DE102017120737A1 - Battery module arrangement for a motor vehicle - Google Patents

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Peter Seggewiß
Oguz Demir
Fabian Wolf
Waldemar Reimer
Pascal Knape
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Abstract

Batteriemodulanordnung mit einer Gehäuseanordnung (4), in der Batteriezellen (12) angeordnet sind und die die Batteriezellen (12) zumindest teilweise einschließt, wobei die Gehäuseanordnung (4) eine Kühlanordnung (6, 14, 16) zur Kühlung der Batteriezellen (12) aufweist, wobei eine Spannvorrichtung (18) vorgesehen ist, die zumindest an der Gehäuseanordnung (4) anliegt und die Batteriezellen (12) unter Vorspannung hält, wobei die Gehäuseanordnung (4) zwei Seitenplatten (8, 10) und eine Grundplatte (6) aufweist, wobei die Seitenplatten (8, 10) gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die Spannvorrichtung (18) aus einem Spannblech besteht, das unter Vorspannung mittels Spannblechseitenflächen (20, 22) auf die Seitenplatten (8, 10) angreift und zumindest die der Grundplatte (6) gegenübergelegene Oberfläche der Batteriezellen (12) mit einer Spannblechabdeckfläche (24) abdeckt.Battery module arrangement comprising a housing arrangement (4), in which battery cells (12) are arranged and which at least partially encloses the battery cells (12), wherein the housing arrangement (4) has a cooling arrangement (6, 14, 16) for cooling the battery cells (12) in which a tensioning device (18) is provided, which bears against at least the housing arrangement (4) and prestresses the battery cells (12), the housing arrangement (4) having two side plates (8, 10) and a base plate (6), wherein the side plates (8, 10) are arranged opposite one another and wherein the tensioning device (18) consists of a clamping plate which acts on the side plates (8, 10) under prestress by means of clamping plate side surfaces (20, 22) and at least that of the base plate (6). covering the opposite surface of the battery cells (12) with a Spannblechabdeckfläche (24).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriemodulanordnung für ein Kraftfahrzeug mit einer Gehäuseanordnung, in der Batteriezellen angeordnet sind und die die Batteriezellen zumindest teilweise einschließt, wobei die Gehäuseanordnung eine Kühlanordnung zur Kühlung der Batteriezellen aufweist, wobei eine Spannvorrichtung vorgesehen ist, die zumindest an der Gehäuseanordnung anliegt und die Batteriezellen unter Vorspannung hält.The invention relates to a battery module assembly for a motor vehicle having a housing arrangement, are arranged in the battery cells and at least partially enclosing the battery cells, wherein the housing assembly comprises a cooling arrangement for cooling the battery cells, wherein a clamping device is provided, which bears at least on the housing assembly and the Battery cells under bias holds.

Derartige Batteriemodulanordnungen für Kraftfahrzeuge sind vor dem Hintergrund der stetig steigenden Elektromobilität Inzwischen hinlänglich bekannt. Hierbei soll zum Einen sichergestellt werden, dass auf einfache Weise unterschiedliche Größen von Batteriemodulanordnungen mit einer unterschiedlichen Anzahl von Batteriezellen auf einfache Weise gefertigt werden können, wobei gleichzeitig eine Kühlung, eine lange Lebensdauer der Anordnung und ein geringes Gewicht gewährleistet sein sollen. Zudem ist es auch noch vorteilhaft, wenn eine derartige Batteriemodulanordnung zumindest eine Seite aufweist, die stoßfest ausgeführt ist. Um dies zu gewährleisten, ist es aus dem Stand der Technik bekannt, eine Gehäuseanordnung aus Platten bereit zu stellen, die die Batteriezellen umschließen und durch Spannvorrichtungen miteinander fixiert werden. Ein Beispiel ist hierzu in der EP 2 795 713 B1 offenbart. Es hat sich jedoch gezeigt, dass derartige Batteriemodulanordnungen den stetig wachsenden Anforderungen an verringertem Gewicht, höherer Flexibilität und Sicherheit nicht ausreichend genügen.Such battery module assemblies for motor vehicles are now well known against the background of steadily increasing electromobility. It should be ensured on the one hand that in a simple manner different sizes of battery module assemblies can be made with a different number of battery cells in a simple manner, while cooling, a long life of the arrangement and a low weight should be guaranteed. In addition, it is also advantageous if such a battery module arrangement has at least one side which is designed shockproof. To ensure this, it is known from the prior art to provide a housing assembly of plates, which enclose the battery cells and are fixed together by means of tensioning devices. An example is in the EP 2 795 713 B1 disclosed. However, it has been found that such battery module assemblies do not adequately meet the ever-increasing demands for reduced weight, greater flexibility and safety.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise zu vermeiden.The object of the invention is therefore to avoid the above-mentioned disadvantages in a simple and cost-effective manner.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Gehäuseanordnung zwei Seitenplatten und eine Grundplatte aufweist, wobei die Seitenplatten gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die Spannvorrichtung aus einem Spannblech besteht, das unter Vorspannung mittels Spannblechseitenflächen auf die Seitenplatten angreift und zumindest die der Grundplatte gegenüber gelegene Oberfläche der Batteriezellen mit einer Spannblechabdeckfläche abdeckt. Dadurch, dass die Spannvorrichtung gleichzeitig eine Abdeckfunktion aufweist, ist es grundsätzlich möglich, die Batteriemodulanordnung leichter auszuführen. Auch können die Seitenplatten für unterschiedliche Batteriemodulanordnungen als Gleichteile verwendet werden. Zur Größenänderung wird lediglich eine neue Grundplatte und ein neues Spannblech benötigt. Es wird somit eine äußerst flexible Batteriemodulanordnung geschaffen, die zudem stoßfest ausgeführt ist.This object is achieved in that the housing assembly comprises two side plates and a base plate, wherein the side plates are arranged opposite one another and wherein the tensioning device consists of a clamping plate which engages under tension by means of clamping plate side surfaces on the side plates and at least the base plate opposite surface of Cover battery cells with a Spannblechabdeckfläche. Due to the fact that the clamping device has a covering function at the same time, it is basically possible to carry out the battery module arrangement more easily. Also, the side plates for different battery module arrangements can be used as equal parts. To resize only a new base plate and a new clamping plate is needed. It is thus an extremely flexible battery module arrangement created, which is also designed shockproof.

In vorteilhafter Weise weist die Spannblechabdeckfläche Lüftungsschlitze auf, über die die Batteriezellen gekühlt werden, und die darüber hinaus zu einem geringeren Gewicht beitragen.Advantageously, the Spannblechabdeckfläche on ventilation slots over which the battery cells are cooled, and also contribute to a lower weight.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind die Spannblechseitenflächen und die Seitenplatten zusätzlich zum Kraftschluss formschlüssig miteinander verbunden. Dies kann beispielsweise über Öffnungen in den Spannblechseitenflächen realisiert werden, die mit entsprechenden Vorsprüngen der Seitenplatten verbunden sind.In a particularly advantageous embodiment, the clamping plate side surfaces and the side plates are positively connected to each other in addition to the frictional connection. This can be realized for example via openings in the clamping plate side surfaces, which are connected to corresponding projections of the side plates.

In vorteilhafter Weise kann sich die Spannblechabdeckfläche über mindestens eine freie Batteriezellenseitenfläche erstrecken. Hierdurch wird die Festigkeit der Batteriemodulanordnung weiter erhöht.Advantageously, the Spannblechabdeckfläche may extend over at least one free battery cell side surface. As a result, the strength of the battery module assembly is further increased.

Um eine besonders leichte Gehäuseanordnung zu gewährleisten, können die Seitenplatten eine Stützstruktur aufweisen. Hierzu können im Inneren der Seitenplatten Rippen vorgesehen sein.In order to ensure a particularly light housing arrangement, the side plates may have a support structure. For this purpose, ribs may be provided in the interior of the side plates.

In vorteilhafter Welse ist die Kühleranordnung derart ausgeführt, dass die Grundplatte als Kühlplatte ausgebildet ist, wobei in der Grundplatte Kühlkanäle vorgesehen sind, die von Kühlmittel durchströmbar sind. Hierbei ist es besonders vorteilhaft wenn Wärmeleitflächen vorgesehen sind, die sich, ausgehend von der Grundplatte, zwischen den Batteriezellen erstrecken.In advantageous Welse the cooler assembly is designed such that the base plate is formed as a cooling plate, wherein cooling channels are provided in the base plate, which are flowed through by coolant. It is particularly advantageous if Wärmeleitflächen are provided which extend, starting from the base plate, between the battery cells.

Um eine alterungsbedingte Ausdehnung der Batteriezellen ausgleichen zu können, kann zumindest zwischen zwei Batteriezellen ein elastisches Einlagerorgan vorgesehen sein, dass direkt oder indirekt mit den Batteriezellen In Wirkverbindung steht.In order to be able to compensate for aging-related expansion of the battery cells, it is possible to provide at least between two battery cells an elastic interposition member which is directly or indirectly in operative connection with the battery cells.

Um die Batteriemodulanordnung im Kraftfahrzeug optimiert anordnen zu können, ist es vorteilhaft, wenn die Grundplatte an der den Batteriezellen gegenüber gelegenen Seite eine stoßfeste Schicht aufweist. Diese stoßfeste Schicht kann ein Material aus Aramidfaser-verstärktem Kunststoff und/oder aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff und/oder aus Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff aufweisen. Hierbei kann in vorteilhafter Welse die stoßfeste Schicht aus Einzellagen, aus unidirektionalen Fasern oder Gewebe verstärkten Lagen mit unterschiedlichen, lastgerichteten Ausrichtungen im Lagenaufbau bestehen. Hierbei kann es vorteilhaft sein, dass unterschiedliche Lagen in Höhenrichtung gesehen, zusätzlich miteinander verbunden sind.In order to be able to arrange the battery module arrangement optimally in the motor vehicle, it is advantageous if the base plate has a shock-resistant layer on the side opposite the battery cells. This impact resistant layer may comprise a material of aramid fiber reinforced plastic and / or fiberglass reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic. In this case, the impact-resistant layer of individual layers, of unidirectional fibers or tissue-reinforced layers with different, load-oriented orientations in the layer structure can exist in an advantageous manner. It may be advantageous that different layers seen in the vertical direction, in addition to each other.

Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt die einzige Figur eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Batteriemodulanordnung.The invention will be explained in more detail with reference to a drawing, in which case the single figure shows a perspective view of a battery module arrangement according to the invention.

Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemäße Batteriemodulanordnung 2 mit einer Gehäuseanordnung 4. Die Gehäuseanordnung 4 weist eine Grundplatte 6 auf, auf der zwei Seitenplatten 8, 10, einander gegenüberliegend, angeordnet sind. Zwischen diesen beiden Seitenplatten 8, 10, ist eine Anzahl von Batteriezellen 12 derart vorgesehen, dass die Längsausrichtung der Batteriezellen 12 mit der Längsausrichtung der Seitenplatten 8, 10 übereinstimmt. Die Seitenplatten 8, 10 weisen in ihrem Inneren auf bekannte Weise eine Stützstruktur auf, um besonders leicht hergestellt werden zu können. Die Grundplatte 6 ist auf bekannte Weise als Kühlplatte ausgebildet, die Kühlkanäle aufweist, die von Kühlmittel durchströmbar sind. Auf der Kühlplatte 6 und unter den Batteriezellen 12, ist ein sogenanntes Wärmeleitpad 14 vorgesehen, von dem aus sich Wärmeleitbleche 16 zwischen den Batteriezellen 12 erstrecken, um die Batteriezellen 12 zu kühlen. The single FIGURE shows a battery module arrangement according to the invention 2 with a housing arrangement 4 , The housing arrangement 4 has a base plate 6 on, on the two side plates 8th . 10 , opposite each other, are arranged. Between these two side plates 8th . 10 , is a number of battery cells 12 provided such that the longitudinal alignment of the battery cells 12 with the longitudinal orientation of the side plates 8th . 10 matches. The side plates 8th . 10 have in their interior in a known manner to a support structure in order to be able to be particularly easily produced. The base plate 6 is formed in a known manner as a cooling plate having cooling channels, which are flowed through by coolant. On the cooling plate 6 and under the battery cells 12 , is a so-called thermal pad 14 provided, from which heat conducting sheets 16 between the battery cells 12 extend to the battery cells 12 to cool.

Um die Batteriezellen 12 unter Vorspannung zu halten und um die Gehäuseanordnung 4 zu vervollständigen, Ist eine Spannvorrichtung 18 vorgesehen, die im vorliegenden Fall als Spannblech ausgeführt ist und zwei Spannblechseitenflächen 20, 22 besitzt, sowie eine Spannblechabdeckfläche 24 aufweist. Die Spannblechabdeckfläche 24 ist hierbei L-förmig ausgeführt, wobei sich ein kurzer Schenkel 26 über eine Batteriezellenseitenfläche 28 erstreckt. Durch eine derartige einfache und leichte Spannvorrichtung wird die Gehäuseanordnung 4 In optimaler Weise abgeschlossen und die Batteriezellen 12 werden unter Vorspannung gehalten. Um eine optimale Wärmeabgabe und darüber hinaus noch eine Gewichtsoptimierung zu erreichen, sind in der Spannblechabdeckfläche 24 Lüftungsschlitze 30 vorgesehen. Zusätzlich zur kraftschlüssigen Verbindung der Spannvorrichtung 18 mit den Seitenplatten 8, 10, sind im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch formschlüssige Verbindungen vorgesehen, von denen hier eine formschlüssige Verbindung 30 zwischen der Seltenplatte 8 und der Spannblechseitenfläche 20 gezeigt ist. Diese formschlüssige Verbindung 30 besteht im Wesentlichen aus nietförmigen Vorsprüngen 32, die in entsprechende Öffnungen 34 der Spannblechseitenfläche 20 eingreifen.To the battery cells 12 to keep under tension and around the housing assembly 4 to complete, is a jig 18 provided, which is designed in the present case as a clamping plate and two clamping plate side surfaces 20 . 22 owns, and a Spannblechabdeckfläche 24 having. The clamping plate cover surface 24 This is L-shaped, with a short leg 26 over a battery cell side surface 28 extends. By such a simple and easy clamping device, the housing assembly 4 In an optimal way completed and the battery cells 12 are held under pretension. In order to achieve optimum heat dissipation and, in addition, weight optimization, are in the clamping plate cover surface 24 vents 30 intended. In addition to the frictional connection of the clamping device 18 with the side plates 8th . 10 , In the present embodiment, also form-fitting connections are provided, of which here a positive connection 30 between the rare plate 8th and the clamping plate side surface 20 is shown. This positive connection 30 consists essentially of rivet-shaped projections 32 in corresponding openings 34 the clamping plate side surface 20 intervention.

Darüber hinaus sind drei elastische Einlageorgane 36 zwischen jeweils zwei Batteriezellen 12 vorgesehen, die durch die Spannvorrichtung 18 aufgebrachte Vorspannung über die Lebensdauer der Batteriemodulanordnung 2 aufrecht erhalten sollen. Zudem können hier durch fertigungstechnische Unterschiede in den Zelldicken der Batteriezellen 12 ausgeglichen werden.In addition, there are three elastic inserts 36 between each two battery cells 12 provided by the tensioning device 18 applied bias over the life of the battery module assembly 2 to maintain. In addition, manufacturing differences in the cell thicknesses of the battery cells can be used here 12 be compensated.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel weist die Grundplatte 6 an der den Batteriezellen 12 gegenüberliegenden Seite eine stoßfeste Schicht 38 auf. Diese stoßfeste Schicht ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus Einzellagen von Aramidfaser-verstärkten Kunststoff aufgebaut. Diese Einzellagen sind zusätzlich miteinander vernäht, um die Stoßfestigkeit zu erhöhen. Hierdurch ist die Batteriemodulanordnung 2 gegen Stöße von der Unterseite geschützt.In the present embodiment, the base plate 6 at the battery cells 12 opposite side a shockproof layer 38 on. This shock-resistant layer is constructed in the present embodiment of individual layers of aramid fiber-reinforced plastic. These individual layers are also sewn together to increase the impact resistance. This is the battery module assembly 2 protected against impact from the bottom.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 2795713 B1 [0002]EP 2795713 B1 [0002]

Claims (11)

Batteriemodulanordnung mit einer Gehäuseanordnung (4), in der Batteriezellen (12) angeordnet sind und die die Batteriezellen (12) zumindest teilweise einschließt, wobei die Gehäuseanordnung (4) eine Kühlanordnung (6, 14, 16) zur Kühlung der Batteriezellen (12) aufweist, wobei eine Spannvorrichtung (18) vorgesehen Ist, die zumindest an der Gehäuseanordnung (4) anliegt und die Batteriezellen (12) unter Vorspannung hält, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuseanordnung (4) zwei Seitenplatten (8, 10) und eine Grundplatte (6) aufweist, wobei die Seitenplatten (8, 10) gegenüberliegend angeordnet sind und wobei die Spannvorrichtung (18) aus einem Spannblech besteht, das unter Vorspannung mittels Spannblechseitenflächen (20, 22) auf die Seitenplatten (8, 10) angreift und zumindest die der Grundplatte (6) gegenübergelegene Oberfläche der Batteriezellen (12) mit einer Spannblechabdeckfläche (24) abdeckt.Battery module arrangement comprising a housing arrangement (4), in which battery cells (12) are arranged and which at least partially encloses the battery cells (12), wherein the housing arrangement (4) has a cooling arrangement (6, 14, 16) for cooling the battery cells (12) in which a tensioning device (18) is provided which abuts at least on the housing arrangement (4) and keeps the battery cells (12) under prestress, characterized in that the housing arrangement (4) has two side plates (8, 10) and a base plate (6 ), wherein the side plates (8, 10) are arranged opposite one another and wherein the tensioning device (18) consists of a clamping plate which acts under prestress by means of clamping plate side surfaces (20, 22) on the side plates (8, 10) and at least that of the base plate (6) covering the opposite surface of the battery cells (12) with a Spannblechabdeckfläche (24). Batteriemodulanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannblechabdeckfläche (24) Lüftungsschlitze (30) aufweist.Battery module arrangement after Claim 1 , characterized in that the Spannblechabdeckfläche (24) has ventilation slots (30). Batteriemodulanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannblechseitenflächen (20, 22) und die Seitenplatten (8, 10) zusätzlich zum Kraftschluss formschlüssig miteinander verbunden sind.Battery module arrangement after Claim 1 or 2 , characterized in that the clamping plate side surfaces (20, 22) and the side plates (8, 10) are positively connected to each other in addition to the frictional connection. Batteriemodulanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Spannblechabdeckfläche (24) über eine freie Batteriezellenseitenfläche erstreckt.Battery module arrangement after Claim 3 , characterized in that the Spannblechabdeckfläche (24) extends over a free battery cell side surface. Batteriemodulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenplatten (8, 10) eine Stützstruktur aufweisen.Battery module arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the side plates (8, 10) have a support structure. Batteriemodulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleranordnung (6, 14, 16) derart ausgeführt ist, dass die Grundplatte (6) als Kühlplatte ausgebildet ist, wobei in der Grundplatte Kühlkanäle vorgesehen sind, die von Kühlmittel durchströmbar sind.Battery module arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the cooler arrangement (6, 14, 16) is designed such that the base plate (6) is formed as a cooling plate, wherein cooling channels are provided in the base plate, which are flowed through by coolant. Batteriemodulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Wärmeleitbleche (36) vorgesehen sind, die sich ausgehend von der Grundplatte zwischen den Batteriezellen (12) erstrecken.Battery module arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that Wärmeleitbleche (36) are provided which extend, starting from the base plate between the battery cells (12). Batteriemodulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwischen zwei Batteriezellen (12) elastische Einlageorgane (36) vorgesehen sind, die direkt oder indirekt mit den Batteriezellen (12) in Wirkverbindung stehen.Battery module arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least between two battery cells (12) elastic insertion members (36) are provided which are directly or indirectly in operative connection with the battery cells (12). Batteriemodulanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundplatte (6) an der den Batteriezellen (12) gegenübergelegenen Seite eine stoßfeste Schicht (38) aufweist.Battery module arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the base plate (6) on the battery cells (12) opposite side has a shock-resistant layer (38). Batteriemodulanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die stoßfeste Schicht (38) ein Material aus Aramidfaser-verstärktem Kunststoff und/oder aus Glasfaser-verstärktem Kunststoff und/oder aus Kohlenstofffaser-verstärktem Kunststoff aufweist.Battery module arrangement after Claim 9 , characterized in that the shock-resistant layer (38) comprises a material of aramid fiber reinforced plastic and / or glass fiber reinforced plastic and / or carbon fiber reinforced plastic. Batteriemodulanordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die stoßfeste Schicht (38) aus Einzellagen aus unidirektionalen Fasern oder gewebeverstärkten Lagen mit unterschiedlichen, lastgerechten Ausrichtungen im Lagenaufbau bestehen und oder zusätzlich verbunden sind.Battery module arrangement after Claim 10 , characterized in that the shock-resistant layer (38) consist of individual layers of unidirectional fibers or fabric-reinforced layers with different, load-oriented orientations in the layer structure and or are additionally connected.
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