DE102021110046A1 - Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls - Google Patents

Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls Download PDF

Info

Publication number
DE102021110046A1
DE102021110046A1 DE102021110046.1A DE102021110046A DE102021110046A1 DE 102021110046 A1 DE102021110046 A1 DE 102021110046A1 DE 102021110046 A DE102021110046 A DE 102021110046A DE 102021110046 A1 DE102021110046 A1 DE 102021110046A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
profile section
pressure plate
area
battery cells
stack
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.)
Granted
Application number
DE102021110046.1A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102021110046B4 (de
Inventor
Simon Pfriem
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.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
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 Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102021110046.1A priority Critical patent/DE102021110046B4/de
Priority to CN202210390622.4A priority patent/CN115224411A/zh
Publication of DE102021110046A1 publication Critical patent/DE102021110046A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102021110046B4 publication Critical patent/DE102021110046B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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
    • 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
    • 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
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • 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
    • H01M50/218—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material
    • H01M50/22—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the material of the casings or racks
    • H01M50/222—Inorganic material
    • H01M50/224—Metals
    • 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
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • 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
    • H01M50/244—Secondary casings; Racks; Suspension devices; Carrying devices; Holders characterised by their mounting method
    • 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

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einem Stapel von Batteriezellen (10) zum Speichern von elektrischer Energie, und einem Modulrahmen (20), welcher den Stapel von Batteriezellen (10) mit Druck beaufschlagt, wobei der Modulrahmen (20) eine erste Druckplatte (21) aufweist, die an einer ersten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen (10) angeordnet ist, und eine zweite Druckplatte (22), die an einer zweiten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen (10) angeordnet ist, und eine erste Seitenwand (23) und eine zweite Seitenwand (24), die jeweils mit der ersten Druckplatte (21) und der zweiten Druckplatte (22) durch eine Schweißnaht (25) zu dem um den Stapel von Batteriezellen (10) umlaufenden Modulrahmen (20) verbunden sind. Die Seitenwände (23, 24) sind als Profile ausgebildet mit einem ersten Profilabschnitt (A1) mit einer ersten Wandstärke und mindestens einem zweiten Profilabschnitt (A2) mit einer zweiten Wandstärke, die größer als die erste Wandstärke ist und die Nahtdicke der Schweißnähte (25) im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) ist mindestens so groß ist wie im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) oder ist größer als im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, insbesondere für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug, und ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls.
  • In elektrisch antreibbaren Kraftfahrzeugen, insbesondere Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Plug-In-Hybridfahrzeugen, werden üblicherweise Hochvoltspeichersysteme eingesetzt, um eine elektrische Antriebseinrichtungen des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie versorgen zu können. Ein solches Hochvoltspeichersystem weist üblicherweise mehrere elektrisch miteinander verschaltete Untereinheiten auf, sogenannte Batteriemodule, die jeweils mehrere elektrisch miteinander verschaltete elektrische Speicherzellen in Form von Sekundärbatterien umfassen und mit weiteren Komponenten in einem Hochvoltspeichergehäuse zusammen angeordnet werden.
  • Die elektrischen Speicherzellen eines derartigen Batteriemoduls können zu einem Zellstapel zusammengefasst sein, der zwischen zwei Druckplatten eines Modulrahmens eingespannt ist, wodurch die elektrischen Speicherzellen gegeneinander verspannt werden. Der Modulrahmen kann zusätzlich zur Befestigung des Batteriemoduls an einer Tragstruktur bzw. Hochvoltspeichergehäuse dienen.
  • Ein gattungsgemäßer Modulrahmen ist beispielsweise aus der Druckschrift DE 10 2019 110 536 A1 bekannt. Der Modulrahmen weist zwei einander gegenüberliegende Druckplatten auf, die durch zwei Seitenwände miteinander verbunden sind. Die Seitenwände fungieren als Zuganker, über welche die Druckplatten miteinander verspannt sind. Auf diese Weise kann von dem Modulrahmen besonders gut Druck auf den Stapel der Batteriezellen ausgeübt werden, welcher für das Zusammenpressen der Batteriezellen in Stapelrichtung sorgt. Die Seitenwände des Modulrahmens sind mit den Druckplatten durch jeweilige Schweißnähte verbunden, die als Kehlnähte in einem Laserschweißverfahren hergestellt werden.
  • Im Betrieb sind die Batteriemodule einer zyklischen Belastung durch Laden und Entladen sowie durch Temperaturgradienten unterworfen, die zu Längenveränderungen im Batteriemodul und zusätzlichen Kräften auf den Modulrahmen führen. Diese zyklischen Längenänderungen überlagern sich im Betrieb mit einer altersbedingten Zunahme der Länge des Zellmoduls. Alle Ausdehnungen zusammen bewirken eine gegen den Modulrahmen wirkende Kraft, die auch als Schwellkraft (swelling force) bezeichnet wird. Es gilt ein Versagen des Modulrahmens zu verhindern.
  • Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung einen verbesserten Modulrahmen anzugeben, mit dem insbesondere hohe Schwellkräfte aufgenommen werden können, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Modulrahmens.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Modulrahmen nach Patentanspruch 1 und ein Verfahren nach Patentanspruch 6. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
  • Es wird ein Batteriezellenmodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs angegeben mit einem Stapel von Batteriezellen zum Speichern von elektrischer Energie und einem Modulrahmen, welcher den Stapel von Batteriezellen mit Druck beaufschlagt. Der Modulrahmen weist eine erste Druckplatte auf, die an einer ersten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen angeordnet ist, und eine zweite Druckplatte, die an einer zweiten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen angeordnet ist. Weiterhin weist der Modulrahmen eine erste Seitenwand und eine zweite Seitenwand auf, die jeweils mit der ersten Druckplatte und der zweiten Druckplatte durch Schweißnähte zu dem um den Stapel von Batteriezellen umlaufenden Modulrahmen verbunden sind. Die Seitenwände wirken dabei als Zuganker, welche die Druckplatten verspannen.
  • Erfindungsgemäß sind die Seitenwände als Profile ausgebildet mit einem ersten Profilabschnitt mit einer ersten Wandstärke und mindestens einem zweiten Profilabschnitt mit einer zweiten Wandstärke, die größer als die erste Wandstärke ist. Jede der Schweißnähte ist derart ausgebildet, dass die Nahtdicke der Schweißnähte im Bereich des zweiten Profilabschnitts mindestens so groß ist wie im Bereich des ersten Profilabschnitts oder größer ist als im Bereich des ersten Profilabschnitts. Im Bereich der zweiten Wandstärke können höhere Schwellkräfte übertragen werden, wodurch eine höhere Stabilität des gesamten Modulrahmens erreicht wird. Die Erfindung ermöglicht insbesondere eine belastungsgerechte Konstruktion des Modulrahmens und schafft zusätzliches Potenzial zur Einsparung von Material und Bauraum.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es vorgesehen, dass die Batteriezellen mit ihrer Oberseite gegenüber der Oberkante der Seitenwände hervorstehen und der zweite Profilabschnitt in einem oberen Bereich der Seitenwände ausgebildet ist. Vorzugsweise stehen die Batteriezellen um mehrere Millimeter oder noch weiter gegenüber der Oberkante der Seitenwände vor. Ebenso wie die Seitenwände können auch die Druckplatten nicht bis zur Oberseite der Batteriezellen reichen. Indem der Modulrahmen vor der Oberseite der Batteriezellen endet, kann der Luftraum bis zu den Batteriekontakten vergrößert werden. Diese Ausgestaltung ermöglicht eine problemlose Einhaltung der Luft-und Kriechstrecken im Batteriemodul. In Kombination mit der Ausgestaltung der Seitenwände als Profil und der wie voranstehend beschriebenen angepassten Schweißnahtgeometrie kann dennoch ein hochstabiler Modulrahmen geschaffen werden, der hohe Schwellkräfte aufnehmen kann. Die Verstärkung durch die erhöhte Wandstärke kann hierbei gezielt in dem Bereich der maximal auftretenden Schwellkräfte angeordnet werden. In diesem Sinne ist unter oberem Bereich insbesondere die obere Hälfte der Seitenwand, und vorzugsweise die oberen 30 % oder die oberen 20 % der Seitenwand zu verstehen. In einer weiteren Ausgestaltung ist es denkbar, dass die Wandstärke der Seitenwände keilförmig nach oben zunimmt.
  • Vorteilhafterweise können in einer Ausgestaltung in die Profile weiterhin Befestigungsvorrichtungen zur Befestigung des Batteriemoduls in einem Hochvoltspeichergehäuse integriert sein. Diese Ausgestaltung wird durch die Profilbauweise der Seitenwände ermöglicht und bietet die Vorteile einer kostengünstigen Fertigung und einer vereinfachten Montage.
  • Vorzugsweise sind die Druckplatten und die Seitenwände als Aluminium-Strangpressprofile ausgebildet.
  • In einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls für ein Kraftfahrzeug angegeben. Das Verfahren beinhaltet die Schritte:
    • Bereitstellen einer Mehrzahl von Batteriezellen zum Speichern von elektrischer Energie,
    • Bereitstellen einer ersten Druckplatte und einer zweiten Druckplatte, Anordnen der Batteriezellen in einem Stapel zwischen der ersten Druckplatte und der zweiten Druckplatte und Spannen der Druckplatten gegeneinander, wobei der Stapel von Batteriezellen zwischen der ersten und der zweiten Druckplatte eingespannt wird,
    • Bereitstellen einer ersten Seitenwand und einer zweiten Seitenwand, Verschweißen der ersten Seitenwand mit der ersten Druckplatte und der zweiten Druckplatte auf einer ersten Seite des Stapels von Batteriezellen und Verschweißen der zweiten Seitenwand mit der ersten Druckplatte und der zweiten Druckplatte auf einer zweiten Seite des Stapels von Batteriezellen.
  • Die Seitenwände sind jeweils als Profile ausgebildet und weisen in einem ersten Profilabschnitt eine erste Wandstärke und in einem zweiten Profitabschnitt eine zweite Wandstärke auf, die größer ist als die erste Wandstärke. Das Verschweißen erfolgt derart, dass die jeweilige Schweißnaht im Bereich des ersten Profilabschnitts eine erste Nahtdicke aufweist und im Bereich des zweiten Profilabschnitts eine zweite Nahtdicke aufweist, die mindestens so groß ist wie die erste Nahtdicke oder die größer ist als die erste Nahtdicke.
  • Um während der Herstellung des Batteriemoduls einen besonders geringen Energieeintrag in den Modulrahmen zu gewährleisten, erfolgt das Verschweißen der Seitenwände mit den Druckplatten in einer Ausgestaltung mittels Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht. Hierzu kann vorzugsweise eine robotergeführte, taktile Laserschweißvorrichtung verwendet werden. Eine derartige Laser Schweißvorrichtung weist beispielsweise einen Schweißkopf mit einer Schweißoptik auf, mit der ein Laserstrahl auf das Bauteil gerichtet werden kann, sowie eine am Schweißkopf befestigte Draht Vorschubeinrichtung, mit der Zusatzdraht in das Schmelzbad gefördert werden kann. Bei einem taktilen System wird der Zusatzdraht gleichzeitig zur Steuerung der Schweißnahtposition verwendet. Der Schweißkopf ist an einem Industrieroboter montiert, der eingerichtet ist, um diesen in Schweißrichtung über das Bauteil zu führen. Durch die geringe Breite der Wärmeeinflußzone beim Laserstrahlschweißen kann die thermische Belastung der Batteriezellen während der Herstellung des Modulrahmens auf ein Minimum reduziert werden. In dieser Ausgestaltung sind die Schweißnähte folglich als Laserschweißnähte und vorzugsweise als Kehlnähte ausgebildet. Kehlnähte ermöglichen einen relativ großen Anbindungsquerschnitt zwischen Druckplatte und Seitenwand, wodurch große Festigkeit des Modulrahmens realisiert werden. Durch die Verwendung von Zusatzdraht ergibt sich zusätzlich eine Möglichkeit zur Festigkeitssteigerung durch Einbringung zusätzlicher Legierungselemente mittels dem Zusatzdraht.
  • Aufgrund der Profilgeometrie der Seitenwände wird in dem zweiten Seitenwandabschnitts mit erhöhter Wandstärke mehr Wärme aus der Prozesszone abgeleitet, was zu einem reduzierten Anbindungsquerschnitt führen würde. Um dem entgegenzuwirken und eine gleichbleibende Nahtdicke bzw. eine Nahtdicke zu erzielen, die gegenüber der Nahtdicke im ersten Seitenwandabschnitts noch erhöht ist, werden während des Verschweißen einzelne, mehrere oder alle Laserschweißparameter variiert.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung werden als Laserschweißparameter insbesondere die Laserstrahlleistung, die Drahtvorschubgeschwindigkeit, die Schweißgeschwindigkeit und/oder die Fokuslage des Laserstrahls variiert. Hierbei hat es sich in einer Ausgestaltung als besonders vorteilhaft herausgestellt, wenn sowohl die Laserstrahlleistung, die Drahtvorschubgeschwindigkeit, die Schweißgeschwindigkeit als auch die Fokuslage des Strahls variiert werden.
  • Zur Erzielung eines gleichmäßigen Schweißnahtdickenverlaufs und zur optimalen Übertragung der Schwellkräfte hatte sich in einer Ausgestaltung als vorteilhaft herausgestellt, wenn im Bereich des ersten Profilabschnitts mit einer ersten Laserleistung und/oder einer ersten Drahtvorschubgeschwindigkeit geschweißt wird, und im Bereich des zweiten Profilabschnitts die Laserleistung und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit auf einen Maximalwert erhöht wird, und die Anpassung der Laserleistung und/oder der Drahtvorschubgeschwindigkeit rampenförmig erfolgt.
  • Zur Erzielung eines gleichmäßigen Schweißnahtdickenverlaufs kann es alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass im Bereich des ersten Profilabschnitts mit einer ersten Schweißgeschwindigkeit geschweißt wird und dass die Schweißgeschwindigkeit im Bereich des zweiten Profilabschnitts auf einen Minimalwert verringert wird und die Anpassung der Schweißgeschwindigkeit rampenförmig erfolgt.
  • Zur Erzielung eines gleichmäßigen Schweißnahtdickenverlaufs kann es alternativ oder ergänzend vorgesehen sein, dass im Bereich des ersten Profilabschnitts in einer ersten Fokuslage geschweißt wird und im Bereich des zweiten Profilabschnitts die Fokuslage sprunghaft auf eine zweite Fokuslage verändert wird, bei der der Strahlfleckdurchmesser vergrößert ist.
  • Besonders gute Ergebnisse konnten in Versuchen erzielt werden, bei denen alle vier Schweißparameter wie voranstehend beschriebenen gemeinsam variiert wurden.
  • Das wesentliche geometrische Maß einer Kehlnaht ist das sogenannte a-Maß. Es ist die Höhe eines gleichschenkligen Dreiecks, das in den Nahtquerschnitt eingezeichnet werden kann. Das a-Maß kann z.B. herangezogen werden, wenn es um die Bestimmung der Schweißnahtdicke geht.
  • Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der Vorrichtung beschrieben sind, gelten auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Sofern in dieser Anmeldung der Begriff „kann“ verwendet wird, handelt es sich sowohl um die technische Möglichkeit als auch um die tatsächliche technische Umsetzung.
  • Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele an Hand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Darin zeigen in schematischer Darstellung:
    • 1 eine Explosionsdarstellung eines beispielhaften Batteriezellenmoduls,
    • 2 eine Teilschnittansicht des Batteriezellen Moduls aus 1,
    • 3 eine vergrößerte Detailansicht aus 2 und
    • 4 eine schematische Darstellung einer möglichen Variation von Schwei ßparam etern.
  • 1 zeigt ein beispielhaftes Batteriezellenmodul 1 in einer Explosionsansicht. Das Batteriemodul 1 beinhaltet einen Stapel von Batteriezellen 10, die von einem Modulrahmen 20 mit Druck beaufschlagt werden. Der Modulrahmen 20 beinhaltet eine erste Druckplatte 21 und eine zweite Druckplatte 22, sowie eine erste Seitenwand 23 und eine zweite Seitenwand 24. Weiterhin weist das Batteriemodul Isolationsfolien 30 auf, die zwischen benachbarten Batteriezellen 10 und zwischen Batteriezelle 10 und Druckplatte 21 bzw. 22 angeordnet werden, sowie Abstandselemente 40, ein Zellkontaktiersystem 50 mit Deckel 60 und einer Kühlplatte 70, die Z. B. an die Batteriezellen geklebt wird.
  • 2 zeigt eine Teilansicht des Batteriezellenmoduls 1 aus 1. Im montierten System verläuft der Modulrahmen 20 rahmenförmig um den Stapel von Batteriezellen 10, wobei jede Druckplatte 21, 22 an ihren Stirnseiten mittels einer Schweißnaht 25 in Form einer Kehlnaht mit einer Stirnseite der Seitenwände 23, 24 verschweißt ist. In 2 ist nur eine Kehlnaht 25 stellvertretend für die vier Kehlnähte dargestellt. Durch den Modulrahmen 20 wird der Stapel von Batteriezellen 20 in Stapelrichtung mit Druck beaufschlagt, der einer Ausdehnung des Batteriestapels aufgrund thermischer Belastungen und auftretender Schwellkräfte entgegenwirkt.
  • Die Seitenwände 23, 24 und die Druckplatten 21, 22 weisen eine geringere Höhe auf als die Batteriezellen 10. diese stehen folglich mit ihrer Oberseite gegenüber einer Oberkante der Seitenwände 23, 24 und der Druckplatten 21, 22 vor.
  • Die Seitenwände 23, 24 weisen in einem oberen Bereich einen zweiten Seitenwandabschnitt A2 auf, in die Wandstärke der Seitenwände 23, 24 gegenüber der Wandstärke in einem unteren ersten Seitenwandabschnitt A1 erhöht ist.
  • Die Schweißnaht 25 wird derart ausgebildet, dass ihre Nahtdicke im Bereich des zweiten Seitenwandabschnitts A2 mindestens so groß ist wie im Bereich des ersten Seitenwandabschnitts A1. Vorzugsweise ist die Nahtdicke im Bereich des zweiten Seitenwandabschnitts A2 größer als im Bereich des ersten Seitenwandabschnitts A1, wie in 3 gezeigt.
  • Zur Erzielung einer derartigen Schweißnaht 25 wird vorzugsweise ein Laserstrahlschweißverfahren mit Zusatzdraht verwendet, bei dem die Schweißparameter in geeigneter Weise variiert werden. 4 zeigt einen beispielhaften Verlauf der Laserleistung P, der Drahtvorschubgeschwindigkeit VD, der Robotergeschwindigkeit bzw. der Schweißgeschwindigkeit VR und der Fokuslage F über dem Verlauf der Schweißnaht 25. Die Laserleistung P und die Drahtvorschubgeschwindigkeit VD werden beispielsweise von einem ersten Wert im ersten Seitenwandabschnitt A1 auf einen Maximalwert erhöht, wenn im zweiten Seitenwandabschnitt A2 geschweißt wird. Die Robotergeschwindigkeit bzw. die Schweißgeschwindigkeit VR wird von einem ersten Wert im ersten Seitenwandabschnitt A1 auf einen Minimalwert verringert, wenn im zweiten Seitenwandabschnitt A2 geschweißt wird. Der Wechsel zwischen den Werten erfolgt vorzugsweise rampenförmig. Die Fokuslage F wird von einem ersten Wert im ersten Seitenwandabschnitt A1 auf einen zweiten Wert verändert, wenn im zweiten Seitenwandabschnitt A2 geschweißt wird, sodass der Strahlfleckdurchmesser erhöht wird. Vorzugsweise kann diese Erhöhung sprunghaft erfolgen.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Batteriezellenmodul
    10
    Batteriezelle
    20
    Modulrahmen
    21, 22
    Druckplatte
    23, 24
    Seitenwand
    25
    Schweißnaht
    30
    Isolationsfolie
    40
    Abstandselement
    50
    Zellkontaktiersystem
    60
    Deckel
    70
    Kühlplatte
    A1, A2
    Seitenwandabschnitt
    F
    Fokuslage
    P
    Laserleistung
    VD
    Drahtvorschubgeschwindigkeit
    VR
    Schweißgeschwindigkeit
  • 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 102019110536 A1 [0004]

Claims (11)

  1. Batteriezellenmodul für eine Batterie eines Kraftfahrzeugs mit einem Stapel von Batteriezellen (10) zum Speichern von elektrischer Energie, und einem Modulrahmen (20), welcher den Stapel von Batteriezellen (10) mit Druck beaufschlagt, wobei der Modulrahmen (20) eine erste Druckplatte (21) aufweist, die an einer ersten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen (10) angeordnet ist, und eine zweite Druckplatte (22), die an einer zweiten Stirnseite des Stapels von Batteriezellen (10) angeordnet ist, und eine erste Seitenwand (23) und eine zweite Seitenwand (24), die jeweils mit der ersten Druckplatte (21) und der zweiten Druckplatte (22) durch eine Schweißnaht (25) zu dem um den Stapel von Batteriezellen (10) umlaufenden Modulrahmen (20) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenwände (23, 24) als Profile ausgebildet sind mit einem ersten Profilabschnitt (A1) mit einer ersten Wandstärke und mindestens einem zweiten Profilabschnitt (A2) mit einer zweiten Wandstärke, die größer als die erste Wandstärke ist und die Nahtdicke der Schweißnähte (25) im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) mindestens so groß ist wie im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) oder größer ist als im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1).
  2. Batteriezellenmodul nach Patentanspruch 1, bei dem die Batteriezellen (10) mit ihrer Oberseite gegenüber der Oberkante der Seitenwände (23, 24) hervorstehen und der zweite Profilabschnitt (A2) in einem oberen Bereich der Seitenwände (23, 24) ausgebildet ist.
  3. Batteriezellenmodul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem in die Seitenwände (23, 24) weiterhin Befestigungsvorrichtungen (26) zur Befestigung des Batteriemoduls in einem Hochvoltspeichergehäuse integriert sind.
  4. Batteriezellenmodul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Schweißnähte (25) als Kehlnähte ausgebildet sind.
  5. Batteriezellenmodul nach einem der vorangehenden Patentansprüche, bei dem die Seitenwände (23, 24) als Aluminium-Strangpressprofile ausgebildet sind.
  6. Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls für ein Kraftfahrzeug mit den Schritten: Bereitstellen einer Mehrzahl von Batteriezellen (10) zum Speichern von elektrischer Energie, Bereitstellen einer ersten Druckplatte (21) und einer zweiten Druckplatte (22), Anordnen der Batteriezellen (10) in einem Stapel zwischen der ersten Druckplatte (21) und der zweiten Druckplatte (22), Spannen der Druckplatten (21, 22) gegeneinander, wobei der Stapel von Batteriezellen (10) zwischen der ersten und der zweiten Druckplatte (21, 22) eingespannt wird, Bereitstellen von zwei Seitenwänden (23, 24), und Verschweißen der ersten Seitenwand (23) mit der ersten Druckplatte (21) und der zweiten Druckplatte (22) auf einer ersten Seite des Stapels von Batteriezellen (10) und Verschweißen der zweiten Seitenwand (24) mit der ersten Druckplatte (21) und der zweiten Druckplatte (22) auf einer zweiten Seite des Stapels von Batteriezellen (10), wobei die Seitenwände (23, 24) als Profile ausgebildet sind und in einem ersten Profilabschnitt (A1) eine erste Wandstärke aufweisen und in einem zweiten Profilabschnitt (A2) eine zweite Wandstärke aufweisen, die größer ist als die erste Wandstärke, und das Verschweißen derart erfolgt, dass die jeweilige Schweißnaht (25) im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) eine erste Nahtdicke aufweist und im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) eine zweite Nahtdicke aufweist, die mindestens so groß ist wie im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) oder größer ist als im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1)
  7. Verfahren nach Patentanspruch 6, bei dem das Verschweißen mittels Laserstrahlschweißen mit Zusatzdraht erfolgt.
  8. Verfahren nach Patentanspruch 7, bei dem zur Erzielung der zweiten Nahtdicke die Laserstrahlleistung (P), die Drahtvorschubgeschwindigkeit (VD), die Schweißgeschwindigkeit (VR) und/oder die Fokuslage (F) des Laserstrahls variiert werden.
  9. Verfahren nach Patentanspruch 8, bei dem im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) mit einer ersten Laserleistung und/oder einer ersten Drahtvorschubgeschwindigkeit geschweißt wird, und im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) die Laserleistung und/oder die Drahtvorschubgeschwindigkeit auf einen Maximalwert erhöht wird, und die Anpassung der Laserleistung und/oder der Draht Vorschubgeschwindigkeit rampenförmig erfolgt.
  10. Verfahren nach einem der Patentansprüche 8 oder 9, bei dem im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) mit einer ersten Schweißgeschwindigkeit geschweißt wird und die Schweißgeschwindigkeit im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) auf einen Minimalwert verringert wird und die Anpassung der Schweißgeschwindigkeit rampenförmig erfolgt.
  11. Verfahren nach einem der Patentansprüche 8 bis 10, bei dem im Bereich des ersten Profilabschnitts (A1) in einer ersten Fokuslage geschweißt wird und im Bereich des zweiten Profilabschnitts (A2) die Fokuslage sprunghaft auf eine zweite Fokuslage verändert wird, wodurch der Strahlfleckdurchmesser steigt.
DE102021110046.1A 2021-04-21 2021-04-21 Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls Active DE102021110046B4 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021110046.1A DE102021110046B4 (de) 2021-04-21 2021-04-21 Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls
CN202210390622.4A CN115224411A (zh) 2021-04-21 2022-04-14 电池单体模块和用于制造电池单体模块的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021110046.1A DE102021110046B4 (de) 2021-04-21 2021-04-21 Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102021110046A1 true DE102021110046A1 (de) 2022-10-27
DE102021110046B4 DE102021110046B4 (de) 2023-12-14

Family

ID=83508110

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021110046.1A Active DE102021110046B4 (de) 2021-04-21 2021-04-21 Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN115224411A (de)
DE (1) DE102021110046B4 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180301667A1 (en) 2015-10-22 2018-10-18 Nissan Motor Co., Ltd. Battery pack and method for producing battery pack
DE102019110536A1 (de) 2019-04-24 2020-10-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul und Kraftfahrzeug

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180301667A1 (en) 2015-10-22 2018-10-18 Nissan Motor Co., Ltd. Battery pack and method for producing battery pack
DE102019110536A1 (de) 2019-04-24 2020-10-29 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Batteriezellenmodul und Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
CN115224411A (zh) 2022-10-21
DE102021110046B4 (de) 2023-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2377184B1 (de) Vorrichtung zur spannungsversorgung eines kraftfahrzeugs mit optimierter wärmeabführung
DE112015001861B4 (de) Batteriemodul mit Zellenfixierung
EP2445758B1 (de) Vorrichtung zur spannungsversorgung eines kraftfahrzeugs mit einem kühlerblock
EP2446492B1 (de) Vorrichtung zur spannungsversorgung eines kraftfahrzeugs mit einem kühlerblock
DE102004025616B4 (de) Halbleiterbauteil mit Kühlsystem
DE112018004337T5 (de) Energiespeichermodul und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichermoduls
DE10258211A1 (de) Elektrisches Kraftfahrzeug
DE102010013002A1 (de) Batterie mit einem Zellenstapel
DE102018130850A1 (de) Brennstoffzellenfahrzeug
DE102009031659A1 (de) Flexible elektrische Stromschiene bei wenig Raum
WO2017102161A1 (de) Gehäuse zur aufnahme eines brennstoffzellen-, batterie- oder kondensatorstapels
DE102012018043A1 (de) Batterie mit einem Stapel aus Batterieeinzelzellen
DE102018010029A1 (de) Montagevorrichtung und Verfahren zur Montage eines Zellblocks für eine Batterie, sowie eine entsprechender Zellblock für eine Batterie
DE102009035461A1 (de) Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen
DE102018204753A1 (de) Fahrzeugfrontstruktur
DE102021110046B4 (de) Batteriezellenmodul und Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls
DE102014224873A1 (de) Brennstoffzellenstapel
DE102017116957A1 (de) Batterieträgerprofil für einen Batterieträger
DE102020003882A1 (de) Batterie sowie Montagevorrichtung und Verfahren zur Montage der Batterie
WO2008098555A1 (de) Befestigung von energiespeicherzellen in einem gehäuse
DE202012006447U1 (de) Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einem Kühlerblock
DE102017223215A1 (de) Kühlvorrichtung für zumindest eine Batteriezelle, Zellmodul sowie Verfahren zur Herstellung einer Kühlplatte der Kühlvorrichtung
DE102019127676A1 (de) Schweißvorrichtung zum Verschweißen von Elektroden zweier benachbarter Batteriezellen einer Batterie, Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
DE102020114960A1 (de) Herstellungsverfahren für eine Brennstoffzelle
DE102008029183B4 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R018 Grant decision by examination section/examining division