DE102017210506A1 - Batteriemodul und Verwendung eines solchen sowie Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls - Google Patents

Batteriemodul und Verwendung eines solchen sowie Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Festkörperelektrolyt-Batteriezellen, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin ein zur thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen (2) ausgebildetes Isolationselement (3) umfasst, wobei das Isolationselement (3) aus zumindest zwei Schichten ausgebildet ist und die Mehrzahl an Batteriezellen (2) zumindest teilweise umgibt, wobei das Isolationselement (3) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet ist.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Weiterhin betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines solchen Batteriemoduls.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls.
  • Während des Betriebes eines Batteriemoduls sollten dessen Batteriezellen innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs betrieben werden, um eine möglichst optimale Leistungsfähigkeit der Batteriezellen zu ermöglichen.
  • Aus den Druckschriften US 2015/340663 und US 2017/047571 ist es bekannt, Batteriezellen mit aus Kunststoff ausgebildeten Isolationen elektrisch gegenüber einer Umgebung zu isolieren.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, dass eine zuverlässige thermische Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet werden kann.
  • Somit kann insgesamt die Einsatzbereitschaft des Batteriemoduls erhöht werden, da mittels der verbesserten thermischen Isolation beispielsweise die Zeitdauer für eine Aufheizung aus niedrigen Temperaturbereichen reduziert werden kann.
  • Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt, wobei die Batteriezellen insbesondere als Festkörperelektrolyt-Batteriezellen ausgebildet sind.
  • Weiterhin umfasst das Batteriemodul ein zur thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildetes Isolationselement.
  • Dabei ist das Isolationselement aus zumindest zwei Schichten ausgebildet und umgibt die Mehrzahl an Batteriezellen zumindest teilweise.
  • Dabei ist das Isolationselement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Insbesondere ist das Isolationselement dabei aus Aluminium ausgebildet.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegeben Vorrichtungen möglich.
  • Von Vorteil ist es, wenn das Isolationselement die Mehrzahl an Batteriezellen im Wesentlichen vollständig umgibt.
  • An dieser Stelle sei hierzu angemerkt, dass unter im Wesentlichen vollständig umgeben verstanden sein soll, dass das Isolationselement beispielsweise Durchführungen für elektrische Elemente und/oder elektronische Elemente aufweisen kann.
  • Dadurch ist es möglich, eine zuverlässige Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen auszubilden.
  • Es ist zweckmäßig, wenn das Isolationselement aus metallischen Folien ausgebildet ist.
  • Insbesondere ist es zweckmäßig, wenn das Isolationselement aus Aluminiumfolien ausgebildet ist.
  • Eine solche Ausbildung bietet eine kostengünstige und materialsparende Alternative zu aus dem Stand der Technik bekannten Isolationen.
  • Hierzu sei noch bemerkt, dass ein solches aus metallischen Folien, insbesondere aus Aluminiumfolien, ausgebildetes Isolationselement auch als mehrschichtiges Isolationselement bezeichnet sein kann.
  • Dabei können die einzelnen metallischen Folien, insbesondere Aluminiumfolien, beispielsweise lose aneinander liegen oder auch stoffschlüssig, wie beispielsweise geklebt, zumindest teilweise miteinander verbunden sein.
  • Vorteilhafterweise weist das Batteriemodul einen ersten Bereich auf, in welchem das Isolationselement mehrlagig angeordnet ist.
  • Weiterhin vorteilhafterweise weist das Batteriemodul einen zweiten Bereich auf, in welchem das Isolationselement einlagig angeordnet ist.
  • Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Batteriemodul einfach auszubilden, da das Isolationselement beispielsweise um die Mehrzahl an Batteriezellen herum gefaltet ist.
  • Zweckmäßigerweise ist an der von der Mehrzahl an Batteriezelle abgewandten Seite des Isolationselements ein Halteelement, insbesondere ein Klebeband, angeordnet, welches zu einer Fixierung des Isolationselements ausgebildet ist. Dadurch ist es möglich, das erfindungsgemäße Batteriemodul einfach auszubilden, da beispielsweise ein um die Mehrzahl an Batteriezellen herum gefaltetes Isolationselement zuverlässig fixiert werden kann.
  • Insbesondere ist dabei das Halteelement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Bevorzugt ist das Halteelement dabei aus Aluminium ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es zweckmäßig ist, das Halteelement aus demselben metallischen Werkstoff auszubilden wie das Isolationselement.
  • Bevorzugt ist das Halteelement dabei stoffschlüssig mit dem Isolationselement verbunden, wobei das Halteelement beispielsweise geklebt, geschweißt oder gelötet mit dem Isolationselement verbunden sein kann.
  • Gemäß einem vorteilhaften Aspekt der Erfindung ist die Mehrzahl an Batteriezellen weiterhin in einem Modulgehäuse oder in einem Trägerrahmen aufgenommen.
  • Dadurch kann eine zuverlässige mechanische Aufnahme für die Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt werden.
  • Selbstverständlich ist es möglich, auch auf ein Modulgehäuse oder einen Trägerrahmen zu verzichten.
  • Bevorzugt weist das Isolationselement weiterhin zumindest eine Durchführung für ein elektrisches Element und/oder ein elektronisches Element auf.
  • Dabei kann die zumindest eine Durchführung beispielsweise als eine durchgehend durch das Isolationselement hindurch verlaufend ausgebildete Öffnung ausgebildet sein oder kann die zumindest eine Durchführung auch durch eine Anordnung des Isolationselements ausgebildet werden, bei welcher die Durchführung ausgespart wird.
  • Dadurch ist es möglich, die Mehrzahl an Batteriezellen auch von einer Umgebung des Batteriemoduls aus elektrisch zu kontaktieren oder zu überwachen.
  • Zweckmäßigerweise sind die Mehrzahl an Batteriezellen und das Isolationselement gemeinsam innerhalb eines Gehäuses angeordnet.
  • Somit ist es beispielsweise möglich, die Mehrzahl an Batteriezellen und das Isolationselement vor einer Beschädigung zu schützen.
  • Weiterhin bietet dies den Vorteil, dass zwischen dem Isolationselement und dem Gehäuse weiterhin ein Luftpolster ausgebildet werden kann, welches die Isolationswirkung weiter erhöht.
  • Dabei kann das Gehäuse beispielsweise als ein aus Aluminium ausgebildetes Tiefziehgehäuse oder als ein Glasfasern umfassendes Kunststoffgehäuse ausgebildet sein.
  • Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung umfasst das Batteriemodul weiterhin ein zur Anbindung an ein Fahrzeug ausgebildetes Anbindungselement. Dabei bietet ein aus einem metallischen Werkstoff ausgebildetes Isolationselement den Vorteil, dass das Anbindungselement einfach befestigt werden kann, da Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, das Isolationselement durchdringen können.
  • Insbesondere bei Ausführungsformen, bei welchen die Mehrzahl an Batteriezellen in einem Modulgehäuse oder in einem Trägerrahmen aufgenommen sind, können Befestigungsmittel, wie beispielsweise Schrauben, das Isolationselement einfach durchdringen und mit dem Modulgehäuse oder mit dem Trägerrahmen fest verbunden werden.
  • Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, innerhalb der Durchführungen Hülsen zu einer Verbesserung der thermischen Isolation anzuordnen.
  • Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, wobei die Mehrzahl an Batteriezellen oberhalb einer Temperatur von 50 °C betrieben wird.
  • Dadurch ist es möglich, insbesondere Batteriezellen, welche einen Festkörperelektrolyten umfassen, zuverlässig zu isolieren und dadurch in einem Temperaturbereich, welcher oberhalb von 50 °C liegt, zu betreiben.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls.
  • Dabei wird in einem ersten Verfahrensschritt eine Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt.
  • In einem zweiten Verfahrensschritt wird ein zu einer thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildetes Isolationselement bereitgestellt.
  • Dabei umfasst das Isolationselement zumindest zwei Schichten.
  • Weiterhin ist das Isolationselement aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet.
  • Dabei wird das Isolationselement in einem dritten Verfahrensschritt in der Art verformt, beispielsweise gefaltet und/oder gebogen, dass das Isolationselement die Mehrzahl an Batteriezellen zumindest teilweise umgibt.
  • Figurenliste
  • Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
  • Es zeigen:
    • 1 bis 5 jeweils Schritte eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, welches in den 4 und 5 zu erkennen ist.
  • Die 1 zeigt eine Mehrzahl an Batteriezellen 2, welche insbesondere einen Festkörperelektrolyten umfassen können.
  • Dabei kann die Mehrzahl an Batteriezellen 2 in einem Modulgehäuse 6 oder in einem Trägerelement 7 aufgenommen sein.
  • Weiterhin zeigt die 1 ein Isolationselement 3, welches zu einer thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen 2 ausgebildet ist.
  • Das Isolationselement 3 ist dabei aus zumindest zwei Schichten ausgebildet.
  • Weiterhin ist das Isolationselement 3 aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere aus Aluminium, ausgebildet.
  • Bevorzugt ist das Isolationselement 3 dabei aus metallischen Folien 4, insbesondere Aluminiumfolien, ausgebildet.
  • Dabei zeigt die 1 einen ersten Zustand des erfindungsgemäßen Verfahrens, welcher vor der endgültigen Anordnung des Isolationselements 3 liegt.
  • Die 2 zeigt einen zweiten Zustand des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Dabei ist insbesondere zu erkennen, dass das Isolationselement 3 verformt, insbesondere gefaltet und/oder gebogen wird, so dass das Isolationselement 3 die Mehrzahl an Batteriezelle 2 umgeben kann.
  • Die 3 zeigt einen dritten Zustand des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Dabei ist zu erkennen, dass das Isolationselement 3 weiterhin so verformt, insbesondere so gefaltet und/oder gebogen wird, so dass das Isolationselement 3 die Mehrzahl an Batteriezellen 2 im Wesentlichen vollständig umgibt.
  • Aus den 2 und 3 ist bereits zu erkennen, dass das Batteriemodul 1 einen ersten Bereich 4 aufweist, in welchem das Isolationselement 3 mehrlagig angeordnet ist.
  • Weiterhin ist aus den 2 und 3 auch bereits zu erkennen, dass das Batteriemodul 1 einen zweiten Bereich 5 aufweist, in welchem das Isolationselement 3 einlagig angeordnet ist.
  • Darunter soll verstanden sein, dass das Isolationselement 3 in der Art in einer solchen Reihenfolge verformt, insbesondere gefaltet und/oder gebogen, wird, dass in dem ersten Bereich 4 das Isolationselement 3 die Mehrzahl an Batteriezelle 2 umgibt und dann in dem ersten Bereich 4 eine weitere Lage des Isolationselement 3 angeordnet wird.
  • Die 4 zeigt ein Batteriemodul 1, welches weiterhin Anbindungselemente 8 umfasst, die zu einer Anbindung an ein in der 4 nicht dargestelltes Fahrzeug ausgebildet sind.
  • Die 5 zeigt ein Batteriemodul 1, welches ein Halteelement 9 aufweist. Dabei ist das Halteelement 9 an der von der Mehrzahl an Batteriezellen 2 abgewandten Seite des Isolationselements 3 angeordnet und ist zu einer Fixierung des Isolationselements 3 ausgebildet.
  • Dabei ist das in der 5 gezeigte Halteelement 9 aus einem metallischen Werkstoff, wie beispielsweise Aluminium, ausgebildet.
  • Weiterhin ist das in der 5 gezeigte Halteelement 9 stoffschlüssig, wie beispielsweise geklebt, mit dem Isolationselement 3 verbunden.
  • Ein in den 4 und 5 gezeigtes Batteriemodul 1 kann weiterhin innerhalb eines Gehäuses aufgenommen werden, was in den Figuren allerdings nicht gezeigt ist.
  • Weiterhin ist es auch möglich, dass das Isolationselement 3 in den Figuren nicht gezeigte Durchführungen für elektrische Element und/oder elektronische Elemente aufweist.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2015340663 [0004]
    • US 2017047571 [0004]

Claims (13)

  1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Festkörperelektrolyt-Batteriezellen, wobei das Batteriemodul (1) weiterhin ein zur thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen (2) ausgebildetes Isolationselement (3) umfasst, wobei das Isolationselement (3) aus zumindest zwei Schichten ausgebildet ist und die Mehrzahl an Batteriezellen (2) zumindest teilweise umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (3) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet ist.
  2. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (3) die Mehrzahl an Batteriezellen (2) im Wesentlichen vollständig umgibt.
  3. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (3) aus metallischen Folien (4), insbesondere Aluminiumfolien, ausgebildet ist.
  4. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) einen ersten Bereich (4) aufweist, in welchem das Isolationselement (3) mehrlagig angeordnet ist, und dass das Batteriemodul (1) einen zweiten Bereich (5) aufweist, in welchem das Isolationselement (3) einlagig angeordnet ist.
  5. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an der von der Mehrzahl an Batteriezellen (2) abgewandten Seite des Isolationselements (3) ein Halteelement (9), insbesondere ein Klebeband, zu einer Fixierung des Isolationselements (3) angeordnet ist.
  6. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (9) aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet ist.
  7. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Halteelement (9) stoffschlüssig, wie insbesondere geklebt, geschweißt oder gelötet, mit dem Isolationselement (3) verbunden ist.
  8. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (2) in einem Modulgehäuse (6) oder in einem Trägerrahmen (7) aufgenommen ist.
  9. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement (3) weiterhin zumindest eine Durchführung für ein elektrisches Element und/oder ein elektronisches Element aufweist.
  10. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (2) und das Isolationselement (3) gemeinsam innerhalb eines Gehäuses angeordnet sind.
  11. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) weiterhin zur Anbindung an ein Fahrzeug ausgebildetes Anbindungselement (8) umfasst.
  12. Verwendung eines Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (2) oberhalb einer Temperatur von 50° C betrieben wird.
  13. Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls, wobei in einem ersten Verfahrensschritt eine Mehrzahl an Batteriezellen (2) bereitgestellt wird, und in einem zweiten Verfahrensschritt ein zur thermischen Isolation der Mehrzahl an Batteriezellen (2) ausgebildet Isolationselement (3) bereitgestellt wird, welches zumindest zwei Schichten umfasst und aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Aluminium, ausgebildet ist und in einem dritten Verfahrensschritt das Isolationselement (3) derart verformt, insbesondere gefaltet und/oder gebogen, wird, dass das Isolationselement (3) die Mehrzahl an Batteriezellen (2) zumindest teilweise umgibt.
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