DE102022004087A1 - Battery module for an electrical energy storage device, electrical energy storage device and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (14, 16) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einer ersten Batteriezelle (18) mit einem ersten Pol (20) und mit einer zweiten Batteriezelle (40) mit einem zweiten Pol (24), wobei der erste Pol (20) und der zweite Pol (24) mit einem Zellverbinder (30) elektrisch kontaktiert sind, wobei der Zellverbinder (30) in einer Draufsicht betrachtet H-förmig ausgebildet ist und in einer Seitenansicht betrachtet bogenförmig ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher (12) sowie ein Kraftfahrzeug (10).The invention relates to a battery module (14, 16) for an electrical energy store (12) of an at least partially electrically operated motor vehicle (10), with at least a first battery cell (18) with a first pole (20) and with a second battery cell (40) with a second pole (24), wherein the first pole (20) and the second pole (24) are electrically contacted with a cell connector (30), wherein the cell connector (30) is H-shaped when viewed from above and is arcuate when viewed from the side. The invention further relates to an electrical energy store (12) and to a motor vehicle (10).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery module for an electrical energy storage device of an at least partially electrically operated motor vehicle. The invention further relates to an electrical energy storage device and a motor vehicle.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass Batteriezellen über das Verschweißen von Zellverbindern elektrisch zu Batteriemodulen kontaktiert werden. Hierzu verbinden die Schweißnähte, insbesondere bei prismatischen Hardcase-Zellen, jeweils die einzelnen Terminals der Plus- und Minus-Pole miteinander. Diese weisen jedoch bauartbedingt stets eine ebenfalls angeschweißte Anbindestelle für die sich im Zellinneren befindlichen Elektroden auf. Aufgrund von Fertigungstoleranzen hinsichtlich Positionierung und Schweißnahtüberhöhung oder dergleichen kann keine ebene Oberfläche der Elektrodenanbindung und der umliegenden Terminals und somit eine spaltfreie Auflage eines herkömmlichen Zellverbinders nicht gewährleistet werden. Somit werden die Auflagebereiche von Zellverbinder und Terminal und gleichzeitig die Schweißbereiche stark eingeschränkt.It is already known from the state of the art that battery cells are electrically connected to battery modules by welding cell connectors. For this purpose, the weld seams, especially in the case of prismatic hardcase cells, connect the individual terminals of the positive and negative poles to one another. However, due to their design, these always have a welded connection point for the electrodes located inside the cell. Due to manufacturing tolerances with regard to positioning and weld seam elevation or the like, a flat surface of the electrode connection and the surrounding terminals and thus a gap-free support of a conventional cell connector cannot be guaranteed. This means that the support areas of the cell connector and terminal and at the same time the welding areas are severely restricted.
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte elektrische Verbindung bereitgestellt werden kann.The object of the present invention is to provide a battery module, an electrical energy storage device and a motor vehicle by means of which an improved electrical connection can be provided.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by a battery module, an electrical energy storage device and a motor vehicle according to the independent patent claims. Advantageous embodiments are specified in the subclaims.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer ersten Batteriezelle mit einem ersten Pol und mit einer zweiten Batteriezelle mit einem zweiten Pol, wobei der erste Pol und der zweite Pol mit einem Zellverbinder elektrisch kontaktiert sind.One aspect of the invention relates to a battery module for an electrical energy storage device of an at least partially electrically operated motor vehicle, with at least a first battery cell with a first pole and with a second battery cell with a second pole, wherein the first pole and the second pole are electrically contacted with a cell connector.
Es ist vorgesehen, dass der Zellverbinder in einer Breitenrichtung betrachtet H-förmig ausgebildet ist, und in einer Höhenrichtung betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.It is provided that the cell connector is H-shaped when viewed in a width direction and is arched when viewed in a height direction.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass ein Batteriemodul aus prismatischen Hardcase-Zellen mit einer zentralen Elektrodenanbindungsstelle auf den Terminals und dem Zellverbinder in H-Form und bogenartig ausgeführt bereitgestellt wird und entsprechende Schweißbereiche aufweist. Je nach Ausführung eines Batteriemoduls können damit entsprechende Schweißnähte direkt geschweißt werden, insbesondere falls dies aufgrund des Stromflusses benötigt wird, oder aber zunächst lediglich auch nur zwei Schweißnähte jeweils auf einem Terminal, so dass der verbleibende, ungeschweißte Auflage- und Schweißbereich als Reparatur dienen kann. Insbesondere kann dadurch ein verbesserter Stromfluss durch einen erfindungsgemäßen Modulaufbau realisiert werden. Des Weiteren können Kehlnähte in linienförmiger Anbindung bereitgestellt werden. Des Weiteren ist eine Eignung für sowohl artgleiche Verbindungen als auch Mischverbindungen ermöglicht (beispielsweise Aluminium - Aluminium, Kupfer - Aluminium). Es ist ferner eine verbesserte Produktqualität und die Reduzierung von Ausschuss durch Toleranzausgleich mittels Zellverbinder realisiert, wodurch die Herstellung eines technischen Nullspaltes bei einer Auflage auf den Terminals bei maximaler Größe des Zellverbinders realisiert werden kann. Des Weiteren können große Toleranzen bei der Positionierung des Zellverbinders in dem Produkt erlaubt werden.In particular, it is thus provided that a battery module made of prismatic hardcase cells with a central electrode connection point on the terminals and the cell connector is provided in an H-shape and arched manner and has corresponding welding areas. Depending on the design of a battery module, corresponding weld seams can be welded directly, in particular if this is required due to the current flow, or initially only two weld seams each on one terminal, so that the remaining, unwelded support and welding area can be used as a repair. In particular, an improved current flow can be achieved through a module structure according to the invention. Furthermore, fillet welds can be provided in a linear connection. Furthermore, suitability for both similar connections and mixed connections is possible (for example aluminum - aluminum, copper - aluminum). Furthermore, improved product quality and the reduction of rejects are achieved through tolerance compensation using cell connectors, whereby the production of a technical zero gap when supported on the terminals with the maximum size of the cell connector can be achieved. Furthermore, large tolerances can be allowed for the positioning of the cell connector in the product.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform liegt der Zellverbinder mit den jeweiligen Schenkelenden der H-Form auf dem jeweiligen Pol auf. Insbesondere ist somit zumindest an einem Schenkelende eine entsprechende Schweißnaht ausgebildet, welche wiederum an dem Pol anliegt oder aufliegt. Somit kann eine feste elektrische Verbindung zwischen den Polen und dem Zellverbinder realisiert werden.According to an advantageous embodiment, the cell connector rests with the respective leg ends of the H-shape on the respective pole. In particular, a corresponding weld seam is formed at least on one leg end, which in turn rests on or lies on the pole. This allows a solid electrical connection to be realized between the poles and the cell connector.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Zellverbinder mittels einer jeweiligen Kehlnaht mit dem jeweiligen Pol verschweißt ist. Insbesondere kann die Kehlnaht dabei mittels Laserschweißens erzeugt werden. Dadurch ist es ermöglicht, dass ein zuverlässiger Halt des Zellverbinders an den Polen sowie eine korrekte elektrische Kontaktierung zwischen dem Zellverbinder und dem Polen realisiert werden kann. Insbesondere ist dabei die Kehlnaht linienförmig ausgebildet, insbesondere entlang eines Schenkels der H-Form.A further advantageous embodiment provides that the cell connector is welded to the respective pole by means of a respective fillet weld. In particular, the fillet weld can be produced by means of laser welding. This makes it possible to achieve a reliable hold of the cell connector on the poles and a correct electrical contact between the cell connector and the poles. In particular, the fillet weld is linear, in particular along one leg of the H-shape.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Bogenform auf Basis von zumindest vier Stufen für einen jeweiligen Pol erzeugt ist. Insbesondere ist somit der Zellverbinder stufenartig ausgebildet. Insbesondere sind vier Auflagen mittels der Abstufung realisiert. Durch die Stufung kann insbesondere die Bogenform erzeugt werden beziehungsweise eine Höhendifferenz erzeugt werden, welche einen Bauteilversatz in Höhenrichtung, insbesondere in der sogenannten Z-Richtung, ausgleichen kann.A further advantageous embodiment provides that the arched shape is created on the basis of at least four steps for each pole. In particular, the cell connector is thus designed in a step-like manner. In particular, four supports are realized by means of the gradation. The gradation can in particular create the arched shape or a height difference can be created, which can compensate for a component offset in the height direction, in particular in the so-called Z direction.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Batteriezellen als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind. Insbesondere handelt es sich bei den Batteriezellen um so genannte Hardcase-Zellen.It is also advantageous if the battery cells are designed as prismatic battery cells. In particular, the battery cells are so-called hardcase cells.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die jeweilige Auflagefläche des Zellverbinders auf einem jeweiligen Pol außerhalb einer jeweiligen Elektrodenanbindungsstelle des Pols liegt. Insbesondere ist beispielsweise das Zellinnere an der Elektrodenanbindungsstelle kontaktiert. Es ist nun vorgesehen, dass der Zellverbinder außerhalb dieser Elektrodenanbindungsstelle den Pol kontaktiert, so dass eine verbesserte Kontaktierung und insbesondere eine spaltfreie Auflage realisiert werden kann.Furthermore, it has proven to be advantageous if the respective contact surface of the cell connector on a respective pole is located outside a respective electrode connection point of the pole. In particular, for example, the interior of the cell is contacted at the electrode connection point. It is now provided that the cell connector contacts the pole outside of this electrode connection point, so that improved contact and in particular a gap-free contact can be achieved.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. A further aspect of the invention relates to an electrical energy storage device for an at least partially electrically operated motor vehicle with at least one battery module according to the previous aspect. Furthermore, the invention also relates to a motor vehicle with an electrical energy storage device according to the previous aspect. The motor vehicle is designed in particular as an at least partially electrically operated motor vehicle or as a fully electrically operated motor vehicle.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.Advantageous embodiments of the battery module are to be regarded as advantageous embodiments of the electrical energy storage device and of the motor vehicle.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren 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.Further advantages, features and details of the invention emerge from the following description of preferred embodiments and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figures can be used not only in the combination specified in each case, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
Dabei zeigen:
-
1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform eines Batteriemoduls; und -
2 eine schematische Darstellung in unterschiedlichen Richtungen eines Batteriemoduls gemäß1 .
-
1 a schematic side view of an embodiment of a motor vehicle with an embodiment of an electrical energy storage device with an embodiment of a battery module; and -
2 a schematic representation in different directions of a battery module according to1 .
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the figures, identical or functionally identical elements are provided with the same reference symbols.
Ferner weisen die Batteriezellen 18, 40 im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine Berstscheibe 28 auf.Furthermore, the
Die
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zellverbinder 30 mit einer jeweiligen Kehlnaht 34 mit dem jeweiligen Pol 20, 24 verschweißt ist. Die Kehlnaht 34 ist dabei insbesondere linienförmig ausgebildet. Des Weiteren ist gezeigt, dass die Bogenform insbesondere auf Basis von zumindest vier Stufen 36 erzeugt ist. Die
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine erste Länge ba ≥ einer zweiten Länge be entspricht. Eine dritte Länge bz ist dabei insbesondere größer oder gleich einer vierten Länge at + 0,5 x einer fünften Länge bt. Ferner ist eine sechste Länge iz ≥ der doppelten Länge einer siebten Länge is + 0,25 x der ersten Länge ba. Insbesondere zeigen somit die Figuren, dass das Batteriemodul 14, 16 für prismatische Hardcase-Zellen mit zentraler Elektrodenanbindungsstelle bereitgestellt wird, wobei auf den jeweiligen Polen 20, 24 der Zellverbinder 30 in H-Form mit einer Abstufung mit vier Auflagen- und Schweißbereichen bereitgestellt wird, wobei jeweils zwei in einer Linie auf einem Pol 20, 24 und entsprechend zwei der gegenüberliegend auf den benachbarten Pol 20, 24 mit definierten Abmessungen bereitgestellt wird. Es werden insbesondere linienförmige Auflage- und Schweißbereiche des Zellverbinders 30 derart bereitgestellt, dass diese nicht auf den Elektrodenanbindungsstellen 38 aufliegen, so dass beidseitig jeweils zwei Kehlnähte der Länge is geschweißt werden können. Der Zellverbinder 30 weist durch die Stufung eine Höhendifferenz auf, welche einen Bauteilversatz in der Höhenrichtung (z-Richtung) ausgleichen kann. Der Zellverbinder 30 ermöglicht ein flexibles Laserschweißen von beispielsweise vier gleichen Kehlnähten 34. Ferner kann durch die Verteilung der Schweißnähte ein verbesserter Stromfluss realisiert werden.In particular, it is provided that a first length b a ≥ corresponds to a second length b e . A third length b z is in particular greater than or equal to a fourth length a t + 0.5 x a fifth length b t . Furthermore, a sixth length i z ≥ twice the length of a seventh length i s + 0.25 x the first length b a . In particular, the figures therefore show that the
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 1212
- elektrischer Energiespeicherelectrical energy storage
- 1414
- erstes Batteriemodulfirst battery module
- 1616
- zweites Batteriemodulsecond battery module
- 1818
- erste Batteriezellefirst battery cell
- 2020
- erster Polfirst pole
- 2222
- weiterer Polanother pole
- 2424
- zweiter Polsecond pole
- 2626
- nochmals weiterer Polanother pole
- 2828
- BerstscheibeRupture disc
- 3030
- ZellverbinderCell connectors
- 3232
- SchenkelendeLeg end
- 3434
- KehlnahtFillet weld
- 3636
- StufeLevel
- 3838
- ElektrodenanbindungsstelleElectrode connection point
- 4040
- zweite Batteriezellesecond battery cell
- bab.a.
- erste Längefirst length
- bebe
- zweite Längesecond length
- bzbz
- dritte Längethird length
- atat
- vierte Längefourth length
- btbt
- fünfte Längefifth length
- iziz
- sechste Längesixth length
- isis
- siebte Längeseventh length
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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