DE102019211907A1 - Battery module with a plurality of battery cells and use of such a battery module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen (20), welche in einem Innenraum (3) eines aus Kunststoff (5) ausgebildeten Gehäuses (4) des Batteriemoduls (1) aufgenommen sind, wobei der Innenraum (3) gegenüber einer Umgebung (6) des Batteriemoduls (1) fluiddicht abgedichtet ausgebildet ist, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin eine Mehrzahl an Fasern (8, 9) umfassendes Faserverbundelement (7) aufweist, welches zu einer mechanischen Verspannung der Mehrzahl an Batteriezellen (2) oder des Gehäuses (4) ausgebildet ist.The invention relates to a battery module with a plurality of battery cells (2), in particular lithium-ion battery cells (20), which are accommodated in an interior (3) of a housing (4) of the battery module (1) made of plastic (5), wherein the interior (3) is designed to be fluid-tightly sealed against the surroundings (6) of the battery module (1), the battery module (1) furthermore having a plurality of fiber composite elements (7) comprising fibers (8, 9), which create mechanical bracing the plurality of battery cells (2) or the housing (4) is formed.
Description
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines solchen Batteriemoduls.The invention is based on a battery module with a plurality of battery cells according to the preamble of the independent claim. The present invention also relates to the use of such a battery module.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.It is known from the prior art that battery modules can consist of a plurality of individual battery cells, which can be connected to one another in series and / or parallel in an electrically conductive manner, so that the individual battery cells are interconnected to form the battery module.
Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. Batteriesystemen zusammengeschaltet.Furthermore, such battery modules are interconnected to form batteries or battery systems.
Weiterhin ist es bekannt, dass Batteriemodule ein aus Kunststoff ausgebildetes Gehäuse umfassen. Aufgrund von Veränderungen der Umgebungsbedingungen wie Temperatur oder Feuchte verändert ein solcher Kunststoff seine mechanischen Eigenschaften. Insbesondere reduziert sich die Festigkeit und das Kriechverhalten als Längenänderung unter konstanter mechanischer Last beschleunigt sich.It is also known that battery modules comprise a housing made of plastic. Such a plastic changes its mechanical properties due to changes in ambient conditions such as temperature or humidity. In particular, the strength is reduced and the creep behavior as a change in length under constant mechanical load is accelerated.
Üblicherweise verformen sich Batteriezellen während ihrer Lebenszeit mechanisch, sodass diese Verformung eine mechanische Last auf das Gehäuse des Batteriemoduls ausübt. Selbstverständlich können solche Gehäuse auch aus Aluminium oder Stahl oder ähnlichen Werkstoffen ausgebildet sein.Battery cells usually deform mechanically during their lifetime, so that this deformation exerts a mechanical load on the housing of the battery module. Of course, such housings can also be made of aluminum or steel or similar materials.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass einer Verformung eines Gehäuses des Batteriemoduls zuverlässig entgegengewirkt werden kann. Insbesondere kann eine Funktionstrennung der Funktionen der mechanischen Lastaufnahme und des Abdichtens des Gehäuses ausgebildet werden.A battery module with a plurality of battery cells with the features of the independent claim offers the advantage that a deformation of a housing of the battery module can be reliably counteracted. In particular, the functions of mechanical load absorption and sealing of the housing can be functionally separated.
Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei bevorzugt als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet.For this purpose, a battery module with a plurality of battery cells is made available. The battery cells are preferably designed as lithium-ion battery cells.
Die Mehrzahl an Batteriezellen ist dabei in einem Innenraum eines Gehäuses des Batteriemoduls aufgenommen. Das Gehäuse des Batteriemoduls ist dabei aus Kunststoff ausgebildet. Weiterhin ist der Innenraum gegenüber einer Umgebung des Batteriemoduls fluiddicht abgedichtet ausgebildet.The plurality of battery cells is accommodated in an interior of a housing of the battery module. The housing of the battery module is made of plastic. Furthermore, the interior is designed to be fluid-tight against the surroundings of the battery module.
Dabei weist das Batteriemodul weiterhin zumindest ein Faserverbundelement auf, welches eine Mehrzahl an Fasern umfasst. Das Faserverbundelement ist dabei zu einer mechanischen Verspannung der Mehrzahl an Batteriezellen oder des Gehäuses ausgebildet.The battery module furthermore has at least one fiber composite element which comprises a plurality of fibers. The fiber composite element is designed to mechanically brace the plurality of battery cells or the housing.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim possible.
Die Mehrzahl an Fasern können dabei ausgewählt sein aus Kohlenstofffasern, Glasfasern, Aramidfasern, Basaltfasern und/oder Naturfasern. Bevorzugt ist die Mehrzahl an Fasern dabei ausgewählt aus Kohlenstofffasern und/oder Glasfasern.The majority of fibers can be selected from carbon fibers, glass fibers, aramid fibers, basalt fibers and / or natural fibers. The majority of fibers are preferably selected from carbon fibers and / or glass fibers.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Faserverbundelement die Funktion der mechanischen Lastaufnahme übernimmt, sodass keine nennenswerte Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften des aus Kunststoff ausgebildeten Gehäuses des Batteriemoduls durch die Umgebungsbedingungen ausgebildet ist. Es ist somit möglich, weiterhin ein vergleichbar kostengünstiges Gehäuse aus Kunststoff zu verwenden.At this point it should be noted that the fiber composite element takes on the function of mechanical load absorption, so that the mechanical properties of the housing of the battery module made of plastic are not influenced by the ambient conditions. It is thus possible to continue to use a comparably inexpensive plastic housing.
Des Weiteren sei an dieser Stelle angemerkt, dass umlaufend auch dahingehend verstanden sein soll, dass umlaufend auch teilweise umlaufend umfasst. Insbesondere kann das Faserverbundelement bspw. auch nur an die Längsseiten oder nur an den Stirnseiten des Batteriemoduls umlaufend angeordnet sein.Furthermore, it should be noted at this point that circumferential should also be understood to mean that circumferential also partially encompasses circumferential. In particular, the fiber composite element can, for example, also be arranged circumferentially only on the longitudinal sides or only on the front sides of the battery module.
Von Vorteil ist es, wenn das zumindest eine Faserverbundelement außerhalb des Gehäuses des Batteriemoduls angeordnet ist. Weiterhin ist das Faserverbundelement dabei das Gehäuse des Batteriemoduls umlaufend angeordnet. Aufgrund dessen ist das Gehäuse des Batteriemoduls mechanisch verspannt. Eine solche Ausbildung bietet den Vorteil einer vergleichbar einfachen Anordnung und zuverlässigen mechanischen Anbindung.It is advantageous if the at least one fiber composite element is arranged outside the housing of the battery module. Furthermore, the fiber composite element is arranged around the housing of the battery module. Because of this, the housing of the battery module is mechanically tensioned. Such a design offers the advantage of a comparatively simple arrangement and a reliable mechanical connection.
Weiterhin ist es auch von Vorteil, wenn das zumindest eine Faserverbundelement innerhalb des Gehäuses des Batteriemoduls angeordnet ist. Weiterhin ist das Faserverbundelement dabei die Mehrzahl an Batteriezellen des Batteriemoduls umlaufend angeordnet. Aufgrund dessen ist die Mehrzahl an Batteriezellen des Batteriemoduls mechanisch verspannt. Eine solche Ausbildung bietet den Vorteil, dass die Mehrzahl an Batteriezellen bereits vor der Anordnung innerhalb des Gehäuses mechanisch miteinander zu einer Einheit verspannt werden kann.Furthermore, it is also advantageous if the at least one fiber composite element is arranged within the housing of the battery module. Furthermore, the fiber composite element is arranged around the plurality of battery cells of the battery module. Because of this, the majority of battery cells of the battery module are mechanically braced. Such a design offers the advantage that the plurality of battery cells can be mechanically clamped together to form a unit before they are arranged within the housing.
An dieser Stelle sei bemerkt, dass die Mehrzahl an Batteriezellen insbesondere prismatisch ausgebildet sind bzw. dass die jeweiligen Gehäuse der Mehrzahl an Batteriezellen prismatisch ausgebildet sind. Des Weiteren sind die Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls mit ihren jeweils größten Seitenflächen benachbart zueinander angeordnet.At this point it should be noted that the majority of battery cells are particularly prismatic are formed or that the respective housing of the plurality of battery cells are formed prismatic. Furthermore, the battery cells are arranged in a longitudinal direction of the battery module with their respective largest side surfaces adjacent to one another.
Vorteilhafterweiße weist das Batteriemodul weiterhin Endplatten auf, zwischen welchen die Mehrzahl an Batteriezellen unmittelbar angeordnet ist. Dabei ist das zumindest eine Faserverbundelement weiterhin die Endplatten umlaufend angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige mechanische Verspannung ausgebildet werden kann und die Verspannkraft mittels der Endplatten gleichmäßig verteilt werden kann.The battery module advantageously also has end plates, between which the plurality of battery cells is arranged directly. The at least one fiber composite element is also arranged around the end plates. This offers the advantage that reliable mechanical bracing can be established and the bracing force can be evenly distributed by means of the end plates.
Weiterhin ist es dabei vorteilhaft, wenn die Endplatten jeweils eine Aufnahme aufweisen, in welcher das zumindest eine Faserverbundelement aufgenommen ist. Beispielsweise kann dabei eine Endplatte eine Umformung aufweisen. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die Aufnahme als eine Umformung der Endplatte ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass eine einfache Montage und zuverlässige Befestigung des Faserverbundelements an der jeweiligen Endplatte möglich ist.In addition, it is advantageous if the end plates each have a receptacle in which the at least one fiber composite element is received. For example, an end plate can have a deformation. In other words, this means that the receptacle is designed as a deformation of the end plate. This offers the advantage that simple assembly and reliable attachment of the fiber composite element to the respective end plate is possible.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Batteriemodul eine Mehrzahl an Faserverbundelementen auf, welche in einer Höhenrichtung des Batteriemoduls voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Höhenrichtung ist dabei bspw. senkrecht zu der bereits erwähnten Längsrichtung angeordnet. Mittels einer solchen Ausbildung kann die Verspannkraft gleichmäßig verteilt werden.According to a preferred aspect of the invention, the battery module has a plurality of fiber composite elements which are arranged at a distance from one another in a height direction of the battery module. The height direction is arranged, for example, perpendicular to the already mentioned longitudinal direction. By means of such a design, the bracing force can be evenly distributed.
Bevorzugterweise ist das zumindest eine Faserverbundelement gewickelt angeordnet. Insbesondere ist das zumindest eine Faserverbundelement gewickelt um das Gehäuse des Batteriemoduls herum angeordnet. Dies bietet den Vorteil einer einfachen Herstellung.The at least one fiber composite element is preferably arranged in a wound manner. In particular, the at least one fiber composite element is arranged wound around the housing of the battery module. This offers the advantage of simple manufacture.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist das zumindest eine Faserverbundelement in der Art ausgebildet, dass die Mehrzahl an Fasern unidirektional angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass Mehrzahl an Fasern bspw. die Glasfasern und/oder Kohlenstofffasern im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Dadurch kann die mechanische Last vergleichbar noch zuverlässiger aufgenommen werden.According to a preferred aspect of the invention, the at least one fiber composite element is designed in such a way that the plurality of fibers is arranged unidirectionally. In other words, this means that the majority of fibers, for example the glass fibers and / or carbon fibers, run essentially parallel to one another. As a result, the mechanical load can be absorbed even more reliably.
Es ist vorteilhaft, wenn das Faserverbundelement mittels Einwirkung von UV-Strahlung oder Fernwärme ausgehärtet ist. Dadurch kann die Stabilität weiter erhöht werden. Insbesondere kann das Faserverbundelement während der Montage über die Mehrzahl an Batteriezellen geschoben werden.It is advantageous if the fiber composite element is cured by exposure to UV radiation or district heating. This can further increase the stability. In particular, the fiber composite element can be pushed over the plurality of battery cells during assembly.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines eben beschriebenen, erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Dabei wirkt das Faserverbundelement einer mechanischen Verformung der Mehrzahl an Batteriezellen oder des Gehäuses des Batteriemoduls aufgrund von Volumenänderung der Mehrzahl an Batteriezellen entgegen.The present invention also relates to the use of a battery module according to the invention just described. The fiber composite element counteracts a mechanical deformation of the plurality of battery cells or of the housing of the battery module due to a change in volume of the plurality of battery cells.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the description below.
Es zeigt:
-
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, -
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und -
3 eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
-
1 a first embodiment of a battery module according to the invention, -
2 a second embodiment of a battery module according to the invention and -
3 a third embodiment of a battery module according to the invention.
Die in den
Das Batteriemodul
Der Innenraum
Des Weiteren umfasst das Batteriemodul
Gemäß der in der
Gemäß der in der
Gemäß der in der
Bei den Ausführungsbeispielen gemäß
Die zweite und dritte Ausführungsform des Batteriemoduls
Den Ausführungsformen gemäß den
Claims (10)
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DE102019211907.7A DE102019211907A1 (en) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Battery module with a plurality of battery cells and use of such a battery module |
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DE102019211907.7A Pending DE102019211907A1 (en) | 2019-08-08 | 2019-08-08 | Battery module with a plurality of battery cells and use of such a battery module |
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2019
- 2019-08-08 DE DE102019211907.7A patent/DE102019211907A1/en active Pending
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