DE102022002692A1

DE102022002692A1 - Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen, sowie Batteriemodul

Info

Publication number: DE102022002692A1
Application number: DE102022002692.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Janotta; Felix Radeck
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2024-01-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls (10) mit einer Vielzahl von Batteriezellen (12), wobei die Batteriezellen (12) seriell und/oder parallel miteinander über ein jeweiliges Zellverbindungselement (14) verschweißt werden, wobei in einem jeweiligen Zellverbindungselement (14) zumindest ein vorgefertigtes Sacklock (16) für eine Schraubverbindung bereitgestellt wird, wobei mittels der Schraubverbindung eine Kontaktbrücke (18) von einer nicht-defekten Batteriezelle (12) über zumindest eine Batteriezelle (12) in einem defekten Zustand zu einer weiteren nicht-defekten Batteriezelle (12) überbrückt wird. Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Batteriemodul.
Aus dem Stand der Technik sind bereits so genannte moderne Akkupacks in Batteriesystemen bekannt, welche aus einer Großzahl verschalteter Batteriezellen ausgebildet sind. Diese Zellen können parallel und/oder seriell verschaltet sein. Im Falle eines Defektes in einer einzelnen Batteriezelle kann der Akkupack beziehungsweise das Batteriemodul in der Regel nicht mehr betrieben werden und muss ersetzt werden. Der Ausfall eines einzelnen, relativ preiswerten Bauteils führt somit zu erheblichen Kosten, da die komplette Baugruppe getauscht werden muss.
Die DE 2020 1700617 U1 offenbart ein Zellkontaktierungssystem für eine elektrochemische Vorrichtung, die mehrere Zellgruppen umfasst, welche jeweils eine oder mehrere elektrochemische Zellen umfassen, wobei jede elektrochemische Zelle ein erstes Zellterminal und ein zweites Zellterminal aufweist, wobei die elektrochemischen Zellen längs einer Längsrichtung der elektrochemischen Vorrichtung aufeinander folgen, die ersten Zellterminals der elektrochemischen Zellen in einem ersten Zellterminalbereich der elektrochemischen Vorrichtung längs der Längsrichtung aufeinander folgen und die zweiten Zellterminals der elektrochemischen Zellen in einem zweiten Zellterminalbereich der elektrochemischen Vorrichtung längs der Längsrichtung aufeinander folgen, wobei das Zellkontaktierungssystem mindestens einen Zellverbinder zum elektrisch leitenden Verbinden von Zellterminals und einer ersten Zellgruppe mit Zellterminals einer zweiten Zellgruppe umfasst, wobei der Zellverbinder einen ersten Kontaktbereich zum Kontaktieren des Zellterminals der ersten Zellgruppe und einen zweiten Kontaktbereich zum Kontaktieren der Zellterminals der zweiten Zellgruppe umfasst, wobei mindestens ein Zellverbinder sich schräg zur Längsrichtung von Zellterminals der ersten Zellgruppe in dem ersten Zellterminalbereich zu Zellterminals der zweiten Zellgruppe in dem zweiten Zellterminalbereich erstreckt und wobei mindestens ein Zellverbinder in mindestens einem seiner Kontaktbereiche mindestens einen elastisch und/oder plastisch verformbaren Kompensationsabschnitt aufweist, welcher zwei Abschnitte des Kontaktbereichs, die zum Kontaktieren verschiedener Zellterminals derselben Zellgruppe vorgesehen sind, miteinander verbindet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Batteriemodul zu schaffen, mittels welchen ein verbesserter Betrieb eines Batteriemoduls realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren sowie durch ein Batteriemodul gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls mit einer Vielzahl von Batteriezellen, wobei die Batteriezellen seriell und/oder parallel miteinander über ein jeweiliges Zellverbindungselement verschweißt werden.
Es ist dabei vorgesehen, dass mit einem jeweiligen Zellverbindungselement ein vorgefertigtes Sackloch für eine Schraubverbindung bereitgestellt wird, wobei mittels der Schraubverbindung eine Kontaktbrücke von einer nicht-defekten Batteriezelle über zumindest eine Batteriezelle in einem defekten Zustand zu einer weiteren nicht-defekten Batteriezelle überbrückt wird.
Insbesondere wird somit das Batteriemodul derart ausgelegt, dass eine defekte logische Batteriezelle überbrückt werden kann. Hierzu werden folgende Dinge berücksichtigt. Die Batteriezellen selbst sind im tiefenentladenen Zustand sicher. Diese dürfen somit nicht auslaufen oder anders die Sicherheit des Batteriemoduls gefährden. Das Batteriemanagementsystem sowie eine entsprechende Überwachungseinrichtung müssen mit dem Fall „überbrückte Zelle“ umgehen können. Die Überbrückung ist insbesondere mechanisch möglich.
Insbesondere ist somit eine Kombination von den Verbindungsvarianten Schweißen und Schrauben vorgeschlagen. In einer ersten Serienfertigung werden die Batteriezellen miteinander verschweißt. Somit kann eine hohe Reproduzierbarkeit, geringe Innenwiderstände sowie geringe Kosten erreicht werden. In den Zellterminals und/oder den Zellverbindern selbst werden Sacklöcher vorgesehen, in welchen eine Zellbrücke verschraubt werden kann. Im Fehlerfall wird die defekte Batteriezelle nur mit Hilfe der aufgeschraubten Zellbrücke überbrückt.
Da nur eine Batteriezelle von vielen Batteriezellen überbrückt wird, spielen Energieverluste und Innenwiderstandserhöhung eine untergeordnete Rolle. Die Kosten im Fehlerfall werden deutlich reduziert und das Batteriemodul kann im Betrieb verbleiben, die Materialkosten sind ebenfalls sehr gering. Die Reparatur kann in der Werkstatt durchgeführt werden, eine entsprechende industrielle Vorrichtung ist dabei nicht notwendig. Ferner können die Batteriemodule auch bei geringen Reparaturkosten größer gebaut werden, so dass der Bauraum innerhalb der Batterie besser ausgenutzt werden kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das Sackloch bei einem jeweiligen Kontaktbereich des Zellverbindungselements zu einem jeweiligen Pol der jeweiligen Batteriezelle bereitgestellt.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das Sackloch zwischen zwei Kontaktbereichen des Zellverbindungselements zum jeweiligen Pol zweier Batteriezellen bereitgestellt wird.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltungsform wird das Zellverbindungselement im Sackloch mit einem Durchzug bereitgestellt.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul mit einem Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt hergestellt ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung auch einen elektrischen Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt.
Die Erfindung betrifft weiterhin auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes oder vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Figur:

1. eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Batteriemoduls.

In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. zeigt in einer schematischen Draufsicht eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 10 für einen elektrischen Energiespeicher eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Das Batteriemodul 10 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 12, vorliegend insbesondere zehn Batteriezellen 12 auf. Die Batteriezellen 12 können über ein jeweiliges Zellverbindungselement 14 verbunden werden. Insbesondere werden die Pole der Batteriezellen 12 entsprechend miteinander verbunden. Je nach Ausführungsform können die Batteriezellen 12 dabei seriell und/oder parallel miteinander verbunden werden.
Es ist insbesondere vorgesehen, dass in einem jeweiligen Zellverbindungselement 14 ein vorgefertigtes Sackloch 16 ausgebildet ist, wobei das Sackloch 16 für eine Schraubverbindung ausgebildet ist, wobei mittels der Schraubverbindung eine Kontaktbrücke 18 von einer nicht-defekten Batteriezelle 12 über zumindest eine Batteriezelle in einem defekten Zustand zu einer weiteren nicht-defekten Batteriezelle 12 überbrückt wird.
Insbesondere ist im oberen Bereich des Batteriemoduls 10 gezeigt, dass das Sackloch 16 zwischen zwei Kontaktbereichen 20, 22 des Zellverbindungselements 14 zu jeweiligen Polen zweier Batteriezellen 12 bereitgestellt wird. Im unteren Bereich der Fig. ist gezeigt, dass das Sackloch 16 bei einem jeweiligen Kontaktbereich 20, 22 als Zellverbindungselement 14 zu einem jeweiligen Pol der jeweiligen Batteriezelle 12 bereitgestellt wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass das Zellverbindungselement 14 mit einem Sackloch 16 mit einem Durchzug bereitgestellt wird.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine jeweilige Batteriezelle 12 insbesondere als Pouchzelle ausgebildet. Dies ist jedoch auch für beispielsweise Rundzellen möglich. Je nach konstruktiver Gestaltung können mehrere logische Batteriezellen 12 überbrückt werden. Wie bereits erwähnt ist im oberen Bereich der Fig. gezeigt, dass das Sackloch 16 für die Kontaktbrücke 18 in dem Zellverbindungselement 14 bereitgestellt wird. Es wird gegebenenfalls ein Durchzug angebracht, so dass genug Material für das spätere Gewinde zur Verfügung steht. Auch mehrere Durchzüge für parallele Verschraubungen sind ebenfalls möglich.
Im unteren Bereich erfolgt die Bereitstellung des Sacklochs 16 wiederum im Zellterminal. Im Terminal der Batteriezelle 12 wird ebenfalls ein Sackloch 16 ausgespart. Dies kann entweder an beiden Terminals oder auch nur an einem Terminal erfolgen. Im Reparaturfall wird die Kontaktbrücke 18 zum Beispiel mit gewindeformenden Schrauben in die Sacklöcher 16 verschraubt. Auch mehrere Sacklöcher 16 für parallele Verschraubungen sind möglich. Insbesondere zeigt die Fig. im unteren Bereich links das Zellverbindungselement 14 mit der Aussparung für das Sackloch 16 bei jedem Zellterminal. Im unteren Teil rechts wiederum ist gezeigt, dass die Sacklöcher 16 auch nur bei einem Terminal bereitgestellt werden können.
Bezugszeichenliste

10: Batteriemodul
12: Batteriezelle
14: Zellverbindungselement
16: Sackloch
18: Kontaktbrücke
20: Kontaktbereich
22: Kontaktbereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 20201700617 U1 [0003]

Claims

Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls (10) mit einer Vielzahl von Batteriezellen (12), wobei die Batteriezellen (12) seriell und/oder parallel miteinander über ein jeweiliges Zellverbindungselement (14) verschweißt werden, dadurch gekennzeichnet, dass in einem jeweiligen Zellverbindungselement (14) zumindest ein vorgefertigtes Sacklock (16) für eine Schraubverbindung bereitgestellt wird, wobei mittels der Schraubverbindung eine Kontaktbrücke (18) von einer nicht-defekten Batteriezelle (12) über zumindest eine Batteriezelle (12) in einem defekten Zustand zu einer weiteren nicht-defekten Batteriezelle (12) überbrückt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (16) bei einem jeweiligen Kontaktbereich (20 ,22) des Zellverbindungselements (18) zu einem jeweiligen Pol der jeweiligen Batteriezelle (12) bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Sackloch (16) zwischen zwei Kontaktbereichen (20 ,22) des Zellverbindungselements (18) zu jeweiligen Polen zweier Batteriezellen (12) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellverbindungselement (18) im Sackloch (16) mit einem Durchzug bereitgestellt wird.
Batteriemodul (10) für einen elektrischen Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs, wobei das Batteriemodul (10) mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellt ist.