DE102016104177A1

DE102016104177A1 - Modul für eine Traktionsbatterie, Traktionsbatterie, und Verfahren zum Herstellen einer solchen

Info

Publication number: DE102016104177A1
Application number: DE102016104177.7A
Authority: DE
Inventors: Dominik Grass; Oliver Steiner; Rolf Weyrauch
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2016-03-08
Filing date: 2016-03-08
Publication date: 2017-09-14

Abstract

Die Erfindung stellt ein Modul (25, 26) für eine Traktionsbatterie mit den folgenden Merkmalen bereit: das Modul (25, 26) umfasst Batteriezellen zum Speichern elektrischer Energie, stirnseitig auf den Batteriezellen aufliegende Zellhalterplatten (11) zum Befestigen der Batteriezellen, flächig auf den Zellhalterplatten (11) verschweißte Terminalbleche (28) zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen und an den Terminalblechen (28) verschweißte Buchsen (31) zum Verbinden des Modules (25, 26). Die Erfindung stellt ferner eine entsprechende Traktionsbatterie (10) sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie (10) bereit.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Modul für eine Traktionsbatterie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus eine entsprechende Traktionsbatterie sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie.
Stand der Technik
Bekannt sind unterschiedliche Traktionsbatterien (HV-Batterien) für elektrisch betriebene Fahrzeuge. Eine gattungsmäßige Traktionsbatterie kann mehrere Module umfassen, welche jeweils mehrere Batteriezellen enthalten. Mehrere Module mögen nebeneinander liegend zu einer Modulebene angeordnet sein. In der Traktionsbatterie können die Modulebenen übereinander, jedoch getrennt durch Zwischenböden, angeordnet und von einem Gehäuse umschlossen sein.
In US 2006 0270 286 A1 wird eine Vorrichtung zum elektrischen Verbinden mehrerer Module innerhalb einer Batterie beschrieben. Dabei besitzt jedes Modul zwei hervorstehende Elektroden, welche zum Verbinden des Moduls mit den anderen Modulen genutzt werden.
In US 2014 0234 690 A1 wird eine Batterievorrichtung mit mindestens zwei gestapelten Batteriemodulen, welche von mehreren Trägern und Wänden umgeben sind, beschrieben. Dabei befinden sich Isolationsträger zwischen den Modulen und den Wänden.
In US 2015 0037 650 A1 wird eine Batteriestruktur mit mehreren Modulen beschrieben, welche über einen Verbinder elektrisch in Reihe verbunden sind. Im Verbinder sind dabei verschiedene Metalle mit unterschiedlichen Schmelzpunkten miteinander verbunden.
In WO 2015 075 460 A1 wird ein Batteriemodul mit einer länglichen Hülse beschrieben, wobei das Batteriemodul von zwei leitenden Endplatten abgeschlossen wird. Mehrere Batteriemodule können über diese Endplatten verbunden werden.
In US 2015 0072 217 A1 wird ein Batteriemodul mit einem oberen und einem unteren Träger beschrieben, welche durch Schraubverbindungen verbunden sind und mehrere zylindrische Zellen umschließen. Dabei sind mehrere Module übereinander zu einer Batterie gestapelt und über Stifte verbunden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung stellt ein Modul für eine Traktionsbatterie, eine entsprechende Traktionsbatterie sowie ein entsprechendes Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
Der vorgeschlagene Ansatz fußt dabei auf der Erkenntnis, dass zur Realisierung einer Gegenstromkühlung der Terminalblechbereich zu dem Bereich der Zellkannen am Modul abgedichtet werden muss. Hierzu dient das erfindungsgemäße Dichtkonzept, welches Terminalblech, Buchse und Zellhalterplatte in vorteilhafter Weise einbezieht.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann zwischen den Terminalblechen und den Zellhalterplatten um die Buchsen jeweils eine Dichtung, vorzugsweise ein O-Ring, auf den Batteriezellen verpresst sein. Diese Dichtung dichtet die Bereiche Zellkanne/Terminalblech zueinander ab.
Auch mag die Traktionsbatterie einen die Modulebenen trennenden Zwischenboden sowie mindestens einen länglichen Ebenen-Verbinder umfassen, der durch eines der Module in der oberen Modulebene und den Zwischenboden ragt und in einer der Buchsen in der unteren Modulebene endet. Auf diese Weise können auch die unterschiedlichen Modulebenen miteinander verbunden werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Traktionsbatterie ein mit den Zellhalteplatten verklebtes Rohr, in welchem der Ebenen-Verbinder angeordnet ist. Durch das Rohr sind nun die durch die jeweiligen Terminalblechbereiche des oberen Moduls definierten Kühlbereiche miteinander verbunden. Da hier das gleiche Druckniveau anliegt, entsteht kein Nachteil für die Batteriekühlung. Oberhalb und unterhalb des Zwischenbodens, der gleichsam die Trennebene der beiden Modulebenen definiert, liegt ebenfalls das gleiche Druckniveau der Kühlflüssigkeit an; somit entsteht auch hier kein Nachteil für die Kühlung und es muss an dieser Stelle nicht abgedichtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
1 zeigt den Schnitt einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie.
2 zeigt den perspektivischen Schnitt einer Modulebene der Batterie.
Ausführungsformen der Erfindung
1 illustriert den Aufbau einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie 10 für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die gezeigte Traktionsbatterie 10 umfasst mindestens vier Module 21, 22, 23, 24, die paarweise nebeneinander in einer oberen Modulebene 21, 22 und einer unteren Modulebene 23, 24 angeordnet sind. Jedes Modul 21, 22, 23, 24 umfasst stirnseitig auf seinen Batteriezellen aufliegende Zellhalterplatten 11 zum Befestigen der Batteriezellen sowie flächig auf den Zellhalterplatten 11 verschweißte Terminalbleche zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen.
Die Traktionsbatterie 10 umfasst darüber hinaus einen die Modulebenen 21, 22; 23, 24 trennenden Zwischenboden 16 sowie einen länglichen Ebenen-Verbinder 17, welcher durch eines der Module 21, 22 in der oberen Modulebene und den Zwischenboden 16 ragt und in der Buchse eines Modules 23 in der unteren Modulebene 23, 24 endet. Die Traktionsbatterie 10 umfasst hierzu ein Rohr 13, in welchem der Ebenen-Verbinder 17 angeordnet ist und welches die auf gleichem Druckniveau gehaltenen Terminalblech-Kühlbereiche 12 verbindet. Dieses Rohr 13 ist einerseits (Bezugszeichen 14) dicht verklebt mit der oberen Zellhalterplatte 11 und andererseits (Bezugszeichen 15) dicht verklebt mit der unteren Zellhalterplatte 11.
2 beleuchtet eine einzelne Modulebene 20 aus einer abweichenden Perspektive. Hier deutlicher erkennbar umfassen die Module 25, 26 an den Terminalblechen 28 verschweißte und an ihrer abbildungsgemäßen Unterseite 19 verschlossene Buchsen 31, die durch die Zellhalterplatten 11 in einen mittigen Zellkannenbereich 30 der Module 25 ragen und jeweils einen länglichen Modulverbinder 27 aufnehmen. Zwischen den Terminalblechen 28 und den Zellhalterplatten 11 wurde – im Rahmen der Herstellung – um die Buchsen 31 jeweils eine Dichtung 18 in Gestalt eines O-Rings eingelegt, welcher durch das Auflegen und Verschweißen der Terminalbleche 28 auf den Zellen verpresst ist und besagten Zellkannenbereich 30 somit gegen den Bereich 29 der Terminalbleche 28 abdichtet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 20060270286 A1 [0003]
US 20140234690 A1 [0004]
US 20150037650 A1 [0005]
WO 2015075460 A1 [0006]
US 20150072217 A1 [0007]

Claims

Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) für eine Traktionsbatterie (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – das Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) umfasst Batteriezellen zum Speichern elektrischer Energie, – das Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) umfasst stirnseitig auf den Batteriezellen aufliegende Zellhalterplatten (11) zum Befestigen der Batteriezellen, – das Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) umfasst flächig auf den Zellhalterplatten (11) verschweißte Terminalbleche (28) zum elektrischen Verbinden der Batteriezellen und – das Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) umfasst an den Terminalblechen (28) verschweißte Buchsen (31) zum Verbinden des Modules (21, 22, 23, 24, 25, 26).
Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Buchsen (31) ragen durch die Zellhalterplatten (11) in einen mittigen Zellkannenbereich (30) des Modules (21, 22, 23, 24, 25, 26).
Modul (21, 22, 23, 24, 25, 26) nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – zwischen den Terminalblechen (28) und den Zellhalterplatten (11) ist um die Buchsen (31) jeweils eine Dichtung (18), vorzugsweise ein O-Ring, auf den Batteriezellen verpresst.
Traktionsbatterie (10) für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Traktionsbatterie (10) umfasst mehrere Module (21, 22, 23, 24) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 und – die Module (21, 22, 23, 24) sind jeweils nebeneinander in mindestens einer oberen Modulebene (21, 22) und einer unteren Modulebene (23, 24) angeordnet.
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Traktionsbatterie (10) umfasst längliche Modulverbinder (27) und – die Modulverbinder (27) ragen in die Buchsen (31).
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: – die Traktionsbatterie (10) umfasst einen die Modulebenen (21, 22; 23, 24) trennenden Zwischenboden (16).
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Traktionsbatterie (10) umfasst mindestens einen länglichen Ebenen-Verbinder (17), – der Ebenen-Verbinder (17) ragt durch eines der Module (21, 22, 23, 24) in der oberen Modulebene (21, 22) und den Zwischenboden (16) und – der Ebenen-Verbinder (17) endet in einer der Buchsen (31) in der unteren Modulebene (23, 24).
Traktionsbatterie (10) nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Traktionsbatterie (10) umfasst ein mit den Zellhalteplatten verklebtes Rohr (13) und – der Ebenen-Verbinder (17) ist in dem Rohr (13) angeordnet.
Verfahren zum Herstellen einer Traktionsbatterie (10), gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – auf Batteriezellen werden stirnseitig Zellhalterplatten (11) aufgelegt, sodass Module (21, 22, 23, 24, 25, 26) entstehen, – Buchsen (31) werden an Terminalblechen (28) angeschweißt, – die Buchsen (31) werden einseitig verschlossen, – um die Buchsen (31) wird jeweils eine Dichtung (18), vorzugsweise ein O-Ring, eingelegt, – die Terminalbleche (28) werden flächig derart auf den Zellhalterplatten (11) verschweißt, dass die Buchsen (31) in den Zellkannenbereich (30) ragen und – längliche Modulverbinder (27) werden in die Buchsen (31) eingesteckt.
Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: – die Module (21, 22, 23, 24, 25, 26) werden jeweils nebeneinander in mindestens einer oberen Modulebene (21, 22) und einer unteren Modulebene (23, 24) angeordnet, – ein Rohr (13) wird über die obere Modulebene (21, 22) durch die Zellhalterplatten (11) in die untere Modulebene (23, 24) geschoben und beidseitig abgedichtet, vorzugsweise verklebt, und – durch das Rohr (13) wird ein länglicher Ebenen-Verbinder (17) geschoben.