DE102021130400A1 - Battery, method for manufacturing a battery, motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Batterie (100) aufweisend ein Batteriemodulgehäuse (1) mit einem Batteriemodulgehäuseboden (2) und eine in dem Batteriemodulgehäuse (2) angeordnete Batteriezelle (3) vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle (3) eine Ausbuchtung (4) an einer dem Batteriemodulgehäuseboden (2) zugewandten Unterseite (5) aufweist, wobei die Batteriezelle (3) mit der Ausbuchtung (4) in eine Aussparung (6) des Batteriemodulgehäusebodens (2) eingreifend angeordnet ist. Weiterhin werden ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie (100) sowie ein Kraftfahrzeug (200) vorgeschlagen.A battery (100) is proposed having a battery module housing (1) with a battery module housing base (2) and a battery cell (3) arranged in the battery module housing (2), the battery cell (3) having a bulge (4) on one of the battery module housing base ( 2) facing underside (5), wherein the battery cell (3) with the bulge (4) in a recess (6) of the battery module housing bottom (2) is arranged engaging. Furthermore, a method for producing a battery (100) and a motor vehicle (200) are proposed.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie sowie ein Kraftfahrzeug.The present invention relates to a battery, a method for producing a battery, and a motor vehicle.
Moderne Kraftfahrzeuge, insbesondere Elektrofahrzeuge oder HybridFahrzeuge, weisen leistungsstarke Batterien auf, um elektrische Traktionsmaschinen mit einer ausreichenden elektrischen Leistung versorgen zu können. Die Batterien gehören zu den temperaturempfindlichen Komponenten eines Kraftfahrzeugs. Im Betrieb erzeugen sie Abwärme, welche abgeführt werden muss. Gerade bei hochperformanten Elektro- oder Hybrid-Fahrzeugen ist das Abführen der Wärme ein bedeutender leistungslimitierender Faktor.Modern motor vehicles, in particular electric vehicles or hybrid vehicles, have powerful batteries in order to be able to supply electric traction machines with sufficient electrical power. The batteries are among the temperature-sensitive components of a motor vehicle. During operation, they generate waste heat, which must be dissipated. Heat dissipation is a significant performance-limiting factor, especially in high-performance electric or hybrid vehicles.
Batterien sind typischerweise aus Batteriezellen aufgebaut, welche zu Batteriezellmodulen zusammengefasst werden. Um die Batteriemodule vor mechanischer Beschädigung und Feuchtigkeitseinwirkungen zu schützen, sind die Batteriezellmodule üblicherweise in Batteriemodulgehäusen angeordnet. Eine Schwierigkeit besteht nun darin, dass die im Betrieb der Batterie erzeugte Abwärme im Batteriemodulgehäuse von den Batteriezellmodulen ab- und aus dem Batteriemodulgehäuse herausgeführt werden muss.Batteries are typically made up of battery cells, which are combined into battery cell modules. In order to protect the battery modules from mechanical damage and the effects of moisture, the battery cell modules are usually arranged in battery module housings. One difficulty is that the waste heat generated during operation of the battery in the battery module housing must be conducted away from the battery cell modules and out of the battery module housing.
Hierzu bietet es sich an, die Batteriezellen thermisch mit einer Wandung des Batteriemodulgehäuses zu verbinden. Hierdurch ist es möglich, die Abwärme von der Batteriezelle zur Außenseite des Batteriemodulgehäuses zu transportieren und dort beispielsweise mit einer Flüssigkeitskühlung abzuführen.For this purpose, it makes sense to thermally connect the battery cells to a wall of the battery module housing. This makes it possible to transport the waste heat from the battery cell to the outside of the battery module housing and to dissipate it there, for example with liquid cooling.
Essentiell für einen hohen Wirkungsgrad dieses Kühlungsverfahrens ist ein möglichst guter mechanischer Kontakt zwischen den Batteriezellen und dem Batteriemodulgehäuse. Kleine Spalte oder größere, mit Hilfsmitteln zu überbrückende Lücken zwischen den Batteriezellen und dem Batteriemodulgehäuse, führen zu deutlich schlechteren Kühlleistungen. Besonders problematisch sind hier Überstände oder Ausbuchtungen, welche bei der Produktion der Batteriezellen entstehen und die Fläche überragen, welche zum thermischen Kontaktieren mit dem Batteriemodulgehäuse vorgesehen ist.The best possible mechanical contact between the battery cells and the battery module housing is essential for the high efficiency of this cooling process. Small gaps or larger gaps between the battery cells and the battery module housing that can be bridged with tools lead to significantly poorer cooling performance. Projections or bulges that arise during the production of the battery cells and protrude beyond the surface that is intended for thermal contact with the battery module housing are particularly problematic here.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batterie zur Verfügung zu stellen, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweist, sondern eine hervorragende thermische Kontaktierung der Batteriezellen am Batteriemodulgehäuse ermöglicht.It is therefore an object of the present invention to provide a battery which does not have the disadvantages of the prior art mentioned, but instead enables excellent thermal contacting of the battery cells on the battery module housing.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batterie aufweisend ein Batteriemodulgehäuse mit einem Batteriemodulgehäuseboden und eine in dem Batteriemodulgehäuse angeordnete Batteriezelle, wobei die Batteriezelle eine Ausbuchtung an einer dem Batteriemodulgehäuseboden zugewandten Unterseite aufweist, wobei die Batteriezelle mit der Ausbuchtung in eine Aussparung des Batteriemodulgehäusebodens eingreifend angeordnet ist.This object is achieved by a battery having a battery module housing with a battery module housing base and a battery cell arranged in the battery module housing, the battery cell having a bulge on an underside facing the battery module housing base, the battery cell being arranged with the bulge engaging in a recess in the battery module housing base.
Die Aussparung des Batteriemodulgehäuses der erfindungsgemäßen Batterie ermöglicht es, dass die Batteriezelle näher am Batteriemodulgehäuseboden angeordnet werden kann. Durch das Eingreifen der Ausbuchtung in die Aussparung wird der nicht zur Ausbuchtung gehörende Teil der Unterseite der Batteriezelle nicht durch die Ausbuchtung vom Batteriegehäuseboden beabstandet. Der Raum zwischen der Unterseite der Batteriezelle und dem Batteriegehäuseboden kann so reduziert oder gänzlich vermieden werden.The recess in the battery module housing of the battery according to the invention makes it possible for the battery cell to be arranged closer to the bottom of the battery module housing. As a result of the bulge engaging in the recess, the part of the underside of the battery cell that does not belong to the bulge is not spaced from the battery housing base by the bulge. The space between the bottom of the battery cell and the bottom of the battery case can be reduced or avoided entirely.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Aussparung als Negativ der Ausbuchtung ausgeformt ist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, einen sicheren und festen Sitz der Batteriezelle im Batteriemodulgehäuse zu erreichen.It is preferably provided that the recess is formed as a negative of the bulge. This makes it possible in an advantageous manner to achieve a secure and firm seat of the battery cell in the battery module housing.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.Advantageous configurations and developments of the invention can be found in the subclaims and the description with reference to the drawings.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausbuchtung eine äußere Ecke der Batteriezelle ist, wobei die Ausbuchtung einen geraden Bereich der Unterseite in Richtung des Batteriemodulgehäusebodens überragt. Hierdurch ist es möglich, den geraden Bereich zur Wärmeübertragung mit nur geringem Abstand zum Batteriemodulgehäuseboden anzuordnen. Gleichzeitig gibt die Anordnung der Ausbuchtung an der Ecke der Batteriezelle der Batteriezelle einen guten Halt im Batteriemodulgehäuse.According to a preferred embodiment of the invention, it is provided that the bulge is an outer corner of the battery cell, with the bulge protruding beyond a straight area of the underside in the direction of the battery module housing base. This makes it possible to arrange the straight area for heat transfer at only a small distance from the battery module housing base. At the same time, the arrangement of the bulge at the corner of the battery cell gives the battery cell a good hold in the battery module housing.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Ausbuchtung einen weiteren geraden Bereich einer Seitenwand der Batteriezelle überragt. Mit anderen Worten überragt die Ausbuchtung nicht nur die dem Batteriemodulgehäuseboden zugewandte Unterseite, sondern auch eine Seitenwand.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the bulge protrudes beyond a further straight area of a side wall of the battery cell. In other words, the bulge protrudes not only from the underside facing the battery module housing base, but also from a side wall.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Batteriezelle eine prismatische Batteriezelle ist, wobei die Ausbuchtung ein Bat-Ear der Batteriezelle ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the battery cell is a prismatic battery cell, with the bulge being a bat-ear of the battery cell.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Batteriemodulgehäuseboden eine Strukturierung aufweist, wobei zwischen der Unterseite der Batteriezelle und dem Batteriemodulgehäuseboden ein wärmeleitender Füllstoff die Unterseite der Batteriezelle mit dem Batteriemodulgehäuseboden thermisch kontaktierend angeordnet ist. Hierdurch ist auf vorteilhafte Weise eine sehr gute thermische Verbindung zwischen der Batteriezelle und dem Batteriemodulgehäuseboden hergestellt. Der Füllstoff überbrückt Lücken zwischen der Unterseite und dem Batteriemodulgehäuseboden und gleicht so Unebenheiten der Unterseite aus. Gleichzeitig wird durch die Strukturierung die Oberfläche des Batteriemodulgehäusebodens vergrößert, so dass dieser schneller größere Wärmemengen aufnehmen und abführen kann. Vorzugsweise ist der Füllstoff in der Strukturierung angeordnet.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the battery module housing base has a structure has, wherein between the underside of the battery cell and the battery module housing base, a thermally conductive filler is arranged in thermal contact with the underside of the battery cell with the battery module housing base. This advantageously produces a very good thermal connection between the battery cell and the battery module housing base. The filler bridges gaps between the bottom and the battery module housing base, smoothing out any unevenness in the bottom. At the same time, the structuring increases the surface area of the battery module housing base so that it can absorb and dissipate larger amounts of heat more quickly. The filler is preferably arranged in the structure.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Füllstoff plastisch verformbar ist. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass sich der Füllstoff sowohl der Strukturierung als auch Unebenheiten der Unterseite durch Anpressen der Batteriezelle an den Füllstoff beim Einschieben der Batteriezelle in das Batteriemodulgehäuse anpasst. Denkbar ist, dass der Füllstoff gelartig ist.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the filler is plastically deformable. This makes it possible in an advantageous manner for the filler to adapt to both the structuring and unevenness on the underside by pressing the battery cell against the filler when the battery cell is pushed into the battery module housing. It is conceivable that the filler is gel-like.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Strukturierung eine Rillenstruktur aufweist. Hierdurch wird auf vorteilhafte Weise ein Effekt ähnlich wie bei Kühlrippen erzielt. Die Oberfläche für einen Wärmetransfer vom Füllstoff zum Batteriemodulgehäuseboden wird damit deutlich vergrößert.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the structuring has a groove structure. As a result, an effect similar to that of cooling fins is achieved in an advantageous manner. This significantly increases the surface area for heat transfer from the filler to the battery module housing base.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezelle bereitgestellt und in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben wird, wobei bei Einschieben der Batteriezelle die Ausbuchtung in der Aussparung angeordnet wird. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass der Raum zwischen der Unterseite der Batteriezelle und dem Batteriegehäuseboden reduziert oder gänzlich vermieden wird.Another object of the present invention for solving the problem formulated at the outset is a method for manufacturing a battery according to one of the preceding claims, wherein the battery cell is provided and pushed into the battery module housing, with the bulge being arranged in the recess when the battery cell is pushed in. This advantageously makes it possible for the space between the underside of the battery cell and the battery housing base to be reduced or avoided entirely.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass beim Einschieben der Batteriezelle in das Batteriemodulgehäuse der Füllstoff in die Strukturierung gedrückt wird. Hierdurch ist es auf vorteilhafte Weise möglich, dass eine gute thermische Verbindung zwischen der Batteriezelle und dem Batteriemodulgehäuseboden, auch bei Unebenheiten an der Unterseite der Batteriezelle, hergestellt wird.According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that when the battery cell is pushed into the battery module housing, the filler is pressed into the structure. In this way, it is advantageously possible for a good thermal connection to be established between the battery cell and the battery module housing floor, even if the underside of the battery cell is uneven.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung zur Lösung der eingangs formulierten Aufgabe ist ein Kraftfahrzeug aufweisend eine erfindungsgemäße Batterie.A further object of the present invention for solving the problem formulated at the outset is a motor vehicle having a battery according to the invention.
Alle zuvor im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug offenbarten Einzelheiten, Merkmale und Vorteile beziehen sich gleichfalls auf das erfindungsgemäße Verfahren.All the details, features and advantages previously disclosed in connection with the motor vehicle according to the invention also relate to the method according to the invention.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den Erfindungsgedanken nicht einschränken.
-
1 (a) und1 (b) illustrieren schematisch Details von Batterien gemäß beispielhafter Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. -
2 illustriert schematisch ein Detail einer Batterie gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. -
3 illustriert schematisch ein Kraftfahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
1 (a) and1 (b) 12 schematically illustrate details of batteries according to exemplary embodiments of the present invention. -
2 FIG. 1 schematically illustrates a detail of a battery according to an exemplary embodiment of the present invention. -
3 FIG. 1 schematically illustrates a motor vehicle according to an exemplary embodiment of the present invention.
Um beim Betrieb der Batteriezelle 3 entstehende Wärme abzuführen, ist die Unterseite 5 der Batteriezelle 3 an einem Batteriemodulgehäuseboden 2 direkt anliegend angeordnet und dadurch mit diesem thermisch kontaktiert.In order to dissipate heat generated during operation of the
Um ein direktes Anliegen der Unterseite 5 am Batteriemodulgehäuseboden 2 zu ermöglichen, weist der Batteriemodulgehäuseboden 2 eine Aussparung 6 auf, in welche die Ausbuchtung 4 eingreift. Die Aussparung 6 ist als Negativ der Ausbuchtung 4 ausgeführt. Hierdurch sitzt die Ausbuchtung 4 sicher in der Aussparung 6 und stabilisiert die Batteriezelle 3 im Batteriemodulgehäuse 1. Ferner wird eine Beabstandung der Unterseite 5 vom Batteriemodulgehäuseboden 2 durch die Ausbuchtung 4 verringert.In order to allow the underside 5 to bear directly against the battery
In
Um den Wärmefluss von den Batteriezellen 3 zum Batteriemodulgehäuseboden 2 zu verbessern, ist zwischen den Batteriezellen 3 und dem Batteriemodulgehäuseboden 2 ein thermisch leitender Füllstoff 9 angeordnet. Der Füllstoff 9 ist plastisch verformbar und hat sich beim Anordnen der Batteriezellen 3 in dem Batteriemodulgehäuse 1 an die Form und insbesondere an Unebenheiten der Batteriezellen 3 angepasst und wurde in eine rippenförmige Strukturierung 8 des Batteriemodulgehäusebodens 2 gedrückt.In order to improve the flow of heat from the
Die Strukturierung 8 vergrößert die Oberfläche, über welche Wärme vom Füllstoff 9 zum Batteriemodulgehäuseboden 2 transportiert werden kann. Somit ergibt sich eine deutlich effizientere Wärmeabführung von den Batteriezellen 3.The structuring 8 increases the surface over which heat can be transported from the filler 9 to the
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Batteriemodulgehäusebattery module housing
- 22
- BatteriemodulgehäusebodenBattery module housing bottom
- 33
- Batteriezellebattery cell
- 44
- Ausbuchtungbulge
- 55
- Unterseitebottom
- 5.15.1
- gerader Bereichstraight area
- 66
- Aussparungrecess
- 77
- SeitenwandSide wall
- 7.17.1
- weiterer gerader Bereichanother straight area
- 88th
- Strukturierungstructuring
- 99
- Füllstofffiller
Claims (10)
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DE102021130400.8A DE102021130400A1 (en) | 2021-11-22 | 2021-11-22 | Battery, method for manufacturing a battery, motor vehicle |
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2021
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