DE102014220844A1 - Battery module housing and battery module, battery, battery system, vehicle and method for producing a battery module - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodulgehäuse, gekennzeichnet durch einen Batteriemodulgehäusekörper (200), umfassend eine Vielzahl von offenen Kammern, zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), und ein Batteriemodulgehäusedeckel (300) zum Verschließen des Batteriemodulgehäusekörpers (200), umfassend einen Gehäusedeckelkörper (310), eine Vielzahl von Zellverbindern (32012, 32023) zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen (1001, ... 1003) miteinander und eine Vielzahl von elektrischen Anschlüssen (3301, 3302) zum elektrischen Anschließen der Vielzahl von Batteriezellen (1001, ... 1003), wobei die Zellverbinder (32012, 32023) und Anschlüsse (3301, 3302) in dem Gehäusedeckelkörper (310) ausgebildet sind und jeweils Anschlussenden (3251, ... 3253, 3351, 3353) zum Kontaktieren von Zellterminals (1101, ... 1103) der Batteriezellen (1001, ... 1003) umfassen, ein Batteriemodul (10), eine Batterie, ein Batteriesystem, ein Fahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (10).The present invention relates to a battery module housing, characterized by a battery module housing body (200) comprising a plurality of open chambers for accommodating a plurality of battery cells (1001, ... 1003), and a battery module housing cover (300) for closing the battery module housing body (200). comprising a housing cover body (310), a plurality of cell connectors (32012, 32023) for electrically connecting the battery cells (1001, ... 1003) to each other and a plurality of electrical terminals (3301, 3302) for electrically connecting the plurality of battery cells ( 1001, ... 1003), wherein the cell connectors (32012, 32023) and terminals (3301, 3302) are formed in the housing cover body (310) and respectively terminal ends (3251, ... 3253, 3351, 3353) for contacting cell terminals (1101, ... 1103) of the battery cells (1001, ... 1003), a battery module (10), a battery, a battery system, a vehicle and a V experienced for the production of 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, electro-chemical storage system, ESS) vermehrt neue Batteriesysteme (Akkumulatorsysteme), zum Beispiel mit Lithium-Ionen-Akkumulatoren, zum Einsatz kommen werden.It is foreseeable that both in stationary applications, for example in wind turbines, as well as in mobile applications, for example in electric vehicles (EV) or hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV), as rechargeable electrical energy storage (EES, electro- chemical storage system, ESS), more and more new battery systems (accumulator systems), for example with lithium-ion batteries, will be used.
Die Batteriesysteme müssen sehr hohe Anforderungen bezüglich des nutzbaren Energieinhalts, des Lade / Entlade-Wirkungsgrads, der Zuverlässigkeit, der Lebensdauer und des tolerierbaren Kapazitätsverlusts, zum Beispiel durch häufige Teilentladung, erfüllen.The battery systems must meet very high requirements in terms of usable energy content, charge / discharge efficiency, reliability, life and tolerable capacity loss, for example, by frequent partial discharge.
Ein Batteriesystem umfasst eine Vielzahl von Batteriezellen beispielsweise zylindrische oder prismatische Batteriezellen oder Batteriezellen mit Elektrodenwickel. 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 und die Kapazität zu erhöhen. Dabei können die Batteriezellen zu Batteriemodulen bzw. Batterieeinheiten zusammengefasst werden. Beim Einsatz zum Antrieb von Fahrzeugen können beispielsweise ca. 100 Batteriezellen (als eine Traktionsbatterie) in Serie bzw. parallel verschaltet werden.A battery system comprises a multiplicity of battery cells, for example cylindrical or prismatic battery cells or battery cells with electrode windings. 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 and capacity. The battery cells can be combined to form battery modules or battery units. When used to drive vehicles, for example, about 100 battery cells (as a traction battery) can be connected in series or in parallel.
Eine Lithium-Ionen-Batteriezelle umfasst eine positive Elektrode (Kathode) und eine negative Elektrode (Anode), die Lithium-Ionen (Li+) beim Laden reversibel einlagern (Interkalation) oder beim Entladen wieder auslagern (Deinterkalation) können. Dadurch ergibt sich beim Laden / Entladen eine periodische Volumenänderung der Elektroden, die im Bereich von ca. 10 % bis ca. 30 % liegen kann. Die Volumenänderung der Elektroden bewirkt in den Elektroden und den Batteriezellen mechanische Arbeit, die eine schnellere Alterung der Batteriezellen bewirkt und somit die Lebensdauer der Batteriezellen verkürzt. Außerdem „quellen“ die Elektroden über die Lebenszeit der Batteriezellen, wodurch eine fortlaufende Volumenvergrößerung der Elektroden und der Batteriezellen über die Lebenszeit bewirkt wird.A lithium-ion battery cell comprises a positive electrode (cathode) and a negative electrode (anode), which can store lithium ions (Li +) reversibly during loading (intercalation) or swap out again during unloading (deintercalation). This results in charging / discharging a periodic volume change of the electrodes, which may be in the range of about 10% to about 30%. The change in volume of the electrodes causes mechanical work in the electrodes and the battery cells, which causes a faster aging of the battery cells and thus shortens the life of the battery cells. In addition, the electrodes "swell" over the life of the battery cells, causing a continuous increase in the volume of the electrodes and the battery cells over the lifetime.
Die Druckschrift
Um die Herstellung von Batteriemodulen weiter zu vereinfachen, ist es jedoch erforderlich, ein verbessertes Batteriemodulgehäuse bereitzustellen.However, in order to further simplify the manufacture of battery modules, 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 die mechanische Stabilität des Batteriemodulgehäuses erhöht wird. Dadurch kann eine Verspannung der Batteriezellen entfallen. Weiterhin können die Zellterminals mit den Zellverbindern des Batteriemodulgehäusedeckels verbunden werden. Somit kann ein aufwändiges Kontaktieren von einzelnen Batteriezellen untereinander entfallen. Somit kann auf aufwändige mechanische Elemente, Konstruktionen und / oder Verfahrensschritte verzichtet werden. Somit können die Komponentenzahl reduziert und damit die Herstellung vereinfacht werden. Dabei können Verbindungen wie elektrische Verbindungen und / oder Fluid-Verbindungen zwischen Batteriemodulgehäusekörper und / oder Gehäusedeckelkörper vermieden werden. Außerdem kann jedes Batteriemodul als abgeschlossene Einheit, die über Verbindungen und Anschlüsse direkt angeschlossen werden, ausgebildet werden. Somit kann ein Verbinden der Batteriemodule untereinander entfallen. Somit kann ein dezentrales Konzept ohne Modul-übergreifende Komponenten verwirklicht werden. Dadurch kann das Auswechseln eines Batteriemoduls, beispielsweise in einem Fehlerfall, vereinfacht werden.The devices and methods according to the invention with the features of the independent claims have the advantage that the mechanical stability of the battery module housing is increased. As a result, a distortion of the battery cells can be omitted. Furthermore, the cell terminals can be connected to the cell connectors of the battery module housing cover. Thus, a complex contacting of individual battery cells with each other can be omitted. Thus, consuming mechanical elements, constructions and / or method steps can be dispensed with. Thus, the number of components can be reduced and thus the production can be simplified. In this case, connections such as electrical connections and / or fluid connections between battery module housing body and / or housing cover body can be avoided. In addition, each battery module can be formed as a self-contained unit, which can be directly connected via connections and connections. Thus, a connection of the battery modules can be omitted with each other. Thus, a decentralized concept without cross-module components can be realized. As a result, the replacement of a battery module, for example in case of an error, can be simplified.
Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Advantageous embodiments of the present invention are described in the dependent claims.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusekörper einen Temperiermittelkanal zur Aufnahme eines Temperiermittels umfassen. Dadurch kann eine Temperierung der Batteriezellen ermöglicht werden. Somit kann ein Temperiersystem in das Batteriemodulgehäuse integriert werden.Conveniently, the battery module housing body may comprise a Temperiermittelkanal for receiving a temperature control. This allows a temperature control of the battery cells are made possible. Thus, a tempering system can be integrated into the battery module housing.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusedeckel weiterhin eine Entgasungseinrichtung zur Abfuhr eines Schadgases der Batteriezellen umfassen, wobei ein Entgasungskanal der Entgasungseinrichtung in dem Gehäusedeckelkörper ausgebildet sein kann. Dadurch kann eine kontrollierte Entgasung der Batteriezellen mit einer gezielten Abführung des Schadgases, die in einem Fehlerfall auftreten kann, ermöglicht werden. Somit kann ein Entgasungssystem in das Batteriemodulgehäuse integriert werden. Weiterhin kann die Funktionalität des Batteriemodulgehäusedeckels erhöht werden.Conveniently, the battery module housing cover may further comprise a degassing device for removing a noxious gas of the battery cells, wherein a degassing of the degassing device may be formed in the housing cover body. As a result, a controlled degassing of the battery cells with a targeted removal of the harmful gas, which can occur in an error case, are made possible. Thus, a degassing system can be integrated into the battery module housing. Furthermore, the functionality of the battery module housing cover can be increased.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusedeckel weiterhin eine Zellüberwachungseinrichtung zur Überwachung, beispielsweise von der Spannung, der Batteriezellen umfassen, wobei eine Zellüberwachungsschaltung oder Anschlussleitungen der Zellüberwachungseinrichtung in dem Gehäusedeckelkörper ausgebildet sein können. Dadurch kann eine Überwachung der Batteriezellen ermöglicht werden. Dabei kann die Überwachung auf weitere Parameter wie Temperatur, Druck, Elektrolytwerte erweitert werden. Außerdem kann die Funktionalität des Batteriemodulgehäusedeckels weiter erhöht werden. Weiterhin kann die Anzahl elektrischer Anschlüsse reduziert werden. Somit kann die Zuverlässigkeit erhöht werden.Conveniently, the battery module housing cover may further comprise a cell monitoring device for monitoring, for example from the A voltage comprising battery cells, wherein a cell monitoring circuit or connection lines of the cell monitoring device may be formed in the housing cover body. This allows monitoring of the battery cells are made possible. The monitoring can be extended to other parameters such as temperature, pressure, electrolyte values. In addition, the functionality of the battery module housing cover can be further increased. Furthermore, the number of electrical connections can be reduced. Thus, the reliability can be increased.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusekörper und / oder Gehäusedeckelkörper ein elektrisch nichtleitendes Material oder Kunststoff umfassen. Dadurch kann die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses reduziert werden.Conveniently, the battery module housing body and / or housing cover body may comprise an electrically non-conductive material or plastic. This can reduce the risk of an electrical short circuit.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusekörper und / oder Gehäusedeckelkörper einstückig ausgebildet sein. Dadurch kann die Herstellung des Batteriemodulgehäuses vereinfacht werden.Conveniently, the battery module housing body and / or housing cover body may be integrally formed. Thereby, the production of the battery module case can be simplified.
Zweckmäßigerweise kann der Batteriemodulgehäusekörper und / oder Gehäusedeckelkörper durch Gießen wie Spritzgießen ausgebildet sein. Dadurch kann die Herstellung des Batteriemodulgehäuses vereinfacht werden. Weiterhin kann ein Umschließen der Zellverbinder, Anschlüsse, Entgasungseinrichtung und / oder Überwachungseinrichtung ermöglicht werden.Conveniently, the battery module housing body and / or housing cover body may be formed by casting such as injection molding. Thereby, the production of the battery module case can be simplified. Furthermore, enclosing the cell connectors, connections, degassing and / or monitoring device can be made possible.
Zweckmäßigerweise können der Batteriemodulgehäusekörper und der Gehäusedeckelkörper mittels Clipsen wie Tannenbaum-Clipsen oder Plattenbefestigern, Klammern oder Schrauben oder durch Kleben oder Schweißen wie Laserschweißen, Reibschweißen oder Ultraschallschweißen miteinander verbunden sind. Dadurch kann die Herstellung eines Batteriemoduls vereinfacht werden.Conveniently, the battery module housing body and the housing cover body can be interconnected by means of clips such as Christmas tree clips or plate fasteners, clamps or screws or by gluing or welding such as laser welding, friction welding or ultrasonic welding. As a result, the production of a battery module can be simplified.
Zweckmäßigerweise kann das Batteriemodulgehäuse weiterhin eine Dichtung, die zwischen dem Batteriemodulgehäusekörper und dem Gehäusedeckelkörper angeordnet ist, zum Abdichten des Batteriemodulgehäuses umfassen. Dadurch kann Leckage an einer Kontaktfläche von Batteriemodulgehäusekörper und Gehäusedeckelkörper vermieden werden.Conveniently, the battery module housing may further include a gasket disposed between the battery module housing body and the housing lid body for sealing the battery module housing. As a result, leakage at a contact surface of battery module housing body and housing cover body can be avoided.
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.
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 comprising the battery module housing previously described and connected to the vehicle, the battery module previously described and connected to the vehicle, the battery previously described and connected to the vehicle or the battery system previously described and connected to the vehicle.
Somit können Gewicht und / oder Kosten beispielsweise Herstellungskosten wie Materialkosten und Verarbeitungskosten wie Montagekosten, reduziert werden.Thus, weight and / or cost, for example, manufacturing costs such as material costs and processing costs such as assembly costs, can be reduced.
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
Der Gehäusekörper
Der Gehäusekörper
Der Gehäusedeckel
Der Gehäusedeckel
Der Gehäusedeckel
Zur Herstellung des Gehäusedeckels
Der Aufbau und die Funktionsweise des Batteriemoduls
Ein Verfahren zur Montage des Batteriemoduls
Das Verfahren kann weiterhin Ausbilden, Spritzen oder Spritzgießen des Gehäusedeckels
Das Verfahren kann weiterhin, vorzugsweise nach dem Anordnen des Gehäusedeckels
Das Verfahren kann weiterhin, vorzugsweise vor dem Anordnen des Gehäusedeckels
Ein Verfahren zur Demontage des Batteriemoduls
Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie „umfassend“ und „aufweisend“ oder dergleichen nicht ausschließen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Die verwendeten Anzahlen sind lediglich beispielhaft, sodass eine Vielzahl zwei, vier, fünf, sechs, oder mehr Elemente oder Schritte umfassen kann. Weiterhin wird darauf hingewiesen, dass Artikel wie „ein“ oder „eine“ keine Vielzahl ausschließen. Weiterhin wird angemerkt, dass Zahlwörter bzw. Ordnungszahlen wie „erste“, „zweite“ usw. ausschließlich zur Unterscheidung von Elementen und Schritten dienen, ohne dabei eine Reihenfolge der Anordnung der Elemente oder der Ausführung der Schritte festzulegen bzw. zu beschränken. 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. The numbers used are merely exemplary, such that a plurality may include two, four, five, six, or more elements or steps. It should also be noted that articles like "a" or "an" do not exclude a multitude. Furthermore, it is noted that numerals such as "first", "second", etc., are only for discriminating elements and steps without specifying an order of arrangement of elements or execution of steps. 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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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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