschienen aneinander befestigt und miteinander elektrisch verbunden sind.According to the invention, a high-voltage battery is also provided which is constructed on the basis of the battery module described herein. The high-voltage battery therefore has at least two bat battery modules according to one of the described embodiments, wherein these are fastened to one another by means of the holding rails and are electrically connected to one another.
Generell kann eine im Prinzip beliebige Anzahl von Batteriemodulen in der Hochvoltbatterie vorliegen. Je nach Bedarf können die Module in Reihe und/oder parallel miteinander verschaltet sein. Eine Reihenschaltung der Batteriemodule kann eine ausreichende Modellierung der Ausgangsspannung (Sinus-AC) für den Betrieb eines Elektromotors begünstigen. Von einer Parallelschaltung der Batteriemodule kann ein ausrechend hoher Ausgangsstrom erzeugt werden, da im Allgemeinen der Mehrstufenwandler typischerweise einen limitierenden Faktor bei der DC-AC Wandlung der elektrischen Leistung darstellt. Ferner ermöglicht eine parallele Schaltung der Batteriemodule innerhalb der Hochvoltbatterie eine höhere Verfügbarkeit, da bei einem defekten Batteriemodul die Hochvoltbatterie mit eingeschränkter Leistung einsatzfähig bleibt und das Elektrofahrzeug weiterfahren kann.In principle, any number of battery modules can be present in the high-voltage battery. Depending on requirements, the modules can be connected in series and/or in parallel. A series connection of the battery modules can facilitate sufficient modeling of the output voltage (sinusoidal AC) for the operation of an electric motor. A parallel connection of the battery modules can generate a sufficiently high output current, since in general the multi-stage converter is typically a limiting factor in the DC-AC conversion of electrical power. Furthermore, a parallel connection of the battery modules within the high-voltage battery enables higher availability, since if a battery module is defective, the high-voltage battery remains operational with limited power and the electric vehicle can continue to drive.
Zur Verbindung der Batteriemodule miteinander werden die Halterschienen verwendet, welche in ihrer Gesamtheit einen stabilen Halterahmen bereitstellen und sowohl eine stabile mechanische Struktur ausbilden und gleichzeitig als elektrische Leitung fungieren.To connect the battery modules to each other, the holder rails are used, which as a whole provide a stable holding frame and form both a stable mechanical structure and at the same time function as an electrical line.
Die Halteschienen können erste und zweite Halteschienen umfassen. Erste Halteschienen können diejenigen sein, welche durch Nuten der Batteriemodule verlaufen. Diese können einen leitenden Kern haben und die Anschlüsse der Batteriemodule nach außen führen. Die Enden der ersten Halteschienen können an Kreuzungspunkten mit zweiten Halteschienen verbunden sein. Die zweiten Halteschienen dienen zur mechanischen und elektrischen Verbindung der ersten Halteschienen miteinander. Die Gesamtheit der ersten und zweiten Halteschienen bildet die Halterahmenstruktur aus.The support rails can comprise first and second support rails. First support rails can be those that run through grooves of the battery modules. These can have a conductive core and lead the connections of the battery modules to the outside. The ends of the first support rails can be connected to second support rails at crossing points. The second support rails serve to mechanically and electrically connect the first support rails to one another. The entirety of the first and second support rails forms the support frame structure.
Um eine bestimmte Verschaltung der Batteriemodule innerhalb der Hochvoltbatterie zu erreichen, können zusätzliche externe Leitungen vorgesehen sein, welche eine elektrische Verbindung zwischen benachbart angeordneten Halteschienen bereitstellen. Anders ausgedrückt können externe Leitungsstücke vorgesehen werden, wenn sich eine gewünschte elektrische Verschaltung der Batteriemodule mittels der ersten und zweiten Halteschienen alleine nicht realisieren lässt. Zudem können insbesondere die zweiten Halteschienen nur abschnittsweise elektrisch leitend ausgeführt sein, um eine bestimmte Verschaltung zu realisieren.In order to achieve a specific connection of the battery modules within the high-voltage battery, additional external lines can be provided which provide an electrical connection between adjacently arranged holding rails. In other words, external line sections can be provided if a desired electrical connection of the battery modules cannot be realized using the first and second holding rails alone. In addition, the second holding rails in particular can only be designed to be electrically conductive in sections in order to realize a specific connection.
Gemäß weiteren Ausführungsformen der Hochvoltbatterie kann diese ferner ein Steuergerät aufweisen, welches mit jedem der Batteriemodule elektrisch gekoppelt ist. Bei dem Steuergerät kann es sich um eine zentrale Logik handeln, welche unter anderem Steuersignale an die Mehrstufenwandler erzeugt und somit die Energieabgabe der Hochvoltbatterie, insbesondere die dreiphasige Wechselstrom-Regelung, sowie ihre Energieaufnahme regelt. Das Steuergerät kann zusätzlich weitere Komponenten aufweisen, wie z.B. eine Schalt-Matrix für unterschiedliche Netze, einen Leistungsmesser, eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (Residual Current Device, RCD), eine Vorrichtung zur Überprüfung der Schutzleitung, (PE check) sowie weitere (dezentrale) Sicherungs- bzw. Sicherheitssysteme.According to further embodiments of the high-voltage battery, it can also have a control unit that is electrically coupled to each of the battery modules. The control unit can be a central logic unit that, among other things, generates control signals to the multi-stage converters and thus regulates the energy output of the high-voltage battery, in particular the three-phase alternating current control, as well as its energy consumption. The control unit can also have other components, such as a switching matrix for different networks, a power meter, a residual current device (RCD), a device for checking the protective line (PE check) and other (decentralized) security or safety systems.
Die Hochvoltbatterie kann ferner ggfs. erforderliche Komponenten aufweisen, wie z.B. EMI-Filter und eine galvanische Trennung zwischen Batteriezellseite und den Anschlüssen der Hochvoltbatterie.The high-voltage battery may also have any required components, such as EMI filters and galvanic isolation between the battery cell side and the connections of the high-voltage battery.
Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the present invention.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnungen.
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1 zeigt eine beispielhafte Hochvoltbatterie auf Basis des erfindungsgemäßen Batteriemoduls. -
2 zeigt eine Ausführungsform des Batteriemoduls mit Zusatzmodul. -
3 veranschaulicht die elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Batteriemodulen. -
4A und4B zeigen beispielhafte Verbindungen zwischen den Halteschienen und den erfindungsgemäßen Batteriemodulen.
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1 shows an exemplary high-voltage battery based on the battery module according to the invention. -
2 shows an embodiment of the battery module with additional module. -
3 illustrates the electrical and mechanical connection between the battery modules. -
4A and4B show exemplary connections between the holding rails and the battery modules according to the invention.
In
Jedes der erfindungsgemäßen Batteriemodule 4 weist einen Mehrstufenwandler 41 sowie eine Anordnung von Batteriezellen 52 auf. Der Mehrstufenwandler 41 wandelt beim Laden der Batterie 1 die angelegte Wechselspannung in eine Gleichspannung um (für jedes Batteriemodul 4 individuell). Während eines Betriebs eines Elektrofahrzeugs wandelt der Mehrstufenwandler 41 die Gleichspannung der Batterie 1 in eine erforderliche gepulste Spannung um. Insofern kann der Mehrstufenwandler 41 als Leistungselektronikkomponente für das jeweilige Batteriemodul 1 betrachtet werden.Each of the
Die in
Die in
Die in der Figur waagerecht verlaufenden Halteschien entsprechen ersten Halteschienen 80 und verlaufen durch Nuten 47, welche im gezeigten Beispiel jeweils an einer Seite - hier der Unterseite - der Batteriemodule 4 angeordnet sind. Die waagerechten Halteschienen 80 sind an Verbindungspunkten mit den senkrecht verlaufenden Halteschienen verbunden, welche den zweiten Halteschienen entsprechen. In ihrer Gesamtheit bilden die ersten Halteschienen 80 und zweiten Halteschienen 81 eine Art regalartiges Haltegerüst. Die gezeigte Verbindungsstruktur ist beispielhaft und kann durch Bereitstellen weiterer Verbindungspunkte erweitert werden, beispielsweise um ein an jedes der Batteriemodule 4 parallel angeschlossenes Batteriemodul 4. Die ersten Halteschienen 80 können im Bereich der Batteriemodule 4 eine Form haben, welche passend in die Nuten 47 eingesetzt werden kann, so dass zwischen diesen ein Formschluss besteht. Bei Bedarf können die Batteriemodule 4 mit zusätzlichen Mitteln an die Haltescheinen 80 befestigt werden, beispielsweise mittels Schraubverbindungen oder Platten, die auf die auf die ersten Halteschienen 80 aufgesetzten Batteriemodle 4 geschraubt werden, so dass die ersten Halteschienen 80 in den Nuten 47 eingeschlossen werden.The holding rails running horizontally in the figure correspond to first holding rails 80 and run through
Die tatsächlich mittels der ersten und zweiten Halteschienen 80, 81 gebildete elektrische Verbindungsstruktur ist mittels der gestrichelten Linien 7 veranschaulicht. Wie bereits angedeutet, können zusätzliche elektrische Verbindungsstücke (in
Wie bereits aus
Beispielhafte Möglichkeiten, wie die Verbindung zwischen einem Batteriemodul 4 und den ersten Halteschienen 80 beschaffen sein kann, sind in
In
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Mittels der erfindungsgemäßen Batteriemodule 4 können Hochvoltbatterien aufgebaut werden, welche durch Skalierbarkeit und Modularität je nach Bedarf optimiert werden können. Beispielsweise kann der Aufbau auf unterschiedliche Spannungslagen und Leistungsklassen angepasst werden. So kann beispielsweise das Verhältnis aus Spitzenleistung zu Dauerleistung angepasst werden.Using the
Zudem ermöglichen die Batteriemodule mit dem darin integrierten Mehrstufenwandler bei Abschaltung eine Spannungsfreiheit an den Spannungspolen. Dies ergibt wiederum eine verbesserte Wartbarkeit, da die Batteriemodule sehr einfach ausgetauscht werden können (im Prinzip wie Leuchtmittel im Haushalt). Es ergeben sich so verbesserte Service-Möglichkeiten und es kann eine Reduktion der Garantie-und-Kulanz-Kosten erreicht werden.In addition, the battery modules with the integrated multi-stage converter ensure that there is no voltage at the voltage poles when switched off. This in turn results in improved maintainability, as the battery modules can be replaced very easily (in principle like light bulbs in a household). This results in improved service options and a reduction in warranty and goodwill costs can be achieved.
Ferner ermöglicht der intuitiv einfache Aufbau, inklusive Berührschutz an den Batteriemodulen, die Installation bzw. den Austausch der Batteriemodule ohne Elektriker, so dass elektrisch unterwiesene Personen Installations- bzw. Wartungsarbeiten durchführen können.Furthermore, the intuitively simple design, including contact protection on the battery modules, enables the installation or replacement of the battery modules without an electrician, so that electrically trained persons can carry out installation or maintenance work.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011004248 A1 [0005]DE 102011004248 A1 [0005]
- DE 102012212556 A1 [0006]DE 102012212556 A1 [0006]
- DE 102013215572 A1 [0007]DE 102013215572 A1 [0007]
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