DE102012209834A1 - Battery module of energy storage system e.g. battery cabinet, has contact elements which are arranged within housing for making electrical contact with battery module - Google Patents

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Abstract

The battery module (100) has a cell stack with a rechargeable electrochemical cell. The housing (101,201) is provided surrounding the cell stack. The contact elements (105a,105b) are arranged within the housing for making electrical contact with the battery module. The portion of the housing is formed as a grid, and the contact elements of the connector are arranged to be accessible behind the grid. The connectors (301,302) are connected to the contact elements. An independent claim is included for an energy storage system.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul, das sich insbesondere zur Verwendung in einem größeren Energiespeichersystem, beispielsweise einem Batterieschrank, eignet.The present invention relates to a battery module that is particularly suitable for use in a larger energy storage system, such as a battery cabinet.

Klassische Batteriemodule besitzen in der Regel ein Gehäuse, das auf seiner Außenseite Kontakte trägt, über die das Modul mit einem elektrischen Verbraucher oder einem Ladegerät verbunden werden kann. Auch eine Kopplung mit weiteren Batteriemodulen ist über diese Kontakte möglich. Bei den Kontakten handelt es sich stets um die Pole des Batteriemoduls sowie gegebenenfalls um Prüf- und weitere Kontakte. Conventional battery modules usually have a housing that carries on its outside contacts, via which the module can be connected to an electrical load or a charger. A coupling with other battery modules is possible via these contacts. The contacts are always the poles of the battery module and, if necessary, test and other contacts.

Da die Pole einer geladenen Batterie in aller Regel stets unter Spannung stehen, ergibt sich daraus ein erhebliches Gefährdungspotential. Wird absichtlich oder unabsichtlich ein Kurzschluss zwischen den Polen verursacht, kann das Batteriemodul irreversibel geschädigt werden. Darüber hinaus ist bei großen Batteriemodulen die Gefahr einer Verletzung oder eines Unfalls für einen Bediener nicht auszuschließen.As the poles of a charged battery are usually always live, this results in a considerable hazard potential. If a short circuit between the poles is intentionally or unintentionally caused, the battery module may be irreversibly damaged. In addition, with large battery modules, the risk of injury or accident for an operator can not be excluded.

Aus der US 7,466,103 B2 ist es bekannt, das permanente Anliegen einer Spannung an den Kontakten eines Batteriemoduls durch Einfügen eines Unterbrecherkontaktes zu unterbinden. Durch den Kontakt erhöht sich jedoch der Innenwiderstand des Batteriemoduls signifikant und damit auch seine Verlustleistung.From the US 7,466,103 B2 It is known to prevent the permanent concern of a voltage at the contacts of a battery module by inserting a breaker contact. Due to the contact, however, the internal resistance of the battery module increases significantly and thus its power loss.

Der vorliegenden Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein Batteriemodul bereitzustellen, das sich sicherer als die aus dem Stand der Technik bekannten Batteriemodule betreiben lässt, insbesondere, wenn es als Teil eines großen Energiespeichersystems eingesetzt wird.It is an object of the present invention to provide a battery module which is safer to operate than battery modules known in the art, particularly when used as part of a large energy storage system.

Diese Aufgabe wird gelöst durch das Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls finden sich in den abhängigen Ansprüchen 2 und 3. Auch das Energiespeichersystem gemäß Anspruch 4 ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Eine vorteilhafte Ausgestaltung dieses Systems ist im abhängigen Anspruch 5 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt der vorliegenden Beschreibung gemacht.This object is achieved by the battery module with the features of claim 1. Preferred embodiments of the battery module according to the invention can be found in the dependent claims 2 and 3. The energy storage system according to claim 4 is the subject of the present invention. An advantageous embodiment of this system is specified in the dependent claim 5. The wording of all claims is hereby incorporated by reference into the content of the present description.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst stets die folgenden Komponenten:

  • – mindestens ein Zellpaket aus mindestens einer wiederaufladbaren, elektrochemischen Zelle: der Begriff „Batterie“ meinte ursprünglich mehrere in Serie geschaltete elektrochemische Zellen. Heute werden allerdings auch einzelne elektrochemische Zellen häufig als Batterie bezeichnet. Dies soll auch vorliegend so gehandhabt werden, was bedeutet, dass das erfindungsgemäße Batteriemodul sowohl eine oder mehrere elektrochemische Zellen (separat) oder eine oder mehrere Batterien umfassen kann. Sind mehrere Batterien und/oder Zellen umfasst, so können diese in Reihe oder parallel zueinander geschaltet sein, abhängig von dem dem Modul gestellten elektrischen Anforderungsprofil. Grundsätzlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf Zellen oder Batterien eines bestimmte elektrochemischen Systems begrenzt. Bevorzugt kommen allerdings Zellen und/oder Batterien auf Basis von Lithium-Ionen-Technologie zum Einsatz.
  • – Das Modul umfasst weiterhin ein Gehäuse: dieses umschließt das mindestens eine Zellpaket und schützt es vor Umgebungseinflüssen. Insbesondere vor mechanischer Beschädigung. Bevorzugt besteht das Gehäuse aus einem elektrisch nicht leitenden Material, insbesondere aus einem nicht leitenden Kunststoff.
  • – Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Batteriemoduls: wie eingangs erwähnt, umfassen diese auf jeden Fall die Pole des Batteriemoduls sowie gegebenenfalls zum Beispiel noch weitere Kontakte wie Prüfkontakte. Die Pole des Batteriemoduls sind mit den entsprechenden Polen des innerhalb des Gehäuses angeordneten mindestens einen Zellpakets gekoppelt. Gegebenenfalls ist eine Sicherungsschaltung vorgesehen, die infolge erhöhter Temperatur oder sonstiger aus der Norm fallender Parameter das Batteriemodul und/oder das mindestens eine Zellpaket deaktivieren kann.
The battery module according to the invention always comprises the following components:
  • At least one cell packet comprising at least one rechargeable electrochemical cell: the term "battery" originally meant several series-connected electrochemical cells. Today, however, individual electrochemical cells are often referred to as a battery. This is also to be handled in the present case, which means that the battery module according to the invention can comprise both one or more electrochemical cells (separate) or one or more batteries. If a plurality of batteries and / or cells is included, they may be connected in series or in parallel with one another, depending on the electrical requirement profile set for the module. Basically, the present invention is not limited to cells or batteries of a particular electrochemical system. Preferably, however, cells and / or batteries based on lithium-ion technology are used.
  • - The module also includes a housing: this encloses the at least one cell pack and protects it from environmental influences. Especially against mechanical damage. Preferably, the housing consists of an electrically non-conductive material, in particular of a non-conductive plastic.
  • - Contact elements for electrical contacting of the battery module: as mentioned above, these include in any case the poles of the battery module and optionally, for example, other contacts such as test contacts. The poles of the battery module are coupled to the respective poles of the arranged within the housing at least one cell stack. Optionally, a fuse circuit is provided which can deactivate the battery module and / or the at least one cell packet as a result of increased temperature or other parameters falling outside the standard.

Neben den Zellen und/oder Batterien kann in dem Gehäuse weiterhin auch eine Leistungselektronik angeordnet sein, die unter anderem zur Ansteuerung der Zellen und/oder Batterien bei Lade- und Entladevorgängen dient. In addition to the cells and / or batteries, power electronics can also be arranged in the housing, which, inter alia, serves to control the cells and / or batteries during charging and discharging operations.

Besonders zeichnet sich das erfindungsgemäße Batteriemodul dadurch aus, dass die Kontaktelemente innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Es sind also keine Kontakte, an denen eine Spannung anliegt und die damit ein Gefährdungspotential darstellen könnten, frei auf der Außenseite des Gehäuses abgreifbar.In particular, the battery module according to the invention is characterized in that the contact elements are arranged within the housing. So there are no contacts to which a voltage is applied and thus could represent a potential hazard, freely tapped on the outside of the housing.

Bevorzugt weist das Gehäuse des erfindungsgemäßen Batteriemoduls mindestens eine Durchbrechung auf, durch die ein zu den Kontaktelementen komplementärer lösbarer Kontakt, bei dem es sich bevorzugt um einen Steckverbinder handelt, in das Gehäuse eingeführt werden kann zwecks mechanischer und elektrischer Kontaktierung der Kontaktelemente. Preferably, the housing of the battery module according to the invention has at least one opening through which a releasable contact complementary to the contact elements, which is preferably a plug connector, can be inserted into the housing for the purpose of mechanical and electrical contacting of the contact elements.

Sowohl die Durchbrechung als auch der Kontakt, insbesondere der Steckverbinder, können im Grunde beliebig ausgebildet sein. Wichtig ist lediglich, dass ihre Größe aufeinander abgestimmt ist. Bevorzugt ist der komplementäre Kontakt derart ausgebildet, dass er im Betriebszustand (wenn er mit den Kontaktelementen in Kontakt steht, so dass ein Strom fließen kann) die Durchbrechung durch das Gehäuse verschließt. Both the aperture and the contact, in particular the connector, can be designed basically arbitrary. The only important thing is that their size is coordinated. Preferably, the complementary contact is formed such that in the operating state (when it is in contact with the contact elements, so that a current can flow) closes the opening through the housing.

Bei der Durchbrechung kann es sich beispielsweise um eine einfache Bohrung oder sonstige Öffnung durch die Gehäusewand handeln. The opening may be, for example, a simple hole or other opening through the housing wall.

Besonders bevorzugt ist allerdings mindestens ein Teil des Gehäuses des erfindungsgemäßen Batteriemoduls als Gitter ausgebildet oder es ist in das Gehäuse ein solches Gitter eingesetzt. Insbesondere zu Zwecken der Kühlung bzw. Belüftung des Batteriemoduls kann dies ohnehin vorgesehen bzw. bevorzugt sein.However, particularly preferably at least part of the housing of the battery module according to the invention is designed as a grid or it is inserted into the housing such a grid. In particular, for purposes of cooling or ventilation of the battery module, this can anyway be provided or preferred.

Wenn die Kontaktelemente zugänglich für den Steckverbinder hinter dem Gitter angeordnet sind, kann der komplementäre Kontakt durch Öffnungen im Gitter in das Gehäuse eingeführt werden. In dieser Ausführungsform bedarf es nicht zwingend separater Durchbrechungen für die Kontaktierung des Batteriemoduls. If the contact elements are arranged accessible to the connector behind the grid, the complementary contact can be inserted through openings in the grid in the housing. In this embodiment, it is not absolutely necessary to have separate openings for contacting the battery module.

Das Gehäuse eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls lässt sich In jeder Ausführungsform auf beliebige Weise von außen berühren, ohne dass versehentlich ein Kurzschluss enstehen kann. In any embodiment, the housing of a battery module according to the invention can be touched from the outside in any desired manner without accidentally causing a short circuit.

Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem umfasst mindestens eine Aufnahme für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul, bevorzugt mindestens zwei Aufnahmen, insbesondere zwischen 2 und 100 Aufnahmen. Es müssen nicht alle Aufnahmen mit Batteriemodulen gleichzeitig bestückt sein, bevorzugt ist jedoch stets in mindestens einer der Aufnahmen ein Batteriemodul angeordnet. Weiterhin umfasst das Energiespeichersystem mindestens einen zu den Kontaktelementen des Batteriemoduls komplementären lösbaren Kontakt, insbesondere einen Steckverbinder, zur elektrischen Kontaktierung des Batteriemoduls. The energy storage system according to the invention comprises at least one receptacle for a battery module according to the invention, preferably at least two receptacles, in particular between 2 and 100 receptacles. Not all recordings must be equipped with battery modules at the same time, but preferably a battery module is always arranged in at least one of the receptacles. Furthermore, the energy storage system comprises at least one complementary to the contact elements of the battery module detachable contact, in particular a connector for electrically contacting the battery module.

Der mindestens eine Kontakt ist bevorzugt in der mindestens einen Aufnahme fixiert, und zwar bevorzugt derart, dass er bei ordnungsgemäßer Positionierung des Batteriemoduls in der Aufnahme automatisch einen mechanischen und elektrischen Kontakt zu den Kontaktelementen des Batteriemoduls herstellt. Beispielsweise kann der Kontakt zu diesem Zweck einen stiftartigen Pol umfassen, der durch eine Durchbrechung in das Gehäuse des Batteriemoduls eingeschoben werden kann, um dort den Kontakt zu den Kontaktelementen herzustellenThe at least one contact is preferably fixed in the at least one receptacle, preferably in such a way that it automatically establishes a mechanical and electrical contact with the contact elements of the battery module when the battery module is properly positioned in the receptacle. For example, the contact for this purpose may comprise a pin-like pole which can be inserted through an opening in the housing of the battery module to make contact there with the contact elements

Die Aufnahme und/oder das Batteriemodul können geeignete Positionierungsmittel aufweisen, um die ordnungsgemäße Positionierung des Batteriemoduls in der Aufnahme zu erleichtern. Bei diesen Positionierungsmitteln kann es sich beispielsweise um Führungsschienen handeln. Weiterhin können Arrretierungsmittel vorgesehen sein, um das Batteriemodul in der Aufnahme zu fixieren.The receptacle and / or the battery module may have suitable positioning means to facilitate the proper positioning of the battery module in the receptacle. These positioning means may be, for example, guide rails. Furthermore, arresting means may be provided to fix the battery module in the receptacle.

Das erfindungsgemäße Energiespeichersystem kann in bevorzugten Ausführungsformen schrankartig ausgebildet sein. Es weist in diesen Ausführungsformen ein schrankartiges Gehäuse auf, in dem die Aufnahmen für die Batteriemodule angeordnet sind. Der mindestens eine zu den Kontaktelementen des Batteriemoduls komplementäre lösbare Kontakt ist bevorzugt an der Rückseite des Schrankgehäuses fixiert. Die Aufnahmen sind bevorzugt derart angeordnet, dass die Batteriemodule horizontal eingeschoben werden können.The energy storage system according to the invention can be formed in a cabinet-like manner in preferred embodiments. It has in these embodiments, a cabinet-like housing in which the receptacles for the battery modules are arranged. The at least one complementary contact to the contact elements of the battery module releasable contact is preferably fixed to the back of the cabinet housing. The receptacles are preferably arranged such that the battery modules can be inserted horizontally.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung, das in den Zeichnungen schematisch dargestellt ist. Als Teil eines Ausführungsbeispiels beschriebene oder dargestellte Merkmale können ebenso in einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um eine weitere Ausführungsform der Erfindung zu verwirklichen.Further advantages of the invention will become apparent from the dependent claims and the following description of an embodiment of the invention, which is shown schematically in the drawings. Features described or illustrated as part of one embodiment may also be used in another embodiment to accomplish another embodiment of the invention.

In den Zeichnungen zeigen schematisch:In the drawings show schematically:

1: eine Draufsicht auf das Gehäuse einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 : A plan view of the housing of a first embodiment of a battery module according to the invention

2: eine Draufsicht auf das Gehäuse einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 2 : A plan view of the housing of a second embodiment of a battery module according to the invention

3: einen Längsschnitt durch das Batteriemodul gemäß 1 in kontaktiertem Zustand 3 a longitudinal section through the battery module according to 1 in contacted condition

1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 100. Dargestellt ist das Gehäuse 101 mit den Durchbrechungen 102 und 103 an einer Stirnseite des Gehäuses. Die Durchbrechungen bieten einen Ein- bzw. Durchlass für einen Steckverbinder, um die Kontaktelemente der in dem Gehäuse 101 angeordneten Batterien des Batteriemoduls abgreifen zu können. 1 schematically shows a plan view of a first embodiment of a battery module according to the invention 100 , Shown is the case 101 with the openings 102 and 103 on an end face of the housing. The apertures provide an input or passage for a connector to the contact elements in the housing 101 to be able to tap arranged batteries of the battery module.

Bei der Ausführungsform gemäß 2 ist ein Teil des Gehäuses 201 als Gitter 204 ausgebildet, das eine Lüftungsfunktion wahrnehmen kann. Einige Durchlässe zwischen den Stäben des Gitters dienen als Durchbrechungen 202 und 203. Über diese können auch hier innerhalb des Gehäuses angeordnete Batterien elektrisch kontaktiert werden.In the embodiment according to 2 is a part of the case 201 as a grid 204 trained, which can perform a ventilation function. Some passages between the bars of the grid serve as openings 202 and 203 , About these can also be electrically contacted here within the housing arranged batteries.

Der Vorgang der Kontaktierung ist schematisch in 3 dargestellt. Die Steckverbinder 301 und 302 ragen hier durch die Durchbrechungen 102 und 103 ins Innere des Gehäuses 101 und kontaktieren dort die Kontaktelemente 105a und 105b. Die Steckverbinder sind dabei derart ausgebildet, dass außerhalb des Gehäuses 101 keine elektrischen Kontakte frei liegen.The process of contacting is schematically in 3 shown. The connectors 301 and 302 protrude through the openings here 102 and 103 inside the case 101 and contact the contact elements there 105a and 105b , The connectors are designed such that outside the housing 101 no electrical contacts are exposed.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 7466103 B2 [0004] US 7466103 B2 [0004]

Claims (5)

Batteriemodul, umfassend mindestens ein Zellpaket aus mindestens einer wiederaufladbaren elektrochemischen Zelle, ein Gehäuse, welches das mindestens eine Zellpaket umgibt, sowie Kontaktelemente zur elektrischen Kontaktierung des Batteriemoduls, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktelemente innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.Battery module, comprising at least one cell stack of at least one rechargeable electrochemical cell, a housing which surrounds the at least one cell stack, and contact elements for electrically contacting the battery module, characterized in that the contact elements are arranged within the housing. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mindestens eine Durchbrechung aufweist, durch die ein zu den Kontaktelementen komplementärer lösbarer Kontakt, insbesondere ein Steckverbinder, in das Gehäuse eingeführt werden kann zwecks mechanischer und elektrischer Kontaktierung der Kontaktelemente.Battery module according to claim 1, characterized in that the housing has at least one opening through which a complementary to the contact elements releasable contact, in particular a connector can be inserted into the housing for the purpose of mechanical and electrical contacting of the contact elements. Batteriemodul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teil des Gehäuses als Gitter ausgebildet ist und die Kontaktelemente für den Steckverbinder zugänglich hinter dem Gitter angeordnet sind.Battery module according to claim 2, characterized in that at least part of the housing is formed as a grid and the contact elements for the connector are arranged accessible behind the grid. Energiespeichersystem, umfassend mindestens eine Aufnahme für ein Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ein darin angeordnetes Batteriemodul sowie einen Steckverbinder, zur elektrischen und mechanischen Kontaktierung des Batteriemoduls.Energy storage system, comprising at least one receptacle for a battery module according to one of the preceding claims, a battery module arranged therein and a connector for electrical and mechanical contacting of the battery module. Energiespeichersystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steckverbinder in der Aufnahme fixiert ist.Energy storage system according to claim 4, characterized in that the connector is fixed in the receptacle.
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