DE102011088595A1

DE102011088595A1 - Batteriemodul und Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011088595A1
Application number: DE102011088595A
Authority: DE
Inventors: Markus Kohlberger; Wolfgang Duernegger; Johannes Biedert
Original assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Robert Bosch GmbH; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2013-06-20
Also published as: WO2013087335A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) mit einer Vielzahl von zu einem Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen (12), die jeweils in einem Metallgehäuse mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung untergebracht sind und mit zwei Adapterplatten (14), die seitlich an äußeren Batteriezellen (12) des Batteriepacks anliegen. Das erfindungsgemäß ausgelegte Batteriemodul (10) ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbteil (20) aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen der Adapterplatte (14) und der äußeren Batteriezelle (12) angeordnet ist, welches zumindest die zur Adapterplatte (14) weisenden umlaufenden Seitenkanten der äußeren Batteriezelle (12) abdeckt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Vielzahl von zu einem Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen sowie ein Kraftfahrzeug, welches mit dem Batteriemodul ausgerüstet ist.
Stand der Technik
Damit zueinander benachbarte Batteriemodule mit ihren Batteriezellen nicht in elektrisch leitenden Kontakt geraten und dieses auch nicht über eine mechanische Fixierung an Adapterplatten stattfindet, sind Batteriezellen ganz oder teilweise mit zum Teil selbstklebenden Isolationsfolien oder Verbundwerkstoffen, wie zum Beispiel Aramid, Kapton etc., umhüllt. Auch ein Einhausen mit sogenannten Schrumpfschläuchen ist bekannt.
Nach DE 197 14 953 B4 ist ein Behältergehäuse für elektrolytische Zellen bekannt, welches zwei Behälterhälften, die in einer passenden Weise aneinander anbringbar sind, umfasst. Zumindest ein Begrenzungsteil bestimmt einen Zellen aufnehmenden Bereich innerhalb des Behälters. Weiterhin bestimmt ein Abdeckteil zusammen mit einem benachbarten Begrenzungsteil einen Anschlussgehäusebereich. Der dem Abdeckteil zugeordnete elektrische Anschluss besitzt einen Abschnitt, welcher sich aus dem Behälter heraus erstreckt, um so einen elektrischen Kontakt mit einer externen Vorrichtung zu ermöglichen.
Mit DE 1771891 A ist eine mehrzellige elektrische Akkumulatorbatterie mit mehreren Zellen, bei der benachbarte Zellen durch eine Zwischenwand getrennt sind, bekannt. Die Zwischenwände der Zellen sind aus einem polymeren Kunststoffmaterial hergestellt, das die erforderliche mechanische Festigkeit hat, durch Spritzguss verarbeitet und mit dem Batteriegehäuse dicht verbunden ist. Die verwendeten Kunststoffe sind Polystyrole oder Polycarbonate.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Vielzahl von zu einem Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen, die jeweils in einem Metallgehäuse mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung untergebracht sind und mit zwei Adapterplatten, die seitlich an äußeren Batteriezellen des Batteriepacks anliegen. Das Batteriemodul zeichnet sich dadurch aus, dass ein Halbteil aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen der Adapterplatte und einer äußeren Batteriezelle angeordnet ist, welches zumindest die zur Adapterplatte weisenden umlaufenden Kanten der äußeren Batteriezelle abdeckt.
Bei dem Verbau in einem Batteriesystem müssen metallische Zellgehäuse gegenüber ihrer Umgebung, zum Beispiel einer benachbarten Batteriezelle, dem Modul oder Batteriegehäuse, elektrisch isoliert werden. Bisher werden für die elektrische Isolation selbstklebende Folien oder Schrumpfschläuche verwendet. Beim Einsatz von Folien besteht jedoch der Nachteil, dass an den Kanten Überlappungen des Klebebandes notwendig sind, um diese zu isolieren. Schrumpfschläuche decken die Ecken und Kanten ebenfalls nur mangelhaft ab. Dieses Problem tritt speziell bei der Isolation der ersten und letzten Zelle im Batteriemodul, an denen die Adapterplatten der mechanischen Fixierung anliegen müssen, auf, da Schrumpfschläuche und Klebebänder erfahrungsgemäß sehr schnell im Bereich der Kanten beschädigt werden, und nur eine ungenügende Kantenabdeckung bieten. Erfindungsgemäß wird deshalb ein Halbteil aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen der Adapterplatte und den äußeren Batteriezellen angeordnet. Das Halbteil übergreift dabei die umlaufenden Seitenkanten der anliegenden äußeren Batteriezelle.
In einer Ausgestaltung der Erfindung können die in einem Batteriepack des Batteriemoduls eingebundenen Batteriezellen mit einem prismatischen Metallgehäuse versehen sein. Das hat den Vorteil einer fertigungstechnisch einfach zu realisierenden Formgebung der entsprechenden Halbteile. Desgleichen ist damit der Verbau der Halbteile in einem Batteriemodul in Baukastenform leicht möglich.
Das Halbteil besteht vorzugsweise aus einem Kunststoff, insbesondere aus PET (Polyethylenterephthalat) oder PA (Polyamid). PET und PA zeichnen sich durch ein für den Einsatzzweck besonders geeignetes mechanisches Verhalten aus und sind zudem nicht brennbar.
Ferner kann ein Halbteil im Bereich der Kanten der äußeren Batteriezelle des Batteriemoduls eine Dicke von 20 bis 500 µm, vorzugsweise 80 bis 120 µm, insbesondere 100 µm besitzen. Diese Dicke bietet hinreichenden Schutz vor Beschädigung durch mechanische Belastungen, z. B. während der Fixierung der Adapterplatten.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen werden, dass das Halbteil sich zusätzlich über die Seitenkanten der äußeren Batteriezelle zur Abdeckung ihrer Seitenflächen hinaus oder über die Seitenkanten und Seitenflächen wenigstens einer weiteren Batteriezelle erstreckt. Das hat den Vorteil, dass weiter innenliegende Batteriezellen ebenfalls von dem Halbteil abgedeckt werden können und dadurch ein metallischer Kontakt mit anderen dem Batteriemodul benachbarten metallischen Bauteilen eines Batteriegehäuses verhindert werden kann.
Das Halbteil, welches die Seitenkanten, die Seitenflächen einer äußeren oder wenigstens einer weitern Batteriezelle abdeckt, kann ein formstabiles tiefgezogenes Bauteil sein. Mit dieser Technologie kann das Halbteil schnell und kostengünstig produziert werden.
Vorzugsweise sind die im Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen. Denkbar ist jedoch auch der Einsatz der Erfindung mit anderen Zelltypen, wie zum Beispiel Nickel-Metallhydrid-Zellen und Lithium-Metall-Polymerzellen.
Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul kann insbesondere Verwendung in einem Kraftfahrzeug finden, insbesondere in einem Kraftfahrzeug, bei dem das Batteriemodul zu Antriebszwecken genutzt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus dem Ausführungsbeispiel beziehungsweise in den Ansprüchen.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele zur elektrischen Isolation einer äußeren Batteriezelle oder wenigstens einer weiteren Batteriezelle in einem Batteriemodul werden in den nachfolgenden 1 bis 4 erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Seitenansicht auf ein erfindungsgemäßes Batteriemodul,
2 eine Abdeckung von Seitenkanten einer äußeren Batteriezelle mit einem kantenumlaufenden Halbteil,
3 wie 2, jedoch eine zusätzliche Abdeckung mehrerer Seitenflächen einer äußeren Batteriezelle, und
4 eine Abdeckung von Seitenflächen und Seitenkanten einer äußeren und von weiteren Batteriezellen eines halben Batteriemoduls.
1 illustriert in einer schematischen Seitenansicht ein erfindungsgemäß ausgestaltetes Modul 10. Das Batteriemodul 10 umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen 12, die zu einem Batteriepack zusammengefasst sind. Jede der Batteriezellen weist ein Metallgehäuse auf, das mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung versehen ist.
Das Batteriepack schließt an beiden Seiten mit einer Adapterplatte 14 ab, an der zur Fixierung der Batteriezellen 12 eine Schiene 16 montiert wird.
Zwischen den Adapterplatten 14 und den jeweils außen liegenden Batteriezellen 12 wird ein Halbteil 20 aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff angeordnet. Wie im Folgenden noch erläutert wird, umgreift das Halbteil 20 dabei die äußeren umlaufenden Seitenkanten der anliegenden Batteriezelle 12, so dass diese insbesondere bei der Montage des Batteriepacks vor einer Beschädigung der elektrischen Isolation geschützt ist.
In 2 ist eine äußere Batteriezelle 12 dargestellt, bei der ein kantenumlaufendes Halbteil 20 in Form eines Bandes als formstabile Kunststofffolie um Seitenkanten an der Außenseite der Batteriezelle 12 gelegt ist.
Wie ersichtlich, übergreift das Halbteil 20 die Seitenkanten mit geringem Überlapp.
Gemäß 3 geht die Abdeckung mit der elektrisch isolierenden und formstabilen Kunststofffolie über die Seitenkanten hinaus, so dass Areale der Batteriezelle 12, nämlich ihre rückwärtige Seitenfläche, schmalen Seitenflächen und ihre Grundfläche von ihr umhüllt sind. Das Halbteil 20 liegt hier in Form eines Blisters aus einer formstabilen Kunststofffolie vor. Die Batteriezelle 12 wird von vier Seiten vor elektrischem Kontakt mit metallischen Gehäuseteilen, wie der Adapterplatte 14, geschützt.
4 zeigt ein halbes Batteriemodul mit zu einem Batteriepack zusammengefassten prismatischen Batteriezellen 12, wobei die Batteriezellen 12 von einer zu einem tiefgezogenen Halbteil 20 geformten Kunststofffolie mehrseitig umhüllt sind. Freibleibend ausgebildet ist hierbei, wie auch bei den Beispielen nach den 2 und 3, lediglich die Seite, welche die Pole der Batteriezellen 12 zeigt und die Seite, an welcher weitere Batteriezellen 12 zur Vergrößerung des Batteriemoduls 10 hinzugefügt werden können.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 19714953 B4 [0003]
DE 1771891 A [0004]

Claims

Batteriemodul (10) mit einer Vielzahl von zu einem Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen (12), die jeweils in einem Metallgehäuse mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung untergebracht sind und mit zwei Adapterplatten (14), die seitlich an äußeren Batteriezellen (12) des Batteriepacks anliegen, dadurch gekennzeichnet, dass ein Halbteil (20) aus einem elektrisch isolierenden Material zwischen der Adapterplatte (14) und der äußeren Batteriezelle (12) angeordnet ist, welches zumindest die zur Adapterplatte (14) weisenden umlaufenden Seitenkanten der äußeren Batteriezelle (12) abdeckt.
Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Batteriezelle (12) ein prismatisches Metallgehäuse aufweist.
Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Halbteil (20) aus einem Kunststoff, insbesondere PET oder PA geformt ist.
Batteriemodul nach Anspruch 3, wobei das Halbteil (20) im Bereich der Seitenkanten der äußeren Batteriezellen (12) des Batteriemoduls (10) eine Dicke von 20 bis 500 µm aufweist.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Halbteil (20) sich zusätzlich über die Seitenkanten der äußeren Batteriezelle (12) zur Abdeckung ihrer Seitenflächen hinaus oder über die Seitenkanten und Seitenflächen wenigstens einer weiteren Batteriezelle (12) erstreckt.
Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zu einem Batteriepack zusammengefassten Batteriezellen (12) Lithium-Ionen-Zellen sind.
Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das an einer äußeren Batteriezelle (12) angebrachte Halbteil (20) ein formstabiles tiefgezogenes Bauteil ist.
Kraftfahrzeug mit einem Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.