DE102022127133A1 - Battery module, battery and method for producing a battery for a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (12) mit einem Zellstapel (16) mit mindestens einer Batteriezelle (14), mit einem Modulboden (12a), der das Batteriemodul (12) unterseitig bezüglich einer ersten Richtung (z) begrenzt, und einem Modulgehäuse (20), das zwei Endplatten (18, 18') aufweist, die den Zellstapel (16) bezüglich einer zweiten Richtung (x) beidseitig begrenzen, die senkrecht zur ersten Richtung (z) ist. Dabei ist an zumindest einer ersten Endplatte (18, 18') auf einer dem Zellstapel (16) abgewandten Außenseite (18a, 18a') dieser ein Modulbodenverlängerungsbauteil (40) angeordnet, das ein Verlängerungselement (44) umfasst, das bezüglich der zweiten Richtung (y) von der Außenseite (18a, 18a') der ersten Endplatte (18, 18') absteht und das an der ersten Endplatte (18, 18') in der ersten Richtung (z) federnd gelagert ist, wobei das Verlängerungselement (44) bezüglich der ersten Richtung (z) eine Unterseite (44a) aufweist, die bezüglich der ersten Richtung (z) auf eine gleiche Höhe wie der Modulboden (12a) einstellbar ist.The invention relates to a battery module (12) with a cell stack (16) with at least one battery cell (14), with a module base (12a) which delimits the battery module (12) on the underside with respect to a first direction (z), and a module housing (20) which has two end plates (18, 18') which delimit the cell stack (16) on both sides with respect to a second direction (x) which is perpendicular to the first direction (z). In this case, a module base extension component (40) is arranged on at least one first end plate (18, 18') on an outer side (18a, 18a') facing away from the cell stack (16), said module base extension component comprising an extension element (44) which projects from the outer side (18a, 18a') of the first end plate (18, 18') with respect to the second direction (y) and which is resiliently mounted on the first end plate (18, 18') in the first direction (z), wherein the extension element (44) has a lower side (44a) with respect to the first direction (z), which can be adjusted to the same height as the module base (12a) with respect to the first direction (z).
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug, wobei das Batteriemodul einen Zellstapel mit mindestens einer Batteriezelle aufweist, die bezüglich einer ersten Richtung eine Zellunterseite umfasst, einen Modulboden, der das Batteriemodul unterseitig bezüglich der ersten Richtung begrenzt, wobei die Zellunterseite einen Teil des Modulbodens bereitstellt, ein Modulgehäuse, das zwei Endplatten aufweist, die den Zellstapel bezüglich ihrer zweite Richtung beidseitig begrenzen, die senkrecht zur ersten Richtung ist, und eine Modulbreite in einer dritten Richtung. Die Erfindung betrifft des Weiteren auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie für ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a battery module for a motor vehicle, wherein the battery module has a cell stack with at least one battery cell, which comprises a cell bottom with respect to a first direction, a module base, which delimits the battery module on the bottom with respect to the first direction, wherein the cell bottom provides a part of the module base, a module housing, which has two end plates, which delimit the cell stack on both sides with respect to their second direction, which is perpendicular to the first direction, and a module width in a third direction. The invention also further relates to a battery for a motor vehicle and a method for producing a battery for a motor vehicle.
Beim Herstellen einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, insbesondere einer Hochvolt-Batterie, werden oftmals mehrere Batteriemodule in einem gemeinsamen Gesamt-Batteriegehäuse angeordnet. Dabei werden solche Batteriemodule auf einen Gehäuseboden aufgesetzt. Dieser ist oftmals als Kühlboden ausgestaltet. Um eine möglichst gute thermische Anbindung an einen solchen Kühlboden zu ermöglichen, werden die Batteriemodule an ihrer Unterseite mit einem Gapfiller-Material, welches vorliegend auch als Wärmeleitmasse oder Wärmeleitpaste bezeichnet wird, thermisch an den Kühlboden der Batteriewanne beziehungsweise des Batteriegehäuses angebunden. Dabei wird ein möglichst großer Anteil der Modulunterseite mit Gapfiller benetzt. Lufteinschlüsse in dieser Gapfillerschicht wirken sich nachteilig auf die thermische Anbindung aus. Das Gapfiller-Material wird dabei zu dem typischerweise in einem viskosen Zustand auf dem Kühlboden aufgebracht und dann ein entsprechendes Batteriemodul daraufgesetzt und anschließend wird das Gapfiller-Material ausgehärtet. Da das Gapfiller-Material zu zusätzlichem Gewicht und Kosten führt und außerdem große mit Gapfiller-Material gefüllte Spalte zwischen Batteriemodul und dem Kühlboden insgesamt zu einer relativ schlechten thermischen Performance führen, ist es erstrebenswert, den mit diesem Gapfiller-Material zu befüllenden Spalt so klein wie möglich zu halten, andererseits sollte aber eine zuverlässige Benetzung der Unterseiten der Batteriemodule in den gewünschten Bereichen gewährleistet sein. Problematisch dabei ist jedoch, dass die Bauteile, vor allem der Kühlboden, aber auch die Unterseite eines Batteriemoduls fertigungsbedingten Toleranzen unterliegen, die durch das Gapfiller-Material ausgeglichen werden müssen. Außerdem kann es auch beim Einsetzen des Batteriemoduls in das Batteriegehäuse zu einer zusätzlichen Deformation des Kühlbodens kommen, wodurch sich auch die Geometrie der Kavität zwischen Batteriemodul und Kühlboden ändert. Diese geometrische Veränderung des Kühlbodens beim Einsetzen eines Batteriemoduls kann sich dabei zudem auch auf bereits in das Gehäuse eingesetzte Batteriemodule auswirken, wenn der Gapfiller dort noch nicht ausgehärtet ist. Die Spaltgeometrie kann sich dabei entsprechend ebenfalls verändern. So kann es zu unerwünschten Lufteinschlüssen kommen bzw. diese können noch nachträglich nach dem Setzen eines Batteriemoduls entstehen.When manufacturing a battery for a motor vehicle, in particular a high-voltage battery, several battery modules are often arranged in a common overall battery housing. Such battery modules are placed on a housing base. This is often designed as a cooling base. In order to enable the best possible thermal connection to such a cooling base, the battery modules are thermally connected on their underside to the cooling base of the battery tray or the battery housing with a gap filler material, which is also referred to here as a thermally conductive compound or thermally conductive paste. As large a proportion of the module underside as possible is wetted with gap filler. Air inclusions in this gap filler layer have a detrimental effect on the thermal connection. The gap filler material is typically applied to the cooling base in a viscous state and then a corresponding battery module is placed on top of it and the gap filler material is then cured. Since the gap filler material leads to additional weight and costs and large gaps filled with gap filler material between the battery module and the cooling base lead to relatively poor thermal performance overall, it is desirable to keep the gap to be filled with this gap filler material as small as possible, but on the other hand, reliable wetting of the undersides of the battery modules in the desired areas should be ensured. The problem here, however, is that the components, especially the cooling base, but also the underside of a battery module, are subject to manufacturing-related tolerances that must be compensated for by the gap filler material. In addition, when the battery module is inserted into the battery housing, additional deformation of the cooling base can also occur, which also changes the geometry of the cavity between the battery module and the cooling base. This geometric change in the cooling base when inserting a battery module can also affect battery modules that have already been inserted into the housing if the gap filler has not yet hardened there. The gap geometry can also change accordingly. This can lead to unwanted air inclusions or these can occur later after a battery module has been installed.
Die
Weiterhin beschreibt die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul, eine Batterie und ein Verfahren bereitzustellen, die eine möglichst zuverlässige Benetzung zumindest gewünschter Teile der Modulunterseite mit einer Wärmeleitmasse beim Einsetzen des Batteriemoduls in ein Batteriegehäuse ermöglichen und die es ermöglichen, dabei Toleranzen möglichst gut auszugleichen.The object of the present invention is to provide a battery module, a battery and a method which enable the most reliable possible wetting of at least desired parts of the module underside with a thermally conductive compound when inserting the battery module into a battery housing and which enable tolerances to be compensated as well as possible.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriemodul, eine Batterie und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.This object is achieved by a battery module, a battery and a method having the features according to the respective independent patent claims. Advantageous embodiments of the The invention is the subject of the dependent claims, the description and the figures.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug weist einen Zellstapel mit mindestens einer Batteriezelle auf, die bezüglich einer ersten Richtung eine Zellunterseite umfasst, einen Modulboden, der das Batteriemodul unterseitig bezüglich der ersten Richtung begrenzt, wobei die Zellunterseite einen Teil des Modulbodens bereitstellt, ein Modulgehäuse, das zwei Endplatten aufweist, die den Zellstapel bezüglich einer zweiten Richtung beidseitig begrenzen, die senkrecht zur ersten Richtung ist, und eine Modulbreite in einer dritten Richtung. Dabei ist an zumindest einer ersten Endplatte der zwei Endplatten ein Modulbodenverlängerungsbauteil angeordnet, das ein Verlängerungselement umfasst, das von der ersten Endplatte bezüglich der zweiten Richtung und dem Zellstapel abgewandt absteht und das sich in der dritten Richtung über zumindest einen Teil der Modulbreite des Batteriemoduls erstreckt. Weiterhin ist das Verlängerungselement an der ersten Endplatte in der ersten Richtung federnd gelagert und weist bezüglich der ersten Richtung eine Unterseite auf, die bezüglich der ersten Richtung auf eine gleiche Höhe wie der Modulboden einstellbar ist.A battery module according to the invention for a motor vehicle has a cell stack with at least one battery cell, which comprises a cell underside in a first direction, a module base, which delimits the battery module on the underside in the first direction, the cell underside providing part of the module base, a module housing, which has two end plates, which delimit the cell stack on both sides in a second direction, which is perpendicular to the first direction, and a module width in a third direction. In this case, a module base extension component is arranged on at least one first end plate of the two end plates, which comprises an extension element that protrudes away from the first end plate in the second direction and the cell stack and that extends in the third direction over at least part of the module width of the battery module. Furthermore, the extension element is spring-mounted on the first end plate in the first direction and has a underside in the first direction, which can be adjusted to the same height as the module base in the first direction.
Die Erfindung beruht dabei gleichzeitig auf mehreren Erkenntnissen: Zum einen verfügen Batteriezellen über ein Überdruckventil, das im Falle eines thermal Runaways das in der Zelle entstehende Gas entweichen lässt. Dabei gibt es nunmehr zumindest intern Konzepte mit dem Ansatz, ein solches Ventil an der Modulunterseite beziehungsweise Zellunterseite der jeweiligen Zellen vorzusehen und eine Entgasung der Batteriezelle entsprechend durch den Kühlboden hindurch in einen dafür vorgesehenen Entgasungskanal vorzusehen. Hierbei ist entsprechend eine möglichst durchgängige Gapfiller-Schicht zwischen der Modulunterseite und dem Kühlboden erstrebenswert, damit das ausströmende Gas bestmöglich in den Entgasungskanal geleitet werden kann, da der Gapfiller hierbei gleichzeitig der Abdichtung dient. Die Gapfiller-Schicht verhindert nämlich dabei gleichzeitig, dass ein aus der Batteriezelle austretendes Gas durch den Spalt zwischen der Modulunterseite und dem Kühlboden in das Innere des Batteriegehäuses gelangen kann. Die Gewährleistung dieser abdichtenden Eigenschaft der Gapfiller-Schicht ist jedoch gerade in den Randbereichen eines Batteriemoduls, genauer gesagt im Bereich der Randzellen, die zum Beispiel die erste und/oder letzte Zelle eines Zellstapels darstellen, nicht immer einfach zu gewährleisten. Gerade hier ist nämlich die Entfernung zwischen dem Entgasungsventil und dem Innenraum der Batteriewanne beziehungsweise des Batteriegehäuses besonders kurz. Die Gapfiller-Schicht erstreckt sich entsprechend mit Bezug auf oben definierte zweite Richtung ausgehend von diesem Entgasungsventil bis zum Ende des Batteriemoduls bezogen auf die zweite Richtung nur ein relativ kurzes Stück. Daher ist es nun besonders vorteilhaft, ein oben erwähntes Modulbodenverlängerungsbauteil im Bereich der Außenseite der ersten Endplatte, und vorzugsweise in korrespondierender Weise auch auf einer Außenseite der zweiten Endplatte, vorzusehen, sozusagen als eine Art End-Plate-Bracket. Dieses Modulbodenverlängerungsbauteil ist entsprechend an der Außenseite der Endplatte angeordnet und ist so einstellbar, dass sich seine Unterseite auf gleicher Höhe befinden kann, wie die Höhe des Modulbodens. Durch das Modulbodenverlängerungsbauteil kann sozusagen der Modulboden in und/oder entgegen der zweiten Richtung verlängert werden. Die Gapfiller-Schicht beziehungsweise die Wärmeleitmasse kann sich somit auch in diesem Bereich unterhalb des Modulbodenverlängerungsbauteils beziehungsweise zwischen der Unterseite dieses Modulbodenverlängerungsbauteils und einem Gehäuseboden verteilen. Dadurch wird die Gapfiller-Schicht bezogen auf die zweite Richtung verlängert und damit auch die Strecke, die von einem aus einer Randzelle des Zellstapels unterseitig ausdringenden Gases durchdrungen werden müsste, um ins Innere des Batteriegehäuses zu gelangen. Damit kann durch das Modulbodenverlängerungsbauteil vorteilhafterweise die Sicherheit gesteigert werden. Besonders vorteilhaft ist es nun jedoch, dass dieses Modulbodenverlängerungsbauteil, genauer gesagt, das Verlängerungselement, bezogen auf die erste Richtung federnd gelagert ist. Dies hat wiederum den Hintergrund, dass es beim Einsetzen eines Batteriemoduls in das Batteriegehäuse auf den dort bereits aufgetragenen Gapfiller wie eingangs beschrieben dazu kommen kann, dass sich die Geometrie dieses mit Gapfiller befüllten Zwischenraums zwischen der Unterseite des Batteriemoduls und dem Kühlboden nachträglich noch ändern kann, während sich der Gapfiller noch im viskosen Zustand befindet, vor allem wenn nach dem Setzen des Batteriemoduls noch weitere Batteriemodule in das gleiche Batteriegehäuse auf den gleichen Kühlboden aufgesetzt werden, wodurch es zu einer Wölbung des Kühlbodens nach unten kommen kann. Dies kann sich vor allem auf den Benetzungsgrad der Unterseiten der Batteriemodule negativ auswirken, die sich bereits im Batteriekasten beziehungsweise im Batteriegehäuse befinden. Vergrößert sich entsprechend die Kavität zwischen der Unterseite des Batteriemoduls und dem Kühlboden, durch eine Wölbung des Kühlbodens nach unten, das heißt, weg vom Batteriemodul, so fließt zum Beispiel der Gapfiller nach und es entstehen gerade im Randbereich des Batteriemoduls unbenetzte Bereiche beziehungsweise Lufteinschlüsse oder Luftkanäle. Gerade diese Lufteinschlüsse oder Luftkanäle im Randbereich des Batteriemoduls, vor allem bezogen auf die zweite Richtung, können nun vorteilhafterweise durch die elastische bzw. federnde Lagerung des Verlängerungselements verhindert oder zumindest zum Großteil kompensiert werden. Dadurch, dass das Verlängerungselement bezüglich der ersten Richtung federnd gelagert ist, kann das Verlängerungselement nach unten auf die Gapfiller-Schicht beziehungsweise die Wärmeleitmasse drücken. Wird beispielsweise im Zuge der Verformung des Spalts zwischen dem Modulboden und dem Kühlboden mehr Wärmeleitmasse in einen zentralen Bereich unterhalb des Modulbodens gezogen bzw. fließt die noch viskose Wärmeleitmasse nach, so kann das Verlängerungselement entsprechend durch die federnde Lagerung sich nach unten bewegen. Dadurch wird unter Umständen die Spaltbreite zwischen der Unterseite des Verlängerungselements und dem Kühlboden geringer, insbesondere zum Beispiel auch geringer als die Spaltbreite zwischen dem übrigen Modulboden und dem Kühlboden, nichts desto weniger ist dieser verringerte Spalt dann immer noch zuverlässig mit Wärmeleitmasse befüllt und es entstehen keine Lufteinschlüsse, oder noch schlimmer, Luftkanäle, die besonders einfach von einem aus einer Randzelle austretenden Gas durchdrungen werden könnten. Das in der ersten Richtung federnd gelagerte Verlängerungselement des Modulbodenverlängerungsbauteils schafft es damit vorteilhafterweise, mehrere Funktionen gleichzeitig zu vereinen, nämlich einerseits den Benetzungsgrad der Benetzung der Modulunterseite mit einer Wärmeleitmasse zu erhöhen, selbst bei nachträglicher Veränderung der mit der Wärmeleitmasse gefüllten Kavität hinsichtlich ihrer Geometrie, sowie andererseits die Sicherheit im Zusammenhang mit Hochvolt-Batterien deutlich zu steigern, da durch das Modulbodenverlängerungsbauteil und sein federnd gelagertes Verlängerungselement eine zuverlässige Abdichtung des Spalts zwischen dem Batteriemodul und dem Kühlboden nach außen hin mit Wärmeleitmasse gewährleistet werden kann, selbst bei nachträglicher geometrischer Kavitätsänderung.The invention is based on several findings: Firstly, battery cells have a pressure relief valve that allows the gas generated in the cell to escape in the event of a thermal runaway. There are now at least internal concepts with the approach of providing such a valve on the underside of the module or cell of the respective cells and providing degassing of the battery cell through the cooling base into a degassing channel provided for this purpose. In this case, a gap filler layer that is as continuous as possible between the underside of the module and the cooling base is desirable so that the escaping gas can be directed into the degassing channel as best as possible, since the gap filler also serves as a seal. The gap filler layer simultaneously prevents gas escaping from the battery cell from entering the interior of the battery housing through the gap between the underside of the module and the cooling base. However, it is not always easy to ensure this sealing property of the gap filler layer, especially in the edge areas of a battery module, more precisely in the area of the edge cells, which represent, for example, the first and/or last cell of a cell stack. It is precisely here that the distance between the degassing valve and the interior of the battery tray or the battery housing is particularly short. Accordingly, with reference to the second direction defined above, the gap filler layer extends from this degassing valve to the end of the battery module only a relatively short distance with reference to the second direction. It is therefore particularly advantageous to provide an above-mentioned module base extension component in the area of the outside of the first end plate, and preferably in a corresponding manner also on an outside of the second end plate, as a kind of end plate bracket. This module base extension component is arranged accordingly on the outside of the end plate and is adjustable so that its underside can be at the same height as the height of the module base. The module base extension component can, so to speak, extend the module base in and/or against the second direction. The gap filler layer or the thermally conductive mass can therefore also be distributed in this area beneath the module base extension component or between the underside of this module base extension component and a housing base. This extends the gap filler layer in relation to the second direction and thus also the distance that a gas escaping from the underside of an edge cell of the cell stack would have to travel in order to reach the interior of the battery housing. This means that the module base extension component can advantageously increase safety. However, it is particularly advantageous that this module base extension component, or more precisely the extension element, is spring-mounted in relation to the first direction. The reason for this is that when a battery module is inserted into the battery housing onto the gap filler that has already been applied, as described at the beginning, the geometry of this gap filled with gap filler between the underside of the battery module and the cooling base can subsequently change while the gap filler is still in a viscous state, especially if, after the battery module has been inserted, further battery modules are placed in the same battery housing onto the same cooling base, which can cause the cooling base to bulge downwards. This can have a negative effect on the degree of wetting of the undersides of the battery modules that are already in the battery box or battery housing. If the cavity between the underside of the battery module and the cooling base increases accordingly due to the cooling base bulging downwards, i.e. away from the battery module, the gap filler, for example, flows in and unwetted areas or air pockets or air channels are created, especially in the edge area of the battery module. It is precisely these air inclusions or air channels in the edge area of the battery module, especially in relation to the second direction, that can now be advantageously filled by the elastic or spring-loaded mounting of the extension element can be prevented or at least largely compensated for. Because the extension element is spring-mounted with respect to the first direction, the extension element can press downwards onto the gap filler layer or the thermally conductive compound. If, for example, during the deformation of the gap between the module base and the cooling base, more thermally conductive compound is drawn into a central area beneath the module base, or if the still viscous thermally conductive compound flows in, the extension element can move downwards accordingly due to the spring-mounted mounting. This may make the gap width between the underside of the extension element and the cooling base smaller, in particular, for example, smaller than the gap width between the rest of the module base and the cooling base; nevertheless, this reduced gap is then still reliably filled with thermally conductive compound and no air pockets are created, or even worse, air channels that could be particularly easily penetrated by a gas escaping from an edge cell. The extension element of the module base extension component, which is spring-mounted in the first direction, thus advantageously manages to combine several functions at the same time, namely, on the one hand, to increase the degree of wetting of the module underside with a thermally conductive compound, even if the geometry of the cavity filled with the thermally conductive compound is subsequently changed, and on the other hand, to significantly increase safety in connection with high-voltage batteries, since the module base extension component and its spring-mounted extension element can ensure reliable sealing of the gap between the battery module and the cooling base to the outside with thermally conductive compound, even if the geometry of the cavity is subsequently changed.
Bei der mindestens einen Batteriezelle kann es sich im Allgemeinen um eine prismatische Batteriezelle und/oder eine Pouchzelle handeln. Die Batteriezelle kann zum Beispiel als Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet sein. Des Weiteren ist es bevorzugt, dass der Zellstapel nicht nur eine solche Batteriezelle aufweist, sondern vorzugsweise mehrere Batteriezellen, die in einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind, wobei diese Stapelrichtung zur vorliegend definierten zweiten Richtung korrespondiert. Weiterhin kann das Modulgehäuse neben den beiden Endplatten noch eine Spanneinrichtung aufweisen, um die beiden Endplatten zueinander zu verspannen und damit auch den zwischen den Endplatten befindlichen Zellstapel in der zweiten Richtung zu verspannen. Optional kann das Modulgehäuse auch noch einen Moduldeckel aufweisen. Die Batteriezellen eines gleichen Zellstapels können dabei in Stapelrichtung zudem durch Zelltrennelemente voneinander separiert sein. Der Modulboden kann entsprechend neben der Zellunterseite der mindestens einen Batteriezelle zusätzlich auch durch die korrespondierenden Unterseiten der Endplatten sowie gegebenenfalls die Unterseiten der zwischen den Zellen befindlichen Zelltrennelemente bereitgestellt sein.The at least one battery cell can generally be a prismatic battery cell and/or a pouch cell. The battery cell can be designed as a lithium-ion cell, for example. Furthermore, it is preferred that the cell stack not only has one such battery cell, but preferably several battery cells that are arranged next to one another in a stacking direction, wherein this stacking direction corresponds to the second direction defined here. Furthermore, in addition to the two end plates, the module housing can also have a clamping device in order to clamp the two end plates to one another and thus also to clamp the cell stack located between the end plates in the second direction. Optionally, the module housing can also have a module cover. The battery cells of a same cell stack can also be separated from one another in the stacking direction by cell separating elements. Accordingly, in addition to the cell underside of the at least one battery cell, the module base can also be provided by the corresponding undersides of the end plates and, if applicable, the undersides of the cell separating elements located between the cells.
Das Modulbodenverlängerungsbauteil kann zum Beispiel an einer dem Zellstapel abgewandten Außenseite der ersten Endplatte angeordnet sein, wobei das Verlängerungselement bezüglich der zweiten Richtung von der Außenseite der ersten Endplatte nach außen, d.h. dem Zellstapel abgewandt, absteht. Per Definition ist vorliegend die Unterseite des Verlängerungselements des Modulbodenverlängerungsbauteils nicht als Teil des Modulbodens anzusehen. Der Modulboden kann zum Beispiel so definiert sein, dass dieser sich in Bezug auf die zweite Richtung bis zum Verlängerungselement erstreckt bzw. zu den jeweiligen Außenseiten der jeweiligen beiden Endplatten erstreckt. Wie bereits oben erwähnt, ist es zudem bevorzugt, dass auch an der zweiten Endplatte auf der gegenüberliegenden Seite des Zellstapels ein zweites Modulbodenverlängerungsbauteil angeordnet ist, z.B. ebenfalls an einer dem Zellstapel abgewandten Außenseite dieser zweiten Endplatte.The module base extension component can be arranged, for example, on an outside of the first end plate facing away from the cell stack, wherein the extension element protrudes from the outside of the first end plate outwards, i.e. away from the cell stack, with respect to the second direction. By definition, the underside of the extension element of the module base extension component is not to be regarded as part of the module base. The module base can, for example, be defined such that it extends to the extension element with respect to the second direction or to the respective outsides of the respective two end plates. As already mentioned above, it is also preferred that a second module base extension component is also arranged on the second end plate on the opposite side of the cell stack, e.g. also on an outside of this second end plate facing away from the cell stack.
Dieses zweite Modulbodenverlängerungsbauteil kann dabei genauso ausgebildet sein, wie zum Modulbodenverlängerungsbauteil, das an der ersten Endplatte angeordnet ist, zuvor und nachfolgend noch beschrieben. Entsprechend wird nachfolgend zur Vereinfachung nur das an der ersten Endplatte angeordnete Modulbodenverlängerungsbauteil näher erläutert. Die beschriebenen Ausgestaltungen können jedoch in gleicher Weise auch für das zweite Modulbodenverlängerungsbauteil umgesetzt werden, das vorzugsweise an der Außenseite der weiten Endplatte angeordnet ist.This second module base extension component can be designed in the same way as the module base extension component that is arranged on the first end plate, as described above and below. Accordingly, for the sake of simplicity, only the module base extension component arranged on the first end plate is explained in more detail below. However, the described embodiments can also be implemented in the same way for the second module base extension component, which is preferably arranged on the outside of the wide end plate.
Weiterhin ist das Verlängerungselement bevorzugt so ausgestaltet, dass dieses um eine Länge in der zweiten Richtung von der Außenseite der ersten Endplatte absteht, die in der dritten Richtung konstant ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Ausgestaltung des Verlängerungselements und ermöglicht zudem eine besonders gleichmäßige Verlängerung des Modulbodens über die Breite des Batteriemoduls hinweg. Diese Länge kann sich im Millimeterbereich, aber auch im Zentimeterbereich bewegen und ist bevorzugt kleiner als 5 cm, insbesondere kleiner als 4 cm, zum Beispiel kleiner als 3 cm und liegt bevorzugt maximal bei 25 mm oder 20 mm. Auch eine Länge von maximal 1 cm ist denkbar.Furthermore, the extension element is preferably designed such that it protrudes from the outside of the first end plate by a length in the second direction, which is constant in the third direction. This enables a particularly simple design of the extension element and also enables a particularly uniform extension of the module base across the width of the battery module. This length can be in the millimeter range, but also in the centimeter range and is preferably less than 5 cm, in particular less than 4 cm, for example less than 3 cm and is preferably a maximum of 25 mm or 20 mm. A maximum length of 1 cm is also conceivable.
Weiterhin ist das Verlängerungselement derart in der ersten Richtung federnd gelagert, dass sich seine Unterseite mit oder ohne zusätzliche Kraftbeaufschlagung bezogen auf die erste Richtung so einstellen lässt, dass diese sich auf gleicher Höhe wie der Modulboden befindet. Der Modulboden beziehungsweise dessen Höhe kann durch den bezogen auf die erste Richtung tiefsten Punkt der ersten Endplatte definiert sein oder auch durch eine gemittelte Höhe über alle Höhenlagen der den Modulboden bildenden Elemente hinweg, zum Beispiel den jeweiligen Zellunterseiten und den beiden Endplatten. Bevorzugt ist das Verlängerungselement derart federnd gelagert, dass dieses auch bezogen auf die erste Richtung etwas höher einstellbar ist als der Modulboden, sowie entsprechend auch etwas tiefer. Furthermore, the extension element is spring-mounted in the first direction in such a way that its underside can be adjusted with or without additional force in relation to the first direction so that it is at the same height as the module base. The module base or its height can be defined by the lowest point of the first end plate in relation to the first direction or by an average height across all heights of the elements forming the module base, for example the respective cell undersides and the two end plates. The extension element is preferably spring-mounted in such a way that it can also be adjusted slightly higher than the module base in relation to the first direction, and accordingly also slightly lower.
Bevorzugt ist die federnde Lagerung des Verlängerungselements zudem so ausgestaltet, dass die Nullpunktslage des Verlängerungselements, die seine Unterseite ohne zusätzliche externe Kraftbeaufschlagung, d.h. abgesehen von seinem Eigengewicht, wenn die erste Richtung entgegen der Richtung der Schwerkraft gerichtet ist, einnimmt, unterhalb des Modulbodens bezogen auf die erste Richtung liegt. Damit ist eine entsprechende Druckkraft von unten auf die Unterseite des Verlängerungselements bezogen auf die erste Richtung erforderlich, um die Unterseite auf die gleiche Höhe wie den Modulboden einzustellen. Dies führt letztendlich dazu, dass, wenn das Batteriemodul bestimmungsgemäß in einem Batteriegehäuse auf einer Wärmeleitmasse angeordnet wird, mittels der Unterseite des Verlängerungselements eine gewisse Anpresskraft auf die Wärmeleitmasse ausgeübt werden kann, insbesondere ohne dabei sehr große Spalthöhen im Bereich des Modulbodenverlängerungsbauteils in Kauf nehmen zu müssen.Preferably, the spring-loaded mounting of the extension element is also designed such that the zero point position of the extension element, which its underside assumes without additional external force, i.e. apart from its own weight when the first direction is directed against the direction of gravity, is below the module base in relation to the first direction. This means that a corresponding pressure force from below on the underside of the extension element in relation to the first direction is required in order to set the underside to the same height as the module base. This ultimately means that when the battery module is arranged as intended in a battery housing on a thermally conductive mass, a certain contact force can be exerted on the thermally conductive mass by means of the underside of the extension element, in particular without having to accept very large gap heights in the area of the module base extension component.
Im Allgemeinen kann es vorgesehen sein, dass sich das Verlängerungselement bezogen auf die dritte Richtung über mindestens 15 bis 20 Prozent der gesamten Modulbreite erstreckt, beispielsweise auch mindestens 30 Prozent oder mindestens 40 Prozent, und mittig in Bezug auf die Modulbreite bezogen auf die dritte Richtung angeordnet ist. Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung erstreckt sich das Verlängerungselement über einen Großteil der gesamten Modulbreite des Batteriemoduls in der dritten Richtung, insbesondere über die gesamte Modulbreite des Batteriemoduls in der dritten Richtung. Dadurch kann eine Modulbodenverlängerung vorteilhafterweise über die gesamte Breite des Batteriemoduls ermöglicht werden. Erstreckt sich das Verlängerungselement nicht über die gesamte Modulbreite, so ist durch das Verlängerungselement zumindest die Mitte des Batteriemoduls bezogen auf die dritte Richtung abgedeckt und das Verlängerungselement erstreckt sich ausgehend von dieser Mitte in und entgegen der dritten Richtung bevorzugt um im Wesentlichen die gleiche Strecke. Dies hat den Hintergrund, dass die oben beschriebenen Entgasungsöffnungen beziehungsweise Entgasungsventile der Zellen oftmals mittig in Bezug auf die dritte Richtung angeordnet sind. Gerade in diesem Bereich ist es sehr vorteilhaft, eine zusätzliche Schutzbarriere, bereitgestellt durch das Modulbodenverlängerungselement, vorzusehen.In general, it can be provided that the extension element extends over at least 15 to 20 percent of the entire module width in relation to the third direction, for example also at least 30 percent or at least 40 percent, and is arranged centrally in relation to the module width in relation to the third direction. In a further advantageous embodiment of the invention, the extension element extends over a large part of the entire module width of the battery module in the third direction, in particular over the entire module width of the battery module in the third direction. This advantageously enables a module base extension over the entire width of the battery module. If the extension element does not extend over the entire module width, at least the middle of the battery module in relation to the third direction is covered by the extension element and the extension element extends from this middle in and against the third direction, preferably by essentially the same distance. The background to this is that the degassing openings or degassing valves of the cells described above are often arranged centrally in relation to the third direction. Especially in this area it is very advantageous to provide an additional protective barrier, provided by the module floor extension element.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterseite des Verlängerungselements eben ausgebildet. Dies ermöglicht eine besonders gleichmäßige Verteilung der Wärmeleitmasse beim Einsetzen des Batteriemoduls in das Batteriegehäuse und ermöglicht zudem möglichst gleichmäßig hohe Spalten zwischen einem Kühlboden, der durch den Boden des Batteriegehäuses bereitgestellt wird und der Unterseite des Verlängerungselements.In a further advantageous embodiment of the invention, the underside of the extension element is flat. This enables a particularly even distribution of the heat-conducting compound when inserting the battery module into the battery housing and also enables gaps that are as evenly high as possible between a cooling base, which is provided by the base of the battery housing, and the underside of the extension element.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die mindestens eine Batteriezelle an ihrer Zellunterseite eine freigebbare Zellentgasungsöffnung auf, durch welche im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle Gase aus der Batteriezelle herausführbar sind. Die freigebbare Zellentgasungsöffnung kann zur oben bereits erwähnten beziehungsweise beschriebenen Entgasungsöffnung beziehungsweise zum beschriebenen Entgasungsventil korrespondieren. Beispielsweise kann eine solche freigebbare Zellentgasungsöffnung als eine Sollbruchstelle im Zellgehäuse ausgebildet sein, zum Beispiel durch eine Berstmembran bereitgestellt sein, die im Falle eines bestimmten Überdrucks innerhalb der Zelle birst und damit den Weg für die Gase nach außen aus der Zelle freigibt. Weiterhin öffnet eine solche freigebbare Zellentgasungsöffnung bevorzugt passiv. Mit anderen Worten handelt es sich dabei nicht um eine steuerbare Öffnung. Bevorzugt öffnet die freigebbare Zellentgasungsöffnung passiv und druckabhängig. Eine temperaturabhängige Öffnung wäre ebenso denkbar. Besonders vorteilhaft ist nun, dass die freigebbare Zellentgasungsöffnung, die zum Beispiel auch als Ventöffnung oder Vent bezeichnet wird, bezogen auf die bestimmungsgemäße Einbaulage in einem Kraftfahrzeug an der Zellunterseite der Batteriezelle angeordnet ist, die den Teil der Modulunterseite bereitstellt. Gerade bei unterseitig angeordneten Zellentgasungsöffnungen, was auch als Bottom-Venting-Konzept bezeichnet wird, zeigt die Erfindung ihre großen Vorteile, da somit wie oben beschrieben vor allem auch die Sicherheit gesteigert werden kann, da durch das beschriebene Modulbodenverlängerungsbauteil eine zuverlässige seitliche Abdichtung des Spalts zwischen Modulboden und Gehäuseboden des Gesamt-Batteriegehäuses mittels einer Wärmeleitmasse bereitgestellt werden kann.According to a further advantageous embodiment of the invention, the at least one battery cell has a releasable cell degassing opening on its cell underside, through which gases can be led out of the battery cell in the event of thermal runaway of the battery cell. The releasable cell degassing opening can correspond to the degassing opening already mentioned or described above or to the degassing valve described. For example, such a releasable cell degassing opening can be designed as a predetermined breaking point in the cell housing, for example provided by a bursting membrane that bursts in the event of a certain excess pressure within the cell and thus clears the way for the gases to escape out of the cell. Furthermore, such a releasable cell degassing opening preferably opens passively. In other words, it is not a controllable opening. The releasable cell degassing opening preferably opens passively and depending on the pressure. A temperature-dependent opening would also be conceivable. It is particularly advantageous that the releasable cell degassing opening, which is also referred to as a vent opening or vent, is arranged on the underside of the battery cell, which provides the part of the module underside, in relation to the intended installation position in a motor vehicle. The invention shows its great advantages especially with cell degassing openings arranged on the underside, which is also referred to as the bottom venting concept, since, as described above, safety can be increased, since the module base extension component described can provide a reliable lateral seal of the gap between the module base and the housing base of the entire battery housing by means of a heat-conducting compound.
Weiterhin ist es bevorzugt, wie ebenfalls erwähnt, dass diese freigebbare Zellentgasungsöffnung bezogen auf die dritte Richtung in der Mitte der Batteriezelle angeordnet ist, genauer gesagt in der Mitte der Zellunterseite. Auch bezogen auf die zweite Richtung kann sich diese Zellentgasungsöffnung in der Mitte der Zellunterseite befinden. Umfasst der Zellstapel mehrere Batteriezellen, so befinden sich die freigebbaren Zellentgasungsöffnungen jeweils an einer gleichen Stelle einer jeweiligen Batteriezelle. Diese liegen sozusagen entlang der zweiten Richtung betrachtet auf einer Linie. Bezogen auf die dritte Richtung können diese 15 bis 20 Prozent der Breite einer jeweiligen Batteriezelle bezogen auf die dritte Richtung einnehmen.Furthermore, as also mentioned, it is preferred that this releasable cell degassing opening is arranged in the middle of the battery cell in relation to the third direction, more precisely in the middle of the cell underside. This cell degassing opening can also be located in the middle of the cell underside in relation to the second direction. If the cell stack comprises several battery cells, the releasable cell degassing openings are each located at the same location on a respective battery cell. These are, so to speak, on a line when viewed along the second direction. In relation to the third direction, these can take up 15 to 20 percent of the width of a respective battery cell in relation to the third direction.
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Modulbodenverlängerungsbauteil zur federnden Lagerung des Verlängerungselements eine Feder auf, insbesondere eine Blattfeder und/oder Tellerfeder und/oder eine Spiralfeder und/oder ein gebogenes Blech, und/oder das Modulbodenverlängerungsbauteil weist ein Federelement aus einem elastisch deformierbaren Vollmaterial auf insbesondere aus einem Schaum und/oder einem Gummi. Die federnde Lagerung des Verlängerungselements lässt sich also auf verschiedenste Arten und Weisen realisieren. Dabei stellen die genannten Beispiele keine abschließende Aufzählung dar, sondern es können auch noch andere Elemente zur federnden Lagerung des Verlängerungselements in Betracht gezogen werden. Besonders einfach ist die Ausgestaltung der federnden Lagerung mit einer Feder, zum Beispiel einer Blattfeder oder Tellerfeder oder einer Spiralfeder. Es können auch Kombinationen verschiedener solcher Federn oder Federelemente in Betracht gezogen werden, um die federnde Lagerung bereitzustellen. Die Verwendung einer Feder hat den Vorteil, dass sich die Federhalte aufgrund der Vielzahl an aus dem Stand der Technik bekannten Federn sehr einfach wie gewünscht wählen lässt. Zur Realisierung der federnden Lagerung kann sich zudem eine solche Feder oder ein solches Federelement zwischen dem Verlängerungselement und zum Beispiel einem endplattenfesten Abstützelement oder Abstützflansch befinden. Wird das Verlängerungselement nach oben bezogen auf die erste Richtung in Richtung dieses Abstützflansches bewegt, so wird entsprechend die Feder oder das Federelement zusammengedrückt. Die Feder beziehungsweise das Federelement wirkt dieser Druckkraft entsprechend durch eine geeignete Federkraft gemäß der gewählten Federhärte entgegen.In a further very advantageous embodiment of the invention, the module base extension component has a spring for the resilient mounting of the extension element, in particular a leaf spring and/or disc spring and/or a spiral spring and/or a bent sheet, and/or the module base extension component has a spring element made of an elastically deformable solid material, in particular of a foam and/or a rubber. The resilient mounting of the extension element can therefore be implemented in a wide variety of ways. The examples given do not represent an exhaustive list, but other elements for the resilient mounting of the extension element can also be considered. The design of the resilient mounting with a spring is particularly simple, for example a leaf spring or disc spring or a spiral spring. Combinations of various such springs or spring elements can also be considered in order to provide the resilient mounting. The use of a spring has the advantage that the spring holder can be very easily selected as desired due to the large number of springs known from the prior art. To achieve the spring-loaded mounting, such a spring or spring element can also be located between the extension element and, for example, a support element or support flange fixed to the end plate. If the extension element is moved upwards in relation to the first direction in the direction of this support flange, the spring or spring element is compressed accordingly. The spring or spring element counteracts this compressive force with a suitable spring force according to the selected spring hardness.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriemodul an der ersten Endplatte, insbesondere an deren dem Zellstapel abgewandten Außenseite, mindestens eine in der ersten Richtung verlaufende Führungsschiene auf, durch welche das Modulbodenverlängerungsbauteil beim Bewegen des Modulbodenverlängerungsbauteils in und entgegen der ersten Richtung führbar ist. Dadurch wird die Bewegung des Modulbodenverlängerungsbauteils in und entgegen der ersten Richtung stabilisiert. Eine Bewegung des Modulbodenverlängerungsbauteils in und entgegen der dritten Richtung sowie in und entgegen der zweiten Richtung ist somit nicht oder kaum beziehungsweise mit extrem geringem Spiel möglich.In a further advantageous embodiment of the invention, the battery module has at least one guide rail running in the first direction on the first end plate, in particular on its outer side facing away from the cell stack, through which the module base extension component can be guided when the module base extension component is moved in and against the first direction. This stabilizes the movement of the module base extension component in and against the first direction. A movement of the module base extension component in and against the third direction and in and against the second direction is therefore not possible or hardly possible or only possible with extremely little play.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das Modulbodenverlängerungsbauteil ein Anschlussbauteil auf, das am Verlängerungselement unbeweglich relativ zu diesem angeordnet ist, insbesondere einstückig mit diesem ausgebildet ist, wobei das Anschlussbauteil eine Anlageseite aufweist, die der dem Zellstapel abgewandten Außenseite der ersten Endplatte zugewandt ist und die im Wesentlichen senkrecht zur Unterseite des Verlängerungselements ausgerichtet ist. Optional kann die Anlageseite an der Außenseite der ersten Endplatte anliegen und/oder gegenüber dieser abgedichtet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the module base extension component has a connection component which is arranged on the extension element so as to be immovable relative to it, in particular is formed integrally with it, wherein the connection component has a contact side which faces the outside of the first end plate facing away from the cell stack and which is aligned substantially perpendicular to the underside of the extension element. Optionally, the contact side can rest against the outside of the first end plate and/or be sealed against it.
Das Anschlussbauteil kann zum Beispiel zusammen mit dem Verlängerungselement einstückig als Winkel beziehungsweise angewinkelte Schiene ausgebildet sein. Diese angewinkelte Schiene kann zum Beispiel in einem Querschnitt senkrecht zur dritten Richtung eine L-förmige Geometrie aufweisen und in beziehungsweise entgegen der dritten Richtung hinsichtlich ihrer Querschnittsgeometrie im Wesentlichen translationsinvariant ausgebildet sein. Das Verlängerungselement ist dabei unbeweglich relativ zu diesem Anschlussbauteil ausgebildet. Beispielsweise ist das Verlängerungselement starr am Anschlussbauteil befestigt und gegenüber diesem zum Beispiel nicht drehbar. Beispielsweise kann das Verlängerungselement am Anschlussbauteil auch angeschweißt sein oder angeklebt sein. Sehr vorteilhaft ist eine einstückige Ausbildung. Dieses Anschlussbauteil hat den Vorteil, dass, wenn das Verlängerungselement mit seiner Unterseite tiefer liegt als der Modulboden, keine Lücke zwischen dem Modulboden und dem Verlängerungselement gebildet ist. Damit kann vorteilhafterweise Wärmeleitmasse nicht oder zumindest nicht so einfach in Spalten zwischen das Modulbodenverlängerungsbauteil und zum Beispiel der ersten Endplatte gelangen. Daher ist es sehr vorteilhaft, wenn die Anlageseite möglichst dicht an der ersten Endplatte anliegt. Da es sich bei der Wärmeleitmasse oftmals um eine sehr zähflüssige Masse handeln kann, können auch kleine Spalte zwischen der Anlageseite und der ersten Endplatte beziehungsweise deren Außenseite tolerierbar sein. Optional kann in diesem Bereich auch eine Dichtung vorgesehen sein. Diese ist so ausgestaltet, dass dennoch eine Relativbewegung zwischen der Anlageseite und der Außenseite der ersten Endplatte möglich ist, insbesondere eine translatorische Relativbewegung in und/oder entgegen der ersten Richtung.The connection component can, for example, be designed in one piece together with the extension element as an angle or angled rail. This angled rail can, for example, have an L-shaped geometry in a cross section perpendicular to the third direction and can be designed to be essentially translationally invariant in terms of its cross-sectional geometry in or against the third direction. The extension element is designed to be immobile relative to this connection component. For example, the extension element is rigidly attached to the connection component and cannot be rotated relative to it, for example. For example, the extension element can also be welded or glued to the connection component. A one-piece design is very advantageous. This connection component has the advantage that if the underside of the extension element is lower than the module base, no gap is formed between the module base and the extension element. This advantageously means that heat-conducting compound cannot, or at least cannot easily, get into gaps between the module base extension component and, for example, the first end plate. It is therefore very advantageous if the contact side lies as close as possible to the first end plate. Since the heat-conducting compound can often be a very viscous mass, even small gaps between the contact side and the first end plate or its outside can be tolerated. Optionally, a seal can also be provided in this area. This is designed in such a way that relative movement between the contact side and the outside of the first end plate is possible, in particular a translational relative movement in and/or against the first direction.
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass das Modulbodenverlängerungsbauteil beziehungsweise das Verlängerungselement und insbesondere auch das starr mit diesem verbundene Anschlussbauteil ausschließlich in und/oder entgegen der ersten Richtung rein translatorisch gegenüber der ersten Endplatte bewegbar sind. Dies kann durch die oben beschriebene mindestens eine Führungsschiene gewährleistet werden.Furthermore, it is preferred that the module base extension component or the extension element and in particular also the connection component rigidly connected thereto can be moved exclusively in and/or against the first direction in a purely translational manner relative to the first end plate. This can be ensured by the at least one guide rail described above.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Batterie für ein Kraftfahrzeug, die ein erfindungsgemäßes Batteriemodul oder eine seiner Ausgestaltungen aufweist.Furthermore, the invention also relates to a battery for a motor vehicle, which has a battery module according to the invention or one of its embodiments.
Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Batterie. Bevorzugt ist die Batterie als eine Hochvolt-Batterie für das Kraftfahrzeug ausgebildet. Darüber hinaus kann die Batterie auch mehrere erfindungsgemäße Batteriemodule umfassen oder mehrere Batteriemodule gemäß von Ausführungsbeispielen der Erfindung.The advantages described for the battery module according to the invention and its configurations therefore apply equally to the battery according to the invention. The battery is preferably designed as a high-voltage battery for the motor vehicle. In addition, the battery can also comprise several battery modules according to the invention or several battery modules according to embodiments of the invention.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Batterie ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden auf, der die Batterie bezüglich der ersten Richtung nach unten begrenzt. Weiterhin ist das Batteriemodul bevorzugt mit dem Modulboden dem Gehäuseboden zugewandt im Batteriegehäuse angeordnet, insbesondere wobei mehrere Batteriemodule im Batteriegehäuse angeordnet sind. Gerade bei dieser Anordnung ergeben sich die oben beschriebenen Vorteile.In a further advantageous embodiment of the invention, the battery has a battery housing with a housing base that delimits the battery downwards with respect to the first direction. Furthermore, the battery module is preferably arranged in the battery housing with the module base facing the housing base, in particular with several battery modules arranged in the battery housing. The advantages described above arise precisely with this arrangement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist zwischen dem Gehäuseboden und dem Modulboden, sowie zumindest zum Teil zwischen dem Gehäuseboden und der Unterseite des Verlängerungselements, eine ausgehärtete Wärmeleitmasse angeordnet. Vorteilhafterweise kann mittels des Verlängerungselements die Wegstrecke, die von aus einer Batteriezelle austretenden Gasen seitlich zu durchdringen ist, um in ein Inneres des Batteriegehäuses zu gelangen, deutlich verlängert werden. Dieser Fall wird dadurch umso unwahrscheinlicher und die Sicherheit kann deutlich gesteigert werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a hardened heat-conducting compound is arranged between the housing base and the module base, and at least partially between the housing base and the underside of the extension element. Advantageously, the path through which gases escaping from a battery cell have to penetrate laterally in order to reach the interior of the battery housing can be significantly extended by means of the extension element. This case is therefore all the less likely and safety can be significantly increased.
Die Wärmeleitmasse stellt dabei den zuvor erwähnten Gapfiller oder das Gapfiller-Material dar. Die Wärmeleitmasse kann auch als thermisches Interface-Material bezeichnet werden. Diese Wärmeleitmasse kann dabei den Zwischenraum zwischen dem Modulboden und dem Gehäuseboden des Batteriegehäuses vollständig oder nur teilweise ausfüllen. Beispielsweise kann ein Bereich direkt unterhalb der freigebbaren Zellentgasungsöffnungen der Batteriezellen des Zellstapels von Wärmeleitmasse freigehalten werden. Dies erleichtert das unterseitige Ausdringen von Gasen aus thermisch durchgehenden Zellen.The thermally conductive compound represents the previously mentioned gap filler or gap filler material. The thermally conductive compound can also be referred to as thermal interface material. This thermally conductive compound can completely or partially fill the space between the module base and the housing base of the battery housing. For example, an area directly below the releasable cell degassing openings of the battery cells of the cell stack can be kept free of thermally conductive compound. This facilitates the escape of gases from the underside of thermally continuous cells.
Des Weiteren gehört zur Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batterie oder eine ihrer Ausgestaltungen.Furthermore, the invention also includes a motor vehicle with a battery according to the invention or one of its embodiments.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.The motor vehicle according to the invention is preferably designed as a motor vehicle, in particular as a passenger car or truck, or as a passenger bus or motorcycle.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Herstellen einer Batterie für ein Kraftfahrzeug, wobei ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden bereitgestellt wird, ein Batteriemodul bereitgestellt wird und eine Wärmeleitmasse im viskosen Zustand auf den Gehäuseboden in einem dem Batteriemodul zugeordneten Anordnungsbereich des Gehäusebodens aufgebracht wird. Weiterhin wird das Batteriemodul auf die Wärmeleitmasse im Anordnungsbereich aufgesetzt und das Batteriemodul in Richtung des Gehäusebodens nach dem Aufsetzen angepresst. Dabei werden als das Batteriemodul ein erfindungsgemäßes Batteriemodul oder eine seiner Ausgestaltungen bereitgestellt, das derart auf die Wärmeleitmasse aufgesetzt wird, dass der Modulboden dem Gehäuseboden zugewandt ist. Durch das vom erfindungsgemäßen Batteriemodul umfasste Modulbodenverlängerungsbauteil kann eine deutlich gleichmäßigere Benetzung des Modulbodens ohne Lufteinschlüsse oder Luftkanäle erzielt werden. Außerdem kann die Sicherheit wie oben beschrieben gesteigert werden, da durch die federnde Lagerung eine zuverlässige Abdichtung seitlich des Batteriemoduls mittels der Wärmeleitmasse ermöglicht wird.Furthermore, the invention also relates to a method for producing a battery for a motor vehicle, wherein a battery housing with a housing base is provided, a battery module is provided and a thermally conductive compound in the viscous state is applied to the housing base in an arrangement area of the housing base assigned to the battery module. Furthermore, the battery module is placed on the thermally conductive compound in the arrangement area and the battery module is pressed in the direction of the housing base after being placed on. In this case, a battery module according to the invention or one of its embodiments is provided as the battery module, which is placed on the thermally conductive compound in such a way that the module base faces the housing base. The module base extension component included in the battery module according to the invention enables a significantly more uniform wetting of the module base without air inclusions or air channels. In addition, safety can be increased as described above, since the spring mounting enables reliable sealing on the side of the battery module by means of the thermally conductive compound.
Die für das erfindungsgemäße Batteriemodul und seine Ausgestaltungen beschriebenen Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.The advantages described for the battery module according to the invention and its embodiments therefore apply equally to the method according to the invention.
Der Gehäuseboden des Batteriegehäuses kann beispielsweise als Kühlboden ausgestaltet sein. Ein solcher Kühlboden kann zum Beispiel mit Kühlkanälen ausgebildet sein, die im Betrieb von einem Kühlmedium, zum Beispiel Kühlwasser oder ähnliches, vorzugsweise einer Kühlflüssigkeit, durchströmt werden, insbesondere in einem geschlossen Kühlkreislauf. Demgemäß kann also ein Kühlmittel durch den Gehäuseboden zirkuliert werden.The housing base of the battery housing can be designed as a cooling base, for example. Such a cooling base can be designed with cooling channels, for example, through which a cooling medium, for example cooling water or the like, preferably a cooling liquid, flows during operation, in particular in a closed cooling circuit. Accordingly, a coolant can be circulated through the housing base.
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und der erfindungsgemäßen Batterie beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.The invention also includes further developments of the method according to the invention, the features times, as have already been described in connection with the developments of the battery module according to the invention and the battery according to the invention. For this reason, the corresponding developments of the method according to the invention are not described again here.
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.The invention also includes combinations of the features of the described embodiments. The invention therefore also includes implementations that each have a combination of the features of several of the described embodiments, provided that the embodiments have not been described as mutually exclusive.
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Teils einer Batterie mit einer Vorstufe eines Batteriemoduls gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und -
2 eine schematische Darstellung eines Teils einer Batterie mit einem Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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1 a schematic representation of a part of a battery with a precursor of a battery module according to an embodiment of the invention; and -
2 a schematic representation of a part of a battery with a battery module according to an embodiment of the invention.
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.The exemplary embodiments explained below are preferred embodiments of the invention. In the exemplary embodiments, the components of the embodiments described each represent individual features of the invention that are to be considered independently of one another and which also develop the invention independently of one another. Therefore, the disclosure should also include combinations of the features of the embodiments other than those shown. Furthermore, the described embodiments can also be supplemented by other features of the invention already described.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.In the figures, identical reference symbols designate functionally identical elements.
Um die Zellen 14 weiterhin möglichst thermisch gut an eine durch den Gehäuseboden 24 bereitgestellte Kühleinrichtung 26 anzubinden, ist vorliegend zwischen dem Modulboden 12a, der zum Teil durch die Zellunterseiten 14a der Zellen 14 bereitgestellt wird, und den Kühlboden 26 eine Wärmeleitmasse 34 angeordnet. Diese Wärmeleitmasse 34 dichtet zudem auch im Falle eines thermischen Events den aus einer Zelle 14 austretenden Gasstrom 28 gegenüber dem Inneren 36 des Batteriegehäuses 22 ab. Die Randzelle 14b eines Moduls 12 ist hierbei besonders wichtig, da hier die Entfernung zwischen dem Entgasungsventil 25 und dem Innenraum 36 der Batteriewanne 22 besonders kurz ist.In order to continue to thermally connect the
Um den Abstand zwischen Entgasungsventil 25 und dem Innenraum 36 zu vergrößern, ist es vorliegend vorgesehen, am Batteriemodul 12, insbesondere an der Außenseite 18a der Endplatte 18 eine so genannte End-Plate-Bracket 38 anzubringen, die insbesondere auch als Teil eines zuvor genannten Modulbodenverlängerungsbauteils 40 aufgefasst werden kann.In order to increase the distance between the degassing
Würde eine solche End-Plate-Bracket 38, zum Beispiel in Form einer gewinkelten Schiene wie in
In
Dieses kann nun vorteilhafterweise durch die nachfolgend beschriebenen Weiterbildungen, vor allem der erwähnten End-Plate-Bracket 38 verhindert werden oder die Gefahr zumindest deutlich reduziert wird. Dies wird nun anhand von
Das Batteriemodul 12 weist in diesem Beispiel wiederum zwei das Batteriemodul 12 beziehungsweise den Zellstapel 16 beidseitig in x-Richtung begrenzende Endplatten 18, 18` auf, die Teil eines Modulgehäuses 20 sind. Eine erste Endplatte ist mit 18 bezeichnet und eine gegenüberliegende zweite Endplatte mit 18`. An beiden Endplatten 18, 18` ist vorliegend ein Modulbodenverlängerungsbauteil 40 angeordnet. Diese beiden Modulbodenverlängerungsbauteile 40 können gleichartig ausgebildet sein, so dass nur eines dieser beiden Bauteile 40 nachfolgend detaillierter beschrieben wird. Ein solches Modulbodenverlängerungsbauteil 40 kann wiederum die zu
Das Verlängerungselement 44, vorliegend inklusive des Anschlusselements 46, ist nun vorteilhafterweise in z-Richtung federnd gelagert. Dadurch ist vor allem die Unterseite 44a des Verlängerungselements 44 in und entgegen z-Richtung beweglich. Außerdem ist durch Bewegung des Verlängerungselements 44 in z-Richtung eine Rückstellkraft durch die federnde Lagerung erzeugbar. Im vorliegenden Beispiel ist die federnde Lagerung 48 durch eine Feder 50 realisiert, wie zum Beispiel eine Spiralfeder, eine Blattfeder, eine Tellerfeder oder ähnliches. Eine solche federnde Lagerung 48 kann aber auch beliebig anders ausgeführt sein, zum Beispiel durch ein elastisch deformierbares Vollmaterial, zum Beispiel einen Schaum, ein Gummielement, und so weiter. Außerdem sind im vorliegenden Beispiel auch eine oder mehrere Führungsschienen 52 außenseitig an der entsprechenden Endplatte 18, 18` vorgesehen. Die Bewegung der End-Plate-Bracket 38 kann somit in und entgegen z-Richtung geführt durch diese Führungsschienen 52 erfolgen. Mit anderen Worten ist vorliegend die End-Plate-Bracket 38 zum einen in Führungsschienen 52 gelagert, die eine Bewegung des Bauteils, das heißt also der End-Plate-Bracket 38, entlang der vertikalen Achse, das heißt also parallel zu der hier dargestellten z-Richtung, ermöglichen, nicht jedoch in andere Richtungen. Außerdem wird ein zusätzliches Bauteil eingebracht als Teil des Modulbodenverlängerungsbauteils 40, und zwar das Bauteil zur federnden Lagerung 48, das eine Federwirkung entlang der vertikalen Achse, die vorliegend durch die z-Achse repräsentiert ist, übernimmt. Somit kann die End-Plate-Bracket 38 vorteilhafterweise mit federnden Eigenschaften ausgestattet werden beziehungsweise konstruktiv designt werden. Dadurch lässt sich vorteilhafterweise die Mäanderbildung unterhalb der End-Plate-Bracket 38 beim Montageprozess der Batterie 10` reduzieren. Hierdurch kann die bestmögliche Dichtfunktion sichergestellt werden, trotz fertigungs- und bauteilbedingter maßlicher Abweichungen.The
Wie in
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine federnde End-Plate-Bracket für Batteriemodule mit Bottom-Venting-Konzept bereitgestellt werden kann.Overall, the examples show how the invention can provide a resilient end plate bracket for battery modules with bottom venting concept.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102017204412 A1 [0003]DE 102017204412 A1 [0003]
- DE 102018209104 A1 [0004]DE 102018209104 A1 [0004]
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