DE102019127039A1 - Battery module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, insbesondere einer Sekundärbatterie, mit zumindest einem Zellstapel, wobei der Zellstapel zumindest eine, vorzugsweise eine Vielzahl von prismatischen Batteriezellen (100) aufweist, und der Zellstapel zumindest eine Endplatte (200), die an einem ersten Ende des Zellstapels angeordnet ist, aufweist, wobei die zumindest eine Endplatte (200) im Wesentlichen parallel zur Mittelebene (E) der zumindest einen Batteriezelle (100) des zumindest einen Zellstapels angeordnet ist, und eine Aufnahmevorrichtung (500) zur Aufnahme von zumindest einer Batteriezelle (100) mit zumindest einer Endplatte (200), vorzugsweise des zumindest einen Zellstapels vorgesehen ist, wobei in der Aufnahmevorrichtung zumindest eine Kontaktierungsvorrichtung (400) angeordnet ist, die mit zumindest einem Kontaktierungselement (300), das in oder an einer Endplatte (200) angeordnet ist, kraftschlüssig zusammenwirkt, um einen elektrischen Kontakt herzustellen, und wobei die Aufnahmevorrichtung (500) zusätzlich eine Temperiereinrichtung (501) zur Temperierung des Batteriemoduls, insbesondere der Kontaktierungsvorrichtung (400) aufweist. The invention relates to a battery module, in particular a secondary battery, with at least one cell stack, the cell stack having at least one, preferably a plurality of prismatic battery cells (100), and the cell stack with at least one end plate (200) arranged at a first end of the cell stack , the at least one end plate (200) being arranged essentially parallel to the central plane (E) of the at least one battery cell (100) of the at least one cell stack, and a receiving device (500) for receiving at least one battery cell (100) at least one end plate (200), preferably of the at least one cell stack, is provided, wherein at least one contacting device (400) is arranged in the receiving device, which is non-positively connected to at least one contacting element (300) which is arranged in or on an end plate (200) cooperates to make electrical contact, and wherein the Aufnah Measuring device (500) additionally has a temperature control device (501) for temperature control of the battery module, in particular the contacting device (400).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, insbesondere einer Sekundärbatterie, mit zumindest einem Zellstapel, wobei der Zellstapel zumindest eine, vorzugsweise eine Vielzahl von prismatischen Batteriezellen aufweist, und wobei der Zellstapel zumindest eine Endplatte, die an einem ersten Ende des Zellstapels angeordnet ist, aufweist, wobei die zumindest eine Endplatte im Wesentlichen parallel zur Mittelebene der zumindest einen Batteriezelle des zumindest einen Zellstapels angeordnet ist.The invention relates to a battery module, in particular a secondary battery, with at least one cell stack, the cell stack having at least one, preferably a multiplicity of prismatic battery cells, and wherein the cell stack has at least one end plate which is arranged at a first end of the cell stack, wherein the at least one end plate is arranged essentially parallel to the center plane of the at least one battery cell of the at least one cell stack.
Unter Mittelebene wird im Rahmen dieser Offenbarung jene virtuelle Ebene verstanden, die parallel zu den beiden Deckflächen und senkrecht zu den vier Schmalseiten der prismatischen Batteriezelle verläuft und damit den prismatischen Grundkörper der Batteriezelle in zwei im Wesentlichen symmetrische Hälften entlang seiner Längsachse teilt, ohne hierbei allfällige Anschlusselemente der Batteriezelle zu berücksichtigen.In the context of this disclosure, the middle plane is understood to mean that virtual plane that runs parallel to the two cover surfaces and perpendicular to the four narrow sides of the prismatic battery cell and thus divides the prismatic base body of the battery cell into two essentially symmetrical halves along its longitudinal axis, without any connection elements the battery cell.
Sekundärbatterien gemäß dem Stand der Technik weisen üblicherweise eine Vielzahl von Batteriemodulen auf, die entweder mittels Schraubverbindung oder Steckverbindung miteinander verschaltet sind. Ein Problem bei den Schraubverbindungen ist, dass es hier üblicherweise keinen Berührungsschutz gibt. Je nach Art der Verbindung kann der Zusammenbau der Batterie äußerst komplex und zeitintensiv sein. Jedenfalls muss die Verdrahtung für den Starkstrom innerhalb der Batterie separat angeschlossen und fixiert werden.Secondary batteries according to the prior art usually have a large number of battery modules which are connected to one another either by means of a screw connection or a plug connection. A problem with the screw connections is that there is usually no protection against accidental contact. Depending on the type of connection, the assembly of the battery can be extremely complex and time-consuming. In any case, the wiring for the heavy current within the battery must be connected and fixed separately.
Die
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Batteriemodul bereitzustellen, der eine rasche und einfache Montage der einzelnen Batteriezellen bzw. des Zellstapels in ein Batteriemodul erlaubt.It is an object of the invention to provide a battery module which allows the individual battery cells or the cell stack to be installed quickly and easily in a battery module.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, dass eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von zumindest einer Batteriezelle mit zumindest einer Endplatte, vorzugsweise zur Aufnahme des Zellstapels vorgesehen ist, wobei in der Aufnahmevorrichtung zumindest eine Kontaktierungsvorrichtung angeordnet ist, die mit zumindest einem Kontaktierungselement, das in oder an der zumindest einen Endplatte angeordnet ist, kraftschlüssig zusammenwirkt, um einen elektrischen Kontakt herzustellen, und wobei die Aufnahmevorrichtung zusätzlich eine Temperiereinrichtung zur Temperierung der Kontaktierungsvorrichtung aufweist.This object is achieved according to the invention by a battery module of the type mentioned at the outset in that a receiving device is provided for receiving at least one battery cell with at least one end plate, preferably for receiving the cell stack, at least one contacting device being arranged in the receiving device and having at least one Contacting element, which is arranged in or on the at least one end plate, cooperates non-positively in order to produce an electrical contact, and wherein the receiving device additionally has a temperature control device for temperature control of the contacting device.
Bei der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in der Aufnahmevorrichtung zumindest eine Kontaktierungsvorrichtung angeordnet ist. Beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Batteriemoduls werden die einzelnen Batteriezellen zunächst zu einem Zellstapel zusammengefügt, wobei an zumindest einem Ende des Zellstapels, vorzugsweise an jedem Ende des Zellstapels eine Endplatte angeordnet ist. Anschließend wird der Zellstapel mit der zumindest einem Endplatte in die Aufnahmevorrichtung eingesetzt. Die Aufnahmevorrichtung weist hierbei erfindungsgemäß eine Kontaktierungsvorrichtung auf, die der Kontaktierung des Zellstapels dient. Hierzu ist zumindest in oder an der zumindest einen Endplatte ein Kontaktierungselement angeordnet, das kraftschlüssig mit der Kontaktierungsvorrichtung zusammenwirkt, um einen elektrischen Kontakt herzustellen. Die Endplatte ist dazu hohlraumartig ausgeführt, sodass das Kontaktierungselement vorteilhaft in einem in der Endplatte ausgebildeten Hohlraum angeordnet ist. Dieser Aufbau des Batteriemoduls erlaubt eine besonders dichte Packung der Batteriezellen im Zellstapel und damit eine Reduktion der Baugröße. Diese dichtere Packung erfordert jedoch auch eine verbesserte Kühlung des Batteriemoduls und hierbei insbesondere der Kontaktierungsvorrichtung, sodass erfindungsgemäß vorgesehen ist, dass in der Aufnahmevorrichtung zusätzlich eine Temperiereinrichtung, insbesondere eine Kühleinrichtung für ein vorzugsweise flüssiges Kühlmittel angeordnet ist.The present invention provides that at least one contacting device is arranged in the receiving device. When assembling the battery module according to the invention, the individual battery cells are first combined to form a cell stack, an end plate being arranged on at least one end of the cell stack, preferably on each end of the cell stack. The cell stack with the at least one end plate is then inserted into the receiving device. According to the invention, the receiving device has a contacting device which serves to contact the cell stack. For this purpose, a contacting element is arranged at least in or on the at least one end plate, which interacts positively with the contacting device in order to produce an electrical contact. For this purpose, the end plate is designed like a cavity, so that the contacting element is advantageously arranged in a cavity formed in the end plate. This structure of the battery module allows the battery cells to be packed particularly tightly in the cell stack and thus reduces the size. However, this denser packing also requires improved cooling of the battery module and, in particular, of the contacting device, so that the invention provides that a temperature control device, in particular a cooling device for a preferably liquid coolant, is additionally arranged in the receiving device.
Diese Temperiereinrichtung kann beispielsweise als eine Kühlplatte oder als ein oder mehrere Kühlkanäle vorzugsweise in der Aufnahmevorrichtung ausgebildet sein.This temperature control device can be designed, for example, as a cooling plate or as one or more cooling channels, preferably in the receiving device.
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass die zumindest eine Kontaktierungsvorrichtung als Stromschiene (Busbar) ausgebildet ist. Busbar-Verbindungen werden häufig zur Kontaktierung von Batteriezellen und/oder Zellstapel eingesetzt. Bei der vorliegenden Erfindung ist zumindest ein Busbar vorzugsweise unlösbar in der Aufnahmevorrichtung angeordnet und steht mit dem in der Endplatte angeordneten Kontaktierungselement in elektrischem Kontakt. Hierbei steht vorteilhafterweise ein erstes Ende der Kontaktierungsvorrichtung mit einem Kontaktierungsbereich einer ersten Batteriezelle in elektrischem Kontakt, während ein zweites Ende der zumindest einen Kontaktierungsvorrichtung mit zumindest einem Kontaktierungselement mittels Kraftschluss in elektrischem Kontakt steht.In a particularly preferred embodiment of the invention, it is provided that the at least one contacting device is designed as a busbar. Busbar connections are often used to make contact with battery cells and / or cell stacks. In the present invention, at least one busbar is preferably arranged non-detachably in the receiving device and is in electrical contact with the contacting element arranged in the end plate. Here, a first end of the contacting device is in electrical contact with a contacting region of a first battery cell, while a second end of the at least one contacting device is at least one Contacting element is in electrical contact by means of frictional connection.
So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die zumindest eine Kontaktierungsvorrichtung als Stromschiene ausgebildet sein, die eine L- Form oder eine U-Form aufweist, wobei zumindest ein Schenkel der Stromschiene mit der Endplatte, und hier mit dem Kontaktierungselement in Kontakt steht.For example, it can be provided that the at least one contacting device is designed as a busbar which has an L-shape or a U-shape, at least one leg of the busbar being in contact with the end plate, and here with the contacting element.
Weist die zumindest eine Endplatte zumindest einen Aufnahmebereich zur Aufnahme des zumindest einen Kontaktierungselements auf, so kann erfindungsgemäß in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen sein, dass der mit der Endplatte in Kontakt stehende Schenkel der Kontaktierungsvorrichtung in diesen Aufnahmebereich hineinragt. Der Aufnahmebereich der Endplatte ist vorteilhafterweise hohlraumartig ausgebildet und im Aufnahmebereich ist ein Kontaktierungselement angeordnet. Diese Ausführung der Erfindung hat den Vorteil, dass jener Bereich, in dem der elektrische Kontakt zwischen Kontaktierungsvorrichtung und Kontaktierungselement hergestellt ist, vor ungewolltem Berühren geschützt ist.If the at least one end plate has at least one receiving area for receiving the at least one contacting element, it can be provided according to the invention in a further embodiment of the invention that the leg of the contacting device which is in contact with the end plate projects into this receiving area. The receiving area of the end plate is advantageously designed like a cavity and a contacting element is arranged in the receiving area. This embodiment of the invention has the advantage that the area in which the electrical contact between the contacting device and the contacting element is made is protected against unwanted contact.
Erfindungsgemäß ist bei einer weiteren Variante vorgesehen, dass das zumindest eine Kontaktierungselement als Steckverbindung ausgebildet ist, die über ein im Wesentlichen zangenartiges Verbindungselement mit der Kontaktierungsvorrichtung in kraftschlüssigem Kontakt steht.According to the invention, in a further variant it is provided that the at least one contacting element is designed as a plug-in connection which is in non-positive contact with the contacting device via an essentially pliers-like connecting element.
Um eine besonders effiziente Kühlung zu erhalten, ist in einer weiteren bevorzugten Variante der Erfindung die Temperiereinrichtung als integraler Bestandteil der Aufnahmevorrichtung ausgebildet, wobei die Aufnahmevorrichtung vorteilhafterweise in Sandwichbauweise aufgebaut ist. Die Temperiereinrichtung hat die Aufgabe, insbesondere die Kontaktierungsvorrichtung zu kühlen. Vorteilhaft ist hierbei, dass die Temperiereinrichtung derart in der Aufnahmevorrichtung angeordnet werden kann, dass neben der Kontaktierungsvorrichtung auch die Batteriezelle selbst gekühlt wird.In order to obtain particularly efficient cooling, in a further preferred variant of the invention the temperature control device is designed as an integral part of the receiving device, the receiving device advantageously being constructed in a sandwich construction. The temperature control device has the task of cooling the contacting device in particular. It is advantageous here that the temperature control device can be arranged in the receiving device such that in addition to the contacting device, the battery cell itself is also cooled.
Ein wesentlicher Vorteil der gegenständlichen Erfindung besteht darin, dass beim Zusammenbau des erfindungsgemäßen Batteriemoduls die einzelnen Batteriezellen nicht verschraubt werden müssen, sondern vielmehr gesteckt werden. Hierbei werden die Batteriezellen vorgefertigt, vormontiert und über die Aufnahmevorrichtung kontaktiert. Diese Art der Montage ist besonders flexibel und einfach und eine ungewollte Berührung von spannungsführenden Teilen wird vermieden. Ebenso können im Fall eines Defekts von einzelnen Batteriezellen diese auf rasche und sichere Weise ausgetauscht werden, ohne dass eine Gefahr der Berührung von spannungsführenden Teilen besteht. Zusätzlich wird in dem erfindungsgemäßen Batteriemodul die Kontaktierung selbst ebenfalls gekühlt, es erfolgt also eine Kühlung in einem Bereich, in dem eine relativ hohe Wärmeentwicklung aufgrund der in der Kontaktierung fließenden Ströme auftritt.A major advantage of the present invention is that when assembling the battery module according to the invention, the individual battery cells do not have to be screwed together, but rather are plugged in. Here, the battery cells are prefabricated, pre-assembled and contacted via the receiving device. This type of assembly is particularly flexible and simple and prevents accidental contact with live parts. Likewise, in the event of a defect in individual battery cells, they can be replaced quickly and safely without there being any risk of touching live parts. In addition, the contacting itself is also cooled in the battery module according to the invention, so cooling takes place in an area in which a relatively high heat development occurs due to the currents flowing in the contacting.
Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 eine perspektivische Ansicht einer Batteriezelle mit Endplatte; -
2A eine erste Schnittansicht eines Kontaktierungselements; -
2B eine zweite Schnittansicht des Kontaktierungselements aus2A ; -
3 eine schematische Ansicht des Batteriezelle mit Endplatte aus1 in kontaktiertem Zustand; und -
4 eine geschnittene Ansicht der Darstellung aus3 .
-
1 a perspective view of a battery cell with end plate; -
2A a first sectional view of a contacting element; -
2 B a second sectional view of the contacting element2A ; -
3rd a schematic view of the battery cell with end plate1 in contacted condition; and -
4th a sectional view of the representation3rd .
In der
Eine derartige handelsübliche Steckverbindung
In
In der
Die in der
Die Aufnahmevorrichtung
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebene Ausführungsformen begrenzt ist, insbesondere kann die Form der Kontaktierungselemente
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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