DE102017204724A1 - Battery module, battery with at least one such battery module and method for producing such a battery module - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird u.a. ein Batteriemodul (5), mit einer Zellträgerplatte (7) sowie mit einer Mehrzahl Batteriezellen (6), die auf der besagten Zellträgerplatte (7) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen () jeweils ein Zellgehäuse (8) und zumindest einen, in dem Zellgehäuse (8) angeordneten Zellwickel (9) aufweisen. Vorteilhaft ist vorgesehen, dass die Zellgehäuse (8) der Mehrzahl Batteriezellen (6) jeweils becherförmig sowie einstückig mit der Zellträgerplatte (7) ausgebildet sind. Proposed is inter alia a battery module (5), with a cell carrier plate (7) and with a plurality of battery cells (6), which are arranged on said cell carrier plate (7), wherein the battery cells () each have a cell housing (8) and at least one, in the cell housing (8) arranged cell coils (9). Advantageously, it is provided that the cell housing (8) of the plurality of battery cells (6) are each cup-shaped and integrally formed with the cell carrier plate (7).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 der Erfindung. Gemäß Anspruch 10 der Erfindung betrifft diese des Weiteren eine Batterie mit zumindest einem derartigen Batteriemodul. Gemäß Anspruch 11 bzw. 12 der Erfindung betrifft diese ferner ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Batteriemoduls.The invention relates to a battery module according to the preamble of
Aus der Praxis sind seit geraumer Zeit Lithium-Ionen-Batterien bekannt, welche einen in einem festen Gehäuse respektive Zellgehäuse angeordneten Zellwickel als Kernkomponente einer elektrischen Zelle aufweisen. Hierzu sind einzelne Schichten der Zelle aufeinander geschichtet und anschließend um einen Dorn gewickelt. Der zylindrische Zellwickel, auch als jelly roll bezeichnet, wird anschließend in ein festes Gehäuse mit kreisrundem Querschnitt gepackt, das üblicherweise auch den Stromableiter für die negative Elektrode darstellt. Die positive Elektrode wird über einen vom Gehäuse isolierten Deckel gebildet. Eine derartige Lithium-Ionen-Zelle wird auch als Rundzelle bezeichnet. Des Weiteren sind auch sogenannte prismatische Zellen bekannt. Hierbei handelt sich zwar meist auch um gewickelte Zellen, jedoch ist deren Zellwickel nicht um einen Dorn, sondern flach gewickelt. Der dabei entstandene Flachwickel wird in ein prismatisches Gehäuse gepackt. Die Elektroden werden im Allgemeinen vom Gehäuse isoliert über den Deckel des Gehäuses kontaktiert (vgl. Dr. Michael Buser (Risk Experts Risiko Engineering GmbH) und Dr. Jochen Mähliß (Batteryuniversity GmbH), „Lithiumbatterien Brandgefahren und Sicherheitsrisiken“, Version 1 - April 2016, insbes. S. 9, Pkt. 1.4 - http://www.batteryuniversity.eu/Publikation/DE_index_1194.html). Darüber hinaus ist aus der
Aufgabe der Erfindung ist es, ein im Hinblick auf den Stand der Technik alternatives Batteriemodul so zu gestalten, dass es aufwandsreduziert ist. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Batterie mit zumindest einem derartigen Batteriemodul zur Verfügung zu stellen. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen Batteriemoduls anzugeben.The object of the invention is to design a battery module that is alternative with regard to the prior art in such a way that it is labor-intensive. Furthermore, it is an object of the invention to provide a battery with at least one such battery module available. It is another object of the invention to provide a method for producing such a battery module.
Gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung wird ausgehend von einem Batteriemodul, mit einer Zellträgerplatte sowie mit einer Mehrzahl Batteriezellen, die auf der besagten Zellträgerplatte angeordnet sind, wobei die Batteriezellen jeweils ein Zellgehäuse und zumindest einen, in dem Zellgehäuse angeordneten Zellwickel aufweisen, die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zellgehäuse der Mehrzahl Batteriezellen jeweils becherförmig sowie einstückig mit der Zellträgerplatte ausgebildet sind.According to a first advantageous embodiment of the invention, starting from a battery module, with a cell carrier plate and with a plurality of battery cells, which are arranged on said cell carrier plate, wherein the battery cells each have a cell housing and at least one arranged in the cell housing cell winding, the stated object achieved in that the cell housing of the plurality of battery cells are each cup-shaped and integrally formed with the cell carrier plate.
Unter einem becherförmigen Zellgehäuse wird dabei ein Zellgehäuse mit einem Zellboden und mit einer bevorzugt orthogonal zu derselben angeordneten sowie umlaufenden Zellwandung verstanden. Hierdurch ist ein Batteriemodul geschaffen, welches infolge minimierter Bauteilezahl bezüglich seiner Herstellung aufwandsreduziert ist. Insbesondere resultieren hieraus Bauraum-, Gewichts- und Kostenvorteile. Des Weiteren ist durch diese Maßnahme der Wärmeübergang zwischen einem etwaige vorgesehenen Temperierungsmedium, insbesondere Kühlmedium, und den Batteriezellen vorteilhaft reduziert. Ferner ist eine Optimierung der elektrischen Verbindung und Verschaltung, bevorzugt Parallelschaltung der Batteriezellen des erfindungsgemäß ausgebildeten Batteriemoduls ermöglicht, da z.B. Schweißvorgänge an den fertigen Batteriezellen, wie sie nach dem Stand der Technik favorisiert werden, vermieden sind.A cup-shaped cell housing is understood here to mean a cell housing with a cell bottom and with a cell wall which is preferably arranged orthogonally to it and also revolves. As a result, a battery module is created, which is reduced in terms of its production due to minimized number of components. In particular, this results in space, weight and cost advantages. Furthermore, this measure advantageously reduces the heat transfer between any provided tempering medium, in particular cooling medium, and the battery cells. Furthermore, it is possible to optimize the electrical connection and interconnection, preferably parallel connection of the battery cells of the battery module designed according to the invention, since e.g. Welding operations on the finished battery cells, as they are favored in the prior art, are avoided.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.The subclaims describe preferred developments or refinements of the invention.
Danach weisen die gebildeten Zellgehäuse bevorzugt einen runden oder einen polygonalen, insbesondere rechteckigen oder quadratischen Querschnitt auf, wodurch je nach aktueller Anforderung Rund- oder prismatische Batteriezellen erzeugbar sind. Unter einem runden Querschnitt wird nicht nur ein kreisrunder sondern auch ein gerundeter Querschnitt, beispielsweise ein elliptischer Querschnitt verstanden. Gemäß einer ersten bevorzugten Ausgestaltung der besagten Zellgehäuse, sind diese jeweils durch ein ausgehend von der Zellträgerplatte orthogonal zu derselben verlaufendes und durch dieselbe einenends verschlossenes Rohr mit einem runden oder polygonalen Querschnitt gebildet. Die zwischen den rohrförmigen Zellgehäusen zu verzeichnenden Freiräume können dabei anderweitig, beispielsweise zur Temperierung der Batteriezellen Verwendung finden, indem die besagten Freiräume von einem Temperierungsfluid durchströmt sind/werden. Die Zellträgerplatte samt dem einstückig mit demselben ausgebildeten Zellgehäuse ist beispielsweise nach einem 3D-Druck-Verfahren oder nach einem Gießverfahren hergestellt. Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausgestaltung der besagten Zellgehäuse mit dem runden oder polygonalen Querschnitt, sind diese jeweils durch einen becherförmigen Hohlraum in einem gemeinsamen, kompakten Materialblock der Zellträgerplatte gebildet. D.h., die Zellträgerplatte ist derart dimensioniert, dass allein durch beispielsweise mechanische Bearbeitung des besagten Materialblocks, wie Bohren oder Fräsen, die becherförmigen Hohlräume zur Darstellung der Zellgehäuse und Aufnahme der Zellwickel ausgebildet werden. Demgegenüber kann eine derartige kompakte Zellträgerplatte auch nach einem 3D-Druck-Verfahren oder nach einem Gießprozess hergestellt sein. Durch diese Maßnahmen ist ein besonders widerstandsfähiges Batteriemodul ausbildbar. Um eine einfache und kostengünstige elektrische Kontaktierung der Batteriezellen zu ermöglichen, ist in Fortbildung der Erfindung vorgesehen, dass die Zellträgerplatte samt der Zellgehäuse elektrisch leitend ausgebildet ist und mittels eines Elektrodenanschlusses eine Polarität des Batteriemoduls aufweist, wogegen die andere Polarität durch entweder einen Elektrodenanschluss je eines das betreffende Zellgehäuse samt Zellwickel verschließenden und zum Zellgehäuse elektrisch isoliert ausgebildeten Deckelelements oder durch einen Elektrodenanschluss eines gemeinsamen, die Zellgehäuse verschließenden und zu denselben elektrisch isoliert ausgebildeten Deckelelements des Batteriemoduls oder einer zumindest ein Batteriemodul aufweisenden Batterie zur Verfügung gestellt ist. Alternativ ist vorgesehen, dass mittels separater Elektrodenanschlüsse beide Polaritäten durch entweder je ein das betreffende Zellgehäuse samt Zellwickel verschließendes Deckelelement oder durch ein gemeinsames, die Zellgehäuse verschließendes Deckelelement des Batteriemoduls oder einer zumindest ein Batteriemodul aufweisenden Batterie zur Verfügung gestellt sind. Ferner kann auch vorgesehen sein und ist durch die Erfindung ebenfalls mit erfasst, dass die Zellträgerplatte samt der Zellgehäuse und/oder die Zellgehäuse verschließende Deckelelemente oder ein gemeinsames Deckelelement elektrisch nicht leitend ausgebildet sind, jedoch eine elektrisch leitfähige Struktur zur elektrischen Verschaltung der gebildeten Batteriezellen aufweisen. Um eine aktive Temperierung der Batteriezellen zu ermöglichen ist weiter bevorzugt vorgesehen, dass zumindest die Zellträgerplatte wenigstens eine von einem Medium zur Temperierung der Batteriezellen des Batteriemoduls durchströmbare Kanalstruktur aufweist.Thereafter, the cell housing formed preferably have a round or a polygonal, in particular rectangular or square cross-section, which can be generated depending on the current requirement round or prismatic battery cells. Under a round cross section is not only a circular but also a rounded cross section, for example, an elliptical cross section Understood. According to a first preferred embodiment of the said cell housing, these are each formed by a tube extending from the cell carrier plate orthogonal to the same and closed by the same one end with a round or polygonal cross section. The free spaces to be recorded between the tubular cell housings can be used elsewhere, for example for temperature control of the battery cells, by virtue of the fact that a temperature control fluid flows through the said free spaces. The cell carrier plate together with the cell housing formed integrally therewith is produced, for example, by a 3D printing method or by a casting method. According to a second advantageous embodiment of said cell housing with the round or polygonal cross-section, these are each formed by a cup-shaped cavity in a common, compact block of material of the cell carrier plate. That is, the cell carrier plate is dimensioned such that only by, for example, mechanical processing of said block of material, such as drilling or milling, the cup-shaped cavities are formed to represent the cell housing and receiving the cell wraps. In contrast, such a compact cell carrier plate can also be produced by a 3D printing method or by a casting process. By these measures, a particularly resistant battery module can be formed. In order to enable a simple and cost-effective electrical contacting of the battery cells, it is provided in development of the invention that the cell carrier plate is electrically conductive together with the cell housing and having a polarity of the battery module by means of an electrode terminal, whereas the other polarity by either an electrode terminal of each one relevant cell housing together with cell winding closing and electrically insulated to the cell housing formed lid member or by an electrode terminal of a common, the cell housing closing and the same electrically insulated formed lid member of the battery module or at least one battery module having battery available. Alternatively, it is provided that by means of separate electrode connections, both polarities are made available by either a cover element closing the respective cell housing together with cell winding or by a common cover element of the battery module closing the cell housing or a battery having at least one battery module. Furthermore, it can also be provided and is also covered by the invention that the cell carrier plate together with the cell housing and / or the cell housing closing lid elements or a common cover element are electrically non-conductive, but have an electrically conductive structure for electrically interconnecting the battery cells formed. In order to enable an active temperature control of the battery cells is further preferred that at least the cell carrier plate has at least one of a medium for controlling the temperature of the battery cells of the battery module through-flow channel structure.
Gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung wird ausgehend von einem Batteriemodul, mit einer Zellträgerplatte sowie mit einer Mehrzahl Batteriezellen, die auf der besagten Zellträgerplatte angeordnet sind, wobei die Batteriezellen jeweils ein Zellgehäuse und zumindest einen, in dem Zellgehäuse angeordneten Zellwickel aufweisen, die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, dass die Zellgehäuse der Mehrzahl Batteriezellen einstückig durch ein Strangpressprofil gebildet sind und dass besagtes Strangpressprofil mit einer separat hergestellten Zellträgerplatte verbunden oder verbindbar ist, welche die gebildeten Zellgehäuse einenends verschließt.According to a second advantageous embodiment of the invention, starting from a battery module, with a cell carrier plate and a plurality of battery cells, which are arranged on said cell carrier plate, wherein the battery cells each have a cell housing and at least one, arranged in the cell housing cell winding, the stated object achieved in that the cell housing of the plurality of battery cells are integrally formed by an extruded profile and that said extruded profile is connected or connectable to a separately prepared cell carrier plate, which closes the cell housing formed one end.
Auch hierdurch ist ein Batteriemodul geschaffen, welches infolge minimierter Bauteilezahl bezüglich seiner Herstellung aufwandsreduziert ist.This also creates a battery module, which is reduced in terms of its production due to minimized number of components.
Die Erfindung betrifft auch eine Batterie, mit zumindest einem Batteriemodul der vorbeschriebenen Ausführungsvarianten desselben.The invention also relates to a battery, with at least one battery module of the above-described embodiments of the same.
Das Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls der vorbeschriebenen ersten Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- a) Bereitstellung einer Zellträgerplatte, welche einstückig eine Mehrzahl becherförmig ausgebildeter Zellgehäuse aufweist,
- b) Bestückung der Zellgehäuse mit jeweils zumindest einem Zellwickel, und
- c) Verschließen der Zellgehäuse mit je einem oder einem gemeinsamen Deckelelement.
- a) providing a cell carrier plate which integrally has a plurality of cup-shaped cell housings,
- b) equipping the cell housing with at least one cell winding, and
- c) closing the cell housing with one or a common cover element.
Das Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls der vorbeschriebenen zweiten Ausführungsvariante der Erfindung zeichnet sich durch folgende Schritte aus:
- a) Bereitstellung einer Zellträgerplatte,
- b) Bereitstellung eines Strangpressprofils welches einstückig eine Mehrzahl Zellgehäuse ausbildet,
- c) Verschließen der gebildeten Zellgehäuse einenends mittels der Zellträgerplatte,
- d) Bestückung der gebildeten Zellgehäuse mit jeweils zumindest einem Zellwickel, und
- e) Verschließen der Zellgehäuse anderenends mit je einem oder einem gemeinsamen Deckelelement.
- a) provision of a cell carrier plate,
- b) providing an extruded profile which integrally forms a plurality of cell casings,
- c) closing the cell housing formed at one end by means of the cell carrier plate,
- d) equipping the cell housing formed with at least one cell winding, and
- e) closing the cell housing at the other end with one or a common cover element.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen schematisch dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Sie ist jedoch nicht auf diese beschränkt, sondern erfasst alle durch die Patentansprüche definierten Ausgestaltungen. Es zeigen:
-
1 äußerst schematisch ein mit einer Traktionsbatterie bzw. Hochvolt-Batterie ausgestattetes Fahrzeug, welche Batterie zumindest ein Batteriemodul der erfindungsgemäßen Art aufweist, -
2 eine Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einer ersten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung, -
3 eine erste alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 2 , -
4 eine zweite alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 2 , -
5 eine dritte alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 2 , -
6 eine vierte alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 2 , -
7 eine fünfte alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 2 , -
8 eine Explosionsdarstellung eines Batteriemoduls gemäß einer zweiten vorteilhaften Ausführungsvariante der Erfindung, und -
9 eine alternative Ausführungsform desBatteriemoduls nach 8 .
-
1 very schematically a equipped with a traction battery or high-voltage battery vehicle, which battery has at least one battery module of the type according to the invention, -
2 an exploded view of a battery module according to a first advantageous embodiment of the invention, -
3 a first alternative embodiment of the battery module according to2 . -
4 a second alternative embodiment of the battery module according to2 . -
5 a third alternative embodiment of the battery module according to2 . -
6 a fourth alternative embodiment of the battery module according to2 . -
7 a fifth alternative embodiment of the battery module after2 . -
8th an exploded view of a battery module according to a second advantageous embodiment of the invention, and -
9 an alternative embodiment of the battery module after8th ,
Die Zellgehäuse
Vorliegend sind die Zellgehäuse
Einem jeden Zellgehäuse
Gemäß eines in
Ferner ist durch die Erfindung eine nicht zeichnerisch dargestellte alternative Ausführungsform eines erfindungsgemäß ausgebildeten Batteriemoduls
Ferner kann auch vorgesehen sein und ist durch die Erfindung demgemäß ebenfalls mit erfasst, dass die Zellträgerplatte
Die Ausführungsformen der Batteriemodule
Die Ausführungsformen der Batteriemodule
Die
All den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist ferner gemein, dass die Zellträgerplatte
In einer bevorzugten, nicht zeichnerisch dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist die Kanalstruktur
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Fahrzeugvehicle
- 22
- Elektromotorelectric motor
- 33
- Batteriebattery
- 44
- Batteriegehäusebattery case
- 55
- Batteriemodulbattery module
- 66
- Batteriezellebattery cell
- 77
- ZellträgerplatteCell carrier plate
- 88th
- Zellgehäusecell case
- 99
- Zellwickelcell coil
- 1010
- Rohrpipe
- 1111
- Freiraumfree space
- 1212
- Deckelelementcover element
- 12'12 '
- Deckelelementcover element
- 1313
- Elektrodenanschlusselectrode connection
- 1414
- Elektrodenanschlusselectrode connection
- 1515
- Hohlraumcavity
- 1616
- Materialblockmaterial block
- 1717
- StrangpressprofilExtruded
- 1818
- Kanalstrukturchannel structure
- 1919
- TemperierungsmittelanschlussTemperierungsmittelanschluss
- 2020
- TemperierungsmittelanschlussTemperierungsmittelanschluss
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- DE 102008059967 A1 [0002, 0021]DE 102008059967 A1 [0002, 0021]
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