Die vorliegende Erfindung betrifft einen Batteriezellrahmen nach dem Oberbegriff des An- spruchs 1 , eine Anordnung von mehreren solcher Batteriezellrahmen und eine daraus gebil- dete Batterie.

Elektrochemische Zellen, z.B. Lithium-Ionen Zellen, liegen hauptsächlich als Rundzellen, prismatische Zellen oder sogenannte Pouch-Zellen vor. Letztere bestehen aus gestapelten oder gefalteten aktiven Schichten, die von einer flexiblen, meist aus einer kunststoffbeschich- teten Aluminiumfolie bestehenden Außenfolie eingeschlossen sind. Solche elektrochemi- schen Zellen können mit geringen Dicken und geringem Gewicht in anwendungsspezifi- schen, vor allem flachen Dimensionen gefertigt werden. In Traktionsbatterien ist eine Viel- zahl von elektrochemischen Zellen zu einem Zellverbund zusammengeschaltet. Um die emp- findlichen Pouch-Zellen vor mechanischen Beschädigungen zu schützen, sind sie in parallel zueinander angeordneten Batteriezellrahmen aufgenommen, die wegen der fertigungsbe- dingten Dickenschwankungen sowie der beim Laden und Entladen auftretenden Dickenän- derungen der Pouch-Zellen als Abstandselement, auch Spacer genannt, ausgebildet sind.

Ein solcher Batteriezellrahmen ist aus der DE 10 201 1 120 51 1 A1 bekannt. Er weist rand- seitige Rahmenbereiche und einen eine jeweilige Stirnseite der Zelle abdeckenden Mittelbe- reich in Form einer plattenartigen Rahmenfüllung auf, die die Pouch-Zellen voneinander trennt und Bewegungen der Pouch-Zellen, die im Fährbetrieb durch Stöße und Vibrationen entstehen, dämpft. Der Batteriezellrahmen ist im 1 K-Spritzgiessverfahren hergestellt. Nach- teilig ist, dass der dünnwandige Mittelbereich insbesondere bei größer dimensionierten Batteriezellrahmen beim Spritzgießen nicht mehr einwandfrei verfüllt werden kann. Durch den großen Wanddickenunterschied zwischen den Rahmenbereichen und der Rahmenfüllung kann es aufgrund von Schwindungsverzug zu Planlagefehlern kommen, die den Verbau der Batteriezellrahmen behindern.

In der WO 2014 027 853 A1 ist ein Rahmenelement aus Kunststoff mit einem eingelegten Kühlkörper als Rahmenfüllung dargestellt und beschrieben, wobei der Kühlkörper aus zwei aufeinanderliegenden und Belüftungskanäle zwischen sich ausbildenden Metallblechen gebildet ist. Zwei Lagen Metallbleche beanspruchen Platz und Gewicht und weisen keine dämpfenden Eigenschaften auf.

Zur Stützung der Pouch-Zellen untereinander schlägt die DE 10 2013 020 863 A1 eine elastische, innerhalb der Rahmeninnenfläche angeordnete Spannmatte vor, die entweder lose o- der mit der Rahmeninnenseite verklebt und/oder formschlüssig verbunden ist. Die Spann- matten erfordern zusätzliche Montage- bzw. Fügeschritte.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Batteriezellrahmen bereitzustellen, weicher den kosten- günstigen Aufbau einer kompakten und leichten Batterie ermöglicht und insbesondere die Skalierung zu größeren Zelldimensionen erlaubt.

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Batteriezellrahmen nach Anspruch 1. Vorteilhafte Aus- gestaltungen der Erfindung sind den auf diesen Anspruch rückbezogenen Unteransprüchen sowie der nachfolgenden Figurenbeschreibung zu entnehmen.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Rahmenfüllung von einer Thermoplastplatte ge bildet ist, die im Randbereich zumindest bereichsweise unter Ausbildung des Rahmenteils umspritzt ist. Ein solches aus einer Platte oder einer Folie entnommenes Einlegeteil für die Rahmenfüllung kann in dünner Wandstärke bereitgestellt werden, sodass die Wandstärke der Rahmenfüllung gegenüber einer einstückig mit dem Rahmenteil gespritzten Rahmenfül- lung reduziert werden kann. Neben einer dadurch ermöglichten reduzierten Aufbauhöhe ver- ringert sich dadurch auch das Gewicht des einzelnen Batteriezellrahmens, wodurch beim Verbau von mitunter mehreren hundert Zellen und Zellrahmen in einer Traktionsbatterie mehrere Zentimeter Baulänge und Kilogramm Gewicht eingespart werden können. Die Ther- moplastplatte kann aus einem Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Polyethylenterephthalat (PET) oder einem anderen thermoplastischen Kunststoff gebildet sein und unverstärkt oder verstärkt sein. Die elastisch nachgiebige Thermoplastplatte verfügt über gute Dämpfungsei- genschaften, um die im Fährbetrieb auftretenden Bewegungen der Zellen innerhalb der Bat- terie zu dämpfen, während der umspritzte Rahmenteil besonders fest und steif ausgebildet sein kann. Weiter bietet die vorgefertigte Thermoplastplatte, die vorzugsweise aus einer end- los hergestellten Folie ausgeschnitten oder ausgestanzt wird, die Gewähr einer lochfreien Oberfläche, die zudem besonders glatt ausgeführt sein kann, sodass die Zelle bei möglichen Relativbewegungen zwischen Zelle und Rahmenfüllung nicht beschädigt wird. Durch die Ver wendung vorgefertigter Thermoplastplatten als Einlegeteil im Insert-Spritzgießverfahren kann der umspritzte Rahmenteil des Batteriezellrahmens von größerer Wandstärke ausgeführt werden, ohne dass sich z.B. auftretender Verzug negativ auf das Planlageverhalten auswirkt. Dabei ist es unerheblich in welchen Dimensionen der Batteriezellrahmen gefertigt werden soll, sodass die Batteriezellrahmen ohne weiteres zu größeren Zelldimensionen skalierbar sind. Der Kunststoff des um die Thermoplastplatte gespritzten Rahmenteiis kann derart auf den Kunststoff der Thermoplastplatte abgestimmt sein, dass sich eine feste stoffschlüssige Verbindung ergibt. Die elektrochemischen Zellen sind entweder in Fächern, die sich aus jeweils zwei aneinander angeordneten Batteriezellrahmen ergeben, eingesetzt oder sie wer- den an den Batteriezellrahmen festgelegt, z.B. durch Verkleben. Weiter können die Batterie- zellrahmen an Tragschienen des Batteriegehäuses angeordnet sein und/oder sie sind durch Zuganker, die durch die Rahmenteile geführt sind, miteinander verspannt. In bevorzugter Weise besteht die Thermoplastplatte aus einem verstärkten Kunststoff. Die Festigkeitswerte und insbesondere die Verwindungssteifigkeit sind dadurch verbessert. Als Verstärkung können Fasern und/oder Bändchen, insbesondere endlos in der Thermoplastplatte vorliegen.

Bevorzugt wird eine eigenverstärkte Thermoplastplatte als Rahmenfüllung verwendet, bei der vorzugsweise endlose, thermoplastische Fasern oder Bändchen in einer materialidenti- schen Matrix eingesetzt sind. Das Gewicht kann dadurch im Vergleich zu fremdfaserverstärktem Material, beispielsweise einer Glasfaserverstärkung nochmals verringert werden. Außerdem ist bei eigenverstärkten Thermoplasten, wie z.B. aus Polypropylen oder Polyethy- len, ein Splittern auch bei niedrigsten Temperaturen praktisch ausgeschlossen, was bei ei- nem sicherheitsrelevanten Bauteil wie der Batterie von Vorteil ist. Ein weiterer Vorteil der mit Endlosbändchen eigenverstärkten Thermoplastplatte ist ihre glatte Oberfläche ohne vorstehende Faserenden, die die Außenfolie der elektrochemischen Zellen beschädigen könnten.

Bevorzugt besteht die Verstärkung der eigenverstärkten Thermoplastplatte aus mehreren übereinanderliegenden Gewebelagen aus vorzugsweise bidirektional verlegten Endlosbändchen, die zumindest monoaxial gereckt sind. Durch das Recken richten sich aus mikroskopischer Sicht die Molekülketten aus, wodurch sich die makroskopischen Materialeigenschaften hinsichtlich Festigkeit, Elastizitätsmodul, Temperaturbeständigkeit und Schwindung verbes- sern. Durch eine biaxiale Reckung in Verbindung mit der bidirektionalen Verlegung der End- losbändchen werden die richtungsabhängigen Materialeigenschaften vergleichmäßigt. Bevorzugt weist die verstärkte Thermoplastplatte eine Plattendicke zwischen 0,2 mm und 1 ,0 mm, vorzugsweise zwischen 0,35 mm und 0,66 mm auf.

Bevorzugt sind die nicht umspritzten, freiliegenden Kanten der Thermoplastplatte zumindest bereichsweise geglättet, indem gegebenenfalls abstehende Fasern oder andere Unregelmä- ßigkeiten an der Schnitt- bzw. Stanzkante beispielsweise durch einen Prägevorgang und/o- der eine Wärmebehandlung vor, während oder nach dem Spritzgießen des Rahmenteils ein- geebnet werden. Hierdurch wird eine Beschädigung der Zellen vermieden und außerdem eine einwandfreie Anlage der geglätteten Kante an einem Temperierelement der Batterie ermöglicht.

Zur Erhöhung des Flammschutzes, der Durchschlagfestigkeit und/oder der thermischen Leit- fähigkeit können der vorzugsweise elektrisch isolierenden Thermoplastplatte entsprechende Additive beigemischt sein.

Bevorzugt im Randbereich der Thermoplastplatte eingebrachte Ausnehmungen können für eine einwandfreie Positionierung der Thermoplastplatte beim Insert-Spritzgießen genutzt werden. Über entsprechend ausgeformte Ausnehmungen kann außerdem zusätzlich zur stoffschlüssigen eine formschlüssige Verbindung der Thermoplastplatte mit dem umspritzten Rahmenteil erzielt werden.

Mit dem Vorteil einer verbesserten Aussteifung des Batteriezellrahmens kann die Thermo- plastplatte mit sickenförmigen Aussteifungen versehen sein. Bevorzugt weist die Thermo- plastplatte eine durch Thermoformen gebildete Profilierung und/oder Abkantungen auf. Hier- durch können an dem Batteriezellrahmen benötigte Rahmenbereiche bereits an der vorge fertigten Thermoplastplatte geschaffen werden, sodass diese dann nicht mehr angespritzt werden müssen.

Mit den Vorteilen einer festeren stoffschlüssigen Verbindung und verbesserter Rezyklierbar- keit kann das umspritzte Kunststoff material des Rahmenteils identisch zum Material der Thermoplastplatte sein. Bevorzugt ist das umspritzte Kunststoffmaterial des Rahmenteils fa serverstärkt, vorzugsweise glasfaserverstärkt, mit einem Faseranteil größer oder gleich 30%, vorzugsweise größer oder gleich 50%. Hierdurch kann ein besonders fester und steifer Rah- menteil geschaffen werden.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschrei- bung zu entnehmen. Einzelne technische Merkmale der nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele können auch in Kombination mit vorbeschriebenen Ausführungsbeispielen sowie den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche und etwaiger weiterer Ansprüche zu er- findungsgemäßen Gegenständen kombiniert werden. Sofern sinnvoll, werden funktionell gleichwirkende Elemente mit identischen Bezugsziffern versehen. Es zeigen

Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Batteriezellrahmen zur Aufnahme einer elektrochemi- schen Zelle;

Fig. 2 eine Thermoplastplatte als Einlegeteil für die Rahmenfüllung des Batteriezellrah- mens;

Fig. 3 ein Detail von der Thermoplastplatte.

Die Fig. 1 zeigt in perspektivischer Ansicht einen für die Aufnahme einer elektrochemischen Zelle vorgesehenen Batteriezellrahmen 1 , aufweisend einen zumindest bereichsweise um laufenden, äußeren Rahmenteil 2 aus Kunststoff und eine plattenartige Rahmenfüllung 3.

Der Rahmenteil 2 umfasst dabei verschiedene Anlageflächen 2a und Befestigungsbohrun- gen 2b zur Anordnung der Batteriezellrahmen an Tragschienen einer nicht weiter dargestell- ten Traktionsbatterie, wobei die Batteriezellrahmen parallel zueinander angeordnet werden und sich über entsprechende Anlageflächen 2c gegenseitig abstützen. Positionierhilfen 2d sichern die lagerichtige Anordnung ab. Anschlüsse der elektrochemischen Zellen werden durch Ausnehmungen 2e nach außen geführt und mit weiteren Zellen verschaltet.

Erfindungsgemäß ist die Rahmenfüllung 3 von einer im Insert-Spritzgießprozess eingelegten Thermoplastplatte 3 gebildet und im vorliegenden Ausführungsbeispiel an drei Seiten von dem Rahmenteil 2 umspritzt. Bei der Thermoplastplatte 3 handelt es sich um einen wasser- strahlgeschnittenen Zuschnitt aus einer eigenverstärkten Polypropylen-Platte bzw. -Folie. Die nicht umspritzte, freiliegende Kante 3a ist durch ein Verpressen im Spritzgießwerkzeug unter Wärmezufuhr geglättet, sodass allenfalls vom Wasserstrahlbeschnitt noch vorliegende Aus- fransungen eingeebnet sind. Dadurch ist eine einwandfreie Anlage der Kante 3a an einem Temperierelement der Batterie zur Wärmeleitung gegeben.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich weist die Thermoplastplatte 3 erste Ausnehmungen 3b im Randbe- reich auf, über die die Thermoplastplatte 3 im Spritzgießwerkzeug positioniert und gehalten werden kann. Zweite Ausnehmungen 3c ermöglichen eine formschlüssige Verbindung der Thermoplastplatte 3 mit dem umspritzten Rahmenteil 2. In einer Weiterausgestaltung gemäß Fig. 3 ist die Thermoplastplatte 3 in ihrer Oberfläche mit thermogeformten Sicken 3d verse- hen, die zu einer Versteifung der vergleichsweise dünnen Rahmenfüllung 3 und damit des Batteriezellrahmens 1 insgesamt beitragen.