DE102018210933A1 - Battery system and method for its production and a motor vehicle - Google Patents

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Matthias Musialek
Michael Raedler
Leonore Glanz
Henrik Wolfgang Behm
Mareen Rosenkranz
Anne Buchkremer
Felix Eberhard Hildebrand
Karim Bahroun
Torsten Maenz
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung zeigt ein Batteriesystem (100), welches wenigstens eine Batteriezelle (101) sowie einen Rahmen (103), in dem die wenigstens eine Batteriezelle (101) aufgenommen ist, und zumindest einen Schwellbereich (102) zwischen dem Rahmen (103) und/oder einer weiteren Batteriezelle (101), in dem sich die wenigstens eine Batteriezelle (101) vergrößern kann, aufweist, wobei sich an der wenigstens einen Batteriezelle (101) im zumindest einen Schwellbereich (102) ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial (104) befindet.

Figure DE102018210933A1_0000
The invention shows a battery system (100) which has at least one battery cell (101) and a frame (103) in which the at least one battery cell (101) is accommodated, and at least one threshold area (102) between the frame (103) and / or a further battery cell (101), in which the at least one battery cell (101) can enlarge, wherein a compressible threshold compensation material (104) is located on the at least one battery cell (101) in the at least one threshold region (102).
Figure DE102018210933A1_0000

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem, welches wenigstens eine Batteriezelle sowie einen Rahmen, in dem die wenigstens eine Batteriezelle aufgenommen ist, und zumindest einen Schwellbereich zwischen dem Rahmen und/oder einer weiteren Batteriezelle, in dem sich die wenigstens eine Batteriezelle vergrößern kann, aufweist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems sowie ein Kraftfahrzeug, welches mindestens ein erfindungsgemäßes Batteriesystem aufweist.The invention relates to a battery system which has at least one battery cell and a frame in which the at least one battery cell is accommodated, and at least one threshold area between the frame and / or a further battery cell in which the at least one battery cell can enlarge. The invention also relates to a method for producing a battery system and a motor vehicle which has at least one battery system according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Innerhalb eines Batteriesystems sind einzelne Batteriezellen vorgesehen, welche ihr Volumen, beispielsweise beim Laden und Entladen, verändern können. Auch über die Lebensdauer kann das Volumen der Batteriezellen variieren. Die Batteriezellen sind in einem Batteriesystem in der Regel in einem Rahmen angeordnet, welcher die Kräfte der Volumenänderung aufnimmt. Insbesondere bei Feststoffbatteriesystemen kann es zu einer Volumenzunahme einzelner Batteriezellen von bis zu 20% kommen.Individual battery cells are provided within a battery system, which can change their volume, for example during charging and discharging. The volume of the battery cells can also vary over the service life. In a battery system, the battery cells are generally arranged in a frame which absorbs the forces of the volume change. In the case of solid-state battery systems in particular, the volume of individual battery cells can increase by up to 20%.

Bei mobilen Batteriesystemen, wie sie insbesondere in Kraftfahrzeugen eingesetzt werden, besteht eine weitere Anforderung an das Batteriesystem darin, dass die einzelnen Batteriezellen besonders sicher befestigt sind, sodass die mechanischen Belastungen auf die einzelnen Zellen verringert sind.In the case of mobile battery systems, such as those used in particular in motor vehicles, a further requirement for the battery system is that the individual battery cells are fastened particularly securely, so that the mechanical loads on the individual cells are reduced.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Batteriesystem, welches wenigstens eine Batteriezelle sowie einen Rahmen, in dem wenigstens eine Batteriezelle aufgenommen ist, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß weist das Batteriesystem zumindest einen Schwellbereich zwischen dem Rahmen und/oder einer weiteren Batteriezelle, in denen sich die wenigstens eine Batteriezelle vergrößern kann, auf. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass sich an der wenigstens einen Batteriezelle in zumindest einem Schwellbereich ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial befindet. Mit anderen Worten sind im Batteriesystem Batteriezellen, insbesondere Feststoffbatteriezellen, in einer Halterung, in der eine oder mehrere Einzelzellen aufgenommen werden können, gehaltert. Damit eine Änderung des Volumens der Batteriezellen nicht direkt auf den Rahmen übertragen wird, sind Schwellbereiche vorgesehen, sodass die Batteriezelle auch dann frei von mechanischen Spannungen im Rahmen aufgenommen werden kann, wenn das Volumen der wenigstens einen Batteriezelle vergrößert ist. Dabei ist der Schwellbereich im Batteriesystem nicht leer, sondern mit einem komprimierbaren Schwellausgleichsmaterial gefüllt. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial zumindest einen Stoff enthält, welcher die Komprimierbarkeit durch seine Materialeigenschaften gewährleistet. Die Anordnung eines komprimierbaren Schwellausgleichsmaterials im Schwellbereich bietet den Vorteil, dass die Batteriezelle auch in einem Zustand, in dem ihr Volumen nicht vergrößert ist, sicher im Rahmen gehalten wird. Das Batteriesystem kann als mobile Energieversorgung, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, vorgesehen sein. Ein weiterer Vorteil ist, dass in einem Zustand, in dem die Batteriezelle ein vergrößertes Volumen hat, die mechanische Spannung im komprimierbaren Schwellausgleichsmaterial aufgefangen und nicht an den Rahmen weitergegeben wird. Dadurch kann der Rahmen entsprechend einfacher und/oder kostengünstiger gefertigt werden.A battery system is proposed which has at least one battery cell and a frame in which at least one battery cell is accommodated. According to the invention, the battery system has at least one threshold area between the frame and / or a further battery cell, in which the at least one battery cell can enlarge. It is further provided according to the invention that a compressible threshold compensation material is located on the at least one battery cell in at least one threshold region. In other words, battery cells, in particular solid-state battery cells, are held in a holder in the battery system, in which one or more individual cells can be accommodated. So that a change in the volume of the battery cells is not transmitted directly to the frame, threshold areas are provided, so that the battery cell can also be accommodated in the frame free of mechanical stresses when the volume of the at least one battery cell is increased. The threshold area in the battery system is not empty, but is filled with a compressible threshold compensation material. It can be provided that the threshold compensation material contains at least one substance which ensures compressibility through its material properties. The arrangement of a compressible threshold compensation material in the threshold area offers the advantage that the battery cell is securely held in the frame even in a state in which its volume is not increased. The battery system can be provided as a mobile energy supply, in particular for a motor vehicle. Another advantage is that in a state in which the battery cell has an increased volume, the mechanical tension is absorbed in the compressible threshold compensation material and is not passed on to the frame. As a result, the frame can be manufactured correspondingly more simply and / or more cost-effectively.

In einem erfindungsgemäßen Batteriesystem kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial reversibel komprimierbar ist. Das Volumen einer Batteriezelle muss über ihre Lebensdauer nicht zwangsläufig lediglich zunehmen. Je nach Umgebungsbedingungen kann es dazu kommen, dass sich das Volumen der Batteriezelle nach einem Anschwellen wieder reduziert. Mit anderen Worten kann bei dem Batteriesystem erreicht werden, dass aufgrund des komprimierbaren Schwellausgleichsmaterials dieses in seinem ursprünglichen, unkomprimierten Zustand zurückkehren kann. Dabei kann vorgesehen sein, dass das reversibel komprimierte Schwellausgleichsmaterial eine Rückstellkraft darstellt, welches die vorübergehend vergrößerte Batteriezelle in einen Ausgangszustand zurückführt. Die reversible Komprimierbarkeit des Schwellausgleichsmaterials bietet den Vorteil, dass die Batteriezellen auch dann sicher im Rahmen befestigt sind, wenn sich das Volumen der Batteriezelle nach einer Vergrößerung wieder reduziert. Insbesondere bei mobilen Anwendungen, bei denen Erschütterungen auftreten können, wird so die Lebensdauer der Batteriezelle durch eine geringe mechanische Belastung erhöht. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Geräuschentwicklung durch die sichere Befestigung reduziert wird.In a battery system according to the invention it can be provided that the threshold compensation material is reversibly compressible. The volume of a battery cell does not necessarily have to increase over its lifespan. Depending on the ambient conditions, the volume of the battery cell may decrease again after swelling. In other words, it can be achieved with the battery system that due to the compressible threshold compensation material, it can return to its original, uncompressed state. It can be provided that the reversibly compressed threshold compensation material represents a restoring force which returns the temporarily enlarged battery cell to an initial state. The reversible compressibility of the threshold compensation material offers the advantage that the battery cells are securely fastened in the frame even if the volume of the battery cell is reduced again after being enlarged. In particular in mobile applications in which vibrations can occur, the service life of the battery cell is increased by a low mechanical load. Another advantage is that the noise is reduced by the secure attachment.

Im Rahmen der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein Elastomer, insbesondere ein EPDM- und/oder ein NBR- und/oder SBR-Kautschuk, aufweist. Die Verwendung von Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuken (EPDM) bietet den Vorteil, dass dieser durch seine gesättigte Gerüststruktur sowohl eine besonders hohe thermische als auch eine hohe chemische Beständigkeit aufweist. Acetylnitril-Butadien-Kautschuk (NBR) bietet den Vorteil, dass es eine besonders gute Quellbeständigkeit gegenüber aliphatischen Kohlenstoffen besitzt und ein günstiges Alterungsverhalten aufweist. Die Verwendung von Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) bietet den Vorteil, dass es eine besonders geringe Quellung gegenüber anorganischen und organischen Säuren und Basen sowie Alkohol und Wasser aufweist. Generell bieten Elastomere den Vorteil, dass diese sich bei Zug- und Druckbelastung elastisch verformen und danach in ihre ursprüngliche, unverformte Gestalt zurückbewegen. Dadurch kann eine sichere Halterung der Batteriezellen sowohl bei vergrößertem Volumen als auch im unvergrößerten Zustand gewährleistet werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass Elastomere etwa gegenüber Metallen eine Temperaturisolation der Batteriezellen gegenüber der Umgebung ermöglichen.In the context of the invention, it can be provided in a battery system that the threshold compensation material has an elastomer, in particular an EPDM and / or an NBR and / or SBR rubber. The use of ethylene-propylene-diene rubbers (EPDM) offers the advantage that, thanks to its saturated structure, it has both a particularly high thermal and a high chemical resistance. Acetyl nitrile butadiene rubber (NBR) has the advantage that it has particularly good resistance to swelling against aliphatic carbons and has a favorable aging behavior. The use of styrene-butadiene rubber (SBR) offers the advantage that it has a particularly low swelling compared to inorganic and organic acids and bases as well Has alcohol and water. In general, elastomers offer the advantage that they deform elastically under tensile and compressive loads and then move back to their original, undeformed shape. This ensures that the battery cells are held securely both in the case of an enlarged volume and in the unenlarged state. Another advantage is that elastomers enable temperature insulation of the battery cells from the environment, for example with respect to metals.

Vorteilhaft kann bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein schaumartiges Material aufweist. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass sich im Schwellausgleichsmaterial gasförmige Blasen befinden, welche von festen Wänden eingeschlossen sind. Dies bietet den Vorteil, dass das Gewicht des Schwellausgleichsmaterials gegenüber einem Schwellausgleichsmaterial ohne schaumartiges Material reduziert ist. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Kompressibilität eines Schwellausgleichsmaterials durch das Vorhandensein eines schaumartigen Materials erhöht wird. Dadurch können auch besonders große Volumenänderungen der Batteriezelle aufgenommen werden.In a battery system according to the invention it can advantageously be provided that the threshold compensation material has a foam-like material. In other words, it can be provided that there are gaseous bubbles in the threshold compensation material, which bubbles are enclosed by solid walls. This offers the advantage that the weight of the threshold compensation material is reduced compared to a threshold compensation material without a foam-like material. Another advantage is that the compressibility of a threshold compensation material is increased by the presence of a foam-like material. This allows particularly large volume changes in the battery cell to be absorbed.

Erfindungsgemäß kann weiterhin bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein Gel aufweist. Mit anderen Worten weist das Schwellausgleichsmaterial zumindest zwei Komponenten auf, wobei eine feste Komponente ein schwammartiges Netzwerk bildet, dessen Poren durch ein Fluid ausgefüllt sind, wobei beide Komponenten sich dabei gegenseitig vollständig durchdringen. Dies bietet den Vorteil, dass sich das Schwellausgleichsmaterial gut an seine äußere Umgebung, insbesondere an den Rahmen und/oder Batteriezellen anpassen kann, wodurch ein optimaler Kontakt gewährleistet ist.According to the invention, it can further be provided in a battery system that the threshold compensation material has a gel. In other words, the threshold compensation material has at least two components, a solid component forming a sponge-like network, the pores of which are filled with a fluid, the two components completely penetrating each other. This offers the advantage that the threshold compensation material can adapt well to its external environment, in particular to the frame and / or battery cells, which ensures optimal contact.

Bei einem erfindungsgemäßen Batteriesystem kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein wärmeleitfähiges Material aufweist. Insbesondere beim Schnellladen oder wenn eine hohe Leistung von der Batteriezelle abgegeben wird, kann es dazu kommen, dass die Temperatur der Batteriezelle stark erhöht ist. Durch Verwendung eines wärmeleitfähigen Materials kann der Vorteil erreicht werden, dass die Wärme schneller abgegeben und die Beibehaltung der Betriebstemperatur gewährleistet werden kann. Es kann vorgesehen sein, dass das wärmeleitfähige Material im Schwellausgleichsmaterial nur zwischen Batteriezellen vorgesehen ist, sodass eine Wärmeleitung der Batteriezellen untereinander hergestellt ist. Dies bietet den Vorteil, dass alle Batteriezellen auf einer ähnlichen Temperatur gehalten werden können, was den Aufbau eines Temperier-Systems vereinfacht. Als wärmeleitfähiges Material können Metalle, insbesondere Kupfer, vorgesehen sein, welche eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Alternativ dazu können auch wärmeleitfähige Kunststoffe vorgesehen sein, welche gegenüber Metallen ein verringertes Gewicht aufweisen und einfache Fertigungsverfahren, insbesondere Spritzgießen und Koextrusion, ermöglichen.In a battery system according to the invention it can be provided that the threshold compensation material has a thermally conductive material. In particular during rapid charging or when a high level of power is output from the battery cell, the temperature of the battery cell may increase significantly. The use of a thermally conductive material can achieve the advantage that the heat can be released more quickly and the operating temperature can be maintained. It can be provided that the thermally conductive material in the threshold compensation material is only provided between battery cells, so that heat conduction of the battery cells to one another is established. This offers the advantage that all battery cells can be kept at a similar temperature, which simplifies the construction of a temperature control system. Metals, in particular copper, which have a particularly high thermal conductivity can be provided as the thermally conductive material. Alternatively, thermally conductive plastics can also be provided, which have a reduced weight compared to metals and enable simple manufacturing processes, in particular injection molding and coextrusion.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems, insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Batteriezelle in einem Rahmen eingesetzt wird, wobei zwischen dem Rahmen und/oder einer weiteren Batteriezelle ein Schwellbereich vorgesehen wird, in dem sich die wenigstens eine Batteriezelle vergrößern kann, beansprucht. Dabei wird ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial im Schwellbereich eingebracht. Weiterhin ist vorgesehen, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials vor dem Einbringen physikalisch geschäumt werden und/oder das zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials erst geschäumt werden, wenn sich wenigstens eine Batteriezelle im Rahmen befindet. Mit anderen Worten kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial schäumbare Bestandteile enthält, welche vor dem Einbringen des Schwellausgleichsmaterials in den Rahmen durch Einbringen von Gas geschäumt werden und das Schwellausgleichsmaterial erst anschließend in den Rahmen eingebracht wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial weiter bearbeitet, insbesondere in seiner Geometrie angepasst oder mit einer Batteriezelle verbunden wird. Dies bietet den Vorteil, dass vor dem Einbau überprüft werden kann, ob die gewünschte Form des Schwellausgleichsmaterials hergestellt worden ist, um eine zuverlässige Halterung der Batteriezellen im Rahmen zu gewährleisten. Es kann auch vorgesehen sein, dass sich wenigstens eine Batteriezelle sowie ein Teil des Schwellausgleichsmaterials bereits im Rahmen befinden, bevor zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials geschäumt werden. Dies bietet den Vorteil, dass der Schaum den kompletten vorgesehenen Schwellbereich und/oder weitere, insbesondere unzugängliche Teile, im Rahmen ausbilden bzw. ausfüllen kann. Hierdurch wird eine besonders sichere Befestigung der Batteriezellen gewährleistet. Bei dem Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung gelten die gleichen Vorteile, wie sie bereits ausführlich zu dem Batteriesystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.According to a second aspect of the invention, there is a method for producing a battery system, in particular according to one of the preceding claims, wherein at least one battery cell is used in a frame, a threshold area being provided between the frame and / or a further battery cell in which the can enlarge at least one battery cell. A compressible threshold compensation material is introduced in the threshold area. Furthermore, it is provided that at least parts of the threshold compensation material are physically foamed prior to introduction and / or that at least parts of the threshold compensation material are not foamed until at least one battery cell is in the frame. In other words, it can be provided that the threshold compensation material contains foamable constituents which are foamed by introducing gas before the threshold compensation material is introduced into the frame and the threshold compensation material is only subsequently introduced into the frame. It can be provided that the threshold compensation material is processed further, in particular adapted in its geometry or connected to a battery cell. This offers the advantage that it can be checked before installation whether the desired shape of the threshold compensation material has been produced, in order to ensure reliable holding of the battery cells in the frame. It can also be provided that at least one battery cell and part of the threshold compensation material are already in the frame before at least parts of the threshold compensation material are foamed. This offers the advantage that the foam can form or fill in the complete intended swell area and / or further, in particular inaccessible parts. This ensures a particularly secure attachment of the battery cells. The same advantages apply to the method according to the second aspect of the invention as have already been described in detail for the battery system according to the first aspect of the invention.

Weiterhin kann bei dem Verfahren vorgesehen sein, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials durch einen chemischen Prozess geschäumt werden. Dabei kann zum besonders schnellen Schäumen vorgesehen sein, dass ein Treibmittel in das Schwellausgleichsmaterial eingebracht wird, um den Schäumprozess zu starten und/oder zu steuern. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass die die Schäumung induzierende chemische Reaktion mit Edukten aus der das Schwellausgleichsmaterial umgebenen Atmosphäre, stattfindet. Dies bietet den Vorteil, dass eine besonders kostengünstige Schäumung erreicht werden kann.Furthermore, it can be provided in the method that at least parts of the threshold compensation material are foamed by a chemical process. For particularly fast foaming, it can be provided that a blowing agent is introduced into the swell compensation material in order to start the foaming process and / or to control. As an alternative to this, provision can also be made for the chemical reaction which induces the foaming to take place with starting materials from the atmosphere surrounding the threshold compensation material. This offers the advantage that particularly inexpensive foaming can be achieved.

Vorteilhaft kann bei einem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial durch Koextrusion und/oder durch Spritzgießen hergestellt wird. Eine Herstellung durch Koextrusion bietet den Vorteil, dass auch komplexe Schwellausgleichsmaterialformen mit mehreren Materialien im Strang besonders schnell und kostengünstig produziert werden können. Eine Herstellung des Schwellausgleichsmaterials mittels Spritzgießens bietet den Vorteil, dass insbesondere große Stückzahlen kostengünstig hergestellt werden können, wobei das Spritzgussverfahren eine besonders große Auswahl an Formen und Oberflächenstrukturen für das Schwellausgleichsmaterial erlaubt.In a method according to the invention, provision can advantageously be made for the threshold compensation material to be produced by coextrusion and / or by injection molding. A production by coextrusion offers the advantage that even complex sleeper compensation material forms with several materials in the strand can be produced particularly quickly and inexpensively. Manufacturing the sleeper compensation material by means of injection molding offers the advantage that, in particular, large quantities can be produced inexpensively, the injection molding process allowing a particularly large selection of shapes and surface structures for the sleeper compensation material.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das komprimierbare Schwellausgleichsmaterial eine Verbundfolie und/oder Platte aufweist, welche mittels Koextrusion und/oder Spritzgießen hergestellt ist/sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass beim Spritzgruß zunächst eine wärmeleitfähige Folie ins Werkzeug eingelegt und anschließend mit einem aufschäumenden Kunststoff hinterspritzt wird. Dies bietet den Vorteil, dass die wärmeleitfähigen Eigenschaften der Folie zur Temperierung der Batteriezelle mit der Rückstellkraft des Schaumes zur sicheren Halterung der Batteriezelle kombiniert werden. Bei gleichem Vorteil kann statt des zweistufigen Spritzgießens auch das 2-Komponenten-Spritzgießverfahren verwendet werden, wobei zusätzlich eine besonders schnelle Herstellung erfolgen kann. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass als komprimierbares Schwellausgleichsmaterial mittels Koextrusion eine mindestens zweilagige Kunststofffolie hergestellt wird, wobei eine Lage einen aufschäumbaren Kunststoff aufweist und eine weitere Lage einen wärmeleitfähigen Kunststoff aufweist. Auch dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass die Temperierung der Batteriezelle durch die wärmeleitfähige Folie kombiniert wird mit der sicheren Halterung durch den aufschäumbaren Kunststoff.It can further be provided that the compressible threshold compensation material has a composite film and / or plate which is / are produced by means of coextrusion and / or injection molding. It can be provided that a thermally conductive film is first inserted into the mold in the injection molding and then back-injected with a foaming plastic. This offers the advantage that the thermally conductive properties of the film for tempering the battery cell are combined with the restoring force of the foam for securely holding the battery cell. With the same advantage, the two-component injection molding process can also be used instead of the two-stage injection molding, in which case particularly rapid production can also take place. Furthermore, it can be provided that an at least two-layer plastic film is produced as a compressible threshold compensation material by means of coextrusion, one layer comprising a foamable plastic and another layer comprising a thermally conductive plastic. This method also has the advantage that the temperature control of the battery cell by the heat-conductive film is combined with the secure mounting by the foamable plastic.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung ist ein Kraftfahrzeug beansprucht, welches zumindest ein Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweist. Für das Kraftfahrzeug gemäß dem dritten Aspekt der Erfindung gelten die gleichen Vorteile, wie sie bereits ausführlich zu dem Batteriesystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind.According to a third aspect of the invention, a motor vehicle is claimed which has at least one battery system according to one of the preceding claims. The same advantages apply to the motor vehicle according to the third aspect of the invention as have already been described in detail for the battery system according to the first aspect of the invention.

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 Verfahren beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, dem Kraftfahrzeug und/oder mit der erfindungsgemäßen Brennstoffzelle und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen bzw. werden kann.Further features and details of the invention emerge from the subclaims, the description and the drawings. Features and details that have been described in connection with the method according to the invention apply, of course, also in connection with the battery system according to the invention, the motor vehicle and / or with the fuel cell according to the invention and vice versa, so that with respect to the disclosure, the individual aspects of the invention are always mutually related can be taken.

Die Verfahrensschritte können dabei zumindest tlw. gleichzeitig oder zeitlich nacheinander ablaufen, wobei die Reihenfolge der Verfahrensschritte nicht auf die angegebene Reihenfolge begrenzt ist, sodass einzelne Schritte in unterschiedlicher Reihenfolge durchführbar sind.The method steps can take place at least in part simultaneously or sequentially, the order of the method steps not being limited to the order specified, so that individual steps can be carried out in different orders.

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 hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritte, können sowohl für sich als auch in den verschiedenen 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. Es zeigen:

  • 1 Schematische Darstellung einer Batteriezelle in einem normalen Zustand und in einem angeschwollenen Zustand,
  • 2 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
  • 3 Schematische Darstellung des Schwellausgleichs zwischen zwei Batteriezellen,
  • 4 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellu ngsverfah rens,
  • 5 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens, und
  • 6 Schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
Further measures improving the invention result from the following description of some exemplary embodiments of the invention, which are shown schematically in the figures. All features and / or advantages arising from the claims, the description or the drawings, including structural details, spatial arrangements and method steps, can be essential to the invention both individually and in the various combinations. It should be noted that the figures are only descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it:
  • 1 Schematic representation of a battery cell in a normal state and in a swollen state,
  • 2 Schematic representation of a battery system according to the invention,
  • 3 Schematic representation of the threshold compensation between two battery cells,
  • 4 Schematic representation of a manufacturing method according to the invention,
  • 5 Schematic representation of a manufacturing method according to the invention, and
  • 6 Schematic representation of a motor vehicle according to the invention with a battery cell according to the invention.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen identische Bezugszeichen verwendet.In the following figures, identical reference symbols are used for the same technical features of different exemplary embodiments.

Die 1 zeigt eine Batteriezelle 101, welche im linken Teil der Darstellung eine ursprüngliche Form hat. Im rechten Teil der Abbildung ist die gleiche Batteriezelle 101 dargestellt, wobei sich das Volumen der Batteriezelle 101 vergrößert hat. Der Raum, in dem sich die Batteriezelle vergrößert hat, wird als Schwellbereich 102 bezeichnet und ist in der 1 schraffiert dargestellt. Je nach Ausgestaltung der Batteriezelle 101 kann der Schwellbereich an jeder Seite der Batteriezelle 101 oder aber, wie in der Figur dargestellt, auf zwei bevorzugte Flächen beschränkt sein. Bei Pouch-Zellen, welche in der Regel in Folie verpackt sind, welche durch verschweißte Randnähte verschlossen wird, liegt der Schwellbereich 102 hauptsächlich im flächigen Bereich der Folie und nicht im Randnahtbereich. Ein inhomogener Schwellbereich 102 kann bspw. dadurch erreicht werden, dass die Flächen, an denen eine Schwellung auftreten soll, besonders groß sind oder unterschiedliche Materialien für die unterschiedlichen Seiten verwendet werden, wobei an der mit einem Schwellbereich 102 zu versehenden Seite ein flexibleres Material vorhanden ist als an den Seiten, an denen kein Schwellbereich 102 vorgesehen ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Vergrößerung der Batteriezelle 101 nur in bestimmte Richtungen erfolgt, sodass ein entsprechender Schwellausgleich vorgenommen werden kann.The 1 shows a battery cell 101 , which has an original shape in the left part of the illustration. In the right part of the picture is the same battery cell 101 shown, the volume of the battery cell 101 has increased. The space where the battery cell has grown is called the threshold area 102 designated and is in the 1 hatched. Depending on the design of the battery cell 101 can be the threshold area on each side of the battery cell 101 or, as shown in the figure, limited to two preferred areas. In the case of pouch cells, which are usually packaged in foil, which is closed by welded edge seams, the swell range lies 102 mainly in the flat area of the film and not in the edge seam area. An inhomogeneous threshold area 102 can be achieved, for example, in that the areas on which swelling is to occur are particularly large or different materials are used for the different sides, with the one having a swelling area 102 A more flexible material is available on the side to be provided than on the sides where there is no threshold area 102 is provided. This has the advantage of increasing the size of the battery cell 101 only in certain directions, so that a corresponding threshold compensation can be carried out.

In der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 100 dargestellt, welches Batteriezellen 101 sowie einen Rahmen 103, in dem die Batteriezellen 101 aufgenommen sind, zeigt. Nicht dargestellt in der 2 sind die Schwellbereiche 102, die sich zwischen dem Rahmen und den Batteriezellen 101 sowie zwischen den einzelnen Batteriezellen 101 befinden, in welche sich die Batteriezellen 101 vergrößern können. In der 2 gezeigt ist, dass an jeder Batteriezelle 101 zumindest ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial 104 angeordnet ist. Das Schwellausgleichsmaterial ist dabei so angeordnet, dass es zumindest die Schwellbereiche 102 der Batteriezellen 101 ausfüllt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass zwischen den Batteriezellen 101 und dem Rahmen 103 ebenfalls ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial vorgesehen ist. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Anschwellen der Batteriezellen 101 besonders wenig Kräfte auf den Rahmen 103 übertragen werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass unterschiedliche Schwellausgleichsmaterialien 104 innerhalb eines Batteriesystems 100 verwendet werden. Es kann vorgesehen sein, dass ein am Rahmen angeordnetes komprimierbares Schwellausgleichsmaterial 104 ein wärmeisolierendes Material aufweist und ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial 104, welches sich zwischen den Batteriezellen 101 befindet, ein wärmeleitfähiges Material aufweist. Dies bietet den Vorteil, dass die Temperatur der Batteriezellen 101 untereinander homogenisiert wird, während die Batteriezellen 101 insgesamt vom Temperatureinfluss der Umgebung abgeschirmt werden. Es kann vorgesehen sein, dass ein Teil des Rahmens 103 als Temperiersystem ausgebildet ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Batteriezellen 101 auf einer konstanten, für den Betrieb besonders effektiven Temperatur gehalten werden können.In the 2 is an embodiment of a battery system according to the invention 100 shown which battery cells 101 as well as a frame 103 in which the battery cells 101 are shown. Not shown in the 2 are the threshold areas 102 that are between the frame and the battery cells 101 as well as between the individual battery cells 101 in which the battery cells are located 101 can enlarge. In the 2 is shown that on each battery cell 101 at least one compressible threshold compensation material 104 is arranged. The threshold compensation material is arranged so that it at least covers the threshold areas 102 the battery cells 101 fills. It can be provided that between the battery cells 101 and the frame 103 a compressible threshold compensation material is also provided. This offers the advantage that when the battery cells swell 101 particularly little force on the frame 103 be transmitted. It can further be provided that different threshold compensation materials 104 within a battery system 100 be used. It can be provided that a compressible threshold compensation material arranged on the frame 104 has a heat insulating material and a compressible threshold compensation material 104 which is between the battery cells 101 located, has a thermally conductive material. This offers the advantage that the temperature of the battery cells 101 is homogenized with each other while the battery cells 101 overall be shielded from the temperature influence of the environment. It can be provided that part of the frame 103 is designed as a temperature control system. This has the advantage that the battery cells 101 can be kept at a constant temperature that is particularly effective for operation.

Es kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein Elastomer, insbesondere ein EPDM und/oder ein NBR und/oder ein SDR-Kautschuk aufweist. Die Verwendung von Elastomeren bietet den Vorteil, dass diese ein besonders hohes Rückstellvermögen aufweisen, sodass die Batteriezellen 101 in ihrem Normalzustand, wie in der 2 dargestellt ist, besonders gut gehalten werden können. Darüber hinaus weisen Elastomere insbesondere gegenüber Metallen eine besonders gute Temperaturisolation auf.It can be provided that the threshold compensation material has an elastomer, in particular an EPDM and / or an NBR and / or an SDR rubber. The use of elastomers offers the advantage that they have a particularly high resilience, so that the battery cells 101 in their normal state, like in the 2 is shown, can be kept particularly well. In addition, elastomers have particularly good temperature insulation, particularly in relation to metals.

Es kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial 104 reversibel komprimierbar ist, sodass die Batteriezellen 101 auch dann sicher im Rahmen 103 befestigt sind, wenn sie von einem angeschwollenen Zustand, insbesondere wie in 1 rechts dargestellt, in einen Normalzustand zurückkehren, wie er insbesondere in 1 links dargestellt ist. Dies bietet den Vorteil, dass die mechanischen Belastungen auf die Batteriezellen 101 durch Erschütterungen im Normalzustand reduziert sind. Hierdurch verlängert sich auch die Lebensdauer der Batteriezellen 101. Bei einer mobilen Anwendung des Batteriesystems 100, insbesondere bei einem Kraftfahrzeug, ergibt sich der weitere Vorteil, dass nur eine geringe Geräuschentwicklung erzeugt wird.It can be provided that the threshold compensation material 104 is reversibly compressible so that the battery cells 101 even then safely in the frame 103 are attached if they are of a swollen condition, particularly as in 1 shown on the right, return to a normal state, as is particularly the case in 1 is shown on the left. This offers the advantage that the mechanical loads on the battery cells 101 are reduced by vibrations in the normal state. This also extends the life of the battery cells 101 , With a mobile application of the battery system 100 In particular in the case of a motor vehicle, there is the further advantage that only a low level of noise is generated.

In der 3 ist ein Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 100 dargestellt. Zwischen zwei Batteriezellen 101 ist dabei ein Schwellausgleichsmaterial 104 angeordnet. In der 3 ist dargestellt, dass das Schwellausgleichsmaterial 104 ein schaumartiges Material 105 aufweist. Das schaumartige Material 105 bietet den Vorteil, dass es gegenüber einem Schwellausgleichsmaterial 104 ohne schaumartiges Material ein geringeres Gewicht aufweist.In the 3 is a section of a battery system according to the invention 100 shown. Between two battery cells 101 is a threshold compensation material 104 arranged. In the 3 it is shown that the threshold compensation material 104 a foam-like material 105 having. The foam-like material 105 offers the advantage that it is compared to a threshold compensation material 104 has a lower weight without foam-like material.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein Gel aufweist. In der 4 ist schematisch eine Herstellung eines Batteriesystems 100 gezeigt. Zwischen zwei Batteriezellen 101, welche in einem Rahmen 103 angeordnet sind, befindet sich ein Schwellausgleichsmaterial 104. Es kann vorgesehen sein, dass in einem Freiraum, welcher sich zwischen einer Batteriezelle 101 und einem Schwellausgleichsmaterial 104 und/oder einer weiteren Batteriezelle 101 und/oder einem Rahmen 103 befindet, ein Gel angeordnet werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass besonders schwer zugängliche Bereiche mit einem Schwellausgleichsmaterial 104 gefüllt werden können, um die sichere Halterung der Batteriezellen 101 zu gewährleisten. Furthermore, it can be provided that the threshold compensation material has a gel. In the 4 is a schematic of a manufacture of a battery system 100 shown. Between two battery cells 101 which in a frame 103 are arranged, there is a threshold compensation material 104 , It can be provided that in a free space which is between a battery cell 101 and a threshold compensation material 104 and / or another battery cell 101 and / or a frame 103 a gel can be placed. This offers the advantage that areas that are particularly difficult to access with a threshold compensation material 104 can be filled to securely hold the battery cells 101 to ensure.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial ein wärmeleitfähiges Material aufweist. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Schwellausgleichsmaterial 104 dann ein wärmeleitfähiges Material aufweist, wenn das Schwellausgleichsmaterial 104 zwischen zwei Batteriezellen 101 oder zwischen einer Batteriezelle 101 und einer Temperiereinrichtung angeordnet ist. Dies bietet den Vorteil, dass die Temperaturverteilung in den Batteriezellen 101 homogenisiert und eine besonders gute Temperierung ermöglicht wird.It can further be provided that the threshold compensation material has a thermally conductive material. It can be provided that the threshold compensation material 104 then has a thermally conductive material when the threshold compensation material 104 between two battery cells 101 or between a battery cell 101 and a temperature control device is arranged. This offers the advantage that the temperature distribution in the battery cells 101 homogenized and a particularly good temperature control is made possible.

In 4 und 5 ist dargestellt, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials 104 erst geschäumt werden, wenn sich wenigstens eine Batteriezelle 101 im Rahmen 103 befindet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel der 4 befinden sich zumindest zwei Batteriezellen 101 im Rahmen 103 des Batteriesystems 100. Darüber hinaus ist bereits Schwellausgleichsmaterial 104 an einer Batteriezelle 101 angeordnet. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials 104 in einem anschließenden Schritt aufgeschäumt werden, sodass der freie Raum zwischen dem Schwellausgleichsmaterial 104 und der weiteren Batteriezelle 101 geschlossen wird, wie in der 5 dargestellt. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials 104 durch einen chemischen Prozess geschäumt werden. Dies bietet den Vorteil, dass auch schwer zugängliche Bereiche, insbesondere solche, in denen kein physikalisches Schäumen möglich ist, erreicht werden. Alternativ dazu kann auch vorgesehen sein, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials während der Herstellung physikalisch geschäumt werden.In 4 and 5 it is shown that at least parts of the threshold compensation material 104 only be foamed if there is at least one battery cell 101 as part of 103 located. In the illustrated embodiment of the 4 there are at least two battery cells 101 as part of 103 of the battery system 100 , In addition, there is already threshold compensation material 104 on a battery cell 101 arranged. It can be provided that at least parts of the threshold compensation material 104 be foamed in a subsequent step so that the free space between the threshold compensation material 104 and the other battery cell 101 is closed, as in the 5 shown. It can be provided that at least parts of the threshold compensation material 104 be foamed by a chemical process. This has the advantage that even areas that are difficult to access, in particular those in which physical foaming is not possible, are reached. Alternatively, it can also be provided that at least parts of the threshold compensation material are physically foamed during manufacture.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Batteriesystem 100 in einem Kraftfahrzeug 200angeordnet ist, siehe 6, um als Energieträger, insbesondere für den Antrieb, zu dienen. Dabei bietet das erfindungsgemäße Batteriesystem den Vorteil, dass es besonders sicher im Rahmen 103 gehalten wird und auch bei Schwingungen besonders wenige Geräusche erzeugt.It can further be provided that at least one battery system 100 is arranged in a motor vehicle 200, see 6 to serve as an energy source, especially for the drive. The battery system according to the invention has the advantage that it is particularly secure in the frame 103 is kept and generates particularly little noise even with vibrations.

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 exclusively in the context of examples. Of course, if technically meaningful, individual features of the embodiments can be freely combined with one another without departing from the scope of the present invention.

Claims (10)

Batteriesystem (100), welches wenigstens eine Batteriezelle (101) sowie einen Rahmen (103), in dem die wenigstens eine Batteriezelle (101) aufgenommen ist, und zumindest einen Schwellbereich (102) zwischen dem Rahmen (103) und/oder einer weiteren Batteriezelle (101), in dem sich die wenigstens eine Batteriezelle (101) vergrößern kann, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass sich an der wenigstens einen Batteriezelle (101) im zumindest einen Schwellbereich (102) ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial (104) befindet.Battery system (100) which has at least one battery cell (101) and a frame (103) in which the at least one battery cell (101) is accommodated, and at least one threshold area (102) between the frame (103) and / or a further battery cell (101), in which the at least one battery cell (101) can be enlarged, characterized in that a compressible threshold compensation material (104) is located on the at least one battery cell (101) in the at least one threshold region (102). Batteriesystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) reversibel komprimierbar ist.Battery system (100) after Claim 1 , characterized in that the threshold compensation material (104) is reversibly compressible. Batteriesystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) ein Elastomer, insbesondere ein EPDM- und/oder ein NBR- und/oder SBR-Kautschuk, aufweist.Battery system (100) after Claim 1 or 2 , characterized in that the threshold compensation material (104) has an elastomer, in particular an EPDM and / or an NBR and / or SBR rubber. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) ein schaumartiges Material (105) aufweist.Battery system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold compensation material (104) comprises a foam-like material (105). Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) ein Gel aufweist.Battery system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold compensation material (104) comprises a gel. Batteriesystem (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) ein wärmeleitfähiges Material aufweist.Battery system (100) according to one of the preceding claims, characterized in that the threshold compensation material (104) comprises a thermally conductive material. Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eine Batteriezelle (101) in einen Rahmen (103) eingesetzt wird, wobei zwischen dem Rahmen (103) und/oder einer weiteren Batteriezelle (101) ein Schwellbereich (102) vorgesehen wird, in den sich die wenigstens eine Batteriezelle (101) vergrößern kann, dadurch gekennzeichnet, dass ein komprimierbares Schwellausgleichsmaterial (104) im Schwellbereich (102) eingebracht wird, und dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials (104) vor dem Einbringen physikalisch geschäumt werden und/oder dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials (104) erst geschäumt werden, wenn sich wenigstens eine Batteriezelle (101) im Rahmen (103) befindet.Method for producing a battery system (100), in particular according to one of the preceding claims, wherein at least one battery cell (101) is inserted into a frame (103), with a threshold area between the frame (103) and / or a further battery cell (101) (102) is provided, in which the at least one battery cell (101) can enlarge, characterized in that a compressible threshold compensation material (104) is introduced in the threshold region (102), and that at least parts of the threshold compensation material (104) are physically introduced before the introduction are foamed and / or that at least parts of the threshold compensation material (104) are only foamed when at least one battery cell (101) is located in the frame (103). Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems (100) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest Teile des Schwellausgleichsmaterials (104) durch einen chemischen Prozess geschäumt werden.Method for producing a battery system (100) according to Claim 7 , characterized in that at least parts of the threshold compensation material (104) are foamed by a chemical process. Verfahren zur Herstellung eines Batteriesystems (100) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwellausgleichsmaterial (104) durch Coextrusion und/oder Spritzgießen hergestellt wird.Method for producing a battery system (100) according to Claim 7 or 8th , characterized in that the threshold compensation material (104) is produced by coextrusion and / or injection molding. Kraftfahrzeug (200), aufweisend zumindest ein Batteriesystem (100) nacheinem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6. Motor vehicle (200), comprising at least one battery system (100) according to one of the preceding ones Claims 1 to 6 ,
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