DE102014212181A1 - Battery module housing and battery module, battery, battery system, vehicle and method for producing a battery module - Google Patents
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Abstract
Batteriemodulgehäuse, gekennzeichnet durch: einen Modulkörper (200) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend: eine Vielzahl von offenen Kammern (2501, ... 2503), die in einer Ebene angeordnet sind, zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), die jeweils elektrische Anschlüsse (1301, ... 1303, 1351, ... 1353) umfassen, wobei jede Kammer (2501, ... 2503) der Vielzahl von Kammern (2501, ... 2503) zum Einführen einer Batteriezelle (1001, ... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), ausgebildet ist, eine Vielzahl von Anschlussöffnungen (2601, ... 2603), die in der Vielzahl von Kammern (2501, ... 2503) korrespondierend zu den elektrischen Anschlüssen (1301, ... 1303, 1351, ... 1353) angeordnet und ausgebildet sind, zum Herausführen der elektrischen Anschlüsse (1301, ... 1303, 1351, ... 1353) aus dem Batteriemodulgehäuse beim jeweiligen Einführen der Batteriezelle (1001, ... 1003) der Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), wobei der Modulkörper (200) derart ausgebildet ist, dass die Vielzahl von Kammern (2501, ... 2503) mittels eines ersten Blatts (300) verschließbar ist, und eine Modulplatte (400) aus elektrisch nichtleitendem Material, umfassend: einen offenen Kanal (450), der in einer Hauptebene der Modulplatte (400) ausgebildet ist, zur Aufnahme eines Temperiermediums zur Temperierung der Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), Öffnungen (4601, 4602), die jeweils mit dem Kanal (450) mediumübertragend verbunden sind, zur Zufuhr oder Abfuhr des Temperiermediums, wobei die Modulplatte (400) derart ausgebildet ist, dass der Kanal (450) mittels eines zweiten Blatts (500) verschließbar ist, wobei der Modulkörper (200) und die Modulplatte (400) derart miteinander verbindbar ausgebildet sind, dass das Temperiermedium die Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003) durch das erste Blatt (300) und das zweite Blatt (500) hindurch temperieren kann, ein Batteriemodul (10), eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10).A battery module housing, characterized by: a module body (200) of electrically non-conductive material, comprising: a plurality of open chambers (2501, ... 2503) arranged in a plane for receiving a plurality of battery cells (1001, ... 1003), each comprising electrical connections (1301, ... 1303, 1351, ... 1353), each chamber (2501, ... 2503) of the plurality of chambers (2501, ... 2503) for introducing a Battery cell (1001, ... 1003) of the plurality of battery cells (1001, ... 1003) is formed, a plurality of connection openings (2601, ... 2603), which in the plurality of chambers (2501, ... 2503) corresponding to the electrical terminals (1301, ... 1303, 1351, ... 1353) are arranged and formed, for taking out the electrical connections (1301, ... 1303, 1351, ... 1353) from the battery module housing at the respective insertion of the battery cell (1001, ... 1003) of the plurality of battery cells (1001, ... 1003), wherein de a modular body (200) is formed such that the plurality of chambers (2501, ... 2503) is closable by means of a first sheet (300), and a module plate (400) of electrically non-conductive material, comprising: an open channel (450 ) formed in a main plane of the module plate (400) for receiving a tempering medium for tempering the plurality of battery cells (1001, ... 1003), openings (4601, 4602) respectively communicating with the channel (450) are, for the supply or removal of the tempering, wherein the module plate (400) is formed such that the channel (450) by means of a second sheet (500) is closable, wherein the module body (200) and the module plate (400) connected to one another in such a way in that the temperature control medium can temper the plurality of battery cells (1001,... 1003) through the first blade (300) and the second blade (500), a battery module (10), a battery, a battery system, a vehicle and a method for manufacturing a battery module (10).
Description
Stand der TechnikState of the art
Es ist absehbar, dass sowohl bei stationären Anwendungen, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch bei mobilen Anwendungen, zum Beispiel bei Elektrokraftfahrzeugen (electric vehicles, EV) oder Hybridfahrzeugen (hybrid electric vehicles, HEV), als wiederaufladbare elektrische Energiespeicher (EES) vermehrt neue Batteriesysteme (Akkumulatorsysteme), zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, Lithium-Polymer-Akkumulatoren oder Nickel-Metallhybrid-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.It is foreseeable that both in stationary applications, for example in wind turbines, and in mobile applications, for example in electric vehicles (EV) or hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV), as rechargeable electrical energy storage (EES) increasingly new Battery systems (accumulator systems), for example with lithium-ion batteries, lithium-polymer batteries or nickel-metal hybrid batteries will be used.
Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des unerwünschten Kapazitätsverlusts durch häufige Teilentladung erfüllen.The battery systems must meet very high requirements in terms of usable energy content, charge / discharge efficiency, reliability, life and unwanted capacity loss due to frequent partial discharge.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen. Aufgrund ihres Zelleninnenwiderstands und der stattfindenden elektrochemischen Prozesse erwärmen sich die Batteriezellen während des Ladens und Entladens. Die Batteriezellen können in Reihe (Serie) verschaltet werden, um die elektrische Spannung zu erhöhen, und / oder parallel verschaltet werden, um den maximalen elektrischen Strom zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batterieeinheiten bzw. Batteriemodulen zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden. Bei einem Hochvoltbatteriesystem kann die Gesamtspannung somit beispielsweise 450 V oder sogar 600 V betragen.A battery system includes a plurality of battery cells. Due to their internal cell resistance and the electrochemical processes that take place, the battery cells heat up during charging and discharging. The battery cells can be connected in series (series) to increase the voltage and / or connected in parallel to increase the maximum electric current. In this case, the battery cells can be combined to form battery units or battery modules. When used to drive vehicles, for example, about 100 battery cells (as a traction battery) can be connected in series or in parallel. For example, in a high voltage battery system, the total voltage may be 450V or even 600V.
Der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturbereich liegt typischer Weise zwischen –30 °C und +70 °C, vorzugsweise zwischen +5 °C und +35 °C. Im unteren Bereich der Betriebstemperatur kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen von unter ca. 0 °C steigt der Innenwiderstand der Batteriezellen stark an, und die Leistungsfähigkeit und der Wirkungsgrad der Batteriezellen nehmen mit weiter fallenden Temperaturen kontinuierlich ab. Dabei kann auch eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Auch wenn die Betriebstemperatur überschritten wird, kann die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen deutlich abnehmen. Bei Temperaturen über ca. 40 °C wird die Lebensdauer der Batteriezellen reduziert. Dabei kann ebenfalls eine irreversible Schädigung der Batteriezellen auftreten. Weiterhin liegt der für den Betrieb der Batteriezellen zulässige Temperaturunterschied (Temperaturgradient) in einer Batteriezelle und / oder innerhalb eines Batteriemoduls oder einer Batterie typischer Weise zwischen 5 Kelvin und 10 Kelvin. Bei größeren Temperaturunterschieden können verschiedene Bereiche einer Batteriezelle bzw. verschiedene Batteriezellen eines Batteriemoduls oder einer Batterie unterschiedliche Belastungen erfahren oder sogar (partiell) überlastet und / oder geschädigt werden. Weiterhin besteht aufgrund von Temperaturunterschieden und / oder Temperaturänderungen eine Gefahr der Bildung von Kondenswasser in der Batterie. Die Schädigung kann zu einer beschleunigten Alterung der Batteriezellen oder einem thermischen Durchgehen (Thermal Runaway) der Batteriezellen, das eine Gefahr für Mensch und Umwelt darstellt, führen.The permissible for the operation of the battery cells temperature range is typically between -30 ° C and +70 ° C, preferably between +5 ° C and +35 ° C. In the lower range of the operating temperature, the performance of the battery cells can be significantly reduced. At temperatures below about 0 ° C, the internal resistance of the battery cells increases sharply, and the performance and efficiency of the battery cells continue to decrease as temperatures continue to fall. In this case, an irreversible damage to the battery cells can occur. Even if the operating temperature is exceeded, the performance of the battery cells may decrease significantly. At temperatures above approx. 40 ° C, the service life of the battery cells is reduced. In this case, an irreversible damage to the battery cells can also occur. Furthermore, the allowable for the operation of the battery cells temperature difference (temperature gradient) in a battery cell and / or within a battery module or a battery typically between 5 Kelvin and 10 Kelvin. For larger temperature differences, different areas of a battery cell or different battery cells of a battery module or a battery can experience different loads or even (partially) overloaded and / or damaged. Furthermore, due to temperature differences and / or temperature changes, there is a risk of the formation of condensation in the battery. The damage can lead to an accelerated aging of the battery cells or a thermal runaway of the battery cells, which represents a danger to humans and the environment.
In einem hybriden Antriebsstrang eines Fahrzeugs werden Lithium-Ionen-Hochleistungsbatteriezellen mit einer sehr hohen Dynamik betrieben. Während kurzzeitiger Spitzenbelastungen, die beispielsweise durch Rekuperation von Bremsenergie beim Bremsen oder Boostunterstützung beim Beschleunigen entstehen, müssen die Batteriezellen in einer sehr kurzen Zeit eine hohe Leistung (bei Ladung) aufnehmen oder (bei Entladung) abgeben. Aufgrund des Innenwiderstands der Batteriezellen führen diese kurzen Spitzenbelastungen zu einer signifikanten Erwärmung der Batteriezellen. Der Wirkungsgrad der Batteriezellen beim Laden bzw. Entladen ist sehr hoch (ca. 95 %); dennoch ist die dabei entstehende Abwärme nicht vernachlässigbar. Bei einer Traktionsleistung von beispielsweise 60 KW ergibt ein Verlust von 5 % eine Verlustleistung von 3 KW. Weiterhin können, beispielsweise in den Sommermonaten oder in wärmeren Regionen, Außentemperaturen, die 40 °C und mehr betragen können, außerhalb des zulässigen Temperaturbereichs liegen, so dass die Batteriezellen ohne Kühlung die geforderte Lebensdauer von, beispielsweise, zehn oder 15 Jahren nicht erreichen können.In a hybrid powertrain of a vehicle, lithium-ion high-performance battery cells are operated with a very high dynamics. During short-term peak loads caused, for example, by recuperation of braking energy during braking or boost assistance during acceleration, the battery cells must in a very short time a high performance (when charging) record or deliver (on discharge). Due to the internal resistance of the battery cells, these short peak loads lead to significant heating of the battery cells. The efficiency of the battery cells when charging or discharging is very high (about 95%); Nevertheless, the resulting waste heat is not negligible. At a traction power of, for example, 60 KW results in a loss of 5%, a power loss of 3 KW. Furthermore, for example, in the summer months or in warmer regions, outside temperatures, which may be 40 ° C and more, outside the allowable temperature range, so that the battery cells without cooling the required life of, for example, ten or 15 years can not reach.
Um die Sicherheit, Funktion und Lebensdauer des Batteriemoduls bzw. Batteriesystems zu gewährleisten, ist es daher erforderlich, die Batteriezellen innerhalb des vorgegebenen Temperaturbereichs zu betreiben. Einerseits entsteht, wie oben beschrieben, während des Betriebs der Batteriezellen Wärme, die abgeführt werden muss, um ein Aufheizen der Batteriezellen über die kritische Maximaltemperatur zu vermeiden. Anderseits kann es erforderlich sein, die Batteriezellen bei tiefen Temperaturen auf eine Mindesttemperatur aufzuheizen. Zur Einhaltung des vorgegebenen Temperaturbereichs wird das Batteriemodul bzw. Batteriesystem temperiert, d. h. bedarfsgerecht gekühlt bzw. geheizt, wobei die Kühlung in der Regel häufiger erforderlich ist als die Heizung.To ensure the safety, function and life of the battery module or battery system, it is therefore necessary to operate the battery cells within the specified temperature range. On the one hand arises, as described above, during operation of the battery cells heat that must be dissipated to prevent heating of the battery cells above the critical maximum temperature. On the other hand, it may be necessary to heat the battery cells at low temperatures to a minimum temperature. To maintain the predetermined temperature range, the battery module or battery system is heated, d. H. cooled or heated as needed, the cooling is usually required more often than the heater.
Aus
Um die Funktionalität von Batterien (Akkumulatoren) und Batteriesystemen (Akkumulatorsystemen) weiter zu erhöhen, ist es jedoch erforderlich, ein verbessertes Batteriemodulgehäuse bereitzustellen. However, in order to further increase the functionality of batteries and battery systems, it is necessary to provide an improved battery module housing.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die erfindungsgemäßen Vorrichtungen und Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche haben den Vorteil, dass das Batteriemodulgehäuse weniger Komponenten umfasst und eine höhere Stabilität aufweist. Somit kann ein kostengünstigtes hochintegriertes Batteriemodulgehäuse bereitgesteltl werden. Weiterhin kann die Temperierung der Batteriezellen verbessert werden. Außerdem kann auf eine elektrische Isolierung der Batteriezellen entfallen. The devices and methods according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the battery module housing comprises fewer components and has a higher stability. Thus, a low cost, highly integrated battery module housing can be provided. Furthermore, the temperature of the battery cells can be improved. In addition, can be omitted on an electrical insulation of the battery cells.
Weiterhin kann das Batteriemodulgehäuse einfacher montiert und / oder, zum Beispiel im Rahmen einer Wiederverwertung, demontiert werden. Dadurch können Gewicht und /oder Kosten beispielsweise Herstellungskosten wie Materialkosten und Verarbeitungskosten wie Montagekosten, reduziert werden. Außerdem können die Wiederverwertbarkeit und die Umweltverträglichkeit erhöht werden.Furthermore, the battery module housing can be assembled more easily and / or, for example, in the context of recycling, dismantled. As a result, weight and / or cost, for example, manufacturing costs such as material costs and processing costs such as assembly costs, can be reduced. In addition, the recyclability and the environmental compatibility can be increased.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Zweckmäßiger Weise können das Material des Modulkörpers und das Material der Modulplatte ähnlich oder identisch sein. Dadurch kann eine Verträglichkeit der Komponenten verbessert werden. Außerdem können Eigenschaften der Komponenten, zum Beispiel ein temperaturabhängiger Längenausdehnungskoeffiezient, aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Lebensdauer erhöht werden.Conveniently, the material of the module body and the material of the module plate may be similar or identical. As a result, a compatibility of the components can be improved. In addition, properties of the components, for example a temperature-dependent coefficient of linear expansion, can be matched to one another. This can reduce material fatigue. Thus, the life can be increased.
Zweckmäßiger Weise können das Material des Modulkörpers und / oder das Material der Modulplatte Kunststoff, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder duroplastischen Polymerkunststoff, Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyvinylchlorid (PVC), Polystyrol (PS), Polyurethan (PU, PUR) oder Polyethylenterephthalat (PET) umfassen. Dadurch können die Herstellung und Bearbeitung bzw. Verarbeitung des Modulköpers und / der Modulplatte vereinfacht werden.Appropriately, the material of the module body and / or the material of the module plate plastic, polymer plastic, thermoplastic or thermosetting polymer plastic, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyvinyl chloride (PVC), polystyrene (PS), polyurethane (PU, PUR) or Polyethylene terephthalate (PET) include. Thereby, the production and processing of the module body and / or the module plate can be simplified.
Zweckmäßiger Weise können der Modulkörper und / oder die Modulplatte durch Gießen beispielsweise Spritzgießen ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung und Bearbeitung bzw. Verarbeitung des Modulköpers und / der Modulplatte weiter vereinfacht werden.Appropriately, the module body and / or the module plate may be formed by casting, for example, injection molding. As a result, the production and processing or processing of the module body and / or the module plate can be further simplified.
Zweckmäßiger Weise können der Modulkörper und die Modulplatte durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken miteinander verbindbar sind. Dadurch kann die Montage des Batteriemodulgehäuses weiter vereinfacht werden. Weiterhin kann die Montagezeit verkürzt werden Außerdem kann die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge reduziert werden. Conveniently, the module body and the module plate can be connected to each other by clips or clasps, staples, gluing, pushing, screwing, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging together. Thereby, the assembly of the battery module housing can be further simplified. Furthermore, the assembly time can be shortened In addition, the number of required tools can be reduced.
Beim Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schweißen oder Stecken können sogar Schrauben und Schrauber wie Schraubendreher und Schraubprozesse, die eine erhebliche Zeit zum Einschrauben der Schrauben erfordern können, entfallen. Beim Schweißen, insbesondere beim Schweißen von Kunststoffen, können Technologien, die beispielsweise in der Verpackungstechnik eingesetzt werden, angewendet werden. Somit kann eine Entwicklung spezieller Technologien entfallen.When clipping, stapling, gluing, pushing, welding or inserting, even screws and screwdrivers such as screwdrivers and screwdriving processes, which can require a considerable amount of time to screw in the screws, can be dispensed with. When welding, in particular when welding plastics, technologies that are used for example in packaging technology, can be applied. Thus, a development of special technologies can be omitted.
Zweckmäßiger Weise kann die Modulplatte schubladenartig ausgebildet sein, und der Modulkörper Führungsschienen zur Aufnahme der Modulplatte umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung erhöht werden. Außerdem kann die mechanische Belastung von, zum Beispiel, Clips, Klammern und / oder Schrauben reduziert werden.Conveniently, the module plate can be designed like a drawer, and the module body comprise guide rails for receiving the module plate. This can increase the stability of the connection. In addition, the mechanical stress of, for example, clips, clips and / or screws can be reduced.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin Anschlusselemente beispielsweise Anschlussoliven, die jeweils mit den Öffnungen mediumübertragend verbindbar sind, zum mediumübertragenden Verbinden des Kanals des Batteriemodulgehäuses mit einem Kanal eines anderen Batteriemodulgehäuses oder einem Temperiersystem umfassen. Dadurch kann das Batteriemodulgehäuse für den jeweiligen Verwendungszweck flexibel und einfach angepasst werden. Weiterhin können die Anschlusselemente mit den Öffnungen durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken verbindbar ausgebildet sein. Dadurch kann die Montage der Anschlusselemente vereinfacht werden.Expediently, the battery module housing can further comprise connection elements, for example connection olives, which can be connected in a medium-transferring manner to the openings for medium-transmitting connection of the channel of the battery module housing to a channel of another battery module housing or a tempering system. As a result, the battery module housing can be adapted flexibly and simply for the respective intended use. Furthermore, the connection elements with the openings by clips, staples, gluing, screwing, sliding, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plug can be made connectable. Thereby, the assembly of the connection elements can be simplified.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin eine Vielzahl von Dichtungselementen, die in der Vielzahl von Anschlussöffnungen angeordnet ist, zum Abdichten der Vielzahl von Kammern nach dem jeweiligen Herausführen der elektrischen Anschlüsse (Zellenterminals) aus dem Batteriemodulgehäuse umfassen. Dadurch kann ein Eindringen von Partikeln beispielsweise Schmutzpartikeln in das Batteriemodul verhindert werden. Somit kann beispielsweise eine Schutzklasse IP6 (staubdicht) erreicht werden. Weiterhin kann die Vielzahl von Dichtungselementen durch Anspritzen an den Modulkörper ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung des Modulkörpers und das Einführen der Vielzahl von Batteriezellen vereinfacht werden. Weiterhin kann wobei die Vielzahl von Dichtungselementen Kunststoff beispielsweise, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer (lineares Elastomer, TPE) oder thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis (TPE-U, TPU) umfassen.Conveniently, the battery module housing may further include a plurality of seal members disposed in the plurality of terminal openings for sealing the plurality of chambers after respectively removing the electrical terminals (cell terminals) from the battery module housing. This can prevent penetration of particles such as dirt particles in the battery module. Thus, for example, a protection class IP6 (dustproof) can be achieved. Furthermore, the plurality of sealing elements may be formed by injection molding on the module body. Thereby can the manufacture of the module body and the introduction of the plurality of battery cells are simplified. Further, where the plurality of seal members include plastic, for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymer plastic, thermoplastic elastomer (linear elastomer, TPE) or urethane-based thermoplastic elastomer (TPE-U, TPU).
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin Befestigungselemente beispielsweise Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme oder Schrauben umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung von Modulplatte und Modulkörper erhöht werden. Weiterhin können die Befestigungselemente einstückig mit dem Modulkörper oder der Modulplatte ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten weiterhin reduziert werden. Somit kann die Montage weiter vereinfacht werden.Expediently, the battery module housing can furthermore comprise fastening elements, for example bayonet locks, clips, dowels, clamps, latching closures, latching arms or screws. As a result, the stability of the connection between the module plate and the module body can be increased. Furthermore, the fastening elements can be formed integrally with the module body or the module plate. This can further reduce the number of components. Thus, the assembly can be further simplified.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriemodul bereit, das das zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse umfasst.The invention further provides a battery module comprising the battery module housing described above.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul weiterhin das erste Blatt umfassen. Dabei kann das erste Blatt als Folie ausgebildet sein. Die Folie kann beispielsweise eine Stärke von 50 μm bis 200 μm wie 100 μm aufweisen. Durch die Verwendung einer Folie kann das Verschließen des Modulkörpers vereinfacht werden. Dabei kann das erste Blatt elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Durch die Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials kann die elektrische Isolation der Batteriezellen verbessert werden. Dabei kann das erste Blatt Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff umfassen. Durch die Verwendung von Kunststoff kann eine hohe Stabilität des ersten Blatts erreicht werden. Außerdem können bei gleichzeitiger Verwendung von Kunststoff für den Modulkörper und das erste Blatt die Eigenschaften dieser Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Dichtigkeit erhöht werden. Außerdem kann die Lebensdauer erhöht werden.Conveniently, the battery module may further comprise the first sheet. In this case, the first sheet may be formed as a film. The film may, for example, have a thickness of 50 μm to 200 μm, such as 100 μm. By using a film, the closing of the module body can be simplified. In this case, the first sheet may comprise electrically non-conductive material. By using an electrically non-conductive material, the electrical insulation of the battery cells can be improved. The first sheet of plastic may include, for example, polymer plastic. By using plastic, a high stability of the first sheet can be achieved. In addition, with the simultaneous use of plastic for the module body and the first sheet, the properties of these components can be coordinated. This can reduce material fatigue. Thus, the tightness can be increased. In addition, the life can be increased.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul weiterhin das zweite Blatt umfassen. Dabei kann das zweite Blatt als Folie ausgebildet sein. Die Folie kann beispielsweise eine Stärke von 50 μm bis 200 μm wie 100 μm aufweisen. Durch die Verwendung einer Folie kann das Verschließen der Modulplatte vereinfacht werden. Dabei kann das zweite Blatt elektrisch nichtleitendes Material umfassen. Durch die Verwendung eines elektrisch nichtleitenden Materials kann die elektrische Isolation der Batteriezellen weiter verbessert werden. Dabei kann das zweite Blatt Kunststoff beispielsweise Polymerkunststoff umfassen. Durch die Verwendung von Kunststoff kann eine hohe Stabilität des zweiten Blatts erreicht werden. Außerdem können bei gleichzeitiger Verwendung von Kunststoff für die Modulplatte und das zweite Blatt die Eigenschaften dieser Komponenten aufeinander abgestimmt sein. Dadurch kann eine Materialermüdung reduziert werden. Somit kann die Dichtigkeit erhöht werden. Außerdem kann die Lebensdauer erhöht werden. Dabei das erste Blatt und das zweite Blatt ähnliches oder identisches Material umfassen. Dadurch können Materialunverträglichkeiten zwischen dem ersten Blatt und dem zweiten Blatt verhindert werden.Conveniently, the battery module may further comprise the second sheet. In this case, the second sheet may be formed as a film. The film may, for example, have a thickness of 50 μm to 200 μm, such as 100 μm. By using a foil, the closing of the module plate can be simplified. In this case, the second sheet may comprise electrically non-conductive material. By using an electrically non-conductive material, the electrical insulation of the battery cells can be further improved. In this case, the second sheet of plastic may comprise, for example, polymer plastic. By using plastic, a high stability of the second sheet can be achieved. In addition, with the simultaneous use of plastic for the module plate and the second sheet, the properties of these components can be coordinated. This can reduce material fatigue. Thus, the tightness can be increased. In addition, the life can be increased. In this case, the first sheet and the second sheet comprise similar or identical material. As a result, material incompatibilities between the first sheet and the second sheet can be prevented.
Zweckmäßiger Weise kann das Batteriemodul eine Vielzahl von Pufferelementen, die in der Vielzahl von Kammern angeordnet sind, zur Verpressung der Vielzahl von Batteriezellen und /oder zur thermischen Isolierung der Vielzahl von Batteriezellen untereinander umfassen. Durch eine Verpressung der Batteriezellen kann die Lebensdauer der Batteriezellen erhöht werden. Dadurch kann eine thermische Isolierung auf Modulebene erreicht werden. Durch die thermische Isolierung kann eine thermische Ausbreitung (thermal propagation) bzw. eine thermische Beeinflussung der Batteriezellen untereinander, verhindert oder zumindest reduziert werden. Weiterhin können Toleranzen in der Produktion ausgeglichen werden. Weiterhin können die Kammern bei Bedarf an die Größe bzw. den Typ der einzuführenden Batteriezellen angepasst werden. Dabei kann die Vielzahl von Pufferelementen Schaumstoff beispielsweise offenzelligen Schaumstoff oder geschlossenzelligen Schaumstoff, umfassen. Dadurch kann ein für die Verpressung erforderlicher Druck aufrechterhalten werden und / oder eine für die thermische Isolierung vorteilhafte Luftschicht bereitgestellt werden. Die eine Verwendung von geschossenzelligen Schaumstoff kann weiterhin eine Aufnahme von Feuchtigkeit verhindert oder zumindest reduziert werden.Conveniently, the battery module may comprise a plurality of buffer elements arranged in the plurality of chambers for pressing together the plurality of battery cells and / or for thermal insulation of the plurality of battery cells with one another. By compressing the battery cells, the life of the battery cells can be increased. As a result, thermal insulation can be achieved at the module level. Due to the thermal insulation, a thermal propagation (thermal propagation) or a thermal influence of the battery cells with each other, can be prevented or at least reduced. Furthermore, tolerances in production can be compensated. Furthermore, the chambers can be adapted to the size or type of the battery cells to be inserted if necessary. In this case, the multiplicity of buffer elements may comprise foam, for example open-cell foam or closed-cell foam. As a result, a pressure required for the compression can be maintained and / or an air layer advantageous for thermal insulation can be provided. The use of shot-cellular foam can furthermore prevent absorption of moisture or at least be reduced.
Die Erfindung stellt weiterhin eine Batterie bereit, die das zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse oder das zuvor beschriebene Batteriemodul umfasst.The invention further provides a battery comprising the battery module housing described above or the battery module described above.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Batteriesystem bereit, das das zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse, das zuvor beschriebene Batteriemodul oder die zuvor beschriebene Batterie umfasst.The invention further provides a battery system comprising the above-described battery module housing, the previously described battery module or the previously described battery.
Die Erfindung stellt weiterhin ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug wie Elektrokraftfahrzeug, Hybridfahrzeug oder Elektromotorrad (Elektro-Bike, E-Bike), Elektrofahrrad (Pedal Electric Cycle, Pedelec), ein Seefahrzeug wie Elektroboot oder Unterseeboot (U-Boot), ein Luftfahrzeug oder ein Raumfahrzeug, bereit, das das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodulgehäuse, das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriemodul, die zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batterie oder das zuvor beschriebene und mit dem Fahrzeug verbundene Batteriesystem umfasst.The invention further provides a vehicle, in particular motor vehicle such as electric motor vehicle, hybrid vehicle or electric motorcycle (electric bike, e-bike), electric bicycle (pedal electric cycle, pedelec), a maritime vehicle such as electric boat or submarine (submarine), an aircraft or a Spacecraft, ready, the previously described and connected to the vehicle battery module housing, the previously described and with the vehicle connected battery module, the previously described and connected to the vehicle battery or the previously described and connected to the vehicle battery system.
Zweckmäßiger Weise kann das Verbinden des Modulkörpers und der Modulplatte miteinander durch aneinander oder aneinander Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schrauben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken umfassen. Dadurch kann die Montage des Batteriemodulgehäuses weiter vereinfacht werden. Weiterhin kann die Montagezeit verkürzt werden Außerdem kann die Anzahl der erforderlichen Werkzeuge reduziert werden. Beim Clipsen, Klammern, Kleben, Schieben, Schweißen oder Stecken können sogar Schrauben und Schrauber wie Schraubendreher und Schraubprozesse, die eine erhebliche Zeit zum Einschrauben der Schrauben erfordern können, entfallen. Beim Schweißen, insbesondere beim Schweißen von Kunststoffen, können Technologien, die beispielsweise in der Verpackungstechnik eingesetzt werden, angewendet werden. Somit kann eine Entwicklung spezieller Technologien entfallen.Conveniently, the joining of the module body and the module plate with each other by clipping or clipping, stapling, gluing, pushing, screwing, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plugging. Thereby, the assembly of the battery module housing can be further simplified. Furthermore, the assembly time can be shortened In addition, the number of required tools can be reduced. When clipping, stapling, gluing, pushing, welding or inserting, even screws and screwdrivers such as screwdrivers and screwdriving processes, which can require a considerable amount of time to screw in the screws, can be dispensed with. When welding, in particular when welding plastics, technologies that are used for example in packaging technology, can be applied. Thus, a development of special technologies can be omitted.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der Anschlusselemente beispielsweise Anschlussoliven und Verbinden mit den Öffnungen umfassen. Dadurch kann das Batteriemodulgehäuse für den jeweiligen Verwendungszweck flexibel und einfach angepasst werden. Weiterhin können die Anschlusselemente mit den Öffnungen durch Clipsen, Klammern, Kleben, Schrauben, Schieben, Schweißen wie Reibschweißen oder Ultraschallschweißen, oder Stecken verbindbar ausgebildet sein. Dadurch kann die Montage der Anschlusselemente vereinfacht werden.Conveniently, the method may further comprise providing the connection elements, for example connecting olives and connecting with the openings. As a result, the battery module housing can be adapted flexibly and simply for the respective intended use. Furthermore, the connection elements with the openings by clips, staples, gluing, screwing, sliding, welding such as friction welding or ultrasonic welding, or plug can be made connectable. Thereby, the assembly of the connection elements can be simplified.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der Vielzahl von Dichtungselementen und Anordnen in der Vielzahl von Anschlussöffnungen umfassen. Dadurch kann ein Eindringen von Partikeln beispielsweise Schmutzpartikeln in das Batteriemodul verhindert werden. Somit kann beispielsweise eine Schutzklasse IP6 (staubdicht) erreicht werden. Weiterhin kann die Vielzahl von Dichtungselementen durch Anspritzen an den Modulkörper ausgebildet sein. Dadurch können die Herstellung des Modulkörpers und das Einführen der Vielzahl von Batteriezellen vereinfacht werden. Weiterhin kann wobei die Vielzahl von Dichtungselementen Kunststoff beispielsweise, Polymerkunststoff, thermoplastischen oder elastomeren Polymerkunststoff, thermoplastisches Elastomer oder thermoplastisches Elastomer auf Urethanbasis umfassen.Conveniently, the method may further comprise providing the plurality of sealing members and disposing in the plurality of terminal openings. This can prevent penetration of particles such as dirt particles in the battery module. Thus, for example, a protection class IP6 (dustproof) can be achieved. Furthermore, the plurality of sealing elements may be formed by injection molding on the module body. Thereby, the production of the module body and the insertion of the plurality of battery cells can be simplified. Further, where the plurality of sealing members include plastic, for example, polymer plastic, thermoplastic or elastomeric polymer plastic, thermoplastic elastomer, or urethane-based thermoplastic elastomer.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Bereitstellen der Befestigungselemente beispielsweise Bajonettverschlüsse, Clips, Dübel, Klammern, Rastverschlüsse, Rastarme oder Schrauben für das Verbinden der Modulplatte mit dem Modulkörper umfassen. Dadurch kann die Stabilität der Verbindung von Modulplatte und Modulkörper erhöht werden. Weiterhin können die Befestigungselemente einstückig mit dem Modulkörper oder der Modulplatte ausgebildet sein. Dadurch kann die Anzahl von Komponenten weiterhin reduziert werden. Somit kann die Montage weiter vereinfacht werden.Conveniently, the method may further include providing the fasteners, for example, bayonet, clips, dowels, brackets, snap fasteners, locking arms or screws for connecting the module plate with the module body. As a result, the stability of the connection between the module plate and the module body can be increased. Furthermore, the fastening elements can be formed integrally with the module body or the module plate. This can further reduce the number of components. Thus, the assembly can be further simplified.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Verbinden der elektrischen Anschlüsse zum Verbinden der Batteriezellen untereinander umfassen. Dadurch kann das Batteriemodul, zum Beispiel vor einem Anbringen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper, gemäß den jeweiligen Erfordernissen konfiguriert werden. Da die elektrischen Anschlüsse der Batteriezellen aus den Kammern herausgeführt sein, wird das Verbinden der elektrischen Anschlüsse auch zu einem späteren Zeitpunkt ermöglicht. Dabei kann das Verbinden ein Anbringen beispielsweise Bonden von einer Vielzahl von Zellverbindern an die elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch kann das Verbinden der elektrischen Anschlüsse schnell, einfacher, stabil und kostengünstig erfolgen.Conveniently, the method may further comprise connecting the electrical connections for connecting the battery cells with each other. Thereby, the battery module, for example, before attaching a module cover on the module body, be configured according to the respective requirements. Since the electrical connections of the battery cells are led out of the chambers, the connection of the electrical connections is made possible at a later time. In this case, the connection may include attaching, for example, bonding of a multiplicity of cell connectors to the electrical connections. This allows the connection of the electrical connections quickly, easily, stably and inexpensively.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Montieren einer Zellüberwachungseinrichtung oder Zellüberwachungsschaltung (Cell Supervision Circuit, CSC) zur Überwachung der Vielzahl der Batteriezellen umfassen. Dadurch kann die Zellüberwachungseinrichtung in das Batteriemodulgehäuse integriert werden. Dadurch kann die Anzahl der Verbindungen und / oder Anschlüsse reduziert werden. Somit kann die Zuverlässigkeit erhöht werden.Conveniently, the method may further comprise mounting a Cell Supervision Circuit (CSC) to monitor the plurality of battery cells. As a result, the cell monitoring device can be integrated into the battery module housing. This can reduce the number of connections and / or connections. Thus, the reliability can be increased.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Anbringen von elektrischen Batterieanschlüssen zum Bereitstellen eines elektrischen Anschlusses für die Vielzahl von Batteriezellen umfassen. Dabei kann das Anbringen ein Bonden der Batterieanschlüsse an die elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch kann das Anbringen der Batterieanschlüsse schnell, einfacher, stabil und kostengünstig erfolgen.Conveniently, the method may further comprise attaching electrical battery terminals to provide an electrical connection for the plurality of battery cells. In this case, the attaching may include a bonding of the battery terminals to the electrical connections. As a result, attaching the battery terminals can be done quickly, easily, stably and inexpensively.
Zweckmäßiger Weise kann das Verfahren weiterhin Anbringen beispielsweise Anclipsen einer Modulabdeckung auf dem Modulkörper zum Abdecken der elektrischen Anschlüsse umfassen. Dadurch können die elektrischen Anschlüsse, zum Beispiel vor einer Beschädigung oder Verschmutzung, geschützt werden.Conveniently, the method may further include attaching, for example, a module cover on the module body to cover the electrical connections. As a result, the electrical connections, for example, from damage or contamination, are protected.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ersichtlich.Other features and advantages of the present invention will become apparent to those skilled in the art from the following description of exemplary embodiments, which should not be construed as limiting the invention, with reference to the accompanying drawings.
Das Batteriemodul
Die Vielzahl von Batteriezellen
Der Modulkörper
Die Vielzahl von Anschlussöffnungen
Das Batteriemodul
Der Modulkörper
Die Modulplatte
Das Batteriemodul
Die Modulplatte
Der Modulkörper
Dazu kann das Batteriemodul
Das Batteriemodul
Das Verfahren beginnt mit Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Schritt
Das Verfahren endet mit Schritt
Die Schritte
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können die in Verbindung mit den verschiedenen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Schließlich wird angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Schutzbereich der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.Finally, it is noted that terms such as "comprising" and "having" or the like do not preclude that further elements or steps may be provided. It should also be noted that "a" or "an" does not exclude a multitude. In addition, the features described in connection with the various embodiments may be combined with each other as desired. Finally, it is noted that the reference signs in the claims should not be construed as limiting the scope of the claims.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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