DE102021119944A1

DE102021119944A1 - Batteriemodul und Batterie

Info

Publication number: DE102021119944A1
Application number: DE102021119944.1A
Authority: DE
Inventors: Hans Beyer; Volker Böhringer; Martin Zoske
Original assignee: Webasto SE
Current assignee: Webasto SE
Priority date: 2021-07-30
Filing date: 2021-07-30
Publication date: 2023-02-02
Also published as: EP4378021A1; WO2023007032A1; KR20240025010A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul (2) zum Aufbau einer Batterie (1), vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei in einem Zellhalter (3) gehaltene Batteriezellen (5), bevorzugt zylindrische Batteriezellen (5), die mit einem Temperierelement (8) eines Batteriegehäuses (100) in thermisch leitfähigen Kontakt zu bringende Temperierflächen (50) aufweisen, wobei eine an den Temperierflächen (50) der Batteriezellen (5) angeordnete Isolationsfolie (7) vorgesehen ist.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, beispielsweise zum Aufbau einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, sowie eine solche Batterie.
Stand der Technik
Batteriesysteme für Fahrzeuge sind meist mit einem geeignet abgestimmten Temperierelement versehen. Dieses Temperierelement ist oft als ein kammerartiges Bodenelement ausgeführt, welches einem Medium, z.B. einem flüssigen Kühlmittel, den gezielten Durchfluss ermöglicht. Dieses Bodenelement ist meist aus Metall ausgeführt.
Zur thermischen Anbindung jeder einzelnen Batteriezelle an das Temperierelement ist es bekannt, eine thermisch leitfähige sowie elektrisch isolierende Schicht zu verwenden, die zudem geometrische Toleranzen zwischen den Zellen und dem Temperierelement ausgleichen kann. Dies kann eine formbare Matte (Gap-Pad) oder eine viskose Paste (Gap-Filler) sein. Viskose Gap-Filler können beispielsweise in Schlangenlinien auf das Temperierelement aufgebracht werden. Beim Zusammenbau und dem damit einhergehenden Anpressen der Batteriezellen an das Temperierelement werden durch die Verteilung des Gap-Fillers dann Luftspalte geschlossen.
Als Batteriezelle wird im Sinne der vorliegenden Offenbarung eine elektrochemische Speicherzelle, vorzugsweise eine Sekundärzelle verstanden. Der Begriff „Zelle“ kann im Hinblick auf das physikalische Erscheinungsbild der Komponente als kleinste kontaktierbare Baueinheit verstanden werden. Demgegenüber wird unter einem Batteriemodul eine Baueinheit verstanden, welche eine Vielzahl von Batteriezellen zusammenfasst. Als Batterie wird entsprechend eine Baueinheit verstanden, die aus einem oder mehreren zusammengeschalteten Batteriemodulen aufgebaut ist. Derartige Batteriesysteme können ferner ein die Batteriemodule aufnehmendes Gehäuse, elektrische Verschaltungen sowie ein Batteriemanagementsystem umfassen. Batterien sind vorzugsweise für den Einsatz in einem Elektrofahrzeug vorgesehen, können aber auch in anderen Fahrzeugen oder anderen Anwendungsbereichen eingesetzt werden.
Bei Gap-Fillern werden nicht-härtende und nach der Applikation härtende Systeme unterschieden. Nicht-härtende Systeme sind hochviskos, erfordern meist einen entsprechend hohen Anpressdruck der Zellen zur gleichmäßigen Verteilung des Gap-Fillers und stellen die mechanische Verbindung zwischen Zelle und Temperierelement durch Haftkraft her. Härtende Systeme können zur Applikation niedrigviskoser eingestellt werden, sodass schon ein geringer Anpressdruck zur gleichmäßigen Verteilung führt. Zudem kann beim Aushärten eine unterstützende oder strukturelle Verklebung der Zelle mit dem Kühler erfolgen.
Die Verwendung von Gap-Pads ist meist mit hohen Kosten verbunden, zudem ist ein Toleranzausgleich durch Gap-Pads nur innerhalb enger Grenzen möglich, beispielsweise in der Relation von unkomprimierter Dicke im Vergleich zur Dicke bei maximaler Kompression. Auch die erzielbaren Haft- bzw. Klebkräfte zwischen Temperierelement, Gap-Pad und Batteriezellen sind begrenzt und für eine strukturelle Verbindung ungeeignet.
Die Verwendung von Gap-Fillern ist dagegen kostengünstiger, ermöglicht den Ausgleich höherer Toleranzen, selbst bei komplexen Geometrien, und erlaubt die Einstellung von Viskosität und Haftbeziehungsweise Klebkraft passend zur jeweiligen Anwendung.
Beim Mischen der oft zwei-komponentigen Gap-Filler, deren Applikation sowie beim Anpressen der Batteriezellen auf den Gap-Filler können Lufteinschlüsse nicht ausgeschlossen werden. Bei prismatischen Batteriezellen, die in der Regel ab Werk mit einer elektrisch isolierenden Folie versehen sind, sowie bei Pouchzellen, deren Zellhülle in der Regel potentialfrei (floating) oder elektrisch isolierend beschichtet ist, stellt dies in der Regel kein Problem bezüglich der elektrischen Isolation zwischen Zelle und Kühler dar.
Mit zunehmender Nutzung zylindrischer Batteriezellen in Traktionsbatterien für elektrische Fahrzeuge kann sich aber folgender Nachteil bei der Verwendung von Gap-Fillern ergeben: Zylindrische Batteriezellen für Automotive-Anwendungen werden in der Regel „blank“ geliefert, das heißt ohne elektrisch isolierende Folierung der Außenseite, die dann mit Ausnahme des Deckels meist auf Zell-Minus Potential liegt. Daher können Luftblasen im Gap-Filler zu einer Verletzung der vorgeschriebenen Luft- und Kriechstrecken und damit des Isolationswiderstandes in (Hochvolt-) Batteriesystemen führen, was einen sicherheitskritischen Fehlerfall darstellen kann.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für Fahrzeuge, sowie einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, bereitzustellen.
Die Aufgabe wird durch ein Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird ein Batteriemodul zum Aufbau einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei in einem Zellhalter gehaltene Batteriezellen, die mit einem Temperierelement eines Batteriegehäuses in thermisch leitfähigen Kontakt zu bringende Temperierflächen aufweisen, vorgeschlagen. Erfindungsgemäß ist eine an den Temperierflächen der Batteriezellen angeordnete elektrisch isolierende Isolationsfolie vorgesehen.
Die Isolationsfolie ist damit so angeordnet, dass sie zwischen den Batteriezellen und dem Temperierelement angeordnet ist und damit eine elektrische Isolation der Batteriezellen gegenüber dem Temperierelement erreichen kann.
Unter einer elektrisch isolierenden Isolationsfolie wird eine Folie mit geringer elektrischer Leitfähigkeit und/oder hoher elektrischer Durchschlagsfestigkeit verstanden, die vorzugsweise eine Kunststofffolie ist, z.B. aus PP (Polypropylen), PEN (Polyethylennaphtalat), PET (Polyethylenterephtalat) oder PI (Polyimid). Vorzugsweise besitzt die Folie eine Dicke von weniger als 500 µm, weiter vorzugsweise von weniger als 100 µm. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit liegt vorzugsweise bei mindestens 10 kV/mm, weiter vorzugsweise bei mindestens 30 kV/mm.
Bevorzugt ist auf dem Temperierelement ein thermisch leitendes Element angeordnet. Mit anderen Worten kann die Isolationsfolie dann derart angeordnet sein, dass bei einer Montage des Batteriemoduls zum Herstellen einer Batterie die Isolationsfolie zwischen den Batteriezellen und dem thermisch leitenden Element angeordnet ist und damit eine elektrische Isolation zwischen den Batteriezellen und dem thermisch leitenden Element bereitgestellt wird.
Ein thermisch leitendes Element kann beispielsweise eine thermisch leitende Paste (englisch „Gap-Filler“) oder eine thermisch leitende und formbare Matte sein (englisch „Gap-Pad“), die auf dem Temperierelement angeordnet ist, um eine thermische Verbindung zwischen den Temperierflächen der Batteriezellen und dem Temperierelement herzustellen. Mit anderen Worten ist das thermisch leitende Element dazu vorgesehen, die Batteriezellen thermisch und mechanisch (unter Ausgleich etwaiger Toleranzen) mit dem Temperierelement zu verbinden, und dabei den thermischen Widerstand dieser Verbindung so gering wie möglich zu halten..
Bevorzugt sind in den Batteriemodulen zylindrische Batteriezellen angeordnet, die beispielsweise eine nicht isolierte Außenseite aufweisen.
Bevorzugt ist die Isolationsfolie an den Temperierflächen aller Batteriezellen angeordnet. Damit können alle Batteriezellen des Batteriemoduls in einer effizienten Weise mit einer einzigen Isolationsfolie elektrisch gegenüber dem Temperierelement isoliert werden.
Vorzugsweise ist die Isolationsfolie vollflächig an den Temperierflächen der Batteriezellen angeordnet.
Zur Vereinfachung einer Montage ist die Isolationsfolie bevorzugt mit Temperierflächen von Batteriezellen verklebt, bevorzugt mit Temperierflächen der Mehrzahl der Batteriezellen und besonders bevorzugt mit Temperierflächen aller Batteriezellen. Durch das Verkleben kann eine vereinfachte Montage des Batteriemoduls erreicht werden.
Die Isolationsfolie kann dazu eine klebende Seite oder eine einseitige Klebstoffbeschichtung aufweisen. Dadurch kann ermöglicht werden, dass ein Befestigen der Folie an den Batteriezellen vereinfacht wird. Die Isolationsfolie kann beispielsweise auf einfache Weise an die Batteriezellen angeklebt werden. Weiterhin kann ermöglicht werden, dass die Anbringung der Folie weniger zeit-, material- und kostenintensivist, im Vergleich zu beispielsweise einer Einzel-Folierung der Batteriezellen.
Weiter bevorzugt ist die Isolationsfolie an den Temperierflächen der Batteriezellen und zwischen den Batteriezellen und dem thermisch leitenden Element angeordnet, wobei das thermisch leitende Element vorzugsweise ein Gap-Filler ist. In anderen Worten sind in Stapelreihenfolge in einer Batterie mit einem oben beschriebenen Batteriemodul ein Temperierelement, ein thermisch leitendes Element, vorzugsweise ein Gap-Pad oder ein Gap-Filler, eine Isolationsfolie und dann die Batteriezellen vorgesehen.
Dadurch kann ermöglicht werden, dass beispielsweise für die Herstellung einer Batterie eine Auswahl eines thermisch leitenden Elements unabhängig von dessen elektrisch isolierenden Eigenschaften erfolgen kann. Weiterhin kann ermöglicht werden, dass eine Schichtdicke des thermisch leitenden Elements so dünn gewählt werden kann, dass gerade der erforderliche Toleranzausgleich ermöglicht wird. Damit kann ermöglicht werden, dass eine dünnere Schicht eines thermisch leitenden Elements Materialeinsatz und damit Kosten und Gewicht spart, und den Wärmeübergang zwischen Temperierelement und Batteriezellen verbessert.
Bei der Verwendung von Gap-Fillern können beispielsweise Luftblasen oder Lufteinschlüsse entstehen. Diese können zu sicherheitskritischen Isolationsfehlern führen. Dadurch, dass das Batteriemodul eine Isolationsfolie umfasst, kann ermöglicht werden, dass beispielsweise bei der Herstellung einer Batterie sicherheitskritische Isolationsfehler reduziert oder in Bezug auf Lufteinschlüsse im Gap-Filler verringert oder ausgeschlossen werden.
Die Isolationsfolie kann mindestens eine Lasche umfassen, die aus der durch die Temperierflächen gebildeten Ebene heraus geklappt angeordnet ist. Mit anderen Worten kann die Lasche seitlich hochgeklappt angeordnet sein.
Damit kann die Isolationsfolie mit der Lasche im Querschnitt gesehen L-förmig ausgebildet sein. Die Lasche kann an mindestens einer Seite der Isolationsfolie hochgeklappt sein. Bei zwei oder mehr Laschen kann die Isolationsfolie beispielsweise um Querschnitt U-förmig ausgebildet sein. Die Laschen können beispielsweise bei einer rechteckigen Isolationsfolie an allen vier Seiten hochgeklappt sein.
Bevorzugt ist die Lasche umlaufend ausgebildet und die Isolationsfolie bildet bevorzugt eine wannenförmige Struktur aus.
Dadurch, dass die Isolationsfolie mindestens eine Lasche umfasst, kann ermöglicht werden, dass die Isolationsfolie die Handhabung eines Batteriemoduls in der Fertigung vereinfacht. Beispielsweise kann durch die mindestens eine Lasche der Isolationsfolie ermöglicht werden, dass weniger Kontaktstellen am Batteriemodul zu Bauteilen mit Batteriepotential zugänglich sind.
Die mindestens eine Lasche bildet beispielsweise eine Kriechstrecke aus, um Kriechströme zu vermeiden. Je höher die Spannung der Batterie, umso länger muss die Kriechstrecke sein. Durch die mindestens eine Lasche kann ermöglicht werden, dass eine Kriechstrecke verlängert wird. In anderen Worten kann ermöglicht werden, dass ein Isolationswiderstand, beispielsweise der Isolationsfolie des Batteriemoduls, erhöht wird. Weiterhin kann dadurch ermöglicht werden, dass die Sicherheit des Batteriesystems erhöht wird.
Mindestens eine Lasche kann auch zwischen Batteriezellen angeordnet sein, um das Eintreten eines thermisch leitfähigen Elements in Zwischenräume zwischen Batteriezellen zu verhindern.
Mit anderen Worten kann die Isolationsfolie neben ihrer elektrisch isolierenden Funktion auch dazu beitragen, dass das thermisch leitfähige Element, beispielsweise der Gap-Filler, in dem ihm zugewiesen Bereich verbleibt und nicht in andere Bereiche der Batterie oder des Batteriemoduls fließt.
Die oben beschriebene Aufgabe wird weiterhin durch eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
Entsprechend wird eine Batterie für ein Fahrzeug, bevorzugt Traktionsbatterie, mit mindestens einem oben beschriebenen Batteriemodul und einem Gehäuse mit einem Temperierelement zum Temperieren der in dem mindestens einen Batteriemodul aufgenommenen Batteriezellen, sowie ein auf dem Temperierelement angeordnetes thermisch leitendendes Element vorgeschlagen. Erfindungsgemäß steht die Isolationsfolie in Kontakt mit dem thermisch leitenden Element.
Die Batterie kann dabei eine Stapelreihenfolge umfassen, die in Stapelrichtung ein Temperierelement, ein thermisch leitendes Element, beispielsweise einen Gap-Filler, eine Isolationsfolie und die im Batteriemodul aufgenommenen Batteriezellen aufweist. Dadurch kann ermöglicht werden, dass beispielsweise eine geringere Menge an Isolationsfolie, ein geringerer Platzbedarf benötig wird und/oder ein geringeres Gewicht erzielt wird, da gezielt nur die Temperierflächen der Batteriezellen isoliert werden. Auf eine gesamte Umhüllung der Batteriezellen kann damit beispielsweise verzichtet werden.
Die Isolationsfolie kann in der Stapelreihenfolge beispielsweise an die Batteriezellen angeklebt sein. Dafür kann die Isolationsfolie beispielsweise eine klebende Seite oder eine einseitige Klebstoffbeschichtung umfassen.
In der Stapelreihenfolge kann die Isolationsfolie beispielsweise mit dem Gapfiller haftend oder klebend verbunden sein. Eine klebende Verbindung kann dabei sowohl über eine entsprechend klebende Eigenschaft des Gapfillers, als auch über eine klebende Seite oder eine Klebstoffbeschichtung der Isolationsfolie, als auch über eine Kombination aus beidem hergestellt werden. In Kombination mit einer „zellseitigen“ Klebstoffbeschichtung der Isolationsfolie kann die Isolationsfolie daher auch eine beidseitige Klebstoffbeschichtung aufweisen.
Die Isolationsfolie kann sich über ein Batteriemodul, eine Bauraum-Einheit einer Batterie oder die gesamte Fläche einer Batterie erstrecken. Die Isolationsfolie kann an den entsprechenden Temperierflächen der Batteriezellen einer Batteriebauraum-Einheit angeordnet sein. Die Isolationsfolie kann an den entsprechenden Temperierflächen der Batteriezellen über die gesamte Fläche einer Batterie angeordnet sein. Dadurch kann ermöglicht werden, dass gegenüber einer Isolation jeder einzelnen Batteriezelle eine elektrische Isolation eines Batteriemoduls, respektive einer Batterie vereinfacht wird.
Ferner kann ermöglicht werden, dass beispielsweise ein produktionstechnischer Aufwand und (Produktions-)Kosten reduziert werden. Weiterhin kann ermöglicht werden, dass weniger Isolationsfolie benötigt wird, da beispielsweise gezielt die Temperierflächen der Batteriezellen isoliert werden können.
Die oben gestellte Aufgabe wird weiterhin durch eine alternative Ausführungsform einer Batterie, vorzugsweise einer Traktionsbatterie für Fahrzeuge, mit den Merkmalen des Anspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der vorliegenden Beschreibung und den Figuren.
Entsprechend wird eine Batterie für ein Fahrzeug, bevorzugt Traktionsbatterie, umfassend mindestens ein Batteriemodul mit mindestens zwei in einem Zellhalter gehaltene Batteriezellen, die mit einem Temperierelement eines Batteriegehäuses in thermisch leitfähigen Kontakt zu bringende Temperierflächen aufweisen, und ein thermisch leitendes Element, das zwischen den Temperierflächen der Batteriezellen und dem Temperierelement angeordnet ist, sowie eine zwischen dem Temperierelement und dem thermisch leitenden Element angeordnete Isolationsfolie vorgeschlagen. Erfindungsgemäß umfasst die Isolationsfolie mindestens eine Lasche, die aus der durch die Temperierflächen gebildeten Ebene heraus geklappt angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Isolationsfolie flächig am Temperierelement angeordnet. Weiter bevorzugt ist die Isolationsfolie am Temperierelement und zwischen dem Temperierelement und dem thermisch leitenden Element, vorzugsweise einem Gap-Filler, angeordnet. In anderen Worten ist in Stapelreihenfolge ein Temperierelement, eine Isolationsfolie, ein thermisch leitendes Element, vorzugsweise ein Gap-Pad oder ein Gap-Filler, und die Batteriezellen vorgesehen. Die Batterie kann vorzugsweise bei zylindrischen Batteriezellen vorgesehen sein. Die mindestens eine Lasche kann beispielsweise an einer tragenden Struktur des Batteriegehäuses hochgeklappt angeordnet sein.
Unter Laschen wird hierin verstanden, dass die Isolationsfolie beispielsweise einen Überstand über eine zu isolierende Fläche hat und der Überstand an den Seiten, beispielsweise des Batteriemoduls für die Ausführungsform mit Isolierfolie, die an den Batteriezellen angeordnet ist, oder beispielsweise an den Seiten einer tragenden Struktur für die Ausführungsform in der die Isolationsfolie am Temperierelement angeordnet ist, hochgeschlagen wird. In anderen Worten wird unter einer Lasche verstanden, dass ein Teil der Isolationsfolie entlang einer Linie umgeschlagen ist oder in Bezug auf die (restliche) Isolationsfolie abgewinkelt wird. Dadurch kann ermöglicht werden, dass eine Kriechstrecke für einen Kriechstrom über die Laschen hin verlängert wird. Beispielsweise kann dadurch ermöglicht werden, dass eine Spannung einer Batterie erhöht werden kann, oder dass ein Isolationswiderstand erhöht und die Wahrscheinlichkeit eines sicherheitskritischen Fehlers verringert wird.
Der Auftrag eines Gap-Fillers kann beispielsweise temperierelementseitig oder zellmodulseitig erfolgen, entsprechen der Stapelreihenfolge der Isolierfolie. Beispielsweise kann bei einer Stapelreihenfolge, bei der die Isolationsfolie zwischen Batteriezellen und thermisch leitendem Element angeordnet ist, ein Gap-Filler temperierelementseitig aufgetragen werden. Ist die Isolationsfolie beispielsweise auf dem Temperierelement angeordnet, kann der Gap-Filler zellmodulseitig aufgetragen werden. Der Gap-Filler kann beispielweise schlangenförmig aufgetragen werden.
Figurenliste
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:

1 schematisch eine Schnittansicht durch eine Batterie mit einem Batteriemodul, einem Temperierelement, einem thermisch leitenden Element und einer Isolationsfolie; und
2 schematisch eine Schnittansicht durch eine Batterie mit einem Batteriemodul, einem Temperierelement, einem thermisch leitenden Element und einer Isolationsfolie in einer alternativen Anordnung und Ausführungsform.

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In 1 ist sehr schematisch eine Schnittansicht durch eine Batterie 1, beispielsweise eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, die beispielsweise zur Versorgung eines Elektroantriebs des Fahrzeugs dienen kann, gezeigt.
Die Schnittansicht der Batterie 1 zeigt schematisch ein Batteriemodul 2, in dem Batteriezellen 5 aufgenommen und gehalten sind, ein Temperierelement 8, das zur Temperierung der im Batteriemodul 2 aufgenommenen Batteriezellen 5 dient, und ein thermisch leitendes Element 6, mit dem eine thermische und mechanische Verbindung zwischen dem Temperierelement 8 und den Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 2 hergestellt wird.
Das Batteriemodul 2 umfasst hier beispielhaft einen oberen Zellhalter 3 und einen unteren Zellhalter 4, sowie die in den Zellhaltern 3, 4 gehaltenen Batteriezellen 5. Die Batteriezellen 5 sind in sinnfälliger Weise im Batteriemodul 2 zusammengeschaltet, so dass das Batteriemodul 2 eine Organisationseinheit für die Batteriezellen 5 ausbildet.
Die Batteriezellen 5 sind in dem gezeigten Ausführungsbeispiel als zylinderförmige Zellen ausgebildet. Es können aber auch andere Batteriezellen 5 verwendet werden.
Üblicher Weise umfasst eine Batterie 1 mehrere Batteriemodule 2, um die entsprechend gewünschte Spannung und Kapazität bereit zu stellen. Die Batteriemodule 2 sind üblicher Weise gemeinsam mit anderen Komponenten in einem hier nicht konkret gezeigten Batteriegehäuse 100 aufgenommen, um einen Schutz gegen Außeneinflüsse und eine kontrollierbare Temperierbarkeit zu erreichen. Das Batteriegehäuse 100 der Batterie 1 umfasst üblicher Weise das Temperierelement 8, wobei dieses beispielsweise auch einen Boden des Batteriegehäuses 100 ausbilden kann. Weiterhin kann eine tragende Struktur 9 vorgesehen sein, die einen Teil des Batteriegehäuses 100 ausbildet. Das Batteriegehäuse 100 kann beispielsweise einen gegenüber Umwelteinflüssen abgedichteten Raum zur Aufnahme der Komponenten der Batterie 1 bereitstellen.
Die Batteriezellen 5 weisen Temperierflächen 50 auf, die in der Figur an der Unterseite der Batteriezellen 5 angeordnet sind. Die Temperierflächen 50 der Batteriezellen 5 zeigen zu dem Temperierelement 8 hin und sollen mit diesem in thermisch leitfähigen Kontakt gebracht werden, um eine Temperierung der Batteriezellen 5 zu erreichen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Batteriemodul 2 über schematisch gezeigte Befestigungsmittel mit der tragenden Struktur 9 des Batteriegehäuses 100 verbunden.
Das thermisch leitende Element 6 kann beispielsweise in Form einer thermisch leitenden Paste, beispielsweise einem Gap-Filler, oder einer thermisch leitenden Matte, beispielsweise einem Gap-Pad, ausgebildet sein.
Zwischen den Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 2 und dem thermisch leitenden Element 6 ist eine Isolationsfolie 7 angeordnet. Die Isolationsfolie 7 isoliert die Batteriezellen 5 gegenüber dem Temperierelement 8. Damit kann ein Stromfluss zwischen den Batteriezellen 5 und dem Temperierelement 8 reduziert oder vermieden werden. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn die Batteriezellen 5 ohne eigene Außenisolierung in dem Batteriemodul 2 angeordnet sind, so wie es üblicher Weise in Traktionsbatterien, die aus zylindrischen Batteriezellen ausgebildet sind, der Fall ist. Die Bereitstellung einer Isolierung durch das thermisch leitende Element 6 ist insbesondere bei der Verwendung von pastösen Materialien prozesstechnisch nur aufwendig sicherzustellen. Durch die Isolationsfolie 7 kann hier eine elektrische Isolierung unabhängig von der konkreten Ausbildung des thermisch leitenden Elements 6 und der Montagetoleranzen des Batteriemoduls 2 in der Batterie 1 erreicht werden.
Die Isolationsfolie 7 weist Laschen 10 auf, die seitlich hochgeschlagen sind. Die Laschen 10 der Isolationsfolie 7 liegen hier beispielhaft am unteren Zellhalter 4 an. Die Laschen 10 können ergänzend oder alternativ an den Batteriezellen 5 anliegen oder an diesen angeklebt sein.
Die Isolationsfolie 7 kann eine Klebeseite aufweisen, die hier beispielsweise an den Batteriezellen 5 haftet. Die Isolationsfolie 7 kann mit ihrer klebenden Seite auf den thermischen Kontaktflächen der Batteriezellen 5 angebracht werden. Damit kann die Isolationsfolie 7 entsprechend als Teil des Batteriemoduls 2 bereitgestellt sein, so dass das Batteriemodul 2 zusammen mit der Isolationsfolie 7 gehandhabt werden kann. Dies kann beispielsweise die Montage des Batteriemoduls 2 vereinfachen, da das Batteriemodul 2 zusammen mit der bereits daran montierten Isolationsfolie 7 in das Batteriegehäuse 100 mit dem Temperierelement 8 und dem darauf aufgebrachten thermischen Element 6 eingesetzt werden kann. Die Isolationsfolie 7 ist dann bereits in der vorgesehenen Position und kann in Kontakt mit dem thermischen Element 6 treten und auf diese Weise die geforderte Isolation bereitstellen.
Das thermisch leitende Element 6 kann ein Gap-Filler sein. Der Gap-Filler kann auf das Temperierelement 8 aufgetragen werden und anschließend das Batteriemodul 2 mit der Isolationsfolie 7 aufgesetzt und montiert werden. Der Gap-Filler kann beispielsweise Bauteiltoleranzen ausgleichen und damit einen zuverlässigen thermischen Kontakt zwischen den Batteriezellen 5 und dem Temperierelement 8 ausbilden.
Die Isolationsfolie 7 ist dann zwischen den thermischen Kontaktflächen der Batteriezellen 5 und dem Gap-Filler als thermisch leitendem Element 6 angeordnet. Dadurch kann ermöglicht werden, dass ein ausreichender Isolationswiderstand unabhängig von den Eigenschaften des verwendeten Gap-Fillers (beispielsweise in Bezug auf elektrische Leitfähigkeit, Schichtdicke, Lufteinschlüsse) erreicht wird, und die technisch aufwändigere und kostenintensivere Isolation jeder einzelnen Batteriezelle entfallen kann.
Durch die Laschen 10 kann die Isolationsfolie 7 weiterhin einfacher mit dem Batteriemodul 2 beziehungsweise an dem unteren Zellhalter 4 und/oder den Batteriezellen 5 verbunden werden.
Werden die Laschen 10 umlaufend ausgebildet, so kann bei einem besonders kriechfähigen thermischen leitenden Element 6, beispielsweise einem besonders niedrigviskosen Gap-Filler, vermieden werden, dass das Material das thermisch leitenden Elements 6 in Bereiche des Batteriemoduls 2 fließt oder gelangt, in denen es nicht vorgesehen ist. Damit kann auch erreicht werden, dass das Volumen des Materials des thermisch leitenden Elements 6 zwischen den Batteriezellen 5 und dem Temperierelement 8 bei der Montage im Wesentlichen konstant bleibt und nicht zwischen die Batteriezellen 5 fließt, wo es seine Wirkung nicht oder nicht in der vorgesehenen Form entfalten kann.
Mit anderen Worten können die Laschen 10 sowohl dazu eingesetzt werden, die Isolationsfolie 7 mit dem Batteriemodul 2 zu verbinden, als auch dazu, ein Eintreten von Gap-Filler oder einem anderen thermisch leitfähigen Element 6 in die Zwischenräume zwischen die Batteriezellen 5 zu unterbinden.
Die Laschen 10 der Isolationsfolie 7 können dabei auch nur in Bereichen des Batteriemoduls 2 angeordnet sein, in welchen ein Einfließen von Gap-Filler zwischen die Batteriezellen 5 zu befürchten ist - also beispielsweise an den Positionen der Zwischenräume. Mit anderen Worten können die Laschen 10 so ausgebildet sein, dass sie eine Abschirmung gegen den Gap-Filler ausbilden.
In 2 ist schematisch eine Schnittansicht durch eine Batterie 1, die beispielsweise als Traktionsbatterie für ein Fahrzeug mit Elektromotor vorgesehen sein kann, gezeigt.
Die schematische Batterie 1 ist beispielhaft wiederum mit einem Batteriemodul 2, einem Temperierelement 8, einem thermisch leitenden Element 6 und einer Isolationsfolie 7 gezeigt.
Die Isolationsfolie 7 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel direkt auf dem Temperierelement 8 angeordnet. Das thermisch leitende Element 6 ist damit zwischen Batteriezellen 5 und Isolationsfolie 7 angeordnet, so dass das thermisch leitende Element 6 direkt mit dem Batteriezellen 5 des Batteriemoduls 2 in Kontakt tritt.
Die Isolationsfolie 7 kann eine Klebeseite aufweisen, mit der die Isolationsfolie 7 auf dem Temperierelement 8 aufgeklebt werden kann.
Die Isolationsfolie 7 weist Laschen 10 auf, die, wie beispielhaft gezeigt ist, seitlich nach oben geklappt sind. Die Isolierfolie 7 mit den Laschen 10 liegt damit am Temperierelement 8 und der tragenden Struktur 9 des Batteriegehäuses 100 an, beziehungsweise ist mit diesen Elementen verklebt.
Werden die Laschen 10 umlaufend ausgebildet und bildet die Isolationsfolie 7 damit quasi eine Wanne aus, kann vermieden werden, dass ein kriechfähiges thermisch leitendes Element 6, beispielsweise ein Gap-Filler, aus dem ihm zugedachten Bereich herausfließt. Bei Verwendung eines elektrisch leitfähigen thermisch leitfähigen Elements 6 kann auch eine elektrische Kontaktierung zwischen den Batteriezellen 5 und Strukturen des Batteriegehäuses 100 vermieden werden.
Das Batteriegehäuse 100 der Batterie 1 kann beispielsweise mit einer Isolationsfolie 7 ausgekleidet werden, vorzugsweise an einer Fläche, die als Temperierelement 8 vorgesehen ist. Die Laschen 10 der Isolationsfolie können an den vertikalen Seiten des Batteriegehäuses angelegt werden, so dass eine elektrisch isolierte „Wanne“ entsteht, in die beispielsweise ein Gap-Filler oder ein Gap-Pad eingebracht werden kann. Ein Gap-Filler als thermisch leitendes Element kann beispielswiese (schlangenförmig) in die „Wanne“ appliziert werden und anschließend ein Batteriemodul 2 in das Batteriegehäuse, auf den Gap-Filler, aufgesetzt werden. Die Batteriezellen 5 berühren den Gap-Filler oder werden zumindest teilweise vom Gap-Filler umschlossen, so dass eine thermische Verbindung zum Temperierelement entsteht.
Die Isolationsfolie 7 erhöht eine Kriechstrecke, sodass Lufteinschlüsse im Gap-Filler nicht zu einem kritischen Fehler führen können.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Batterie
2: Batteriemodul
3: oberer Zellhalter
4: unterer Zellhalter
5: Batteriezellen
6: thermisch leitendes Element (z.B. Gap-Filler)
7: Isolationsfolie
8: Temperierelement
10: Lasche
50: Temperierfläche
100: Batteriegehäuse

Claims

Batteriemodul (2) zum Aufbau einer Batterie (1), vorzugsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug, umfassend mindestens zwei in einem Zellhalter (3) gehaltene Batteriezellen (5), bevorzugt zylindrische Batteriezellen (5), die mit einem Temperierelement (8) eines Batteriegehäuses (100) in thermisch leitfähigen Kontakt zu bringende Temperierflächen (50) aufweisen, gekennzeichnet durch eine an den Temperierflächen (50) der Batteriezellen (5) angeordnete elektrisch isolierende Isolationsfolie (7).
Batteriemodul (2) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (7) an den Temperierflächen (50) aller Batteriezellen (5) angeordnet ist.
Batteriemodul (2) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (7) mit Temperierflächen (50) von Batteriezellen (5) verklebt ist, bevorzugt mit Temperierflächen (50) der Mehrzahl der Batteriezellen (5) besonders bevorzugt mit Temperierflächen (50) aller Batteriezellen (5).
Batteriemodul (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (7) mindestens eine Lasche (10) umfasst, die aus der durch die Temperierflächen (50) gebildeten Ebene heraus geklappt angeordnet ist.
Batteriemodul (2) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (10) umlaufend ausgebildet ist und die Isolationsfolie (7) bevorzugt eine wannenförmige Struktur ausbildet.
Batteriemodul (2) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Lasche (10) zwischen Batteriezellen (5) angeordnet ist, um das Eintreten eines thermisch leitfähigen Elements (6) in Zwischenräume zwischen Batteriezellen (5) zu verhindern.
Batterie (1) für ein Fahrzeug, bevorzugt Traktionsbatterie, mit mindestens einem Batteriemodul (2) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und einem Gehäuse (100) mit einem Temperierelement (8) zum Temperieren der in dem mindestens einen Batteriemodul (2) aufgenommenen Batteriezellen (5), sowie ein auf dem Temperierelement (8) angeordnetes thermisch leitendendes Element (6), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (7) in Kontakt mit dem thermisch leitenden Element (6) steht.
Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass, ausgehend von dem Temperierelement (8) zunächst das thermisch leitende Element (6), dann die Isolationsfolie (7) und dann die Batteriezellen (5) übereinander gestapelt sind.
Batterie (1) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das thermisch leitende Element (6) als thermisch leitfähige Paste, beispielsweise als Gap-Filler, und/oder als thermisch leitfähige Matte, beispielsweise als Gap-Pad, ausgebildet ist.
Batterie (1) für ein Fahrzeug, bevorzugt Traktionsbatterie, umfassend mindestens ein Batteriemodul (2) mit mindestens zwei in einem Zellhalter (3) gehaltene Batteriezellen (5), bevorzugt zylindrische Batteriezellen (5), die mit einem Temperierelement (8) eines Batteriegehäuses (100) in thermisch leitfähigen Kontakt zu bringende Temperierflächen (50) aufweisen, und ein thermisch leitendes Element (6), das zwischen den Temperierflächen (50) der Batteriezellen (5) und dem Temperierelement (8) angeordnet ist, sowie eine zwischen dem Temperierelement (8) und dem thermisch leitenden Element (6) angeordnete Isolationsfolie (7), dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (7) mindestens eine Lasche (10) umfasst, die aus der durch die Temperierflächen (50) gebildeten Ebene heraus geklappt angeordnet ist.
Batterie (1) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Lasche (10) umlaufend ausgebildet ist und die Isolationsfolie (7) bevorzugt eine wannenförmige Struktur ausbildet.