DE102020209492A1 - Beheiztes Batteriemodul - Google Patents

Beheiztes Batteriemodul Download PDF

Info

Publication number
DE102020209492A1
DE102020209492A1 DE102020209492.6A DE102020209492A DE102020209492A1 DE 102020209492 A1 DE102020209492 A1 DE 102020209492A1 DE 102020209492 A DE102020209492 A DE 102020209492A DE 102020209492 A1 DE102020209492 A1 DE 102020209492A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery
electrical resistance
battery module
heating element
resistance heating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102020209492.6A
Other languages
English (en)
Inventor
Benjamin Kopp
Markus Schmitt
Christian Loew
Roman Marx
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102020209492.6A priority Critical patent/DE102020209492A1/de
Priority to CN202110850067.4A priority patent/CN114006085A/zh
Priority to US17/443,658 priority patent/US20220037719A1/en
Publication of DE102020209492A1 publication Critical patent/DE102020209492A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/615—Heating or keeping warm
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/657—Means for temperature control structurally associated with the cells by electric or electromagnetic means
    • H01M10/6571—Resistive heaters
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings, jackets or wrappings of a single cell or a single battery
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/213—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for cells having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/249—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders specially adapted for aircraft or vehicles, e.g. cars or trains
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/258—Modular batteries; Casings provided with means for assembling
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Abstract

Es wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (14), insbesondere wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batteriezellen beschrieben, welche jeweils ein Batteriezellgehäuse (16), umfassend eine das Zellinnere umgebende Mantelfläche, eine Boden- und eine Deckelfläche, aufweist, wobei die Mantelfläche und/oder die Bodenfläche der Batteriezellgehäuse (16) in physischem Kontakt mit einer elektrischen Widerstandsheizung (30) steht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Betrieb desselben und dessen Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche.
  • Stand der Technik
  • Übliche Batterien im Bereich der Elektromobilität umfassen eine Mehrzahl an Batteriezellen, welche beispielsweise zu einem Zellstapel gruppiert und elektrisch miteinander verschaltet werden. Derartige Zellstapel werden abschließend in ein entsprechendes Batteriegehäuse eingefügt. Bedingt durch elektrochemische Wandlungsprozesse innerhalb der Batteriezellen erwärmen sich insbesondere Lithiumionen - und Lithiumpolymer-Batteriezellen vor allem bei einer schnellen Energieabgabe bzw. -aufnahme in Batteriesystemen stark. Je leistungsfähiger ein aus den Batteriezellen gebildeter Batteriepack ist, desto größer ist die entsprechende Freisetzung an Wärme und desto mehr bedarf es eines effizienten aktiven Thermomanagementsystems.
  • Neben einer effizienten Kühlung der Batteriezellen ist jedoch zunehmend auch die Möglichkeit von Bedeutung, Zellen insbesondere bei niedrigen Temperaturen unter 10°C erwärmen zu können, da sie bei diesen Temperaturen nur bedingt geladen werden können, weil sonst die Gefahr eines sogenannten Lithium-Platings besteht. Soll eine volle Energieaufnahme der Batteriezellen gewährleistet sein, bedarf es einer aktiven Aufheizung der Batteriezellen, um die Batteriezellen auf ein ausreichend hohes Temperaturniveau zu bringen.
  • Die Temperierung von Batteriezellen geschieht heute üblicherweise durch eine Flüssigkeitstemperierung mit Wasser-Glycol-Gemischen. Dabei wird ein entsprechendes Fluid durch Kanäle eines beispielsweise unterhalb des Stapels aus Batteriezellen angeordneten Kühlelementes geleitet. Dieses Kühlelement ist Bestandteil eines entsprechenden Kühlkreislaufs.
  • Diesbezüglich ist aus der DE 10 2015 010 925 A1 und der DE 10 2011 104 000 A1 bekannt, Batterien mit einer Zellverbindereinheit und/oder einer Zellspannungsabgriffseinheit zu versehen, welche eine Temperiereinheit umfasst oder in wärmeleitendem Kontakt mit einer derartigen Einheit steht.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriemodul, ein Verfahren zum Betrieb desselben und dessen Verwendung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche.
  • Vorteile der Erfindung
  • So wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen, bei denen es sich beispielsweise um wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batteriezellen oder LithiumPolymer-Batteriezellen handelt, und mit einem elektrischen Widerstandsheizelement vorgesehen. Die jeweiligen Batteriezellen umfassen ein Batteriezellgehäuse, welches jeweils eine bspw. umlaufende Mantelfläche sowie eine Bodenfläche und eine Deckelfläche umfasst. Die Mantelfläche und/oder die Bodenfläche des Batteriezellgehäuses stehen in physischem Kontakt mit dem elektrischen Widerstandsheizelement.
  • Der besondere Vorteil dieser Maßnahme besteht darin, dass ein elektrisches Widerstandsheizelement wesentlich weniger Bauraum innerhalb eines Batteriemoduls beansprucht als ein Temperierelement, das beispielsweise auf dem Durchfluss eines Temperiermittels beruht. Aufgrund des direkten physischen Kontaktes des elektrischen Widerstandsheizelements mit geeigneten Bereichen des Batteriezellgehäuses, wie insbesondere der Mantelfläche bzw. Bodenfläche des Batteriezellgehäuses, können entscheidende Bereiche des Batteriezellgehäuses und damit der Batteriezelle einer raschen und wirkungsvollen Temperierung bzw. Aufheizung unterworfen werden. Insbesondere ist dabei die zielgerichtete Erwärmung der Elektroden einer Batteriezelle von Bedeutung und somit ist eine Erwärmung der Mantelfläche einer Batteriezelle besonders wirkungsvoll.
  • Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • So ist es von Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement flächig, insbesondere in Form eines Bandes oder einer Heizmatte ausgeführt ist. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass größere Flächenbereiche einer oder mehrerer Batteriezellen des Batteriemoduls einer gleichmäßigen Erwärmung unterworfen werden können.
  • Weiterhin ist von Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement in seiner Längserstreckung flexibel ausgeführt ist. Da grundsätzlich Batteriezellen im Betrieb periodischen Volumenänderungen unterworfen sind, kommt es zu einem Anschwellen des entsprechenden Batteriezellgehäuses und - bei Fixierung des insbesondere flächigen elektrischen Widerstandselements auf der Oberfläche des Batteriezellgehäuses - zu mechanischen Spannungen innerhalb desselben. Ist das elektrische Widerstandsheizelement in seiner Längserstreckung flexibel ausgeführt, so kann es die periodischen Volumenänderungen des Batteriezellgehäuses mitvollziehen ohne Ablösung von dessen Oberfläche.
  • Dazu kann das elektrische Widerstandsheizelement oder wenigstens mindestens ein elektrischer Widerstandsleiter des elektrischen Widerstandsheizelements gewellt ausgeführt sein oder geeignete Schlaufen umfassen, derart, dass bei einer Streckung des elektrischen Widerstandsheizelementes die gewellten Bereiche der als Schlaufen ausgeführten Bereiche des elektrischen Widerstandsheizelements als Flexibilitätsreserve dienen und bei einer Volumenvergrößerung der Batteriezelle von einem gewellten bzw. schlaufenförmigen Zustand in einen ebenen bzw. gestreckten Zustand zumindest teilweise überführt werden.
  • So ist weiterhin von Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement in Form einer Heizmatte ausgeführt ist, welche mindestens einen elektrischen Widerstandsheizleiter in Form eines Diagonalgewebes enthält. Der Vorteil eines Diagonalgewebes besteht darin, dass bei einer Längsstreckung desselben die Gewebemaschen zwar verformt werden, jedoch in der Lage sind, der Längsdehnung flexibel folgen zu können.
  • Auch ist von Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement auf Außenflächen des Batteriezellgehäuses der Mehrzahl an Batteriezellen aufgeklebt ist. Der Vorteil dieser Maßnahme besteht in einer einfachen und wirkungsvollen Fixierung des elektrischen Widerstandsheizelements auf der Oberfläche mindestens einer Batteriezelle. Weiterhin kann über die Schichtdicke des Klebstoffauftrags eine Egalisierung möglicher Fertigungstoleranzen des Batteriezellenstapels erfolgen.
  • Darüber hinaus ist von Vorteil, wenn ein elektrischer Widerstandsleiter des elektrischen Widerstandsheizelements beispielsweise in Form einer flexiblen Leiterplatte ausgeführt ist, welche auch als flexible printed circuit (FPC) bezeichnet wird oder in Form eines flexiblen Flachkabels, auch bezeichnet als flexible flat cable (FFC).
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die Batteriezellen des Batteriemoduls in Form eines Batteriezellenstapels angeordnet, wobei die Batteriezellen des Batteriezellenstapels mittels eines Spannbands relativ zueinander ortsfest fixiert sind. Dabei kann das Spannband des Batteriemoduls als elektrisches Widerstandsheizelement ausgeführt sein oder dieses umfassen. Der Vorteil dieser Ausführungsform besteht darin, dass kein zusätzliches neues Bauteil für das Batteriemodul vorgesehen werden muss, was zu einer besonders platzsparenden Ausführungsform des Batteriemoduls führt.
  • Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist das elektrische Widerstandsheizelement zumindest abschnittsweise zwischen zwei Batteriezellen des Batteriemoduls angeordnet, welche aneinandergrenzen und Bestandteil eines Batteriezellenstapels des Batteriemoduls sind. Dies ermöglicht auch die Erwärmung von Großflächen bzw. Mantelflächen der jeweiligen Batteriezellen, und somit eine besonders effektive Erwärmung der entsprechenden Batteriezellen.
  • Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weisen die Batteriezellen des Batteriemoduls jeweils ein zylindrisches Batteriezellgehäuse auf. In diesem Fall ist von besonderem Vorteil, wenn das elektrische Widerstandsheizelement Mantelflächen der Batteriezellen zumindest weitgehend, insbesondere vollständig umfasst. Dies führt zu einer besonders effektiven Erwärmung von Batteriezellen dieses Batteriezelltyps.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb des erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Dabei wird beispielsweise die Realtemperatur des Batteriemoduls bestimmt und mit einer Solltemperatur des Batteriemoduls verglichen. Weiterhin wird überprüft, ob das Batteriemodul gerade in einem Betriebszustand oder in einem Ruhezustand ist. Befindet sich das Batteriemodul in einem Betriebszustand und liegt die aktuelle Realtemperatur des Batteriemoduls unter der vorgegebenen Solltemperatur, so wird das elektrische Widerstandsheizelement des Batteriemoduls eingeschaltet und die Batteriezellen des Batteriemoduls werden erwärmt.
  • Das erfindungsgemäße Batteriemodul findet vorteilhafterweise Anwendung in elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen, wie batterieelektrischen Fahrzeugen, Brennstoffzellenfahrzeugen, Hybrid- oder Plug-in-Hybridfahrzeugen, in Batteriemodulen für Küchengeräte oder Heimwerkergeräte sowie in stationären Speichern für insbesondere regenerativ erzeugte elektrische Energie.
  • Figurenliste
  • Voreilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung ausführlich beschrieben. Es zeigt:
    • 1a bis 1d schematische Darstellungen von Varianten eines Batteriemoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 2 die schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
    • 3 die schematische Darstellung eines Batteriemoduls gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
    • 4 schematisch den Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb eines Batteriemoduls gemäß erster, zweiter oder dritter Ausführungsform.
  • In den 1a bis 1d sind unterschiedliche Varianten eines Batteriemoduls gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Das Batteriemodul 10 umfasst in einem nicht dargestellten Gehäuse einen Batteriezellenstapel 12, welcher eine Mehrzahl an Batteriezellen 14 umfasst. Die Batteriezellen 14 weisen beispielsweise ein prismatisches Batteriezellgehäuse 16 auf und bilden den Batteriezellenstapel 12, wobei die Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14 jeweils mit ihren Großflächen in physischem Kontakt zu einer benachbarten Batteriezelle 14 stehen. Die Batteriezellen 14 weisen ihrerseits an den Deckelflächen ihrer Batteriezellgehäuse 16 Batteriezellterminals 18 sowie bspw. eine Expansionsöffnung 20 und eine Elektrolytbefüllöffnung 22 auf. Die prismatischen Batteriezellgehäuse 16 weisen jeweils eine Mantelfläche auf, welche die vertikal angeordneten Begrenzungsflächen des Batteriezellgehäuses 16 jeweils umfasst, sowie eine Deckelfläche und eine Bodenfläche.
  • Zur Erwärmung der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 ist weiterhin ein elektrisches Widerstandsheizelement 30 vorgesehen. Dieses ist beispielsweise flächig ausgeführt und kann beispielsweise in Form einer Heizmatte, einer flexiblen Leiterplatte (FCP) oder als Trägerfolie, umfassend ein flexibles Flachbandkabel (FFC) ausgeführt sein.
  • Um eine möglichst effektive Erwärmung der Mehrzahl an Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 zu gewährleisten, ist das elektrische Widerstandsheizelement 30 beispielsweise an einer Außenfläche des Batteriezellenstapels 12, insbesondere in dessen Längsrichtung angebracht. Eine derartige Variante eines Batteriemoduls 10 ist in 1a dargestellt.
  • Dabei kann das elektrische Widerstandsheizelement 30 beispielsweise auf die Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 aufgeklebt sein. Dabei ist vorteilhafterweise die Schichtdicke der Klebstoffschicht so bemessen, dass fertigungsbedingte Abweichungen in der Positionierung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12 ausgeglichen werden und das elektrische Widerstandsheizelement 30 vollflächig in wärmeleitendem Kontakt mit den Batteriezellgehäusen 16 der Batteriezellen 14 steht. Vorteilhafterweise wird als Klebstoff ein wärmeleitender Klebstoff, beispielsweise mit metallischen Füllstoffpartikeln verwendet. Das elektrische Widerstandsheizelement 30 kann beispielsweise oberhalb eines Verspannbandes 24 des Batteriemoduls 10 angeordnet sein, wie in 1a dargestellt, oder unterhalb des Verspannbandes 24, wie in 1b dargestellt.
  • Das Verspannband 24 dient dabei der Verspannung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12, um eine ortsfeste Fixierung der Batteriezellen 14 innerhalb des Batteriezellenstapels 12 zu erreichen. Eine weitere Alternative besteht darin, zwei elektrische Widerstandsheizelemente 30 vorzusehen, wobei eines oberhalb und eines unterhalb des Verspannbandes 24 positioniert ist. Eine derartige Variante des erfindungsgemäßen Batteriemoduls ist in 1c dargestellt.
  • Kann aufgrund der Konstruktion des Batteriezellenstapels 12 auf die Verwendung eines Verspannbandes 24 verzichtet werden, so kann - wie in 1d dargestellt - das elektrische Widerstandselement eine Seitenfläche des Batteriezellenstapels 12 weitgehend oder sogar vollständig bedecken. Alternativ ist es möglich, die in den 1a bis 1d exemplarisch dargestellten, nur eine Großfläche des Batteriezellenstapels 12 zumindest teilweise bedeckenden elektrische Widerstandsheizelemente 30 so auszuführen, dass diese zusätzlich Stirnseiten des Batteriezellenstapels 12 oder weiter zusätzlich auch eine zweite Großfläche des Batteriezellenstapels 12 teilweile oder ganz bedecken. Auf diese Weise lässt sich das Auftreten von thermischen Spannungen innerhalb der Batteriezellen 14 des Batteriezellenstapels 12 wirkungsvoll verhindern.
  • Eine weitere Alternative besteht darin, das Verspannband 24 selbst als elektrisches Widerstandsheizelement 30 auszuführen. Dazu kann dieses entweder selbst als elektrisches Widerstandheizelement 30 ausgeführt sein oder dieses enthalten. Dazu kann das Verspannband 24 beispielsweise elektrische Widerstandsleiter enthalten, welche an eine geeignete externe Stromquelle angeschlossen sind.
  • Generell ist das elektrische Widerstandsheizelement 30 an eine externe Stromquelle angeschlossen oder steht in stromleitendem Kontakt mit Batteriezellen 14 des Batteriemoduls 10. Weiterhin weist das Batteriemodul 10 beispielsweise eine Temperaturmesseinheit zur Bestimmung der Realtemperatur innerhalb des Batteriemoduls 10 auf. Darüber hinaus ist eine nicht dargestellte Steuerungsvorrichtung zum Betrieb des elektrischen Widerstandsheizelementes 30 vorgesehen, mittels der das elektrische Widerstandsheizelement 30 in Betrieb genommen oder auch abgeschaltet werden kann.
  • In 2 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten bezeichnen wie in den 1a bis 1d.
  • Hierbei ist das Batteriemodul 10 in einer Aufsicht dargestellt. Bei diesem Ausführungsbeispiel ist das elektrische Widerstandsheizelement 30 bandförmig ausgeführt und im Zickzack jeweils um die Mantelflächen der Batteriezellgehäuse 16 des Batteriezellenstapels 12 herumgeführt. In diesem Fall steht das elektrische Widerstandsheizelement 30 auch in thermischem Kontakt mit den Großflächen der Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14. Auf diese Weise wird eine noch bessere thermische Erwärmung der Batteriezellen 14 erreicht.
  • Eine dritte Ausführungsform eines Batteriemoduls 10 gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 3 dargestellt. Auch hier bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Bauteilkomponenten wie in den vorhergehenden Figuren.
  • Das Batteriemodul 10 gemäß dritter Ausführungsform umfasst eine Mehrzahl von Batteriezellen 14, welche jeweils zylindrische Batteriezellgehäuse 16 aufweisen. In diesem Fall ist es von Vorteil, wenn eines oder mehrere elektrische Widerstandsheizelemente 30 vorgesehen sind, welche beispielsweise die Mantelflächen der jeweils zylindrischen Batteriezellgehäuse 16 zumindest partiell, idealerweise vollständig umgeben. 3 zeigt hier exemplarisch eine Aufsicht auf eine Mehrzahl von Batteriezellen 14, wobei das jeweils flächig ausgeführte elektrische Widerstandsheizelement 30 entlang der Mantelflächen der zylindrischen Batteriezellgehäuse 16 der Batteriezellen 14 an die Oberflächenkontur der zylindrischen Batteriezellgehäuse 16 angepasst in gewellter Form eingefügt ist. Auch dies ermöglicht eine effektive Erwärmung zylindrischer Batteriezellen 14 innerhalb eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 10.
  • In 4 ist schematisch der Ablauf eines Verfahrens zum Betrieb des erfindungsgemäßen Batteriemoduls dargestellt.
  • Im Rahmen des Betriebsverfahrens wird zunächst in einem ersten Schritt 40 überprüft, ob das entsprechende erfindungsgemäße Batteriemodul sich in einem Betriebszustand oder in einem Ruhezustand befindet. Wird in einem ersten Schritt 40 festgestellt, dass sich das Batteriemodul in einem Ruhezustand befindet, so wird der erste Schritt 40 nach einer vorgegebenen Zeitperiode wiederholt. Wird festgestellt, beispielsweise von einer Steuereinheit, dass sich das Batteriemodul in einem Betriebszustand befindet, so wird in einem zweiten Schritt 42 überprüft, ob sich die Realtemperatur des Batteriemoduls unter einer vorgegebenen Solltemperatur des Batteriemoduls befindet. Ist dies nicht der Fall, so wird nach einer weiteren vorgegebenen Wartezeit der erste Schritt 40 wiederholt.
  • Wird im Schritt 42 festgestellt, dass die Realtemperatur des Batteriemoduls unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur liegt, so wird in einem dritten Schritt 44 dieses über eine Steuereinheit des elektrischen Widerstandsheizelements in Betrieb genommen und eine Erwärmung des Batteriemoduls bewirkt. Nach einer weiteren vorgegebenen Zeitdauer wird der dritte Schritt 44 erneut durchgeführt und - bei Feststellung, dass die Realtemperatur des Batteriemoduls gleich oder über der vorgegebenen Solltemperatur liegt - zum ersten Schritt 40 zurückgekehrt. Liegt die Temperatur des Batteriemoduls weiterhin unterhalb der vorgegebenen Solltemperatur des Batteriemoduls, so wird nach einer weiteren vorgegebenen Zeitdauer der dritte Schritt 44 erneut wiederholt.
  • 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
    • DE 102015010925 A1 [0005]
    • DE 102011104000 A1 [0005]

Claims (12)

  1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (14), insbesondere wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batteriezellen, welche jeweils ein Batteriezellgehäuse (16), umfassend eine das Zellinnere umgebende Mantelfläche, eine Boden- und eine Deckelfläche, aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mantelfläche und/oder die Bodenfläche der Batteriezellgehäuse (16) in physischem Kontakt mit einer elektrischen Widerstandsheizung (30) steht.
  2. Batteriemodul gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) flächig ausgeführt ist, insbesondere bandförmig oder in Form einer Heizmatte.
  3. Batteriemodul gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) in seiner Längserstreckung flexibel ausgeführt ist, insbesondere dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) oder ein elektrischer Widerstandsleiter des elektrischen Widerstandsheizelements (30) gewellt ausgeführt ist.
  4. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) in Form einer Heizplatte ausgeführt ist, welche mindestens einen elektrischen Widerstandsleiter in Form eines Diagonalgewebes enthält.
  5. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) mit einem prismatischen Batteriezellgehäuse (16) ausgestattet sind und zu einem Batteriezellenstapel (12) miteinander verspannt ist, und dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) in Längsrichtung auf einer Außenseite des Batteriezellenstapels (12) angebracht ist.
  6. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) auf die Außenfläche mindestens eines Batteriezellgehäuses (16) der Mehrzahl an Batteriezellen (14) aufgeklebt ist.
  7. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Widerstandsleiter des elektrischen Widerstandsheizelements (30) in Form einer flexiblen Leiterplatte oder eines flexiblen Flachkabels ausgeführt ist.
  8. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) in Form eines Batteriezellenstapels (12) angeordnet ist, wobei die Batteriezellen (14) des Batteriezellenstapels (12) mittels eines Spannbands (24) ortsfest zueinander fixiert sind, und dass das Spannband (24) als elektrisches Widerstandsheizelement (30) ausgeführt ist oder dieses enthält.
  9. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) in einem Batteriezellenstapel (12) angeordnet ist, wobei das elektrische Widerstandsheizelement (30) zumindest abschnittsweise zwischen zwei im Batteriezellenstapel (12) aneinandergrenzenden Batteriezellen (14) verläuft.
  10. Batteriemodul gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrzahl an Batteriezellen (14) ein prismatisches Batteriezellgehäuse (16) aufweist, und dass das elektrische Widerstandsheizelement (30) die Mantelfläche des jeweiligen prismatischen Batteriezellgehäuses (16) zumindest abschnittsweise umfasst.
  11. Verfahren zur Erwärmung eines Batteriemoduls, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Batteriemodul (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ein Widerstandsheizelement (30) eingeschaltet wird, sobald eine gemessene Realtemperatur des Batteriemoduls (10) unter eine vorbestimmte Solltemperatur des Batteriemoduls (10) fällt.
  12. Verwendung eines Batteriemoduls gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in elektrisch oder teilelektrisch betriebenen Fahrzeugen oder Fluggeräten, in elektrischen Küchen- oder Heimwerkergeräten, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ erzeugter elektrischer Energie.
DE102020209492.6A 2020-07-28 2020-07-28 Beheiztes Batteriemodul Pending DE102020209492A1 (de)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020209492.6A DE102020209492A1 (de) 2020-07-28 2020-07-28 Beheiztes Batteriemodul
CN202110850067.4A CN114006085A (zh) 2020-07-28 2021-07-27 加热的电池模块
US17/443,658 US20220037719A1 (en) 2020-07-28 2021-07-27 Heated battery module

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102020209492.6A DE102020209492A1 (de) 2020-07-28 2020-07-28 Beheiztes Batteriemodul

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102020209492A1 true DE102020209492A1 (de) 2022-02-03

Family

ID=79300435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102020209492.6A Pending DE102020209492A1 (de) 2020-07-28 2020-07-28 Beheiztes Batteriemodul

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20220037719A1 (de)
CN (1) CN114006085A (de)
DE (1) DE102020209492A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012243535A (ja) 2011-05-18 2012-12-10 Sanyo Electric Co Ltd 電池パック
DE102011104000A1 (de) 2011-06-10 2012-12-13 Daimler Ag Vorrichtung zum Heizen einer Batterie sowie Batterie mit einer Vorrichtung zum Heizen
US20130108896A1 (en) 2011-10-31 2013-05-02 Brammo, Inc. Methods and apparatus for combined thermal management, temperature sensing, and passive balancing for battery systems in electric vehicles
DE102015010925A1 (de) 2015-08-20 2016-03-03 Daimler Ag Zellverbindereinheit und/oder Zellspannungsabgriffseinheit
DE102013203196B4 (de) 2013-02-27 2017-05-24 Robert Bosch Gmbh Batterie und Kraftfahrzeug
US9755284B2 (en) 2014-09-09 2017-09-05 X Development Llc Battery pack with embedded heaters

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012190691A (ja) * 2011-03-11 2012-10-04 Nissan Motor Co Ltd バッテリモジュール
DE102011120511A1 (de) * 2011-12-07 2013-06-13 Daimler Ag Batterie und Zellblock für eine Batterie
US9726135B2 (en) * 2014-02-21 2017-08-08 Briggs & Stratton Corporation Snowthrower with removable self-heating starter battery pack
CN106816671B (zh) * 2015-12-01 2019-02-22 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单元、电池模组及电池包
US10112502B2 (en) * 2016-03-03 2018-10-30 Faraday&Future Inc. Vehicle battery heating system
JP2017195049A (ja) * 2016-04-19 2017-10-26 株式会社東芝 電池パックおよび電池パックの設計方法
JP6920660B2 (ja) * 2016-08-05 2021-08-18 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 電池モジュール
WO2018129516A2 (en) * 2017-01-09 2018-07-12 Milwaukee Electric Tool Corporation Battery pack

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012243535A (ja) 2011-05-18 2012-12-10 Sanyo Electric Co Ltd 電池パック
DE102011104000A1 (de) 2011-06-10 2012-12-13 Daimler Ag Vorrichtung zum Heizen einer Batterie sowie Batterie mit einer Vorrichtung zum Heizen
US20130108896A1 (en) 2011-10-31 2013-05-02 Brammo, Inc. Methods and apparatus for combined thermal management, temperature sensing, and passive balancing for battery systems in electric vehicles
DE102013203196B4 (de) 2013-02-27 2017-05-24 Robert Bosch Gmbh Batterie und Kraftfahrzeug
US9755284B2 (en) 2014-09-09 2017-09-05 X Development Llc Battery pack with embedded heaters
DE102015010925A1 (de) 2015-08-20 2016-03-03 Daimler Ag Zellverbindereinheit und/oder Zellspannungsabgriffseinheit

Also Published As

Publication number Publication date
US20220037719A1 (en) 2022-02-03
CN114006085A (zh) 2022-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102014206646A1 (de) Energiespeichereinheit, insbesondere Batteriemodul, und Energiespeichersystem mit einer Mehrzahl von Energiespeichereinheiten
DE102007045183A1 (de) Temperierte Batterieeinrichtung und Verfahren hierzu
WO2015132050A1 (de) Energiespeichereinheit mit einer mehrzahl von galvanischen zellen, batteriezelle für eine solche energiespeichereinheit und verfahren zur herstellung der batteriezelle
DE102008059966A1 (de) Batterie mit mehreren in einem Zellenverbund angeordneten Batteriezellen
DE102014207403A1 (de) Batterieeinheit mit einer Aufnahmeeinrichtung und einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen sowie Batteriemodul mit einer Mehrzahl von solchen Batterieeinheiten
DE102007063269A1 (de) Batteriemodul mit mehreren Einzelzellen
DE102010013033A1 (de) Vorrichtung zur Kühlung einer Energiespeichereinrichtung
WO2011009619A1 (de) Elektrochemischer energiespeicher und verfahren zum kühlen oder erwärmen eines elektrochemischen energiespeichers
DE102014200983A1 (de) Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen und einem Gehäuse, Gehäusesystem für eine Batterie und Verfahren zur Montage eines Batteriesystems
DE102010013026A1 (de) Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie
DE102015220434A1 (de) Temperiereinrichtung einer elektrischen Energiespeichereinheit
WO2021254701A1 (de) Haltevorrichtung für batteriezellen
DE102018000278B4 (de) Batterieanordnung
DE102020209492A1 (de) Beheiztes Batteriemodul
DE102012211653A1 (de) Energiespeichermodul aus mehreren prismatischen Speicherzellen
WO2014114544A1 (de) Batteriemodul mit einem thermischen element
WO2015062945A1 (de) Batteriemodul
DE102010062858B4 (de) Batteriezelle
DE102020210306A1 (de) Beheiztes Batteriemodul
DE102020130139A1 (de) Batteriemodul mit einer Vielzahl von Batteriezellen
EP3723187A1 (de) Kühlelement, vorrichtung und verfahren zum kühlen von batteriezellen, insbesondere für pouch-zellen, sowie batteriepack
WO2019228823A1 (de) Elektrischer energiespeicher
DE102018209884A1 (de) Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen sowie Verfahren zu dessen Herstellung
DE102018219980A1 (de) Batteriemodul und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102020115485A1 (de) Haltevorrichtung für Batteriezellen

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified