DE102020121878A1 - Zellmodul für eine Hochvoltbatterie sowie Verfahren zu dessen Herstellung und Verwendung - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung stellt ein Zellmodul (10) für eine Hochvoltbatterie mit den folgenden Merkmalen bereit: Das Zellmodul (10) umfasst einseitig gepolte Rundzellen (11) und einen gemeinsamen Zellrahmen (12) mit Zellverbindern (15); der Zellrahmen (12) verbindet die Zellverbinder (15) in einer vorgegebenen Anordnung; und die Zellverbinder (15) sind für eine Niedervoltkontaktierung (13) der Rundzellen (11) eingerichtet.Die Erfindung stellt ferner entsprechende Verfahren zu Herstellung und Verwendung dieses Modules sowie eine entsprechende Hochvoltbatterie bereit.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellmodul für eine Hochvoltbatterie. Die vorliegende Erfindung betrifft darüber hinaus entsprechende Verfahren zu Herstellung und Verwendung dieses Modules sowie eine entsprechende Hochvoltbatterie.
  • Stand der Technik
  • EP 2 597 701 A1 offenbart ein zweiteiliges Batteriegehäuse mit einer an der Innenfläche des ersten Teils befestigten Leiterplatte und einem auf dessen Oberfläche freiliegenden Befestigungsmechanismus.
  • WO 2020/041585 A1 beschreibt eine Leiterplattenanordnung zur elektrischen Verbindung der Zellen eines Batteriepakets für ein Elektrofahrzeug. Die Anordnung umfasst zwei Arten von Leiterplatten, die jeweils durch eine Vielzahl von Sicherungen mit den Zellen verbunden sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die Erfindung stellt ein Zellmodul für eine Hochvoltbatterie, entsprechende Verfahren zu Herstellung und Verwendung dieses Modules sowie eine Hochvoltbatterie mit einem solchen Modul gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereit.
  • Ein Vorzug dieser Lösung liegt in der flexiblen Anbindung der Zellen zur Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben. So kann das Zellmodul Zellverbinder mit doppelter Stanzrosette umfassen, entlang derer der jeweilige Verbinder in seine vorgesehene Endlage verschoben wird, um Fertigungstoleranzen auszugleichen.
  • Ferner kann der Zellrahmen aus einem Spritzguss mit vorgeprägten Zellverbindersitzen und einem Materialauftrag für die Doppelrosette gefertigt werden, der einen Schmelzzapfen einschließt. Der Herstellungsprozess des gesamten Zellmoduls und der Batterie lässt sich auf diese Weise stark beschleunigen.
  • Des Weiteren können der Zellrahmen und die Zellverbinder derart komplementär zueinander geformt sein, dass letztere in den Zellverbindersitzen auf den Rundzellen und dazwischen auf dem Zellrahmen aufliegen. Durch diese Ausführung des flexiblen Zellrahmens wird eine Distanz für die Verschaltung der Zellen geschaffen, die ohne zusätzliche Isolierung einen Kurzschluss vermeiden hilft.
  • Ein solcher Zellrahmen mag unabhängig von den Zellen zusammengebaut und der Linienfertigung als vollständige Baugruppe zum Fügen an die Zellen geliefert werden. Durch diesen Zusammenbau im Rahmen einer Vormontage können die Fertigungskosten von Zellmodul und Hochvoltbatterie signifikant reduziert werden.
  • Figurenliste
  • Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben.
    • 1 zeigt eine einseitig gepolte Rundzelle.
    • 2 zeigt einen Zellrahmen mit hervorgehobener Niedervoltkontaktierung.
    • 3 zeigt eine Einzelheit 14 des Zellrahmens gemäß 2.
    • 4 zeigt das Einlegen gestanzter Zellverbinder in vorgeprägte Zellverbindersitze.
    • 5 zeigt die Schmelzzapfenfixierung an der Stanzrosette eines Zellverbinders.
    • 6 zeigt die Distanz zwischen Zellverbindern und Zellen zwischen den Zellverbindersitzen.
    • 7 zeigt den zum Fügen an die Zellen bereiten Zellrahmen im Zusammenbau.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 illustriert eine einseitig gepolte Rundzelle (11) für eine in ihrer Gesamtheit nicht dargestellte Hochvoltbatterie, die als mobiler elektrischer Energiespeicher in Gestalt einer Traktions- oder Antriebsbatterie zum Antrieb eines Elektrofahrzeuges dienen kann.
  • Wie 2 veranschaulicht, umfasst ein erfindungsgemäßes Zellmodul (10) eine Vielzahl solcher einseitig gepolter Rundzellen (11) und einen gemeinsamen Zellrahmen (12) mit Zellverbindern aus Kupfer oder Aluminium, die von ersterem in einer vorgegebenen Anordnung verbunden sind, um die abbildungsgemäße Niedervoltkontaktierung (13) der Rundzellen (11) zu ermöglichen.
  • Die Detaildarstellung gemäß 3 beleuchtet dieses Anbindungskonzept genauer: Der Zellrahmen (12 - 2) ist für eine Langloch-Schmelzzapfenfixierung (16) der Zellverbinder (15) eingerichtet, nahe welcher die in 2 markierte Niedervoltkontaktierung (13) vorgesehen ist und eine einfache Strom-, Spannungs- und Temperaturmessung gestattet.
  • Die weiteren Zeichnungen beleuchten Herstellung und Verwendung eines solchen Zellmodules (10):
    • Die gestanzten und mit einer Stanzrosette (18) versehenen Zellverbinder (15) werden zunächst in die vorgeprägten Zellverbindersitze (17) des aus Spritzguss gefertigten Zellrahmens (12) eingelegt (1 - 4).
  • Nach dem Einlegen (1) können die Zellverbinder (15) bei Bedarf entlang der Stanzrosette (18) in ihre vorgesehene Endlage verschoben werden, um etwaige Fertigungstoleranzen einzugrenzen. In dieser Lage werden sie schließlich durch Aufschmelzen des die Stanzrosette (18) durchragenden Schmelzzapfens am Zellrahmen (12) befestigt (2 - 5), sodass die Schmelzzapfenfixierung (16) die Zellverbinder (15) dauerhaft in deren Zellverbindersitzen (17) zu fixieren vermag.
  • Die zueinander komplementäre Formgebung von Zellrahmen (12) und Zellverbindern (15) ist so gewählt, dass in dieser Einbauposition mittels der Niedervoltkontaktierung (13) Strom, Spannung und Temperatur gemessen werden können, während die Zellverbinder (15) in den Zellverbindersitzen (17) auf den Rundzellen (11) aufliegen, zwischen den Zellverbindersitzen (17) gleichwohl der Zellrahmen (12) einen ausreichenden Abstand gewährleistet (3 - 6).
  • 7 zeigt den resultierenden Zusammenbau, der zum Beispiel einer Linienfertigung als vollständige Baugruppe zum Fügen an die Zellen bereitgestellt werden kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2597701 A1 [0002]
    • WO 2020/041585 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Zellmodul (10) für eine Hochvoltbatterie, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - das Zellmodul (10) umfasst einseitig gepolte Rundzellen (11) und einen gemeinsamen Zellrahmen (12) mit Zellverbindern (15), - der Zellrahmen (12) verbindet die Zellverbinder (15) in einer vorgegebenen Anordnung und - die Zellverbinder (15) sind für eine Niedervoltkontaktierung (13) der Rundzellen (11) eingerichtet.
  2. Zellmodul (10) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Zellrahmen (12) ist für eine Schmelzzapfenfixierung (16) der Zellverbinder (15) eingerichtet und - die Niedervoltkontaktierung (13) ist nahe der Schmelzzapfenfixierung (16) vorgesehen.
  3. Zellmodul (10) nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - der Zellrahmen (12) weist vorgeprägte Zellverbindersitze (17) auf und - die Schmelzzapfenfixierung (16) fixiert die Zellverbinder (15) in den Zellverbindersitzen (17).
  4. Zellmodul (10) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Zellverbinder (15) weisen jeweils eine Stanzrosette (18) auf und - die Schmelzzapfenfixierung (16) ist an der Stanzrosette (18) vorgesehen.
  5. Zellmodul (10) nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eines der folgenden Merkmale: - die Zellverbinder (15) sind aus Kupfer oder - die Zellverbinder (15) sind aus Aluminium.
  6. Zellmodul (10) nach Anspruch 4 oder 5, gekennzeichnet durch folgendes Merkmal: - der Zellrahmen (12) und die Zellverbinder (15) sind derart komplementär zueinander geformt, dass die Zellverbinder (15) in den Zellverbindersitzen (17) auf den Rundzellen (11) und zwischen den Zellverbindersitzen (17) auf dem Zellrahmen (12) aufliegen (3).
  7. Verfahren zur Herstellung eines Zellmodules (10) nach einem der Ansprüche 4 bis 6, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - die Zellverbindersitze (17) werden geprägt, während der Zellrahmen (12) aus einem Spritzguss gefertigt wird und - die Zellverbinder (15) werden gestanzt und in die Zellverbindersitze (17) eingelegt (1).
  8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch folgende Merkmale: - nach dem Einlegen (1) werden die Zellverbinder (15) bedarfsweise entlang der Stanzrosette (18) in eine vorgesehene Endlage verschoben und - in der Endlage werden die Zellverbinder (15) durch die Schmelzzapfenfixierung (16) am Zellrahmen (12) befestigt (2).
  9. Verwendung eines Zellmodules (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden Merkmale: - mittels der Niedervoltkontaktierung (13) wird ein Strom gemessen, - mittels der Niedervoltkontaktierung (13) wird eine Spannung gemessen oder - mittels der Niedervoltkontaktierung (13) wird eine Temperatur gemessen.
  10. Hochvoltbatterie mit einem Zellmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
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