DE102019208949A1

DE102019208949A1 - Batteriemodul

Info

Publication number: DE102019208949A1
Application number: DE102019208949.6A
Authority: DE
Inventors: David Thomann; Marco Boehnlein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-24

Abstract

Die Erfindung betrifft Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), welche jeweils ein Batteriezellengehäuse (3) aufweisen, in welchen elektrochemische Komponenten der jeweiligen Batteriezelle (2) aufgenommen sind, wobei die Batteriezellen (2) weiterhin jeweils einen positiven Spannungsabgriff (4) und einen negativen Spannungsabgriff (5) aufweisen, wobei der negative Spannungsabgriff (5) einer Batteriezelle (2) jeweils von dem jeweiligen Batteriezellengehäuse (3) ausgebildet ist, und wobei das Batteriemodul (2) weiterhin ein Parallelverbindungselement (6) aufweist, welches ausgebildet ist, die negativen Spannungsabgriffe (5) der einzelnen Batteriezellen (2) elektrisch parallel miteinander zu verschalten, wobei das Parallelverbindungselement (6) durch das Parallelverbindungselement (6) hindurch verlaufend ausgebildete Öffnungen (7) aufweist, in welchen jeweils eine der Batteriezellen (2) in der Art aufgenommen ist, dass das jeweilige Batteriezellengehäuse (3) elektrisch leitend mit dem Parallelverbindungselement (6) verbunden ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass ein Batteriemodul eine Mehrzahl an Batteriezellen aufweist, welche jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, wobei zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verbindung der Mehrzahl an Batteriezellen untereinander die jeweiligen Spannungsabgriffe elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Die Druckschrift DE 10 2015 005 529 A1 zeigt beispielsweise eine Möglichkeit der elektrischen Verschaltung einer Mehrzahl an Batteriezellen.
Dabei dienen Kontaktfedern 6 zu einer mechanischen Aufnahme und elektrischen Kontaktierung jeweils einer Batteriezelle. Insbesondere nimmt die Kontaktfeder den negativen Spannungsabgriff der jeweiligen Batteriezelle auf.
Des Weiteren sind die Kontaktfedern 6 elektrisch leitend mit einer Parallelplatte 3 verbunden, welche dazu dient, eine Mehrzahl an Batteriezellen parallel zu verschalten. Die Kontaktfedern 6 sind dabei geschweißt mit der Parallelplatte 3 verbunden.
An einer den Kontaktfedern 6 gegenüberliegenden Seite der Parallelplatte 3 sind stoffschlüssig, wie in diesem Fall geschweißt, jeweils weitere Batteriezellen angebunden. Insbesondere sind hierbei die positiven Spannungsabgriffe der jeweiligen, weiteren Batteriezellen angebunden.
Somit können jeweils eine erste Mehrzahl an Batteriezellen und eine zweite Mehrzahl an Batteriezellen seriell miteinander verschaltet werden, wobei die erste Mehrzahl an Batteriezellen und die zweite Mehrzahl an Batteriezellen weiterhin parallel miteinander verschaltet sind.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine einfachere Verschaltung der Mehrzahl an Batteriezellen, insbesondere von negativen Spannungsabgriffen der Mehrzahl an Batteriezellen, möglich ist.
Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Insbesondere sind die Batteriezellen als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet.
Die Batteriezellen weisen jeweils ein Batteriezellengehäuse auf. In diesen Batteriezellengehäusen sind elektrochemische Komponenten der jeweiligen Batteriezellen aufgenommen.
Weiterhin weisen die Batteriezellen jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff auf. Dabei ist der negative Spannungsabgriff einer Batteriezelle jeweils von dem jeweiligen Batteriezellengehäuse ausgebildet. Ferner weist das Batteriemodul ein Parallelverbindungselement auf, welches ausgebildet ist, die negativen Spannungsabgriffe der einzelnen Batteriezellen elektrisch parallel miteinander zu verschalten.
Das Parallelverbindungselement weist durch das Parallelverbindungselement hindurch verlaufend ausgebildete Öffnungen auf. In jenen Öffnungen ist jeweils eine der Batteriezellen in der Art aufgenommen, dass das jeweilige Batteriezellengehäuse elektrisch leitend mit dem Parallelverbindungselement verbunden ist.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Insbesondere ist die Mehrzahl an Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls nebeneinander angeordnet. Besonders bevorzugt ist es hierbei möglich, dass eine elektrisch leitende Kontaktierung des negativen Spannungsabgriffs einer Batteriezelle, welcher durch deren Batteriezellgehäuse ausgebildet ist, an einer beliebigen Position über der gesamten Höhe der Batteriezelle bzw. des Batteriezellengehäuses mittels des Parallelverbindungselements ausbildbar ist.
Dadurch ist eine höhere Freiheit hinsichtlich der Gestaltung des Batteriemoduls möglich. Insbesondere ist es dadurch auch möglich, mehrere kleinere Bauteile durch ein einziges vergleichbar größeres Bauteil zu ersetzen, welches zudem noch einfacher zu montieren ist.
Vorteilhafterweise ist das Parallelverbindungselement aus einem metallischen Werkstoff ausgebildet. Der metallische Werkstoff kann beispielsweise ausgewählt sein aus Aluminium, Kupfer, Zink, Aluminium und/oder Nickel. Besonders bevorzugt kann das Parallelverbindungselement als ein Stanzbiegeteil hergestellt werden, wodurch insgesamt die Herstellkosten reduziert werden können. Somit kann bspw. aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des metallischen Werkstoffes einzig durch das Parallelverbindungselement eine parallele Verschaltung ausgebildet werden.
Es ist besonders zweckmäßig, wenn das Parallelverbindungselement weiterhin Federelemente umfasst. Die Federelemente sind dabei jeweils in der Art benachbart zu einer Öffnung angeordnet, dass die Federelemente ein jeweiliges Batteriezellengehäuse kraftschlüssig aufnehmen.
Dadurch kann eine zuverlässige mechanische und somit auch elektrisch leitende Aufnahme eines jeweiligen Batteriezellengehäuses durch das Parallelverbindungselement ausgebildet werden.
Mit anderen Worten ausgedrückt, ist es möglich, den negativen Spannungsabgriff einer Batteriezelle, welcher durch deren Batteriezellengehäuse ausgebildet ist, mittels einer Überfederung durch ein Parallelverbindungselement aufzunehmen und dadurch elektrisch leitend parallel miteinander zu verschalten.
Vorteilhafterweise kann das Parallelverbindungselement stoffschlüssig, wie insbesondere geklebt, mit einem jeweiligen Parallelverbindungselement verbunden sein.
Dadurch kann bevorzugt auch zusätzlich zu der kraftschlüssigen Verbindung durch die Federelemente eine mechanische Verbindung ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Batteriezellen jeweils als zylindrische Batteriezellen ausgebildet sind. Zylindrische Batteriezellen weisen zwei parallel zueinander angeordnete und kreisförmig ausgebildete Stirnflächen auf, welche mittels einer Mantelfläche miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist der positive Spannungsabgriff an einer der beiden Stirnflächen des Batteriezellengehäuses angeordnet. Insbesondere kann der positive Spannungsabgriff dabei elektrisch isoliert von dem restlichen Batteriezellgehäuse aus dem Inneren des jeweiligen Batteriezellengehäuses herausgeführt sein.
Zudem bietet dies den Vorteil, dass eine Kontaktierung des positiven Spannungsabgriffs und des negativen Spannungsabgriffs an vergleichbar weit voneinander entfernten Positionen möglich ist, wodurch eine Kurzschlussgefahr reduziert bzw. gänzlich vermieden werden kann.
Des Weiteren ist der positive Spannungsabgriff dadurch einfach zu kontaktieren.
Es ist zweckmäßig, wenn das Batteriemodul weiterhin ein Batteriemodulgehäuse aufweist, in welchem die Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen ist. Dabei ist eine dem positiven Spannungsabgriff gegenüberliegende Seite des Batteriezellengehäuses unmittelbar an einer Innenseite des Batteriemodulgehäuses angeordnet.
Insbesondere kann darunter verstanden sein, dass diejenige Stirnfläche, an welcher der positive Spannungsabgriff nicht angeordnet ist, unmittelbar an einer Innenseite des Batteriemodulgehäuses, wie beispielsweise einem Batteriemodulboden, angeordnet ist. Mit anderen Worten ausgedrückt, stehen die Batteriezellen auf dem Batteriemodulboden.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weist das Batteriemodul weiterhin ein weiteres Parallelverbindungselement auf. Dieses weitere Parallelverbindungselement ist ausgebildet, die positiven Spannungsabgriffe einzelnen Batteriezellen elektrisch parallel miteinander zu verschalten. Dabei ist das weitere Parallelverbindungselement stoffschlüssig elektrisch leitend jeweils mit dem positiven Spannungsabgriff verbunden. Beispielsweise kann eine solche stoffschlüssige Verbindung geschweißt ausgebildet sein.
Von Vorteil kann es sein, wenn ein Deckelelement des Batteriemodulgehäuses das weitere Parallelverbindungselement ausbildet.
Dadurch ist eine besonders einfache Ausbildung des Batteriemoduls möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Alternative der Erfindung kann das Deckelelement des Batteriemodulgehäuses das weitere Parallelverbindungselement ausbilden.
Dadurch ist es möglich, dass das Deckelelement des Batteriemodulgehäuses ein positives Potenzial des Batteriemoduls aufweist.
Des Weiteren ist es möglich, dass das Parallelverbindungselement elektrisch leitend mit zumindest einer Seitenwand des Batteriemodulgehäuses verbunden ist und dass die zumindest eine Seitenwand des Batteriemodulgehäuses beispielsweise auch elektrisch leitend mit dem Batteriemodulboden verbunden ist.
Dadurch ist es möglich, dass der Batteriemodulboden des Batteriemodulgehäuses ein negatives Potenzial des Batteriemoduls aufweist.
Somit können mehrere Batteriemodule elektrisch seriell miteinander verschaltet werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

1 in einer schematischen Ansicht von der Seite eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und
2 in einer schematischen Ansicht von der Seite eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.

Die 1 zeigt in einer schematischen Ansicht von der Seite eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Das Batteriemodul 1 weist eine Mehrzahl an Batteriezellen 2 auf. Insbesondere sind die Batteriezellen 2 dabei jeweils als Lithium-Ionen-Batteriezellen 20 ausgebildet.
Weiterhin weisen die Batteriezellen jeweils ein Batteriezellengehäuse 3 auf. In diesen Batteriezellengehäusen 3 sind in der 1 nicht zu erkennende elektrochemische Komponenten der jeweiligen Batteriezelle 2 aufgenommen.
Weiterhin weisen die Batteriezellen 2 jeweils einen positiven Spannungsabgriff 4 und einen negativen Spannungsabgriff 5 auf. Der negative Spannungsabgriff 5 einer Batteriezelle 2 ist dabei jeweils von dem jeweiligen Batteriezellengehäuse 3 ausgebildet. Aus dem Ausführungsbeispiel der 1 ist weiterhin zu erkennen, dass die Batteriezellen 2 als zylindrische Batteriezellen 200 ausgebildet sind. Bei einer solchen Ausbildung als zylindrische Batteriezelle 200 ist der positive Spannungsabgriff 4 an einer Stirnfläche 40 des jeweiligen Batteriezellengehäuses 3 angeordnet.
Ferner weist das Batteriemodul 2 ein Parallelverbindungselement 6 auf. Dieses Parallelverbindungselement 6 ist dabei dazu ausgebildet, die negativen Spannungsabgriffe 5 der einzelnen Batteriezellen 2 elektrisch parallel miteinander zu verschalten.
Aus der 1 ist zu erkennen, dass das Parallelverbindungselement 6 an unterschiedlichen Positionen über der Höhe 9 des Batteriemoduls 1 angeordnet sein kann. Insbesondere sind hierbei beispielhaft 3 unterschiedliche Anordnungsmöglichkeiten eines Parallelverbindungselements 6 gezeigt.
Weiterhin weist das Parallelverbindungselement 6 Öffnungen 7 auf, welche jeweils durch das Parallelverbindungselement 6 hindurch verlaufend ausgebildet sind. Dabei ist jeweils in einer Öffnung 7 des Parallelverbindungselement 6 eine Batteriezelle 2 in der Art aufgenommen, dass das jeweilige Batteriezellengehäuses 3 der in der Öffnung 7 des Parallelverbindungselements 6 aufgenommenen Batteriezelle 2 elektrisch leitend mit dem Parallelverbindungselement 6 verbunden ist.
Insbesondere kann das Parallelverbindungselement 6 weiterhin Federelemente 8 umfassen. Die Federelemente 8 sind dabei jeweils in der Art benachbart zu einer Öffnung 7 angeordnet, dass die Federelemente 8 ein jeweiliges Batteriezellengehäuses 3 kraftschlüssig aufnehmen. Insbesondere kann das Parallelverbindungselement 6 als ein Stanzbiegeteil 60 ausgeführt sein. Beispielsweise können die Federelemente 8 sich unmittelbar von einer Umrandung 70 der Öffnung 7 aus erstrecken, wobei die Umrandung 70 die Öffnung 7 unmittelbar begrenzt.
2 zeigt in einer schematischen Ansicht von der Seite eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Das Ausführungsbeispiel gemäß 2 unterscheidet sich von dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 einzig dadurch, dass das Batteriemodul 1 weiterhin ein Batteriemodulgehäuse 10 aufweist. Dabei ist die Mehrzahl an Batteriezellen 2 in dem Batteriemodulgehäuse 10 aufgenommen.
Dabei ist eine dem positiven Spannungsabgriff 4 gegenüberliegende Seite 11 des Batteriezellengehäuses 3 unmittelbar an einer Innenseite 12 des Batteriemodulgehäuses 10 angeordnet. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die Batteriezellen 2 auf einem Batteriemodulboden 13 des Batteriemodulgehäuses 10 stehen.
Insbesondere weist das Batteriemodul 1 ein weiteres Parallelverbindungselement 60 auf. Dieses weitere Parallelverbindungselement 60 ist ausgebildet, die positiven Spannungsabgriffe 4 der einzelnen Batteriezellen 2 elektrisch parallel miteinander zu verschalten. Dazu kann das weitere Parallelverbindungselement 60 stoffschlüssig elektrisch leitend jeweils mit den positiven Spannungsabgriff 4 verbunden sein. Bevorzugt ist hierbei eine geschweißt ausgebildete Verbindung.
Gemäß dem in der 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das weitere Parallelverbindungselement 60 als Deckelelement 14 des Batteriemodulgehäuses 10 ausgebildet.
In der 2 ist auch das Parallelverbindungselement 6 gezeigt, welches die negativen Spannungsabgriffe 5 der einzelnen Batteriezellen 2 elektrisch parallel miteinander verschaltet. Dabei kann das Parallelverbindungselement 6 aus dem Batteriemodulgehäuse 10 herausgeführt sein, sodass ein Abgriff des negativen Potenzials des Batteriemoduls 1 möglich ist. Weiterhin kann das Parallelverbindungselement auch elektrisch leitend mit dem Batteriemodulgehäuse 10 verbunden sein, sodass das Batteriemodulgehäuse und insbesondere der Batteriemodulboden 13 das negative Potenzial des Batteriemoduls aufweist. Bei einer solchen Ausführungsform ist das Deckelelement 14 des Batteriemodulgehäuses 10 elektrisch von dem restlichen Batteriemodulgehäuse 10 zu isolieren.
Zudem zeigt die 2 auch, dass das Batteriemodul 1 ein Dichtelement 15 aufweisen kann, sodass ein von Temperfluid durchströmbarer Strömungsraum 16 ausgebildet ist. Dadurch kann die Mehrzahl an Batteriezellen 2 temperiert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015005529 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), welche jeweils ein Batteriezellengehäuse (3) aufweisen, in welchen elektrochemische Komponenten der jeweiligen Batteriezelle (2) aufgenommen sind, wobei die Batteriezellen (2) weiterhin jeweils einen positiven Spannungsabgriff (4) und einen negativen Spannungsabgriff (5) aufweisen, wobei der negative Spannungsabgriff (5) einer Batteriezelle (2) jeweils von dem jeweiligen Batteriezellengehäuse (3) ausgebildet ist, und wobei das Batteriemodul (2) weiterhin ein Parallelverbindungselement (6) aufweist, welches ausgebildet ist, die negativen Spannungsabgriffe (5) der einzelnen Batteriezellen (2) elektrisch parallel miteinander zu verschalten, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallelverbindungselement (6) durch das Parallelverbindungselement (6) hindurch verlaufend ausgebildete Öffnungen (7) aufweist, in welchen jeweils eine der Batteriezellen (2) in der Art aufgenommen ist, dass das jeweilige Batteriezellengehäuse (3) elektrisch leitend mit dem Parallelverbindungselement (6) verbunden ist.
Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallelverbindungselement (6) weiterhin Federelemente (8) umfasst, welche jeweils in der Art benachbart zu einer Öffnung (7) angeordnet sind, dass die Federelemente (8) ein jeweiliges Batteriezellengehäuse (3) kraftschlüssig aufnehmen.
Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Parallelverbindungselement (6) stoffschlüssig, wie insbesondere geklebt, mit einem jeweiligen Batteriezellengehäuse (3) verbunden ist.
Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) jeweils als zylindrische Batteriezellen (200) ausgebildet sind und der positive Spannungsabgriff (4) an einer Stirnfläche (40) des Batteriezellengehäuses (3) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) weiterhin ein Batteriemodulgehäuse (10) aufweist, in welchem die Mehrzahl an Batteriezellen (2) aufgenommen ist, wobei eine dem positiven Spannungsabgriff (4) gegenüberliegende Seite (11) des Batteriezellengehäuses (3) unmittelbar an einer Innenseite (12) des Batteriemodulgehäuses (10) angeordnet ist.
Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) weiterhin ein weiteres Parallelverbindungselement (60) aufweist, welches ausgebildet ist, die positiven Spannungsabgriffe (4) der einzelnen Batteriezellen (2) elektrisch parallel miteinander zu verschalten, wobei das weitere Parallelverbindungselement (60) stoffschlüssig elektrisch leitend jeweils mit den positiven Spannungsabgriffen (4) verbunden ist.
Batteriemodul nach einem vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Deckelelement (14) des Batteriemodulgehäuses (10) das weitere Parallelverbindungselement (60) ausgebildet.