DE102021109282B4 - Battery module for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Batteriemodul (100) für ein Kraftfahrzeug, umfassend einen Zellstack (102) mit mehreren Batteriezellen, ein Gehäuse (101) mit einer Einschuböffnung und eine Dichtung (103; 104), wobei die Batteriezellen miteinander verbunden sind, wobei der Zellstack (102) innerhalb des Gehäuses (101) angeordnet ist, wobei die Dichtung (103; 104) zwischen dem Zellstack (102) und dem Gehäuse (101) angeordnet ist und einen Bereich (107) umgibt und abdichtet, wobei die Dichtung (103; 104) ein erstes Dichtungselement (103) und ein zweites Dichtungselement (104) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Dichtungselement (103) ein geringeres Kompressionsmodul aufweist als das zweite Dichtungselement (104), wobei das erste Dichtungselement (103) am Zellstack (102) befestigt ist, wobei das zweite Dichtungselement (104) am ersten Dichtungselement (103) befestigt ist, wobei das erste Dichtungselement (103) komprimiert ist, sodass eine elastische Rückstellkraft des ersten Dichtungselements (103) das zweite Dichtungselement (104) gegen das Gehäuse (101) drückt. Battery module (100) for a motor vehicle, comprising a cell stack (102) with a plurality of battery cells, a housing (101) with an insertion opening and a seal (103; 104), the battery cells being connected to one another, the cell stack (102) inside the Housing (101) is arranged, wherein the seal (103; 104) is arranged between the cell stack (102) and the housing (101) and surrounds and seals an area (107), the seal (103; 104) having a first sealing element (103) and a second sealing element (104), characterized in that the first sealing element (103) has a lower bulk modulus than the second sealing element (104), wherein the first sealing element (103) is attached to the cell stack (102), wherein the second sealing member (104) is fixed to the first sealing member (103) with the first sealing member (103) being compressed such that an elastic restoring force of the first sealing member (103) presses the second sealing member (104) against the housing (101).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The present invention relates to a battery module for a motor vehicle according to the preamble of claim 1.
Aus dem Stand der Technik sind Batteriemodule mit einem Zellstack mit mehreren Batteriezellen bekannt, bei denen bei der Herstellung der Zellstack in ein Gehäuse eingeschoben wird. Zur Kühlung der Batteriezellen wird der Zellstack über ein Wärmeleitmedium mit dem Gehäuse verbunden.Battery modules with a cell stack with a plurality of battery cells are known from the prior art, in which the cell stack is pushed into a housing during production. To cool the battery cells, the cell stack is connected to the housing via a thermally conductive medium.
Aus
Demgegenüber liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, die benötigte Menge des Wärmeleitmediums zu verringern.In contrast, the object of the present invention is to reduce the amount of heat-conducting medium required.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul gemäß Anspruch 1, ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 und ein Verfahren gemäß Anspruch 10 gelöst. Ausführungsformen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a battery module according to claim 1, a motor vehicle according to claim 9 and a method according to claim 10. Embodiments of the invention are given in the dependent claims.
Das Batteriemodul umfasst einen Zellstack mit mehreren Batteriezellen, ein Gehäuse mit einer Einschuböffnung und eine Dichtung. Die Batteriezellen sind miteinander verbunden. Der Zellstack ist innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Dichtung ist zwischen dem Zellstack und dem Gehäuse angeordnet. Die Dichtung umgibt einen Bereich und dichtet ihn ab. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass ein beispielsweise im Bereich angeordnetes Wärmeleitmedium nicht aus dem Bereich ausdringen kann. Es ist auch möglich, dass die Dichtung mehrere Bereiche umgibt und abdichtet. Dabei können die Bereiche auch voneinander durch die Dichtung getrennt sein.The battery module includes a cell stack with multiple battery cells, a housing with an insertion opening, and a seal. The battery cells are connected to each other. The cell stack is arranged inside the housing. The seal is arranged between the cell stack and the housing. The gasket surrounds and seals an area. In the context of this description, this means in particular that a heat-conducting medium arranged in the area, for example, cannot escape from the area. It is also possible for the gasket to surround and seal multiple areas. The areas can also be separated from one another by the seal.
Die Dichtung umfasst ein erstes und ein zweites Dichtungselement. Das erste Dichtungselement weist ein geringeres Kompressionsmodul auf als das zweite Dichtungselement. Beispielsweise kann das erste Dichtungselement aus einem elastisch verformbaren Kunststoff bestehen. Das erste Dichtungselement ist, insbesondere direkt, am Zellstack befestigt. Das zweite Dichtungselement ist am ersten Dichtungselement, beispielsweise mit einer Klebeverbindung, befestigt. Das erste Dichtungselement ist komprimiert, sodass eine elastische Rückstellkraft des ersten Dichtungselements das zweite Dichtungselement gegen das Gehäuse drückt. Beispielsweise kann ein am Gehäuse anliegender Teilabschnitt des zweiten Dichtungselements eine geschlossene Linie bilden. Das erste Dichtungselement kann beispielsweise als Schnittschaum ausgeführt sein.The seal includes first and second sealing members. The first sealing element has a lower bulk modulus than the second sealing element. For example, the first sealing element can consist of an elastically deformable plastic. The first sealing element is attached to the cell stack, in particular directly. The second sealing element is attached to the first sealing element, for example with an adhesive connection. The first sealing member is compressed so that an elastic restoring force of the first sealing member presses the second sealing member against the housing. For example, a partial section of the second sealing element lying against the housing can form a closed line. The first sealing element can be designed as cut foam, for example.
Dadurch, dass der Bereich durch die Dichtung abgedichtet wird, kann die für das Batteriemodul benötigte Menge des Wärmeleitmediums reduziert werden, indem das Wärmeleitmedium ausschließlich im Bereich angeordnet ist.Because the area is sealed off by the seal, the amount of heat-conducting medium required for the battery module can be reduced by the heat-conducting medium being arranged exclusively in the area.
Die Ausgestaltung der Dichtung mit dem ersten und dem zweiten Dichtungselement ist insbesondere vorteilhaft bei der Herstellung des Batteriemoduls. Sie ermöglicht einen Einschub des Zellstacks mit daran befestigter Dichtung. Beim Einschieben wird dann das erste Dichtungselement elastisch komprimiert. Am Gehäuse entlang gleitet das zweite Dichtungselement, das wenig oder gar nicht komprimiert wird und so ein Einschieben mit geringer Kraft und ohne Beschädigung der Dichtung ermöglicht. Dies gilt insbesondere, wenn der am Gehäuse anliegende Teilabschnitt des zweiten Dichtungselements eine geschlossene Linie bildet. In diesem Fall wird beim Einschieben des Zellstacks in das Gehäuse die Dichtung zumindest teilweise entlang der Dichtlinie eingeschoben.The configuration of the seal with the first and the second sealing element is particularly advantageous in the manufacture of the battery module. It enables the cell stack to be inserted with the seal attached. When pushed in, the first sealing element is then elastically compressed. The second sealing element slides along the housing, which is compressed little or not at all, thus enabling insertion with little force and without damaging the seal. This applies in particular if the partial section of the second sealing element which rests against the housing forms a closed line. In this case, when the cell stack is pushed into the housing, the seal is pushed in at least partially along the sealing line.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das Batteriemodul ein Wärmeleitmedium umfassen. Das Wärmeleitmedium kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft aufweisen. Insbesondere kann die Wärmeleitfähigkeit des Wärmeleitmediums größer als 3,5 W/(m*K) sein. Das Wärmeleitmedium kann beispielsweise als Wärmeleitpaste ausgebildet sein.According to one embodiment of the invention, the battery module can include a thermally conductive medium. The thermally conductive medium can have a higher thermal conductivity than air. In particular, the thermal conductivity of the thermally conductive medium can be greater than 3.5 W/(m*K). The thermally conductive medium can be in the form of thermally conductive paste, for example.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Dichtungselement plattenförmig ausgebildet sein. Hierunter wird im Rahmen dieser Beschreibung insbesondere verstanden, dass das zweite Dichtungselement eine Länge und eine Breite aufweist, die jeweils mehr als das Doppelte, beispielsweise mehr als das Fünffache, der Dicke des zweiten Dichtungselements beträgt. Dabei ist die Dicke die Richtung, in der das erste Dichtungselement vom Gehäuse beabstandet ist.According to one embodiment of the invention, the second sealing element can be plate-shaped. In the context of this description, this means in particular that the second sealing element has a length and a width that is more than twice, for example more than five times, the thickness of the second sealing element. Here, the thickness is the direction in which the first sealing member is spaced apart from the housing.
Beispielsweise kann das zweite Dichtungselement als, insbesondere zugeschnittenes oder gestanztes, Blech ausgebildet sein. Bevorzugt ist die Ausgestaltung des zweiten Dichtungselements jedoch aus einem Kunststoff, der härter ist als das Material des ersten Dichtungselements.For example, the second sealing element can be in the form of a metal sheet that is in particular cut or stamped. However, the configuration of the second sealing element is preferably made of a plastic that is harder than the material of the first sealing element.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann der Bereich durch die Dichtung, den Zellstack und das Gehäuse begrenzt sein. Auf diese Weise gelangt das Wärmeleitmedium in direktem Kontakt mit dem Gehäuse und dem Zellstack.According to one embodiment of the invention, the area can be limited by the seal, the cell stack and the housing. In this way, the thermally conductive medium comes into direct contact with the housing and the cell stack.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Dichtungselement einen ersten Abschnitt aufweisen, der den Bereich begrenzt und der frei von einem direkten Kontakt mit dem ersten Dichtungselement ist. Dieser erste Abschnitt kann durch das Wärmeleitmedium gegen das Gehäuse gedrückt werden, sodass die Dichtwirkung verbessert wird.According to an embodiment of the invention, the second sealing element may have a first portion which delimits the area and which is free from direct contact with the first sealing element. This first section can be pressed against the housing by the thermally conductive medium, so that the sealing effect is improved.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das zweite Dichtungselement einen zweiten Abschnitt aufweisen, der vom ersten Dichtungselement in einer Richtung weg ragt, die von der Einschuböffnung und vom Bereich weg weist. Der zweite Abschnitt kann zumindest teilweise vom Gehäuse beabstandet sein. Das erste Dichtungselement kann beispielsweise zwischen dem zweiten Abschnitt und der Einschuböffnung angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, dass ein Ende des zweiten Abschnitts, das am weitesten entfernt von der Einschuböffnung ist, am weitesten vom Gehäuse beabstandet ist.According to an embodiment of the invention, the second sealing element can have a second section which projects away from the first sealing element in a direction pointing away from the insertion opening and from the region. The second portion may be at least partially spaced from the housing. The first sealing element can be arranged, for example, between the second section and the insertion opening. In particular, it is possible that an end of the second section that is furthest away from the insertion opening is spaced furthest away from the housing.
Dieser zweite Abschnitt ist vorteilhaft beim Einschieben des Zellstacks mit der daran befestigten Dichtung in das Gehäuse. Beispielsweise kann der zweite Abschnitt auch als Einführschräge bezeichnet werden. Aufgrund der Beabstandung des zweiten Abschnitts vom Gehäuse wird die Wahrscheinlichkeit eines Kontakts des vor dem Einschieben der Einschuböffnung zugewandten Endes des zweiten Dichtungselements mit einer äußeren Kante des Gehäuses verringert. Ein solcher Kontakt könnte zu einer Beschädigung der Dichtung und/oder zu einer Erhöhung der benötigten Einschubkraft führen.This second section is advantageous when the cell stack with the seal attached is pushed into the housing. For example, the second section can also be referred to as an insertion bevel. Due to the spacing of the second section from the housing, the probability of the end of the second sealing element facing the insertion opening before being pushed in contacting an outer edge of the housing is reduced. Such contact could damage the seal and/or increase the insertion force required.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung kann das erste Dichtungselement stoffschlüssig, insbesondere mit einer Klebeverbindung, am Zellstack befestigt sein. Beispielsweise kann das erste Dichtungselement als Paste auf dem Zellstack aufgetragen worden sein, wobei die Paste danach getrocknet ist und eine stoffschlüssige Verbindung mit dem Zellstack ausgebildet hat.According to one embodiment of the invention, the first sealing element can be attached to the cell stack in a materially bonded manner, in particular with an adhesive bond. For example, the first sealing element can have been applied to the cell stack as a paste, the paste then having dried and having formed an integral connection with the cell stack.
Das Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 9 umfasst ein Batteriemodul nach einer Ausführungsform der Erfindung.The motor vehicle according to claim 9 comprises a battery module according to an embodiment of the invention.
Das Verfahren gemäß Anspruch 10 dient der Herstellung eines Batteriemoduls nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das Gehäuse, der Zellstack und die Dichtung werden bereitgestellt. Das erste Dichtungselement wird am Zellstack und das zweite Dichtungselement am ersten Dichtungselement befestigt.The method according to claim 10 is used to produce a battery module according to an embodiment of the invention. The housing, cell stack and gasket are provided. The first sealing element is attached to the cell stack and the second sealing element to the first sealing element.
Das erste Dichtungselement wird komprimiert. Der Zellstack wird mit der Dichtung in das Gehäuse eingeschoben, während das erste Dichtungselement komprimiert ist. Die Komprimierung des ersten Dichtungselements kann dabei beispielsweise aufgrund des Einschiebens erfolgen.The first sealing element is compressed. The cell stack is pushed into the housing with the seal while the first sealing element is compressed. The compression of the first sealing element can take place, for example, as a result of being pushed in.
Danach wird das Wärmeleitmedium in den Bereich eingefüllt.Then the thermally conductive medium is filled into the area.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden deutlich anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Abbildungen. Dabei werden für gleiche oder ähnliche Bauteile und für Bauteile mit gleichen oder ähnlichen Funktionen die gleichen Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigt
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1 eine schematische Schnittansicht eines Batteriemoduls nach einer Ausführungsform der Erfindung; und -
2 eine schematische Schnittansicht orthogonal zur Schnittebene aus1 des Batteriemoduls aus1 .
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1 a schematic sectional view of a battery module according to an embodiment of the invention; and -
2 a schematic sectional view orthogonal to the sectional plane1 of the battery module1 .
Das Batteriemodul 100 umfasst ein Gehäuse 101, einen Zellstack 102 mit mehreren Batteriezellen, ein erstes Dichtungselement 103 und ein zweites Dichtungselement 104. Das erste Dichtungselement 103 und das zweite Dichtungselement 104 bilden eine Dichtung, die Bereiche 107 umgibt und jeweils abdichtet. Die Bereiche 107 sind jeweils durch den Zellstack 102, die Dichtung und das Gehäuse 101 begrenzt. Dabei sind die Bereiche 107 voneinander getrennt.The
Das erste Dichtungselement 103 ist komprimiert. Eine elastische Rückstellkraft des ersten Dichtungselements 103 drückt daher das zweite Dichtungselement 104 entlang einer Dichtlinie gegen das Gehäuse 101. Das zweite Dichtungselement 104 ist plattenförmig ausgebildet und weist ein geringeres Kompressionsmodul auf als das erste Dichtungselement 103.The
In den Bereichen 107 ist eine Wärmeleitpaste angeordnet, sodass im Zellstack 102 entstehende Wärme besonders gut zum Gehäuse 101 geleitet wird. Durch die Dichtung wird verhindert, dass die Wärmeleitpaste aus den Bereichen 107 austritt. Dies hat den Vorteil, dass relativ wenig Wärmeleitpaste benötigt wird.A thermally conductive paste is arranged in the
Bei der Herstellung des Batteriemoduls 100 wird der Zellstack 102 mit der am Zellstack 102 befestigten Dichtung in eine Einschuböffnung in das Gehäuse 101 eingeschoben. Die Einschubrichtung ist in
Das zweite Dichtungselement 104 weist einen ersten Abschnitt 106 auf, der frei von einem direkten Kontakt mit dem ersten Dichtungselement 103 ist und vom Wärmeleitmedium gegen das Gehäuse 101 gedrückt wird. Dies erhöht die Dichtigkeit der Dichtung.The
Außerdem weist das zweite Dichtungselement 104 einen zweiten Abschnitt 105 auf, der vom ersten Dichtungselement 103 in der Einschubrichtung in Richtung eines der Einschuböffnung gegenüber angeordneten Endes des Gehäuses 101 weg ragt. Zumindest ein Teil dieses zweiten Abschnitts 105 ist vom Gehäuse 101 beabstandet. Dabei ist das Ende des zweiten Abschnitts 105, das am weitesten vom ersten Dichtungselement 103 entfernt ist, am weitesten vom Gehäuse 101 beabstandet. Dieser zweite Abschnitt 105 kann auch als Einführschräge bezeichnet werden, da er das Einführen des Zellstacks 102 mit der Dichtung in das Gehäuse 101 vereinfacht.In addition, the
Beim Einschieben des Zellstacks 102 mit der Dichtung in das Gehäuse 101 wird aufgrund des zweiten Abschnitts 105 die Wahrscheinlichkeit für einen Kontakt des vordersten Endes der Dichtung mit der Umrandung der Einschuböffnung verringert. Es ist also weniger Präzision erforderlich, um den Zellstack 102 mit der Dichtung in das Gehäuse 101 einzuführen, ohne dabei das zweite Dichtungselement 104 umzuklappen.When the
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