DE102021117165A1 - Battery module with pressure limitation, traction battery and motor vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) für eine Traktionsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend mehrere Batteriezellen (4), welche zusammen einen Zellstapel (5) mit einer Stapelrichtung (S) bilden, eine hydraulische Druckvorrichtung (6) zum Erzeugen einer Druckkraft zum Zusammendrücken der Batteriezellen (4) in Stapelrichtung (S) und eine Steuerungsschnittstelle (7) zum Koppeln mit einer Steuerungsvorrichtung (8) der Traktionsbatterie (2) zum gezielten Steuern der Druckvorrichtung (6) zum Erzeugen eines definierten Soll-Druckwerts, wobei die hydraulische Druckvorrichtung (6) eine Druckkammer (9) mit einer Kammerwandung (10) zur Aufnahme eines hydraulischen Druckmediums und einen entlang der Kammerwandung geführten Druckkolben (11) zum Weiterleiten der Druckkraft der Druckvorrichtung (6) aufweist. Die Druckvorrichtung (6) weist ein Druckbegrenzungsventil (12) auf, wobei das Druckbegrenzungsventil (12) ausgebildet ist, unterhalb eines maximalen Druckwerts in der Druckkammer (9) zu schließen und bei Überschreiten des maximalen Druckwerts zu öffnen und zumindest einen Teil des Druckmediums aus der Druckkammer (9) abzulassen. Ferner betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie (2) und ein Kraftfahrzeug (3).The invention relates to a battery module (1) for a traction battery (2) for a motor vehicle (3), having a plurality of battery cells (4) which together form a cell stack (5) with a stacking direction (S), a hydraulic pressure device (6) for Generating a compressive force to compress the battery cells (4) in the stacking direction (S) and a control interface (7) for coupling to a control device (8) of the traction battery (2) for targeted control of the pressure device (6) to generate a defined target pressure value, wherein the hydraulic pressure device (6) has a pressure chamber (9) with a chamber wall (10) for receiving a hydraulic pressure medium and a pressure piston (11) guided along the chamber wall for transmitting the pressure force of the pressure device (6). The pressure device (6) has a pressure-limiting valve (12), the pressure-limiting valve (12) being designed to close below a maximum pressure value in the pressure chamber (9) and to open when the maximum pressure value is exceeded and at least part of the pressure medium from the Drain pressure chamber (9). The invention also relates to a traction battery (2) and a motor vehicle (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie zum Betreiben eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs mit einem gattungsgemäßen Batteriemodul sowie ein Kraftfahrzeug mit einer gattungsgemäßen Traktionsbatterie.The present invention relates to a battery module for a traction battery for a motor vehicle. Furthermore, the invention relates to a traction battery for operating an electric motor of a motor vehicle with a generic battery module and a motor vehicle with a generic traction battery.

Es sind Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge bekannt, welche eine Mehrzahl von Batteriezellen aufweisen, die oftmals zu einem Zellstapel angeordnet sind. Die Volumina von Batteriezellen können in Abhängigkeit eines Ladezustands sowie eines Alterungszustands veränderbar sein. In einem voll aufgeladenen Zustand weisen solche Batteriezellen beispielsweise ein wesentlich größeres Volumen auf, als in einem vollständig bzw. überwiegend entladenen Zustand. Derartige Batteriezellen sind oftmals als Pouchzellen ausgebildet und weisen beispielsweise einen flüssigen oder pastösen Elektrolyten auf. Der Elektrolyt weist beispielsweise Lithium bzw. Lithiumionen auf. Batteriemodule, die solche Batteriezellen aufweisen, werden auch als Feststoffbatterien bezeichnet.Traction batteries for motor vehicles are known which have a plurality of battery cells which are often arranged in a cell stack. The volumes of battery cells can be changeable depending on a state of charge and an aging state. In a fully charged state, such battery cells have, for example, a significantly larger volume than in a completely or predominantly discharged state. Such battery cells are often designed as pouch cells and have, for example, a liquid or pasty electrolyte. The electrolyte contains, for example, lithium or lithium ions. Battery modules that have such battery cells are also referred to as solid-state batteries.

Die Betriebscharakteristik von als Lithium-Ionen-Pouchzellen ausgebildeten Batteriezellen hängt beispielsweise aufgrund der geringen mechanischen Stabilität von Pouchzellen stark von äußeren Bedingungen ab. Ein von außen auf die Pouchzellen wirkender Druck ist hierbei ein entscheidender Parameter. Durch eine gezielte Beeinflussung des Drucks auf einen Zellstapel sind Performance, Lebensdauer und Strukturstabilität der Batteriezellen des Zellstapels verbesserbar.The operating characteristics of battery cells designed as lithium-ion pouch cells depend heavily on external conditions, for example due to the low mechanical stability of pouch cells. A pressure acting on the pouch cells from the outside is a decisive parameter here. By specifically influencing the pressure on a cell stack, the performance, service life and structural stability of the battery cells in the cell stack can be improved.

Eine besondere technische Herausforderung bei Feststoffbatterien besteht darin, eine Volumenänderung einer Anode zu ermöglichen. Im entladenen Zustand ist eine verhältnismäßig geringe Menge Lithium an der Anode angeordnet. Im aufgeladenen Zustand ist eine verhältnismäßig große Menge Lithium an der Anode angeordnet. Durch diesen Mengenunterschied kann eine Volumenänderung der Batteriezelle zwischen dem aufgeladenen Zustand und dem entladenen Zustand ca. 30 % betragen.A particular technical challenge with solid-state batteries is to allow the volume of an anode to change. In the discharged state, a relatively small amount of lithium is located at the anode. In the charged state, a relatively large amount of lithium is located at the anode. Due to this difference in quantity, the volume of the battery cell can change by around 30% between the charged state and the discharged state.

Bei einem mehrere Batteriezellen aufweisenden Zellstapel einer Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug bedeutet dies, dass einzelne Batteriezellen während eines Ladezyklus einen Weg von mehreren Millimetern zurücklegen. Durch die Anordnung im Zellstapel legen hierbei einige Batteriezellen relativ zu einer Batteriewandung eines Batteriegehäuses der Traktionsbatterie größere Strecken zurück als andere Batteriezellen des Zellstapels. Hierfür muss demnach gewährleistet sein, dass die Batteriezellen in Ausdehnungsrichtung bewegbar angeordnet und unabhängig von ihrer Position innerhalb des Batteriegehäuses mit einem definierten Druck beaufschlagbar sind.In the case of a cell stack of a traction battery for a motor vehicle that has several battery cells, this means that individual battery cells cover a distance of several millimeters during a charging cycle. Due to the arrangement in the cell stack, some battery cells cover greater distances relative to a battery wall of a battery housing of the traction battery than other battery cells in the cell stack. For this purpose, it must therefore be ensured that the battery cells are arranged such that they can be moved in the direction of expansion and that a defined pressure can be applied to them regardless of their position within the battery housing.

Zur Erhöhung der Performance sowie der Lebensdauer der Batteriezellen ist eine über eine Seite der Batteriezelle gleichmäßig verteilte Druckkraft erforderlich. Hierfür sind spezielle Druckvorrichtungen bekannt, welche zum Erzeugen der Druckkraft beispielsweise eine Druckfeder, eine Hydraulik oder dergleichen aufweisen. Aus der WO 2021 / 008 952 A1 ist beispielsweise eine hydraulische Druckvorrichtung bekannt, welche mittels einer Steuerungsvorrichtung in Abhängigkeit eines Betriebszustands eines Kraftfahrzeugs steuerbar ausgebildet ist. Im Falle eines detektierten Fahrzeugcrashs ist die Druckkraft auf den Zellstapel mittels der Druckvorrichtung derart reduzierbar, dass eine Beschädigung der Batteriezellen durch die Druckvorrichtung vermeidbar ist.To increase the performance and the service life of the battery cells, a compressive force that is evenly distributed over one side of the battery cell is required. Special pressure devices are known for this purpose, which have, for example, a compression spring, a hydraulic system or the like to generate the pressure force. From the WO 2021/008 952 A1 For example, a hydraulic pressure device is known which is designed to be controllable by means of a control device as a function of an operating state of a motor vehicle. In the event of a detected vehicle crash, the pressure force on the cell stack can be reduced by means of the pressure device in such a way that damage to the battery cells by the pressure device can be avoided.

Bekannte Traktionsbatterien mit hydraulischen Druckvorrichtungen haben den Nachteil, dass in Crashsituationen eine übermäßige mechanische Belastung der Batteriezellen durch die Druckvorrichtung auftreten kann. Somit können bei einem Fahrzeugcrash hohe Druckspitzen auftreten, durch welche die Batteriezellen beschädigt werden können. Zudem sind die Batteriezellen eines Zellstapels gegen einen seitlichen Aufprall oftmals unzureichend geschützt. Bei Traktionsbatterien mit selbstdeaktivierenden Druckvorrichtungen ist eine Druckkraft auf den Zellstapel nach einer Crashsituation oftmals zu gering, sodass die Batteriezellen hierdurch ebenfalls beschädigt werden können.Known traction batteries with hydraulic pressure devices have the disadvantage that, in crash situations, the battery cells can be subjected to excessive mechanical stress by the pressure device. Thus, in the event of a vehicle crash, high pressure peaks can occur, which can damage the battery cells. In addition, the battery cells in a cell stack are often inadequately protected against a side impact. In the case of traction batteries with self-deactivating pressure devices, the pressure force on the cell stack after a crash is often too low, so that the battery cells can also be damaged as a result.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Batteriemodul für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Batteriemodul, eine Traktionsbatterie und ein Kraftfahrzeug zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine Betriebssicherheit sowie eine Lebensdauer der Batteriezellen, insbesondere während einer Crashsituation, erhöhen.It is therefore the object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in a battery module for a traction battery for a motor vehicle. In particular, the object of the present invention is to create a battery module, a traction battery and a motor vehicle that increase operational reliability and the service life of the battery cells, in particular during a crash situation, in a simple and cost-effective manner.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, eine Traktionsbatterie zum Betreiben eines Elektromotors eins Kraftfahrzeugs mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 6 sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above object is solved by the patent claims. Accordingly, the object is achieved by a battery module for a traction battery for a motor vehicle with the features of independent claim 1, a traction battery for operating an electric motor of a motor vehicle with the features of independent claim 6 and a motor vehicle with the features of independent claim 10. Further features and details of the invention result from the dependent claims, the description exercise and the drawings. Features and details that are described in connection with the battery module according to the invention naturally also apply in connection with the traction battery according to the invention and the motor vehicle according to the invention and vice versa, so that the disclosure of the individual aspects of the invention is or can always be referred to alternately.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Batteriemodul weist mehrere Batteriezellen, welche zusammen einen Zellstapel mit einer Stapelrichtung bilden, eine hydraulische Druckvorrichtung zum Erzeugen einer Druckkraft zum Zusammendrücken der Batteriezellen in Stapelrichtung und eine Steuerungsschnittstelle zum Koppeln mit einer Steuerungsvorrichtung der Traktionsbatterie zum gezielten Steuern der Druckvorrichtung zum Erzeugen eines definierten Soll-Druckwerts auf. Die hydraulische Druckvorrichtung weist eine Druckkammer mit einer Kammerwandung zur Aufnahme eines hydraulischen Druckmediums und einen entlang der Kammerwandung geführten Druckkolben zum Weiterleiten der Druckkraft der Druckvorrichtung auf. Erfindungsgemäß weist die Druckvorrichtung ein Druckbegrenzungsventil auf, wobei das Druckbegrenzungsventil ausgebildet ist, unterhalb eines maximalen Druckwerts in der Druckkammer zu schließen und bei Überschreiten des maximalen Druckwerts zu öffnen und zumindest einen Teil des Druckmediums aus der Druckkammer abzulassen.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a battery module for a traction battery for a motor vehicle. The battery module has several battery cells, which together form a cell stack with a stacking direction, a hydraulic pressure device for generating a pressure force for compressing the battery cells in the stacking direction, and a control interface for coupling to a control device of the traction battery for targeted control of the pressure device for generating a defined target pressure value on. The hydraulic pressure device has a pressure chamber with a chamber wall for receiving a hydraulic pressure medium and a pressure piston guided along the chamber wall for transmitting the pressure force of the pressure device. According to the invention, the pressure device has a pressure relief valve, the pressure relief valve being designed to close below a maximum pressure value in the pressure chamber and to open when the maximum pressure value is exceeded and to discharge at least part of the pressure medium from the pressure chamber.

Die Batteriezellen sind vorzugsweise als Feststoffbatteriezellen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Batteriezellen als Pouch-Zellen ausgebildet. Eine Zellwandung der Batteriezellen ist vorzugsweise flexibel ausgebildet. Vorzugsweise weisen die Batteriezellen zwei entgegengesetzte größere Seitenflächen auf, welche wesentlich größer als etwaige andere Seitenflächen der Batteriezellen ausgebildet sind. Die Batteriezellen sind zu dem Zellstapel angeordnet. Vorzugsweise sind die Batteriezellen derart zu dem Zellstapel angeordnet, dass die größeren Seitenflächen benachbarter Batteriezellen einander kontaktieren. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Stapelrichtung parallel zu einer Flächennormalen der größeren Seitenflächen Batteriezellen verläuft. Eine äußere Abmessung des Zellstapels entlang der Stapelrichtung ist von der Anzahl sowie einem Ladezustand der Batteriezellen abhängig.The battery cells are preferably in the form of solid-state battery cells. The battery cells are preferably designed as pouch cells. A cell wall of the battery cells is preferably flexible. The battery cells preferably have two opposite, larger side surfaces which are designed to be significantly larger than any other side surfaces of the battery cells. The battery cells are arranged to form the cell stack. The battery cells are preferably arranged in relation to the cell stack in such a way that the larger side surfaces of adjacent battery cells make contact with one another. It is preferred here that the stacking direction runs parallel to a surface normal of the larger side surfaces of the battery cells. An outer dimension of the cell stack along the stacking direction depends on the number and the state of charge of the battery cells.

Die hydraulische Druckvorrichtung ist ausgebildet, die Druckkraft parallel zur Stapelrichtung auf den Zellstapel auszuüben. Zum Aufnehmen des hydraulischen Druckmediums, wie beispielsweise Öl, weist die Druckvorrichtung die Druckkammer mit der Kammerwandung auf. Zum Einleiten des Druckmediums weist die Druckvorrichtung vorzugsweise einen Drucktank, eine Hydraulikpumpe, Ventile oder dergleichen auf. Der Druckkolben ist entlang der Kammerwandung vorzugsweise linear geführt. Durch Einleiten des Druckmediums in die Druckkammer ist der Druck innerhalb der Druckkammer erhöhbar und der Druckkolben zum Druckausgleich in Richtung Zellstapel bewegbar. Auf diese Weise sind die Batteriezellen des Zellstapels zusammendrückbar, um somit Betriebsbedingungen der Batteriezellen zu verbessern. Die hydraulische Druckvorrichtung ist ausgebildet, die Druckkraft mit dem Soll-Druckwert gezielt bereitzustellen. Vorzugsweise weist die Druckvorrichtung zum Drücken gegen den Zellstapel eine Druckplatte auf, welche vorzugsweise mittels des Druckkolbens bewegbar ist.The hydraulic pressure device is designed to exert the pressure force on the cell stack parallel to the stacking direction. To accommodate the hydraulic pressure medium, such as oil, the pressure device has the pressure chamber with the chamber wall. To introduce the pressure medium, the pressure device preferably has a pressure tank, a hydraulic pump, valves or the like. The pressure piston is preferably linearly guided along the chamber wall. By introducing the pressure medium into the pressure chamber, the pressure within the pressure chamber can be increased and the pressure piston can be moved in the direction of the cell stack to equalize the pressure. In this way, the battery cells of the cell stack can be compressed in order to improve the operating conditions of the battery cells. The hydraulic pressure device is designed to provide the pressure force with the target pressure value in a targeted manner. The pressure device preferably has a pressure plate for pressing against the cell stack, which pressure plate can preferably be moved by means of the pressure piston.

Unter einem Soll-Druckwert wird insbesondere die Höhe einer Druckkraft verstanden, welche für einen aktuellen Betriebszustand des Batteriemoduls als besonders vorteilhaft gilt. Der Soll-Druckwert ist vom Ladezustand der Batteriezellen abhängig. Zusätzlich kann der Soll-Druckwert von weiteren Parametern, wie beispielsweise einer Temperatur, insbesondere der Batteriezellen, eines Umgebungsdrucks, einer Verzögerungsrate des Kraftfahrzeugs oder dergleichen, abhängig sein. In einer Crashsituation kann der Soll-Druckwert beispielsweise kurzfristig abgesenkt werden, um einem durch Deformation des Batteriemoduls bewirkbaren kritischen Druckkraftanstieg auf die Batteriezellen prophylaktisch entgegenzuwirken. Der Soll-Druckwert ist demnach ein variabler Wert, welcher situativ festlegbar ist.A target pressure value is understood to mean, in particular, the magnitude of a compressive force that is considered to be particularly advantageous for a current operating state of the battery module. The target pressure value depends on the state of charge of the battery cells. In addition, the setpoint pressure value can depend on other parameters, such as a temperature, in particular of the battery cells, an ambient pressure, a deceleration rate of the motor vehicle or the like. In a crash situation, the setpoint pressure value can be lowered for a short time, for example, in order to prophylactically counteract a critical pressure force increase on the battery cells that can be caused by deformation of the battery module. The target pressure value is therefore a variable value that can be determined depending on the situation.

Zum Steuern der Druckvorrichtung zum Erzeugen der Druckkraft weist das Batteriemodul die Steuerungsschnittstelle zum Koppeln mit der Steuerungsvorrichtung auf. Über die Steuerungsschnittstelle ist beispielsweise das Druckmedium in die Druckkammer einleitbar.In order to control the pressure device to generate the pressure force, the battery module has the control interface for coupling to the control device. For example, the pressure medium can be introduced into the pressure chamber via the control interface.

Das Druckbegrenzungsventil ist ausgebildet, den Druck innerhalb der Druckkammer derart zu begrenzen, dass das Druckbegrenzungsventil bei Überschreiten des maximalen Druckwerts innerhalb der Druckkammer öffnet und solange das Druckmedium aus der Druckkammer ablässt, bis der maximale Druckwert innerhalb der Druckkammer erreicht oder unterschritten ist. Der maximale Druckwert ist ein festgelegter Druckwert, um eine Beschädigung der Batteriezellen zu vermeiden.The pressure relief valve is designed to limit the pressure within the pressure chamber in such a way that the pressure relief valve opens when the maximum pressure value within the pressure chamber is exceeded and the pressure medium is released from the pressure chamber until the maximum pressure value within the pressure chamber is reached or fallen below. The maximum pressure value is a fixed pressure value to avoid damaging the battery cells.

Das Druckbegrenzungsventil ist vorzugsweise als passives Bauteil ausgebildet und funktioniert somit ohne externe Ansteuerung. Vorzugsweise weist das Druckbegrenzungsventil eine Federvorrichtung auf, welche ein Verschlusselement in einer Verschlusslage hält. Die von der Federvorrichtung bereitgestellte Federkraft ist auf den maximalen Druckwert abgestimmt, sodass oberhalb des maximalen Druckwerts das Verschlusselement von der Federvorrichtung nicht weiter in der Verschlusslage haltbar ist und einen Ablasskanal zum Ablassen des Druckmediums freigibt. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass das Druckbegrenzungsventil zudem ansteuerbar ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das Druckbegrenzungsventil derart ansteuerbar ausgebildet, dass ein Auslösedruckwert des Druckbegrenzungsventils herabsetzbar ist, beispielsweise durch Verändern einer Federkraft bzw. Federkonstanten der Federvorrichtung. Somit öffnet das Druckbegrenzungsventil bereits bei einem Druckwert unterhalb des maximalen Druckwerts. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine anstehende Crashsituation prädiziert wird, sodass ein verbessertes Ablassen des Druckmediums bewirkbar ist. Vorzugsweise weist die Druckvorrichtung zusätzlich zum Druckbegrenzungsventil ein mittels der Steuerungsvorrichtung steuerbares Steuerventil zum gezielten Ablassen des Druckmediums aus der Druckkammer auf.The pressure relief valve is preferably designed as a passive component and thus works without external control. The pressure-limiting valve preferably has a spring device which holds a closure element in a closed position. The spring force provided by the spring device is at the maximum Adjusted pressure value, so that above the maximum pressure value the closure element of the spring device can no longer be held in the closed position and releases a discharge channel for discharging the pressure medium. It can be provided according to the invention that the pressure-limiting valve is also designed to be controllable. The pressure-limiting valve is preferably designed to be controllable in such a way that a triggering pressure value of the pressure-limiting valve can be reduced, for example by changing a spring force or spring constant of the spring device. Thus, the pressure relief valve already opens at a pressure value below the maximum pressure value. This is particularly advantageous when an imminent crash situation is predicted, so that the pressure medium can be discharged better. In addition to the pressure-limiting valve, the pressure device preferably has a control valve, which can be controlled by means of the control device, for the targeted discharge of the pressure medium from the pressure chamber.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul hat gegenüber herkömmlichen Batteriemodulen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Schutz der Batteriezellen vor einer Drucküberlastung, insbesondere in Folge einer Crashsituation, verbesserbar ist. Während Druckvorrichtungen nach dem Stand der Technik aufwendige Sensoren sowie Aktuatoren zum Reduzieren der Druckkraft der Druckvorrichtung benötigen, ist durch das Druckbegrenzungsventil ein Überschreiten einer vordefinierten Druckschwelle zuverlässig sowie mit einfachen Mitteln verhinderbar. Zudem ist das Risiko einer übermäßigen Beanspruchung der Batteriezellen aufgrund einer zu geringen Druckkraft reduziert, da über das Druckbegrenzungsventil vor allem überschüssiges Druckmedium ablassbar und im Anschluss an die Crashsituation eine direkte, insbesondere unmittelbare, automatische Anpassung der Druckkraft an den aktuellen Soll-Druckwert mittels der Steuerungsvorrichtung im Zusammenspiel mit der Druckvorrichtung durchführbar ist. Auf diese Weise sind Folgeschäden an den Batteriezellen nach der Crashsituation wirksam vermeidbar. Überdies ist bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul vermieden, dass die Batteriezellen durch eine Fehlfunktion der Steuerungsvorrichtung oder Druckvorrichtung eine zu hohe Druckkraft erfahren und hierdurch beschädigt werden.A battery module according to the invention has the advantage over conventional battery modules that protection of the battery cells against pressure overload, in particular as a result of a crash situation, can be improved using simple means and in a cost-effective manner. While pressure devices according to the prior art require complex sensors and actuators to reduce the pressure force of the pressure device, the pressure relief valve can be used to prevent a predefined pressure threshold from being exceeded reliably and with simple means. In addition, the risk of excessive stress on the battery cells due to insufficient compressive force is reduced, since excess pressure medium in particular can be released via the pressure relief valve and, following the crash situation, a direct, in particular immediate, automatic adjustment of the compressive force to the current target pressure value by means of the control device can be carried out in conjunction with the printing device. In this way, consequential damage to the battery cells after the crash situation can be effectively avoided. Moreover, with the battery module according to the invention, it is avoided that the battery cells are subjected to an excessive compressive force due to a malfunction of the control device or pressure device and are damaged as a result.

Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriemodul vorgesehen sein, dass das Druckbegrenzungsventil im Druckkolben angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass der Druckkolben einen zentralen Kanal aufweist, in welchem das Druckbegrenzungsventil angeordnet ist. Das Druckbegrenzungsventil ist vorzugsweise an einem Ende oder einem Endbereich des zentralen Kanals angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Dissipieren des Druckmediums bei besonders hohen Druckanstiegsgradienten verbessert ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a battery module that the pressure-limiting valve is arranged in the pressure piston. It is preferred here that the pressure piston has a central channel in which the pressure-limiting valve is arranged. The pressure-limiting valve is preferably arranged at one end or an end area of the central channel. This has the advantage that dissipation of the pressure medium in the case of particularly high pressure increase gradients is improved with simple means and in a cost-effective manner.

Weiter bevorzugt ist das Druckbegrenzungsventil ausgebildet, bei einem Druckanstiegsgradienten zu öffnen, welcher größer ist als ein vordefinierter maximaler Druckanstiegsgradient. Demnach ist das Druckbegrenzungsventil vorzugsweise ausgebildet, bereits unterhalb des maximalen Druckwerts zu öffnen, wenn der maximale Druckanstiegsgradient überschritten ist. Unter einem Druckanstiegsgradienten wird im Rahmen der Erfindung eine Geschwindigkeit verstanden mit welcher der Druck innerhalb der Druckkammer ansteigt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit des Batteriemoduls weiter verbessert sind.More preferably, the pressure-limiting valve is designed to open at a pressure rise gradient that is greater than a predefined maximum pressure rise gradient. Accordingly, the pressure-limiting valve is preferably designed to open below the maximum pressure value when the maximum pressure rise gradient is exceeded. Within the scope of the invention, a pressure rise gradient is understood to mean a speed at which the pressure within the pressure chamber rises. This has the advantage that the operational reliability and durability of the battery module are further improved with simple means and in a cost-effective manner.

Vorzugsweise weist die Druckvorrichtung eine mit dem Druckbegrenzungsventil derart fluidkommunizierend gekoppelte Aufnahmekammer zum Aufnehmen des Druckmediums auf, dass über das Druckbegrenzungsventil aus der Druckkammer abgelassenes Druckmedium in die Aufnahmekammer strömbar ist. Die Aufnahmekammer ist vorzugsweise nach außen abgeschlossen, um ein unbeabsichtigtes Austreten des Druckmediums aus der Aufnahmekammer zu vermeiden. Vorzugsweise weist die Aufnahmekammer in einem Initialzustand einen Unterdruck bzw. ein Vakuum auf, um eine Aufnahme des Druckmediums zu verbessern. Über das Druckbegrenzungsventil abgelassenes Druckmedium ist somit besser abführbar. Die Aufnahmekammer weist vorzugsweise ein Aufnahmevolumen auf, welches etwa einem halben Kammervolumen der Druckkammer entspricht, sodass etwa die Hälfte des Druckmediums in die Aufnahmekammer abführbar ist. Alternativ kann das Aufnahmevolumen auch 75 % oder bis zu 100 % des Kammervolumens betragen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kontamination einer Umgebung der Batteriezellen oder des Batteriemoduls mit dem Druckmedium vermeidbar ist. Zudem ist das Druckmedium auf diese Weise wiederverwendbar.The pressure device preferably has a receiving chamber which is coupled in fluid communication with the pressure-limiting valve for receiving the pressure medium such that pressure medium discharged from the pressure chamber via the pressure-limiting valve can flow into the receiving chamber. The receiving chamber is preferably closed off from the outside in order to prevent the pressure medium from escaping unintentionally from the receiving chamber. In an initial state, the holding chamber preferably has a negative pressure or vacuum in order to improve holding of the pressure medium. Pressure medium discharged via the pressure-limiting valve can thus be discharged more easily. The receiving chamber preferably has a receiving volume which corresponds to approximately half the chamber volume of the pressure chamber, so that approximately half of the pressure medium can be discharged into the receiving chamber. Alternatively, the recording volume can also be 75% or up to 100% of the chamber volume. This has the advantage that contamination of the surroundings of the battery cells or of the battery module with the pressure medium can be avoided with simple means and in a cost-effective manner. In addition, the print medium can be reused in this way.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Aufnahmekammer über ein mittels der Steuerungsvorrichtung steuerbares Zusatzventil mit der Druckkammer derart fluidkommunizierend gekoppelt, dass über das Zusatzventil Druckmedium aus der Aufnahmekammer in die Druckkammer leitbar ist. Vorzugsweise ist das Zusatzventil zum gezielten Ablassen von Druckmedium aus der Druckkammer in die Aufnahmekammer ausgebildet. In einem normalen Betriebszustand des Batteriemoduls ist das Zusatzventil vorzugsweise geschlossen. Bei Öffnen des Druckbegrenzungsventils ist ein Teil des Druckmediums aus der Druckkammer in die Aufnahmekammer leitbar. Hierdurch kann in der Aufnahmekammer ein Überdruck entstehen, welcher zum anschließenden Erhöhen des Drucks innerhalb der Druckkammer auf den Soll-Druckwert verwendbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Betrieb des Batteriemoduls verbessert ist.According to a preferred embodiment of the invention, the receiving chamber is fluidly coupled to the pressure chamber via an additional valve that can be controlled by the control device such that pressure medium can be routed from the receiving chamber into the pressure chamber via the additional valve. The additional valve is preferably designed for the targeted discharge of pressure medium from the pressure chamber into the receiving chamber. In a normal operating state of the Battery module, the additional valve is preferably closed. When the pressure-limiting valve opens, part of the pressure medium can be routed from the pressure chamber into the receiving chamber. As a result, an overpressure can arise in the receiving chamber, which can be used to subsequently increase the pressure within the pressure chamber to the desired pressure value. This has the advantage that operation of the battery module is improved using simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Traktionsbatterie zum Betreiben eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs gelöst. Die Traktionsbatterie weist eine Batterielängsachse zur parallelen Anordnung zu einer Fahrzeuglängsachse des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist die Traktionsbatterie ein oder mehrere erfindungsgemäße Batteriemodule sowie eine Steuerungsvorrichtung zum Steuern der Druckvorrichtungen der Batteriemodule auf. Zum Schutz der Batteriemodule vor äußeren Einflüssen weist die Traktionsbatterie vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf. Das Batteriegehäuse ist vorzugsweise wasserdicht und/oder eigenstabil und/oder luftdicht ausgebildet. Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung auch als Batteriezellmanager zum Kontrollieren einer Be- und Entladung der Batteriezellen ausgebildet. Die Steuerungsvorrichtung ist ausgebildet, die Druckkammern mit dem Druckmedium gezielt zu beaufschlagen. Vorzugsweise ist die Steuerungsvorrichtung zum Ermitteln des aktuellen Soll-Druckwerts ausgebildet. Hierfür ist die Steuerungsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet, eine Priorisierung der Parameter, welche die Höhe des Soll-Druckwerts beeinflussen, durchzuführen. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet, einer Crashsituation, welche beispielsweise durch eine besonders hohe Verzögerung des Kraftfahrzeugs gekennzeichnet ist, eine höhere Priorität als einer Temperatur oder einem Ladezustand der Batteriezellen beizumessen. Sobald die Verzögerung wieder innerhalb eines unkritischen Werts liegt, ist der Soll-Druckwert dann wieder in Abhängigkeit des Ladezustands, der Temperatur oder dergleichen festlegbar.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by a traction battery for operating an electric motor of a motor vehicle. The traction battery has a battery longitudinal axis for parallel arrangement to a vehicle longitudinal axis of the motor vehicle. According to the invention, the traction battery has one or more battery modules according to the invention and a control device for controlling the pressure devices of the battery modules. To protect the battery modules from external influences, the traction battery preferably has a battery housing. The battery housing is preferably watertight and/or inherently stable and/or airtight. The control device is preferably also designed as a battery cell manager for controlling charging and discharging of the battery cells. The control device is designed to apply the pressure medium to the pressure chambers in a targeted manner. The control device is preferably designed to determine the current target pressure value. For this purpose, the control device is preferably designed to prioritize the parameters that influence the level of the target pressure value. The control device is preferably designed to assign a higher priority to a crash situation, which is characterized, for example, by a particularly high deceleration of the motor vehicle, than to a temperature or a state of charge of the battery cells. As soon as the deceleration is again within a non-critical value, the target pressure value can then be defined again as a function of the state of charge, the temperature or the like.

Bei der erfindungsgemäßen Traktionsbatterie ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Batteriemodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat die erfindungsgemäße Traktionsbatterie gegenüber herkömmlichen Traktionsbatterien den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Schutz der Batteriezellen vor einer Drucküberlastung, insbesondere in Folge einer Crashsituation, verbesserbar ist. Während Druckvorrichtungen nach dem Stand der Technik aufwendige Sensoren sowie Aktuatoren zum Reduzieren der Druckkraft der Druckvorrichtung benötigen, ist durch das Druckbegrenzungsventil ein Überschreiten einer vordefinierten Druckschwelle zuverlässig sowie mit einfachen Mitteln verhinderbar. Zudem ist das Risiko einer übermäßigen Beanspruchung der Batteriezellen aufgrund einer zu geringen Druckkraft reduziert, da über das Druckbegrenzungsventil vor allem überschüssiges Druckmedium ablassbar und im Anschluss an die Crashsituation eine direkte, insbesondere unmittelbare, automatische Anpassung der Druckkraft an den aktuellen Soll-Druckwert mittels der Steuerungsvorrichtung im Zusammenspiel mit der Druckvorrichtung durchführbar ist. Auf diese Weise sind Folgeschäden an den Batteriezellen nach der Crashsituation wirksam vermeidbar. Überdies ist bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul vermieden, dass die Batteriezellen durch eine Fehlfunktion der Steuerungsvorrichtung oder Druckvorrichtung eine zu hohe Druckkraft erfahren und hierdurch beschädigt werden.All the advantages that have already been described for a battery module according to the first aspect of the invention result from the traction battery according to the invention. Accordingly, the traction battery according to the invention has the advantage over conventional traction batteries that protection of the battery cells against pressure overload, particularly as a result of a crash situation, can be improved using simple means and in a cost-effective manner. While pressure devices according to the prior art require complex sensors and actuators to reduce the pressure force of the pressure device, the pressure relief valve can be used to prevent a predefined pressure threshold from being exceeded reliably and with simple means. In addition, the risk of excessive stress on the battery cells due to insufficient compressive force is reduced, since excess pressure medium in particular can be released via the pressure relief valve and, following the crash situation, a direct, in particular immediate, automatic adjustment of the compressive force to the current target pressure value by means of the control device can be carried out in conjunction with the printing device. In this way, consequential damage to the battery cells after the crash situation can be effectively avoided. Moreover, with the battery module according to the invention, it is avoided that the battery cells are subjected to an excessive compressive force due to a malfunction of the control device or pressure device and are damaged as a result.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass mindestens ein Batteriemodul derart innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet ist, dass die Stapelrichtung quer zur Batterielängsachse ausgebildet ist. Vorzugsweise sind sämtliche Batteriemodule derart innerhalb der Traktionsbatterie angeordnet, dass die Stapelrichtung quer zur Batterielängsachse ausgebildet ist. Demnach ist die Bewegungsrichtung des Druckkolbens der Druckvorrichtung quer, insbesondere rechtwinklig zur Fahrtrichtung ausgebildet. Besonders bevorzugt verläuft die Stapelrichtung auf einer horizontalen Ebene. Somit wirken mechanische Kräfte eines Seitenaufpralls im Wesentlichen in Druckrichtung der Druckvorrichtung. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Funktionssicherheit der Traktionsbatterie verbessert ist. Durch die Ausrichtung der Batteriemodule quer zur Fahrtrichtung sind auf die Traktionsbatterie bei einem Seitenaufprall einwirkende Kräfte besser kompensierbar, um die Batteriezellen besser zu schützen.It is preferred according to the invention that at least one battery module is arranged within the traction battery in such a way that the stacking direction is transverse to the longitudinal axis of the battery. All battery modules are preferably arranged within the traction battery in such a way that the stacking direction is transverse to the longitudinal axis of the battery. Accordingly, the direction of movement of the pressure piston of the pressure device is transverse, in particular perpendicular to the direction of travel. The stacking direction particularly preferably runs on a horizontal plane. Thus mechanical forces of a side impact act essentially in the direction of pressure of the pressure device. This has the advantage that functional reliability of the traction battery is improved with simple means and in a cost-effective manner. By aligning the battery modules transversely to the direction of travel, forces acting on the traction battery in the event of a side impact can be better compensated in order to better protect the battery cells.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, den Druck innerhalb der Druckkammer derart zu regeln, dass der vordefinierte Soll-Druckwert nach Öffnen des Druckbegrenzungsventils nicht oder nur innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums unterschritten wird. Die Steuerungsvorrichtung ist demnach vorzugsweise ausgebildet, auch während sowie nach einer Crashsituation den Soll-Druckwert zu halten, um eine hohe Betriebssicherheit und eine möglichst geringe Alterung der Batteriezellen zu gewährleisten. Gleichwohl kann ein kurzzeitiges Unterschreiten des Soll-Druckwerts vorteilhaft sein, wenn beispielsweise ein prädizierter Druckanstiegsgradient einen Schwellwert übersteigt und somit eine derartige Druckbelastung auf die Batteriezellen droht, welche zu einem höheren Schaden führen würde als das kurzzeitige Absenken der Druckkraft unter den Soll-Druckwert. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit der Traktionsbatterie weiter verbessert sind.It is preferred according to the invention that the control device is designed and set up to regulate the pressure within the pressure chamber in such a way that the pressure does not drop below the predefined target value after the pressure relief valve opens, or only falls below it within a predetermined period of time. The control device is therefore preferably designed to maintain the setpoint pressure value even during and after a crash situation, in order to ensure a high level of operational reliability and the lowest possible aging of the battery cells. Nevertheless, briefly falling below the target pressure value can be advantageous if, for example, a predicted pressure increase gradient exceeds a threshold value and there is a risk of such a pressure load on the battery cells that would lead to greater damage than the brief reduction in pressure force below the target pressure value. This has the advantage that the operational reliability and durability of the traction battery are further improved with simple means and in a cost-effective manner.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist die Steuerungsvorrichtung eine Sensorschnittstelle zum Koppeln mit einem Crashsensor zum Detektieren einer Crashsituation auf, wobei die Steuerungsvorrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, beim Detektieren der Crashsituation den Druck innerhalb der Druckkammer für einen Zeitabschnitt unterhalb des Soll-Druckwerts abzusenken, vorzugsweise sprunghaft abzusenken. Die Steuerungsvorrichtung ist vorzugsweise ausgebildet und eingerichtet, den Druck innerhalb der Druckkammer bereits vor einem crashbedingten Druckanstieg innerhalb der Druckkammer bzw. vor einem Öffnen des Druckbegrenzungsventils zu senken. Somit ist der Druckwert bereits prophylaktisch absenkbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Betriebssicherheit und die Haltbarkeit des Batteriemoduls weiter verbessert sind.In a particularly preferred embodiment of the invention, the control device has a sensor interface for coupling to a crash sensor for detecting a crash situation, the control device being designed and set up to lower the pressure inside the pressure chamber below the target pressure value for a period of time when the crash situation is detected, preferably abruptly lower. The control device is preferably designed and set up to already lower the pressure inside the pressure chamber before a crash-related pressure increase inside the pressure chamber or before the pressure-limiting valve opens. Thus, the pressure value can already be lowered prophylactically. This has the advantage that the operational reliability and durability of the battery module are further improved with simple means and in a cost-effective manner.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Antriebssystem eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie auf. Das elektrische Antriebssystem ist vorzugsweise zum alleinigen Antreiben und/oder zum unterstützenden Antreiben des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Demnach ist das Kraftfahrzeug vorzugsweise als vollelektrisches Kraftfahrzeug oder als Hybridfahrzeug ausgebildet. Die Traktionsbatterie ist vorzugsweise in einem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs angeordnet. Das Kraftfahrzeug weist eine Fahrzeuglängsachse auf, wobei die Stapelrichtung mindestens eines Batteriemoduls vorzugsweise zusammen mit der Fahrzeuglängsachse auf einer horizontal verlaufenden Ebene angeordnet ist.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle. The motor vehicle has an electric drive system with an electric motor. According to the invention, the electric drive system has a traction battery according to the invention. The electric drive system is preferably designed to drive the motor vehicle alone and/or to drive it in a supporting manner. Accordingly, the motor vehicle is preferably designed as a fully electric motor vehicle or as a hybrid vehicle. The traction battery is preferably arranged in a floor area of the motor vehicle. The motor vehicle has a vehicle longitudinal axis, with the stacking direction of at least one battery module preferably being arranged together with the vehicle longitudinal axis on a horizontal plane.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Batteriemodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einer Traktionsbatterie gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Schutz der Batteriezellen vor einer Drucküberlastung, insbesondere in Folge einer Crashsituation, verbesserbar ist. Während Druckvorrichtungen nach dem Stand der Technik aufwendige Sensoren sowie Aktuatoren zum Reduzieren der Druckkraft der Druckvorrichtung benötigen, ist durch das Druckbegrenzungsventil ein Überschreiten einer vordefinierten Druckschwelle zuverlässig sowie mit einfachen Mitteln verhinderbar. Zudem ist das Risiko einer übermäßigen Beanspruchung der Batteriezellen aufgrund einer zu geringen Druckkraft reduziert, da über das Druckbegrenzungsventil vor allem überschüssiges Druckmedium ablassbar und im Anschluss an die Crashsituation eine direkte, insbesondere unmittelbare, automatische Anpassung der Druckkraft an den aktuellen Soll-Druckwert mittels der Steuerungsvorrichtung im Zusammenspiel mit der Druckvorrichtung durchführbar ist. Auf diese Weise sind Folgeschäden an den Batteriezellen nach der Crashsituation wirksam vermeidbar. Überdies ist bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul vermieden, dass die Batteriezellen durch eine Fehlfunktion der Steuerungsvorrichtung oder Druckvorrichtung eine zu hohe Druckkraft erfahren und hierdurch beschädigt werden.All the advantages that have already been described for a battery module according to the first aspect of the invention and for a traction battery according to the second aspect of the invention result from the motor vehicle according to the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that protection of the battery cells against pressure overload, in particular as a result of a crash situation, can be improved using simple means and in a cost-effective manner. While pressure devices according to the prior art require complex sensors and actuators to reduce the pressure force of the pressure device, the pressure relief valve can be used to prevent a predefined pressure threshold from being exceeded reliably and with simple means. In addition, the risk of excessive stress on the battery cells due to insufficient compressive force is reduced, since excess pressure medium in particular can be released via the pressure relief valve and, following the crash situation, a direct, in particular immediate, automatic adjustment of the compressive force to the current target pressure value by means of the control device can be carried out in conjunction with the printing device. In this way, consequential damage to the battery cells after the crash situation can be effectively avoided. In addition, the battery module according to the invention avoids the battery cells experiencing too high a compressive force due to a malfunction of the control device or pressure device and being damaged as a result.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul, eine erfindungsgemäße Traktionsbatterie sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 in einer perspektivischen Ansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines Druckkolbens einer hydraulischen Druckvorrichtung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
  • 2 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie,
  • 3 in einer Draufsicht einen Ausschnitt der Traktionsbatterie aus 2,
  • 4 in einer Draufsicht einen Ausschnitt einer bevorzugten alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie, und
  • 5 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
A battery module according to the invention, a traction battery according to the invention and a motor vehicle according to the invention are explained in more detail below with reference to drawings. They each show schematically:
  • 1 in a perspective view a preferred embodiment of a pressure piston of a hydraulic pressure device of a battery module according to the invention,
  • 2 in a plan view a preferred embodiment of a traction battery according to the invention,
  • 3 shows a section of the traction battery in a plan view 2 ,
  • 4 in a plan view a section of a preferred alternative embodiment of a traction battery according to the invention, and
  • 5 in a plan view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function and mode of action are in the 1 until 5 each provided with the same reference numerals.

In 1 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines Druckkolbens 11 einer hydraulischen Druckvorrichtung 6 (vgl. 2) eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 (vgl. 2) schematisch in einer perspektivischen Ansicht dargestellt. Der Druckkolben 11 weist einen zentralen Kanal 17 auf, in welchem ein Druckbegrenzungsventil 12 angeordnet ist. Zum Abdichten des Druckkolbens 11 gegenüber einer Kammerwandung 10 (vgl. 3) der Druckvorrichtung 6 weist der Druckkolben 11 eine Dichtung 18 auf. Der Druckkolben 11 ist ausgebildet, entlang einer Stapelrichtung S eines Zellstapels 5 (vgl. 2) zu wirken. In 1 is a preferred embodiment of a pressure piston 11 of a hydraulic pressure device 6 (cf. 2 ) of a battery module 1 according to the invention (cf. 2 ) shown schematically in a perspective view. The pressure piston 11 has a central channel 17 in which a pressure relief valve 12 is arranged. For sealing the pressure piston 11 against a chamber wall 10 (cf. 3 ) of the pressure device 6, the pressure piston 11 has a seal 18. The pressure piston 11 is formed along a stacking direction S of a cell stack 5 (cf. 2 ) to act.

2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie 2 schematisch in einer Draufsicht. In 3 ist ein Ausschnitt der Traktionsbatterie 2 aus 2 schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Die Traktionsbatterie 2 weist eine Mehrzahl erfindungsgemäßer Batteriemodule 1 auf. Die einzelnen Batteriemodule 1 weisen jeweils mehrere Batteriezellen 4 auf, welche in der Stapelrichtung S nebeneinander zu einem Zellstapel 5 angeordnet sind. Zum Bereitstellen einer Druckkraft auf die Zellstapel 5 weisen die Batteriemodule 1 jeweils eine hydraulische Druckvorrichtung 6 mit einer Druckkammer 9 auf, welche von der Kammerwandung 10 umgeben ist. Der Druckkolben 11 ist entlang der Kammerwandung 10 geführt und taucht mit einem Endbereich in die Druckkammer 9 ein. Ein entgegengesetzter Endbereich des Druckkolbens 11 drückt über eine Druckplatte 19 gegen den Zellstapel 5. Zum Steuern einer Beaufschlagung der Druckkammer 9 mit einem hydraulischem Druckmedium weist die Traktionsbatterie eine Steuerungsvorrichtung 8 auf, welche über eine Steuerungsschnittstelle 7 mit den Batteriemodulen 1 gekoppelt ist. Der Druckkolben 11 ist vorzugsweise gemäß dem in 1 dargestellten Druckkolben 11 ausgebildet. 2 shows a preferred embodiment of a traction battery 2 according to the invention schematically in a plan view. In 3 is a detail of the traction battery 2 2 shown schematically in a plan view. The traction battery 2 has a plurality of battery modules 1 according to the invention. The individual battery modules 1 each have a plurality of battery cells 4 which are arranged next to one another in the stacking direction S to form a cell stack 5 . In order to provide a compressive force on the cell stack 5, the battery modules 1 each have a hydraulic pressure device 6 with a pressure chamber 9 which is surrounded by the chamber wall 10. The pressure piston 11 is guided along the chamber wall 10 and dips into the pressure chamber 9 with one end area. An opposite end area of the pressure piston 11 presses against the cell stack 5 via a pressure plate 19. To control the application of a hydraulic pressure medium to the pressure chamber 9, the traction battery has a control device 8 which is coupled to the battery modules 1 via a control interface 7. The pressure piston 11 is preferably according to the in 1 shown pressure piston 11 is formed.

4 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten alternativen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Traktionsbatterie 2 schematisch in einer Draufsicht. Die Batteriemodule 1 weisen nunmehr zusätzlich zu den in 2 und 3 gezeigten Batteriemodulen 1 jeweils eine Aufnahmekammer 14 auf, welche über das Druckbegrenzungsventil 12 mit der Druckkammer 9 fluidkommunizierend gekoppelt ist. Die Aufnahmekammer 14 ist über ein mittels der Steuerungsvorrichtung 8 ansteuerbares Zusatzventil 15 mit der Druckkammer 9 fluidkommunizierend gekoppelt. Das Zusatzventil 15 ist mittels der Steuerungsvorrichtung 8 je nach Bedarf ansteuerbar, um beispielsweise bei einem höheren Druck in der Druckkammer 9 als in der Aufnahmekammer 14, Druckmedium von der Druckkammer 9 in die Aufnahmekammer 14 zu leiten. Ebenfalls ist mittels des Zusatzventils 15 bei einem niedrigeren Druck in der Druckkammer 9 als in der Aufnahmekammer 14, Druckmedium von der Aufnahmekammer 14 in die Druckkammer 9 leitbar. 4 shows a section of a preferred alternative embodiment of a traction battery 2 according to the invention schematically in a plan view. The battery modules 1 now have in addition to the 2 and 3 Battery modules 1 shown each have a receiving chamber 14 which is coupled via the pressure relief valve 12 with the pressure chamber 9 in fluid communication. The receiving chamber 14 is coupled in fluid communication with the pressure chamber 9 via an additional valve 15 that can be actuated by means of the control device 8 . The additional valve 15 can be controlled by the control device 8 as required, for example in order to direct pressure medium from the pressure chamber 9 into the receiving chamber 14 at a higher pressure in the pressure chamber 9 than in the receiving chamber 14 . The additional valve 15 can also be used to direct pressure medium from the receiving chamber 14 into the pressure chamber 9 at a lower pressure in the pressure chamber 9 than in the receiving chamber 14 .

In 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 3 schematisch in einer Draufsicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 3 weist ein elektrisches Antriebssystem 16 mit einem Elektromotor 20 und einer Traktionsbatterie 2 auf. Eine Batterielängsachse B verläuft parallel zu einer Fahrzeuglängsachse F des Kraftfahrzeugs 3. Somit verläuft eine Stapelrichtung S der Zellstapel 5 der Batteriemodule 1 quer zur Fahrzeuglängsachse F.In 5 a preferred embodiment of a motor vehicle 3 according to the invention is shown schematically in a plan view. The motor vehicle 3 has an electric drive system 16 with an electric motor 20 and a traction battery 2 . A battery longitudinal axis B runs parallel to a vehicle longitudinal axis F of the motor vehicle 3. A stacking direction S of the cell stacks 5 of the battery modules 1 therefore runs transversely to the vehicle longitudinal axis F.

BezugszeichenlisteReference List

11
Batteriemodulbattery module
22
Traktionsbatterietraction battery
33
Kraftfahrzeugmotor vehicle
44
Batteriezellebattery cell
55
Zellstapelcell stack
66
Druckvorrichtungprinting device
77
Steuerungsschnittstellecontrol interface
88th
Steuerungsvorrichtungcontrol device
99
Druckkammerpressure chamber
1010
Kammerwandungchamber wall
1111
Druckkolbenplunger
1212
Druckbegrenzungsventilpressure relief valve
1313
Sensorschnittstellesensor interface
1414
Aufnahmekammerrecording chamber
1515
Zusatzventilauxiliary valve
1616
elektrisches Antriebssystemelectric drive system
1717
zentraler Kanalcentral channel
1818
Dichtungpoetry
1919
Druckplatteprinting plate
2020
Elektromotor electric motor
BB
Batterielängsachselongitudinal battery axis
Ff
Fahrzeuglängsachsevehicle longitudinal axis
SS
Stapelrichtungstacking direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2021008952 A1 [0006]WO 2021008952 A1 [0006]

Claims (10)

Batteriemodul (1) für eine Traktionsbatterie (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend mehrere Batteriezellen (4), welche zusammen einen Zellstapel (5) mit einer Stapelrichtung (S) bilden, eine hydraulische Druckvorrichtung (6) zum Erzeugen einer Druckkraft zum Zusammendrücken der Batteriezellen (4) in Stapelrichtung (S) und eine Steuerungsschnittstelle (7) zum Koppeln mit einer Steuerungsvorrichtung (8) der Traktionsbatterie (2) zum gezielten Steuern der Druckvorrichtung (6) zum Erzeugen eines definierten Soll-Druckwerts, wobei die hydraulische Druckvorrichtung (6) eine Druckkammer (9) mit einer Kammerwandung (10) zur Aufnahme eines hydraulischen Druckmediums und einen entlang der Kammerwandung geführten Druckkolben (11) zum Weiterleiten der Druckkraft der Druckvorrichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung (6) ein Druckbegrenzungsventil (12) aufweist, wobei das Druckbegrenzungsventil (12) ausgebildet ist, unterhalb eines maximalen Druckwerts in der Druckkammer (9) zu schließen und bei Überschreiten des maximalen Druckwerts zu öffnen und zumindest einen Teil des Druckmediums aus der Druckkammer (9) abzulassen.Battery module (1) for a traction battery (2) for a motor vehicle (3), having a plurality of battery cells (4) which together form a cell stack (5) with a stacking direction (S), a hydraulic pressure device (6) for generating a pressure force for Compression of the battery cells (4) in the stacking direction (S) and a control interface (7) for coupling to a control device (8) of the traction battery (2) for the targeted control of the pressure device (6) to generate a defined target pressure value, the hydraulic pressure device (6) has a pressure chamber (9) with a chamber wall (10) for receiving a hydraulic pressure medium and a pressure piston (11) guided along the chamber wall for passing on the pressure force of the pressure device (6), characterized in that the pressure device (6) has a Pressure relief valve (12), wherein the pressure relief valve (12) is formed below a maximum pressure value in the pressure to close the chamber (9) and to open it when the maximum pressure value is exceeded and to drain at least part of the pressure medium from the pressure chamber (9). Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (12) im Druckkolben (11) angeordnet ist.Battery module (1) after claim 1 , characterized in that the pressure relief valve (12) is arranged in the pressure piston (11). Batteriemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckbegrenzungsventil (12) ausgebildet ist, bei einem Druckanstiegsgradienten zu öffnen, welcher größer ist als ein vordefinierter maximaler Druckanstiegsgradient.Battery module (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the pressure relief valve (12) is designed to open at a pressure rise gradient which is greater than a predefined maximum pressure rise gradient. Batteriemodul (1) nach wenigstens einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckvorrichtung (6) eine mit dem Druckbegrenzungsventil (12) derart fluidkommunizierend gekoppelte Aufnahmekammer (14) zum Aufnehmen des Druckmediums aufweist, dass über das Druckbegrenzungsventil (12) aus der Druckkammer (9) abgelassenes Druckmedium in die Aufnahmekammer (14) strömbar ist.Battery module (1) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the pressure device (6) has a receiving chamber (14) coupled in fluid communication with the pressure limiting valve (12) for receiving the pressure medium that via the pressure limiting valve (12) from the pressure chamber (9) discharged pressure medium can flow into the receiving chamber (14). Batteriemodul (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmekammer (14) über ein mittels der Steuerungsvorrichtung (8) steuerbares Zusatzventil (15) mit der Druckkammer (9) derart fluidkommunizierend gekoppelt ist, dass über das Zusatzventil (15) Druckmedium aus der Aufnahmekammer (14) in die Druckkammer (9) leitbar ist.Battery module (1) after claim 4 , characterized in that the receiving chamber (14) is coupled in fluid communication with the pressure chamber (9) via an additional valve (15) that can be controlled by means of the control device (8) in such a way that pressure medium is pumped out of the receiving chamber (14) into the Pressure chamber (9) can be guided. Traktionsbatterie (2) zum Betreiben eines Elektromotors eines Kraftfahrzeugs (3), mit einer Batterielängsachse (B) zur parallelen Anordnung zu einer Fahrzeuglängsachse (F) des Kraftfahrzeugs (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Traktionsbatterie (2) ein oder mehrere Batteriemodule (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche sowie eine Steuerungsvorrichtung (8) zum Steuern der Druckvorrichtungen (6) der Batteriemodule (1) aufweist.Traction battery (2) for operating an electric motor of a motor vehicle (3), with a battery longitudinal axis (B) for parallel arrangement to a vehicle longitudinal axis (F) of the motor vehicle (3), characterized in that the traction battery (2) has one or more battery modules (1 ) according to one of the preceding claims and a control device (8) for controlling the pressure devices (6) of the battery modules (1). Traktionsbatterie (2) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Batteriemodul (1) derart innerhalb der Traktionsbatterie (2) angeordnet ist, dass die Stapelrichtung (S) quer zur Batterielängsachse (B) ausgebildet ist.Traction battery (2) after claim 6 , characterized in that at least one battery module (1) is arranged within the traction battery (2) in such a way that the stacking direction (S) is formed transversely to the longitudinal axis (B) of the battery. Traktionsbatterie (2) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (8) ausgebildet und eingerichtet ist, den Druck innerhalb der Druckkammer (9) derart zu regeln, dass der vordefinierte Soll-Druckwert nach Öffnen des Druckbegrenzungsventils (12) nicht oder nur innerhalb eines vorgegebenen Zeitraums unterschritten wird.Traction battery (2) after claim 6 or 7 , characterized in that the control device (8) is designed and set up to regulate the pressure within the pressure chamber (9) in such a way that the predefined setpoint pressure value after opening the pressure relief valve (12) is not fallen below, or only falls below it within a predetermined period of time. Traktionsbatterie (2) nach wenigstens einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (8) eine Sensorschnittstelle (13) zum Koppeln mit einem Crashsensor zum Detektieren einer Crashsituation aufweist, wobei die Steuerungsvorrichtung (8) ausgebildet und eingerichtet ist, beim Detektieren der Crashsituation den Druck innerhalb der Druckkammer (9) für einen Zeitabschnitt unterhalb des Soll-Druckwerts abzusenken.Traction battery (2) according to at least one of Claims 6 until 8th , characterized in that the control device (8) has a sensor interface (13) for coupling to a crash sensor for detecting a crash situation, wherein the control device (8) is designed and set up, when detecting the crash situation, the pressure inside the pressure chamber (9) for to lower a period of time below the target pressure value. Kraftfahrzeug (3), aufweisend ein elektrisches Antriebssystem (16) mit einem Elektromotor, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Antriebssystem (16) eine Traktionsbatterie (2) nach einem der Ansprüche 6 bis 9 aufweist.Motor vehicle (3) having an electric drive system (16) with an electric motor, characterized in that the electric drive system (16) has a traction battery (2) according to one of Claims 6 until 9 having.
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