DE102022133863A1

DE102022133863A1 - Sealing element with degassing opening for a battery cell, battery module with at least one battery cell with the sealing element and method for producing the same

Info

Publication number: DE102022133863A1
Application number: DE102022133863.0A
Authority: DE
Inventors: Philipp Kellner; Simon Frieß; Tobias Totzke
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2022-12-19
Filing date: 2022-12-19
Publication date: 2024-06-20

Abstract

In verschiedenen Ausführungsformen wird ein Dichtelement (2) mit einer Entgasungsöffung für eine Batteriezelle (4) bereitgestellt, aufweisend: einen flachen länglichen Dichtelementkörper, in welchem eine axial verlaufende Durchgangsöffnung (22) angeordnet ist, welche der Entgasungsöffnung entspricht; wobei der Dichtelementkörper eine Materialkomponente aufweist, die zu einem expandierenden Klebstoff (21B) aktivierbar ist, oder wobei an einer Unterseite des Dichtelements (2) eine Nut (24) angeordnet ist. Ferner werden ein mindestens eine Batteriezelle (4) aufweisendes Batteriemodul (1) bereitgestellt, welche mindestens ein Dichtelement (2) aufweist, sowie Verfahren zum Herstellen eines solchen Batteriemoduls (1).In various embodiments, a sealing element (2) with a degassing opening for a battery cell (4) is provided, comprising: a flat, elongated sealing element body in which an axially extending through-opening (22) is arranged, which corresponds to the degassing opening; wherein the sealing element body has a material component that can be activated to form an expanding adhesive (21B), or wherein a groove (24) is arranged on an underside of the sealing element (2). Furthermore, a battery module (1) having at least one battery cell (4) and having at least one sealing element (2) is provided, as well as methods for producing such a battery module (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Dichtelement mit einer Entgasungsöffnung für eine Batteriezelle sowie ein Batteriemodul, in dem mindestens eine Batteriezelle mit einem daran befestigten Dichtelement angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung Verfahren zum Herstellen eines solchen Batteriemoduls.The present invention relates to a sealing element with a degassing opening for a battery cell and to a battery module in which at least one battery cell with a sealing element attached thereto is arranged. The present invention further relates to methods for producing such a battery module.

Eine Li-Ionen Batteriezelle vom prismatischen Typ weist nach dem Stand der Technik ein Gehäuse mit einem Zellvent (Entgasungsöffnung) auf. Ein Zellvent ist ein Element, durch das die Batteriezelle im Falle eines thermischen Events entgasen kann. Vorteilhaft ist, wenn korrespondierend zu einem Zellvent auch eine Entgasungsöffnung im Batteriegehäuse/Batteriekasten/Batteriemodulgehäuse vorgesehen ist. Hierbei muss jedoch zugleich berücksichtigt werden, dass Batteriesysteme gegen Umwelteinflüsse wie Wasser, Schutz, Salz abgedichtet sein müssen. Je nach Ausführung des Zellvents (geschweißt oder geklebt) und je nach Höhe des Öl-Innendrucks, sollte das Zellvent bei einer Öl-Direktkühlung, bei der die Batteriezelle direkt ölumströmt ist, gegen Öl oder gegen Öldruck abgedichtet sein. Beim Thermal Runaway einer Batteriezelle soll diese möglichst direkt aus dem Batteriesystem entgasen können, wobei Abdichtkonzepte verhindern sollen, dass dabei eine zu große Menge Kühlöl austritt und sich im Entgasungsstrahl entzünden könnte.According to the state of the art, a prismatic type Li-ion battery cell has a housing with a cell vent (degassing opening). A cell vent is an element through which the battery cell can degas in the event of a thermal event. It is advantageous if a degassing opening is provided in the battery housing/battery box/battery module housing corresponding to a cell vent. However, it must also be taken into account that battery systems must be sealed against environmental influences such as water, dust, salt. Depending on the design of the cell vent (welded or glued) and the level of the internal oil pressure, the cell vent should be sealed against oil or against oil pressure in the case of direct oil cooling, in which oil flows directly around the battery cell. In the event of thermal runaway of a battery cell, it should be able to degas as directly as possible from the battery system, with sealing concepts intended to prevent too large a quantity of cooling oil from escaping and igniting in the degassing jet.

Im Lichte des Vorgenannten kann die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin gesehen werden, ein einfach anzubringendes und zuverlässig abdichtendes Dichtelement für ein Batteriemodul bereitzustellen. bereitzustellen.In light of the above, the object of the present invention can be seen in providing a sealing element for a battery module which is easy to attach and reliably seals.

Diese Aufgabe wird mittels der Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungsformen finden sich in den abhängigen Patentansprüchen.This object is achieved by means of the subject matter of the independent patent claims. Further preferred embodiments can be found in the dependent patent claims.

Erfindungsgemäß wird ein (Ab-)Dichtelement für ein Batteriemodul zum Anordnen zwischen eine Batteriezelle und ein dazugehöriges Batteriemodulgehäuse bereitgestellt, wobei das Dichtelement einen flachen länglichen Dichtelementkörper aufweist mit einer dadurch axial verlaufenden Durchgangsöffnung. Das erfindungsgemäße Dichtelement kann die Form eines flachen Ringes haben, der nicht zwingend eine kreisrunde Form haben muss, sondern bevorzugt eine rechteckige Form haben kann. Anders ausgedrückt kann das Dichtelement eine umlaufende Ringstruktur aufweisen, die insgesamt eine rechteckige Form aufweist mit optional abgerundeten Ecken. Die Durchgangsöffnung erstreckt sich dabei senkrecht zur Ausdehnungsebene des Dichtelementkörpers. Die Ausdehnungsebene kann durch die beiden größten Dimensionen des Dichtelementkörpers definiert sein. Das Dichtelement kann einen symmetrischen Aufbau aufweisen, wobei die Symmetrieebene senkrecht zur Ausdehnungsebene durch die Längsmittelachse des Dichtelements oder senkrecht zur Ausdehnungsebene und senkrecht zur Längsmittelachse des Dichtelements verlaufen kann.According to the invention, a sealing element for a battery module is provided for arrangement between a battery cell and an associated battery module housing, wherein the sealing element has a flat, elongated sealing element body with a through-opening running axially therethrough. The sealing element according to the invention can have the shape of a flat ring, which does not necessarily have to have a circular shape, but can preferably have a rectangular shape. In other words, the sealing element can have a circumferential ring structure that has an overall rectangular shape with optionally rounded corners. The through-opening extends perpendicular to the expansion plane of the sealing element body. The expansion plane can be defined by the two largest dimensions of the sealing element body. The sealing element can have a symmetrical structure, wherein the plane of symmetry can run perpendicular to the expansion plane through the longitudinal center axis of the sealing element or perpendicular to the expansion plane and perpendicular to the longitudinal center axis of the sealing element.

Das erfindungsgemäße Dichtelement kann aus einem temperaturbeständigen Kunststoff als Thermoplast (z.B. Polyamid (PA), Polyphthalamid (PPA), Polyetheretherketon (PEEK)) oder Duroplast bzw. Elastomer (z.B. Phenolharz oder Silikon) hergestellt sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Dichtelement mit temperaturbeständigen Füllstoffen wie Keramikpartikeln oder Aluminiumoxid oder Glasfasern verstärkt sein. Ferner kann das Dichtelement ist aus Keramik oder einem anderen temperaturbeständigen, elektrisch nichtleitenden Werkstoff gefertigt sein.The sealing element according to the invention can be made from a temperature-resistant plastic as a thermoplastic (e.g. polyamide (PA), polyphthalamide (PPA), polyetheretherketone (PEEK)) or thermosetting plastic or elastomer (e.g. phenolic resin or silicone). Additionally or alternatively, the sealing element can be reinforced with temperature-resistant fillers such as ceramic particles or aluminum oxide or glass fibers. Furthermore, the sealing element can be made from ceramic or another temperature-resistant, electrically non-conductive material.

Um das erfindungsgemäße Dichtelement gemäß seiner Funktion abdichtend zwischen einer Batteriezelle und einer Innenwand des Batteriemodulgehäuses anordnen zu können, weist dessen Dichtelementkörper gemäß einer ersten Ausgestaltung eine Materialkomponente auf, die zu einem expandierenden Klebstoff aktivierbar ist bzw. diesen aufweist. Das bedeutet, dass der Klebstoff bei seiner Aktivierung expandiert und in seinem aktivierten Zustand zum einen ein größeres Volumen einnimmt und zum anderen eine Klebewirkung entfaltet. Bei dieser Materialkomponente kann es sich im Unterschied zum eigentlichen Material des Dichtelementkörpers um eine zweite Feststoff-Komponente handeln, die durch einen Trigger (physikalischen und/oder chemischen Auslöseimpuls) zu einem expandierenden Klebstoff reagiert. Bei dem expandierenden Klebstoff kann es sich um einen expandierenden aufschäumenden Klebstoff handeln. Die aktivierbare Materialkomponente kann in einem geeigneten Bereich des Dichtelementkörpers angeordnet sein, beispielsweise in Form eines an der Innenseite der Durchgangsöffnung anliegenden Materialrings, welcher bei seiner Aktivierung expandiert und seine Klebe- und Abdichtwirkung entfaltet. Dadurch verklebt die Unterseite das Dichtelements mit dem Batteriemodulgehäuse und stellt zugleich eine abdichtende umlaufende Fügestelle zwischen diesen beiden dar.In order to be able to arrange the sealing element according to the invention in a sealing manner between a battery cell and an inner wall of the battery module housing in accordance with its function, the sealing element body thereof has, according to a first embodiment, a material component which can be activated to form an expanding adhesive or which has this. This means that the adhesive expands when activated and, in its activated state, takes up a larger volume on the one hand and, on the other hand, develops an adhesive effect. In contrast to the actual material of the sealing element body, this material component can be a second solid component which reacts to a trigger (physical and/or chemical trigger pulse) to form an expanding adhesive. The expanding adhesive can be an expanding foaming adhesive. The activatable material component can be arranged in a suitable area of the sealing element body, for example in the form of a material ring lying on the inside of the through-opening, which expands when activated and develops its adhesive and sealing effect. As a result, the underside of the sealing element is bonded to the battery module housing and at the same time represents a sealing, circumferential joint between the two.

Alternativ zu der soeben beschriebenen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichteelements ist gemäß einer zweiten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtelements an dessen Unterseite eine Nut bereitgestellt. Während des Herstellungsverfahrens kann in die Nut eine reaktive Masse eingefüllt werden, welche nach Einschieben der Batteriezelle mit dem daran angebrachten Dichtelement dessen Unterseite mit der Innenseite des Batteriemodulgehäuses verklebt. Dabei können die Materialränder des Dichtelementkörpers, welche die Nut ausbilden, unterschiedlich lang sein, wobei der bezüglich der Durchgangsöffnung innenliegende Materialrand in axialer Richtung kleiner ausfallen kann als der bezüglich der Durchgangsöffnung außenliegende Materialrand. Das hat dann zur Folge, dass beim Anlegen der Unterseite des Dichtelements an eine ebene Innenwand des Batteriemodulgehäuses die Nut zur Innenseite der Durchgangsöffnung offen ist und so eine Expansionsraum für die reaktive Masse vorliegt. So kann auch die Kontaktfläche der reaktiven Masse zum Dichtelement und zum Batteriemodulgehäuse vergrößert werden, wodurch die Festigkeit der Klebeverbindung vergrößert werden kann.As an alternative to the design of the sealing element according to the invention just described, according to a second design of the sealing element according to the invention, a groove is provided on the underside thereof. During the manufacturing process, a reactive mass can be filled into the groove, which, after the battery cell with the sealing element attached to it has been pushed in, bonds its underside to the inside of the battery module housing. The materials The edges of the sealing element body which form the groove can be of different lengths, whereby the material edge on the inside of the through-opening can be smaller in the axial direction than the material edge on the outside of the through-opening. This then means that when the underside of the sealing element is placed against a flat inner wall of the battery module housing, the groove is open to the inside of the through-opening and thus there is an expansion space for the reactive mass. This also makes it possible to increase the contact area of the reactive mass with the sealing element and the battery module housing, which can increase the strength of the adhesive bond.

Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Dichtelements liegt am Ende des entsprechenden Herstellungsverfahrens ein um eine Entgasungsöffnung der Batteriezelle herum an diese befestigtes (z.B. verklebtes) Dichtelement vor, welches zudem zum Batteriemodulgehäuse hin durch einen expandierenden, aufgeschäumten Klebstoff an dieses befestigt und abgedichtet ist. Dabei erfolgt die Verklebung des Dichtelements an eine Batteriezellen zeitlich zu einem früheren Zeitpunkt als die Expansion des Schaumklebstoffs zum Batteriemodulgehäuse, wodurch dieses mit dem Dichtelement verklebt wird.Regardless of the specific design of the sealing element according to the invention, at the end of the corresponding manufacturing process there is a sealing element attached (e.g. glued) to a vent opening of the battery cell, which is also attached to and sealed from the battery module housing by an expanding, foamed adhesive. The sealing element is bonded to a battery cell at an earlier point in time than the expansion of the foam adhesive to the battery module housing, whereby the latter is bonded to the sealing element.

Bei der reaktiven Masse, welche beispielsweise vor dem Einschieben der mindestens einen Batteriezelle mit daran angebrachtem erfindungsgemäßen Dichtelement in das Batteriemodulgehäuse in die Nut eingebracht werden kann, kann es sich um eine pastöse reaktive Masse handeln. Diese kann beispielsweise als expansionsfähiges Zwei-Komponenten-Gemisch eines nach dem Einschieben mit zeitlicher Verzögerung chemisch getriggert (ausgelösten) expandierenden aufschäumenden Klebstoffs mit Treibmittel vorliegen.The reactive mass, which can be introduced into the groove, for example, before the at least one battery cell with the sealing element according to the invention attached to it is inserted into the battery module housing, can be a pasty reactive mass. This can be present, for example, as an expandable two-component mixture of an expanding foaming adhesive with a blowing agent that is chemically triggered (released) after insertion with a time delay.

Das erfindungsgemäße Dichtelement kann an eine Batteriezelle angebracht werden, beispielsweise durch Kleben, und dient grundsätzlich der Abdichtung eines Kanals, welcher von einer Entgasungsöffnung der Batteriezelle ausgeht und im Falle eines thermischen Events zum Ausleiten von heißen Gasen aus der Batteriezelle dient.The sealing element according to the invention can be attached to a battery cell, for example by gluing, and basically serves to seal a channel which extends from a degassing opening of the battery cell and, in the event of a thermal event, serves to discharge hot gases from the battery cell.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements kann der expandierende Klebstoff durch einen strahlungsbasierten oder materialbasierten physikalischen Auslöseimpuls (Trigger) aktivierbar sein. Das bedeutet, dass der expandierbare Klebstoff beispielsweise durch Erwärmen auf eine vorbestimmte Temperatur (also Aussetzen einer IR-Strahlung), durch Bestrahlen mit einem Laserstrahl, durch Bestrahlen mit UV-Strahlung und/oder Kontakt mit einem weiteren Medium, beispielsweise Sauerstoff, aktiviert werden kann.According to further embodiments of the sealing element according to the invention, the expanding adhesive can be activated by a radiation-based or material-based physical trigger. This means that the expandable adhesive can be activated, for example, by heating to a predetermined temperature (i.e. exposure to IR radiation), by irradiation with a laser beam, by irradiation with UV radiation and/or contact with another medium, for example oxygen.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements kann es sich bei der Nut um eine umlaufende Nut handeln. Wie bereits beschrieben, dient die umlaufende Nut zur Aufnahme des expandierbaren Klebstoffs.According to further embodiments of the sealing element according to the invention, the groove can be a circumferential groove. As already described, the circumferential groove serves to accommodate the expandable adhesive.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements kann in der Nut ein eine reaktive klebefähige Masse angeordnet sein, insbesondere der expandierbare Klebstoff.According to further embodiments of the sealing element according to the invention, a reactive adhesive mass can be arranged in the groove, in particular the expandable adhesive.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Dichtelements kann zumindest an einem Ende des Dichtelementkörpers eine sich vom Rand des Dichtelementkörpers nach außen verjüngende Verlängerung angeordnet sein. Die Verlängerung kann einer flachen Rampe entsprechen, welche in Einschieberichtung des Batteriezelle ins Batteriemodulgehäuse vorne angeordnet sein kann. Bei Bedarf kann die rampenartige Verlängerung auch am anderen Ende, etwa dem hinteren Ende des Dichtelementkörpers angeordnet sein. Die sich nach außen verjüngende rampenartige Verlängerung dient einem prozesssicheren und beschädigungsfreien Einschieben der Batteriezelle in das Batteriemodulgehäuse.According to further embodiments of the sealing element according to the invention, an extension tapering outwards from the edge of the sealing element body can be arranged at least at one end of the sealing element body. The extension can correspond to a flat ramp, which can be arranged at the front in the direction of insertion of the battery cell into the battery module housing. If required, the ramp-like extension can also be arranged at the other end, for example the rear end of the sealing element body. The ramp-like extension tapering outwards serves to ensure that the battery cell is inserted into the battery module housing in a process-safe and damage-free manner.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Batteriemodul bereitgestellt auf Basis von mindestens einer Batteriezelle mit einem daran angebrachten Dichtelement. Das Batteriemodul weist demzufolge ein Batteriemodulgehäuse auf, in dem mindestens eine Batteriezelle angeordnet ist mit mindestens einer Entgasungsöffnung, wobei zwischen dem Batteriemodulgehäuse und der Entgasungsöffnung das erfindungsgemäße Dichtelement angeordnet ist.According to the invention, a battery module is also provided based on at least one battery cell with a sealing element attached thereto. The battery module therefore has a battery module housing in which at least one battery cell is arranged with at least one vent opening, wherein the sealing element according to the invention is arranged between the battery module housing and the vent opening.

Das Batteriemodulgehäuse kann so eingerichtet sein, dass es mit Kühlkanälen versehen ist, die im Betrieb mit einem Kühlöl durchströmt werden, welches die Batteriezellen, die HV-Kontakte sowie die Busbars (Busschienen) durch direkte Umströmung temperiert. Das Batteriemodulgehäuse kann in Form eines Strangpressprofils mit einer oder mehreren Hohlkammern ausgeführt sein, in denen eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet sind, elektrisch verschaltet und gegen Swelling der Batteriezellen mittels Kompressionselementen verspannt.The battery module housing can be designed in such a way that it is provided with cooling channels through which cooling oil flows during operation, which regulates the temperature of the battery cells, the HV contacts and the busbars by direct flow. The battery module housing can be designed in the form of an extruded profile with one or more hollow chambers in which a plurality of battery cells are arranged, electrically connected and braced against swelling of the battery cells by means of compression elements.

Das Batteriemodulgehäuse kann mindestens eine mittels einer Berstmembran verschlossene Öffnung aufweisen, die als Batteriemodul-Ausgasöffnung fungiert. Die dazu erforderlichen Batteriemodulgehäuse-Ausgasungsöffnungen können durch eine Bearbeitung des Batteriemodulgehäuses durch Wasserstrahlschneiden, Laserstrahlschneiden oder Fräsen oder einer Kombination dieser ausgebildet sein. Bei einem mit Batteriezellen bestückten Batteriemodul kann einer Entgasungsöffnung jeweils eine korrespondierende Batteriezellmodul-Entgasungsöffnung im Batteriemodulgehäuse angeordnet sein. Die Batteriemodul-Ausgasungsöffnung kann in einer ersten Erstreckungsrichtung zumindest doppelt so lang sein wie in einer zweiten Erstreckungsrichtung. Die Batteriemodul-Ausgasungsöffnung(en) kann (können) grundsätzlich an der Unterseite eines Batteriemoduls bzw. des dieses aufweisenden Batteriesystems mit Entgasungsrichtung nach unten ausgebildet sein.The battery module housing can have at least one opening closed by a bursting membrane, which acts as a battery module outgassing opening. The battery module housing outgassing openings required for this can be formed by machining the battery module housing by water jet cutting, laser beam cutting or milling or a combination of these. In a battery module equipped with battery cells, a corresponding battery cell module degassing opening can be arranged in the battery module housing for each degassing opening. The battery module degassing opening can be at least twice as long in a first extension direction as in a second extension direction. The battery module degassing opening(s) can basically be formed on the underside of a battery module or the battery system having it with the degassing direction pointing downwards.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann das Dichtelement ringförmig um die Entgasungsöffnung herum mit der Batteriezelle bzw. dem Batteriezellgehäuse verklebt sein. Dabei kann das erfindungsgemäße Dichtelement eine Grundform aufweisen, welche im Wesentlichen einer vergrößerten Form des Entgasungsöffnung entspricht. Jedenfalls ist die Grundform derart gewählt, dass der obere Rand des Dichtelements die Entgasungsöffnung umschließen kann.According to further embodiments of the battery module, the sealing element can be glued to the battery cell or the battery cell housing in a ring shape around the degassing opening. The sealing element according to the invention can have a basic shape which essentially corresponds to an enlarged shape of the degassing opening. In any case, the basic shape is selected such that the upper edge of the sealing element can enclose the degassing opening.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann dieses eine Batteriemodul-Ausgasungsöffnung aufweisen, welche mit einer Berstmembran versiegelt ist und räumlich gegenüber einer Entgasungsöffnung einer Batteriezelle angeordnet ist. Dabei kann die in dem Dichtelement ausgebildete Durchgangsöffnung einen gasdichten Kanal zwischen der Entgasungsöffnung einer in dem Batteriemodul angeordneten Batteriezelle und der dazugehörigen Batteriemodul-Ausgasöffnung ausbilden.According to further embodiments of the battery module, this can have a battery module outgassing opening which is sealed with a bursting membrane and is arranged spatially opposite a degassing opening of a battery cell. The through-opening formed in the sealing element can form a gas-tight channel between the degassing opening of a battery cell arranged in the battery module and the associated battery module outgassing opening.

Gemäß weiteren Ausführungsformen des Batteriemoduls kann das Dichtelement zum Batteriemodulgehäuse hin um die Batteriemodul-Ausgasungsöffnung herum durch einen aufgeschäumten Klebstoff abgedichtet sein.According to further embodiments of the battery module, the sealing element can be sealed towards the battery module housing around the battery module outgassing opening by a foamed adhesive.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Batteriesystem bereitgestellt, welches mehrere zuvor beschriebene Batteriemodulgehäuse aufweist.According to the invention, a battery system is further provided which has a plurality of battery module housings as described above.

In weiteren Ausführungsformen der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls bereitgestellt. In einem ersten Schritt weist das Herstellungsverfahren Bereitstellen oder Herstellen eines Batteriemodulgehäuses auf. In einem darauffolgenden Schritt erfolgt ein Bereitstellen oder Herstellen eines Dichtelements gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsform, wobei der Dichtelementkörper eine Materialkomponente aufweist, die zu einem expandierenden Klebstoff aktivierbar ist. In einem darauffolgenden Schritt erfolgt ein Anbringen des Dichtelements an mindestens eine Batteriezelle derart, dass das Dichtelement eine Entgasungsöffnung der Batteriezelle umgibt. In einem darauffolgenden Schritt erfolgt ein Einschieben der zumindest einen Batteriezelle in das Batteriemodulgehäuse. In einem darauffolgenden erfolgt schließlich ein Aktivieren der Materialkomponente mittels eines strahlungsbasierten oder materialbasierten physikalischen Auslöseimpulses, so dass die Materialkomponente expandiert und somit die Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement und dem Batteriemodulgehäuse abdichtet. Bei der Materialkomponente kann es sich um die zuvor erwähnte zweite Feststoff-Komponente handeln, in der bei Aktivierung durch den Trigger eine Reaktion in Gang gesetzt wird, wodurch diese vernetzt, verklebt und aufschäumt und damit abdichtet.In further embodiments of the invention, a method for producing the battery module according to the invention is also provided. In a first step, the manufacturing method comprises providing or producing a battery module housing. In a subsequent step, a sealing element is provided or produced according to one of the previously described embodiments, wherein the sealing element body has a material component that can be activated to form an expanding adhesive. In a subsequent step, the sealing element is attached to at least one battery cell in such a way that the sealing element surrounds a degassing opening of the battery cell. In a subsequent step, the at least one battery cell is inserted into the battery module housing. In a subsequent step, the material component is finally activated by means of a radiation-based or material-based physical trigger pulse, so that the material component expands and thus seals the contact surface between the sealing element and the battery module housing. The material component can be the previously mentioned second solid component, in which a reaction is set in motion when activated by the trigger, whereby it crosslinks, bonds and foams and thus seals.

In weiteren alternativen Ausführungsformen der Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls bereitgestellt, welches in einem ersten Schritt ebenfalls ein Bereitstellen eines Batteriemodulgehäuses aufweist, sowie nachfolgend ein Bereitstellen oder Herstellen eines Dichtelements gemäß einer der zuvor beschriebenen Ausführungsform. Hierbei ist zusätzlich an der Unterseite des Dichtelements eine Nut angeordnet. In einem darauffolgenden Schritt erfolgt ein Anbringen eines Dichtelements an mindestens eine Batteriezelle derart, dass das Dichtelement eine Entgasungsöffnung der Batteriezelle umgibt. In einem darauffolgenden Schritt erfolgt ein Einbringen bzw. Einfüllen einer reaktiven klebefähigen Masse in die Nut. Bei der reaktiven klebefähigen Masse kann es sich um einen noch nicht reagierten, noch nicht expandierten Zwei-KomponentenKlebstoff mit Treibmittel handeln, welcher in pastöser Form vorliegt. Schließlich erfolgt in einem darauffolgenden Schritt ein Einschieben der zumindest einen Batteriezelle in das Batteriemodulgehäuse, wobei die reaktive klebefähige Masse zeitverzögert aktiviert wird und die Kontaktfläche zwischen dem Dichtelement und dem Batteriemodulgehäuse abdichtet. Dabei vernetzt, verklebt und schäumt der Klebstoff, wodurch die gewünschte Abdichtung erreicht wird. Diese Vorgänge können ohne weiteres Zutun autonom zeitverzögert ausgelöst werden.In further alternative embodiments of the invention, a method for producing the battery module according to the invention is also provided, which in a first step also comprises providing a battery module housing, and subsequently providing or producing a sealing element according to one of the previously described embodiments. In this case, a groove is additionally arranged on the underside of the sealing element. In a subsequent step, a sealing element is attached to at least one battery cell in such a way that the sealing element surrounds a degassing opening of the battery cell. In a subsequent step, a reactive adhesive mass is introduced or filled into the groove. The reactive adhesive mass can be an unreacted, unexpanded two-component adhesive with propellant, which is in pasty form. Finally, in a subsequent step, the at least one battery cell is pushed into the battery module housing, wherein the reactive adhesive mass is activated with a time delay and seals the contact surface between the sealing element and the battery module housing. The adhesive crosslinks, bonds and foams, thereby achieving the desired seal. These processes can be triggered autonomously with a time delay without any further action.

Beide Varianten des erfindungsgemäßen Herstellungsverfahrens zeichnen sich dadurch aus, dass das Dichtelement zunächst an die Batteriezelle befestigt wird, etwa durch Verkleben, und anschließend die Batteriezelle (bzw. ein entsprechender Batteriezellstapel) in das Batteriegehäuse eingeschoben wird, wobei das Dichtelement als Gleitelement dient, um eine Beschädigung der Batteriezellen Zellen zu verhindern, und zugleich als Abstandshalter, um einen gewünschten Abstand/Spalt zwischen Batteriegehäuse und Batteriezellen einzustellen. Erst nach erfolgtem Einschieben der Batteriezelle(n) dichtet das Dichtelement zum Batteriegehäuse durch den erst dann expandierenden Klebstoff ab.Both variants of the manufacturing process according to the invention are characterized in that the sealing element is first attached to the battery cell, for example by gluing, and then the battery cell (or a corresponding battery cell stack) is inserted into the battery housing, with the sealing element serving as a sliding element to prevent damage to the battery cells and at the same time as a spacer to set a desired distance/gap between the battery housing and the battery cells. Only after the battery cell(s) have been inserted does the sealing element seal against the battery housing thanks to the adhesive, which only then expands.

Die hierin beschriebene Erfindung, welche sich besonders für den Einsatz in einer Traktionsbatterie eines elektrisch oder teilelektrisch angetriebenen Fahrzeugs eignet, zeichnet sich dadurch aus, dass zum einen das TPOPA-Verhalten (TPOPA:

Thermal Propagation Occupant Protection Analysis - zukünftige Gesetzesvorschrift für BEV und PHEV zum Brandschutz in China) durch Vermeidung oder Reduktion der Ölmenge im Entgasungsstrahl verbessert werden kann. Zum anderen kann die Lebensdauer der Batteriezelle verlängert werden, da ein Öldruck an der Entgasungsöffnung anliegt und so die diese verschließende Membran keinem unnötigen Druck ausgesetzt wird. Schließlich eignet sich die hier vorgestellte Erfindung zur Integration in ein Modulgehäuse, welches mit einer Öl-Direktkühlung betrieben wird, wodurch insgesamt die Kühlleistung verbessert werden kann.

The invention described herein, which is particularly suitable for use in a traction battery of an electrically or partially electrically powered vehicle, is characterized by the fact that, on the one hand, the TPOPA behavior (TPOPA:

Thermal Propagation Occupant Protection Analysis - future legal regulation for BEV and PHEV on fire protection in China) can be improved by avoiding or reducing the amount of oil in the degassing jet. On the other hand, the service life of the battery cell can be extended because oil pressure is applied to the degassing opening and the membrane that closes it is not exposed to unnecessary pressure. Finally, the invention presented here is suitable for integration into a module housing that is operated with direct oil cooling, which can improve the cooling performance overall.

Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.It is understood that the features mentioned above and those to be explained below 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 present invention.

Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.

1 zeigt eine perspektivische Querschnittsansicht eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
2A und 2B zeigen jeweils eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Dichtelements, einmal von schräg oben und einmal von schräg unten.

Further advantages and embodiments of the invention emerge from the description and the accompanying drawings.

1 shows a perspective cross-sectional view of a battery module according to the invention.
2A and 2 B each show a perspective view of an embodiment of the sealing element according to the invention, once obliquely from above and once obliquely from below.

In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 gezeigt, welches ein Batteriemodulgehäuse 3 aufweist, in dem Batteriezellen 4 angeordnet sind. Jede der Batteriezellen 4 weist eine Entgasungsöffnung auf, die durch eine Membran 6 versiegelt ist. Die Membran 6 kann beispielsweise direkt am Batteriezellengehäuse 5 befestigt sein. Die im Batteriemodul 1 angeordneten Batteriezellen 4 sind elektrisch miteinander verschaltet und gegen Swelling mittels Kompressionselementen 7 verspannt.In 1 an embodiment of a battery module 1 according to the invention is shown, which has a battery module housing 3 in which battery cells 4 are arranged. Each of the battery cells 4 has a degassing opening which is sealed by a membrane 6. The membrane 6 can, for example, be attached directly to the battery cell housing 5. The battery cells 4 arranged in the battery module 1 are electrically connected to one another and braced against swelling by means of compression elements 7.

Zwischen dem Batteriemodulgehäuse 3 und der mit der Membran 6 verschlossenen Entgasungsöffnung ist ein Dichtelement 2 gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet. Das ringförmig ausgebildete Dichtelement 2 ist mit seiner ersten axialen Oberfläche, die als Oberseite bezeichnet werden kann, am Batteriezellengehäuse 5 mittels einer Klebeschicht 20 befestigt. Auf der der gegenüberliegenden zweiten axialen Oberfläche, die als Unterseite bezeichnet werden kann, ist eine Nut vorgesehen, in welcher ein Klebstoff 21A, 21 B eingebracht ist. Mit dem Bezugszeichen 21A ist der Klebstoff in seiner noch nicht aktivierten und noch nicht expandierten Form veranschaulicht. In diesem Zustand liegt der Klebstoff 21A bei der Montage des Batteriemoduls 1 vor, insbesondere wenn die Batteriezellen 4 in das Batteriemodulgehäuse 3 eingeschoben werden. Mit dem Bezugszeichen 21B ist der Klebstoff in seinem aktivierten und expandierten Zustand veranschaulicht, in dem er eine dichte Verbindung mit der Innenseite des Batteriegehäuses 3 schafft. Im gezeigten Beispiel ist der innere Materialsteg der Nut, welche im Dichtelement 2 ausgebildet ist, axial länger ausgebildet als der äußere Materialsteg. Dadurch kann der Klebstoff während der Aktivierung ein wenig aus der Nut heraustreten und so eine größere Kontaktfläche zwischen der Innenseite des Batteriemodulgehäuses 3 und dem Dichtelement 2 ausbilden.A sealing element 2 according to the present invention is arranged between the battery module housing 3 and the degassing opening closed with the membrane 6. The ring-shaped sealing element 2 is fastened with its first axial surface, which can be referred to as the top, to the battery cell housing 5 by means of an adhesive layer 20. On the opposite second axial surface, which can be referred to as the bottom, a groove is provided in which an adhesive 21A, 21B is introduced. The reference number 21A illustrates the adhesive in its not yet activated and not yet expanded form. The adhesive 21A is in this state when the battery module 1 is assembled, in particular when the battery cells 4 are inserted into the battery module housing 3. The reference number 21B illustrates the adhesive in its activated and expanded state, in which it creates a tight connection with the inside of the battery housing 3. In the example shown, the inner material web of the groove, which is formed in the sealing element 2, is axially longer than the outer material web. This allows the adhesive to emerge slightly from the groove during activation, thus forming a larger contact area between the inside of the battery module housing 3 and the sealing element 2.

Die in dem Dichtelement ausgebildete Durchgangsöffnung schafft einen Entgasungskanal 10, welcher die im Batteriezellengehäuse 5 ausgebildete Entgasungsöffnung (mit Membran 6 verschlossen) mit der Batteriemodul-Ausgasungsöffnung verbindet, die mit einer Berstmembran 10 versiegelt ist. Im gezeigten Beispiel ist die Entgasungsöffnung der Batteriezelle 4 gegenüber einem korrespondierende Batteriemodul-Ausgasungsöffnung angeordnet (dieses kann für die weiteren nicht explizit in 1 dargestellten Batteriezellen 4 ebenfalls gelten). Zwischen dem Batteriemodulgehäuse 3 und den Batteriezellen 4 sind ferner Kühlkanäle 9 ausgebildet, welche im Betrieb von einem Kühlöl durchströmt werden.The through-opening formed in the sealing element creates a degassing channel 10, which connects the degassing opening formed in the battery cell housing 5 (closed with membrane 6) with the battery module degassing opening, which is sealed with a bursting membrane 10. In the example shown, the degassing opening of the battery cell 4 is arranged opposite a corresponding battery module degassing opening (this can be used for the further not explicitly in 1 illustrated battery cells 4 also apply). Cooling channels 9 are also formed between the battery module housing 3 and the battery cells 4, through which a cooling oil flows during operation.

Das in 1 angedeutete Dichtelement 2 ist in den 2A und 2B in einer perspektivischen Ansicht in größerem Detail gezeigt, und zwar einmal von schräg oben (2A) und einmal von schräg unten (2B). Das Dichtelement 2 weist im Wesentlichen einen flachen länglichen Dichtelementkörper auf, in welchem eine axial verlaufende Durchgangsöffnung 22 angeordnet ist. Die Durchgangsöffnung 22 definiert den Entgasungsquerschnitt der Batteriezelle. Im gezeigten Beispiel weist das Dichtelement 2 eine ringförmige Struktur auf, welche in erster Näherung eine rechteckige Kontur aufweist. Die Oberseite des Dichtelements 2 entspricht der Klebefläche des Dichtelements 2 zur Batteriezelle bzw. ihrem Gehäuse. An der Unterseite des Dichtelements 2 ist eine umlaufende Nut 24 ausgebildet zur Aufnahme des expandierbaren Klebstoffs (dieser in 2B nicht explizit gezeigt). Der expandierbare Klebstoff stellt die Materialkomponente dar, die zu einem expandierenden Klebstoff aktivierbar ist. Alternativ zu der Darstellung in 2B, kann das Dichtelement 2 statt der Nut 24 neben der ersten Feststoff-Komponente, also dem eigentlichen Material des Dichtelements 2, eine zweite Feststoff-Komponente aufweisen, die durch einen Trigger zu einem expandierenden aufschäumenden Klebstoff reagiert. Die zweite Feststoff-Komponente kann bevorzugt an der Unterseite des Dichtelements 2 angeordnet sein, beispielsweise in Form eines umlaufenden Materialstreifens.This in 1 The sealing element 2 indicated is in the 2A and 2 B shown in greater detail in a perspective view, once from above ( 2A) and once from below ( 2 B) . The sealing element 2 essentially has a flat, elongated sealing element body in which an axially extending through-opening 22 is arranged. The through-opening 22 defines the degassing cross-section of the battery cell. In the example shown, the sealing element 2 has an annular structure which, in a first approximation, has a rectangular contour. The top of the sealing element 2 corresponds to the adhesive surface of the sealing element 2 to the battery cell or its housing. On the underside of the sealing element 2, a circumferential groove 24 is formed for receiving the expandable adhesive (this in 2 B not explicitly shown). The expandable adhesive represents the material component that can be activated to form an expanding adhesive. As an alternative to the representation in 2 B , the sealing element 2 can be placed instead of the groove 24 next to the first solid component, i.e. the actual material rial of the sealing element 2, have a second solid component which reacts to form an expanding, foaming adhesive when triggered. The second solid component can preferably be arranged on the underside of the sealing element 2, for example in the form of a circumferential strip of material.

Claims

Sealing element (2) with a degassing opening for a battery cell (4), comprising: a flat, elongated sealing element body in which an axially extending through-opening (22) is arranged, which corresponds to the degassing opening; wherein the sealing element body has a material component that can be activated to form an expanding adhesive (21 B), or wherein a groove (24) is arranged on an underside of the sealing element (2).

Sealing element (2) according to Claim 1 , whereby the expanding adhesive can be activated by a radiation-based or material-based physical trigger pulse.

Sealing element (2) according to Claim 1 , wherein the groove (24) is a circumferential groove.

Sealing element (2) according to Claim 1 or 3 , wherein a reactive adhesive mass (21A) is arranged in the groove (24).

Sealing element (2) according to one of the Claims 1 until 4 , wherein at least at one end of the sealing element body an extension (23) tapering outwards from the edge of the sealing element body is arranged.

Battery module (1), comprising: a battery module housing (3) in which at least one battery cell (4) is arranged with at least one degassing opening, wherein between the battery module housing (3) and the degassing opening a sealing element (2) according to one of the Claims 1 until 5 is arranged.

Battery module (1) according to Claim 6 , wherein the sealing element (2) around the vent opening is glued to the housing (5) of the battery cell.

Battery module housing according to Claim 6 or 7 , wherein the battery module housing (3) has a battery module outgassing opening which is sealed with a bursting membrane (10) and is arranged opposite a degassing opening of a battery cell (4).

Battery module housing according to Claim 8 , wherein the sealing element (2) is sealed towards the battery module housing (3) around the battery module outgassing opening by a foamed adhesive (21B).

Battery system comprising at least one battery module housing (1) according to one of the Claims 6 until 9 .

Method for producing a battery module (1), comprising the steps of: providing a battery module housing (3); providing a sealing element (2) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein the sealing element body has a material component that can be activated to form an expanding adhesive (21B); attaching the sealing element (2) to at least one battery cell (4) such that the sealing element (2) surrounds a degassing opening of the battery cell (4); inserting the at least one battery cell (4) into the battery module housing (3); and activating the material component by means of a radiation-based or material-based physical trigger pulse so that the material component expands and thus seals the contact surface between the sealing element (2) and the battery module housing (3).

Method for producing a battery module (1), comprising the steps of: providing a battery module housing (3); providing a sealing element (2) according to one of the Claims 1 until 5 , wherein a groove (24) is arranged on the underside of the sealing element (2); attaching the sealing element (2) to at least one battery cell (4) such that the sealing element (4) surrounds a degassing opening of the battery cell (4); introducing a reactive adhesive mass (21A) into the groove (24); pushing the at least one battery cell (4) into the battery module housing (3), wherein the reactive adhesive mass is activated with a time delay and seals the contact surface between the sealing element (2) and the battery module housing (3).