DE102020114703A1 - Battery system for the modular arrangement of battery modules - Google Patents
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Abstract
Ein Batteriesystem zum modularen Anordnen von Batteriemodulen (3A - 3C), aufweisend:eine Vielzahl von Batteriemodulen (3A - 3C), wobei die Vielzahl zumindest ein erstes Batteriemodul (3A) und ein zweites Batteriemodul (3B) aufweist, die angepasst sind zum aneinander Anordnen in einer Batteriemodulanordnung, wobei das erste Batteriemodul (3A) und das zweite Batteriemodul (3B) jeweils ein Gehäuse (5) aufweisen mit einem ersten Durchgangskontakt (7A) und einem zweiten Durchgangskontakt (7B), wobei der erste Durchgangskontakt (7A) und der zweite Durchgangskontakt (7B) jeweils an einer Oberseite (9A) und an einer Unterseite (9B) der jeweiligen Gehäuse (5) angeordnet sind; und wobei- in einer ersten Konfiguration der erste Durchgangskontakt (7A) des ersten Batteriemoduls (3A) angepasst ist mit dem ersten Durchgangskontakt (7A) des zweiten Batteriemoduls (3B) und der zweite Durchgangskontakt (7B) des ersten Batteriemoduls (3A) angepasst ist mit dem zweiten Durchgangskontakt (7B) des zweiten Batteriemoduls (3B) verbindbar zu sein, und- in einer zweiten Konfiguration der erste Durchgangskontakt (7A) des ersten Batteriemoduls (3A) angepasst ist mit dem zweiten Durchgangskontakt (7B) des zweiten Batteriemoduls (3B) verbindbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt (7B) des ersten Batteriemoduls (3A) von dem ersten Durchgangskontakt (7A) des zweiten Batteriemoduls (3B) isolierbar zu sein. Weiterhin wird ein Batteriemodul vorgeschlagen.A battery system for modularly arranging battery modules (3A-3C), comprising: a plurality of battery modules (3A-3C), the plurality having at least a first battery module (3A) and a second battery module (3B) which are adapted to be arranged next to one another in a battery module arrangement, the first battery module (3A) and the second battery module (3B) each having a housing (5) with a first through contact (7A) and a second through contact (7B), the first through contact (7A) and the second Through contacts (7B) are each arranged on an upper side (9A) and on a lower side (9B) of the respective housing (5); and wherein- in a first configuration the first through contact (7A) of the first battery module (3A) is matched with the first through contact (7A) of the second battery module (3B) and the second through contact (7B) of the first battery module (3A) is matched with to be connectable to the second through contact (7B) of the second battery module (3B), and - in a second configuration, the first through contact (7A) of the first battery module (3A) can be connected to the second through contact (7B) of the second battery module (3B) and the second through contact (7B) of the first battery module (3A) can be isolated from the first through contact (7A) of the second battery module (3B). A battery module is also proposed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem zum modularen Anordnen von Batteriemodulen und ein Batteriemodul.The invention relates to a battery system for the modular arrangement of battery modules and a battery module.
In vielen elektrischen bzw. elektronischen Geräten, bzw. in der Peripherie dieser Geräte, werden elektrochemische Batteriezellen in Batteriemodulen verwendet. Derartige Batteriemodule werden insbesondere in einer Vielzahl von Batteriesystemen für zentrale und dezentrale Stromversorgungen, beispielsweise in Verbindung mit Photovoltaikanlagen, in Transportmitteln, wie beispielsweise in Autos, Flugzeugen, Booten, oder in einer Vielzahl von weiteren portablen elektrischen bzw. elektronischen Geräten, wie beispielsweise in Mobiltelefonen oder in Computern, verwendet. Die Batteriesysteme können auch als sogenannte Batteriepacks oder Akkupacks ausgebildet sein und zur Stromversorgung der zuvor beschriebenen Geräte eingesetzt werden.In many electrical or electronic devices, or in the periphery of these devices, electrochemical battery cells are used in battery modules. Such battery modules are used in a variety of battery systems for centralized and decentralized power supplies, for example in connection with photovoltaic systems, in means of transport, such as in cars, airplanes, boats, or in a variety of other portable electrical or electronic devices, such as in cell phones or in computers. The battery systems can also be designed as so-called battery packs or accumulator packs and can be used to supply power to the devices described above.
Die Batteriesysteme sind meist aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Batteriemodulen aufgebaut, welche wiederum aus mehreren Batteriezellen aufgebaut sind. Bei einer Verwendung als Energiespeicher in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen, liegt die Betriebsspannung üblicherweise im Niedervoltbereich zwischen 12, 24 und 48 Volt Gleichspannung. Zum Betrieb von Wechselstromverbrauchern kann ein Wechselrichter die Gleichspannung in eine Wechselspannung, zum Beispiel in 230 Volt, 50 Hz, umwandeln. Auch bei Elektrofahrzeugen, wie beispielsweise Elektrorollern, liegt die Betriebsspannung üblicherweise im Niedervoltbereich.The battery systems are usually made up of several battery modules electrically connected in series and / or in parallel, which in turn are made up of several battery cells. When used as an energy store in connection with renewable energy sources, the operating voltage is usually in the low-voltage range between 12, 24 and 48 volts DC. To operate AC consumers, an inverter can convert the DC voltage into an AC voltage, for example 230 volts, 50 Hz. Even in electric vehicles, such as electric scooters, the operating voltage is usually in the low-voltage range.
Beispielsweise beschreibt die
Weiterhin beschreibt die
Weiterhin beschreiben die
Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystemen werden die einzelnen Batteriemodule oftmals aufeinander gestapelt und tragen sich selbst, oder die Batteriemodule werden in Gestelle eingebracht, die eigens für die Batteriemodule angefertigt wurden und auch oft als Racks oder Batterieracks bezeichnet werden. Da es bislang zur Anordnung von Batteriemodulen keine allgemeinverbindlichen Regelwerke, bzw. Normen, gibt, haben sich zahlreiche Konstruktionen ergeben, bei denen Batteriemodule mit mehr oder weniger Aufwand angeordnet und verschaltet werden, wie es beispielsweise in dem zuvor genannten Stand der Technik beschrieben ist. Jedoch ist oftmals zur Anordnung und Verschaltung von Batteriemodulen ein hoher Montageaufwand nötig. Auch werden oftmals zur Montage viele Anbauteile benötigt, die einer kostengünstigen Montage entgegenstehen. Weiterhin sind die Verschaltungsmöglichkeiten der Batteriemodule bei den aus dem Stand der Technik bekannten Batteriesystemen begrenzt.In the battery systems known from the prior art, the individual battery modules are often stacked on top of one another and are self-supporting, or the battery modules are placed in racks that were specially made for the battery modules and are also often referred to as racks. Since there have been no generally binding regulations or standards for the arrangement of battery modules so far, numerous designs have emerged in which battery modules are arranged and interconnected with more or less effort, as is described, for example, in the aforementioned prior art. However, the arrangement and interconnection of battery modules often requires a high level of assembly effort. Also, many add-on parts are often required for assembly, which stand in the way of inexpensive assembly. Furthermore, the interconnection options for the battery modules are limited in the battery systems known from the prior art.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Batteriesystem mit einfach anzuordnenden und miteinander zu verschaltenden Batteriemodulen bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an improved battery system with battery modules that are easy to arrange and interconnect with one another.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a battery system with the features of
Danach wird ein Batteriesystem zum modularen Anordnen von Batteriemodulen bereitgestellt, aufweisend:
- eine Vielzahl von Batteriemodulen, wobei die Vielzahl zumindest ein erstes Batteriemodul und ein zweites Batteriemodul aufweist, die angepasst sind zum aneinander Anordnen in einer Batteriemodulanordnung, wobei das erste Batteriemodul und das zweite Batteriemodul jeweils ein Gehäuse aufweisen mit einem ersten Durchgangskontakt und
- einem zweiten Durchgangskontakt, wobei der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt jeweils an einer Oberseite und an einer Unterseite der jeweiligen Gehäuse angeordnet sind; und wobei
- - in einer ersten Konfiguration der erste Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls angepasst ist mit dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls und der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls angepasst ist mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein, und
- - in einer zweiten Konfiguration der erste Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls angepasst ist mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls von dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls isolierbar zu sein.
- a plurality of battery modules, the plurality having at least a first battery module and a second battery module which are adapted to be arranged next to one another in a battery module arrangement, the first battery module and the second battery module each having a housing with a first through contact and
- a second through contact, wherein the first through contact and the second through contact are respectively arranged on an upper side and on a lower side of the respective housing; and where
- - In a first configuration, the first through contact of the first battery module is adapted to be connected to the first through contact of the second battery module and the second through contact of the first battery module is adapted to be connectable to the second through contact of the second battery module, and
- - In a second configuration, the first through contact of the first battery module is adapted to be connectable to the second through contact of the second battery module and the second through contact of the first battery module can be isolated from the first through contact of the second battery module.
Das Batteriesystem kann hierein auch als eine Anordnung von zwei oder mehr Batteriemodule verstanden werden und mindestens zwei Batteriemodule aufweisen, die gleichartig oder identisch ausgestaltet sein können. In Beispielen kann das Batteriesystem eine Vielzahl von gleichartigen oder identisch ausgestalteten Batteriemodulen aufweisen. Weiterhin kann das Batteriesystem in Beispielen Anbauteile zur Anordnung der Batteriemodule aufweisen und Anschlusskontakte aufweisen, die mit den Durchgangskontakten der Batteriemodule verbunden sind. Beispielsweise kann unter dem Begriff „aneinander Anordnen“ ein Anordnen der Batteriemodule übereinander in einem Batteriemodulstapel verstanden werden. In Beispielen können die Batteriemodule auch nebeneinander angeordnet sein.In this context, the battery system can also be understood as an arrangement of two or more battery modules and have at least two battery modules, which can be configured similarly or identically. In examples, the battery system can have a multiplicity of similar or identically configured battery modules. Furthermore, in examples, the battery system can have add-on parts for arranging the battery modules and have connection contacts that are connected to the through contacts of the battery modules. For example, the term “arrangement next to one another” can be understood to mean an arrangement of the battery modules on top of one another in a battery module stack. In examples, the battery modules can also be arranged next to one another.
Die verwendeten Batteriemodule können gleichartig oder identisch ausgestaltet sein, beispielsweise gleichartige oder identische Gehäuse aufweisen, oder gleichartige oder identische Merkmale aufweisen, zum modularen Anordnen der Gehäuse. Beispielsweise können sich die Gehäusehöhen in Abhängigkeit der Anzahl, der in den Gehäusen befindlichen Batteriezellen voneinander unterscheiden. Hierin kann der Begriff „Batteriezelle“ dazu verwendet werden, um eine „galvanische Zelle“ zu bezeichnen. Die galvanische Zelle kann eine einzelne Primär- oder Sekundärzelle sein, die als Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis dienen kann.The battery modules used can be designed in a similar or identical manner, for example have similar or identical housings, or have similar or identical features, for the modular arrangement of the housings. For example, the housing heights can differ from one another as a function of the number of battery cells located in the housings. The term “battery cell” can be used here to denote a “galvanic cell”. The galvanic cell can be a single primary or secondary cell that can serve as a store for electrical energy on an electrochemical basis.
Die Gehäuse der verwendeten Batteriemodule können beispielsweise rechteckig ausgestaltet sein, um bei einer optimalen Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Einbauraums gut stapelbar zu sein. In Beispielen können die Gehäuse, abhängig von dem zur Verfügung stehenden Einbauraum auch anders ausgestaltet sein. Beispielsweise können die Gehäuse auch zylindrisch oder mehreckig, beispielsweise mit mehr als vier Ecken ausgestaltet sein, oder als Mischform mit Rundungen und Ecken ausgestaltet sein.The housings of the battery modules used can, for example, have a rectangular design in order to be easily stackable with optimal use of the available installation space. In examples, the housings can also be designed differently, depending on the installation space available. For example, the housings can also be cylindrical or polygonal, for example with more than four corners, or be designed as a mixed form with curves and corners.
Der Begriff „Durchgangskontakt“ kann hierin verwendet werden, um einen Kontakt des Batteriemoduls zu bezeichnen, beispielsweise einen Pluspol oder einen Minuspol der in dem Batteriemodul angeordneten und verschalteten Batteriezellen. Die Durchgangskontakte sind jeweils an der Oberseite und an der Unterseite des Gehäuses angeordnet. Beispielsweise können die Durchgangskontakte schienenförmig ausgestaltet sein und gerade in einem rechten Winkel zur Oberseite und Unterseite des Gehäuses durch das Gehäuse verlaufen und jeweils einen Kontaktbereich der Durchgangskontakte, der auch als Kontaktabschnitt oder Kontaktfläche bezeichnet werden kann, auf jeweils einer gegenüberliegenden Gehäuseoberfläche auf der Oberseite und der Unterseite angeordnet sein. Die Kontaktbereiche eines Kontaktabschnitts können auf der Oberseite und der Unterseite gleich weit zu den jeweiligen Gehäuseseiten auf den gegenüberliegenden Oberflächen beabstandet auf den Oberflächen angeordnet sein. Beispielsweise können die Kontaktbereiche scheibenförmig ausgestaltet sein und in den Oberflächen des Gehäuses eingebettet sein und/oder zumindest bereichsweise über die Oberflächen hervorstehen. In Beispielen können die Kontaktbereiche als Kontaktfedern ausgeführt sein, um eine sichere elektrische Kontaktierung zu ermöglichen.The term “through contact” can be used here to denote a contact of the battery module, for example a positive pole or a negative pole of the battery cells arranged and interconnected in the battery module. The through contacts are each arranged on the top and on the bottom of the housing. For example, the through contacts can be rail-shaped and run straight through the housing at a right angle to the top and bottom of the housing and each have a contact area of the through contacts, which can also be referred to as a contact section or contact surface, on an opposite housing surface on the top and the Be arranged underside. The contact areas of a contact section can be arranged on the upper side and the lower side at the same distance from the respective housing sides on the opposite surfaces on the surfaces. For example, the contact areas can be designed in the shape of a disk and embedded in the surfaces of the housing and / or protrude at least in areas over the surfaces. In examples, the contact areas can be designed as contact springs in order to enable reliable electrical contact.
Für die erste und zweite Konfiguration können die Batteriemodule direkt aufeinander angeordnet, bzw. gestapelt werden, so dass die Seiten der Gehäuse der Batteriemodule in einer Flucht miteinander liegen. Beispielsweise können die Batteriemodule in einem Gestell oder in einem Ständer entsprechend angeordnet werden, oder ohne Ständer oder Gestell direkt aufeinander angeordnet werden.For the first and second configuration, the battery modules can be arranged or stacked directly on top of one another, so that the sides of the housing of the battery modules are in alignment with one another. For example, the battery modules can be arranged accordingly in a frame or in a stand, or they can be arranged directly on top of one another without a stand or frame.
In der ersten Konfiguration der Batteriemodule ist der erste Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls angepasst mit dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls ist angepasst mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein.In the first configuration of the battery modules, the first through contact of the first battery module is adapted to be connectable to the first through contact of the second battery module and the second through contact of the first battery module is adapted to be connectable to the second through contact of the second battery module.
In der ersten Konfiguration können sich durch das beispielhafte Anordnen der Batteriemodule aufeinander, die jeweiligen ersten Durchgangskontakte und die jeweiligen zweiten Durchgangskontakte miteinander verbinden, um hierdurch eine Parallelschaltung der derart angeordneten Batteriemodule zu ermöglichen. Weiterhin können in der ersten Konfiguration auch noch weitere Batteriemodule mit dem ersten und zweiten Batteriemodul angeordnet, beispielsweise gestapelt werden, wobei jeweils die ersten Durchgangskontakte der Batteriemodule miteinander verbindbar sind und die zweiten Durchgangskontakte der Batteriemodule miteinander verbindbar sind.In the first configuration, by arranging the battery modules on top of one another as an example, the respective first through contacts and the respective second through contacts can connect to one another in order to thereby enable the battery modules arranged in this way to be connected in parallel. Furthermore, further battery modules can also be arranged with the first and second battery modules, for example stacked, in the first configuration, the first through contacts of the battery modules being connectable to one another and the second through contacts of the battery modules being connectable to one another.
In der zweiten Konfiguration der Batteriemodule ist der erste Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls angepasst mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls ist angepasst von dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls isolierbar zu sein.In the second configuration of the battery modules, the first through contact of the first battery module is adapted to be connectable to the second through contact of the second battery module and the second through contact of the first battery module is adapted from the first To be insulated through contact of the second battery module.
Die zweite Konfiguration kann sich beispielsweise von der ersten Konfiguration dadurch unterscheiden, dass die verwendeten Batteriemodule alternierend zueinander um 180° horizontal verdreht angeordnet sein können, um eine Reihenschaltung der derart angeordneten Batteriemodule zu ermöglichen. Hierdurch kann durch eine geeignete Ausgestaltung der Durchgangskontakte, der erste Durchgangskontakt mit dem zweiten Durchgangskontakt, durch ein Anordnen der Batteriemodule aneinander, beispielsweise übereinander, miteinander verbunden werden. In der zweiten Konfiguration kann beispielsweise der erste Durchgangskontakt eines Batteriemoduls über dem zweiten Durchgangskontakt eines anderen Batteriemoduls angeordnet sein.The second configuration can differ from the first configuration, for example, in that the battery modules used can be arranged alternately rotated by 180 ° horizontally in order to enable the battery modules arranged in this way to be connected in series. As a result, by means of a suitable configuration of the through contacts, the first through contact can be connected to the second through contact by arranging the battery modules on top of one another, for example. In the second configuration, for example, the first through contact of one battery module can be arranged above the second through contact of another battery module.
Weiterhin kann in der zweiten Konfiguration der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls von dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls isoliert sein. Die Begriffe „isolierbar“ oder „isoliert“ können hierein verwendet werden, um zu beschreiben, dass der zweite Durchgangskontakt des ersten Batteriemoduls mit dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls nicht elektrisch verbunden ist, bzw. galvanisch von dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls isoliert sein kann.Furthermore, in the second configuration, the second through contact of the first battery module can be isolated from the first through contact of the second battery module. The terms “isolable” or “isolated” can be used here to describe that the second through contact of the first battery module is not electrically connected to the first through contact of the second battery module, or can be galvanically isolated from the first through contact of the second battery module .
Weiterhin können in der zweiten Konfiguration auch noch weitere Batteriemodule mit dem ersten und zweiten Batteriemodul angeordnet, beispielsweise gestapelt werden, wobei jeweils ein erster und ein zweiter Durchgangskontakt, bzw. ein zweiter und ein erster Durchgangskontakt, von zwei Batteriemodulen miteinander verbindbar sind und gleichzeitig die zugehörigen zweiten und ersten Durchgangskontakte, bzw. ersten und zweiten Durchgangskontakte voneinander isolierbar sind. Die Vielzahl von verwendeten Batteriemodule kann hierfür alternierend zueinander um 180° horizontal verdreht angeordnet sein, um eine Reihenschaltung der derart angeordneten Batteriemodule zu ermöglichen.Furthermore, in the second configuration, further battery modules can also be arranged with the first and second battery modules, for example stacked, with a first and a second through contact, or a second and a first through contact, of two battery modules being connectable to one another and at the same time the associated second and first through contacts or first and second through contacts can be isolated from one another. For this purpose, the plurality of battery modules used can be arranged alternately rotated by 180 ° horizontally in order to enable the battery modules arranged in this way to be connected in series.
Beispielsweise kann durch eine asymmetrische Anordnung der ersten und zweiten Durchgangskontakte, bzw. der Kontaktbereiche an den Durchgangskontakten, die auf den gegenüberliegenden Gehäuseoberflächen auf der Oberseite und Unterseite angeordnet sind, derartige erste und zweite Konfigurationen erzeugt werden.For example, through an asymmetrical arrangement of the first and second through contacts, or the contact areas on the through contacts, which are arranged on the opposite housing surfaces on the top and bottom, such first and second configurations can be generated.
Hierbei kann unter einer asymmetrischen Anordnung eine Anordnung der ersten und zweiten Durchgangskontakte oder der Kontaktbereiche der Durchgangskontakte bezüglich einer Mittellinie verstanden werden. Die Mittellinie kann eine Mittelsenkrechte in der Fläche der Oberseite und Unterseite der Gehäuse sein. Die ersten und zweiten Durchgangskontakte oder die Kontaktbereiche der Durchgangskontakte können überlappungsfrei von der Mittellinie angeordnet sein. Auch kann der zweite Durchgangskontakt der Batteriemodule auf der Oberseite oder der Unterseite zumindest einen weiteren Kontaktbereich aufweisen, der elektrisch leitend mit dem Kontaktbereich und benachbart zu dem Kontaktbereich angeordnet ist. Alternativ kann der zweite Durchgangskontakt der Batteriemodule auf der Oberseite oder der Unterseite auch einen vergrößerten Kontaktbereich aufweisen, der auf der Oberseite oder der Unterseite angeordnet ist, zum Verbinden des ersten Durchgangskontakts des ersten Batteriemoduls mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls in der zweiten Konfiguration. Unter dem Begriff „vergrößerter Kontaktbereich“ kann ein Kontaktbereich verstanden werden, mit dem ein elektrischer Kontakt über einen größeren Bereich hergestellt werden kann, als beispielsweise mit dem Kontaktbereich des ersten Durchgangskontakts.Here, an asymmetrical arrangement can be understood to mean an arrangement of the first and second through contacts or the contact areas of the through contacts with respect to a center line. The center line can be a median line in the surface of the top and bottom of the housing. The first and second through contacts or the contact areas of the through contacts can be arranged without overlapping from the center line. The second through contact of the battery modules can also have at least one further contact area on the top or the bottom, which is arranged in an electrically conductive manner with the contact area and adjacent to the contact area. Alternatively, the second through contact of the battery modules on the top or the bottom can also have an enlarged contact area, which is arranged on the top or the bottom, for connecting the first through contact of the first battery module to the second through contact of the second battery module in the second configuration. The term “enlarged contact area” can be understood to mean a contact area with which electrical contact can be established over a larger area than, for example, with the contact area of the first through contact.
Vorteilhaft ergibt sich durch die Möglichkeit des Anordnens in den verschiedenen Konfigurationen ein modular skalierbares Batteriesystem, das den jeweiligen Anforderungen hinsichtlich Strom- und Spannung sehr einfach angepasst und gewartet werden kann. Die Kontaktierung der beschriebenen Batteriemodule ist weiterhin sehr einfach und kostengünstig und der Einsatz weiterer Stromschienen oder Kabel zum elektrischen Verbinden der Batteriemodule entfällt. Weiter vorteilhaft sind mit einem gleichen Batteriemodultyp auf einfache Weise sowohl Reihen- als auch Parallelschaltungen realisierbar.The possibility of arranging them in the various configurations advantageously results in a modular, scalable battery system that can be very easily adapted and maintained to the respective requirements in terms of current and voltage. The contacting of the battery modules described is still very simple and inexpensive, and the use of additional busbars or cables for electrically connecting the battery modules is eliminated. In a further advantageous manner, both series and parallel connections can be implemented in a simple manner with the same type of battery module.
In einem Beispiel weist der erste Durchgangskontakt der Batteriemodule jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Gehäuses gegenüberliegend voneinander angeordnete, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktbereiche auf.In one example, the first through contact of the battery modules has contact areas that are electrically conductively connected to one another and arranged opposite one another on the upper side and the lower side of the housing.
Die Kontaktbereiche des ersten Durchgangskontakts können jeweils gleich weit beabstandet zu den Gehäuseseiten auf den gegenüberliegenden Oberflächen des Gehäuses untereinander angeordnet sein, so dass wenn gleichartig ausgestaltete Batteriemodule aneinander angeordnet, beispielsweise aufeinandergestapelt werden, die Kontaktbereiche des ersten Durchgangskontakts miteinander verbunden sind.The contact areas of the first through contact can each be arranged at the same distance from the housing sides on the opposite surfaces of the housing one below the other, so that if similarly configured battery modules are arranged next to one another, for example stacked on top of one another, the contact areas of the first through contact are connected to one another.
In einem Beispiel weist der zweite Durchgangskontakt der Batteriemodule jeweils auf der Oberseite und der Unterseite gegenüberliegend voneinander angeordnete, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktbereiche auf, und wobei auf der Oberseite oder der Unterseite zumindest ein weiterer Kontaktbereich elektrisch leitend mit dem Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts und benachbart zu dem Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts angeordnet ist, oder ein vergrößerter Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts auf der Oberseite oder der Unterseite angeordnet ist.In one example, the second through contact of the battery modules has electrically conductively connected contact areas arranged opposite one another on the top and the bottom, and at least one further contact area electrically conductive with the contact area of the second through contact and adjacent to it on the top or the bottom the contact area of the second Through contact is arranged, or an enlarged contact area of the second through contact is arranged on the top or the bottom.
Der weitere Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts auf der Oberseite oder der Unterseite kann dem Kontaktbereich bezüglich der Mittellinie gegenüber liegen und kann zu der Mittellinie den gleichen Abstand haben, wie auch der Kontaktbereich.The further contact area of the second through contact on the upper side or the lower side can lie opposite the contact area with respect to the center line and can be at the same distance from the center line as the contact area.
Alternativ hierzu ist ein vergrößerter Kontaktbereich auf der Oberseite oder der Unterseite angeordnet, zum Verbinden des ersten Durchgangskontakts des ersten Batteriemoduls mit dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls in der zweiten Konfiguration. Beispielsweise kann sich der vergrößerte Kontaktbereich über die Mittellinie hinweg erstrecken.As an alternative to this, an enlarged contact area is arranged on the top or the bottom, for connecting the first through contact of the first battery module to the second through contact of the second battery module in the second configuration. For example, the enlarged contact area can extend across the center line.
In einem Beispiel sind der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt symmetrisch um eine gemeinsame Mitte angeordnet, und bevorzugt jeweils in einem Bereich der Seitenflächen des Gehäuses angeordnet.In one example, the first through contact and the second through contact are arranged symmetrically about a common center, and are preferably each arranged in a region of the side surfaces of the housing.
Vorteilhaft können die Durchgangskontakte jeweils an den Seitenflächen, die auch als Seiten der Gehäuse bezeichnet werden können, angeordnet sein. Eine derartige Anordnung ermöglicht ein einfacheres Stapeln der Batteriemodule aufeinander. In weiteren Beispielen können die Durchgangskontakte auch in anderen Bereichen der Gehäuse angeordnet sein. Beispielsweise können die Durchgangskontakte eines Batteriemoduls um eine Mitte des Gehäuses auf einer beliebigen Gehäuseseite angeordnet sein, um ein Anordnen der Batteriemodule übereinander, nebeneinander oder hintereinander zu ermöglichen.The through contacts can advantageously each be arranged on the side surfaces, which can also be referred to as the sides of the housing. Such an arrangement enables the battery modules to be stacked more easily on top of one another. In further examples, the through contacts can also be arranged in other areas of the housing. For example, the through contacts of a battery module can be arranged around a center of the housing on any housing side in order to enable the battery modules to be arranged one above the other, next to one another or one behind the other.
In einem Beispiel sind der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt bezüglich einer Mittellinie, insbesondere einer Mittelsenkrechten, durch die Flächen der Oberseite und Unterseite des Gehäuses beabstandet und überlappungsfrei von der Mittellinie angeordnet.In one example, the first through contact and the second through contact are spaced from the center line with respect to a center line, in particular a center perpendicular, through the surfaces of the top and bottom of the housing and are arranged without overlapping.
Wie bereits zuvor beschrieben, kann durch eine asymmetrische Anordnung der ersten und zweiten Durchgangskontakte, bzw. der Kontaktbereiche an den Durchgangskontakten, die auf den gegenüberliegenden Gehäuseoberflächen auf der Ober- und Unterseite angeordnet sind, eine derartige Anordenbarkeit in der ersten und zweiten Konfigurationen ermöglicht werden.As already described above, an asymmetrical arrangement of the first and second through contacts, or the contact areas on the through contacts, which are arranged on the opposite housing surfaces on the top and bottom, enables such an arrangement in the first and second configurations.
In diesem Beispiel kann die asymmetrische Anordnung durch das beabstandete und überlappungsfreie Anordnen von der Mittellinie ermöglicht werden.In this example, the asymmetrical arrangement can be made possible by the spaced apart and overlap-free arrangement from the center line.
In einem Beispiel sind in der ersten Konfiguration die Batteriemodule mit den jeweiligen ersten und zweiten Durchgangskontakten übereinander angeordnet und in der zweiten Konfiguration sind die Batteriemodule relativ zueinander horizontal verdreht übereinander angeordnet.In one example, the battery modules with the respective first and second through contacts are arranged one above the other in the first configuration and the battery modules are arranged one above the other horizontally rotated relative to one another in the second configuration.
Vorteilhaft können hierdurch, lediglich durch das gezielte Ausrichten der Batteriemodule übereinander, die Batteriemodule in einer Parallel- oder einer Reihenschaltung miteinander elektrisch verbunden werden. Beispielsweise können für eine Reihenschaltung die Batteriemodule, mit ihren ersten und zweiten Durchgangskontakten gleich ausgerichtet, übereinander gestapelt werden. Für eine Parallelschaltung können die Batteriemodule, mit ihren ersten und zweiten Durchgangskontakten jeweils horizontal verdreht zueinander, alternierend ausgerichtet, übereinander gestapelt werden. In einem Beispiel sind in der zweiten Konfiguration die Batteriemodule relativ zueinander horizontal um 180° verdreht übereinander angeordnet. Weiterhin können in Beispielen Mischformen aus einer Reihen- und Parallelschaltung realisiert werden. Beispielsweise können mehrere Module in Reihe geschaltet werden, die dann parallel mit weiteren Modulen verschaltet werden können.As a result, the battery modules can advantageously be electrically connected to one another in a parallel or series circuit merely by specifically aligning the battery modules one above the other. For example, for a series connection, the battery modules, with their first and second through contacts aligned in the same way, can be stacked on top of one another. For a parallel connection, the battery modules, with their first and second through contacts each horizontally rotated with respect to one another, aligned alternately, and stacked on top of one another. In one example, in the second configuration, the battery modules are arranged one above the other rotated horizontally by 180 ° relative to one another. Furthermore, mixed forms of a series and parallel connection can be implemented in examples. For example, several modules can be connected in series, which can then be connected in parallel with other modules.
In einem Beispiel weist zumindest einer der Durchgangskontakte zumindest einen Flachkontakt, insbesondere einen stoßgeschützten Flachkontakt, einen federgelagerten Kontakt, oder einen Steckkontakt auf, wobei der Flachkontakt angepasst ist durch ein Ineinander- und/oder Aneinanderschieben von zumindest zwei Batteriemodulen einen korrespondierenden Flachkontakt an einem korrespondierenden Batteriemodul elektrisch zu kontaktieren.In one example, at least one of the through contacts has at least one flat contact, in particular an impact-protected flat contact, a spring-loaded contact, or a plug contact, the flat contact being adapted by sliding at least two battery modules into one another and / or one against the other to a corresponding flat contact on a corresponding battery module to contact electrically.
Vorteilhaft können an den Kontaktbereichen der Durchgangskontakte, oder anderweitig mit den Durchgangskontakten elektrisch verbunden, jeweils ein Flachkontakt, ein federgelagerter Kontakt, oder ein Steckkontakt angeordnet sein. Hierdurch kann für eine Vielzahl von möglichen Anwendung eine geeignete Kontaktierung der Batteriemodule ermöglicht werden. Beispielsweise können in Anwendungen, in denen Vibrationen auftreten federgelagerte Kontakte verwendet werden, um eine vibrationsbeständige Kontaktierung zu ermöglichen. Auch kann durch eine Anordnung mittels korrespondierender Steckkontakte eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ermöglicht werden. Weiter vorteilhaft können Batteriemodule mit den zuvor beschriebenen Flachkontakten hot-plugfähig ausgestaltet sein, um durch ein Ineinander- und/oder Aneinanderschieben, auch während dem laufenden Betrieb, untereinander austauschbar zu sein. Hierdurch kann weiterhin die Montage erleichtert werden und eine zuverlässige elektrische Kontaktierung ermöglicht werden.A flat contact, a spring-loaded contact, or a plug contact can advantageously be arranged on the contact areas of the through contacts or otherwise electrically connected to the through contacts. In this way, suitable contacting of the battery modules can be made possible for a large number of possible applications. For example, in applications in which vibrations occur, spring-loaded contacts can be used to enable vibration-resistant contact. Reliable electrical contacting can also be made possible by an arrangement by means of corresponding plug-in contacts. Further advantageously, battery modules with the flat contacts described above can be designed to be hot-pluggable in order to be interchangeable by sliding them into one another and / or one against the other, even during ongoing operation. As a result, assembly can also be facilitated and reliable electrical contacting can be made possible.
In einem Beispiel sind an den jeweiligen Oberseiten und Unterseiten der Gehäuse korrespondierende Verbindungselemente angeordnet, insbesondere korrespondierende Verbindungselemente einer Nut-Feder Verbindung, zum Fixieren von zumindest zwei Gehäusen miteinander, oder zum Ineinanderschieben von zumindest zwei Gehäusen.In one example, corresponding connecting elements are arranged on the respective upper and lower sides of the housing, in particular corresponding connecting elements of a tongue and groove connection, for fixing at least two housings to one another, or for sliding at least two housings into one another.
Vorteilhaft kann durch den Einsatz von korrespondierenden Verbindungselementen das Verbinden und Ausrichten der Gehäuse zueinander vereinfacht werden.The use of corresponding connecting elements can advantageously simplify the connection and alignment of the housings with respect to one another.
In einem Beispiel weisen die Gehäuse von zumindest zwei Batteriemodulen aus der Vielzahl von Batteriemodulen unterschiedliche Geometrien auf, insbesondere unterschiedliche Höhen, Breiten und/oder Tiefen.In one example, the housings of at least two battery modules from the plurality of battery modules have different geometries, in particular different heights, widths and / or depths.
Die Geometrien der Gehäuse können sich in Abhängigkeit von der Anzahl der in den Gehäusen angeordneten Batteriezellen voneinander unterscheiden. Beispielsweise können somit Batteriespeicher mit unterschiedlichen Größen, beziehungsweise Speichervolumen, miteinander verbunden werden.The geometries of the housings can differ from one another as a function of the number of battery cells arranged in the housings. For example, battery storage units with different sizes or storage volumes can thus be connected to one another.
In einem Beispiel weisen die Batteriemodule jeweils einen ersten Signalkontakt und einen zweiten Signalkontakt an der Oberseite und an der Unterseite der jeweiligen Gehäuse auf.In one example, the battery modules each have a first signal contact and a second signal contact on the upper side and on the lower side of the respective housing.
Vorteilhaft können die Signalkontakte gleichartig aufgebaut und angeordnet sein, wie bereits die zuvor beschriebenen Durchgangskontakte. Mittels der Signalkontakte können beispielsweise Signale für ein Batteriemanagementsystem zwischen den Batteriemodulen verschickt werden.The signal contacts can advantageously be constructed and arranged in the same way as the through contacts already described above. By means of the signal contacts, for example, signals for a battery management system can be sent between the battery modules.
In einem Beispiel sind der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt als Plus- und Minuspol zumindest eines Batteriemoduls aus der Vielzahl von Batteriemodulen ausgebildet.In one example, the first through contact and the second through contact are designed as plus and minus poles of at least one battery module from the plurality of battery modules.
In einem Beispiel weist das Batteriesystem ein drittes Batteriemodul auf, wobei
- - in der ersten Konfiguration der erste Durchgangskontakt des dritten Batteriemoduls angepasst ist mit dem ersten Durchgangskontakt des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt des dritten Batteriemoduls angepasst ist mit dem zweiten Durchgangskontakt des ersten und/oder zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein, und
- - in einer zweiten Konfiguration der erste Durchgangskontakt des dritten Batteriemoduls angepasst ist von dem zweiten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls isolierbar zu sein und der zweite Durchgangskontakt des dritten Batteriemoduls angepasst ist mit dem ersten Durchgangskontakt des zweiten Batteriemoduls verbindbar zu sein.
- - In the first configuration, the first through contact of the third battery module is adapted to be connectable to the first through contact of the first and / or second battery module and the second through contact of the third battery module is adapted to be connectable to the second through contact of the first and / or second battery module , and
- - In a second configuration, the first through contact of the third battery module is adapted to be isolatable from the second through contact of the second battery module and the second through contact of the third battery module is adapted to be connectable to the first through contact of the second battery module.
Vorteilhaft können in dem Batteriesystem auch mehr als zwei Batteriemodule angeordnet und verschaltet sein.Advantageously, more than two battery modules can also be arranged and connected in the battery system.
In einem Beispiel weist das Batteriesystem zumindest ein Batteriemanagementmodul auf. Beispielsweise kann das Batteriemanagementmodul, wie die zuvor beschriebenen Batteriemodule, Durchgangs- und/oder Signalkontakte aufweisen, zum modularen Anordnen mit zumindest einem Batteriemodul in der Batteriemodulanordnung. Hierbei kann das Batteriemanagementmodul für das Management der in der Batteriemodulanordnung verschalteten Batteriemodule im Hinblick auf die Ladung und Entladung und die Sicherheit sowie für die Leistungsausgabe der verschalteten Batteriemodule verantwortlich sein.In one example, the battery system has at least one battery management module. For example, like the battery modules described above, the battery management module can have through and / or signal contacts for modular arrangement with at least one battery module in the battery module arrangement. In this case, the battery management module can be responsible for the management of the battery modules connected in the battery module arrangement with regard to charging and discharging and safety as well as for the power output of the connected battery modules.
Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Batteriemodul zum modularen Anordnen in einem Batteriesystem, insbesondere in einem hierin beschriebenen Batteriesystem, aufweisend: ein Gehäuse mit einem ersten Durchgangskontakt und einem zweiten Durchgangskontakt, wobei der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt jeweils an einer Oberseite und an einer Unterseite des Gehäuses angeordnet sind, und wobei der erste Durchgangskontakt und der zweite Durchgangskontakt bezüglich einer Mittellinie, insbesondere einer Mittelsenkrechten, durch die Fläche der Ober- und Unterseite des Gehäuses beabstandet und überlappungsfrei von der Mittellinie zueinander angeordnet sind.The invention also relates to a battery module for modular arrangement in a battery system, in particular in a battery system described herein, comprising: a housing with a first through contact and a second through contact, the first through contact and the second through contact each on an upper side and on one Underside of the housing are arranged, and wherein the first through contact and the second through contact with respect to a center line, in particular a center perpendicular, are spaced apart by the surface of the top and bottom of the housing and are arranged without overlapping from the center line.
In einem Beispiel weist der erste Durchgangskontakt jeweils auf der Oberseite und der Unterseite des Gehäuses gegenüberliegend voneinander angeordnete, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktbereiche auf; und
der zweite Durchgangskontakt weist jeweils auf der Oberseite und der Unterseite gegenüberliegend voneinander angeordnete, elektrisch leitend miteinander verbundene Kontaktbereiche auf, und wobei auf der Oberseite oder der Unterseite zumindest ein weiterer Kontaktbereich elektrisch leitend mit dem Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts und benachbart zu dem Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts angeordnet ist, oder ein vergrößerter Kontaktbereich des zweiten Durchgangskontakts auf der Oberseite oder der Unterseite angeordnet ist.In one example, the first through contact has contact areas which are arranged opposite one another and are electrically conductively connected to one another on the upper side and the lower side of the housing; and
The second through contact has contact areas that are arranged opposite one another and are electrically conductively connected to one another on the top and the bottom, and at least one further contact area is electrically conductive with the contact area of the second through contact and adjacent to the contact area of the second through contact on the top or the bottom is arranged, or an enlarged contact area of the second through contact is arranged on the top or the bottom.
Der der Erfindung zugrunde liegende Gedanke soll nachfolgend anhand von in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen:
-
1A ,1B schematische Ansichten aus dem Stand der Technik bekannter Batteriesysteme; -
2 eine schematische Ansicht eines Batteriemoduls gemäß einer Ausführungsform; -
3 eine schematische Ansicht eines Batteriesystems mit parallel geschalteten Batteriemodulen gemäß einer Ausführungsform; -
4 eine schematische Ansicht eines Batteriesystems mit in Reihe geschalteter Batteriemodule gemäß einer Ausführungsform; und -
5 eine schematische Ansicht eines Batteriesystems mit in Reihe geschalteter Batteriemodule gemäß weiterer Ausführungsformen.
-
1A ,1B schematic views of battery systems known from the prior art; -
2 a schematic view of a battery module according to an embodiment; -
3 a schematic view of a battery system with battery modules connected in parallel according to an embodiment; -
4th a schematic view of a battery system with series-connected battery modules according to an embodiment; and -
5 a schematic view of a battery system with series-connected battery modules according to further embodiments.
Die
Die Batteriemodule
Abhängig von der gewünschten Schaltung werden im Stand der Technik die gezeigten Pluspole
Allerdings ist, wie bereits zuvor beschreiben, für die Montage der in den
Zur verbesserten Darstellung sind zwei gegenüberliegende Seitenflächen des Gehäuses
Der erste Durchgangskontakt
Der erste Durchgangskontakt
Der zweite Durchgangskontakt
Die in
In der in
In
Wie gezeigt, sind die Batteriemodule
Durch ein gleichmäßiges Anordnen der Batteriemodule
In der in
In der zweiten Konfiguration ist der erste Durchgangskontakt
Weiterhin zeigt
Wie in der
Die gezeigten Batteriemodule
Weiterhin weisen in der gezeigten Ausführungsform die Batteriemodule
Auch wird beispielhaft ein vergrößerter Kontaktbereich
In der gezeigten Ausführungsform ist das Gehäuse
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 101101
- Batteriesystem aus dem Stand der TechnikState of the art battery system
- 103A - 103C103A-103C
- Batteriemodule aus dem Stand der Technik State-of-the-art battery modules
- ++
- PluspolPositive pole
- --
- Minuspol Negative pole
- 11
- BatteriesystemBattery system
- 3A - 3C3A-3C
- BatteriemodulBattery module
- 55
- Gehäusecasing
- 7A, 7B7A, 7B
- erster, zweiter Durchgangskontaktfirst, second through contact
- 9A9A
- OberseiteTop
- 9B9B
- Unterseitebottom
- 11A, 11B11A, 11B
- Kontaktbereiche des ersten DurchgangskontaktsContact areas of the first through contact
- 13, 13A - 13C13, 13A-13C
- Kontaktbereiche des zweiten DurchgangskontaktsContact areas of the second through contact
- 15A, 15B15A, 15B
- VerbindungselementeFasteners
- 17A, 17B17A, 17B
- SignalkontakteSignal contacts
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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