DE102021202179A1

DE102021202179A1 - Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten und Verwendung eines solchen

Info

Publication number: DE102021202179A1
Application number: DE102021202179.4A
Authority: DE
Inventors: Mustafa Uslu
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-03-05
Filing date: 2021-03-05
Publication date: 2022-09-08

Abstract

Die Erfindung betrifft Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten (10), welche in einer Aufnahmeeinrichtung (2) des Batteriesystems (1) aufgenommen sind, wobei die Aufnahmeeinrichtung (2) eine Mehrzahl an Aufnahmeelementen (20) umfasst, welche paarweise parallel einander gegenüberliegende Aufnahmewände (21, 22, 43) aufweisen, wobei benachbarte Aufnahmewände (21, 22, 23) einen stumpfen Winkel (25) ausbilden, wobei die Batterieeinheiten (10) mit in einer Längsrichtung (13) der Batterieeinheiten (10) gegenüberliegend angeordneten Stirnwänden (14, 15) der Batterieeinheiten (10) an paarweise parallel einander gegenüberliegenden Aufnahmewänden (21, 22, 23) angeordnet sind.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines solchen.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Batteriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. ganzen Batteriesystemen zusammengeschaltet.
Weiterhin wird die Mehrzahl an Batteriezellen des Batteriemoduls üblicherweise miteinander mechanisch verspannt bzw. verpresst. Dadurch soll einer Verformung der Mehrzahl an Batteriezellen entgegengewirkt werden. Beispielsweise ist es hierbei bekannt, dass eine Mehrzahl an Batteriezellen zwischen zwei Endplatten angeordnet ist und die Endplatten mittels Seitenplatten miteinander verbunden sind. Zudem soll damit die mechanische Stabilität erhöht werden.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass ein zuverlässiger mechanischer Schutz der Mehrzahl an Batterieeinheiten ausgebildet werden kann. Insbesondere kann durch die Ausbildung einer Aufnahmeeinrichtung des Batteriesystems eine mechanisch stabile Struktur gegen Einwirkungen in jeder Raumrichtung ausgebildet werden.
Dazu wird ein Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten zur Verfügung gestellt. Die Batterieeinheiten sind dabei in einer Aufnahmeeinrichtung des Batteriesystems aufgenommen. Diese Aufnahmeeinrichtung umfasst eine Mehrzahl an Aufnahmeelementen, welche weiterhin paarweise parallel einander gegenüberliegende Aufnahmewände aufweisen. Dabei bilden benachbarte Außenwände einen stumpfen Winkel aus.
Weiterhin sind die Batterieeinheiten mit Stirnwänden der Batterieeinheiten, welche in einer Längsrichtung der Batterieeinheiten gegenüberliegend angeordnet sind, an paarweise parallel einander gegenüberliegenden Aufnahmewänden angeordnet.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Bevorzugt ist die Aufnahmeeinrichtung dabei aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet. Somit kann bei annähernd gleichbleibender Stabilität das Gewicht des Batteriesystems deutlich reduziert werden.
Es ist bevorzugt, wenn die Aufnahmeelemente sechs Aufnahmewände aufweisen. Insbesondere ist es dabei bevorzugt, wenn eine Querschnittsfläche des jeweiligen Aufnahmeelements in Form eines regelmäßigen Sechsecks ausgebildet ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, eine mechanisch stabile und platzsparende Anordnung auszubilden. Insbesondere kann eine Bienenwabenstruktur ausgebildet werden. Dadurch kann insbesondere eine höhere Sicherheit gegenüber einem Crash bzw. einem Unfall ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn in zumindest einem Aufnahmeelement ein mechanisches Verstärkungselement angeordnet ist. Insbesondere ist das mechanische Verstärkungselement dabei anstelle einer Batterieeinheit in dem Aufnahmeelement angeordnet. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass eine zusätzliche Stabilitätserhöhung erreicht werden kann. Das mechanische Verstärkungselement kann beispielsweise als ein Federelement oder als eine Hohlstruktur ausgebildet sein und z.B. eine entsprechende Federkonstante bzw. Verformungskonstante aufweisen. Weiterhin ist es hierbei möglich, zumindest ein Anbindungselement ausgebildet zu einer Anbindung des Batteriesystems an ein weiteres Batteriesystem bzw. weitere Batteriesysteme in einem solchen Aufnahmeelement anzuordnen.
Zudem ist es möglich, eine Batteriemanagementeinheit in einem Aufnahmeelement aufzunehmen. Bspw. kann die Batteriemanagementeinheit zusätzlich zu einer Batterieeinheit oder anstelle einer Batterieeinheit und/oder zusätzlich zu einem mechanischen Verstärkungselement oder anstelle eines mechanischen Verstärkungselements angeordnet sein. Die Batteriemanagementeinheit kann bspw. eine CSC (Cell Supervisor Control), ein BMS (Battery Management System Unit) oder eine BDU (Battery Disconnect Unit) sein.
Zudem ist es hierbei bevorzugt, wenn eine Stirnwand der Batterieeinheit an dem Aufnahmeelement angeordnet ist, indem ein mechanisches Verstärkungselement angeordnet ist. Dadurch erfährt insbesondere diese Batterieeinheit eine zuverlässige mechanische Begrenzung bzw. Abstützung.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung weisen die Batterieeinheiten jeweils einen ersten Spannungsabgriff, insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und jeweils einen zweiten Spannungsabgriff, insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, auf. Dabei sind die Batterieeinheiten elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verbunden. Gesamtspannungsabgriffe des Batteriesystems können durch eine variable Verbindung der Batterieeinheiten an definierten Punkten des Batteriesystems ausgebildet werden. Insbesondere können ein positiver Gesamtspannungsabgriff und ein negativer Gesamtspannungsabgriff an einer selben Seite des Batteriesystems ausgebildet sein.
Die Batterieeinheiten können dabei bevorzugt zum einen als Batteriezellen ausgebildet sein. Weiterhin können die Batterieeinheiten dabei bevorzugt zum anderen als Batteriemodule ausgebildet sein, welche jeweils eine Mehrzahl an beispielsweise elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen aufweisen. Insbesondere können die Batteriezellen dabei jeweils als prismatische Batteriezellen oder als sogenannte pouch-Zellen ausgebildet sein.
Ferner ist es zweckmäßig, wenn die Batterieeinheiten in mehreren Reihen angeordnet sind, welche parallel zueinander angeordnet sind. Insbesondere sind bei den in einer Reihe angeordneten Batterieeinheiten deren jeweilige Stirnseiten parallel zueinander angeordnet, wobei jeweils zwei Stirnseiten unterschiedlicher Batterieeinheiten unmittelbar benachbart zueinander angeordnet sind. Weiterhin sind hierbei bevorzugt größte erste und zweite Seitenflächen der Batterieeinheiten, welche einander gegenüberliegend an der jeweiligen Batterieeinheit angeordnet sind, jeweils in einer ersten bzw. zweiten Ebene angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass hierdurch eine erhöhte mechanische Stabilität erreicht werden kann.
Besonders bevorzugt ist zwischen zwei Reihen an Batterieeinheiten in einem Aufnahmeelement ein mechanisches Verstärkungselement angeordnet. Dies bietet den Vorteil, dass hierdurch eine erhöhte mechanische Stabilität erreicht werden kann.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn die Reihen an Batterieeinheiten unter einem Winkel zwischen 30 Grad und 60 Grad, insbesondere von 45 Grad zu einer Außenwand der Aufnahmeeinrichtung angeordnet sind.
Ferner betrifft die Erfindung auch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.
Insgesamt ist es möglich, Batterieeinheiten, also Batteriemodule und/oder Batteriezellen, in unterschiedlichen Anordnungen in der Aufnahmeeinrichtung aufzunehmen. Insbesondere ist dazu keine Änderung der Konfiguration der Aufnahmeeinrichtung nötig. Mit anderen Worten ausgedrückt, können unterschiedliche Batterieeinheiten in derselben Aufnahmeeinrichtung aufgenommen werden. Dadurch kann eine erhöhte Modularität zur Verfügung gestellt werden.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:

1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems und
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems.

1 zeigt eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1.
Das Batteriesystem 1 weist eine Mehrzahl an Batterieeinheiten 10 auf. Die Batterieeinheiten 10 weisen jeweils einen ersten Spannungsabgriff 41, insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und jeweils einen zweiten Spannungsabgriff 42, insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, auf. Die Batterieeinheiten 10 können dabei elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verbunden sein. Insbesondere dienen hierzu in der 1 nicht gezeigte Verbindungselemente. Dadurch kann beispielsweise die in der 1 gezeigte elektrisch serielle Verschaltung der einzelnen Batterieeinheiten 10 ausgebildet werden.
Insbesondere können die Batterieeinheiten 10 jeweils als Batteriezellen 150 oder jeweils als Batteriemodule 170, welche eine Mehrzahl an Batteriezellen 150 aufweisen, ausgebildet sein.
Die Batterieeinheiten 10 sind dabei in einer Aufnahmeeinrichtung 2 des Batteriesystems 1 aufgenommen. Bevorzugt ist die Aufnahmeeinrichtung 2 dabei aus einem Kunststoff oder aus Metall ausgebildet. Die solche Aufnahmeeinrichtung 2 umfasst dabei eine Mehrzahl an Aufnahmeelementen 20.
Weiterhin weisen die Aufnahmeeinrichtungen 2 jeweils paarweise parallel einander gegenüberliegende Aufnahmewände 21, 22, 23 auf. Insbesondere sind benachbarte Aufnahmewände 21, 22, 23 miteinander verbunden.
Beispielsweise ist eine Aufnahmewand 22 der Aufnahmewände 22 benachbart zu einer Aufnahmewand 21 der Aufnahmewände 21 und einer Aufnahmewand 23 der Aufnahmewände 23 angeordnet und mit diesen jeweils bevorzugt verbunden.
Benachbarte Aufnahmewände 21, 22, 23 bilden hierbei einen stumpfen Winkel 25 aus. An dieser Stelle sei angemerkt, dass der stumpfe Winkel 25 zwischen den benachbarten Aufnahmewänden 21, 22, 23 zu einem Inneren 24 der Aufnahmeeinrichtung 2 gewandt ausgebildet ist.
Insbesondere weisen die Aufnahmeelemente 20 bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 insgesamt jeweils sechs Aufnahmewände 21, 22, 23 auf.
Die Querschnittsfläche der Aufnahmeelemente 20 kann hierdurch bevorzugt eine Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweisen.
Die Batterieeinheiten 10 sind dabei mit Stirnwänden 14, 15 an paarweise parallel einander gegenüber liegenden Aufnahmewänden 21, 22, 23 angeordnet. Die Stirnwände 14, 15 sind dabei in einer Längsrichtung 13 der Batterieeinheiten 10 gegenüberliegend angeordnet. Die Batterieeinheiten 10 weisen dabei im Wesentlichen eine prismatische Grundform auf.
Beispielsweise sind die Batterieeinheiten 10 dabei mit ihren Stirnwänden 14, 15 an den Aufnahmewänden 22 angeordnet. Die übrigen Aufnahmewände 21, 23 sind dabei nicht kontaktierend mit den Batterieeinheiten 10 angeordnet, welche in dem Aufnahmeelement 20 aufgenommen sind. Dadurch sind im Inneren der Aufnahmeelemente 20 zusätzlich Hohlräume 28 ausgebildet. Diese dienen eine Kompensation von auf das Batteriesystem 1 einwirkender Kräfte.
Weiterhin zeigt die 1 auch, dass in zumindest einem Aufnahmeelement 20 ein mechanisches Verstärkungselement 3 angeordnet sein kann. Insbesondere weist auch dieses Aufnahmeelement 20 sechs Aufnahmewände 21, 22, 23 auf. Insbesondere kann das mechanische Verstärkungselement 3 bspw. als versteifte Hohlstruktur ausgebildet sein.
Weiterhin zeigt die 1 auch, dass eine Stirnwand 14, 15 einer Batterieeinheit 10 an denjenigem Aufnahmeelement 20 angeordnet sein kann, indem ein mechanisches Verstärkungselement 3 angeordnet ist.
Die Batterieeinheiten 10 sind dabei in mehreren parallel zueinander angeordneten Reihen 30 angeordnet.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 1 ist zwischen zwei Reihen 30 in einem Aufnahmeelement 20 ein mechanisches Verstärkungselement 3 aufgenommen. Weiterhin sind die Reihen 30 insbesondere rechtwinklig zu der Außenwand 35, insbesondere der größten Außenwand, der Aufnahmeeinrichtung 2 angeordnet.
Weiterhin ist möglich, dass das Batteriesystem 1 einzelne nicht in den Reihen 30 angeordnete Batterieeinheiten 10 aufweisen kann. Diese können insbesondere dazu dienen, den vorhandenen Bauraum optimal auszunutzen und bei der Verschaltung zu helfen.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass unmittelbar benachbart zu einer Außenwand 35 der Aufnahmeeinrichtung 2 weitere Außenwände angeordnet sein können, die gemeinsam Hohlräume 40 ausbilden.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Batteriesystems 1 gemäß 1 bietet insbesondere den Vorteil, dass von außen auf das Batteriesystem 1 bzw. die Aufnahmeeinrichtung 2 einwirkende Kräfte vorteilhaft aufgenommen und kompensiert werden können, ohne dass die Batterieeinheiten 10 diese Kraft erfahren und dadurch geschädigt werden. Insbesondere die Hohlräume 28 im Inneren der Aufnahmeelemente 20 und die Hohlräume 40 benachbart zu der Außenwand 35 der Aufnahmeeinrichtung 2 können einwirkende Kräfte absorbieren.
2 zeigt eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1.
Die in der 2 gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 1 gezeigten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass die Batterieeinheiten 10 mit ihren Stirnflächen 14, 15 an den Außenwänden 21 der Aufnahmeelemente 20 angeordnet sind und dadurch die übrigen Außenwände 22, 23 nicht unmittelbar kontaktierend mit den Batterieeinheiten 10 angeordnet sind.
Insbesondere sind die Reihen 30 an Batterieeinheiten 10 dabei unter einem Winkel zwischen 30 Grad und 60 Grad, insbesondere 45 Grad zu einer Außenwand 35, insbesondere der größten Außenwand, der Aufnahmeeinrichtung 2 angeordnet.
Die erfindungsgemäße Ausführungsform des Batteriesystems 1 gemäß 2 bietet insbesondere den Vorteil, dass von außen auf das Batteriesystem 1 bzw. die Aufnahmeeinrichtung 2 einwirkende Kräfte vorteilhaft aufgenommen und kompensiert werden können, ohne dass die Batterieeinheiten 10 diese Kraft erfahren und dadurch geschädigt werden. Insbesondere die Anordnung der Reihen 30 unter einem Winkel zwischen 30 Grad bis 60 Grad führt dazu, dass die Kräfte die Batterieeinheiten nicht schädigen.

Claims

Batteriesystem mit einer Mehrzahl an Batterieeinheiten (10), welche in einer Aufnahmeeinrichtung (2) des Batteriesystems (1) aufgenommen sind, wobei die Aufnahmeeinrichtung (2) eine Mehrzahl an Aufnahmeelementen (20) umfasst, welche paarweise parallel einander gegenüberliegende Aufnahmewände (21, 22, 43) aufweisen, wobei benachbarte Aufnahmewände (21, 22, 23) einen stumpfen Winkel (25) ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten (10) mit in einer Längsrichtung (13) der Batterieeinheiten (10) gegenüberliegend angeordneten Stirnwänden (14, 15) der Batterieeinheiten (10) an paarweise parallel einander gegenüberliegenden Aufnahmewänden (21, 22, 23) angeordnet sind.
Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahmeelemente (20) sechs Aufnahmewände (21, 22, 23) aufweisen, und insbesondere eine Querschnittsfläche in Form eines regelmäßigen Sechsecks aufweisen.
Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einem Aufnahmeelement (20) ein mechanisches Verstärkungselement (3) angeordnet ist.
Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnwand (14, 15) der Batterieeinheit (10) an dem Aufnahmeelement (20) angeordnet ist, in dem ein mechanisches Verstärkungselement (3) angeordnet ist.
Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten (10) jeweils einen ersten Spannungsabgriff (41), insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und jeweils einen zweien Spannungsabgriff (42), insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, aufweisen, wobei die Batterieeinheiten (10) elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verbunden sind.
Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten (10) jeweils als Batteriezellen (150) oder jeweils als Batteriemodule (170) mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (150) ausgebildet sind.
Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinheiten (10) in mehreren parallel zueinander angeordneten Reihen (30) angeordnet sind.
Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Reihen (30) an Batterieeinheiten (10) in einem Aufnahmeelement (20) ein mechanisches Verstärkungselement (3) angeordnet ist.
Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihen (30) an Batterieeinheiten (10) unter einem Winkel zwischen 30 und 60 Grad, insbesondere 45 Grad, zu einer Außenwand (35) der Aufnahmeeinrichtung (2) angeordnet sind.
Verwendung eines Batteriesystems (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.