AT521723A1

AT521723A1 - Elektrisches Speichergerät

Info

Publication number: AT521723A1
Application number: ATA50913/2018A
Authority: AT
Inventors: Ing Dipl (Fh) Klaus Klöckl; Del Negro Peter; Alexander Harrich Dr
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2018-10-22
Filing date: 2018-10-22
Publication date: 2020-04-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speicherelement (1000), insbesondere eine Sekundärbatterie, mit zumindest einem Batteriemodul (100), das in einem Gehäuse (300) angeordnet ist, wobei das Batteriemodul (100) einen aus zumindest zwei, vorzugsweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen (210) gebildeten Zellstapel (200, 2001, 2002) mit vorzugsweise vier parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Seitenflächen (201A, 201B, 2011A, 2011B, 2012A, 2012B, 203, 204) aufweist, wobei zumindest eine Modulendplatte (220A, 220B) an zumindest einer Seitenfläche (201A, 201B, 2011A, 2011B, 2012A, 2012B) des zumindest einen Zellstapels (200, 2001, 2002) angeordnet ist, und die zumindest eine Modulendplatte (220A, 220B) zumindest einen Anschlussbereich (221A, 221B) aufweist, der formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (300) zusammenwirkt.

Description

ZUSAMMENFASSUNG

Fig. 5 /18

21450AT

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Speicherelement, insbesondere eine Sekundärbatterie, mit zumindest einem Batteriemodul, das in einem Gehäuse angeordnet ist, wobei das Batteriemodul einen aus zumindest zwei, vorzugsweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen gebildeten Zellstapel mit vorzugsweise vier parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Seitenflächen aufweist.

Elektrische Speicherelemente, beispielsweise wiederaufladbaren Batterien, wie sie insbesondere in Automobilen verwendet werden, sind üblicherweise HV-Batterien, die aus mehreren Batteriezellen zusammengesetzt sind, wobei die Batteriezellen üblicherweise in Batteriemodule zusammengefasst werden und diese in einem Gehäuse angeordnet sind. Diese Batteriezellen sind beispielsweise sogenannte Pouchzellen, die für gewöhnlich in Zellstapel zusammengefasst senkrecht im Batteriegehäuse eingebaut sind, wobei die Stapelrichtung parallel zu den Gehäusewänden und quer zum Gehäuseboden verläuft. Diese senkrechte Einbaurichtung hat jedoch den Nachteil, dass innerhalb des Batteriemoduls ein erhöhter Platzbedarf notwendig und damit die Packungsdichte des Batteriemoduls eher gering ist.

In der EP 3 054 503 Al ist ein Batteriemodul beschrieben, bei dem jede Batteriezelle in einem Zellrahmen angeordnet wird, wobei jeweils zwei benachbarte Zellrahmen über ihre Schmalseiten miteinander verbunden sind und diese verbundenen Zellrahmen aufeinandergestapelt werden. Die Verbindung der einzelnen Zellstapel/Zellrahmen ist äußerst aufwendig und damit kostenintensiv, zudem ist eine Vielzahl von Montageschritten zur Fixierung dieser Zellstapel innerhalb eines Gehäuses notwendig.

Die DE 10 2013 002 877 Al offenbart eine Batterie mit zumindest einem Zellstapel aus mehreren flächigen Zellen, wobei zwischen den einzelnen Batteriezellen jeweils ein flächiges Trageelement angeordnet ist und jede Zelle mit dem benachbarten Trageelement verklebt ist. Zudem sind in regelmäßigen Abständen flächige Kühlelemente zwischen Batteriezeile und/oder Trageelement vorgesehen. Die Trageelemente sind dazu geeignet, mit einem Steg zusammenzuwirken, der wiederum an einer Gehäusewand befestigt ist. Auch diese Anordnung von Zellen innerhalb eines Batteriemoduls und deren Befestigung in einem Batteriegehäuse ist teileintensiv und aufwendig.

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Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Speichereinrichtung bereitzustellen, welche es ermöglicht, Batteriemodule einfach zu montieren und bei Bedarf schnell auszutauschen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zumindest eine Modulendplatte an zumindest einer Seitenfläche des zumindest einen Zellstapels angeordnet ist, wobei die zumindest eine Modulendplatte zumindest einen mit der Modulendplatte einstückig ausgebildeten Anschlussbereich aufweist, der formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse zusammenwirkt.

Hierbei wird eine Modulendplatte an zumindest einer Seitenfläche des Zellstapels angeordnet, wobei die einzelnen Batteriezellen beispielsweise mit dieser Modulendplatte verklebt oder geklemmt werden. Die Modulendplatte wird über einen Anschlussbereich, der integraler Bestandteil der Modulendplatte ist, am Gehäuse, insbesondere an einer Gehäusewand fixiert. Diese Fixierung kann auf einfache Weise bei Bedarf wieder gelöst und das entsprechende Batteriemodul getauscht werden.

In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung ist die zumindest eine Modulendplatte im Wesentlichen parallel zu einer Gehäusewand des Gehäuses angeordnet. Damit sind die Seitenflächen des Zellstapels ebenfalls parallel zur Gehäusewand angeordnet, während die Auflagefläche des Zellstapels, nämlich die Batteriezellen im Zellstapel parallel zum Gehäuseboden ausgerichtet sind. Damit wird eine horizontale Stapelung der Batteriezellen innerhalb des Gehäuses und folglich eine platzsparende und leicht austauschbare Anordnung der Batteriemodule innerhalb des erfindungsgemäßen Speicherelements erhalten.

In einer ersten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass der zumindest eine Anschlussbereich der zumindest einen Modulendplatte ring- oder hakenartig ausgebildet ist, wobei der zumindest eine Anschlussbereich über ein zusätzliches Befestigungselement, vorzugsweise ein Schraub- oder Bolzenelement, mit dem Gehäuse, vorzugsweise mit einer Gehäusewand zusammenwirkt. Damit wird die Modulendplatte mit dem Befestigungselement mit wenigen Handgriffen an dem Gehäuse befestigt, während die einzelnen Batteriezellen bereits in ihrer Position durch die Modulendplatten innerhalb des Batteriemoduls fixiert sind.

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In einer weiteren bevorzugten Ausführung der Erfindung ist der zumindest eine Anschlussbereich der zumindest einen Modulendplatte alternativ oder zusätzlich als Rastnase oder Feder ausgebildet, die in zumindest eine Aufnahme des Gehäuses eingreift. Damit ist eine schraublose Befestigung und Fixierung des Batteriemoduls innerhalb des Gehäuses beispielsweise an einer Gehäusewand möglich.

Um etwaige Fertigungstoleranzen und/oder Dimensionsänderungen während des Betriebs auszugleichen, ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass zusätzlich zwischen der zumindest einen Modulendplatte und dem Gehäuse zumindest ein Dämpfungselement angeordnet ist.

Eine alternative Variante der Erfindung sieht vor, dass das zumindest eine Batteriemodul zumindest zwei Zellstapel aufweist, wobei an einer ersten Seitenfläche des ersten Zellstapels eine erste Modulendplatte und an einer ersten Seitenfläche des zweiten Zellstapels eine zweite Modulendplatte angeordnet ist, wobei an jeweils einer, der ersten Seitenfläche gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche jeweils eine Modulzwischenplatte angeordnet ist, die mit einer Gehäusezwischenwand über zumindest einen Anschlussbereich der Modulzwischenplatte formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenwirkt.

Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen

Fig. 1A eine erfindungsgemäße Batterie in einer Schnittdarstellung,

Fig. 1B eine Detailansicht der Batterie aus Fig. 1A,

Fig. 2A eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie in einer Schnittdarstellung,

Fig. 2B eine Detailansicht der Modulendplatte der Batterie aus Fig. 2A,

Fig. 3A eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie in einer Schnittdarstellung,

Fig. 3B eine Detailansicht der Modulendplatte der Batterie aus Fig. 3A,

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Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie in einer Schnittdarstellung,

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie in einer perspektivischen Ansicht.

In der Fig. 1A ist eine erfindungsgemäße Batterie mit einem Batteriemodul 100 in einer Schnittdarstellung gezeigt, wobei das Batteriemodul 100 aus einem Zellstapel 200 besteht, der in dieser Ausführungsform aus sechs Batteriezellen 210 gebildet ist. Die Batteriezellen 210, beispielsweise Pouchzellen, sind hierbei mit ihren Flächenebenen parallel zum Gehäuseboden (nicht dargestellt) und damit horizontal innerhalb eines Gehäuses 300 angeordnet.

Der Zellstapel 200 weist an einer ersten Seitenfläche 201A eine erste Modulendplatte 220A und an einer zweiten Seitenfläche 201B eine zweite Modulendplatte 220B auf, die im Detail in der Fig. 1B dargestellt ist. Diese Modulendplatten 220A, 220B weisen einen Anschlussbereich 221A, 221B auf, mit dem im montierten Zustand die Modulendplatte 220A, 220B auf einer Gehäusewand 310A, 310B des Gehäuses 300 aufliegt und in ihrer Position mittels eines Befestigungselements 400, beispielsweise mit einer Schraube oder einem Bolzen auf der Gehäusewand 310A, 310B aufliegend fixiert ist. Dieser Anschlussbereich 221A, 221B ist bei dieser Variante der Erfindung beispielsweise ring- oder hakenartig ausgebildet.

Zwischen der Modulendplatte 220A, 220B und der Gehäusewand 310A, 310B ist zusätzlich ein Dämpfungselement 410 vorgesehen, das vorzugsweise aus einem elastischen und/oder komprimierbaren Material hergestellt ist, um allfällige Längenveränderungen beispielsweise aufgrund von Temperatureinwirkung und/oder Fertigungsungenauigkeiten ausgleichen zu können.

Eine weitere Variante der Erfindung ist in den Figs. 2A und 2B schematisch dargestellt, wobei ein Batteriemodul 100 mit einem Zellstapel 200 vorgesehen ist, an dessen einander gegenüberliegenden Seitenflächen 201A, 201B wiederum Modulendplatten 220A, 220B angeordnet sind. Diese Modulendplatten 220A, 220B weisen neben dem bereits zuvor beschriebenen Anschlussbereich 221A, 221B zusätzlich eine Ausnehmung 222A, 222B mit einer Rastnase 223A, 223B auf, die im montierten Zustand in eine Aufnahme 311A, 311B der Gehäusewand 310A, 310B

5/18 eingreift, während gleichzeitig ein Fortsatz 312A, 312B der Gehäusewand 310A, 310B in der Ausnehmung 222A, 222B der Modulendplatte 220A, 220B angeordnet ist. Damit wird eine schraubenlose Fixierung der Modulendplatte 220A, 220B in und an der Gehäusewand 310A, 310B erhalten, während das gegenüberliegende Ende der Modulendplatte 220A, 220B mit ihrem Anschlussbereich 221A, 221B wiederum mit einem Befestigungselement 400 auf der Gehäusewand 310A, 310B fixiert wird.

Die dritte Ausführungsform der Erfindung ist in den Figs. 3A und 3B dargestellt, wobei die hier verwendete Modulendplatte 220A, 220B zu dem Anschlussbereich 221A, 221B und der Ausnehmung 222A, 222B mit der Rastnase 223A, 223B zusätzlich ein weiteres Nut/Feder-Anschlusselement 224A, 224B aufweist, das in eine entsprechende Nut/Feder-Aufnahme 313A, 313B der Gehäusewand 310A, 310B eingreift, wobei erneut eine zusätzliche Fixierung der Modulendplatte 220A, 220B mittels eines Befestigungselements 400 erfolgt.

In der Fig. 4 ist eine weitere Ausführung der Erfindung dargestellt, bei der das Batteriemodul 100 einen ersten Zellstapel 2001 sowie einen zweiten Zellstapel 2002 mit einer Vielzahl von Batteriezellen 210 aufweist. An der ersten Seitenfläche 2011A des ersten Zellstapels 2001 sowie an der zweiten Seitenfläche 2012B des zweiten Zellstapels 2002 ist jeweils eine Modulendplatte 220A, 220B gemäß der ersten Ausführungsvariante wie in den Figs. 1A und 1B beschrieben angeordnet. Die zweite Seitenfläche 2011B des ersten Zellstapels 2001 steht über eine Modulzwischenplatte 230B mit einer Gehäusezwischenwand 320 formschlüssig und mittels Befestigungselement 400 kraftschlüssig in Verbindung. Ebenso ist der zweite Zellstapel 2002 an seiner ersten Seitenfläche 2012A mittels einer Modulzwischenplatte 230A an dieser Gehäusezwischenwand 320 fixiert. Auch hier weisen die Modulendplatten 220A, 220B sowie die Modulzwischenplatten 230A, 230B die bereits zuvor beschriebenen Anschlussbereiche und Anschlusselemente auf.

Die Fig. 5 schließlich zeigt ein Speicherelement 1000, nämlich eine Batterie mit einer Vielzahl von Batteriemodulen 100, die in einem Gehäuse 300 untergebracht sind, wobei das Gehäuse 300 Gehäuseseitenwände 310A, 310B sowie Gehäusezwischenwände 320 aufweist. Dieser perspektivischen Abbildung kann entnommen werden, dass die Batteriezellen 210 horizontal in dem Gehäuse 300 gestapelt sind, wobei in dieser Ausführungsvariante die jeweiligen einander

6/18 gegenüberliegenden Seitenflächen 201A, 201B, 2011A, 2011B, 2012A, 2012B je nach Position im Batteriemodul 100 über Modulendplatten 220A, 220B bzw. über Modulzwischenplatten 230A, 230B verfügen, während die beiden Seitenflächen 203, 204 der Zellstapel 200 im Wesentlichen freistehen, um insbesondere beispielsweise mittels Luft oder mittels eines anderen gasförmigen oder flüssigen Kühlmittels gekühlt zu werden. Hierzu sind die einzelnen Batteriemodule 100 voneinander beabstandet angeordnet, wodurch Kühlkanäle gebildet werden, welche an ein entsprechendes Kühlsystem angeschlossen sein können. Ebenso kann alternativ oder zusätzlich ein passendes Kühlsystem in den Gehäusewänden und/oder Gehäusezwischenwänden bzw. in den Modulendplatten und/oder Modulzwischenplatten angeordnet sein.

Es versteht sich, dass die gegenständliche Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist. Erfindungswesentlich ist, dass eine horizontale Stapelung der Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls erfolgt, wobei Modulendplatten vorgesehen sind, die mit dem Gehäuse Zusammenwirken. Ein wesentlicher Vorteil dieses Aufbaus ist, dass die einzelnen Batteriemodule mit wenigen Handgriffen getauscht werden können. Ebenso ist die Skalierbarkeit der erfindungsgemäßen Batterie besonders vorteilhaft, weil die gewünschte Kapazität der erfindungsgemäßen Batterie durch die Anordnung einer entsprechenden Anzahl von Batteriemodulen / Zellstapeln über ihre Modulzwischenplatten beziehungsweise Modulendplatten in Kombination mit Gehäusezwischenwänden beziehungsweise Gehäusewände an die jeweiligen Anforderungen angepasst werden kann.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Elektrisches Speicherelement (1000), insbesondere eine Sekundärbatterie, mit zumindest einem Batteriemodul (100), das in einem Gehäuse (300) angeordnet ist, wobei das Batteriemodul (100) einen aus zumindest zwei, vorzugsweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen (210) gebildeten Zellstapel (200, 2001, 2002) mit vier Seitenflächen (201A, 201B, 2011A, 2011B, 2012A, 2012B, 203, 204) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Modulendplatte (220A, 220B) an zumindest einer Seitenfläche (201A, 201B, 2011A, 2011B, 2012A, 2012B) des zumindest einen Zellstapels (200, 2001, 2002) angeordnet ist, wobei die zumindest eine Modulendplatte (220A, 220B) zumindest einen Anschlussbereich (221A, 221B) aufweist, der formschlüssig und/oder kraftschlüssig mit dem Gehäuse (300) zusammenwirkt.
2. Speicherelement (1000) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest einen Modulendplatte (220A, 220B) im Wesentlichen parallel zu einer Gehäusewand (310A, 310B) des Gehäuses (300) angeordnet ist.
3. Speicherelement (1000) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschlussbereich (221A, 221B) der zumindest einen Modulendplatte (220A, 220B) ring- oder hakenartig ausgebildet ist, wobei der zumindest eine Anschlussbereich (221A, 221B) überein zusätzliches Befestigungselement (400), vorzugsweise ein Schraub- oder Bolzenelement, mit dem Gehäuse (300), vorzugsweise mit einer Gehäusewand (310A, 310B) zusammenwirkt.
4. Speicherelement (1000) nacheinem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Anschlussbereich (221A, 221B) der zumindest einen Modulendplatte (220A, 220B) als Rastnase (223A, 223B) ausgebildet ist, die in zumindest eine Aufnahme (311A, 311B) des Gehäuses (300) eingreift und/oder als Ausnehmung (222A, 222B) ausgebildet ist, in die zumindest ein Fortsatz (312A, 312B) des Gehäuses (300) eingreift
5. Speicherelement (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich zwischen der zumindest einen Modulendplatte (220A, 220B) und dem Gehäuse (300) zumindest ein Dämpfungselement (410) angeordnet ist.

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6. Speicherelement (1000) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Batteriemodul (100) zumindest zwei Zellstapel (2001, 2002) aufweist, wobei an einer ersten Seitenfläche (2011A) des ersten Zellstapels (2001) eine erste Modulendplatte (220A) und an einer ersten Seitenfläche (2012B) des zweiten Zellstapels (2002) eine zweite Modulendplatte (220B) angeordnet ist, wobei an jeweils einer, der ersten Seitenfläche (2011A, 2012B) gegenüberliegenden zweiten Seitenfläche (2011B, 2012A) jeweils eine Modulzwischenplatte (230A, 230B) angeordnet ist, die mit einer Gehäusezwischenwand (320) über zumindest einen Anschlussbereich der Modulzwischenplatte (230A, 230B) formschlüssig und/oder kraftschlüssig zusammenwirkt.