DE102022209539A1 - Battery cell module - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul (1) mit einem Zellenstapel (4) aus Batteriezellen (5) und einem von Kühlflüssigkeit durchströmbaren Gehäuse (2). Zudem weist das Batteriezellenmodul (1) für den jeweiligen Zellenstapel (4) eine Leitergruppe (7) mit einem Leiter (8) und einem flexiblen Kontaktelement (10) auf. Das Kontaktelement (10) weist einen von Kühlflüssigkeit umströmbaren Temperatursensor (11) auf.The invention relates to a battery cell module (1) with a cell stack (4) made of battery cells (5) and a housing (2) through which coolant can flow. In addition, the battery cell module (1) has a conductor group (7) with a conductor (8) and a flexible contact element (10) for the respective cell stack (4). The contact element (10) has a temperature sensor (11) around which coolant can flow.
Description
Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul für ein Kraftfahrzeug mit einem Zellenstapel aus mehreren gestapelten Batteriezellen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a battery cell module for a motor vehicle with a cell stack consisting of several stacked battery cells according to the preamble of claim 1.
In einem Batteriezellenmodul soll beim Laden und beim Entladen der Batteriezellen eine kritische Temperatur von beispielweise 60°C nicht überschritten werden. Wird das Batteriezellenmodul aktiv gekühlt, so soll die Kühlflüssigkeit eine definierte Temperatur aufweisen und die Temperatur permanent überwacht werden. Die Überwachung der Temperatur erfolgt üblicherweise über 1-2 Messpunkte auf der Systemebene. Dadurch kann die Temperatur unmittelbar in dem Batteriezellenmodul ausschließlich über Softwaremodelle vorhergesagt werden.In a battery cell module, a critical temperature of, for example, 60 ° C should not be exceeded when charging and discharging the battery cells. If the battery cell module is actively cooled, the coolant should have a defined temperature and the temperature should be permanently monitored. The temperature is usually monitored via 1-2 measuring points at the system level. This means that the temperature in the battery cell module can be predicted directly using software models only.
Die Aufgabe der Erfindung ist es daher, für ein Batteriezellenmodul der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest alternative Ausführungsform anzugeben, bei der die beschriebenen Nachteile überwunden werden.The object of the invention is therefore to provide an improved or at least alternative embodiment for a battery cell module of the generic type, in which the disadvantages described are overcome.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved according to the invention by the subject matter of independent claim 1. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die Temperatur der Kühlflüssigkeit am Einlass und/oder am Auslass des Batteriezellenmoduls zu messen.The present invention is based on the general idea of measuring the temperature of the coolant at the inlet and/or outlet of the battery cell module.
Das erfindungsgemäße Batteriezellenmodul ist für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für ein batteriebetriebenes Kraftfahrzeug, ausgelegt. Das Batteriezellenmodul weist wenigstens einen Zellenstapel aus mehreren aneinander gestapelten Batteriezellen und ein von einer Kühlflüssigkeit durchströmbares Gehäuse auf. Der jeweilige Zellenstapel ist dabei in dem Gehäuse von der Kühlflüssigkeit unmittelbar umströmbar aufgenommen. Das Batteriezellenmodul weist zudem für den jeweiligen Zellenstapel wenigstens eine Leitergruppe mit einem Leiter zum Erfassen von Spannung an den Batteriezellen und mit einem flexiblen Kontaktelement auf. In der jeweiligen Leitergruppe sind das Kontaktelement nach außen und mit dem Leiter und der Leiter mit den Batteriezellen des jeweiligen Zellenstapels elektrisch kontaktiert. Erfindungsgemäß weist das Kontaktelement in wenigstens einer der jeweiligen Leitergruppen einen von der Kühlflüssigkeit umströmbaren Temperatursensor auf. Der Temperatursensor ist dabei zum Erfassen von Temperatur der Kühlflüssigkeit, die das Kontaktelement umströmt, ausgelegt.The battery cell module according to the invention is designed for a motor vehicle, in particular for a battery-operated motor vehicle. The battery cell module has at least one cell stack made up of several battery cells stacked together and a housing through which a coolant can flow. The respective cell stack is accommodated in the housing so that the coolant can flow directly around it. The battery cell module also has at least one conductor group for the respective cell stack with a conductor for detecting voltage on the battery cells and with a flexible contact element. In the respective conductor group, the contact element is electrically contacted to the outside and with the conductor and the conductor is electrically contacted with the battery cells of the respective cell stack. According to the invention, the contact element has a temperature sensor in at least one of the respective conductor groups around which the coolant can flow. The temperature sensor is designed to detect the temperature of the coolant that flows around the contact element.
Das Gehäuse ist von der Kühlflüssigkeit unmittelbar durchströmbar und dadurch ist der jeweilige Zellenstapel und die Batteriezellen des Zellenstapels unmittelbar von der Kühlflüssigkeit beaufschlagt. Mit anderen Worten stehet der Zellenstapel und die Batteriezellen des Zellenstapels in einem unmittelbaren Kontakt miteinander. Dadurch kann der Zellenstapel und die Batteriezellen des Zellenstapels besonders effektiv gekühlt werden. Zweckgemäß kann die Kühlflüssigkeit dielektrisch sein. Das Kontaktelement der jeweiligen Leitergruppe ist in dem Gehäuse von der Kühlflüssigkeit unmittelbar umströmbar bzw. beaufschlagbar angeordnet und die Temperatur der Kühlflüssigkeit kann unmittelbar in dem Gehäuse des Batteriezellenmoduls erfasst werden. Dadurch kann die Kühlung des Batteriezellenmoduls effektiv und sicher gesteuert werden. Insbesondere kann die Lebensdauer der Batteriezellen und die Alterung des Zellenstapels besser vorhergesagt werden. Auch die Effizienz eines Kühlmanagementsystems mit Pumpen, Wärmetauschern und weiteren Elementen kann verbessert werden.The cooling liquid can flow directly through the housing and as a result the respective cell stack and the battery cells of the cell stack are directly acted upon by the cooling liquid. In other words, the cell stack and the battery cells of the cell stack are in direct contact with one another. This allows the cell stack and the battery cells of the cell stack to be cooled particularly effectively. The coolant can expediently be dielectric. The contact element of the respective conductor group is arranged in the housing so that the coolant can flow around or be acted upon directly, and the temperature of the coolant can be recorded directly in the housing of the battery cell module. This allows the cooling of the battery cell module to be controlled effectively and safely. In particular, the service life of the battery cells and the aging of the cell stack can be better predicted. The efficiency of a cooling management system with pumps, heat exchangers and other elements can also be improved.
Das Kontaktelement kann durch seine Flexibilität den Abstand zwischen dem Leiter der jeweiligen Leitergruppe und weiteren Elementen beim Kontaktieren überbrücken. Das Kontaktelement der jeweiligen Leitergruppe ist flexibel und kann beispielweise eine flexible Leiterplatte bzw. eine FPC (FPC: Flexible Printed Circuit) oder ein flexibles Flachkabel bzw. ein FFC (FFC: Flexible Flat Cabel) sein. Das Kontaktelement der jeweiligen Leitergruppe kann nach außen mit einem Steuergerät eines Batteriemanagementsystems verbindbar sein. Das Steuerungsgerät kann ein CSC (CSC: Cell Supervision Circuit) oder CMC (CMC: Cell Monitoring Circuit) oder Slave sein. Von dem Temperatursensor erfassten Temperaturdaten können dann unmittelbar an das Steuergerät des Batteriemanagementsystems übertragbar sein.Due to its flexibility, the contact element can bridge the distance between the conductor of the respective conductor group and other elements when making contact. The contact element of the respective conductor group is flexible and can be, for example, a flexible circuit board or an FPC (FPC: Flexible Printed Circuit) or a flexible flat cable or an FFC (FFC: Flexible Flat Cable). The contact element of the respective conductor group can be externally connectable to a control unit of a battery management system. The control device can be a CSC (CSC: Cell Supervision Circuit) or CMC (CMC: Cell Monitoring Circuit) or slave. Temperature data recorded by the temperature sensor can then be transmitted directly to the control unit of the battery management system.
Der Leiter der jeweiligen Leitergruppe kann eine flexible Leiterplatte bzw. eine FPC (FPC: Flexible Printed Circuit) oder ein flexibles Kabel oder ein flexibles Flachkabel bzw. ein FFC (FFC: Flexible Flat Cabel) oder eine Leiterplatte bzw. eine PCB (PCB: Printed Circuit Board) sein und in dem Gehäuse von der Kühlflüssigkeit unmittelbar umströmbar bzw. beaufschlagbar angeordnet sein. Der Leiter der jeweiligen Leitergruppe kann insbesondere eine die Batteriezellen des Zellenstapels elektrisch verbindende Stromsammelschiene und das Kontaktelement elektrisch leitend verbinden. Der Temperatursensor kann insbesondere ein NTC-Thermistor sein. Der Temperatursensor kann insbesondere ein oberflächenmontiertes Bauelement sein. Der Temperatursensor kann unmittelbar auf dem Kontaktelement befestigt sein.The leader of the respective conductor group can be a flexible printed circuit board or an FPC (FPC: Flexible Printed Circuit) or a flexible cable or a flexible flat cable or an FFC (FFC: Flexible Flat Cable) or a printed circuit board or a PCB (PCB: Printed Circuit board) and be arranged in the housing so that the coolant can flow directly around or be acted upon. The conductor of the respective conductor group can in particular electrically conductively connect a current busbar that electrically connects the battery cells of the cell stack and the contact element. The temperature sensor can in particular be an NTC thermistor. The temperature sensor can in particular be a surface-mounted component. The temperature sensor can be attached directly to the contact element.
Die jeweilige Leitergruppe kann wenigstens eine Stützstruktur zum Abstützen des flexiblen Kontaktelements aufweisen. Die Stützstruktur kann dabei unterhalb des Kontaktelements zumindest im Bereich des Temperatursensors befestigt sein und dadurch den Temperatursensor räumlich fixieren. Dadurch kann der Temperatursensor in dem Gehäuse räumlich festgelegt sein und die Genauigkeit der Temperaturmessungen verbessert werden. Alternativ kann das Kontaktelement mit dem Temperatursensor auf einer das Kontaktelement umgebenden Oberfläche des Batteriezellenmoduls - beispielweise stoffschlüssig - festgelegt sein. Insbesondere kann das Kontaktelement mit der das Kontaktelement umgebenden Oberfläche des Batteriezellenmoduls verklebt sein.The respective conductor group can have at least one support structure for supporting the flexible contact element. The support structure can be attached below the contact element at least in the area of the temperature sensor and thereby spatially fix the temperature sensor. As a result, the temperature sensor can be spatially fixed in the housing and the accuracy of the temperature measurements can be improved. Alternatively, the contact element with the temperature sensor can be fixed - for example in a cohesive manner - on a surface of the battery cell module surrounding the contact element. In particular, the contact element can be glued to the surface of the battery cell module surrounding the contact element.
In dem Gehäuse kann für die Kühlflüssigkeit wenigstens ein von außen in das Gehäuse führender Einlass und wenigstens ein aus dem Gehäuse nach außen führender Auslass geformt sein. Über den Einlass kann die Kühlflüssigkeit in das Gehäuse einströmen und aus dem Auslass kann die Kühlflüssigkeit aus dem Gehäuse ausströmen. Der jeweilige Einlass und der jeweilige Auslass können über mehrere Strömungspfade miteinander fluidisch verbunden sein und die Strömungspfade können innerhalb des Gehäuses zu dem jeweiligen Zellenstapel unmittelbar benachbart liegen. Die Strömungspfade können insbesondere durch äußere Konturen des Zellenstapels und der Batteriezellen des Zellenstapels und durch innere Konturen des Gehäuses bzw. einer Wandung des Gehäuses innerhalb des Gehäuses begrenzt bzw. definiert sein.At least one inlet leading into the housing from the outside and at least one outlet leading out of the housing can be formed in the housing for the cooling liquid. The coolant can flow into the housing via the inlet and the coolant can flow out of the housing from the outlet. The respective inlet and the respective outlet can be fluidly connected to one another via several flow paths and the flow paths can lie directly adjacent to the respective cell stack within the housing. The flow paths can be limited or defined in particular by outer contours of the cell stack and the battery cells of the cell stack and by inner contours of the housing or a wall of the housing within the housing.
Die jeweilige Leitergruppe kann in dem Gehäuse derart angeordnet sein, dass der Temperatursensor des Kontaktelements zu dem Einlass oder zu dem Auslass des Gehäuses benachbart angeordnet ist. Dadurch kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit an dem Einlass oder an dem Auslass erfasst werden. Das Batteriezellenmodul kann auch zwei Leitergruppen aufweisen und die Kontaktelemente der beiden Leitergruppen können jeweils den Temperatursensor aufweisen. Die Leitergruppen können dann in dem Gehäuse derart angeordnet sein, dass der Temperatursensor des Kontaktelements der einen Leitergruppe zu dem Einlass und der Temperatursensor des anderen Kontaktelements der anderen Leitergruppe zu dem Auslass des Gehäuses benachbart angeordnet sind. Dadurch kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit sowohl an dem Auslass als auch an dem Einlass erfasst werden und dadurch Die Effizienz der Kühlung des Batteriezellenmoduls verbessert werden.The respective conductor group can be arranged in the housing in such a way that the temperature sensor of the contact element is arranged adjacent to the inlet or the outlet of the housing. This allows the temperature of the coolant to be detected at the inlet or at the outlet. The battery cell module can also have two conductor groups and the contact elements of the two conductor groups can each have the temperature sensor. The conductor groups can then be arranged in the housing in such a way that the temperature sensor of the contact element of one conductor group is arranged adjacent to the inlet and the temperature sensor of the other contact element of the other conductor group is arranged adjacent to the outlet of the housing. This allows the temperature of the coolant to be detected at both the outlet and the inlet, thereby improving the efficiency of cooling the battery cell module.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnungen.Further important features and advantages of the invention emerge from the subclaims, from the drawings and from the associated description of the figures based on the drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend 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 alone, without departing from the scope of the present invention.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Komponenten beziehen.Preferred exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are explained in more detail in the following description, with the same reference numbers referring to the same or similar or functionally the same components.
Es zeigen, jeweils schematischShow it schematically
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1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls;1 a view of a battery cell module according to the invention; -
2 eine Ansicht des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls mit einem einseitig geöffneten Gehäuse;2 a view of the battery cell module according to the invention with a housing open on one side; -
3 eine weitere Ansicht des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls mit dem einseitig geöffneten Gehäuse.3 Another view of the battery cell module according to the invention with the housing open on one side.
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