DE102014112596A1 - Cell seal, battery module, method for mounting a battery module and battery or accumulator - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Zellendichtung (20) für ein Batteriemodul (1) einer Batterie oder eines Akkumulators eines Fahrzeugs, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, wobei die Zellendichtung (20) elastisch und integral ausgebildet ist, wobei die Zellendichtung (20) eine Dichtplatte (22) und wenigstens eine sich von der Dichtplatte (22) wegerstreckende Dichtkanne (24) für eine Speicherzelle (30) des Batteriemoduls (1) aufweist, wobei die Dichtkanne (24) im Bereich der Dichtplatte (22) offen ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul (1) für eine Batterie oder einen Akkumulator eines Fahrzeugs, insbesondere für eine Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, mit einem Gehäuse (10), einer Zellendichtung (20) und wenigstens einer in die Zellendichtung (20) eingesetzten Speicherzelle (30), wobei eine einzige Zellendichtung (20) am/im Gehäuse (10) des Batteriemoduls (10) vorgesehen ist und die Zellendichtung (20) derart ausgebildet ist, dass sie die wenigstens eine Speicherzelle (30) gegenüber dem Gehäuse (10) fluiddichtet.The invention relates to a cell seal (20) for a battery module (1) of a battery or a rechargeable battery of a vehicle, in particular a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle, wherein the cell seal (20) is elastic and integrally formed, wherein the cell seal (20) Sealing plate (22) and at least one of the sealing plate (22) wegerstreckende sealing jug (24) for a memory cell (30) of the battery module (1), wherein the sealing jug (24) in the region of the sealing plate (22) is open. Furthermore, the invention relates to a battery module (1) for a battery or a battery of a vehicle, in particular for a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle, comprising a housing (10), a cell seal (20) and at least one inserted into the cell seal (20) Memory cell (30), wherein a single cell seal (20) on / in the housing (10) of the battery module (10) is provided and the cell seal (20) is formed such that it at least one memory cell (30) relative to the housing (10 ) fluid-sealed.
Description
Die Erfindung betrifft eine Zellendichtung für ein Batteriemodul einer Batterie oder eines Akkumulators eines Fahrzeugs, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul für eine Batterie oder einen Akkumulator, ein Verfahren zum Montieren eines Batteriemoduls für eine Batterie oder einen Akkumulator, sowie eine Batterie oder einen Akkumulator für ein Fahrzeug, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug. The invention relates to a cell seal for a battery module of a battery or a rechargeable battery of a vehicle, in particular a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a battery module for a battery or a rechargeable battery, a method for mounting a battery module for a battery or a rechargeable battery, and a battery or a rechargeable battery for a vehicle, in particular a traction battery for a hybrid or electric motor vehicle.
Batterien bzw. Akkumulatoren für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, weisen eine elektrische Zusammenschaltung von einzelnen elektrochemischen Speicherzellen oder Modulen auf. Eine Ausgestaltung einer solchen Batterie – nachfolgend ist meist nur noch von einer Batterie die Rede, der Begriff Akkumulator soll dadurch mitumfasst sein – ist eine sogenannte Traktionsbatterie, welche einer Zurverfügungstellung von elektrischer Antriebsenergie für einen Elektromotor eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs dient. Solche Batterien sind u. a. auf eine elektrische Leistung und eine Größe optimiert und benötigen daher oft eine Kühlung mit einem Kühlfluid (eine Flüssigkeit oder ein Gas(gemisch)). Für die Kühlung ist auf eine effektive Wärmeübertragung von den Speicherzellen der Batterie in das Kühlfluid zu achten, da ein Einhalten eines Temperaturbands für die Speicherzellen für eine Lebensdauer, eine Leistung und eine Sicherheit der Batterie wichtig ist. Hierfür müssen die Speicherzellen der Batterie gegenüber dem Kühlfluid gedichtet sein. Batteries or accumulators for vehicles, in particular for motor vehicles, have an electrical interconnection of individual electrochemical storage cells or modules. An embodiment of such a battery - hereinafter usually only one battery is mentioned, the term accumulator should thereby be encompassed - is a so-called traction battery, which serves to provide electric drive energy for an electric motor of a hybrid or electric motor vehicle. Such batteries are u. a. optimized for electrical power and size and therefore often require cooling with a cooling fluid (a liquid or a gas (mixture)). For cooling, effective heat transfer from the memory cells of the battery to the cooling fluid is important, as maintaining a temperature band for the memory cells is important for battery life, performance and safety. For this purpose, the memory cells of the battery must be sealed against the cooling fluid.
Die
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Zellendichtung für ein Batteriemodul einer Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs anzugeben. Ferner ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Batteriemodul, ein verbessertes Verfahren zum Montieren eines Batteriemoduls sowie eine verbesserte Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug anzugeben. – Gemäß der Erfindung soll ein kühlbares Batteriemodul zur Verfügung gestellt werden, das einfach aufgebaut und somit vergleichsweise kostengünstig ist. Hierbei soll eine einfache Dichtung der Speicherzellen gegenüber einem Gehäuse des Batteriemoduls und eine gute Wärmeübertragung von den Speicherzellen in das Kühlfluid realisiert sein. It is an object of the invention to provide an improved cell seal for a battery module of a battery of a vehicle, in particular a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle. Furthermore, it is an object of the invention to provide an improved battery module, an improved method for mounting a battery module and an improved battery for a vehicle, in particular a traction battery for a hybrid or electric motor vehicle. - According to the invention, a coolable battery module is to be provided, which is simple in construction and thus relatively inexpensive. Here, a simple seal of the memory cells to a housing of the battery module and a good heat transfer from the memory cells into the cooling fluid to be realized.
Die Aufgabe der Erfindung ist mittels einer Zellendichtung für ein Batteriemodul einer Batterie eines Fahrzeugs, insbesondere einer Traktionsbatterie eines Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeugs, gemäß Anspruch 1; mittels eines Batteriemoduls für eine Batterie eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 4; durch ein Verfahren zum Montieren eines Batteriemoduls für eine Batterie eines Fahrzeugs gemäß Anspruch 10; und mittels einer Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere einer Traktionsbatterie für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, gemäß Anspruch 12 gelöst. – Vorteilhafte Weiterbildungen, zusätzliche Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der folgenden Beschreibung. The object of the invention is by means of a cell seal for a battery module of a battery of a vehicle, in particular a traction battery of a hybrid or electric motor vehicle, according to
Die erfindungsgemäße Zellendichtung ist elastisch und stofflich einstückig bzw. integral, d. h. einfach, ausgebildet, wobei die Zellendichtung eine Dichtplatte und wenigstens eine sich von der Dichtplatte wegerstreckende Dichtkanne für eine Speicherzelle des Batteriemoduls aufweist, und die Dichtkanne im Bereich der Dichtplatte offen ausgebildet ist. Gemäß der Erfindung kann die wenigstens eine Dichtkanne an einem der Dichtplatte abgewandten Längsende geschlossen ausgebildet sein. Ferner kann in der wenigstens einen Dichtkanne bevorzugt eine Speicherzelle vorgesehen sein. Bei einer Mehrzahl von Speicherzellen können diese bevorzugt einseitig elektrisch miteinander verbunden bzw. verschaltet sein. Hierbei kann die Zellendichtung für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul ausgebildet bzw. vorgesehen sein. The cell seal according to the invention is elastic and materially integral or d. H. simple, trained, wherein the cell seal has a sealing plate and at least one extending away from the sealing plate sealing jug for a memory cell of the battery module, and the sealing jug is open in the region of the sealing plate. According to the invention, the at least one sealing jug may be formed closed on a longitudinal end facing away from the sealing plate. Furthermore, a memory cell may preferably be provided in the at least one sealing jug. In the case of a plurality of memory cells, these can preferably be connected or interconnected electrically on one side. In this case, the cell seal can be designed or provided for a battery module according to the invention.
Gemäß der Erfindung kann die Zellendichtung als eine komplex aufgebaute Zellendichtung ausgebildet sein, die in allen ihren Bereichen bzw. Abschnitten im Wesentlichen elastisch ausgebildet ist. Hierbei kann die Zellendichtung aus einem Silikon oder einem Gummi hergestellt sein, der bevorzugt für ein Silikon oder einen Gummi eine gute Wärmeleiteigenschaft besitzt. Gemäß der Erfindung kann die Dichtkanne einen im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt aufweisen, wobei andere Querschnitte natürlich realisierbar sind. Ein Durchmesser der Dichtkanne ist bevorzugt kleiner als ein Durchmesser einer darin vorsehbaren Speicherzelle. Ferner umfasst die Zellendichtung bevorzugt eine Vielzahl von dichtplattenseitig offenen und gegenüberliegend zur Dichtplatte geschlossenen Dichtkannen. According to the invention, the cell seal may be formed as a complex cell seal, which is substantially elastic in all its areas or sections. Here, the cell seal may be made of a silicone or a rubber which preferably has a good heat-conducting property for a silicone or a rubber. According to the invention, the sealing jug may have a substantially circular cross section, wherein other cross sections are of course feasible. A diameter of the sealing can is preferably smaller than a diameter of a storage cell which can be provided therein. Furthermore, the cell seal preferably comprises a multiplicity of sealing cans which are open on the sealing plate side and which are closed opposite the sealing plate.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul weist ein Gehäuse, eine Zellendichtung und wenigstens eine in die Zellendichtung eingesetzte Speicherzelle auf. Hierbei ist gemäß der Erfindung eine einzige Zellendichtung am/im Gehäuse des Batteriemoduls vorgesehen und die Zellendichtung derart ausgebildet, dass sie die wenigstens eine Speicherzelle gegenüber dem Gehäuse fluiddichtet. Bevorzugt ist die wenigstens eine Speicherzelle mit einem wesentlichen Längsabschnitt in der wenigstens einen Dichtkanne der Zellendichtung formschlüssig aufgenommen. Die bevorzugt elastisch und integral mit der Zellendichtung ausgebildete, wenigstens eine Dichtkanne ist insbesondere derart ausgebildet, dass sie im Wesentlichen vollumfänglich um die Speicherzelle herum eine nach innen gerichtete Radialkraft auf die Speicherzelle ausüben kann. The battery module according to the invention has a housing, a cell seal and at least one memory cell inserted into the cell seal. Here, according to the invention, a single cell seal is provided on / in the housing of the battery module and the cell seal is designed such that it fluid-seals the at least one memory cell relative to the housing. Preferably, the at least one memory cell is received in a form-fitting manner with a substantial longitudinal section in the at least one sealing jug of the cell seal. The preferably elastically and integrally formed with the cell seal, at least one sealing jug is in particular designed such that it can exert substantially inwardly around the memory cell around an inwardly directed radial force on the memory cell.
D. h. die Speicherzelle ist in einem Montagezustand in Umfangsrichtung bevorzugt form- und kraftschlüssig in der Dichtkanne der Zellendichtung aufgenommen. Etwas Analoges gilt bevorzugt für einen Boden der Dichtkanne. Hierdurch liegt die vergleichsweise dünn ausbildbare Zellendichtung mit ihrer wenigstens einen Dichtkanne eng an der wenigstens einen bzw. der betreffenden Speicherzelle an, wodurch eine effektive Wärmeübertragung von der Speicherzelle über die Dichtkanne in ein Kühlfluid zwischen dem Gehäuse des Batteriemoduls und der Zellendichtung des Batteriemoduls erfolgen kann. Bevorzugt besitzt die Zellendichtung eine vergleichsweise gute Wärmeleiteigenschaft. Für die Kühlung der Speicherzellen kann das Gehäuse einen Zufluss und einen Abfluss für das Kühlfluid besitzen. Ie. the memory cell is preferably received positively and non-positively in the sealing pot of the cell seal in a mounting state in the circumferential direction. Something analogous is preferred for a bottom of the sealing jug. As a result, the comparatively thin cell seal with its at least one sealing jug fits tightly against the at least one memory cell, whereby effective heat transfer from the memory cell via the sealing jug into a cooling fluid can take place between the housing of the battery module and the cell seal of the battery module. The cell seal preferably has a comparatively good heat-conducting property. For the cooling of the memory cells, the housing may have an inflow and an outflow for the cooling fluid.
In Ausführungsformen der Erfindung ist die wenigstens eine Dichtkanne in einem Bereich ihrer Anbindung an eine Dichtplatte der Zellendichtung offen und in einem diesen gegenüberliegenden Bereich geschlossen ausgebildet. Ferner kann die Dichtplatte an/auf dem Gehäuse an-/aufliegen und zusammen mit der wenigstens einen Dichtkanne einen Innenraum des Gehäuses gegenüber der wenigstens einen Speicherzelle fluiddichten, wobei eine einzige am Gehäuse umlaufende Dichtlinie bzw. Dichtebene im Batteriemodul eingerichtet ist. Die Dichtplatte kann mittels eines Rahmens an/auf dem Gehäuse montiert sein, wobei der Rahmen bevorzugt vollständig um das Gehäuse umlaufend an/auf dem Gehäuse vorgesehen ist. Die wenigstens eine aus der Dichtkanne herausragende Speicherzelle kann abseits der Dichtkanne mittels einer Vergussmasse, einer Zellhalteplatte oder eines weiteren Rahmens fixiert sein. In embodiments of the invention, the at least one sealing jug is open in a region of its connection to a sealing plate of the cell seal and formed closed in a region lying opposite this. Furthermore, the sealing plate on / on the housing on / rest and fluid-tight with the at least one sealing jug an interior of the housing relative to the at least one memory cell, wherein a single encircling sealing line or sealing level in the battery module is set up. The sealing plate may be mounted by means of a frame on / on the housing, wherein the frame is preferably provided completely encircling the housing on / on the housing. The at least one storage cell protruding from the sealing pot can be fixed away from the sealing can by means of a potting compound, a cell holding plate or a further frame.
Gemäß der Erfindung können sämtliche elektrischen Verbindungen zwischen den Speicherzellen des Batteriemoduls an/auf einer einzigen Seite des Batteriemoduls eingerichtet sein. Hierbei können die elektrischen Verbindungen zwischen den Speicherzellen bevorzugt abseits der Dichtkanne und im Wesentlichen direkt benachbart zur Dichtplatte der Zellendichtung eingerichtet sein. Die elektrische Verbindung zwischen zwei Speicherzellen des Batteriemoduls ist bevorzugt mittels einer Bügelfahne eingerichtet. Der Rahmen kann mittels einer Mehrzahl von Befestigungsmitteln, insbesondere einer Mehrzahl von Schrauben, an/auf dem Gehäuse montiert sein. Auf einem Boden des Gehäuses kann eine Vergussmasse, ein Rahmen oder eine Klebeschicht vorgesehen sein, welche die wenigstens eine Dichtkanne und die darin befindliche Speicherzelle am Boden haltert. According to the invention, all electrical connections between the memory cells of the battery module can be arranged on / on a single side of the battery module. In this case, the electrical connections between the memory cells can preferably be arranged away from the sealing jug and essentially directly adjacent to the sealing plate of the cell seal. The electrical connection between two memory cells of the battery module is preferably set up by means of a bow tag. The frame may be mounted on / on the housing by means of a plurality of fastening means, in particular a plurality of screws. On a bottom of the housing may be provided a potting compound, a frame or an adhesive layer, which holds the at least one sealing can and the memory cell located therein at the bottom.
Bei dem erfindungsgemäßen Montageverfahren wird in einem ersten Schritt eine elastisch und integral ausgebildete Zellendichtung auf/an einem Gehäuse des Batteriemoduls fluiddicht festgelegt. In einem zeitlich darauf folgenden zweiten Schritt wird ein Unterdruck zwischen der Zellendichtung und dem Gehäuse erzeugt, und in einem zeitlich wiederum darauf folgenden dritten Schritt eine Speicherzelle in wenigstens einer Dichtkanne der Zellendichtung vorgesehen. – Zeitlich vor dem ersten Schritt kann auf einem Boden des Gehäuses bzw. im Gehäuse eine Vergussmasse, eine Klebeschicht oder ein Rahmen vorgesehen werden. Zeitlich in einem auf den dritten Schritt folgenden vierten Schritt wird der Unterdruck zwischen der Zellendichtung und dem Gehäuse abgebaut und bevorzugt zeitlich danach werden die Speicherzellen elektrisch miteinander verschaltet. In einem zeitlich auf den vierten Schritt folgenden fünften Schritt können mittels einer Vergussmasse, einer Zellhalteplatte oder einem Rahmen die aus der Zellendichtung herausragenden Speicherzellen fixiert werden. In the assembly method according to the invention is in a first step, an elastically and integrally formed cell seal on / on a Housing of the battery module fluid-tight. In a temporally following second step, a negative pressure between the cell seal and the housing is generated, and provided in a second time in the subsequent third step, a memory cell in at least one sealing jug of the cell seal. - Time before the first step, a potting compound, an adhesive layer or a frame can be provided on a bottom of the housing or in the housing. Temporally in a fourth step following the third step, the negative pressure between the cell seal and the housing is reduced, and preferably temporally thereafter, the memory cells are electrically interconnected. In a fifth step following the fourth step, the storage cells protruding from the cell seal can be fixed by means of a potting compound, a cell holding plate or a frame.
Im ersten Schritt wird die Zellendichtung bevorzugt mittels eines Rahmens auf/an dem Gehäuse fluiddicht festgelegt. Im zweiten Schritt kann lediglich über einen Zufluss und/oder einen Abfluss des Gehäuses der Unterdruck zwischen der Zellendichtung und dem Gehäuse eingerichtet werden. Im zweiten Schritt weitet sich die Zellendichtung beim Einrichten des Unterdrucks zwischen der Zellendichtung und dem Gehäuse auf. Ferner werden im zweiten Schritt im Wesentlichen sämtliche Speicherzellen von derselben Seite der Zellendichtung kommend in die betreffenden Dichtkannen eingeschoben. Gemäß der Erfindung kann die Zellendichtung als eine erfindungsgemäße Zellendichtung und/oder das Batteriemodul als ein erfindungsgemäßes Batteriemodul ausgebildet sein. – Die erfindungsgemäße Batterie oder der erfindungsgemäße Akkumulator weisen eine erfindungsgemäße Zellendichtung und/oder wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriemodul auf. Ferner kann die erfindungsgemäße Batterie oder der erfindungsgemäße Akkumulator gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren teilmontiert sein. In the first step, the cell seal is preferably fixed in a fluid-tight manner by means of a frame on / on the housing. In the second step, the negative pressure between the cell seal and the housing can be established only via an inflow and / or outflow of the housing. In the second step, the cell seal expands upon establishing the negative pressure between the cell seal and the housing. Furthermore, in the second step, essentially all the memory cells are inserted from the same side of the cell seal into the respective sealing cans. According to the invention, the cell seal may be formed as a cell seal according to the invention and / or the battery module as a battery module according to the invention. - The battery according to the invention or the accumulator according to the invention comprise a cell seal according to the invention and / or at least one battery module according to the invention. Furthermore, the battery according to the invention or the accumulator according to the invention can be partially assembled according to a method according to the invention.
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen einer Variante unter Bezugnahme auf die beigefügten schematischen und nicht maßstabsgetreuen Figuren der Zeichnung näher erläutert und illustriert. Elemente, Bauteile oder Komponenten, welche eine identische, univoke oder analoge Ausbildung und/oder Funktion besitzen, sind in der Beschreibung, den Patentansprüchen und der Bezugszeichenliste mit denselben Bezugszeichen versehen und/oder in den Figuren der Zeichnung mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet. The invention is explained in more detail below with reference to embodiments of a variant with reference to the accompanying schematic and not to scale figures of the drawing and illustrated. Elements, components or components which have an identical, univocal or analogous construction and / or function are provided with the same reference symbols in the description, the claims and the list of reference numerals and / or are identified by the same reference symbols in the figures of the drawing.
Sämtliche erläuterten Merkmale, auch die der Bezugszeichenliste, sind nicht nur in der angegebenen Kombination bzw. den angegebenen Kombinationen, sondern auch in einer anderen Kombination bzw. anderen Kombinationen oder in Alleinstellung anwendbar. Insbesondere ist es möglich, anhand der Bezugszeichen und den diesen zugeordneten Merkmalen in der Beschreibung der Erfindung, der Figurenbeschreibung und/oder der Bezugszeichenliste, ein Merkmal oder eine Mehrzahl von Merkmalen in der Beschreibung der Erfindung und/oder der Figurenbeschreibung zu substituieren. Ferner kann dadurch ein Merkmal oder eine Mehrzahl von Merkmalen in den Patentansprüchen ausgelegt, näher spezifiziert und/oder ersetzt werden. – In den Figuren (Fig.) der Zeichnung zeigen: All explained features, including those of the list of reference numerals, are applicable not only in the specified combination or the specified combinations, but also in a different combination or other combinations or in isolation. In particular, it is possible on the basis of the reference symbols and their associated features in the description of the invention, the description of the figures and / or the list of reference signs, to substitute a feature or a plurality of features in the description of the invention and / or the description of the figures. Furthermore, a feature or a plurality of features in the patent claims can thereby be designed, specified and / or replaced. - In the figures (Fig.) Of the drawing show:
Die Erfindung ist im Folgenden anhand von Ausführungsformen einer Variante (vgl. die
Die
Das Herstellwerkzeug
Bei einer Montage der Speicherzellen
Im Folgenden wird anhand der
Zeitlich danach wird in einem ersten Schritt des Montagverfahrens die Zellendichtung
Zeitlich nach dem ersten Schritt können die Speicherzellen
Alternativ zu dieser Montage kann in einem zeitlich auf den ersten Schritt folgenden zweiten Schritt im Innenraum
Nach einem Vorsehen der Speicherzellen
In einem zeitlich auf den vierten Schritt folgenden fünften Schritt wird zum Fixieren der Speicherzellen
Gemäß der Erfindung wird eine Dichtung
Um die Speicherzellen
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