DE102018213066A1 - Method for producing a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle and battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Batteriezellen (3) in einem zumindest eine Injektionsöffnung aufweisenden Batteriemodulgehäuse (2) angeordnet und miteinander verschaltet werden, wonach das Batteriemodulgehäuse (2) geschlossen und anschließend ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel (6) durch die Injektionsöffnung in das geschlossene Batteriemodulgehäuse (2) eingebracht wird, bis im Batteriemodulgehäuse (2) vorhandene Zwischenräume vom Dichtmittel (6) ausgefüllt sind und das Batteriemodulgehäuse (2) nach außen durch das Dichtmittel (6) abgedichtet ist. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Batteriemodul (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem solchen Batteriemodul (1).The invention relates to a method for producing a battery module (1) for a high-voltage battery of a motor vehicle, in which battery cells (3) are arranged and interconnected in a battery module housing (2) that has at least one injection opening, after which the battery module housing (2) is closed and then closed Fire-retardant and electrically insulating sealant (6) is introduced through the injection opening into the closed battery module housing (2) until gaps in the battery module housing (2) are filled with sealant (6) and the battery module housing (2) is exposed to the outside by the sealant (6) is sealed. The invention further relates to a battery module (1) for a high-voltage battery of a motor vehicle and a motor vehicle with at least one such battery module (1).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs und ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs. Des Weiteren betrifft die Erfindung noch ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem solchen Batteriemodul.The invention relates to a method for producing a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle and a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a motor vehicle with at least one such battery module.

Heutige Hochvolt-Batteriespeichersysteme für Elektrofahrzeuge müssen hohe Anforderungen an die Dichtigkeit gegen Umwelteinflüsse, wie Feuchtigkeit, Salzbelastung und dergleichen erfüllen. Diese Anforderungen können nur durch aufwändige Dichtmaßnahmen sichergestellt werden. Dazu werden beispielsweise sowohl ein Unterfahrschutz, alle Kabel, Kühlwasserrohre und Deckel von Hochvoltbatterien mit teilweise mehreren Dichtlinien abgedichtet.Today's high-voltage battery storage systems for electric vehicles have to meet high requirements for tightness against environmental influences, such as moisture, salt pollution and the like. These requirements can only be met with complex sealing measures. For this purpose, for example, an underride guard, all cables, cooling water pipes and covers of high-voltage batteries are partially sealed with several sealing lines.

Die Dichtungen müssen Alterungsstabil sein, prozesssicher aufgebracht werden und nach der Fertigstellung der Hochvoltbatterie auf ihre Funktion geprüft werden. Dies führt sowohl bei der Materialentwicklung als auch in der Produktion und im Kundendienstfall zu hohen Aufwendungen. Zudem führen bereits geringe Schwankungen bei der Maßhaltigkeit von Bauteilen zu Undichtigkeiten und aufwändigen Nacharbeitungsmaßnahmen.The seals must be stable to aging, applied reliably and their functionality checked after the high-voltage battery has been completed. This leads to high expenses both in material development as well as in production and customer service. In addition, even slight fluctuations in the dimensional accuracy of components lead to leaks and time-consuming reworking measures.

Im Falle eines Versagens von einzelnen Zellen solcher Hochvoltbatterien und einem gegebenenfalls damit verbundenen Brand in der Hochvoltbatterie muss zum Schutz von Fahrzeuginsassen zudem üblicherweise ein Deckel der Hochvoltbatterie mit brandhemmenden Matten oder Beschichtungen versehen werden. Diese löschen beziehungsweise hemmen einen Brand, um ein Übergreifen auf andere Zellen zu verhindern und Fahrzeuginsassen zu schützen.In the event of failure of individual cells of such high-voltage batteries and a possible associated fire in the high-voltage battery, a cover of the high-voltage battery must also be provided with fire-retardant mats or coatings to protect vehicle occupants. These extinguish or inhibit a fire in order to prevent spreading to other cells and to protect vehicle occupants.

Beispielsweise bei Kabeln eingesetzte Formdichtungen können üblicherweise nur auf klar definierten Oberflächen eingesetzt werden. Bei Deckeln von Hochvoltbatterien, Kühlungen von Hochvoltbatterien und einem Unterfahrschutz sind solch definierte Oberflächen normalerweise nicht gegeben. In solchen Bereichen ist üblicherweise eine Dichtung aus Schweißnähten, Schweißnahtabdichtung und unterschiedlichen Oberflächenlegierungen erforderlich. Dies ist mit Formdichtungen nicht beziehungsweise nur mit einer sehr aufwändigen Bearbeitung dieser Bereiche möglich.For example, molded seals used in cables can usually only be used on clearly defined surfaces. With covers of high-voltage batteries, cooling of high-voltage batteries and underride protection, such defined surfaces are usually not available. In such areas, a seal made of weld seams, weld seam sealing and different surface alloys is usually required. This is not possible with molded seals or only with very complex machining of these areas.

Oftmals werden auch viskose Dichtungen während der Batteriemontage aufgetragen. Diese Dichtungen bauen eine gewisse Haftung zu Oberflächen auf. Dies führt zu hohen Aufwendungen in der Fertigung und auch im Kundendienstfall. Zudem werden Deckel von Hochvoltbatterien bei der Demontage bei der Verwendung solcher viskosen Dichtungen üblicherweise beschädigt und müssen danach getauscht werden.Viscous seals are often applied during battery assembly. These seals build some adhesion to surfaces. This leads to high expenditure in production and also in the case of customer service. In addition, covers of high-voltage batteries are usually damaged when dismantled when using such viscous seals and must be replaced afterwards.

Zur Sicherstellung eines Brandschutzes werden auf Deckeln von Hochvoltbatterien üblicherweise Brandschutzmatten beziehungsweise Brandschutzschichten aufgebracht. Dies führt zu hohen Aufwendungen in der Produktion und erfordert zusätzliche Fertigungstakte beziehungsweise Fertigungszeiten.To ensure fire protection, fire protection mats or fire protection layers are usually applied to the covers of high-voltage batteries. This leads to high expenditure in production and requires additional production cycles or production times.

Die WO 2017/139826 A1 zeigt eine Batterie mit mehreren Batteriezellen, die in einem Gestell oder einem Gehäuse untergebracht sind. Einzelne Batteriezellen sind dabei mittels eines brandhemmenden beziehungsweise brandschützenden Materials umgeben.The WO 2017/139826 A1 shows a battery with several battery cells, which are housed in a frame or a housing. Individual battery cells are surrounded by a fire-retardant or fire-protective material.

Die DE 10 2016 100 223 A1 zeigt einen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, wobei der Energiespeicher mindestens eine Speicherzelle aufweist, die zumindest teilweise von einem hitzequellfähigen Brandschutzmaterial umgeben ist.The DE 10 2016 100 223 A1 shows an energy storage device for a motor vehicle, the energy storage device having at least one storage cell which is at least partially surrounded by a heat-swellable fire protection material.

Die DE 10 2016 207 446 A1 beschreibt ein Hochspannungs-Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen. Eine Intumeszenz Schicht befindet sich auf mindestens einem ausgewählten Bauteil der Batteriezellen, Kühlrippen oder Rahmen, der die Batteriezellen und Kühlrippen hält.The DE 10 2016 207 446 A1 describes a high-voltage battery module with several battery cells. An intumescent layer is located on at least one selected component of the battery cells, cooling fins or frame that holds the battery cells and cooling fins.

Die DE 10 2016 215 131 B3 beschreibt einen Akkumulator für ein Fahrzeug, wobei eine Oberfläche des Akkumulators oder eine Innenseite eines Gehäuses des Akkumulators eine intumeszierende Schicht aufweist, die bei Überschreitung einer Grenztemperatur aufschäumt und eine thermisch isolierende Schicht bildet.The DE 10 2016 215 131 B3 describes a rechargeable battery for a vehicle, wherein a surface of the rechargeable battery or an inside of a housing of the rechargeable battery has an intumescent layer which foams when a limit temperature is exceeded and forms a thermally insulating layer.

Die DE 10 2017 000 265 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemodulträgers zum Aufnehmen einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs. Innenseitig am Batteriemodulträger werden Brandschutztextilien integriert.The DE 10 2017 000 265 A1 describes a method for producing a battery module carrier for receiving a traction battery of a motor vehicle. Fire protection textiles are integrated on the inside of the battery module carrier.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher auf einfache und zuverlässige Weise eine Abdichtung eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie sichergestellt werden kann.It is the object of the present invention to provide a solution by means of which a battery module for a high-voltage battery can be sealed in a simple and reliable manner.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs sowie durch ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a method for producing a battery module for a high-voltage battery in a motor vehicle and by a battery module for a high-voltage battery in a motor vehicle with the features of the independent claims. Advantageous refinements with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs werden Batteriezellen in einem zumindest eine Injektionsöffnung aufweisenden Batteriemodulgehäuse angeordnet und miteinander verschaltet. Danach wird das Batteriemodulgehäuse geschlossen und anschließend wird ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel durch die Injektionsöffnung in das geschlossene Batteriemodulgehäuse eingebracht, und zwar bis im Batteriemodulgehäuse vorhandene Zwischenräume vom Dichtmittel ausgefüllt sind und das Batteriemodulgehäuse nach außen durch das Dichtmittel abgedichtet ist. In the method according to the invention for producing a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle, battery cells are arranged in a battery module housing having at least one injection opening and are connected to one another. Then the battery module housing is closed and then a fire-retardant and electrically insulating sealant is introduced through the injection opening into the closed battery module housing, namely until gaps in the battery module housing are filled with sealant and the battery module housing is sealed to the outside by the sealant.

Bei der Herstellung des Batteriemoduls können neben den Batteriezellen auch erforderliche Verkabelungen, Sensoren und weitere Elemente zunächst im Batteriemodulgehäuse angeordnet werden, bevor dieses geschlossen und danach das brandhemmende und elektrisch isolierende Dichtmittel injiziert wird. Durch das Injizieren beziehungsweise Einbringen des Dichtmittels werden sämtliche Elemente des Batteriemoduls innerhalb des Batteriemodulgehäuses gegenüber der Umwelt abgedichtet. Abgedichtet bedeutet in diesem Fall zumindest, dass das Batteriemodulgehäuse nach außen durch das Dichtmittel flüssigkeitsdicht abgedichtet ist. Das injizierte Dichtmittel erfüllt eine Dichtfunktion und eine elektrische Isolierung, insbesondere der Batteriezellen gegenüber der Umwelt, wobei das Dichtmittel zudem eine Brandschutzfunktion und vorzugsweise auch eine thermische Isolierung übernimmt.In the manufacture of the battery module, in addition to the battery cells, the necessary wiring, sensors and other elements can also be arranged in the battery module housing before it is closed and then the fire-retardant and electrically insulating sealant is injected. By injecting or introducing the sealant, all elements of the battery module within the battery module housing are sealed from the environment. Sealed in this case means at least that the battery module housing is sealed liquid-tight to the outside by the sealant. The injected sealant fulfills a sealing function and electrical insulation, in particular the battery cells from the environment, the sealant also taking on a fire protection function and preferably also thermal insulation.

Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, ein dichtes beziehungsweise abgedichtetes Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie besonders einfach herzustellen. Dadurch kann auf gesonderte Dichtungen bei Kabeln, Deckeln und weiteren Komponenten des Batteriemoduls verzichtet werden. Zudem kann auch auf einen gesonderten Brandschutz des Batteriemoduls verzichtet werden.By means of the method according to the invention, it is possible to produce a sealed or sealed battery module for a high-voltage battery in a particularly simple manner. This eliminates the need for separate seals for cables, lids and other components of the battery module. A separate fire protection of the battery module can also be dispensed with.

Ferner ist es möglich, Kühlfunktionen innerhalb des Batteriemoduls integral auszubilden, ohne diese gesondert abdichten zu müssen. Zudem ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch nicht mehr erforderlich, die Batteriemodule auf Dichtigkeit in der Produktion zu überprüfen.Furthermore, it is possible to form cooling functions integrally within the battery module without having to seal them separately. In addition, it is no longer necessary in the method according to the invention to check the battery modules for leaks in production.

Insgesamt ist es durch das erfindungsgemäße Verfahren möglich, zusätzliche Herstelltakte, Fertigungszeiten und entsprechende Herstellkosten in der Batterieproduktion einzusparen. Falls die erfindungsgemäß hergestellten Batteriemodule zu einer zusammenhängenden Hochvoltbatterie verschaltet werden, ist es zudem nicht mehr erforderlich, dass ein Batteriegehäuse der gesamten Hochvoltbatterie auf aufwändige Weise abgedichtet werden muss. Die erfindungsgemäß hergestellten Batteriemodule als solche sind schon gegenüber Umwelteinflüssen abgedichtet. Ferner ist es auch möglich, die erfindungsgemäß hergestellten Batteriemodule einzeln verteilt, beispielsweise integral in eine Fahrzeugstruktur verbaut, unterzubringen. Denn die erfindungsgemäß hergestellten Batteriemodule sind wie gesagt für sich genommen schon hinreichend dicht, sodass diese keine zusätzliche Umhausung, beispielsweise in Form eines herkömmlichen Batteriegehäuses, benötigten.Overall, the method according to the invention makes it possible to save additional manufacturing cycles, manufacturing times and corresponding manufacturing costs in battery production. If the battery modules produced according to the invention are connected to form a coherent high-voltage battery, it is also no longer necessary for a battery housing of the entire high-voltage battery to be sealed in a complex manner. The battery modules manufactured according to the invention as such are already sealed against environmental influences. Furthermore, it is also possible to accommodate the battery modules produced according to the invention individually distributed, for example integrally built into a vehicle structure. This is because the battery modules produced according to the invention are already sufficiently tight in themselves, as mentioned, so that they do not require any additional housing, for example in the form of a conventional battery housing.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als das Dichtmittel ein Schaum verwendet wird, welcher beim oder zumindest nach dem Einbringen in das Batteriemodulgehäuse unter Ausfüllen der Zwischenräume aushärtet. Dies trägt erheblich zur Reduktion des Gesamtgewichtes des Batteriemoduls bei. Der Schaum expandiert spätestens nach der Injektion und dichtet das Batteriemodul zur Umwelt hin ab.An advantageous embodiment of the invention provides that a foam is used as the sealant, which hardens when or at least after it is introduced into the battery module housing by filling the gaps. This contributes significantly to reducing the overall weight of the battery module. The foam expands after the injection at the latest and seals the battery module from the environment.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Dichtmittel einen als Brandschutz dienenden Intumeszenz-Bildner umfasst, welcher unter Hitzeeinwirkung aufschäumt und eine Flammenausbreitung behindert. Intumeszente Materialien beziehungsweise Intumeszenz-Bildner nehmen unter Hitzeeinwirkung an Volumen zu und entsprechend an Dichte ab. Dadurch, dass das Dichtmittel den Intumeszenz-Bildner umfasst, kann ein besonders guter Brandschutz bei dem Batteriemodul realisiert werden.A further advantageous embodiment of the invention provides that the sealant comprises an intumescent former which serves as fire protection and which foams under the influence of heat and prevents flame from spreading. Intumescent materials or intumescent formers increase in volume under the influence of heat and accordingly decrease in density. Due to the fact that the sealant encompasses the intumescent former, particularly good fire protection can be achieved with the battery module.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass durch die Injektionsöffnung ein Wärmeleitmaterial eingebracht wird, welches zumindest einen zur Temperierung des Batteriemoduls dienenden Bereich ausfüllt. Bei dem Wärmeleitmaterial handelt es sich um einen so genannten Gap-Filler, welcher die Temperierung des Batteriemoduls begünstigt. Gap-Filler minimieren den thermischen Widerstand zwischen elektronischen Bauteilen und Kühlgehäusen oder Kühlkörpern. Durch ihre Komprimierbarkeit und ihre gute Formanpassung füllen sie vollständig und dauerhaft die durch Toleranzen, Bauhöhenunterschiede oder unterschiedliche Ausdehnungskoeffizienten hervorgerufene Luftspalte aus. Als elastische Materialien üben sie selbst einen Druck auf Grenzflächen aus. Dadurch wird die thermische Anbindung für Spaltmaße auch im Millimeterbereich und bei geringem Druck optimiert. Durch Einbringung des Wärmeleitermaterials kann also beispielsweise eine zuverlässige Kühlung und allgemein eine Temperierung des Batteriemoduls verbessert werden.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a heat-conducting material is introduced through the injection opening, which fills at least one area serving to temper the battery module. The heat conducting material is a so-called gap filler, which favors the temperature control of the battery module. Gap fillers minimize the thermal resistance between electronic components and cooling housings or heat sinks. Due to their compressibility and good shape adaptation, they completely and permanently fill the air gaps caused by tolerances, differences in height or different expansion coefficients. As elastic materials, they themselves exert pressure on interfaces. This optimizes the thermal connection for gaps even in the millimeter range and at low pressure. By introducing the thermal conductor material, reliable cooling and temperature control of the battery module can be improved, for example.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass der zur Temperierung des Batteriemoduls dienende Bereich Kühlkanäle aufweist, welche vom Wärmeleitmaterial umschlossen werden. Der zur Temperierung des Batteriemoduls dienende Bereich umfasst vorzugsweise auch einen Teilbereich der Batteriezellen. Dadurch kann eine besonders gute Wärmeübertragung zwischen dem Inneren des Batteriemoduls, insbesondere von den Batteriezellen, und einem die Kühlkanäle durchströmenden Kühlmedium erzielt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the area serving for temperature control of the battery module has cooling channels which are made of the heat conducting material be enclosed. The area serving to temper the battery module preferably also comprises a partial area of the battery cells. As a result, particularly good heat transfer can be achieved between the interior of the battery module, in particular from the battery cells, and a cooling medium flowing through the cooling channels.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeleitmaterial vor dem Dichtmittel durch die Injektionsöffnung eingebracht wird. Befinden sich die besagten Kühlkanäle beispielsweise in einem Bodenbereich des Batteriemoduls kann so sichergestellt werden, dass das Wärmeleitmaterial die Kühlkanäle vollständig umgibt, und zwar bevor das Dichtmittel durch die Injektionsöffnung eingebracht wird. Der zur Temperierung des Batteriemoduls dienende Bereiche kann dadurch besonders zuverlässig und vollständig mittels des eingebrachten Wärmeleitmaterials ausgefüllt werden, was die Temperierbarkeit des hergestellten Batteriemoduls begünstigt.A further advantageous embodiment of the invention provides that the heat conducting material is introduced through the injection opening before the sealant. If the cooling channels are located, for example, in a bottom region of the battery module, it can be ensured that the heat-conducting material completely surrounds the cooling channels, specifically before the sealant is introduced through the injection opening. The areas serving for the temperature control of the battery module can thereby be filled particularly reliably and completely by means of the introduced heat-conducting material, which favors the temperature control of the battery module produced.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Wärmeleitmaterial und das Dichtmittel aus demselben Basispolymer hergestellt werden, sodass das Wärmeleitmaterial und das Dichtmittel nach Einbringen in das Batteriemodulgehäuse einen gemeinsamen Dichtverbund ausbilden. Beispielsweise kann das Wärmeleitmaterial aus Silikon hergestellt sein, wobei das Dichtmittel ein Silikonschaum ist. Dadurch, dass das Wärmeleitmaterial und das Dichtmittel aus demselben Basispolymer hergestellt werden beziehungsweise sind, können diese zuverlässig eine chemische Verbindung miteinander eingehen, infolgedessen der besagte gemeinsame Dichtverbund entsteht, welcher vor dem Injizieren des Dichtmittels und des Wärmeleitmaterials vorhandene Zwischenräume innerhalb des Batteriemoduls zuverlässig und vollständig ausfüllen.According to a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the heat-conducting material and the sealant are produced from the same base polymer, so that the heat-conducting material and the sealant form a common sealing compound after introduction into the battery module housing. For example, the heat-conducting material can be made of silicone, the sealant being a silicone foam. The fact that the heat-conducting material and the sealant are or are made from the same base polymer means that they can reliably form a chemical connection with one another, as a result of which the said joint sealing compound is formed, which reliably and completely fills in the spaces between the battery module before the sealant and the heat-conducting material are injected ,

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Dichtmittel zur Brandhemmung dienende, zumindest im Wesentlichen gleichmäßig im Dichtmittel verteilte Graphitpartikel enthält. Die Graphitpartikel verteilen sich dabei bei der Injektion des Dichtmittels in das Batteriemodulgehäuse gleichmäßig innerhalb der vorhandenen Zwischenräume. Dadurch kann eine besonders zuverlässige brandhemmende Wirkung beim hergestellten Batteriemodul erzielt werden.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that the sealant contains at least substantially evenly distributed graphite particles used for fire retardancy. The graphite particles are distributed evenly within the existing gaps when the sealant is injected into the battery module housing. This enables a particularly reliable fire-retardant effect to be achieved in the battery module produced.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs umfasst mehrere in einem zumindest eine Injektionsöffnung aufweisenden Batteriemodulgehäuse angeordnete und miteinander verschaltete Batteriezellen, wobei ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel vorhandene Zwischenräume innerhalb des geschlossenen Batteriemodulgehäuses ausfüllt und das Batteriemodulgehäuse nach außen abdichtet. Sämtliche Zwischenräume zwischen verschiedensten Elementen beziehungsweise Komponenten des Batteriemoduls werden also durch das brandhemmende und elektrisch isolierende Dichtmittel ausgefüllt, infolgedessen das Batteriemodulgehäuse nach außen zuverlässig abgedichtet wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und umgekehrt anzusehen.The battery module according to the invention for a high-voltage battery of a motor vehicle comprises a plurality of battery cells arranged and interconnected in a battery module housing which has at least one injection opening, a fire-retardant and electrically insulating sealant filling in the gaps within the closed battery module housing and sealing the battery module housing to the outside. All spaces between various elements or components of the battery module are therefore filled by the fire-retardant and electrically insulating sealant, as a result of which the battery module housing is reliably sealed to the outside. Advantageous refinements of the method according to the invention are to be regarded as advantageous refinements of the battery module according to the invention and vice versa.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst das erfindungsgemäße Batteriemodul oder eine vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriemoduls.The motor vehicle according to the invention comprises the battery module according to the invention or an advantageous embodiment of the battery module according to the invention.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention result from the following description of a preferred exemplary embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description and the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the combination indicated in each case, but also in other combinations or on their own, without the scope of Leaving invention.

Die Zeichnung zeigt in:

  • 1 eine Perspektivansicht eines schematisch dargestellten Batteriemoduls für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs; und in
  • 2 eine schematische Seitenschnittansicht des Batteriemoduls, wobei mehrere Batteriezellen zu erkennen sind und Zwischenräume innerhalb des Batteriemoduls von einem brandhemmenden, elektrisch isolierenden Dichtmittel sowie im Bereich von Kühlkanälen von einem Wärmeleitmaterial ausgefüllt sind.
The drawing shows in:
  • 1 a perspective view of a schematically illustrated battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle; and in
  • 2 is a schematic side sectional view of the battery module, wherein several battery cells can be seen and gaps within the battery module are filled by a fire-retardant, electrically insulating sealant and in the area of cooling channels by a heat-conducting material.

Ein Batteriemodul 1 für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs ist in einer schematischen Perspektivansicht in 1 gezeigt. Das Batteriemodul 1 umfasst ein nur teilweise dargestelltes Batteriemodulgehäuse 2, in welchem mehrere hier nicht dargestellte Batteriezellen 3 angeordnet und elektrisch leitend miteinander verschaltet sind. Ein Deckel des Batteriemodulgehäuses 2 ist hier nicht dargestellt.A battery module 1 for a high-voltage battery of a motor vehicle is in a schematic perspective view in 1 shown. The battery module 1 comprises a battery module housing which is only partially shown 2 , in which several battery cells, not shown here 3 arranged and electrically connected to each other. A cover of the battery module housing 2 is not shown here.

Am Batteriemodulgehäuse 2 sind mehrere Befestigungslaschen 4 mit jeweiligen Schraublöchern 5 ausgebildet. Zudem werden hier nicht näher erkennbare Zwischenräume innerhalb des Batteriemoduls 1 durch ein elektrisch isolierendes und brandhemmendes Dichtmittel 6 ausgefüllt, welches das Batteriemodulgehäuse 2 und somit das gesamt Batteriemodul 1 nach außen, also gegenüber der Umwelt, abdichtet. In einem unteren Bereich des Batteriemoduls 1 ist zudem noch ein Wärmeleitmaterial 7 in Form eines Gap-Fillers vorhanden, welcher zur verbesserten Temperierung des Batteriemoduls 1 dient.On the battery module housing 2 are several mounting brackets 4 with respective screw holes 5 educated. In addition, there are gaps within the battery module that are not recognizable here 1 thanks to an electrically insulating and fire-retardant sealant 6 filled out which the battery module housing 2 and thus the whole battery module 1 to the outside, i.e. to the environment. In a lower area of the battery module 1 is also a heat conducting material 7 in the form of a gap filler, which is used to improve the temperature of the battery module 1 serves.

In 2 ist das Batteriemodul 1 in einer schematischen Seitenschnittansicht gezeigt. Hier sind die zuvor erwähnten Batteriezellen 3 zu erkennen, welche mittels einer Stromschiene 8 elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die Stromschiene 8 verbindet dabei einzelne Zellkontakte 9 der Batteriezellen 3 elektrisch leitend miteinander. In 1 sind zudem noch zwei elektrische Kontaktierungen 10 zu erkennen, welche dazu dienen, das Batteriemodul 1 mit weiteren hier nicht dargestellten Batteriemodulen elektrisch leitend zu verschalten. Die elektrischen Kontaktierungen 10 selbst sind ebenfalls dicht ausgeführt, da diese vom brandhemmenden und elektrisch isolierenden Dichtmittel 6 umgeben sind.In 2 is the battery module 1 shown in a schematic side sectional view. Here are the previously mentioned battery cells 3 to recognize which by means of a busbar 8th are electrically connected together. The track 8th connects individual cell contacts 9 the battery cells 3 electrically conductive with each other. In 1 are also two electrical contacts 10 to recognize which serve the battery module 1 with other battery modules, not shown here, to be electrically connected. The electrical contacts 10 themselves are also leak-proof, as they are made of fire-retardant and electrically insulating sealants 6 are surrounded.

In einem unteren Bereich 11 des Batteriemoduls 1, welcher zur Temperierung des Batteriemoduls 1 dient, sind mehrere Kühlkanäle 12 vorgesehen. Diese Kühlkanäle 12 sind vollständig von dem als Gap-Filler ausgebildeten Wärmeleitmaterial 7 umgeben. Dadurch kann eine besonders gute Wärmeübertragung von den Batteriezellen 3 auf ein innerhalb den Kühlkanälen 12 fließendes Kühlmedium übertragen werden.In a lower area 11 of the battery module 1 which is used for temperature control of the battery module 1 serves are several cooling channels 12 intended. These cooling channels 12 are completely made of the thermal conductive material designed as a gap filler 7 surround. This enables particularly good heat transfer from the battery cells 3 on one inside the cooling channels 12 flowing cooling medium are transmitted.

Nachfolgend wird ein Verfahren zum Herstellen des Batteriemoduls 1 näher erläutert. Zunächst werden die Batteriezellen 3 in dem Batteriemodulgehäuse 2 angeordnet. Das Batteriemodulgehäuse 2 umfasst einen hier nicht dargestellten Deckel, welcher eine Injektionsöffnung aufweist. Neben den Batteriezellen 3 können beispielsweise auch hier nicht näher dargestellte Verkabelungen, Sensoren und Steuereinheiten innerhalb des Batteriemodulgehäuses 2 angeordnet werden.The following is a method for manufacturing the battery module 1 explained in more detail. First, the battery cells 3 in the battery module housing 2 arranged. The battery module housing 2 comprises a cover, not shown here, which has an injection opening. In addition to the battery cells 3 For example, cabling, sensors and control units within the battery module housing, which are not shown in detail here 2 to be ordered.

Anschließend wird der hier nicht dargestellte Deckel des Batteriemodulgehäuses 2 geschlossen, infolgedessen das Batteriemodulgehäuse 2 geschlossen wird. Anschließend wird das brandhemmende und elektrisch isolierende Dichtmittel 6 durch die besagte Injektionsöffnung des hier nicht dargestellten Deckels des Batteriemodulgehäuses 2 eingebracht, bis im Batteriemodulgehäuse 2 vorhandene Zwischenräume zwischen den einzelnen Elementen des Batteriemoduls 1 vom Dichtmittel 6 ausgefüllt sind und das Batteriemodulgehäuse 2 und somit das Batteriemodul 1 nach außen durch das Dichtmittel 6 abgedichtet ist.Then the cover of the battery module housing, not shown here 2 closed, as a result the battery module housing 2 is closed. Then the fire retardant and electrically insulating sealant 6 through said injection opening of the lid of the battery module housing, not shown here 2 inserted until in the battery module housing 2 existing gaps between the individual elements of the battery module 1 from the sealant 6 are filled in and the battery module housing 2 and thus the battery module 1 to the outside through the sealant 6 is sealed.

Vorzugsweise wird als das Dichtmittel 6 ein Schaum verwendet, wodurch das Gesamtgewicht des Batteriemoduls 1 niedrig gehalten werden kann. Dieser Schaum härtet nach dem Einbringen in das Batteriemodulgehäuse 2 unter Ausfüllen der besagten Zwischenräume aus. Das Dichtmittel 6 kann zudem einen als Brandschutz dienenden Intumeszenz-Bildner enthalten, der unter Hitzeeinwirkung aufschäumt und eine Flammenausbreitung verhindert. Erhitzen sich beispielsweise aufgrund eines Defekts oder einer Fehlfunktion die Batteriezellen 3 übermäßig, so kann der Intumeszenz-Bildner, welcher im Dichtmittel 6 enthalten ist, aufschäumen und eine Flammenausbreitung innerhalb des Batteriemoduls 1 behindern.Preferably as the sealant 6 a foam is used, reducing the total weight of the battery module 1 can be kept low. This foam hardens after being introduced into the battery module housing 2 by filling in the said gaps. The sealant 6 can also contain an intumescent agent that acts as fire protection, foaming under the influence of heat and preventing the spread of flame. For example, the battery cells heat up due to a defect or malfunction 3 excessive, so the intumescent agent, which is in the sealant 6 is included, foaming and flame spread within the battery module 1 hinder.

Durch die besagte Injektionsöffnung im hier nicht dargestellten Deckel des Batteriemodulgehäuses 2 kann zudem das Wärmeleitmaterial 7 eingebracht werden, welches den zur Temperierung des Batteriemoduls 1 dienenden Bereich 11 mit den Kühlkanälen 12 ausfüllt. Dabei kann das Wärmeleitmaterial 7 vor dem Dichtmittel 6 durch die Injektionsöffnung eingebracht werden. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Wärmeleitmaterial 7 in den Bereich 11 gelangt und die Kühlkanäle 12 vollständig umgibt und einen unteren Bereich der Batteriezellen 3 ebenfalls umgibt. Danach kann dann das brandhemmende und elektrisch isolierende Dichtmittel 6 durch die Injektionsöffnung im hier nicht dargestellten Deckel des Batteriemodulgehäuses 2 eingebracht werden, und zwar bis das Dichtmittel 6 sämtliche zuvor noch vorhandenen Zwischenräume im Batteriemodulgehäuse 2 ausfüllt und dadurch das Batteriemodulgehäuse 2 und somit das Batteriemodul 1 zur Umwelt hin abdichtet.Through said injection opening in the cover of the battery module housing, not shown here 2 can also use the heat conducting material 7 be introduced, which is used for the temperature control of the battery module 1 serving area 11 with the cooling channels 12 fills. The heat conducting material can 7 before the sealant 6 through the injection port. This can ensure that the heat conducting material 7 in the area 11 arrives and the cooling channels 12 completely surrounds and a lower area of the battery cells 3 also surrounds. Then the fire retardant and electrically insulating sealant 6 through the injection opening in the cover of the battery module housing, not shown here 2 be introduced until the sealant 6 all previously existing gaps in the battery module housing 2 fills and thereby the battery module housing 2 and thus the battery module 1 seals to the environment.

Das Wärmeleitmaterial 7 und das Dichtmittel 6 können dabei aus demselben Basispolymer hergestellt sein, sodass das Wärmeleitmaterial 7 und das Dichtmittel 6 nach Einbringen in das Batteriemodulgehäuse 2 einen gemeinsamen Dichtverbund ausbilden. Das Wärmeleitmaterial 7 kann beispielsweise aus Silikon hergestellt sein, wobei das Dichtmittel 6 ein Silikonschaum sein kann. Andere Materialien für das Wärmeleitmaterial 7 und das Dichtmittel 6 sind ebenfalls möglich.The heat conducting material 7 and the sealant 6 can be made from the same base polymer, so that the heat conducting material 7 and the sealant 6 after insertion into the battery module housing 2 form a joint seal. The heat conducting material 7 can be made of silicone, for example, the sealant 6 can be a silicone foam. Other materials for the heat conducting material 7 and the sealant 6 are also possible.

Zudem umfasst das brandhemmende und elektrisch isolierende Dichtmittel 6 zumindest im Wesentlichen gleichmäßig darin verteilte Graphitpartikel. Die Graphitpartikel wirken brandhemmend, wobei diese sich bei der Injektion beziehungsweise Einbringung in das Batteriemodulgehäuse 2 gleichmäßig darin verteilen.It also includes fire retardant and electrically insulating sealant 6 at least essentially evenly distributed graphite particles. The graphite particles have a fire-retardant effect, whereby these particles are injected or introduced into the battery module housing 2 Spread evenly in it.

Mittels des erläuterten Verfahrens zur Herstellung des Batteriemoduls 1 ist es möglich, auf einfache und zuverlässige Weise eine Abdichtung des Batteriemoduls 1 gegenüber der Umwelt sicherzustellen. Zusätzliche Dichtungen, beispielsweise bei Kabeln, Deckeln und dergleichen, können entfallen. Zudem muss kein gesonderter Brandschutz beim Batteriemodul 1 oder bei einer Hochvoltbatterie vorgesehen werden, zu welcher mehrere der Batteriemodule 1 verschaltet werden können. Auch müssen keine gesonderten Dichtheitsprüfungen bei der Herstellung des Batteriemoduls 1 oder bei der Herstellung einer Hochvoltbatterie aus mehreren der Batteriemodule 1 durchgeführt werden. Insgesamt können dadurch Fertigungstakte und Herstellzeiten bei einer Batterieproduktion eingespart werden.By means of the explained method for manufacturing the battery module 1 it is possible to seal the battery module in a simple and reliable manner 1 to protect the environment. Additional seals, for example in the case of cables, lids and the like, can be omitted. In addition, no separate fire protection is required battery module 1 or can be provided in a high-voltage battery, to which several of the battery modules 1 can be connected. There is also no need for separate leak tests when manufacturing the battery module 1 or when manufacturing a high-voltage battery from several of the battery modules 1 be performed. Overall, production cycles and manufacturing times can be saved in a battery production.

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Claims (11)

Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, bei welchem Batteriezellen (3) in einem zumindest eine Injektionsöffnung aufweisenden Batteriemodulgehäuse (2) angeordnet und miteinander verschaltet werden, wonach das Batteriemodulgehäuse (2) geschlossen und anschließend ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel (6) durch die Injektionsöffnung in das geschlossene Batteriemodulgehäuse (2) eingebracht wird, bis im Batteriemodulgehäuse (2) vorhandene Zwischenräume vom Dichtmittel (6) ausgefüllt sind und das Batteriemodulgehäuse (2) nach außen durch das Dichtmittel (6) abgedichtet ist.Method for producing a battery module (1) for a high-voltage battery of a motor vehicle, in which battery cells (3) are arranged and connected to one another in a battery module housing (2) having at least one injection opening, after which the battery module housing (2) is closed and then a fire-retardant and electrically insulating one Sealant (6) is introduced through the injection opening into the closed battery module housing (2) until gaps in the battery module housing (2) are filled with sealant (6) and the battery module housing (2) is sealed off from the outside by the sealant (6). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als das Dichtmittel (6) ein Schaum verwendet wird, welcher beim oder zumindest nach dem Einbringen in das Batteriemodulgehäuse (2) unter Ausfüllen der Zwischenräume aushärtet.Procedure according to Claim 1 , characterized in that a foam is used as the sealant (6), which hardens when or at least after being introduced into the battery module housing (2) by filling the spaces. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (6) einen als Brandschutz dienenden Intumeszenz-Bildner umfasst, welcher unter Hitzeeinwirkung aufschäumt und eine Flammenausbreitung behindert.Procedure according to Claim 1 or 2 , characterized in that the sealant (6) comprises an intumescent agent serving as fire protection, which foams under the action of heat and prevents flame from spreading. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Injektionsöffnung ein Wärmeleitmaterial (7) eingebracht wird, welches zumindest einen zur Temperierung des Batteriemoduls (1) dienenden Bereich (11) ausfüllt.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a heat-conducting material (7) is introduced through the injection opening and fills at least one area (11) which serves to temper the battery module (1). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zur Temperierung des Batteriemoduls (1) dienende Bereich (11) Kühlkanäle (12) aufweist, welche vom Wärmeleitmaterial (7) umschlossen werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the area (11) which serves to temper the battery module (1) has cooling channels (12) which are enclosed by the heat-conducting material (7). Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (7) vor dem Dichtmittel (6) durch die Injektionsöffnung eingebracht wird.Procedure according to Claim 4 or 5 , characterized in that the heat conducting material (7) is introduced through the injection opening in front of the sealant (6). Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (7) und das Dichtmittel (6) aus demselben Basispolymer hergestellt werden, sodass das Wärmeleitmaterial (7) und das Dichtmittel (6) nach Einbringen in das Batteriemodulgehäuse (2) einen gemeinsamen Dichtverbund ausbilden.Procedure according to one of the Claims 4 to 6 , characterized in that the heat-conducting material (7) and the sealant (6) are produced from the same base polymer, so that the heat-conducting material (7) and the sealant (6) form a common sealing compound after introduction into the battery module housing (2). Verfahren nach 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeleitmaterial (7) ein Silikon und das Dichtmittel (6) ein Silikonschaum ist.Method according to 7, characterized in that the heat conducting material (7) is a silicone and the sealant (6) is a silicone foam. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtmittel (6) zur Brandhemmung dienende, zumindest im Wesentlichen gleichmäßig im Dichtmittel (6) verteilte Graphitpartikel enthält.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the sealing means (6) contains graphite particles which are used for fire retardation and are at least substantially uniformly distributed in the sealing means (6). Batteriemodul (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, umfassend mehrere in einem zumindest eine Injektionsöffnung aufweisenden Batteriemodulgehäuse (2) angeordnete und miteinander verschaltete Batteriezellen (3), wobei ein brandhemmendes und elektrisch isolierendes Dichtmittel (6) vorhandene Zwischenräume innerhalb des geschlossenen Batteriemodulgehäuses (2) ausgefüllt und das Batteriemodulgehäuse (2) nach außen abgedichtet.Battery module (1) for a high-voltage battery of a motor vehicle, comprising a plurality of battery cells (3) arranged and interconnected in a battery module housing (2) with at least one injection opening, a fire-retardant and electrically insulating sealant (6) existing gaps within the closed battery module housing (2) filled out and the battery module housing (2) sealed to the outside. Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul (1) nach Anspruch 10.Motor vehicle with at least one battery module (1) Claim 10 ,
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