DE102022203860A1

DE102022203860A1 - Battery module

Info

Publication number: DE102022203860A1
Application number: DE102022203860.6A
Authority: DE
Inventors: Markus Schmitt; Ralph Glemser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2023-10-26

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), welche jeweils elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind, und einer Schalteinrichtung (3), welche einen ersten Anschluss (31) und einen zweiten Anschluss (32) aufweist, wobei der erste Anschluss (31) mit einem Spannungsabgriff (41) einer endständigen Batteriezelle (21) elektrisch leitend verbunden ist und wobei der zweite Anschluss (32) mit einem Spannungsabgriff (51) des Batteriemoduls (1) elektrisch leitend verbunden ist, und einem Temperierelement (6), welches eine Mehrzahl an von Temperierfluid (71) umströmbar ausgebildeten Temperierrippen (10) aufweist, und welches weiterhin mit der Mehrzahl an Batteriezellen (2) und der Schalteinrichtung (3) wärmeleitend verbunden ist, wobei das Temperierelement (6) einen ersten Bereich (61) aufweist, welcher unmittelbar benachbart zu der Mehrzahl an Batteriezellen (2) angeordnet ist und einen zweiten Bereich (62) aufweist, welcher unmittelbar benachbart zu der Schalteinrichtung (3) angeordnet ist, wobei eine Längsrichtung (24) einer Temperierrippe (10) senkrecht zu einer Längsrichtung (25) des Batteriemoduls (1) angeordnet ist.The invention relates to a battery module with a plurality of battery cells (2), which are each connected to one another in series and/or parallel in an electrically conductive manner, and a switching device (3) which has a first connection (31) and a second connection (32), wherein the first connection (31) is electrically conductively connected to a voltage tap (41) of a terminal battery cell (21) and wherein the second connection (32) is electrically conductively connected to a voltage tap (51) of the battery module (1), and a temperature control element (6), which has a plurality of temperature control ribs (10) around which temperature control fluid (71) can flow, and which is further connected in a heat-conducting manner to the plurality of battery cells (2) and the switching device (3), the temperature control element (6) having a first Region (61) which is arranged immediately adjacent to the plurality of battery cells (2) and has a second region (62) which is arranged immediately adjacent to the switching device (3), a longitudinal direction (24) of a temperature control rib (10 ) is arranged perpendicular to a longitudinal direction (25) of the battery module (1).

Description

Stand der Technik:State of the art:

Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul nach Gattung des unabhängigen Anspruchs.The invention is based on a battery module according to the preamble of the independent claim.

Ein Batteriemodul weist eine Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen auf, welche jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, wobei zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verbindung der Mehrzahl an Batteriezellen untereinander die jeweiligen Spannungsabgriffe elektrisch leitend miteinander verbunden werden und somit zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet werden können. Insbesondere können die Batteriezellen jeweils einen ersten Spannungsabgriff, insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und einen zweiten Spannungsabgriff, insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, aufweisen, die miteinander mittels Zellverbindern elektrisch leitend verbunden sind, sodass eine elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung ausgebildet ist.A battery module has a plurality of individual battery cells, each of which has a positive voltage tap and a negative voltage tap, with the respective voltage taps being electrically conductively connected to one another and thus to the battery module for an electrically conductive serial and / or parallel connection of the plurality of battery cells to one another can be interconnected. In particular, the battery cells can each have a first voltage tap, in particular a positive voltage tap, and a second voltage tap, in particular a negative voltage tap, which are electrically conductively connected to one another by means of cell connectors, so that an electrically serial and/or parallel connection is formed.

Batteriemodule ihrerseits werden ferner zu Batterien bzw. zu gesamten Batteriesystemen zusammengeschaltet.Battery modules, in turn, are also interconnected to form batteries or entire battery systems.

Lithium-Ionen-Batteriezellen oder Lithium-Polymer-Batteriezellen erwärmen sich bedingt durch chemische Wandlungsprozesse in ihrem Inneren vor allem bei der schnellen Energieabgabe bzw. Energieaufnahme in Batteriesystemen.Lithium-ion battery cells or lithium-polymer battery cells heat up due to chemical conversion processes inside, especially when energy is released or absorbed quickly in battery systems.

Je leistungsfähiger ein Batteriesystem ist, desto größer ist auch seine Erwärmung und damit einhergehend ein effizientes aktives Thermomanagementsystem notwendig. Hierdurch kann die Mehrzahl an Batteriezellen temperiert, also gekühlt und/oder beheizt werden.The more powerful a battery system is, the greater the temperature it heats up and the associated need for an efficient active thermal management system. This allows the majority of battery cells to be tempered, i.e. cooled and/or heated.

Überwiegend ist die Mehrzahl an Batteriezellen jedoch zu kühlen.However, the majority of battery cells need to be cooled.

Stand der Technik sind beispielsweise die Druckschriften DE 10 2021 200 040 und DE 10 2018 220 937 sowie DE 10 2020 206 338 und DE 10 2020 206 339 .The state of the art, for example, is the publications DE 10 2021 200 040 and DE 10 2018 220 937 as well as DE 10 2020 206 338 and DE 10 2020 206 339 .

Offenbarung der Erfindung:Disclosure of the invention:

Ein Batteriemodul mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Entwärmung einer Mehrzahl an Batteriezellen des Batteriemoduls und einer Schalteinrichtung des Batteriemoduls ausgebildet werden kann.A battery module with the features of the independent claim offers the advantage that reliable heat dissipation of a plurality of battery cells of the battery module and a switching device of the battery module can be formed.

Insbesondere ist es möglich, eine beispielsweise wärmeleitend mit einem Gehäuse des Batteriemoduls verbundene Schalteinrichtung zuverlässig an ein Temperierelement als Wärmesenke anzubinden und zudem einen minimierten Weg eines thermischen Pfads zwischen der Schalteinrichtung und dem Temperierelement auszubilden, sodass eine optimale Temperierung der Schalteinrichtung ausbildbar ist. Ferner kann zusätzlich eine direkte thermische Kopplung der Mehrzahl an Batteriezellen und der Schalteinrichtung minimiert werden.In particular, it is possible to reliably connect a switching device, for example thermally conductively connected to a housing of the battery module, to a temperature control element as a heat sink and also to form a minimized path of a thermal path between the switching device and the temperature control element, so that optimal temperature control of the switching device can be formed. Furthermore, a direct thermal coupling of the plurality of battery cells and the switching device can also be minimized.

Dazu wird erfindungsgemäß ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere jeweils als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet. Weiterhin sind die Batteriezellen jeweils elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet. Zudem umfasst das Batteriemodul eine Schalteinrichtung, welche einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss aufweist. Dabei ist der erste Anschluss mit einem Spannungsabgriff einer endständig angeordneten Batteriezelle elektrisch leitend verbunden und ist der zweite Anschluss mit einem Spannungsabgriff des Batteriemoduls elektrisch leitend verbunden. Ferner umfasst das Batteriemodul auch ein Temperierelement, welches eine Mehrzahl an Temperierrippen aufweist. Die Temperierrippen sind hierbei von Temperierfluid umströmbar ausgebildet. Insbesondere ist das Temperierfluid als ein Temperiergas ausgebildet. Weiterhin ist das Temperierelement mit der Mehrzahl an Batteriezellen und der Schalteinrichtung wärmeleitend verbunden. Zudem weist das Temperierelement einen ersten Bereich auf, welcher unmittelbar benachbart zu der Mehrzahl an Batteriezellen angeordnet ist und weist das Temperierelement einen zweiten Bereich auf, welcher unmittelbar benachbart zu der Schalteinrichtung angeordnet ist. Erfindungsgemäß ist eine Längsrichtung einer Temperierrippe senkrecht zu einer Längsrichtung des Batteriemoduls angeordnet.For this purpose, according to the invention, a battery module with a plurality of battery cells is provided. The battery cells are in particular designed as lithium-ion battery cells. Furthermore, the battery cells are each connected to one another in series and/or parallel in an electrically conductive manner. In addition, the battery module includes a switching device which has a first connection and a second connection. The first connection is electrically conductively connected to a voltage tap of a battery cell arranged at the end and the second connection is electrically conductively connected to a voltage tap of the battery module. Furthermore, the battery module also includes a temperature control element which has a plurality of temperature control ribs. The temperature control ribs are designed so that temperature control fluid can flow around them. In particular, the temperature control fluid is designed as a temperature control gas. Furthermore, the temperature control element is connected in a heat-conducting manner to the plurality of battery cells and the switching device. In addition, the temperature control element has a first region which is arranged immediately adjacent to the plurality of battery cells and the temperature control element has a second region which is arranged immediately adjacent to the switching device. According to the invention, a longitudinal direction of a temperature control rib is arranged perpendicular to a longitudinal direction of the battery module.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.The measures listed in the dependent claims make advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim possible.

Insgesamt bietet eine Anordnung der Längsrichtung einer Temperierrippe senkrecht zu der Längsrichtung des Batteriemoduls den Vorteil, dass eine Entwärmung der Mehrzahl an Batteriezellen unabhängig von der Entwärmung der Schalteinrichtung ausgebildet ist. Eine solche Entwärmung ist mittels einer Strömung bzw. Unterströmung parallel zu einer größten Seitenfläche einer Batteriezelle ausgebildet. Insbesondere wird Temperierfluid hier nicht etwa aufgrund einer Strömung durch den ersten Bereich oder den zweiten Bereich vorgewärmt, sodass eine optimale Temperaturdifferenz ausgebildet ist.Overall, an arrangement of the longitudinal direction of a temperature control rib perpendicular to the longitudinal direction of the battery module offers the advantage that heat dissipation of the plurality of battery cells is carried out independently of the heat dissipation of the switching device. Such heat dissipation is formed by means of a flow or underflow parallel to a largest side surface of a battery cell. In particular, temperature control fluid is not preheated here due to a flow through the first area or the second area, so that an optimal temperature difference is formed.

Durch die unmittelbar benachbarte Anordnung des ersten Bereichs zu der Mehrzahl an Batteriezellen bzw. des zweiten Bereichs zu der Schalteinrichtung ist eine Länge des thermischen Pfades zwischen der zu kühlenden Mehrzahl an Batteriezellen bzw. der zu kühlenden Schalteinrichtung und dem Temperierfluid reduziert. Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, dass das von Temperierfluid umströmbar ausgebildete Temperierelement während eines normalen Betriebs des Batteriemoduls unterhalb der Mehrzahl an Batteriezellen und unterhalb der Schalteinrichtung angeordnet ist. Insbesondere ist der erste Bereich unterhalb der Mehrzahl an Batteriezellen angeordnet und der zweite Bereich unterhalb der Schalteinrichtung.Due to the immediately adjacent arrangement of the first region to the plurality of battery cells or of the second region to the switching device, a length of the thermal path between the plurality of battery cells to be cooled or the switching device to be cooled and the temperature control fluid is reduced. Furthermore, it should be noted at this point that the temperature control element, which is designed so that temperature control fluid can flow around it, is arranged below the plurality of battery cells and below the switching device during normal operation of the battery module. In particular, the first area is arranged below the plurality of battery cells and the second area is arranged below the switching device.

Insgesamt bietet eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Batteriemoduls den Vorteil, dass eine optimale Entwärmung der Schalteinrichtung mit einer geringen Temperaturdifferenz zwischen dem Temperierfluid und der Schalteinrichtung ausgebildet werden kann. Insbesondere bedeckt der zweite Bereich den Bereich der Anordnung der Schalteinrichtung vollständig, sodass die gesamte Schalteinrichtung von Temperierfluid unterströmbar ausgebildet ist. Hierdurch kann ein vergleichbar kurzer thermischer Pfad ausgebildet werden. Insbesondere kann der Wärmestrom ohne eine großflächige Wärmeleitung beispielsweise in Querrichtung zum Gehäuseboden unmittelbar und direkt an das Temperierfluid übertragen werden, sodass die Mehrzahl an Batteriezellen und die Schalteinrichtung thermisch entkoppelt sind.Overall, an embodiment of the battery module according to the invention offers the advantage that optimal heat dissipation of the switching device can be achieved with a small temperature difference between the temperature control fluid and the switching device. In particular, the second area completely covers the area of the arrangement of the switching device, so that the entire switching device is designed so that temperature control fluid can flow under it. This allows a comparably short thermal path to be formed. In particular, the heat flow can be transferred directly and directly to the temperature control fluid, for example in the transverse direction to the housing base, without large-area heat conduction, so that the plurality of battery cells and the switching device are thermally decoupled.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass eine Schalteinrichtung grundsätzlich dazu dient, einen Stromkreis dahingehend zu schalten, dass dieser entweder offen oder geschlossen ist. Hierdurch kann ein Batteriemodul insbesondere dahingehend geregelt werden, dass ein Spannungsabgriff des Batteriemoduls bspw. der positive Spannungsabgriff des Batteriemoduls spannungsfrei gestellt werden kann. Solche Schalteinrichtungen führen somit den maximalen Strom des jeweiligen Batteriemoduls. Die Schalteinrichtung kann hierbei bspw. als Halbleiterschalter, welche auch als Transistoren, Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistoren (oder kurz MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isoliertem Gate (oder kurz IGBT) bekannt sind, ausgebildet sein. Weiterhin kann die Schalteinrichtung hierbei bspw. auch als Relais ausgebildet sein, welches grundsätzlich ein durch elektrischen Strom betriebener Schalter mit in der Regel zwei Schaltstellungen ist, und in welchem ein elektrischer Kontakt bspw. durch eine elektromagnetische Kraft geöffnet und geschlossen werden kann.It should be noted at this point that a switching device basically serves to switch a circuit so that it is either open or closed. In this way, a battery module can be regulated in particular in such a way that a voltage tap of the battery module, for example the positive voltage tap of the battery module, can be made voltage-free. Such switching devices therefore carry the maximum current of the respective battery module. The switching device can be designed, for example, as a semiconductor switch, which is also known as transistors, metal oxide semiconductor field effect transistors (or MOSFET for short) or bipolar transistors with an insulated gate (or IGBT for short). Furthermore, the switching device can also be designed, for example, as a relay, which is basically a switch operated by electrical current with usually two switching positions, and in which an electrical contact can be opened and closed, for example, by an electromagnetic force.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Batteriezellen dabei jeweils als prismatische Batteriezellen ausgebildet. An dieser Stelle sei angemerkt, dass prismatisch ausgebildete Batteriezellen jeweils ein Batteriezellengehäuse mit insgesamt sechs Seitenflächen umfassen, welche paarweise einander gegenüberliegend und im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind. Weiterhin sind benachbart zueinander angeordnete Seitenflächen rechtwinklig zueinander angeordnet. In einem Inneren des Batteriezellengehäuses sind die elektrochemischen Komponenten der jeweiligen Batteriezelle aufgenommen. Üblicherweise sind an einer als Deckelfläche bezeichneten oberen Seitenfläche zwei Spannungsabgriffe, wie insbesondere ein positiver Spannungsabgriff und ein negativer Spannungsabgriff, angeordnet. Die der oberen Seitenfläche gegenüberliegend angeordnete untere Seitenfläche ist als Bodenfläche bezeichnet.According to a particularly preferred embodiment, the battery cells are each designed as prismatic battery cells. It should be noted at this point that prismatic battery cells each comprise a battery cell housing with a total of six side surfaces, which are arranged in pairs opposite one another and essentially parallel to one another. Furthermore, side surfaces arranged adjacent to one another are arranged at right angles to one another. The electrochemical components of the respective battery cell are accommodated in an interior of the battery cell housing. Usually, two voltage taps, such as in particular a positive voltage tap and a negative voltage tap, are arranged on an upper side surface known as the cover surface. The lower side surface arranged opposite the upper side surface is referred to as the bottom surface.

Bevorzugt ist die Schalteinrichtung unmittelbar benachbart zu einer endständig angeordneten Batteriezelle angeordnet. Hierdurch ist es möglich, eine vergleichbar kurze Verbindung zwischen der Schalteinrichtung und der endständig angeordneten Batteriezelle auszubilden.The switching device is preferably arranged immediately adjacent to a battery cell arranged at the end. This makes it possible to form a comparably short connection between the switching device and the battery cell arranged at the end.

Es ist zweckmäßig, wenn zwischen der Mehrzahl an Batteriezellen und dem Temperierelement und/oder wenn zwischen der Schalteinrichtung und dem Temperierelement jeweils ein thermisches Ausgleichsmaterial angeordnet. Hierdurch kann eine zuverlässige thermische Anbindung der Mehrzahl an Batteriezellen bzw. der Schalteinrichtung an das Temperierelement ausgebildet werden. Das thermische Ausgleichsmaterial kann hier beispielsweise als sogenanntes gap pad, als sogenannter gap filler oder als thermisch leitfähiger Klebstoff ausgebildet sein.It is expedient if a thermal compensation material is arranged between the plurality of battery cells and the temperature control element and/or if a thermal compensation material is arranged between the switching device and the temperature control element. In this way, a reliable thermal connection of the plurality of battery cells or the switching device to the temperature control element can be formed. The thermal compensation material can be designed here, for example, as a so-called gap pad, as a so-called gap filler or as a thermally conductive adhesive.

Besonders bevorzugt bildet das Gehäuse des Batteriemoduls das Temperierelement aus. Insbesondere sind die Temperierfluid führenden Bereiche außerhalb des Gehäuses des Batteriemoduls ausgebildet. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass Temperierfluid nicht in einem Innenraum des Gehäuses, in welchem die Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen ist, geführt wird. Insgesamt ist es dadurch möglich, auf ein zusätzliches Temperierelement, wie beispielsweise Kühlplatten, zu verzichten. Ein solches Gehäuse des Batteriemoduls kann beispielsweise als Druckgussgehäuse ausgebildet sein. Hierbei kann die Mehrzahl an Temperierrippen während des Druckgussprozesses ausgebildet werden. Insbesondere kann die Angussrichtung des Druckgusswerkzeuges gleich der Längsrichtung der Temperierrippen sein, sodass eine vergleichbar gute Gießbarkeit ausgebildet werden kann.The housing of the battery module particularly preferably forms the temperature control element. In particular, the areas carrying the temperature control fluid are formed outside the housing of the battery module. In other words, this means that temperature control fluid is not guided in an interior of the housing in which the majority of battery cells are accommodated. Overall, this makes it possible to dispense with an additional temperature control element, such as cooling plates. Such a housing of the battery module can be designed, for example, as a die-cast housing. The majority of temperature control ribs can be formed during the die casting process. In particular, the sprue direction of the die-casting tool can be the same as the longitudinal direction of the tempering ribs, so that comparably good castability can be achieved.

Insgesamt ist es dadurch möglich, dass Temperierfluid außerhalb eines Innenraums des Batteriemoduls geführt ist, sodass beispielsweise Undichtigkeiten nicht zu einem Kontakt zwischen dem Temperierfluid und der Mehrzahl an Batteriezellen führen. Hierdurch ist es auch möglich, eine wärmeübertragende Fläche des Temperierelements in der Art zu optimieren, dass eine besonders zuverlässige Wärmeabfuhr der Mehrzahl an Batteriezellen sowie der Schalteinrichtung an ein das Temperierelement umströmendes Temperierfluid ermöglicht ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass Temperierrippen im Wesentlichen dazu ausgebildet sind, das Temperierfluid zu führen. Weiterhin ist hierdurch auch eine wärmeübertragende Oberfläche vergrößert.Overall, this makes it possible for temperature control fluid to be guided outside an interior of the battery module, so that, for example, leaks do not lead to contact between the temperature control fluid and the plurality of battery cells. This also makes it possible to optimize a heat-transferring surface of the temperature control element in such a way that particularly reliable heat dissipation from the plurality of battery cells and the switching device to a temperature control fluid flowing around the temperature control element is made possible. It should be noted at this point that temperature control ribs are essentially designed to guide the temperature control fluid. Furthermore, this also increases the heat-transferring surface.

Gemäß einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung ist es bevorzugt, wenn der erste Bereich eine erste Art an Temperierrippen und/oder eine erste Anordnungsdichte an Temperierrippen aufweist und wenn der zweite Bereich eine zweite Art an Temperierrippen und/oder eine zweite Anordnungsdichte an Temperierrippen aufweist. Bevorzugt sind die erste Art und die zweite Art und/oder die erste Anordnungsdichte und die zweite Anordnungsdichte voneinander verschieden. Insbesondere können dadurch der erste Bereich, welcher ausgebildet ist, die Mehrzahl an Batteriezellen zu temperieren, und der zweite Bereich, welcher ausgebildet ist, die Schalteinrichtung zu temperieren, unabhängig voneinander optimiert und an die jeweiligen Bedürfnisse angepasst werden. Die Art der Temperierrippen umfasst dabei beispielsweise eine geometrische Form, eine Breite und/oder eine Höhe einer jeweiligen Temperierrippe sowie einen Abstand zwischen benachbarten Temperierrippen. Die Anordnungsdichte beschreibt hierbei die Anzahl an Temperierrippen innerhalb einer bestimmten Fläche. Beispielsweise kann die Anordnungsdichte auch über einen Abstand einzelner Temperierrippen zueinander beeinflusst werden.According to a particularly expedient embodiment of the invention, it is preferred if the first region has a first type of tempering ribs and/or a first arrangement density of tempering ribs and if the second region has a second type of tempering ribs and/or a second arrangement density of tempering ribs. Preferably, the first type and the second type and/or the first arrangement density and the second arrangement density are different from one another. In particular, the first area, which is designed to control the temperature of the plurality of battery cells, and the second area, which is designed to control the temperature of the switching device, can be optimized independently of one another and adapted to the respective needs. The type of tempering ribs includes, for example, a geometric shape, a width and/or a height of a respective tempering rib and a distance between adjacent tempering ribs. The arrangement density describes the number of temperature control ribs within a certain area. For example, the arrangement density can also be influenced by the distance between individual temperature control ribs.

Selbstverständlich ist es auch möglich, wenn der erste Bereich und der zweite Bereich hinsichtlich der Art an Temperierrippen und der Anordnungsdichte an Temperierrippen identisch ausgebildet sind.Of course, it is also possible if the first area and the second area are designed identically with regard to the type of temperature control ribs and the arrangement density of temperature control ribs.

Zudem ist es auch zweckmäßig, wenn das Batteriemodul einen Einlass aufweist, welcher zu einem Einströmen von Temperierfluid insbesondere an das Temperierelement heran ausgebildet ist, und wenn das Batteriemodul einen Auslass aufweist, welcher zu einem Ausströmen von Temperierfluid insbesondere von dem Temperierelement weg ausgebildet ist. Insbesondere können der Einlass und der Auslass fahrzeugseitig ausgeführt sein. Ferner sind der Einlass und der Auslass in der Art ausgebildet, dass eine gleichmäßige Verteilung über der Längsrichtung des Batteriemoduls ausgebildet ist.In addition, it is also expedient if the battery module has an inlet which is designed for an inflow of temperature control fluid, in particular towards the temperature control element, and if the battery module has an outlet, which is designed for an outflow of temperature control fluid, in particular away from the temperature control element. In particular, the inlet and the outlet can be designed on the vehicle side. Furthermore, the inlet and the outlet are designed in such a way that a uniform distribution is formed over the longitudinal direction of the battery module.

Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind benachbarte Temperierrippen in der Art durch einen Abstand voneinander beabstandet, dass Temperierfluid zwischen benachbarten Temperierrippen strömen kann. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist hiermit zwischen benachbarten Temperierrippen ein Strömungskanal ausgebildet.According to a preferred aspect of the invention, adjacent tempering ribs are spaced apart from one another in such a way that tempering fluid can flow between adjacent tempering ribs. In other words, a flow channel is formed between adjacent temperature control ribs.

Dabei weisen benachbarte Temperierrippen des ersten Bereichs einen ersten Abstand auf und weisen benachbarte Temperierrippen des zweiten Bereichs einen zweiten Abstand auf. Dabei sind der erste Abstand und der zweite Abstand bevorzugt voneinander verschieden.In this case, adjacent temperature control ribs of the first area have a first distance and adjacent temperature control ribs of the second area have a second distance. The first distance and the second distance are preferably different from one another.

Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn die Schalteinrichtung als ein mechanisches Relais ausgebildet ist.Furthermore, it is also expedient if the switching device is designed as a mechanical relay.

Ferner sei an dieser Stelle auch noch angemerkt, dass die Mehrzahl an Batteriezellen, welche insbesondere bevorzugt prismatisch ausgebildet sind, bevorzugt in einer Längsrichtung des Batteriemoduls nebeneinander angeordnet sind. Bei einer Anordnung der Batteriezellen in einer Längsrichtung des Batteriemoduls nebeneinander sind die Batteriezellen mit ihren jeweils größten Seitenflächen, welche jeweils insbesondere rechtwinklig zu der oberen Seitenfläche und der unteren Seitenfläche angeordnet sind, benachbart zueinander angeordnet. An dieser Stelle sei bemerkt, dass die Längsrichtung des Batteriemoduls in diesem Fall demnach senkrecht zu den größten Seitenflächen der Batteriezellen angeordnet ist.Furthermore, it should also be noted at this point that the plurality of battery cells, which are particularly preferably prismatic, are preferably arranged next to one another in a longitudinal direction of the battery module. When the battery cells are arranged next to one another in a longitudinal direction of the battery module, the battery cells are arranged adjacent to one another with their largest side surfaces, which are each arranged in particular at right angles to the upper side surface and the lower side surface. It should be noted at this point that the longitudinal direction of the battery module in this case is arranged perpendicular to the largest side surfaces of the battery cells.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigt:

1 in einer perspektivischen Ansicht eine Unterseite einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Batteriemoduls,
2 in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls,
3a eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls,
3b eine Untersicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls,
4 in einer perspektivischen Ansicht eine Untersicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls und
5 eine Ausführungsform möglicher Temperierrippen.

It shows:

1 in a perspective view a bottom of an embodiment of a battery module according to the invention,
2 in a perspective view a section of the embodiment of the battery module according to the invention,
3a a top view of the embodiment of the battery module according to the invention,
3b a bottom view of the embodiment of the battery module according to the invention,
4 in a perspective view, a bottom view of the embodiment of the battery module according to the invention and
5 an embodiment of possible tempering ribs.

1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Unterseite einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Batteriemoduls 1. 1 shows a perspective view of the underside of an embodiment of a battery module 1 according to the invention.

Hierbei ist ein Gehäuse 8 des Batteriemoduls 1 zu erkennen, welches bevorzugt als Druckgussgehäuse 80 ausgebildet ist.Here, a housing 8 of the battery module 1 can be seen, which is preferably designed as a die-cast housing 80.

Ferner ist auch ein Temperierelement 6 zu erkennen, welches eine Mehrzahl an Temperierrippen 10 umfasst.Furthermore, a temperature control element 6 can also be seen, which includes a plurality of temperature control ribs 10.

Dabei weisen die Temperierrippen 10 eine Längsrichtung 24 auf, welche senkrecht zu einer Längsrichtung 25 des Batteriemoduls 1 angeordnet ist.The temperature control ribs 10 have a longitudinal direction 24, which is arranged perpendicular to a longitudinal direction 25 of the battery module 1.

2 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Ausschnitt der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls 1. 2 shows a perspective view of a section of the embodiment of the battery module 1 according to the invention.

Das Batteriemodul 1 umfasst eine Mehrzahl an Batteriezellen 2, welche insbesondere jeweils als Lithium-Ionen-Batteriezellen 20 ausgebildet sind. Weiterhin sind die Batteriezellen 2 insbesondere als prismatische Batteriezellen 200 ausgebildet. Die Batteriezellen 2 können dabei beispielsweise mittels in 2 nicht zu erkennenden Zellverbindern elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sein.The battery module 1 comprises a plurality of battery cells 2, which are each designed in particular as lithium-ion battery cells 20. Furthermore, the battery cells 2 are designed in particular as prismatic battery cells 200. The battery cells 2 can be used, for example, using in 2 Cell connectors that cannot be recognized can be electrically conductively connected to one another in series and/or parallel.

Weiterhin umfasst das Batteriemodul 1 eine Schalteinrichtung 3, welche insbesondere als ein mechanisches Relais 30 ausgebildet ist.Furthermore, the battery module 1 includes a switching device 3, which is designed in particular as a mechanical relay 30.

Die Schalteinrichtung 3 ist dabei unmittelbar benachbart zu einer endständig angeordneten Batteriezelle 21 angeordnet.The switching device 3 is arranged directly adjacent to a battery cell 21 arranged at the end.

Die Schalteinrichtung 3 weist dabei einen ersten Anschluss 31 auf, welcher mit einem Spannungsabgriff 41 der endständig angeordneten Batteriezelle 21 elektrisch leitend verbunden ist. Insbesondere umfasst das Batteriemodul 1 hierzu ein erstes Verbindungselement 13. Das erste Verbindungselement 13 ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und ist dabei mit einem endständig angeordneten Zellverbinder 100 und mit dem ersten Anschluss 31 elektrisch leitend verbunden, sodass der Spannungsabgriff 41 der endständig angeordneten Batteriezelle 21 elektrisch leitend mit dem ersten Anschluss 31 verbunden ist.The switching device 3 has a first connection 31, which is electrically conductively connected to a voltage tap 41 of the battery cell 21 arranged at the end. In particular, the battery module 1 comprises a first connecting element 13 for this purpose. The first connecting element 13 is made of an electrically conductive material and is electrically conductively connected to a cell connector 100 arranged at the end and to the first connection 31, so that the voltage tap 41 of the battery cell 21 arranged at the end is electrically conductively connected to the first connection 31.

Weiterhin weist die Schalteinrichtung 3 einen zweiten Anschluss 32 auf, welcher mit einem Spannungsabgriff 51 des Batteriemoduls 1 elektrisch verbindbar ist. Insbesondere umfasst das Batteriemodul 1 hierzu ein zweites Verbindungselement 12. Das zweite Verbindungselement 12 ist aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet und ist dabei mit dem zweiten Anschluss 32 verbunden und mit dem Spannungsabgriff 51 des Batteriemoduls 1 verbindbar. Weiterhin ist in der 1 gezeigt, dass ein Sicherungselement 15 zwischen dem zweiten Verbindungselement 12 und dem Spannungsabgriff 51 des Batteriemoduls 1 angeordnet sein kann.Furthermore, the switching device 3 has a second connection 32, which can be electrically connected to a voltage tap 51 of the battery module 1. In particular, the battery module 1 includes a second connecting element 12 for this purpose. The second connecting element 12 is made of an electrically conductive material and is connected to the second connection 32 and can be connected to the voltage tap 51 of the battery module 1. Furthermore, in the 1 shown that a fuse element 15 can be arranged between the second connecting element 12 and the voltage tap 51 of the battery module 1.

Weiterhin sind das erste Verbindungselement 13 und das zweite Verbindungselement 12 wärmeleitend mit dem Gehäuse 8 verbunden. Insbesondere ist diese Verbindung unmittelbar benachbart zu dem Temperierelement 6 ausgebildet.Furthermore, the first connecting element 13 and the second connecting element 12 are connected to the housing 8 in a heat-conducting manner. In particular, this connection is formed immediately adjacent to the temperature control element 6.

In der 2 ist auch das Temperierelement 6 zu erkennen, welches zu einer Umströmung mit einem Temperierfluid 71, insbesondere einem Temperiergas 72 ausgebildet ist. Das Temperierelement 6 ist dabei weiterhin wärmeleitend mit der Mehrzahl an Batteriezellen 2 und der Schalteinrichtung 3 verbunden.In the 2 The temperature control element 6 can also be seen, which is designed to flow around with a temperature control fluid 71, in particular a temperature control gas 72. The temperature control element 6 is further connected to the plurality of battery cells 2 and the switching device 3 in a heat-conducting manner.

Aus der 2 ist weiterhin zu erkennen, dass zwischen der Mehrzahl an Batteriezellen 2 und dem Temperierelement 6 sowie zwischen der Schalteinrichtung 3 und dem Temperierelement 6 ein thermisches Ausgleichsmaterial 9 angeordnet ist.From the 2 It can also be seen that a thermal compensation material 9 is arranged between the plurality of battery cells 2 and the temperature control element 6 and between the switching device 3 and the temperature control element 6.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Gehäuse 8 des Batteriemoduls 1 das Temperierelement 6 ausbildet.At this point it should be noted that the housing 8 of the battery module 1 forms the temperature control element 6.

Insbesondere bildet das Gehäuse 8 des Batteriemoduls 1 eine Mehrzahl an Temperierrippen 10 aus.In particular, the housing 8 of the battery module 1 forms a plurality of temperature control ribs 10.

Auch zu erkennen ist, dass das Batteriemodul 1 einen Einlass 63 aufweist, welcher zu einem Einströmen von Temperierfluid 71 in das Temperierelement 6 hinein ausgebildet ist, und dass das Batteriemodul 1 einen Auslass 64 aufweist, welcher zu einem Ausströmen von Temperierfluid 71 aus dem Temperierelement 6 heraus ausgebildet ist.It can also be seen that the battery module 1 has an inlet 63, which is designed for temperature control fluid 71 to flow into the temperature control element 6, and that the battery module 1 has an outlet 64, which allows temperature control fluid 71 to flow out of the temperature control element 6 is trained out.

Die 3a zeigt eine Draufsicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls 1 und die 3b zeigt eine Untersicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls 1. Die beiden 3a und 3b sind im Folgenden gemeinsam beschrieben.The 3a shows a top view of the embodiment of the battery module 1 according to the invention and the 3b shows a bottom view of the embodiment of the battery module 1 according to the invention. The two 3a and 3b are described together below.

Zu erkennen ist, dass das Temperierelement 6 einen ersten Bereich 61 aufweist, welcher unmittelbar benachbart zu der Mehrzahl an Batteriezellen 2 angeordnet ist und dass das Temperierelement 6 einen zweiten Bereich 62 aufweist, welcher unmittelbar benachbart zu der Schalteinrichtung 3 angeordnet ist.It can be seen that the temperature control element 6 has a first region 61, which is arranged immediately adjacent to the plurality of battery cells 2 and that the temperature control element 6 has a second region 62, which is arranged immediately adjacent to the switching device 3.

Insbesondere aus der 3b ist zu erkennen, dass das Gehäuse 8 des Batteriemoduls eine Mehrzahl an Temperierrippen 10 ausbildet bzw. aufweist.Especially from the 3b It can be seen that the housing 8 of the battery module has a Forms or has a plurality of tempering ribs 10.

Die 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht eine Untersicht der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Batteriemoduls 1.The 4 shows a perspective view of a bottom view of the embodiment of the battery module 1 according to the invention.

Dabei ist zu erkennen, dass eine senkrecht ausgebildete Strömungsführung ausgebildet ist. Insbesondere ist die Strömungsführung senkrecht zu der Längsrichtung 25 des Batteriemoduls 1 ausgebildet.It can be seen that a vertical flow guide is formed. In particular, the flow guidance is designed perpendicular to the longitudinal direction 25 of the battery module 1.

5 zeigt eine Ausführungsform möglicher Temperierrippen 10. 5 shows an embodiment of possible temperature control ribs 10.

Hierbei soll insbesondere auch eine Anordnungsdichte der Mehrzahl an Temperierrippen 10 verdeutlicht sein. Die Anordnungsdichte beschreibt dabei die Anzahl an Temperierrippen 10 beispielsweise innerhalb eines bestimmten Bereichs.In particular, an arrangement density of the plurality of temperature control ribs 10 should also be clarified. The arrangement density describes the number of tempering ribs 10, for example within a certain range.

Hierbei ist auch zu erkennen, dass die Temperierrippen 10 durch einen Abstand 103 beabstandet voneinander angeordnet sind. Mittels einer Variation dieses Abstandes 103 kann auch die Anordnungsdichte verändert werden. An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Temperierrippen 10 des ersten Bereichs 61 durch einen ersten Abstand 131 beabstandet sein können und dass die Temperierrippen 10 des zweiten Bereichs 62 durch einen zweiten Abstand 132 beabstandet sein können.It can also be seen here that the temperature control ribs 10 are arranged spaced apart from one another by a distance 103. By varying this distance 103, the arrangement density can also be changed. At this point it should be noted that the tempering ribs 10 of the first region 61 can be spaced apart by a first distance 131 and that the tempering ribs 10 of the second region 62 can be spaced apart by a second distance 132.

Hierbei soll insbesondere auch die Art der Mehrzahl an Temperierrippen 10 verdeutlicht sein.In particular, the type of plurality of tempering ribs 10 should be made clear.

Die Art einer Temperierrippe 10 ist insbesondere durch dessen geometrische Form, und hierbei beispielsweise durch eine Breite 101, eine Höhe 102 und/oder einen Abstand 103 charakterisiert.The type of a tempering rib 10 is characterized in particular by its geometric shape, and here for example by a width 101, a height 102 and/or a distance 103.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102021200040 [0007]
DE 102018220937 [0007]
DE 102020206338 [0007]
DE 102020206339 [0007]

Claims

Battery module with a plurality of battery cells (2), in particular lithium-ion battery cells (20), which are each connected to one another in series and/or parallel in an electrically conductive manner, and a switching device (3), which has a first connection (31) and a second connection (32), the first connection (31) being electrically conductively connected to a voltage tap (41) of a terminal battery cell (21) and the second connection (32) being connected to a voltage tap ( 51) of the battery module (1) is electrically connected, and a temperature control element (6), which has a plurality of temperature control ribs (10) around which temperature control fluid (71) can flow, and which is further connected in a heat-conducting manner to the plurality of battery cells (2) and the switching device (3), wherein the temperature control element (6) has a first region (61). , which is arranged immediately adjacent to the plurality of battery cells (2) and has a second region (62) which is arranged immediately adjacent to the switching device (3), a longitudinal direction (24) of a temperature control rib (10) being arranged perpendicular to a longitudinal direction (25) of the battery module (1).

Battery module after the previous one Claim 1 , characterized in that the switching device (3) is arranged immediately adjacent to the terminal battery cell (21).

Battery module according to one of the preceding Claims 1 until 2 , characterized in that a thermal compensation material (9) is arranged between the plurality of battery cells (2) and the temperature control element (6) and / or between the switching device (3) and the temperature control element (6).

Battery module according to one of the above Claims 1 until 3 , characterized in that a housing (8) of the battery module (1) forms the temperature control element (6).

Battery module according to one of the preceding Claims 1 until 4 , characterized in that the first region (61) has a first type of tempering ribs (10) and/or a first arrangement density of tempering ribs (10) and that the second region (62) has a second type of tempering ribs (10) and/or has a second arrangement density of temperature control ribs (10).

Battery module according to one of the preceding Claims 1 until 5 , characterized in that the battery module (1) has an inlet (63) designed for an inflow of temperature control fluid (71) and the battery module (1) has an outlet (64) designed for an outflow of temperature control fluid (71).

Battery module according to one of the preceding Claims 1 until 6 , characterized in that adjacent tempering ribs (10) are spaced apart from one another by a distance (103) in such a way that tempering fluid (71) can flow between adjacent tempering ribs (10).

Battery module after the previous one Claim 7 , characterized in that adjacent tempering ribs (10) of the first region (61) have a first distance (131) and that adjacent tempering ribs (10) of the second region (62) have a second distance (132), the first distance (131 ) and the second distance (132) are different from each other.

Battery module according to one of the preceding Claims 1 until 9 , characterized in that the switching device (3) is designed as a mechanical relay (30).