DE102016224892A1 - Battery module for storing electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, mit einem Modulgehäuse (11) und einer Mehrzahl an Batteriezellen (12), wobei die Batteriezellen (12) in zumindest zwei Zellfächern (13) des Modulgehäuses (11) aufgenommen und über Zellverbinder (14) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Zumindest zwei Batteriezellen (12) sind durch ihre Lage in einem Zellfach (13) derart ausgerichtet und parallel verschaltet, dass eine Zelleinheit (15) gebildet ist, wobei zumindest zwei Zelleinheiten (15) mittels linear ausgebildeter Zellverbinder (14) miteinander in Serie verschaltet sind.The invention relates to a battery module (10) for storing electrical energy and for supplying an electrical consumer, in particular an electrically driven vehicle, with a module housing (11) and a plurality of battery cells (12), wherein the battery cells (12) in at least two cell compartments (13) of the module housing (11) and electrically connected via cell connectors (14) are interconnected. At least two battery cells (12) are aligned by their position in a cell compartment (13) and connected in parallel, that a cell unit (15) is formed, wherein at least two cell units (15) by means of linearly formed cell connectors (14) are interconnected in series ,

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul gemäß dem ersten unabhängigen Patentanspruch sowie ein Batteriesystem gemäß dem weiteren unabhängigen Patenanspruch.The present invention relates to a battery module according to the first independent claim and a battery system according to the further independent claim.

Stand der TechnikState of the art

Aus der DE 10 2011 101 352 A1 ist ein Batteriesystem aufweisend eine Mehrzahl an Batteriemodulen bekannt, wobei die Batteriemodule als auf einer Platine lösbar befestigbare oder befestigte Steckmodule ausgebildet sind und einen gemeinsamen Rahmen aufweisen.From the DE 10 2011 101 352 A1 a battery system comprising a plurality of battery modules is known, wherein the battery modules are designed as a circuit board detachably fastened or mounted plug-in modules and have a common frame.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Batteriemodul zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, mit einem Modulgehäuse und einer Mehrzahl an Batteriezellen beansprucht. Die Batteriezellen sind in zumindest zwei Zellfächern des Modulgehäuses aufgenommen und über Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verbunden, wobei zumindest zwei Batteriezellen durch ihre Lage in einem Zellfach derart ausgerichtet und elektrisch parallel verschaltet sind, dass eine Zelleinheit gebildet ist, wobei zumindest zwei Zelleinheiten mittels linear ausgebildeter Zellverbinder (insbesondere elektrisch) miteinander in Serie verschaltet sind. Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul ist insbesondere für sogenannte Plattformkonzepte geeignet und ermöglicht somit Skalierungseffekte wie z. B. niedrige Kosten bei einem breiten Einsatzspektrum. Vorzugsweise ist ein erfindungsgemäßes Batteriemodul auf Basis von einheitlichen Batteriezellen ausgebildet. Die Anzahl der Batteriezellen eines Batteriemoduls beträgt erfindungsgemäß zumindest zwei, vorzugsweise jedoch mehr Batteriezellen. Das Modulgehäuse kann vorzugsweise unabhängig von der Anzahl der Batteriezellen dieselben geometrischen Abmessungen aufweisen. Somit kann ein einheitliches mechanisches Batteriemoduldesign erzielt werden. Die erfindungsgemäßen linearen Zellverbinder können derart ausgebildet und geometrisch dimensioniert sein, dass Batteriezellen einer Zelleinheit (insbesondere elektrisch) miteinander parallel und die Zelleinheiten (insbesondere elektrisch) in Serie miteinander verschaltbar sind. So ist es denkbar, dass innerhalb eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls bspw. vier Zellverbinder in einer Zellreihe zur Serien- oder Parallelschaltung verwendet werden, wobei jeweils zwei Zellverbinder die gleichen geometrischen Abmessungen aufweisen. Dementsprechend kann es vorgesehen sein, dass jeweils zwei Zellverbinder innerhalb einer Zellreihe eine gleiche Länge aufweisen, sodass innerhalb einer Zellreihe lediglich zwei unterschiedliche Zellverbinder benötigt werden. Dadurch wird ein kostengünstiges und einheitlich gestaltetes Batteriemodul möglich, wobei die Handhabbarkeit aufgrund der einheitlich ausgebildeten Zellverbinder vereinfacht wird. Die Kapazität eines Batteriemoduls und somit eines Batteriesystems kann nunmehr dadurch variiert werden, dass mehr Batteriezellen in Serie und weniger Batteriezellen parallel verschaltet werden. Über die erfindungsgemäßen linear ausgebildeten Zellverbinder kann die Anpassung der Kapazität des Batteriemoduls vereinfacht werden, daher einheitliche linear ausgebildete Zellverbinder, bspw. in der Länge, variable ausgestaltet sind. Innerhalb eines Zellfachs des Modulgehäuses sind die Batteriezellen erfindungsgemäß über die linear ausgebildeten Zellverbinder zumindest elektrisch leitend miteinander verbunden.According to a first aspect of the invention, a battery module for storing electrical energy and for supplying an electrical load, in particular an electrically driven vehicle, with a module housing and a plurality of battery cells is claimed. The battery cells are accommodated in at least two cell compartments of the module housing and electrically conductively connected to one another via cell connectors, wherein at least two battery cells are aligned and electrically connected in parallel by their position in a cell compartment such that a cell unit is formed, wherein at least two cell units are formed by linearly formed cell connectors (In particular, electrically) are interconnected in series. An inventive battery module is particularly suitable for so-called platform concepts and thus allows scaling effects such. B. low cost in a wide range of applications. Preferably, a battery module according to the invention is formed on the basis of uniform battery cells. The number of battery cells of a battery module according to the invention is at least two, but preferably more battery cells. The module housing may preferably have the same geometric dimensions, regardless of the number of battery cells. Thus, a uniform mechanical battery module design can be achieved. The linear cell connectors according to the invention can be embodied and geometrically dimensioned such that battery cells of a cell unit (in particular electrically) can be connected to one another in parallel and the cell units (in particular electrically) can be connected in series with one another. Thus, it is conceivable that within a battery module according to the invention, for example, four cell connectors are used in a cell row for series or parallel connection, wherein in each case two cell connectors have the same geometric dimensions. Accordingly, it can be provided that in each case two cell connectors have a same length within a cell row, so that only two different cell connectors are required within a cell row. Thereby, a cost-effective and uniformly designed battery module is possible, wherein the handling is simplified due to the uniformly formed cell connectors. The capacity of a battery module and thus of a battery system can now be varied by connecting more battery cells in series and fewer battery cells in parallel. The adaptation of the capacitance of the battery module can be simplified by means of the linearly formed cell connectors according to the invention, therefore uniform linearly formed cell connectors, for example, in their length, are made variable. Within a cell compartment of the module housing, the battery cells according to the invention are at least electrically connected to one another via the linearly formed cell connectors.

Die Begriffe „verbinden“ und „verschalten“ bedeuten bei der vorliegenden Erfindung, dass eine elektrische leitende Verbindung, insbesondere zwischen den Batteriezellen erzeugt wird.The terms "connect" and "interconnect" mean in the present invention that an electrically conductive connection, in particular between the battery cells is generated.

Eine Mehrzahl an Batteriezellen sind erfindungsgemäß durch die geometrische Anordnung in einem Zellfach über die linear ausgebildeten Zellverbinder parallel verschaltet, wodurch eine erfindungsgemäße Zelleinheit gebildet ist. Vorzugsweise sind die Batteriezellen im Zellfach derart geometrische ausgerichtet, dass die Batteriezellenpole derart parallel zueinander angeordnet sind, dass gleiche Pole, d. h. Pluspol und Pluspol oder Minuspol und Minuspol, parallel hintereinander angeordnet sind, sodass diese über die linear ausgebildeten Zellverbinder über die kürzeste Strecke verbunden werden können und damit auch einen geringsten elektrischen Widerstand aufweisen können. Die somit gebildeten Zelleinheiten können dann wiederum mittels linear ausgebildeter Zellverbinder miteinander in Serie verschaltet werden. Bei einer möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ist es denkbar, dass ein Zellfach 21 Batteriezellen aufweist und zwei Zellfächer ein Batteriemodul bilden. Innerhalb des Zellfachs sind jeweils 7 Batteriezellen über linear ausgebildete Zellverbinder parallel verschaltet. Die somit aus 7 parallel miteinander verschalteten Batteriezellen gebildeten Zelleinheiten sind dann mittels linear ausgebildeter Zellverbinder miteinander in Serie verschaltet. Somit ergeben sich drei in Serie verschaltete Zelleinheiten innerhalb eines Zellfachs. Bei dem erwähnten Ausführungsbeispiel mit insgesamt zwei Zellfächern sind insgesamt 6 Zelleinheiten miteinander in Serie mittels der linear ausgebildeten Zellverbinder verschaltet. Die erfindungsgemäßen Zellverbinder können dabei als Modulanschlüsse aus dem Modulgehäuse herausgeführt sein, wobei die Modulanschlüsse zur Verbindung an einen elektrischen Verbraucher oder ein weiteres Batteriemodul ausgebildet sein.A plurality of battery cells according to the invention are connected in parallel by the geometric arrangement in a cell compartment via the linearly formed cell connectors, whereby a cell unit according to the invention is formed. Preferably, the battery cells in the cell compartment are aligned geometrically such that the battery cell poles are arranged parallel to one another in such a way that identical poles, ie. H. Plus pole and positive pole or negative pole and negative pole, are arranged in parallel one behind the other, so that they can be connected via the linear cell connector over the shortest distance and thus can also have a lowest electrical resistance. The cell units thus formed can then be interconnected again in series by means of linearly formed cell connectors. In one possible embodiment of the battery module according to the invention, it is conceivable that a cell compartment 21 has battery cells and two cell compartments form a battery module. Within the cell compartment 7 battery cells are connected in parallel via linear cell connectors. The cell units thus formed from 7 battery cells connected in parallel with each other are then connected to each other in series by means of linearly formed cell connectors. This results in three cell units connected in series within one cell compartment. In the mentioned embodiment with a total of two cell compartments, a total of 6 cell units are interconnected in series with each other by means of the linearly formed cell connectors. The cell connectors according to the invention can be led out of the module housing as module connections, the module connections being designed for connection to an electrical load or a further battery module.

Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Further features and details of the invention will become apparent from the dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that have been described in connection with the battery module according to the invention apply, of course, also in connection with the battery system according to the invention and in each case vice versa, so with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention always reciprocal reference is or may be.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Erfindungsaspekte möglich.The measures listed in the dependent claims advantageous refinements and improvements of the invention specified in the independent claims aspects are possible.

Vorteilhafterweise können alle Batteriezellen eines Zellfachs eine Zellreihe bilden, um zumindest zwei Zellreihen über Zellverbinder elektrisch in Reihe zu verschalten, wodurch ein Batteriemodul gebildet ist. Insbesondere sind die zumindest zwei Zellreihen geometrisch parallel nebeneinander im Modulgehäuse angeordnet. Es ist des Weiteren denkbar, dass mehrere Zellfächer schichtenweise übereinander in dem Modulgehäuse des Batteriemoduls angeordnet sind. Innerhalb jeder einzelnen Schicht bilden alle Batteriezellen eines Zellfachs jeweils eine Zellreihe, wobei zumindest zwei Zellreihen über Zellverbinder elektrisch in Reihe verschaltet sind, wodurch ein Batteriemodul gebildet ist. Dabei können Zellfächer bzw. Zellreihen schichtenübergreifend miteinander parallel oder in Serie verschaltet werden. Dementsprechend kann die Kapazität auf einfache Art und Weise angepasst werden. Die in einer Zellreihe angeordneten Batteriezellen können derart geometrisch ausgerichtet im Modulgehäuse angeordnet sein, dass die Zellpole, d. h. Pluspole oder Minuspole, innerhalb einer Zelleinheit parallel hintereinander angeordnet sind. Somit können die Batteriezellen einer Zelleinheit über linear ausgebildete Zellverbinder parallel zueinander verschaltet werden. Eine weitere Zelleinheit, welche parallel hintereinander zu einer ersten Zelleinheit angeordnet ist, kann vorzugsweise derart angeordnet sein, dass die Zellpole der parallel hintereinander angeordneten Zelleinheiten unterschiedlich sind. Somit können die zumindest zwei Zelleinheiten mittels linear ausgebildeter Zellverbinder miteinander in Serie verschaltet werden. Somit kann der Zellverbinder, welcher die zumindest zwei Zelleinheiten miteinander in Serie verschaltet, doppelt so lang ausgebildet sein als der Zellverbinder, der nur die Batteriezellen der Zelleinheit parallel verschaltet. Wird an die zweite Zelleinheit eine dritte Zelleinheit parallel hintereinander angeordnet, so kann die dritte Zelleinheit wiederum geometrisch derart im Modulgehäuse angeordnet sein, dass die Zellpole der zweiten Zelleinheit und der dritten Zelleinheit hintereinander unterschiedlich angeordnet sind, sodass der Zellverbinder zur Serienverschaltung der zweiten und dritten Zelleinheit doppelt so lang ausgebildet ist wie der Zellverbinder zur Parallelschaltung lediglich der dritten Zelleinheit. Die aus insgesamt somit drei Zelleinheiten gebildete Zellreihe weist jeweils zwei gleichlange Zellverbinder zur Parallelverschaltung der Batteriezellen der ersten Zelleinheit und dritten Zelleinheit auf und jeweils zwei gleichlange Zellverbinder zur Serienverschaltung der ersten Zelleinheit mit der zweiten Zelleinheit und der zweiten Zelleinheit mit der dritten Zelleinheit. Vorzugsweise sind zwei Zellreihen geometrisch parallel nebeneinander im Modulgehäuse angeordnet. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Zellpole der Batteriezellen des ersten Zellfachs identisch zu den Zellpolen der Batteriezelle des zweiten Zellfachs angeordnet sind. Dadurch wird eine erleichterte Handhabung zur Verschaltung der zumindest zwei Zellfächer und somit der zumindest zwei Zellreihen über linear ausgebildete Zellverbinder ermöglicht.Advantageously, all battery cells of a cell compartment can form a cell row in order to connect at least two rows of cells electrically in series via cell connectors, whereby a battery module is formed. In particular, the at least two rows of cells are arranged geometrically parallel next to one another in the module housing. It is furthermore conceivable that a plurality of cell compartments are arranged one above the other in layers in the module housing of the battery module. Within each individual layer, all battery cells of a cell compartment each form a cell row, wherein at least two cell rows are electrically connected in series via cell connectors, whereby a battery module is formed. In this case, cell compartments or cell rows can be interconnected in parallel or in series across layers. Accordingly, the capacity can be easily adjusted. The arranged in a row of cells battery cells can be arranged geometrically aligned in the module housing, that the cell poles, d. H. Pluspole or Minuspole, are arranged in parallel within a cell unit in a row. Thus, the battery cells of a cell unit can be connected in parallel via linear cell connectors. A further cell unit, which is arranged parallel to one another to form a first cell unit, can preferably be arranged such that the cell poles of the cell units arranged parallel one behind the other are different. Thus, the at least two cell units can be connected to each other in series by means of linearly formed cell connectors. Thus, the cell connector, which interconnects the at least two cell units with each other in series, be twice as long as the cell connector, which connects only the battery cells of the cell unit in parallel. If a third cell unit is arranged parallel to one another on the second cell unit, then the third cell unit can in turn be arranged geometrically in the module housing so that the cell poles of the second cell unit and the third cell unit are arranged one behind the other, so that the cell connector for series connection of the second and third cell unit is formed twice as long as the cell connector for parallel connection of only the third cell unit. The cell row formed from a total of three cell units has two cell connectors of equal length for parallel connection of the battery cells of the first cell unit and third cell unit and two equally long cell connectors for series connection of the first cell unit to the second cell unit and the second cell unit to the third cell unit. Preferably, two rows of cells are arranged geometrically parallel next to each other in the module housing. It is particularly preferred if the cell poles of the battery cells of the first cell compartment are arranged identically to the cell poles of the battery cell of the second cell compartment. This facilitates the handling of the at least two cell compartments and thus of the at least two rows of cells via linearly formed cell connectors.

Vorteilhaft kann es sein, wenn eine Zelleinheit zwischen ungefähr 2 und ungefähr 12 Batteriezellen, bevorzugt zwischen ungefähr 4 und ungefähr 10 Batteriezellen aufweist. Über die Anzahl der Batteriezellen einer Zelleinheit kann die Kapazität des Batteriemoduls variiert werden, wobei es bevorzugt ist, wenn die Zelleinheiten einer Zellreihe die gleiche Anzahl an Batteriezellen aufweist. Es ist bevorzugt, wenn ein erfindungsgemäßes Batteriemodul eine Kapazität aufweist, welche ungefähr 3 % der Kapazität zur Versorgung eines Mittelklassefahrzeugs aufweist.It can be advantageous if one cell unit has between about 2 and about 12 battery cells, preferably between about 4 and about 10 battery cells. By way of the number of battery cells of a cell unit, the capacity of the battery module can be varied, it being preferred for the cell units of a cell row to have the same number of battery cells. It is preferred if a battery module according to the invention has a capacity which is approximately 3% of the capacity for the supply of a middle class vehicle.

Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass eine Zellreihe zwischen 2 Zelleinheiten und 10 Zelleinheiten aufweist. Entsprechend der Anzahl der Zelleinheiten und der innerhalb der Zelleinheiten angeordneten Batteriezellen können die linear ausgebildeten Zellverbinder vorzugsweise zwei unterschiedliche Längen aufweisen. Über die innerhalb einer Zellreihe angeordneten Zelleinheiten kann die Geometrie des Batteriemoduls verändert werden. Die Geometrie des Batteriemoduls, insbesondere des Modulgehäuses, kann dabei ebenfalls abhängig von der Anzahl der Batteriezellen der Zelleinheiten gewählt werden. Je nach gewünschter Kapazität des Batteriemoduls können in einer Zellreihe zwei Zelleinheiten in Serie verschaltet werden, wenn eine große Kapazität des Batteriemoduls gewünscht ist, wobei gleichzeitig weniger Batteriezellen parallel verschaltet sind. Wird eine kleinere Batteriekapazität des Moduls benötigt, so können mehr Zelleinheiten miteinander in Serie verschaltet werden, wobei innerhalb der Zelleinheiten weniger Batteriezellen parallel verschaltet sind.According to the invention, it is conceivable that a cell row has between 2 cell units and 10 cell units. According to the number of cell units and the battery cells arranged within the cell units, the linearly formed cell connectors may preferably have two different lengths. The geometry of the battery module can be changed via the cell units arranged within a cell row. The geometry of the battery module, in particular of the module housing, can also be selected depending on the number of battery cells of the cell units. Depending on the desired capacity of the battery module, two cell units can be connected in series in a cell row, if a large capacity of the battery module is desired, while at the same time fewer battery cells are connected in parallel. If a smaller battery capacity of the module is required, more cell units can be interconnected in series, with fewer battery cells connected in parallel within the cell units.

Es ist erfindungsgemäß denkbar, dass zwischen ungefähr 10 Batteriezellen und ungefähr 100 Batteriezellen, bevorzugt zwischen ungefähr 25 Batteriezellen und ungefähr 75 Batteriezellen, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 35 Batteriezellen und ungefähr 60 Batteriezellen, vorgesehen sind. Bei einheitlichen Batteriezellen kann somit die Kapazität der Batteriemodule derart eingestellt werden, dass vorzugsweise ein Batteriemodul 3 % der Kapazität aufweist, welche zur elektrischen Versorgung eines Mittelklassefahrzeugs, bspw. eines Golfs, vorgesehen sind. Bei derzeitigen Batteriezellen entspricht dies ungefähr einer Anzahl zwischen ungefähr 35 und ungefähr 60 Batteriezellen.It is inventively conceivable that between about 10 battery cells and about 100 battery cells, preferably between about 25 battery cells and about 75 battery cells, more preferably between about 35 Battery cells and about 60 battery cells, are provided. In the case of uniform battery cells, the capacity of the battery modules can thus be adjusted such that preferably a battery module has 3% of the capacity which is provided for the electrical supply of a mid-range vehicle, for example a gulf. For current battery cells, this corresponds approximately to a number between about 35 and about 60 battery cells.

Vorteilhafterweise können Kühlelemente in dem Modulgehäuse vorgesehen sein, wobei insbesondere die Kühlelemente derart angeordnet sind, dass die Batteriezellen dadurch mechanisch im Modulgehäuse fixiert sind. Bei den Kühlelementen kann es sich bspw. um Lüftungsöffnungen im Modulgehäuse und/oder Kühlplatten innerhalb des Modulgehäuses, vorzugsweise zwischen den Batteriezellen angeordnete Kühlplatten, handeln. Insbesondere bei Traktionsbatterien zur Versorgung eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs können die Temperaturen der Batteriezellen und somit des Batteriemoduls einen Einfluss auf die Batteriemodulkapazität haben. Dementsprechend kann über die erfindungsgemäßen Kühlelemente die Temperatur der Batteriezelle und somit des Batteriemoduls geregelt werden. Ebenfalls ist es denkbar, dass die Kühlelemente zumindest teilweise von einem Fluid durchströmt werden. Insbesondere ist es denkbar, dass zumindest eine Seite des Modulgehäuses von einem Kühlelement gebildet oder bedeckt ist. Es ist weiterhin denkbar, dass an dem Modulgehäuse ein Anschluss zur Versorgung der Kühlelemente mit einem Fluid angeordnet ist. Erfindungsgemäß kann es vorgesehen sein, dass die Kühlelemente derart in dem Modulgehäuse angeordnet sind, dass die Batteriezellen mechanisch fixiert sind. Ebenfalls können die Kühlelemente als Abstandshalter vorgesehen sein, wobei die Abstandshalter und somit die Kühlelemente derart im Modulgehäuse angeordnet sind, dass die Batteriezellen positionsfest innerhalb des Batteriemodulgehäuses angeordnet sind. Somit kann bei einem einheitlichen Modulgehäuse auch bei unterschiedlicher Anzahl der Batteriezellen eine Positionierung der Batteriezellen sichergestellt werden, wobei ein möglicher Freiraum durch die Kühlelemente gefüllt wird.Advantageously, cooling elements can be provided in the module housing, wherein in particular the cooling elements are arranged such that the battery cells are thereby mechanically fixed in the module housing. The cooling elements may, for example, be ventilation openings in the module housing and / or cooling plates within the module housing, preferably cooling plates arranged between the battery cells. In particular with traction batteries for supplying an electrically drivable vehicle, the temperatures of the battery cells and thus of the battery module can have an influence on the battery module capacity. Accordingly, the temperature of the battery cell and thus of the battery module can be regulated via the cooling elements according to the invention. It is also conceivable that the cooling elements are at least partially traversed by a fluid. In particular, it is conceivable that at least one side of the module housing is formed or covered by a cooling element. It is also conceivable that a connection for supplying the cooling elements with a fluid is arranged on the module housing. According to the invention, it can be provided that the cooling elements are arranged in the module housing such that the battery cells are mechanically fixed. Likewise, the cooling elements may be provided as spacers, wherein the spacers and thus the cooling elements are arranged in the module housing such that the battery cells are arranged fixed in position within the battery module housing. Thus, with a uniform module housing, a positioning of the battery cells can be ensured even with a different number of battery cells, wherein a possible free space is filled by the cooling elements.

Es ist in vorteilhafterweise denkbar, dass das Modulgehäuse eine Länge L zwischen ungefähr 200 mm und ungefähr 300 mm, bevorzugt zwischen ungefähr 225 mm und ungefähr 280 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 240 mm und ungefähr 260 mm und eine Breite B zwischen ungefähr 250 mm und ungefähr 125 mm, bevorzugt zwischen ungefähr 225 mm und ungefähr 150 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 200 mm und ungefähr 175 mm, aufweist. Je nach Fahrzeugtyp kann das Modulgehäuse mechanisch derart geometrisch ausgeführt sein, dass die Batteriemodule innerhalb des Fahrzeugs stauraumoptimiert anordbar sind.It is advantageously conceivable that the module housing has a length L between about 200 mm and about 300 mm, preferably between about 225 mm and about 280 mm, more preferably between about 240 mm and about 260 mm and a width B between about 250 mm and about 125 mm, preferably between about 225 mm and about 150 mm, more preferably between about 200 mm and about 175 mm. Depending on the vehicle type, the module housing can be designed mechanically in such a geometrical manner that the battery modules within the vehicle can be arranged optimally in terms of storage space.

Im Rahmen der Erfindung können die Zellverbinder ein Breite zwischen ungefähr 2,5 mm und ungefähr 12,5 mm und/oder eine Materialstärke zwischen ungefähr 0,25 mm und ungefähr 2 mm aufweisen. Aufgrund der einheitlichen Geometrie der Modulgehäuse und der über die linear ausgebildeten Zellverbinder elektrisch miteinander verbundenen Batteriezellen. Die erfindungsgemäßen Zellverbinder ermöglichen eine kostenoptimierte Ausgestaltung, daher die Batteriezellen innerhalb der Zellreihen den kürzesten Verbindungsweg aufweisen, sodass die Widerstände bei der Verbindung der Batteriezellen möglichst gering aufgrund der kurzen Distanz gehalten werden können. Dementsprechend können über die erfindungsgemäßen linear ausgebildeten Zellverbinder diese kleiner ausgebildet sein, daher die Übertragungsstrecke aufgrund der geometrischen Anordnung der Batteriezellen innerhalb der Zellreihen, insbesondere innerhalb des Modulgehäuses, optimiert ist.Within the scope of the invention, the cell connectors may have a width between about 2.5 mm and about 12.5 mm and / or a material thickness between about 0.25 mm and about 2 mm. Due to the uniform geometry of the module housing and the battery cells which are connected to one another via the linearly formed cell connectors. The cell connectors according to the invention allow a cost-optimized design, therefore, the battery cells within the cell rows have the shortest path, so that the resistors in the connection of the battery cells can be kept as low as possible due to the short distance. Accordingly, these can be formed smaller on the linear cell connector according to the invention, therefore, the transmission path due to the geometric arrangement of the battery cells within the cell rows, in particular within the module housing, optimized.

Vorteilhafterweise können die parallel verschalteten Batteriezellen ein gleiches Spannungsniveau aufweisen, wodurch ein Ladungsausgleich im Batteriemodul erzielbar ist. Bei der erfindungsgemäßen variabel festgelegten Batteriemodulgröße können die jeweils parallelisierbaren Batteriezellen auf gleichem Spannungsniveau bei sämtlichen ausführbaren Kapazitäten der Batteriemodule jeweils in einem Modul untergebracht werden. Dazu werden alle Zellen mit gleichem Spannungsniveau parallel verschaltet, sodass ein Ladungsausgleich der Batteriezellen untereinander verbessert wird.Advantageously, the parallel-connected battery cells can have the same voltage level, whereby a charge balance in the battery module can be achieved. In the variably defined battery module size according to the invention, the respectively parallelizable battery cells can be accommodated at the same voltage level in all executable capacities of the battery modules in each case in one module. For this purpose, all cells are connected in parallel with the same voltage level, so that a charge balance of the battery cells is improved with each other.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Batteriesystem beansprucht, wobei das Batteriesystem eine Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriemodulen aufweist und jeweils ein Batteriemodul eine Kapazität zwischen ungefähr 2 % und ungefähr 10 % eines Batteriesystems aufweist. Damit bringt ein erfindungsgemäßes Batteriesystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriemodul beschrieben worden sind.According to a further aspect of the invention, a battery system is claimed, wherein the battery system comprises a plurality of battery modules according to the invention and in each case a battery module has a capacity of between approximately 2% and approximately 10% of a battery system. Thus, a battery system according to the invention brings the same advantages as have been described in detail with reference to the battery module according to the invention.

Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktive Einzelheiten oder räumliche Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.Further, measures improving the invention will become apparent from the following description of some embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All of the claims, the description or the drawings resulting features and / or advantages, including structural details or spatial arrangements may be essential to the invention both in itself and in various combinations. It should be noted that the figures have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. In the following figures are for the same technical features of different embodiments used the identical reference numerals.

Es zeigen:

  • 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und
  • 2 eine weitere mögliche Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
Show it:
  • 1 a first embodiment of a battery module according to the invention and
  • 2 another possible embodiment of a battery module according to the invention.

In 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 10 gezeigt. Das Batteriemodul 10 weist ein Modulgehäuse 11 und eine Mehrzahl an Batteriezellen 12 auf. In dem Modulgehäuse 11 des Batteriemoduls 10 sind zwei Zellfächer 13 parallel nebeneinander angeordnet. In 1 weist jeweils ein Zellfach 13 21 Batteriezellen 12 auf. Die 21 Batteriezellen 12 eines Zellfachs 13 bilden eine Zellreihe 17. In 1 ergeben sich somit zwei parallel nebeneinander angeordnete Zellreihen mit jeweils 21 Batteriezellen 12. Innerhalb eines Zellfachs 13 sind jeweils sieben Batteriezellen 12 zu einer Zelleinheit 15 verschaltet. Dazu sind in 1 die Batteriezellen 12 eines ersten Zellfachs 15 mit ihren Zellpolen 12.1 innerhalb der Zelleinheit 15 parallel hintereinander angeordnet. In 1 kann somit innerhalb der Zelleinheit 15 die Pluspole und/oder die Minuspole über die kürzeste Strecke zueinander parallel oder in Serie elektrisch miteinander verbunden werden. Innerhalb eines Zellfachs 13 sind die Batteriezellen 12 der Zellreihen 17 jeweils mit zwei unterschiedlich langen Zellverbindern 14 miteinander verbunden. Die Zellverbinder 14 zur Parallelverschaltung der Batteriezellen 12 einer ersten Zelleinheit 15 und einer dritten Zelleinheit 15 sind jeweils halb so lang ausgebildet wie der Zellverbinder 14, mit welchem eine zweite Zelleinheit 15 parallel verschaltet und die drei Zelleinheiten 15 miteinander in Serie verschaltet sind. In 1 sind weiterhin Kühlelemente 16 zwischen den Batteriezellen 12 gezeigt, wodurch eine Temperierung des Batteriemoduls 10 ermöglicht ist. Die Zellverbinder 14 können erfindungsgemäß als Blechstreifen, vorzugsweise flexibel, ausgebildet sein. Die Zellverbinder 14 können an den Zellpolen der Batteriezellen 12 verschweißt und/oder vernietet sein.In 1 is a first embodiment of a battery module according to the invention 10 shown. The battery module 10 has a module housing 11 and a plurality of battery cells 12 on. In the module housing 11 of the battery module 10 are two cell compartments 13 arranged parallel to each other. In 1 each has a cell compartment 13 21 battery cells 12 on. The 21 battery cells 12 a cell compartment 13 form a cell row 17 , In 1 thus result in two parallel juxtaposed rows of cells each with 21 battery cells 12 , Within a cell compartment 13 each have seven battery cells 12 to a cell unit 15 connected. These are in 1 the battery cells 12 a first cell compartment 15 with their cell poles 12.1 within the cell unit 15 arranged in parallel one behind the other. In 1 can thus be within the cell unit 15 the positive poles and / or the negative poles are electrically connected to each other in parallel or in series over the shortest distance. Within a cell compartment 13 are the battery cells 12 the cell rows 17 each with two different length cell connectors 14 connected with each other. The cell connectors 14 for parallel connection of the battery cells 12 a first cell unit 15 and a third cell unit 15 are each half as long as the cell connector 14 with which a second cell unit 15 connected in parallel and the three cell units 15 interconnected with each other in series. In 1 are still cooling elements 16 between the battery cells 12 shown, causing a temperature of the battery module 10 is possible. The cell connectors 14 According to the invention can be designed as sheet metal strips, preferably flexible. The cell connectors 14 can be at the cell poles of the battery cells 12 welded and / or riveted.

In 2 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 10 gezeigt. In dem Modulgehäuse 11 des Batteriemoduls 10 sind in 2 40 Batteriezellen 12 angeordnet. 20 Batteriezellen 12 innerhalb eines Zellfachs 13 bilden eine Zellreihe 17. Innerhalb einer Zellreihe 17 sind fünf Zelleinheiten 15 miteinander in Serie elektrisch verbunden, wobei eine Zelleinheit 15 vier parallel verschaltete Batteriezellen 12 aufweist. Die Batteriezellen 12 einer Zelleinheit 15 sind dabei über Zellverbinder 14 miteinander parallel verschaltet. Die Zelleinheiten 15 sind dabei über die linear ausgebildeten Zellverbinder 14 miteinander in Serie verschaltet. Somit sind in 2 insgesamt 10 Zelleinheiten 15 seriell miteinander verschaltet, wobei jeweils vier Batteriezellen 12 zu einer Zelleinheit 15 verschaltet sind. Somit ergeben sich insgesamt 40 Batteriezellen 12 im Batteriemodul 10 der 2, wobei jeweils eine Zellreihe 17 20 Batteriezellen 12 aufweist. Auch in 2 weist das Batteriemodul 10 innerhalb des Modulgehäuses 11 Kühlelemente 16 zwischen den Batteriezellen 12 auf. Über die Kühlelemente 16 kann das Batteriemodul 10 temperiert werden, gleichzeitig können die Batteriezellen 12 mechanisch fixiert im Modulgehäuse 11 angeordnet werden.In 2 is another embodiment of a battery module according to the invention 10 shown. In the module housing 11 of the battery module 10 are in 2 40 battery cells 12 arranged. 20 battery cells 12 within a cell compartment 13 form a cell row 17 , Within a cell row 17 are five cell units 15 electrically connected to each other in series, one cell unit 15 four parallel connected battery cells 12 having. The battery cells 12 a cell unit 15 are using cell connectors 14 interconnected in parallel. The cell units 15 are about the linear formed cell connectors 14 interconnected with each other in series. Thus, in 2 a total of 10 cell units 15 serially interconnected, with four battery cells each 12 to a cell unit 15 are interconnected. This results in a total of 40 battery cells 12 in the battery module 10 of the 2 , where in each case a cell row 17 20 battery cells 12 having. Also in 2 indicates the battery module 10 within the module housing 11 cooling elements 16 between the battery cells 12 on. About the cooling elements 16 can the battery module 10 be tempered, at the same time, the battery cells 12 mechanically fixed in the module housing 11 to be ordered.

Die Zellverbinder 14 sind in 1 und 2 linear ausgebildet und aus dem Modulgehäuse 11 der Batteriemodule 10 herausgeführt, sodass die Zellverbinder 14 jeweils Modulanschlüsse außerhalb des Modulgehäuses 11 bilden. Über die Modulanschlüsse können elektrische Verbraucher oder weitere Batteriemodule mit dem Batteriemodul 10 verbunden werden.The cell connectors 14 are in 1 and 2 formed linear and out of the module housing 11 the battery modules 10 led out so that the cell connectors 14 each module connections outside the module housing 11 form. Via the module connections, electrical consumers or further battery modules can be connected to the battery module 10 get connected.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102011101352 A1 [0002]DE 102011101352 A1 [0002]

Claims (10)

Batteriemodul (10) zum Speichern elektrischer Energie sowie zum Versorgen eines elektrischen Verbrauchers, insbesondere eines elektrisch antreibbaren Fahrzeugs, mit einem Modulgehäuse (11) und einer Mehrzahl an Batteriezellen (12), wobei die Batteriezellen (12) in zumindest zwei Zellfächern (13) des Modulgehäuses (11) aufgenommen und über Zellverbinder (14) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei zumindest zwei Batteriezellen (12) durch ihre Lage in einem Zellfach (13) derart ausgerichtet und parallel verschaltet sind, dass eine Zelleinheit (15) gebildet ist, wobei zumindest zwei Zelleinheiten (15) mittels linear ausgebildeter Zellverbinder (14) miteinander in Serie verschaltet sind.Battery module (10) for storing electrical energy and for supplying an electrical load, in particular an electrically driven vehicle, with a module housing (11) and a plurality of battery cells (12), wherein the battery cells (12) in at least two cell compartments (13) of the Module housing (11) are received and electrically connected to each other via cell connectors (14), wherein at least two battery cells (12) are aligned by their position in a cell compartment (13) and connected in parallel, that a cell unit (15) is formed at least two cell units (15) are connected to one another in series by means of linearly formed cell connectors (14). Batteriemodul (10) nach dem vorhergehenden Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass alle Batteriezellen (12) eines Zellfachs (13) eine Zellreihe (17) bilden und zumindest zwei Zellreihen (17) über Zellverbinder (14) elektrisch in Reihe verschaltet sind, wodurch ein Batteriemodul (10) gebildet ist, wobei insbesondere zumindest zwei Zellreihen (17) geometrisch parallel zueinander im Modulgehäuse (11) angeordnet sind.Battery module (10) according to the preceding claim, characterized in that all battery cells (12) of a cell compartment (13) form a cell row (17) and at least two cell rows (17) are electrically connected in series via cell connectors (14), whereby a battery module ( 10) is formed, wherein in particular at least two rows of cells (17) are arranged geometrically parallel to each other in the module housing (11). Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Zelleinheit (15) zwischen ungefähr zwei und ungefähr zwölf Batteriezellen (12), bevorzugt zwischen ungefähr vier und ungefähr zehn Batteriezellen (12) aufweist.Battery module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that a cell unit (15) between about two and about twelve battery cells (12), preferably between about four and about ten battery cells (12). Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass eine Zellreihe (17) zwischen zwei Zelleinheiten (15) und zehn Zelleinheiten (15) aufweist.Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that a cell row (17) between two cell units (15) and ten cell units (15). Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass zwischen ungefähr 10 Batteriezellen (12) und ungefähr 100 Batteriezellen (12), bevorzugt zwischen ungefähr 25 Batteriezellen (12) und ungefähr 75 Batteriezellen (12), besonders bevorzugt zwischen ungefähr 35 Batteriezellen (12) und ungefähr 60 Batteriezellen (12) vorgesehen sind.Battery module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that between about 10 battery cells (12) and about 100 battery cells (12), preferably between about 25 battery cells (12) and about 75 battery cells (12), more preferably between about 35 battery cells (12) and about 60 battery cells (12) are provided. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass Kühlelemente (16) in dem Modulgehäuse (11) vorgesehen sind, wobei insbesondere die Kühlelemente (16) derart angeordnet sind, dass die Batteriezellen (12) mechanisch fixiert sind.Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that cooling elements (16) are provided in the module housing (11), wherein in particular the cooling elements (16) are arranged such that the battery cells (12) are mechanically fixed. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Modulgehäuse (11) eine Länge (L) zwischen ungefähr 200 mm und ungefähr 300 mm, bevorzugt zwischen ungefähr 225 mm und ungefähr 280 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 240 mm und ungefähr 260 mm und eine Breite (B) zwischen ungefähr 250 mm und ungefähr 125 mm, bevorzugt zwischen ungefähr 225 mm und ungefähr 150 mm, besonders bevorzugt zwischen ungefähr 200 mm und ungefähr 175 mm aufweist.Battery module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the module housing (11) has a length (L) between about 200 mm and about 300 mm, preferably between about 225 mm and about 280 mm, more preferably between about 240 mm and about 260 mm and a width (B) between about 250 mm and about 125 mm, preferably between about 225 mm and about 150 mm, more preferably between about 200 mm and about 175 mm. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinder (14) eine Breite zwischen ungefähr 2,5 mm und ungefähr 12,5 mm und/oder eine Materialstärke zwischen ungefähr 0,25 mm und ungefähr 2 mm aufweisen.Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the cell connectors (14) have a width between about 2.5 mm and about 12.5 mm and / or a material thickness between about 0.25 mm and about 2 mm. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die parallel verschalteten Batteriezellen (12) ein gleiches Spannungsniveau aufweisen, wodurch ein Ladungsausgleich im Batteriemodul (10) erzielbar ist.Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the parallel-connected battery cells (12) have a same voltage level, whereby a charge balance in the battery module (10) can be achieved. Batteriesystem aufweisend eine Mehrzahl an Batteriemodulen (10) mit den Merkmalen zumindest eines der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Batteriemodul (10) eine Kapazität zwischen ungefähr 2% und ungefähr 10% eines Batteriesystems aufweist.A battery system comprising a plurality of battery modules (10) having the features of at least one of the preceding claims, wherein a battery module (10) has a capacitance between about 2% and about 10% of a battery system.
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