Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit der Antriebsbatterie.

Eine Antriebsbatterie (auch als Hochvoltspeicher, Traktionsbatterie oder Zyklenbatterie bezeichnet) ist ein Akkumulator, der primär dazu bestimmt ist, die für den Vortrieb sorgenden Elektromotoren in Elektrofahrzeugen mit elektrischer Energie zu versorgen. Dazu zählen auch die Puffer-Batterien in Brennstoffzellen-Fahrzeugen und bei Hybridantrieben.

Solche Antriebsbatterien weisen wenige bis tausende parallel und seriell zusammengeschaltete Akkumulator-Zellen oder Zellenblöcke auf. Zum Zusammenschalten bzw. elektrischen Verbindern der einzelnen Akkumulator-Zellen werden sog. Zellverbinder bzw. Busbars genutzt.

In diesem Zusammenhang schlägt die DE 10 2009 050 316 A1 vor, um einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden eines ersten Zellterminals einer ersten elektrochemischen Zelle und eines zweiten Zellterminals einer zweiten elektrochemischen Zelle einer elektrochemischen Vorrichtung zu schaffen, welcher eine zuverlässige und betriebssichere Verbindung der Zellterminals ermöglicht, dass der Zellverbinder einen ersten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit dem ersten Zellterminal, einen zweiten Kontaktabschnitt zum Verbinden mit dem zweiten Zellterminal und einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsbereich, der den ersten Kontaktabschnitt und den zweiten Kontaktabschnitt miteinander verbindet und eine Bewegung dieser Kontaktabschnitte relativ zueinander ermöglicht, umfasst.

Die DE 10 2018 219 478 A1 beschreibt ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines Terminals einer Batteriezelle mit mindestens einem Zellverbinder mittels Widerstandschweißen, wobei ein elektrisch leitfähiger erster Zellverbinder auf das Terminal der Batteriezelle aufgelegt wird, und eine erste Schweißelektrode auf den ersten Zellverbinder aufgesetzt wird, und eine zweite Schweißelektrode derart in elektrischen Kontakt zu dem Terminal gebracht wird, dass ein Schweißstrom von der ersten Schweißelektrode durch den ersten Zellverbinder und durch das Terminal zu der zweiten Schweißelektrode fließt, wodurch der erste Zellverbinder mittels Widerstandschweißen mit dem Terminal der Batteriezelle verbunden wird.

Vor dem Hintergrund dieses Standes der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung darin, eine Vorrichtung anzugeben, welche geeignet ist, den Stand der Technik zu bereichern.

Gelöst wird die Aufgabe durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die Unteransprüche und der nebengeordnete Anspruch haben optionale Weiterbildungen der Erfindung zum Inhalt.

Danach wird die Aufgabe durch eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug gelöst. Dabei kann es sich um eine eingangs beschriebene gattungsgemäße Antriebsbatterie handeln. Denkbar ist, dass die Antriebsbatterie Spannungen in einem Bereich von 400 V bis 800 V bereitstellen kann.

Die Antriebsbatterie umfasst mehrere Akkumulator-Zellen, einen Zellverbinder, der die Akkumulator-Zellen elektrisch miteinander verbindet, und ein Montageboard, das auf den Akkumulator-Zellen angebracht ist und den Zellverbinder aufnimmt.

Unter den Akkumulator-Zellen können elektrochemische Zellen verstanden werden, welche ausgestaltet sind, um wiederholt mittels elektrischer Energie aufgeladen zu werden, diese Energie zu speichern und die gespeicherte Energie im Betrieb der Antriebsbatterie abzugeben.

Bei dem Zellverbinder handelt es sich um ein aus elektrisch leitendem Material hergestelltes Bauteil, welches die einzelnen Akkumulator-Zellen in Serie und/oder parallel zueinander schaltet.

Bei dem Montageboard kann es sich um ein aus Kunststoff, z.B. mittels Spritzguss, hergestelltes und damit nicht leitendes Bauteil handeln. Das Montageboard dient bei der Montage der Antriebsbatterie der Positionierung des Zellverbinders relativ zu den Akkumulator-Zellen. Im Betrieb der Antriebsbatterie stützt das Montageboard den Zellverbinder mechanisch ab.

Der Zellverbinder weist eine Welle auf, die auf einem Steg des Montageboards gelagert ist.

Mit anderen Worten, der Zellverbinder weist mit der Welle ein Element reduzierter Steifigkeit auf, welches der Kompensation von Toleranzen und Betriebslasten (Zell- swelling, Vibration, thermischer Ausdehnung) dient. Die Welle setzt daher die auf die Verbindungsstelle zur Zelle (z.B. Schweißnaht) wirkenden Kräfte herab.

Unter der Welle kann ein Abschnitt verstanden werden, in dem der Zellverbinder einen im Wesentlichen U-förmigen Querschnitt aufweist.

Ein Spalt zwischen der Welle und dem Steg des Montageboards ist kleiner als 1 mm, optional kleiner als 0,5 mm oder kleiner als 0,3 mm.

Der Spalt zwischen der Welle und dem Montageboard ist damit so klein, dass bei einem Verschäumen der Antriebsbatterie kein Schaum zwischen die Welle und das Montageboard eindringt bzw. fließt und dann zwischen den beiden Bauteilen aushärtet. Damit kann ein mechanischer Selbstschutz dieses im Vergleich zum restlichen Zellverbinder filigranen Teilbereichs erzielt werden, da dort keine mechanische Verbindung des Zellverbinders zum Montageboard entsteht.

Nachfolgend werden mögliche Weiterbildungen der oben beschriebenen Antriebsbatterie im Detail erläutert.

Der Zellverbinder kann im Bereich der Welle eine Querschnittsverjüngung aufweisen, um so eine Schmelzsicherung zu bilden. Damit kann im Betrieb der Antriebsbatterie ein Ausbreiten eines sog. „thermal runaway“ zwischen den Zellen vermieden werden.

Die Querschnittsverjüngung kann durch ein Durchgangsloch im Bereich der Welle ausgebildet sein. Dies ist eine platzsparende Lösung zum Ausbilden der Schmelzsicherung. Insbesondere kann das Montageboard einen quaderförmigen Block aufweisen, der in dem Durchgangsloch angeordnet ist und die Welle in einer Richtung überragt, die senkrecht auf den Akkumulator-Zellen steht.

Dieser Block des Montageboards kann demnach platzsparend durch die Öffnung in der Welle, welche auch als Fuse bezeichnet werden kann, hindurchragen und so diese mechanisch relativ empfindliche Komponente vor Lasten schützen.

Ein Spalt zwischen der Welle und dem quaderförmigen Block des Montageboards kann kleiner als 1 mm sein.

Damit ist auch dieser Spalt zwischen der Welle und dem Montageboard so klein, dass bei einem Verschäumen der Antriebsbatterie kein Schaum zwischen die Welle und den Block des Montageboards eindringt bzw. fließt und dann zwischen den beiden Bauteilen aushärtet. Damit kann der oben beschriebene mechanische Selbstschutz dieses im Vergleich zum restlichen Zellverbinder filigranen Teilbereichs weiterhin erzielt werden, da auch hier keine mechanische Verbindung des Zellverbinders zum Montageboard entsteht.

Die Querschnittsverjüngung kann solche Dimensionen aufweisen, dass die Welle im Betrieb der Antriebsbatterie eine Temperatur größer 80 °C, optional größer 100 °C, erreicht.

An der Fuse bzw. Welle können durch diese hohen Temperaturen die mechanischen Eigenschaften des Materials des Zellverbinders in günstiger Art und Weise herabgesetzt werden, da das Material hier weicher wird und so weniger Last auf die Verbindungsstellen des Zellverbinders zur jeweiligen Zelle wirkt. Zudem können durch diese Temperaturen werkstoffliche Phänomene auftreten, die die mechanische Performance und Lebensdauer weiter positiv beeinflussen können. Beispielsweise können erhöhte Kriechneigungen resultieren, wodurch mechanische Spannungen insbesondere von langzeitigen Veränderungen (z.B. Toleranzen und Swelling) abgebaut werden können. Die geringen Querschnitte im Bereich der Welle können die Wirksamkeit der Welle als Kompensationselement zusätzlich erhöhen. Die Antriebsbatterie kann ein Gehäuse und einen Polymerschaum aufweisen, mit dem der Zellverbinder bezüglich dem Gehäuse verschäumt ist.

Mit anderen Worten, denkbar ist eine Verschäumung der Akkumulator-Zellen und/oder des Zellverbinders bzgl. des (Hochvoltspeicher-) Gehäuses. Insbesondere in Kombination mit der Welle, welche im Betrieb die hohen Temperaturen (z.B. größer 100°C bis 150°C) erreicht, kann mit der offenbarungsgemäßen Antriebsbatterie ein potentiell und/oder partiell anhaftender Schaum sozusagen frei gebrannt bzw. geschmolzen werden. Gemeint ist damit, dass der Schaum seine mechanischen Eigenschaften verliert (z.B. ab der Glasübergangstemperatur von Polyuretan- Werkstoffen bei ca. 80°C). Dadurch kann sich die Welle selbst vor derartigen ungünstigen, zusätzlichen mechanischen Lasteinträgen schützen.

Denkbar ist, dass ein Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse die oben beschriebenen Spaltmaße aufweist, d.h. kleiner als 1 mm, optional kleiner als 0,5 mm oder kleiner als 0,3 mm, ist.

Damit ist auch dieser Spalt zwischen der Welle und dem Gehäuse, insbesondere einem Gehäuseoberteil, so klein, dass bei einem Verschäumen der Antriebsbatterie kein Schaum zwischen die Welle und das Gehäuse eindringt bzw. fließt und dann zwischen den beiden Bauteilen aushärtet. Damit kann der oben beschriebene mechanische Selbstschutz dieses im Vergleich zum restlichen Zellverbinder filigranen Teilbereichs weiterhin erzielt werden, da auch hier keine mechanische Verbindung des Zellverbinders zum Gehäuse entsteht.

Der Zellverbinder kann mit den einzelnen Akkumulator-Zellen verschweißt sein. Denkbar ist, dass das Montageboard aus einem Kunststoff hergestellt ist.

Ferner wird ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das eine oben beschriebene Antriebsbatterie aufweist.

Bei dem Kraftfahrzeug kann es sich um ein einspuriges oder zweispuriges Kraftfahrzeug handeln. Denkbar ist, dass es sich bei dem Kraftfahrzeug um einen Personenkraftwagen, wie z.B. ein Automobil, und/oder ein Nutzfahrzeug, wie z.B. einen Lastkraftwagen, handelt.

Die Antriebsbatterie kann zu einem Elektromotor des Kraftfahrzeugs verbunden sein und ausgestaltet sein, um diesen im Betrieb der Antriebsbatterie mit elektrischer Energie zu versorgen. Der Elektromotor kann ausgestaltet sein, um das Kraftfahrzeug mittels der von der Antriebsbatterie erhaltenen elektrischen Energie anzutreiben.

Das oben mit Bezug zur Antriebsbatterie Beschriebene gilt analog auch für das Kraftfahrzeug und umgekehrt.

Nachfolgend wird eine Ausführungsform mit Bezug zu Figur 1 beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch, in einer Draufsicht eine Antriebsbatterie für ein Kraftfahrzeug, wobei zu Erklärungszwecken ein Teilbereich der Antriebsbatterie vergrößert dargestellt ist.

In Figur 1 ist ein kartesisches Koordinatensystem dargestellt, dessen X-Achse entlang einer Kraftfahrzeuglängsrichtung X verläuft, dessen Y-Achse entlang einer Kraftfahrzeugbreitenrichtung Y verläuft und dessen Z-Achse entlang einer Kraftfahrzeughöhenrichtung Z verläuft. Die drei Achsen bzw. Richtungen stehen jeweils senkrecht aufeinander. Die Kraftfahrzeuglängsrichtung X und die Kraftfahrzeugbreitenrichtung Y spannen eine im Wesentlichen horizontale Ebene auf, auf der die im Wesentlichen parallel zu einer Vertikalen verlaufende Kraftfahrzeughöhenrichtung Z senkrecht steht. Die Kraftfahrzeuglängsrichtung X verläuft von einer Front zu einem Heck des (nicht weiter dargestellten) Kraftfahrzeugs.

Wie sich aus der Draufsicht rechts in Figur 1 ergibt, umfasst die Antriebsbatterie 1 für das Kraftfahrzeug mehrere Akkumulator-Zellen 2, mehrere Zellverbinder 3, die die Akkumulator-Zellen 2 jeweils elektrisch miteinander verbinden, und ein als Kunststoff- Spritzgussteil ausgeführtes Montageboard 4, das auf den Akkumulator-Zellen 2 angebracht ist und die Zellverbinder 3 aufnimmt. Wie sich insbesondere aus der linken Darstellung in Figur 1 ergibt, welche einen Ausschnitt der Antriebsbatterie 1 vergrößert darstellt, weist der Zellverbinder 3 für jede Verbindungsstelle 9 (vorliegend eine Schweißverbindung), zu einer der Akkumulatorzellen 2 eine Welle bzw. einen wellenförmigen Abschnitt 5 auf, die bzw. der auf einem Steg 6 des Montageboards 4 gelagert ist.

Um die Welle 5 und damit den Zellverbinder 3 in dem Abschnitt, in dem die Welle 5 ausgebildet ist, von dem Steg 6 und damit von dem Montageboard 4 mechanisch zu entkoppeln, ist ein umlaufender Spalt zwischen der Welle 5 und dem Steg 6 des Montageboards 4 vorgesehen, der jedoch einen Abstand kleiner als 1 mm zwischen dem Steg 6 und der Welle 5 erzeugt.

Der Zellverbinder 3 weist in dem Bereich, in dem die Welle 5 ausgebildet ist, ein Durchgangsloch 7 auf, sodass in diesem Bereich eine Querschnittsverjüngung des Zellverbinders 3 in der Kraftfahrzeugbreitenrichtung Y resultiert und der Bereich, in dem die Welle 5 ausgebildet ist, als eine Schmelzsicherung dient.

In dem Durchgangsloch 7 ist platzsparend ein im Wesentlichen quaderförmigen Block 8 als Teil des Montageboards 4 ausgebildet, der die Welle 5 in der Kraftfahrzeughöhenrichtung Z überragt und so einen Lasteintrag von oben auf die Welle 5 verhindert oder zumindest vermindert.

Ebenso wie zu dem Steg 6 ist auch ein Spalt zwischen der Welle 5 und dem quaderförmigen Block 8 des Montageboards 4 ausgebildet, welcher kleiner als 1 mm ist und die Welle 5 von dem Block 8 des Montageboards 4 mechanisch entkoppelt.

Die oben beschriebene Antriebsbatterie 1 wird bei einer Montage mit einem (nicht dargestellten) Gehäuse versehen und zwischen das Gehäuse, insbesondere einem oberen Teil des Gehäuses, und die Antriebsbatterie 1 wird ein flüssiger Polymerschaum, z.B. aufweisend Polyurethan, eingebracht, welcher expandiert und aushärtet. Aufgrund des geringen Spaltmaßes zwischen der Welle 5 und dem Steg 6 sowie dem Block 8 des Montageboards 4 dringt in diese Spalte kein Polymerschaum ein und die mechanische Entkopplung bleibt auch nach dem Verschäumen bestehen. Denkbar ist auch einen Spalt zwischen der Welle 5 und dem Gehäuse so zu wählen wie oben beschrieben, d.h. kleiner 1 mm, dass auch zwischen die Welle 5 und das Gehäuse kein Polymerschaum eindringt und auch hier eine mechanische Entkopplung vorliegt. Diese mechanische Entkopplung entlastet u.a. den Zellverbinder 3 und ein Bauteilversagen im späteren Fährbetrieb des Kraftfahrzeugs kann vermieden werden. Um die mechanische Entkopplung darüber hinaus sicherzustellen, weist das die Querschnittsverjüngung bildende Durchgangsloch 7 solche Dimensionen auf, dass die Welle im Betrieb der Antriebsbatterie 1 eine Temperatur größer 80°C erreicht. Damit verliert der Polymerschaum im Bereich der Welle 5 im Wesentlich seine Adhäsionskraft und die Welle 5 ist freiliegend in dem Polymerschaum gelagert.

Bezugszeichenliste

1 Antriebsbatterie 2 Akkumulator-Zellen

3 Zellverbinder

4 Montageboard

5 Welle

6 Steg 7 Durchgangsloch

8 Block

9 Verbindungsstelle

X Kraftfahrzeuglängsrichtung Y Kraftfahrzeugbreitenrichtung

Z Kraftfahrzeughöhenrichtung