DE102014216811A1 - Battery module system - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodulsystem umfassend ein Gehäuse (52) zur Aufnahme von mindestens zwei Batteriemodulen (10), wobei das Gehäuse (52) an einer Innenseite (54) Verbindungselemente (56) aufweist zur Aufnahme von Verbindungselementen (48) der Batteriemodule (10) um die Batteriemodule (10) im Gehäuse (52) zu fixieren, wobei die Batteriemodule (10) jeweils eine Endplatte (22, 36, 42) aufweisen auf dem die Verbindungselemente (48) der Batteriemodule (10) angeordnet sind. Dadurch kann ein vereinfachtes Batteriemodulsystem mit guten funktionellen Eigenschaften und weniger Bauteilen zur Verfügung gestellt werden.The invention relates to a battery module system comprising a housing (52) for accommodating at least two battery modules (10), the housing (52) having connecting elements (56) on an inner side (54) for receiving connecting elements (48) of the battery modules (10). to fix the battery modules (10) in the housing (52), the battery modules (10) each having an end plate (22, 36, 42) on which the connecting elements (48) of the battery modules (10) are arranged. This allows a simplified battery module system with good functional properties and fewer components to be provided.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodulsystem.The invention relates to a battery module system.
Stand der TechnikState of the art
Es sind verschiedene Batteriemodulsysteme bekannt, welche eine große Anzahl an unterschiedlichen Bauteilen umfassen. Weiterhin wird zur Befestigung eine Vielzahl an unterschiedlichen Befestigungs- und Rückhaltemitteln, einschließlich komplizierter Kabelbäume, komplexer Kühlsysteme und elektrischen Verbindungen zwischen den Batteriemodulen verwendet, wodurch das Gehäusedesign sehr komplex wird.Various battery module systems are known which comprise a large number of different components. Furthermore, a variety of different attachment and retention means, including complicated harnesses, complex cooling systems, and electrical connections between the battery modules are used for attachment, which makes the housing design very complex.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung ein vereinfachtes Batteriemodulsystem mit guten Eigenschaften und weniger Bauteilen zur Verfügung zu stellen.It is therefore an object of the invention to provide a simplified battery module system with good properties and fewer components.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Batteriemodulsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben, die jeweils einzeln oder in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können.The object is achieved according to the invention by a battery module system having the features of claim 1. Preferred embodiments of the invention are specified in the subclaims, which individually or in combination may represent an aspect of the invention.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodulsystem umfassend ein Gehäuse zur Aufnahme von mindestens zwei Batteriemodulen, wobei das Gehäuse an einer Innenseite Verbindungselemente aufweist zur Aufnahme von Verbindungselementen der Batteriemodule um die Batteriemodule im Gehäuse zu fixieren, wobei die Batteriemodule jeweils eine Endplatte aufweisen auf dem die Verbindungselemente der Batteriemodule angeordnet sind.The invention relates to a battery module system comprising a housing for receiving at least two battery modules, wherein the housing has on an inner side connecting elements for receiving connecting elements of the battery modules to fix the battery modules in the housing, the battery modules each having an end plate on which the connecting elements of the battery modules are arranged.
Insbesondere sind die Verbindungselemente des Gehäuses und die Verbindungselemente der Batteriemodule komplementäre Strukturen, wobei die Verbindungselemente des Gehäuses an der Innenseite des Gehäuses und die Verbindungselemente an den Batteriemodulen, vorzugsweise an den Endplatten angeordnet sind. Beispielsweise können die Verbindungselemente an der Innenseite des Gehäuses Löcher sein und die Verbindungselemente an den jeweiligen Endplatten der Batteriemodule können Stifte zum Einstecken in die Löcher des Gehäuses sein.In particular, the connecting elements of the housing and the connecting elements of the battery modules are complementary structures, wherein the connecting elements of the housing are arranged on the inside of the housing and the connecting elements on the battery modules, preferably on the end plates. For example, the connection elements on the inside of the housing may be holes and the connection elements on the respective end plates of the battery modules may be pins for insertion into the holes of the housing.
Dadurch kann auf einfache Weise ein Batteriemodulsystem aus mehreren Batteriemodulen zusammengebaut werden. Beispielsweise kann durch ein Stifte-Loch System eine zusätzliche Fixierung der Batteriemodule in dem Gehäuse des Batteriemodulsystems eingespart werden. Mit Hilfe der Verbindungselemente des Gehäuses und der Verbindungselemente der Batteriemodule können zusätzliche Arbeitsschritte zum Fixieren der Batteriemodule im Gehäuse des Batteriemodulsystems weggelassen werden, wodurch ein Zusammenbau des Batteriemoduls vereinfacht werden kann. Weiterhin kann dadurch das Batteriemodulsystem nach einem Betriebsleben einfacher recycelt werden. Weiterhin ist es möglich, sowohl das Gehäuse als auch viele Teile der Batteriemodule und des Batteriemodulsystems aus einem Kunststoff oder einem Polymer herzustellen, wodurch das Gewicht des Batteriemoduls verringert werden kann. Weiterhin können die Batteriemodule des Batteriesystems derart hergestellt werden, dass diese gleiche Bauteile verwenden. Dadurch kann das Batteriemodulsystem einfacher hergestellt werden, da überwiegend identische Bauteile verwendet werden. Weiterhin kann das Gehäuse derart ausgestaltet sein, dass es die Batteriemodule hermetisch umschließen kann, wobei lediglich Öffnungen für Anschlüsse in dem Gehäuse vorhanden sind, so dass die Batteriemodule ihre gespeicherte Energie nach außen abgeben können und falls nötig auch Kühlmittel in das Gehäuse geleitet werden kann. As a result, a battery module system can be assembled from a plurality of battery modules in a simple manner. For example, can be saved by a pin-hole system, an additional fixation of the battery modules in the housing of the battery module system. With the help of the connecting elements of the housing and the connecting elements of the battery modules additional operations for fixing the battery modules in the housing of the battery module system can be omitted, whereby an assembly of the battery module can be simplified. Furthermore, this makes it easier to recycle the battery module system after an operational life. Furthermore, it is possible to manufacture both the housing and many parts of the battery modules and the battery module system from a plastic or a polymer, whereby the weight of the battery module can be reduced. Furthermore, the battery modules of the battery system can be made such that they use the same components. As a result, the battery module system can be manufactured more easily since predominantly identical components are used. Furthermore, the housing may be configured such that it can hermetically enclose the battery modules, wherein only openings for connections in the housing are present, so that the battery modules can deliver their stored energy to the outside and if necessary, coolant can be passed into the housing.
Somit kann ein vereinfachtes Batteriemodulsystem mit aus fertigungstechnischersicht und funktional optimierten Eigenschaften und weniger Bauteilen zur Verfügung gestellt werden.Thus, a simplified battery module system can be made available from manufacturing technology and functionally optimized properties and fewer components.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Gehäuse an der Innenseite weiterhin mindestens einen Modulverbinder, insbesondere einen Metallstreifen zur elektrischen Verbindung der Batteriemodule, wobei der Modulverbinder horizontal, vertikal und/oder in einer beliebigen Richtung an der Innenseite des Gehäuses angeordnet ist um die Batteriemodule elektrisch zu verbinden. Durch den Modulverbinder können die Batteriemodule innerhalb des Gehäuses parallel oder in Serie geschaltet werden, so dass nur ein Kontakt an der Außenseite des Gehäuses nötig ist, um die gespeicherte Energie der Batteriemodule zu verwenden. In a preferred embodiment, the housing further comprises on the inside at least one module connector, in particular a metal strip for electrically connecting the battery modules, wherein the module connector is arranged horizontally, vertically and / or in any direction on the inside of the housing to electrically connect the battery modules , Through the module connector, the battery modules within the housing can be connected in parallel or in series, so that only a contact on the outside of the housing is needed to use the stored energy of the battery modules.
Es ist bevorzugt, dass die Batteriemodule jeweils an der Endplatte mindestens einen Kontakt aufweisen zur Verbindung mit dem Modulverbinder. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass beim Einstecken der Batteriemodule in das Gehäuse, die Batteriemodule durch die Modulverbinder elektrisch kontaktiert werden können. Dadurch kann ein Arbeitsschritt zum Kontaktieren der einzelnen Batteriemodule untereinander eingespart werden.It is preferred that the battery modules each have at least one contact on the end plate for connection to the module connector. In this way it can be ensured that when inserting the battery modules into the housing, the battery modules can be electrically contacted by the module connector. As a result, a work step for contacting the individual battery modules with each other can be saved.
Vorzugsweise sind die Batteriemodule vertikal aufeinander und/oder horizontal nebeneinander im Gehäuse angeordnet. Auf diese Weise kann die Anordnung der Batteriemodule im Gehäuse und die Form des Gehäuses dem Bauraum für das Batteriemodulsystem angepasst werden.Preferably, the battery modules are arranged vertically one above the other and / or horizontally next to one another in the housing. In this way, the arrangement of the battery modules in the housing and the shape of the housing can be adapted to the installation space for the battery module system.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse an einer zweiten Seite und einer der zweiten Seite gegenüberliegenden dritten Seite Schienen auf zur Einführung und Aufnahme der Batteriemodule in das Gehäuse, wobei die zweite Seite und die dritte Seite jeweils rechtwinklig von der Seite mit den Verbindungselementen des Gehäuses abgewinkelt sind. Insbesondere können die Batteriemodule ebenfalls Schienen aufweisen, so dass die Schienen der Batteriemodule auf den Schienen des Gehäuses verschoben werden können. Auf diese Weise kann auf einfache Weise ein Einführen der Batteriemodule in das Gehäuse vereinfacht werden. In a preferred embodiment, the housing has rails on a second side and a third side opposite the second side for insertion and accommodation of the battery modules in the housing, wherein the second side and the third side each angled perpendicularly from the side with the connecting elements of the housing are. In particular, the battery modules may also have rails, so that the rails of the battery modules can be moved on the rails of the housing. In this way, an easy insertion of the battery modules can be simplified in the housing.
Es ist bevorzugt, dass die Batteriemodule an der Endplatte zur Verbindung mit dem Gehäuse eine Verbindung für ein Cell Supervising Center aufweisen. Der Begriff Cell Supervising Center beschreibt hierbei ein Überwachungssystem zur Überwachung der Batteriezellen eines Batteriemoduls. Jedes Batteriemodul kann mehrere Batteriezellen aufweisen. Mit Hilfe des Cell Supervising Centers kann jede einzelne Batteriezelle auf Fehler überprüft werden. Die Verbindung für ein Cell Supervising Centers kann beispielsweise über Kanäle in der Endplatte zur Leitungsführung der Cell Supervising Center-Verbindung in Form eines Verbindungskabels hergestellt werden. Auf diese Weise kann die Batteriezelle überwacht werden, so dass Fehlfunktionen des Batteriemodulsystems während des Betriebes vermieden werden können.It is preferred that the battery modules on the end plate for connection to the housing have a connection for a Cell Supervising Center. The term Cell Supervising Center here describes a monitoring system for monitoring the battery cells of a battery module. Each battery module may have multiple battery cells. With the help of the Cell Supervising Center every single battery cell can be checked for errors. For example, the connection for a Cell Supervising Center can be established via channels in the end plate for routing the Cell Supervising Center connection in the form of a connection cable. In this way, the battery cell can be monitored so that malfunction of the battery module system during operation can be avoided.
Vorzugsweise umfassen die Batteriemodule jeweils eine Kühlplatte. Mit Hilfe einer Kühlplatte kann jedes Batteriemodul gegen Überhitzung geschützt werden. Insbesondere kann die Kühlplatte derart angeordnet sein, dass die Batteriezellen des jeweiligen Batteriemoduls auf der Kühlplatte angeordnet sind, um die im Betrieb entstehende Wärme an die Kühlplatte abzugeben. Weiterhin kann die Kühlplatte auch unterhalb eines Trägerrahmens des Batteriemoduls angeordnet sein. In einer bevorzugten Ausgestaltungsform der Kühlplatte kann die Kühlplatte aus einem Metall, beispielsweise Aluminium oder Kupfer, aus einem Kohlenstoff, wie Graphit, aus einem Polymer und/oder aus einem Verbundwerkstoff hergestellt werden. Insbesondere kann die Kühlplatte aus einem Kunststoff oder Polymer hergestellt sein, um das Gesamtgewicht des Batteriemodulsystems zu verringern.Preferably, the battery modules each comprise a cooling plate. With the aid of a cooling plate, each battery module can be protected against overheating. In particular, the cooling plate may be arranged such that the battery cells of the respective battery module are arranged on the cooling plate in order to deliver the heat generated during operation to the cooling plate. Furthermore, the cooling plate can also be arranged below a support frame of the battery module. In a preferred embodiment of the cooling plate, the cooling plate may be made of a metal such as aluminum or copper, a carbon such as graphite, a polymer and / or a composite material. In particular, the cooling plate may be made of a plastic or polymer to reduce the overall weight of the battery module system.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen die Batteriemodule jeweils mindestens einen Kühlmittelanschluss auf zur Versorgung der jeweiligen Kühlplatte mit Kühlflüssigkeit. Insbesondere können die Kühlmittelanschlüsse an einer anderen Seite angeordnet sein als die elektrischen Kontakte der jeweiligen Batteriemodule um bei einem Undichten Kühlmittelanschluss ein Kontakt der elektrischen Anschlüsse mit der Kühlflüssigkeit zu vermeiden. Weiterhin können die Kühlmittelanschlüsse und die elektrischen Kontakte jeweils an der gleichen Seite angeordnet sein, so dass das Gehäuse des Batteriemodulsystems nur eine Seite mit Öffnungen für die elektrische Kontakte und Kühlmittelanschlüsse der Batteriemodule aufweisen kann. Weiterhin können die Kühlmittelanschlüsse alle mit dem gleichen Kühlmittelkreislauf verbunden werden, so dass der Kühlmittelkreislauf, durch den Wegfall des Kühlmittelverteilers vereinfacht werden kann. Es kann dann nicht mehr nötig sein für jedes Batteriemodul im Batteriemodulsystem einen eigenen Kühlkreislauf zur Verfügung zu stellen.In a preferred embodiment, the battery modules each have at least one coolant connection for supplying the respective cooling plate with cooling fluid. In particular, the coolant connections can be arranged on a side other than the electrical contacts of the respective battery modules in order to avoid contact of the electrical connections with the cooling liquid in the event of a leaking coolant connection. Furthermore, the coolant connections and the electrical contacts can each be arranged on the same side, so that the housing of the battery module system can have only one side with openings for the electrical contacts and coolant connections of the battery modules. Furthermore, the coolant connections can all be connected to the same coolant circuit, so that the coolant circuit can be simplified by eliminating the coolant distributor. It may then no longer be necessary to provide a separate cooling circuit for each battery module in the battery module system.
Es ist bevorzugt, dass die Batteriemodule über Befestigungsmittel, insbesondere über Schrauben, miteinander verbunden sind. Insbesondere können die Batteriemodule über Befestigungsklammern durch die Befestigungsmittel verbunden sein. Die Befestigungsklammern können aus einem Metall oder aus einem Polymer hergestellt sein. Auf diese Weise können die Batteriemodule vor einem Einsetzen in das Gehäuse des Batteriemodulsystems miteinander verbunden werden und dann als ein gesamtes Batteriemodulpack in das Gehäuse eingesetzt werden. It is preferred that the battery modules are connected to one another via fastening means, in particular via screws. In particular, the battery modules can be connected via fastening brackets by the fastening means. The mounting brackets may be made of a metal or of a polymer. In this way, the battery modules may be interconnected prior to insertion into the housing of the battery module system and then inserted into the housing as an entire battery module pack.
Vorzugsweise sind ein Battery Control Unit und ein Battery Disconnect Unit zur Steuerung des Batteriemodulsystems in einem einzelnen Bauteil integriert, wobei das Bauteil die gleichen Abmessungen wie ein Batteriemodul aufweist. Der Begriff Battery Control Unit beschreibt eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung und Regelung einer nachladbaren Batterie-, also eines Akkumulatorsystems dient. Die Notwendigkeit einer Battery Control Unit ergibt sich bei der Zusammenschaltung mehrerer Akkuzellen zu einer Batterie. Das Battery Control Unit soll dabei die unvermeidbaren fertigungsbedingten Streuungen verschiedener Parameter der Akkuzellen, etwa Kapazität und Leckströme, erkennen, überwachen und ausregeln. Teilweise werden auch Betriebsdaten angezeigt oder für Servicezwecke gespeichert. Der Begriff Battery Disconnect Unit beschreibt eine elektrische Schaltung, welche Sicherheitseinstellungen umfasst zum Trennen und Abschalten des Batteriemodulsystems. Durch eine Integration der Battery Control Unit und der Battery Disconnect Unit im Batteriemodulsystem kann die Sicherheit des Batteriemodulsystems verbessert werden. Weiterhin kann durch ein Bauteil in der gleichen Größe wie ein Batteriemodul des Batteriemodulsystems, welche die Battery Control Unit und das Battery Disconnect Unit aufweist, ermöglicht werden, dass das Bauteil in ein bestehendes Batteriemodulsystem integriert werden kann. Ferner ist eine Anpassung des Gehäuses des Batteriemodulsystems an eine Bauform eines Bauteils mit dem Battery Control Unit und dem Battery Disconnect Unit nicht nötig. Preferably, a battery control unit and a battery disconnect unit for controlling the battery module system are integrated in a single component, wherein the component has the same dimensions as a battery module. The term Battery Control Unit describes an electronic circuit which serves to monitor and control a rechargeable battery, so a battery system. The need for a battery control unit results in the interconnection of multiple battery cells to a battery. The battery control unit is intended to detect, monitor and correct the unavoidable production-related variations of various parameters of the battery cells, such as capacity and leakage currents. In some cases, operating data is displayed or stored for service purposes. The term Battery Disconnect Unit describes an electrical circuit that includes security settings for disconnecting and disabling the battery module system. By integrating the Battery Control Unit and the Battery Disconnect Unit in the battery module system, the safety of the battery module system can be improved. Furthermore, it can be made possible by a component of the same size as a battery module of the battery module system, which has the Battery Control Unit and the Battery Disconnect Unit, that the component can be integrated into an existing battery module system. Furthermore, an adaptation of the housing of the battery module system to a design of a component with the Battery Control Unit and the Battery Disconnect Unit is not necessary.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele exemplarisch erläutert, wobei die nachfolgend dargestellten Merkmale sowohl jeweils einzeln als auch in Kombination einen Aspekt der Erfindung darstellen können. Es zeigen:The invention will be described below with reference to the attached drawings exemplary embodiments explained by way of example, wherein the features shown below, both individually and in combination may represent an aspect of the invention. Show it:
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