AT14260U1 - Deckelelement für ein Batteriemodul - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Deckelelement (100) für ein Batteriemodul mit einer Oberseite (102) und einer Innenseite (101), wobei an der Innenseite (101) zumindest eine, bevorzugterweise zwei oder mehr Aufnahmen (112) für ein Kontaktierungselement (123) vorgesehen sind, und die Oberseite (102) zumindest eine, vorzugsweise zwei oder mehr Kontaktierungsöffnungen (110) aufweist, die in die zumindest eine Aufnahme (112) hineinragen, eine Batterie sowie ein Verfahren zur Kontaktierung von Batteriezellen (220).

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft ein Deckelelement für ein Batteriemodul mit einer Oberseite undeiner Innenseite, Batterie mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezel¬len, die vorzugsweise in einem Batteriegehäuse angeordnet sind, sowie ein Verfahren zurelektrischen Verbindung von zumindest zwei Zellpolen zweier in einem Batteriegehäuseangeordneter Batteriezellen mittels zumindest eines Kontaktierungselements, insbesonderemittels einer Stromschiene.

[0002] Die DE 10 2009 058 632 A1 beschreibt eine Busbarplatte für eine Batterie mit einzel¬nen Zellen, umfassend eine Grundplatte aus einem polymeren Material und Stromschienenzur Kontaktierung von Polanschlüssen der Zellen, wobei der Grundplatte eine Lage zurVerbindung der Stromschienen mit einer Überwachungselektronik zugeordnet ist. DiesePlatte ist mehrlagig aufgebaut, wodurch die Montage und der Zusammenbau der Batterieerschwert wird.

[0003] In der WO 2010/081 083 A1 ist eine Halterung für Stromschienen (Busbars) offen¬bart, die auf zwei Zellpole aufgesetzt wird, um anschließend mittels Laser- Schweißens eineelektrisch leitende Verbindung zwischen Stromschiene und Zellpol über ein Verbindungs¬element herzustellen. Auch diese Vorrichtung erfordert eine Vielzahl von Komponenten beimZusammenbau der Batterie.

[0004] Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, dieden Zusammenbau einer Batterie wesentlich erleichtert, insbesondere kostengünstig herzu¬stellen und einfach zu handhaben ist.

[0005] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Deckelelement der eingangs er¬wähnten Art dadurch gelöst, dass an der Innenseite zumindest eine, bevorzugterweise zweioder mehr Aufnahmen für ein Kontaktierungselement vorgesehen sind, und die Oberseitezumindest eine, vorzugsweise zwei oder mehr Kontaktierungsöffnungen aufweist, die in diezumindest eine Aufnahme hineinragen. Dieses Deckelelement kann auf einfache Weisebeispielsweise auf einem Batteriemodul, das eine Vielzahl von Batteriezellen aufweist, die ineinem Stapel angeordnet sind, angebracht werden, wobei das erfindungsgemäße De¬ckelelement die Batteriezellen gegebenenfalls zur Gänze abdeckt. Hierbei sind die Zellpoleder Batteriezellen derart angeordnet, dass eine einfache Kontaktierung der Zellpole durchdie zumindest eine Kontaktierungsöffnung über zumindest ein Kontaktierungselement mög¬lich wird.

[0006] In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die Querschnittsfläche der zumin¬dest einen Kontaktierungsöffnung geringer als die Querschnittsfläche der zumindest einenAufnahme für ein Kontaktierungselement. Diese Maßnahme verringert das Risiko vonelektrischen Überschlägen und erleichtert die punktgenaue Kontaktierung von Zellpolen.

[0007] Eine einfache und kostengünstige Herstellung des erfindungsgemäßen Deckelele¬ments ist gegeben, wenn es aus Kunststoff, vorzugsweise als Spritzgussteil mit einer Kunst¬stoffmatrix gefertigt ist.

[0008] In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist das in der zumindesteinen Aufnahme anordenbare, zumindest eine Kontaktierungselement als Stromschieneausgebildet. Diese sogenannten "Busbars" erlauben eine einfache Kontaktierung der Zellpo¬le und weisen zudem eine hohe Stabilität und Betriebssicherheit in Hinblick auf mechanischeBeanspruchungen auf.

[0009] Eine besonders einfache Handhabung und Anpassung des erfindungsgemäßenDeckelelements wird dadurch erzielt, dass die zumindest eine Stromschiene in die zumin¬dest eine Aufnahme lösbar anordenbar, insbesondere einklipsbar und/oder verschraubbarist.

[0010] Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die zumindest eine Stromschiene in diezumindest eine Aufnahme unlösbar angeordnet, insbesondere eingeklebt oder von derKunststoffmatrix des Deckelelements umspritzt ist.

[0011] In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dassZellspannungsabgriffsleitungen in dem Deckelelement integriert sind. Vorzugsweise sind siedirekt im Kunststoff eingebettet, alternativ können sie auch eingeklebt oder eingeklipst wer¬den.

[0012] Sind die Stromschienen und die Zellspannungsabgriffe bereits im Deckelelementintegriert, können alle Teile in einem durchgängigen Arbeitsschritt, z.B. durch Laserschwei¬ßen, miteinander bzw. mit den Batteriezellen verbunden werden.

[0013] Im Betrieb kann durch defekte Batteriezellen ein Gasaustritt erfolgen. Um ein gerich¬tetes Entweichen des austretenden Gases zu ermöglichen, ist in einerweiteren Variante derErfindung zumindest ein Entgasungskanal vorgesehen.

[0014] In einerweiteren Ausführung der Erfindung ist ein Steuerelement, insbesondere eineSteuerplatine an dem Deckelelement anordenbar. Die gegebenenfalls integrierten Zellspan¬nungsabgriffe können dann beispielsweise direkt auf der Steuerplatine kontaktiert und verlö¬tet sein oder mittels Stecker und Kabel verbunden werden.

[0015] Die Aufgabe wird zudem durch ein Batteriemodul mit dem oben beschriebenen erfin¬dungsgemäßen Deckelelement gelöst, wobei das Deckelelement bevorzugterweise dieBatteriezellen, die vorzugsweise in einem Zellstapel angeordnet sind abdeckt und/oderumfasst.

[0016] Des Weiteren ist ein Verfahren zur elektrischen Verbindung von zumindest zweiZellpolen zweier Batteriezellen mittels zumindest eines Kontaktierungselements, insbeson¬dere mittels einer Stromschiene, vorgesehen, wobei erfindungsgemäß das zumindest eineKontaktierungselement von einer elektrisch nichtleitenden Isolierschicht umgeben ist, und ineinem ersten Schritt in das erfindungsgemäße Deckelelement angeordnet wird, das De¬ckelement in einem zweiten Schritt auf die Batteriezellen positioniert wird, wobei das zumin¬dest eine Kontaktierungselement in Kontakt mit den zumindest zwei Zellpolen gebracht wird,und in einem dritten Schritt die Isolierschicht des zumindest einen Kontaktierungselementszumindest teilweise entfernt wird, sodass eine elektrische Verbindung mit den zumindestzwei Zellpolen erfolgt.

[0017] Die Entfernung der Isolierschicht kann hierbei mechanisch, beispielsweise durchAbziehen einer folienartigen Isolierschicht erfolgen. Besonders bevorzugt ist jedoch vorge¬sehen, dass die Entfernung der Isolierschicht durch Einbringen von thermischer Energieerfolgt. Hierbei wird vorteilhafterweise die beim Laserschweißen auftretende Wärmeenergiegenutzt.

[0018] Im Folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels mitzugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen [0019] Fig. 1A eine Draufsicht auf die Oberseite des erfindungsgemäßen Deckelelements, [0020] Fig. 1B eine Draufsicht auf die Innenseite des Deckelelements aus Fig. 1A, [0021] Fig. 2A eine Draufsicht auf die Innenseite des Deckelelements aus Fig. 1A mit ein¬ gesetzten Kontaktierungselementen, [0022] Fig. 2B eine Draufsicht auf die Oberseite des Deckelelements aus Fig. 2A, [0023] Fig. 2C eine Schnittansicht entlang der Linie A-A aus Fig. 2B, [0024] Fig. 3A eine perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls mit dem erfindungsge¬ mäßen Deckelelement, und [0025] Fig. 3B eine Schnittansicht durch das Batteriemodul.

[0026] In den Figs. 1A und 1B ist das erfindungsgemäße Deckelelement 100 in einer An¬sicht von oben sowie auf seine Innenseite 101 abgebildet. An seiner Oberseite 102 sind imWesentlichen kreisförmige Kontaktierungsöffnungen 110 angeordnet, die das Deckelele¬ment 100 durchdringen. Des Weiteren sind an der Oberfläche 102 des Deckelelementes 100Befestigungen 111 für die Aufnahme einer Kontroll- und/oder Steuereinheit vorgesehen,wobei zusätzliche Kontaktelemente 120 an der Oberfläche 102 angeordnet sind.

[0027] Diese Kontaktelemente 120 stehen mit Zellspannungsabgriffsleitungen 121 inelektrisch leitender Verbindung, wobei diese Zellspannungsabgriffe 121 -wie in Fig. 1b ge¬zeigt - an der Innenseite 101 des Deckelelements 100 verlaufen und in Zellspannungsab¬griff-Anbindungen 122, die in zumindest einige Kontaktierungsöffnungen 110 hineinragen,münden. Die Zellspannungsabgriffsleitungen 121 sind hierbei in die Kunststoffmatrix deserfindungsgemäßen Deckelelements 100 eingebettet.

[0028] An der Innenseite 101 sind des Weiteren Aufnahmen 112 angeordnet, in die vor demZusammenbau der Batterie Stromschienen 123, insbesondere Busbar- Elemente, die alsKontaktierungselemente für Zellpole 221 von Batteriezellen 220 fungieren, über Klipsvorrich¬tungen 113 eingeklipst werden (siehe Figs. 2A, 2B, 2C). Alternativ hierzu können sie aucheingeschraubt, eingeklebt, oder während der Herstellung des Deckelelements 100 vondessen Kunststoffmatrix zumindest teilweise umspritzt werden.

[0029] Schließlich weist das erfindungsgemäße Deckelelement 100 einen Entgasungskanal130 auf, der an der Innenseite 101 im zusammengebauten Zustand des Batteriemoduls 200den zwischen zwei Endplatten 210 angeordneten Batteriezellen 220 zugewandt ist (Figs. 3Aund 3B). Er dient der Ableitung von entweichenden Gasen, die bei einem Defekt von einzel¬nen Batteriezellen 220 und/oder des Batteriemoduls 200 abgeleitet werden müssen. Hierbeiist am Deckelelement 100 ein Entgasungsanschluss 131 vorgesehen, der mit dem Entga¬sungskanal 130 in Verbindung steht. Idealerweise ist der Entgasungskanal 130 im Bereichder Sollbruchstellen der Batteriezellen 220 angeordnet. Insbesondere Metal-Can-Zellenverfügen über derartige Sollbruchstellen, die meist zwischen den Zellpolen 221 angeordnetsind und die ein kontrolliertes Ablassen von Überdruck aus der Batteriezelle 220 ermögli¬chen.

[0030] Wie in den Figs. 3A und 3B dargestellt, ist das erfindungsgemäße Deckelelement100 an einem Batteriemodul 200 angeordnet. Zwischen zwei Endplatten 210 sind hierbeieine Vielzahl von Batteriezellen 220 in Form eines Zellstapels untergebracht. Die an derInnenseite 101 des Deckelelementes 100 angeordnete und in dieser Ausführung der Erfin¬dung beim Zusammenbau des Batteriemoduls 200 von einer Isolierschicht umhüllte Strom¬schiene 123 steht in unmittelbarem Kontakt mit zumindest einem Zellpol 221 einer Batterie¬zellen 220 und ist lediglich über die Isolierschicht (nicht dargestellt) von diesen getrennt. Dieelektrische Verbindung mehrerer Batteriezellen 220 eines Zellstapels muss immer in einerbestimmten Reihenfolge, abhängig von der Art der Verschaltung -parallel und/oder seriell -erfolgen. Die Isolierschicht hat hierbei die Aufgabe, ein Undefiniertes Verbinden der elektri¬schen Kontakte verhindern. Die Stromschienen 123 sind über die Kontaktierungsöffnungen110 von außerhalb des Batteriemoduls 200 kontaktierbar.

[0031] Üblicherweise steht jede Stromschiene 123 mit zumindest zwei Zellpolen 221 zweierbenachbarter Batteriezellen 220 in leitendem Kontakt. Hierfür muss die Isolierschicht ent¬fernt werden, wobei dies entweder mechanisch oder durch Einbringen von vorzugsweisethermischer Energie erfolgt. Im Fall der mechanischen Entfernung ist die Isolierschicht alsFolie ausgebildet und weist beispielsweise Laschen auf, die über die Kontaktierungsöffnun¬gen 110 des Deckelelementes 100 fassbar sind (nicht dargestellt). Sollen nun zwei benach¬barte Zellpole 221 miteinander verbunden werden, wird die Isolierschicht mit Hilfe der La¬schen abgezogen, und die Stromschiene 123 steht nun mit den beiden Zellpolen 221 inelektrisch leitendem Kontakt.

[0032] Alternativ hierzu kann die Isolierschicht auch derart ausgebildet sein, dass sie bei

Hitzeeinwirkung, wie sie beispielsweise beim Laserschweißen entsteht, schmilzt oder sichrückstandfrei zersetzt, sodass auf diese Weise eine elektrische Verbindung von zumindestzwei benachbarten Zellpolen 221 über eine Stromschiene 123 erfolgt. Hierzu erfolgt derHitzeeintrag über die Kontaktieröffnungen 110, um die Stromschiene 123 in den vorgesehe¬nen Bereichen zu erhitzen.

[0033] Über die Zellspannungsabgriff-Anbindung 122 und den Zellspannungsabgriffsleitun¬gen 121 steht eine Steuereinheit 230, die in der vorliegenden Ausführung der Erfindung alsSteuerplatine ausgebildet ist, mit den Stromschienen 123 in Verbindung und kann so dasVerhalten der einzelnen Batteriezellen 220 bzw. Zellpaaren oder Zellbündel überwachenund/oder steuern.

[0034] Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebeneAusführung beschränkt ist. Insbesondere können Position, Form und Dimension der Kontak¬tierungsöffnung sowie der Aufnahme für das Kontaktierungselement je nach Anforderungs¬profil variieren. Dies gilt ebenso für die Zellspannungsabgriffsleitung oder den Entgasungs¬kanal.

Claims (14)

1. Ansprüche 1. Deckelelement (100) für ein Batteriemodul (200) mit einer Oberseite (102) und einerInnenseite (101), dadurch gekennzeichnet, dass an der Innenseite (101) zumindesteine, bevorzugterweise zwei oder mehr Aufnahmen (112) für ein Kontaktierungselement(123) vorgesehen sind, und die Oberseite (102) zumindest eine, vorzugsweise zwei o-der mehr Kontaktierungsöffnungen (110) aufweist, die in die zumindest eine Aufnahme(112) hineinragen.
2. 2. Deckelelement (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Quer¬schnittsfläche der zumindest einen Kontaktierungsöffnung (110) geringer als die Quer¬schnittsfläche der zumindest einen Aufnahme (112) ist.
3. 3. Deckelelement (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es ausKunststoff, vorzugsweise als Spritzgussteil mit einer Kunststoffmatrix gefertigt ist.
4. 4. Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,dass das in der zumindest einen Aufnahme (112) anordenbare, zumindest eine Kontak¬tierungselement (123) als Stromschiene ausgebildet ist.
5. 5. Deckelelement (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindesteine Stromschiene in die zumindest eine Aufnahme (112) lösbar anordenbar, insbeson¬dere einklipsbar und/oder verschraubbar ist.
6. 6. Deckelelement (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindesteine Stromschiene in die zumindest eine Aufnahme (112) unlösbar anordenbar, insbe¬sondere einklebbar oder von der Kunststoffmatrix des Deckelelements (100) umspritztist.
7. 7. Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,dass Zellspannungsabgriffsleitungen (121) in dem Deckelelement (100) integriert sind.
8. 8. Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,dass zusätzlich zumindest ein Entgasungskanal (130) vorgesehen ist.
9. 9. Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,dass ein Steuerelement (230), insbesondere eine Steuerplatine an dem Deckelelement(100) anordenbar ist.
10. 10. Batteriemodul (200) mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezellen(220), die vorzugsweise in einem Batteriegehäuse (210) angeordnet sind, gekennzeich¬net durch ein Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. 11. Batteriemodul (200) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Deckele¬ment (100) die vorzugsweise in einem Zellstapel angeordneten Batteriezellen (220) ab¬deckt und/oder umfasst.
12. 12. Verfahren zur elektrischen Verbindung von zumindest zwei Zellpolen (221) zweierBatteriezellen (220) mittels zumindest eines Kontaktierungselements (123), insbesonde¬re mittels einer Stromschiene, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eineKontaktierungselement (123) von einer elektrisch nichtleitenden Isolierschicht umgebenist und in einem ersten Schritt in einem Deckelelement (100) nach einem der Ansprüche1 bis 9 angeordnet wird, das Deckelelement (100) in einem zweiten Schritt auf die Bat¬teriezellen positioniert wird, wobei das zumindest eine Kontaktierungselement (123) inKontakt mit den zumindest zwei Zellpolen (221) gebracht wird, und in einem drittenSchritt die Isolierschicht des zumindest einen Kontaktierungselements (123) zumindestteilweise entfernt wird, sodass eine elektrische Verbindung mit den zumindest zweiZellpolen (220) erfolgt.
13. 13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung derIsolierschicht mechanisch erfolgt.
14. 14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Entfernung derIsolierschicht durch Einbringen von thermischer Energie erfolgt. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen