DE102022211203A1

DE102022211203A1 - Battery system for a motor vehicle with at least one bonded element and method for releasing a bonded element of a battery system

Info

Publication number: DE102022211203A1
Application number: DE102022211203.2A
Authority: DE
Inventors: Jan Lewerenz; Malte Cohrs; Sascha Fließ; Melf Peters
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-10-21
Filing date: 2022-10-21
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit einem Batteriegehäusegrundkörper (12), in welchem eine Vielzahl von Elementen und mindestens eine Kühlplatte (20) eingesetzt sind, wobei zumindest einige Elemente zumindest mittelbar thermisch leitfähig mit einer Kühlfläche der Kühlplatte (20) verbunden sind, um über die Kühlfläche (20) und die Kühlplatte während der Nutzung des Batteriesystems (10) entstehende Wärme abführen zu können, wobei auf einer von der Kühlfläche abweichenden Funktionsseite der Kühlplatte (20) ein Batteriegehäusedeckel (30) mittels mindestens einer Zwischenschicht (28) stoffschlüssig befestigt ist, wobei die mindestens eine Zwischenschicht (28) eine Festigkeit aufweist, die in einem Temperaturbereich zwischen 65 °C und 150 °C gegenüber der Festigkeit im Temperaturbereich zwischen 50 °C und 60°C signifikant reduziert istThe invention relates to a battery system for a motor vehicle with a battery housing base body (12) in which a plurality of elements and at least one cooling plate (20) are inserted, wherein at least some elements are connected at least indirectly in a thermally conductive manner to a cooling surface of the cooling plate (20) in order to be able to dissipate heat generated via the cooling surface (20) and the cooling plate during use of the battery system (10), wherein a battery housing cover (30) is firmly attached by means of at least one intermediate layer (28) on a functional side of the cooling plate (20) deviating from the cooling surface, wherein the at least one intermediate layer (28) has a strength which is significantly reduced in a temperature range between 65 °C and 150 °C compared to the strength in the temperature range between 50 °C and 60 °C.

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem verklebten Element, insbesondere einem verklebten Batteriegehäusedeckel, gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Lösen eines verklebten Elements eines solchen Batteriesystems. Dabei zielt die Erfindung insbesondere auf die Verbesserung eines Batteriesystems in Form eines Antriebsenergiespeichers eines Kraftfahrzeuges ab. Solche Antriebsenergiespeicher werden auch als Traktionsbatterien bezeichnet. Die Erfindung betrifft dabei insbesondere solche Batteriegehäuse, die aus einem Gehäusegrundkörper und einem damit verklebten Batteriegehäusedeckel bestehen.The invention relates to a battery system for a motor vehicle with at least one bonded element, in particular a bonded battery housing cover, according to the preamble of claim 1. The invention also relates to a method for releasing a bonded element of such a battery system. The invention is aimed in particular at improving a battery system in the form of a drive energy storage device for a motor vehicle. Such drive energy storage devices are also referred to as traction batteries. The invention relates in particular to battery housings which consist of a housing base body and a battery housing cover bonded to it.

Bei aus der Praxis bekannten Batteriesystemen von Kraftfahrzeugen sind die Batteriezellen üblicherweise in Batteriemodulgehäusen oder in Batteriegehäusen mit den entsprechenden Gehäusen verklebt oder verspannt. Durch das Verkleben können ergänzende konstruktive Crashstrukturen, wie z. B. Längs- und Querlastpfade, reduziert werden. Der eingesparte Bauraum kann für weitere Batteriezellen genutzt werden. Zusammenfassend hat das Verkleben von Batteriezellen in den entsprechenden Gehäusen den Vorteil, dass mit derartigen Systemen eine hohe volumetrische und gravimetrische Energiedichte in Batteriesystemen erzielbar ist. Aus diesem Grund hat der Anteil von Batteriesystemen mit verklebten Batteriezellen in der jüngeren Vergangenheit stetig zugenommen. Bei den aus der Praxis bekannten verklebten Batteriezellen ist ein nachträgliches Lösen einzelner Batteriezellen, beispielsweise weil diese nicht mehr funktionsfähig sind, nicht vorgesehen und ohne Beschädigung der Zelle und/oder des Gehäuses praktisch unmöglich. Die Erfindung zielt darauf ab, die Variabilität von aus der Praxis bekannten Batteriesystemen mit verklebten Batteriezellen zu erhöhen, insbesondere die Variabilität von Batteriesystemen, die aus einem Gehäusegrundkörper und einem damit verklebten Batteriegehäusedeckel bestehen. Dabei kann es sich bei dem Gehäusegrundkörper um ein Modulgehäuse eines aus mehreren Modulen gebildeten Batteriesystems oder um ein großvolumiges Batteriezellgehäuse handeln, in welchem alle oder eine Vielzahl der insgesamt in dem Fahrzeug verbauten Batteriezellen angeordnet sind.In battery systems for motor vehicles known from practice, the battery cells are usually glued or clamped in battery module housings or in battery housings with the corresponding housings. By gluing, additional structural crash structures, such as longitudinal and transverse load paths, can be reduced. The space saved can be used for additional battery cells. In summary, gluing battery cells in the corresponding housings has the advantage that a high volumetric and gravimetric energy density can be achieved in battery systems with such systems. For this reason, the proportion of battery systems with glued battery cells has increased steadily in the recent past. With the glued battery cells known from practice, subsequent detachment of individual battery cells, for example because they are no longer functional, is not provided for and is practically impossible without damaging the cell and/or the housing. The invention aims to increase the variability of battery systems known from practice with glued battery cells, in particular the variability of battery systems that consist of a housing base body and a battery housing cover glued to it. The housing base body can be a module housing of a battery system formed from several modules or a large-volume battery cell housing in which all or a large number of the battery cells installed in the vehicle are arranged.

Aus US 3,808,073 A ist ein Montageverfahren für Polypropylen-Artikel bekannt. Dabei wird insbesondere auf Polypropylen-Gehäuse für elektrische Batterien verwiesen. Es wird vorgeschlagen, zur Montage eines zweiteiligen Gehäuses einer elektrischen Batterie eine Klebematte zu verwenden und die Gehäuseteile sowie die Klebematte zu erhitzen, um diese dicht miteinander zu verbinden. Es wird weder Bezug auf ein Batteriesystem für ein Fahrzeug genommen, insbesondere nicht auf eine Traktionsbatterie, noch wird Bezug genommen auf eine Zellkühlung.Out of US 3,808,073 A an assembly method for polypropylene articles is known. In particular, reference is made to polypropylene housings for electric batteries. It is proposed to use an adhesive mat to assemble a two-part housing of an electric battery and to heat the housing parts and the adhesive mat in order to tightly connect them to one another. No reference is made to a battery system for a vehicle, in particular not to a traction battery, nor is there any reference to cell cooling.

In DE 10 2021 002 651 A1 ist eine Elektrokomponente mit einem Gehäuse beschrieben, das aus einem Gehäuseunterteil und einem Gehäusedeckel besteht, wobei der Gehäusedeckel mit einem Klebstoff oder einer Flüssigdichtung am Gehäuseunterteil befestigt ist. Um das Öffnen des Gehäuses zur erleichtern, wird vorgeschlagen, einen Aufreißstreifen mit Ziehlasche in den Klebstoff oder die Flüssigdichtung einzulegen, wobei die Ziehlasche als ein herausgeführtes Ende eines Drahtes ausgebildet sein soll. Es wird weder Bezug genommen auf eine Batterie, insbesondere nicht auf eine Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeuges, noch wird Bezug genommen auf Einzelheiten zum Aufbau der in dem Gehäuse eingesetzten Batterie oder eine Kühlung dieser Batterie.In EN 10 2021 002 651 A1 describes an electrical component with a housing that consists of a housing base and a housing cover, the housing cover being attached to the housing base with an adhesive or a liquid sealant. To make opening the housing easier, it is proposed to insert a tear strip with a pull tab into the adhesive or the liquid sealant, the pull tab being designed as a protruding end of a wire. No reference is made to a battery, in particular not to a traction battery of a motor vehicle, nor is there any reference to details of the structure of the battery used in the housing or cooling of this battery.

EP 2 053 676 A1 betrifft ein Verfahren zur Demontage einer Brennstoffzelle, in der ein Separatorenpaar quer über einer Elektrodenbaugruppe angeordnet ist. Dabei sind die Elemente des Separatorenpaares über eine Klebstoffschicht miteinander verbunden. Zur Erleichterung einer Trennung dieser Elemente sind eine äußere Hitzeabfuhreinrichtung und ein keilartiges Bauteil vorgesehen. Auf ein aus Batteriezellen gebildetes Batteriesystem für Kraftfahrzeuge wird nicht Bezug genommen. EP 2 053 676 A1 relates to a method for dismantling a fuel cell in which a pair of separators is arranged across an electrode assembly. The elements of the pair of separators are connected to one another via an adhesive layer. To facilitate separation of these elements, an external heat dissipation device and a wedge-like component are provided. No reference is made to a battery system for motor vehicles formed from battery cells.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von den eingangs beschriebenen, aus der Praxis bekannten Batteriesystemen ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit mindestens einem verklebten Element sowie ein Verfahren zum Lösen eines verklebten Elements eines Batteriesystems zur Verfügung zu stellen, das ein zeitsparendes und sicheres Öffnen des Batteriesystems ermöglicht, ohne die in dem Batteriesystem eingesetzten Batteriezellen zu schädigen.The invention is based on the object of providing, on the basis of the battery systems described at the outset and known from practice, a battery system for a motor vehicle with at least one bonded element and a method for releasing a bonded element of a battery system, which enables the battery system to be opened in a time-saving and safe manner without damaging the battery cells used in the battery system.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind in Verbindung mit den abhängigen Ansprüchen beschrieben.The object is achieved according to the invention with the features of the independent claims. Further practical embodiments and advantages of the invention are described in connection with the dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug weist einen Batteriegehäusegrundkörper auf, in welchem eine Vielzahl von Elementen und mindestens eine Kühlplatte eingesetzt sind. Zu solchen Elementen zählen insbesondere eine Vielzahl von Batteriezellen und Zellverbinder. Dabei sind zumindest einige Elemente mittelbar thermisch leitfähig mit einer Kühlfläche der Kühlplatte verbunden, um über die Kühlfläche und die Kühlplatte während der Nutzung des Batteriesystems entstehende Wärme abführen zu können. Ferner ist auf einer von der Kühlfläche abweichenden Funktionsseite der Kühlplatte ein Batteriegehäusedeckel mittels mindestens einer Zwischenschicht stoffschlüssig befestigt. Bei dem erfindungsgemäßen Batteriesystem weist die mindestens eine Zwischenschicht eine Festigkeit auf, die in einem Temperaturbereich zwischen 65 °C und 150 °C gegenüber der Festigkeit im Temperaturbereich zwischen 50 °C und 60°C signifikant reduziert ist. Unter einer signifikanten Reduzierung wird insbesondere die Reduzierung auf 50 Prozent oder weniger verstanden, vorzugsweise die Reduzierung auf maximal ein Drittel, weiter bevorzugt maximal ein Viertel und besonders bevorzugt maximal ein Zehntel, ein Zwanzigstel, ein Fünfzigstel oder sogar ein Sechzigstel. Dies ermöglicht es, durch Erhöhung der Temperatur auf eine Temperatur in den Bereich zwischen 65 °C und 150 °C, die zum Demontieren des Batteriegehäusedeckels erforderliche Kraft signifikant zu reduzieren. Dabei ist die Anordnung der Kühlplatte vorteilhaft, weil die für die Demontage erforderliche Wärme über die Kühlplatte abgeleitet werden kann, so dass diese Wärme nicht oder zumindest größtenteils nicht über die Kühlfläche der Kühlplatte in Richtung der dort angeordneten Batteriezellen gelangt. Dementsprechend ermöglicht es ein erfindungsgemäßes Batteriesystem, einen Batteriegehäusedeckel zeitsparend und sicher mit geringen Demontagekräften zu öffnen, ohne die in dem Batteriesystem eingesetzten Batteriezellen zu schädigen. In dem Batteriesystem eingesetzte Batteriezellen können dementsprechend thermisch von dem Bereich jenseits der Kühlplatte entkoppelt werden.A battery system according to the invention for a motor vehicle has a battery housing base body in which a large number of elements and at least one cooling plate are inserted. Such elements include in particular a large number of battery cells and cell connectors. At least some elements are indirectly connected in a thermally conductive manner to a cooling surface of the cooling plate in order to transfer heat generated via the cooling surface and the cooling plate during use of the battery system. to be able to dissipate heat. Furthermore, a battery housing cover is firmly attached to a functional side of the cooling plate that differs from the cooling surface by means of at least one intermediate layer. In the battery system according to the invention, the at least one intermediate layer has a strength that is significantly reduced in a temperature range between 65 °C and 150 °C compared to the strength in the temperature range between 50 °C and 60 °C. A significant reduction is understood in particular to mean a reduction to 50 percent or less, preferably a reduction to a maximum of one third, more preferably a maximum of one quarter and particularly preferably a maximum of one tenth, a twentieth, a fiftieth or even a sixtieth. This makes it possible to significantly reduce the force required to dismantle the battery housing cover by increasing the temperature to a temperature in the range between 65 °C and 150 °C. The arrangement of the cooling plate is advantageous because the heat required for disassembly can be dissipated via the cooling plate, so that this heat does not, or at least largely does not, pass through the cooling surface of the cooling plate towards the battery cells arranged there. Accordingly, a battery system according to the invention makes it possible to open a battery housing cover in a time-saving and safe manner with low disassembly forces without damaging the battery cells used in the battery system. Battery cells used in the battery system can therefore be thermally decoupled from the area beyond the cooling plate.

Der Temperaturbereich zwischen 65 °C und 150 °C ist so zu verstehen, dass die signifikante Reduzierung an zumindest einem Temperaturwert innerhalb dieser Spanne vorliegt oder alternativ ab einem bestimmten Temperaturwert.The temperature range between 65 °C and 150 °C is to be understood in such a way that the significant reduction occurs at at least one temperature value within this range or alternatively from a certain temperature value.

Bevorzugt ist die Zwischenschicht so gewählt, dass die Festigkeit bereits in dem Temperaturbereich zwischen 60 °C und 120 °C oder. ab 60 °C - besonders bevorzugt in einem Temperaturbereich zwischen 80 °C und 100 °C oder ab 80 °C - signifikant reduziert ist. In anderen Ausführungsformen kann die Festigkeit erst ab 100 °C, ab 110 °C, ab 120 °C oder ab 140 °C signifikant reduziert sein.Preferably, the intermediate layer is selected such that the strength is already significantly reduced in the temperature range between 60 °C and 120 °C or from 60 °C - particularly preferably in a temperature range between 80 °C and 100 °C or from 80 °C. In other embodiments, the strength can only be significantly reduced from 100 °C, from 110 °C, from 120 °C or from 140 °C.

Als Zwischenschicht besonders bevorzugt sind Werkstoffe, deren Festigkeit in MPa bis 60 °C oberhalb von 5, bevorzugt oberhalb von 6 und besonders bevorzugt oberhalb von 6,5 liegen und deren Festigkeit ab 65 °C, oder in einem Temperaturbereich zwischen 65 °C und 80 °C auf einen Bruchteil des Festigkeitswertes bei einer Temperatur von 60 °C absinkt, beispielsweise auf Werte unter 2 MPa oder unter 1 MPa. Eine Zwischenschicht mit solchen Eigenschaften wird im Folgenden auch thermoreaktive Zwischenschicht genannt.Materials whose strength in MPa up to 60 °C is above 5, preferably above 6 and particularly preferably above 6.5, and whose strength drops from 65 °C or in a temperature range between 65 °C and 80 °C to a fraction of the strength value at a temperature of 60 °C, for example to values below 2 MPa or below 1 MPa, are particularly preferred as intermediate layers. An intermediate layer with such properties is also referred to below as a thermo-reactive intermediate layer.

Wenn die Festigkeit in dem Referenz-Temperaturbereich zwischen 50 °C und 60 °C nicht konstant oder ungefähr konstant ist, soll für die Bewertung der signifikanten Reduzierung der jeweils geringste Festigkeitswert in dem Referenz-Temperaturbereich verwendet werden.If the strength is not constant or approximately constant in the reference temperature range between 50 °C and 60 °C, the lowest strength value in the reference temperature range shall be used to assess the significant reduction.

Als Werkstoffe für die Zwischenschicht besonders geeignet sind insbesondere thermoplastische Werkstoffe oder metallische Werkstoffe.Thermoplastic materials or metallic materials are particularly suitable as materials for the intermediate layer.

In einer praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems ist die Zwischenschicht unmittelbar an den Batteriegehäusedeckel angrenzend angeordnet. In diesem Fall kann Wärme - insbesondere wenn der Batteriegehäusedeckel aus einem gut wärmeleitenden Werkstoff hergestellt ist, wie z.B. aus Stahl oder aus Aluminium - bei ausreichend guter Zugänglichkeit vorteilhaft unmittelbar in den Batteriegehäusedeckel oder über diesen mittelbar in die Zwischenschicht eingebracht werden, wenn der Batteriegehäusedeckel entfernt werden soll. Nur beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit verwiesen, Wärme mittels Induktion, per Infrarotbestrahlung oder via Laser in den Batteriegehäusedeckel einzubringen.In a practical embodiment of a battery system according to the invention, the intermediate layer is arranged directly adjacent to the battery housing cover. In this case, heat can advantageously be introduced directly into the battery housing cover or indirectly into the intermediate layer via the latter if the battery housing cover is to be removed, particularly if the battery housing cover is made of a material that conducts heat well, such as steel or aluminum, if it is sufficiently accessible. In this context, reference is made only as an example to the possibility of introducing heat into the battery housing cover by means of induction, infrared radiation or via a laser.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems, die alternativ oder in Ergänzung zu der vorstehend beschriebenen Ausführungsform realisiert sein kann, ist in der (thermoreaktiven) Zwischenschicht mindestens ein separates Wärmeleitelement angeordnet. Als ein solches Wärmeleitelement ist beispielsweise ein elektrisch leitendes Element zu verstehen, das es ermöglicht, durch Bestromung Wärme bedarfsweise in einer geeigneten Menge unmittelbar in die Zwischenschicht einzubringen. Nur beispielhaft wird in diesem Zusammenhang auf die Möglichkeit verwiesen, als Zwischenschicht ein geeignetes Material auszuwählen, in welchem ein Drahtmesh oder eine sonstige, elektrisch leitfähige Struktur eingebracht ist, die es ermöglicht, durch Bestromung bedarfsweise Wärme unmittelbar in die Zwischenschicht einzubringen. Wenn ein separates Wärmeleitelement vorgesehen ist, kann Wärme in die Zwischenschicht auch dann dort eingebracht werden, wo eine ausreichend gute Zugänglichkeit zum Batteriegehäusedeckel und ein entsprechender mittelbarer Wärmeeintrag in die Zwischenschicht aus konstruktiven Gründen nicht oder nur mit größerem Aufwand möglich ist.In a further practical embodiment of a battery system according to the invention, which can be implemented as an alternative or in addition to the embodiment described above, at least one separate heat-conducting element is arranged in the (thermoreactive) intermediate layer. Such a heat-conducting element is to be understood as an electrically conductive element, for example, which makes it possible to introduce heat directly into the intermediate layer in a suitable amount by applying current as required. In this context, reference is made purely as an example to the possibility of selecting a suitable material as the intermediate layer in which a wire mesh or other electrically conductive structure is introduced, which makes it possible to introduce heat directly into the intermediate layer by applying current as required. If a separate heat-conducting element is provided, heat can be introduced into the intermediate layer even where sufficiently good accessibility to the battery housing cover and a corresponding indirect heat input into the intermediate layer is not possible or only possible with great effort for structural reasons.

In einer weiteren praktischen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems ist sich unmittelbar an die Kühlfläche der Kühlplatte anschließend in dem Batteriegehäuse ein thermisch leitfähiger Strukturklebstoff angeordnet, mittels welchem mindestens eine Zellisolation und mindestens ein Zellgehäuse an der Kühlplatte befestigt sind. Unter einer Zellisolation wird in diesem Zusammenhang insbesondere die Anordnung eines Isolationswerkstoffs verstanden, wie z.B. Acryl oder PET. In diesem Fall sind die Zellgehäuse mit hoher volumetrischer und gravimetrischer Dichte innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet, so dass ein insgesamt hocheffizient gestaltetes Batteriesystem realisiert ist. Mit der Erfindung lässt sich dementsprechend auch bei verklebten Batteriezellen, insbesondere bei verklebten, prismatischen Batteriezellen, der Batteriegehäusedeckel für Wartungs- oder Reparaturzwecke einfach und sicher öffnen, ohne dass die Gefahr besteht, dass einzelne Batteriezellen während des Wärmeeintrags geschädigt werden.In a further practical embodiment of a battery system according to the invention, a thermally conductive structural adhesive is arranged, by means of which at least one cell insulation and at least one cell housing are attached to the cooling plate. In this context, cell insulation is understood to mean in particular the arrangement of an insulating material, such as acrylic or PET. In this case, the cell housings are arranged with a high volumetric and gravimetric density within the battery housing, so that an overall highly efficient battery system is realized. Accordingly, the invention allows the battery housing cover to be opened easily and safely for maintenance or repair purposes even in the case of glued battery cells, in particular in the case of glued, prismatic battery cells, without the risk of individual battery cells being damaged during the heat input.

Wenn die Kühlplatte mittels eines Kühlfluids durchströmbar ausgebildet ist, kann durch die Vorgabe des Volumen- bzw. Massenstroms durch die Kühlplatte bedarfsweise so viel Wärme abgeführt werden, wie es im jeweiligen Einzelfall erforderlich ist. Besonders bevorzugt ist es diesbezüglich, wenn mindestens ein Temperatursensor sowie eine Kühlfluidsteuerung oder -regelung vorgesehen ist, mittels welcher der jeweils erforderliche Kühlmittelstrom bedarfsweise durch die Kühlplatte geleitet wird.If the cooling plate is designed so that a cooling fluid can flow through it, as much heat as is required in each individual case can be dissipated by specifying the volume or mass flow through the cooling plate. In this regard, it is particularly preferred if at least one temperature sensor and a cooling fluid control or regulation are provided, by means of which the required coolant flow is passed through the cooling plate as required.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Öffnen eines Batteriegehäusedeckels eines Batteriegehäusegrundkörpers eines Batteriesystems eines Kraftfahrzeuges, in welchem eine Vielzahl von Elementen und mindestens eine Kühlplatte eingesetzt sind. Dabei sind die Elemente zumindest mittelbar thermisch leitfähig mit einer Kühlfläche der Kühlplatte verbunden, um über die Kühlfläche und die Kühlplatte während der Nutzung des Batteriesystems entstehende Wärme abführen zu können. Ferner ist der Batteriegehäusedeckel auf einer von der Kühlfläche abweichenden Funktionsseite der Kühlplatte mittels mindestens einer Zwischenschicht stoffschlüssig befestigt. Dabei weist die mindestens eine Zwischenschicht eine Festigkeit auf, die in einem Temperaturbereich zwischen 65 °C und 150 °C gegenüber der Festigkeit im Temperaturbereich zwischen 50 °C und 60°C signifikant reduziert ist und in die Zwischenschicht Wärme mittelbar oder unmittelbar eingebracht wird, um die Temperatur in den Bereich zwischen 65 °C und 150 °C zu bringen und den Batteriegehäusedeckel dann zu demontieren. Auf die vorstehend bereits in Verbindung mit dem Batteriesystem beschriebenen Vorteile wird hiermit noch einmal verwiesen.The invention also relates to a method for opening a battery housing cover of a battery housing base body of a battery system of a motor vehicle, in which a large number of elements and at least one cooling plate are used. The elements are at least indirectly thermally conductively connected to a cooling surface of the cooling plate in order to be able to dissipate heat generated during use of the battery system via the cooling surface and the cooling plate. Furthermore, the battery housing cover is firmly attached to a functional side of the cooling plate that differs from the cooling surface by means of at least one intermediate layer. The at least one intermediate layer has a strength that is significantly reduced in a temperature range between 65 °C and 150 °C compared to the strength in the temperature range between 50 °C and 60 °C, and heat is introduced directly or indirectly into the intermediate layer in order to bring the temperature into the range between 65 °C and 150 °C and then to dismantle the battery housing cover. Reference is hereby made once again to the advantages already described above in connection with the battery system.

In einer praktischen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Wärme mittelbar zunächst in den Batteriegehäusedeckel und über den Batteriegehäusedeckel in die Zwischenschicht eingebracht. Dieses Verfahren wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo der Batteriegehäusedeckel großflächig zugänglich ist, um Wärme unmittelbar in diesen einzubringen.In a practical embodiment of the method according to the invention, the heat is first introduced indirectly into the battery housing cover and via the battery housing cover into the intermediate layer. This method is preferably used where the battery housing cover is accessible over a large area in order to introduce heat directly into it.

In einer anderen praktischen Ausführungsform des Verfahrens weist die Zwischenschicht ein separates Wärmeleitelement auf, und die Wärme wird unmittelbar über das Wärmeleitelement in die Zwischenschicht eingebracht. Dieses Verfahren wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo der Batteriegehäusedeckel nicht oder nicht großflächig zugänglich ist, um Wärme unmittelbar in diesen einzubringen.In another practical embodiment of the method, the intermediate layer has a separate heat conducting element, and the heat is introduced directly into the intermediate layer via the heat conducting element. This method is preferably used where the battery housing cover is not accessible or not accessible over a large area in order to introduce heat directly into it.

Wenn die Kühlplatte während des Einbringens von Wärme von Kühlmittel durchströmt wird, kann ein Wärmeeintrag in die sich an die Kühlfläche anschließenden Elemente in dem Batteriesystem vermieden oder zumindest reduziert werden. Ferner kann die Wärmeabfuhr bedarfsweise gesteuert oder geregelt werden, um zum einen sicherzustellen, dass jederzeit ausreichend Wärme abgeführt wird und zum anderen das Verfahren energieeffizient durchzuführen.If coolant flows through the cooling plate during the introduction of heat, heat input into the elements in the battery system adjacent to the cooling surface can be avoided or at least reduced. Furthermore, the heat dissipation can be controlled or regulated as required in order to ensure that sufficient heat is dissipated at all times and to carry out the process in an energy-efficient manner.

Weitere praktische Ausführungsformen der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
2 eine schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus einer zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,
3 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriesystems in einer isometrischen Darstellung und
4 ein Festigkeits-Temperaturdiagramm einer Zwischenschicht eines erfindungsgemäßen Batteriesystems.

Further practical embodiments of the invention are described below in conjunction with the drawings.

1 a schematic representation of the structural design of a first embodiment of a battery system according to the invention,
2 a schematic representation of the structural design of a second embodiment of a battery system according to the invention,
3 a representation of a battery system according to the invention in an isometric view and
4 a strength-temperature diagram of an intermediate layer of a battery system according to the invention.

1 zeigt eine schematische Darstellung des konstruktiven Aufbaus einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 10. Das Batteriesystem 10 ist im Wesentlichen gebildet aus einem Batteriegehäusegrundkörper 12, in welchem mehrere Batteriezellgehäuse 14 angeordnet sind, die vereinfacht als ein Rechteck dargestellt sind. In der Praxis handelt es sich üblicherweise um eine Vielzahl prismatischer Batteriezellgehäuse 14, die dicht gepackt aneinander angrenzend angeordnet sind, wie es in 3 erkennbar ist. Oberhalb der Batteriezellgehäuse 14 schließt sich eine optionale Zellisolation 16 und ein ebenfalls optionaler Strukturklebstoff 18 an, insbesondere ein thermisch gut leitfähiger Strukturklebstoff mit einem Wärmeleitwert von mehr als 1 W/mK, bevorzugt mindestens 1,5 W/mK und besonders bevorzugt mindestens 2,0 W/mK. 1 shows a schematic representation of the structural design of a first embodiment of a battery system 10 according to the invention. The battery system 10 is essentially formed from a battery housing base body 12 in which several battery cell housings 14 are arranged, which are shown in simplified form as a rectangle. In practice, this is usually a multiplicity of prismatic battery cell housings 14, which are arranged closely packed adjacent to one another, as shown in 3 Above the battery cell housing 14 there is an optional cell insulation 16 and a likewise optional structural adhesive 18, in particular a thermally highly conductive structural adhesive with a thermal conductivity of more than 1 W/mK, preferably at least 1.5 W/mK and particularly preferably at least 2.0 W/mK.

In der gezeigten Ausführungsform sind die Batteriezellgehäuse 14 innerhalb des Batteriegehäusegrundkörpers 12 mittels des Strukturklebstoffs verklebt. Alternativ (nicht dargestellt) können die Batteriezellgehäuse 14 auch in dem Batteriegehäusegrundkörper 12 verspannt und/oder verschraubt sein. Unabhängig von der Art der Befestigung sind die Batteriezellgehäuse 14 üblicherweise crashfest in dem Batteriegehäusegrundkörper 12 angeordnet.In the embodiment shown, the battery cell housings 14 are glued within the battery housing base body 12 using the structural adhesive. Alternatively (not shown), the battery cell housings 14 can also be clamped and/or screwed into the battery housing base body 12. Regardless of the type of fastening, the battery cell housings 14 are usually arranged in a crash-proof manner in the battery housing base body 12.

Wie in 1 erkennbar ist, ist oberhalb der Batteriezellgehäuse 14 eine Kühlplatte 20 angeordnet. Diese ist insbesondere aus einem gut wärmeleitfähigen Werkstoff hergestellt, insbesondere aus Aluminium. Vorzugsweise handelt es sich um eine Kühlplatte 20, die mittels eines Kühlfluids aktiv durchströmbar ist, was durch die Pfeile 22, 24 angedeutet ist.As in 1 As can be seen, a cooling plate 20 is arranged above the battery cell housing 14. This is made in particular from a material with good thermal conductivity, in particular from aluminum. Preferably, it is a cooling plate 20 through which a cooling fluid can actively flow, which is indicated by the arrows 22, 24.

Oberhalb der Kühlplatte 20 sind ein Strukturklebstoff 26, eine Zwischenschicht 28 und ein Batteriegehäusedeckel 30 angeordnet. Dabei handelt es sich bei der in 1 dargestellten Zwischenschicht 28 um einen thermoplastischen Werkstoff, insbesondere um einen sogenannten Hotmelt-Werkstoff oder um einen metallischen Werkstoff.A structural adhesive 26, an intermediate layer 28 and a battery housing cover 30 are arranged above the cooling plate 20. The 1 The intermediate layer 28 shown is a thermoplastic material, in particular a so-called hot melt material or a metallic material.

In der ersten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Wärme gemäß den dargestellten Wärmeeintragspfeilen 34 unmittelbar in den Batteriegehäusedeckel 30 und über diesen mittelbar in die Zwischenschicht 28 eingebracht wird.In the first embodiment, it is provided that heat is introduced according to the illustrated heat input arrows 34 directly into the battery housing cover 30 and via this indirectly into the intermediate layer 28.

Bei der in 2 dargestellten Ausführungsform weist die Zwischenschicht 28 als separates Wärmeleitelement 32 in Form eines Drahtmeshs auf, welches in Form von Wellenlinien dargestellt ist. In dieser Ausführungsform ist es vorgesehen, dass Wärme gemäß den dargestellten Wärmeeintragspfeilen 34 unmittelbar in die Zwischenschicht 28 eingebracht wird.At the 2 In the embodiment shown, the intermediate layer 28 has a separate heat-conducting element 32 in the form of a wire mesh, which is shown in the form of wavy lines. In this embodiment, it is provided that heat is introduced directly into the intermediate layer 28 according to the heat input arrows 34 shown.

Unabhängig von der Art des Wärmeeintrages kann durch Erwärmung der Zwischenschicht 28 die Verbindung zwischen Batteriegehäusedeckel 30 mit geringem Zeit- und Kraftaufwand von dem Batteriegehäusegrundkörper 12 gelöst werden, um die Batteriegehäusedeckel 30 zu demontieren. Dabei wird einer Erwärmung der Batteriezellgehäuse 14 durch Wärmeabfuhr über die Kühlplatte 20 entgegengewirkt, d.h. die Erwärmung der Zwischenschicht 28 kann bei gleichzeitiger Wärmeabfuhr über die Kühlplatte 20 erfolgen.Regardless of the type of heat input, by heating the intermediate layer 28, the connection between the battery housing cover 30 can be released from the battery housing base body 12 with little time and effort in order to dismantle the battery housing cover 30. Heating of the battery cell housing 14 is counteracted by heat dissipation via the cooling plate 20, i.e. the heating of the intermediate layer 28 can take place while heat is dissipated via the cooling plate 20.

3 zeigt die Elemente aus 1 in einer isometrischen Darstellung. In dieser Figur ist zu erkennen, dass eine Vielzahl von Batteriezellgehäusen 14 dicht gepackt in mehreren Reihen in dem Batteriegehäuse 12 (in 3 nicht dargestellt) angeordnet sind. Der Strukturklebstoff 18 ist in dieser Ausführungsform in mehreren Reihen jeweils über einer korrespondierenden Reihe von Batteriezellen angeordnet. Die Zellisolation ist in 3 nicht dargestellt, und es ist jeweils eine separate Kühlplatte 20 für jede Reihe von Batteriezellgehäusen 14 vorgesehen. Alternativ ist es auch möglich, eine oder mehrere größere Kühlplatten (nicht dargestellt) zu verwenden, um mehrere oder alle Reihen von Batteriezellgehäusen 14 mit einer Kühlplatte abzudecken. 3 shows the elements from 1 in an isometric representation. In this figure it can be seen that a plurality of battery cell housings 14 are densely packed in several rows in the battery housing 12 (in 3 not shown). In this embodiment, the structural adhesive 18 is arranged in several rows, each above a corresponding row of battery cells. The cell insulation is in 3 not shown, and a separate cooling plate 20 is provided for each row of battery cell housings 14. Alternatively, it is also possible to use one or more larger cooling plates (not shown) in order to cover several or all rows of battery cell housings 14 with one cooling plate.

Die Erfindung betrifft einerseits Batteriesysteme 10, deren Länge I und Breite b des Batteriegehäusegrundkörpers 12 so groß gewählt ist, dass in einem Fahrzeug (nicht gezeigt) nur ein oder zwei Batteriegehäusegrundkörper 12 angeordnet sind. In einem solchen Fall sind die Maße meist größer als eine Länge I 100 cm und eine Breite b 100 cm, beispielsweise 150 cm x 150 cm oder 150 cm x 200 cm. Andererseits betrifft die Erfindung auch Batteriesysteme 10, die aus einer Vielzahl einzelner Batteriemodulgehäuse gebildet sind. Derartige Batteriegehäusegrundkörper 12 weisen meist eine Länge I und eine Breite b von mehr als 10 cm, aber weniger als 100 cm auf, beispielsweise eine Länge I und eine Breite b zwischen 20 cm und 100 cm, insbesondere Maße zwischen 20 cm und 60 cm.The invention relates, on the one hand, to battery systems 10 whose length I and width b of the battery housing base body 12 are selected to be so large that only one or two battery housing base bodies 12 are arranged in a vehicle (not shown). In such a case, the dimensions are usually greater than a length I 100 cm and a width b 100 cm, for example 150 cm x 150 cm or 150 cm x 200 cm. On the other hand, the invention also relates to battery systems 10 which are formed from a large number of individual battery module housings. Such battery housing base bodies 12 usually have a length I and a width b of more than 10 cm, but less than 100 cm, for example a length I and a width b between 20 cm and 100 cm, in particular dimensions between 20 cm and 60 cm.

4 zeigt ein Festigkeits-Temperaturdiagramm betreffend die Zwischenschicht 28 eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 10. Auf der x-Achse ist die Temperatur in °C angetragen, auf der y-Achse die Festigkeit in MPa. Wie zu erkennen ist, ist die Festigkeit der Zwischenschicht 28 in dem Temperaturbereich bis 60 °C größer als 6,5 MPa. Sie ist in dem Bereich von Raumtemperatur (ca. 20 °C) oder zumindest von 40 °C bis etwa 50 °C nahezu konstant und liegt bei mindestens 10 MPa. In dem Festigkeits-Temperaturdiagramm ist auch erkennbar, dass die Festigkeit in dem Temperaturbereich unterhalb der Raumtemperatur ungefähr konstant ist, insbesondere bis zu einem Wert von -40 °C, welcher für Kraftfahrzeuge als Auslegungstemperatur für eine ausreichende Winterfestigkeit verwendet werden kann. 4 shows a strength-temperature diagram relating to the intermediate layer 28 of a battery system 10 according to the invention. The temperature in °C is plotted on the x-axis, and the strength in MPa on the y-axis. As can be seen, the strength of the intermediate layer 28 in the temperature range up to 60 °C is greater than 6.5 MPa. It is almost constant in the range from room temperature (approx. 20 °C) or at least from 40 °C to approximately 50 °C and is at least 10 MPa. It can also be seen in the strength-temperature diagram that the strength is approximately constant in the temperature range below room temperature, in particular up to a value of -40 °C, which can be used as the design temperature for sufficient winter strength for motor vehicles.

In dem Temperaturbereich von ca. 50 °C bis etwa 70 °C sinkt die Festigkeit der Zwischenschicht 28 auf einen Bruchteil der Festigkeit in dem Temperaturbereich unter 50 °C ab, hier auf weniger als ein Zehntel, d.h. auf Werte von kleiner 1 MPa. Dadurch ergibt sich bei Erwärmung der Zwischenschicht 28 auf eine Temperatur von höher als 80 °C, insbesondere auf einen Temperaturbereich zwischen 95 °C und 110 °C, eine sehr geringe Festigkeit, die ein einfaches Lösen des Batteriegehäusedeckels 30 ermöglicht.In the temperature range from about 50 °C to about 70 °C, the strength of the intermediate layer 28 drops to a fraction of the strength in the temperature range below 50 °C, here to less than a tenth, ie to values of less than 1 MPa. This results in a very low strength when the intermediate layer 28 is heated to a temperature higher than 80 °C, in particular to a temperature range between 95 °C and 110 °C, which is a This allows the battery housing cover 30 to be easily removed.

Dementsprechend ist in einem Betriebstemperaturbereich B der Batteriezellen des Batteriesystems 10, hier mit ca. 40 °C bis 60 °C, eine sichere Verbindung zwischen Batteriegehäusedeckel 30 und dem Batteriegehäusegrundkörper 12 gewährleistet. Wird die Temperatur in den Demontagetemperaturbereich D gebracht, hier mit ca. 95 °C bis 110 °C gekennzeichnet, kann der Batteriegehäusedeckel 30 mit geringer Demontagekraft gelöst werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass einzelne Batteriezellen überhitzen oder dadurch geschädigt werden.Accordingly, a secure connection between the battery housing cover 30 and the battery housing base body 12 is ensured in an operating temperature range B of the battery cells of the battery system 10, here approximately 40 °C to 60 °C. If the temperature is brought into the dismantling temperature range D, here approximately 95 °C to 110 °C, the battery housing cover 30 can be removed with little dismantling force without the risk of individual battery cells overheating or being damaged as a result.

Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.The features of the invention disclosed in the present description, in the drawings and in the claims can be essential for the realization of the invention in its various embodiments both individually and in any combination. The invention can be varied within the scope of the claims and taking into account the knowledge of the competent person skilled in the art.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010: BatteriesystemBattery system
1212: BatteriegehäusegrundkörperBattery housing base body
1414: BatteriezellgehäuseBattery cell housing
1616: ZellisolationCell isolation
1818: StrukturklebstoffStructural adhesive
2020: KühlplatteCooling plate
2222: Pfeil (für einströmendes Kühlfluid)Arrow (for incoming cooling fluid)
2424: Pfeil (für ausströmendes Kühlfluid)Arrow (for escaping cooling fluid)
2626: StrukturklebstoffStructural adhesive
2828: ZwischenschichtIntermediate layer
3030: BatteriegehäusedeckelBattery housing cover
3232: Wärmeleitelement (Drahtmesh)Heat conducting element (wire mesh)
3434: Wärmeeintragspfeil Heat input arrow
II: Länge des BatteriegehäusegrundkörpersLength of battery housing body
bb: Breite des BatteriegehäusegrundkörpersWidth of the battery housing body
BB: BetriebstemperaturbereichOperating temperature range
DD: DemontagetemperaturbereichDisassembly temperature range

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 3808073 A [0003]
DE 102021002651 A1 [0004]
EP 2053676 A1 [0005]

Claims

Battery system for a motor vehicle with a battery housing base body (12) in which a plurality of elements and at least one cooling plate (20) are inserted, wherein at least some elements are at least indirectly thermally conductively connected to a cooling surface of the cooling plate (20) in order to be able to dissipate heat generated via the cooling surface (20) and the cooling plate during use of the battery system (10), wherein a battery housing cover (30) is materially fastened by means of at least one intermediate layer (28) on a functional side of the cooling plate (20) deviating from the cooling surface, characterized in that the at least one intermediate layer (28) has a strength which is significantly reduced in a temperature range between 65 °C and 150 °C compared to the strength in the temperature range between 50 °C and 60 °C.

Battery system according to the preceding claim, characterized in that the intermediate layer (28) is arranged directly adjacent to the battery housing cover (30).

Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that at least one separate heat-conducting element (32) is arranged in the intermediate layer (28).

Battery system according to the preceding claim, characterized in that at least one electrically conductive element is arranged in the intermediate layer (28) as a heat-conducting element (32).

Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that a thermally conductive structural adhesive (26) is arranged in the battery housing directly adjacent to the cooling surface of the cooling plate, by means of which at least one cell insulation and at least one cell housing (14) are fastened to the cooling plate (20).

Battery system according to one of the preceding claims, characterized in that the cooling plate (20) is designed so that a cooling fluid can flow through it.

Method for opening a battery housing cover (30) of a battery housing base body (12) of a battery system (10) of a motor vehicle, in which a plurality of elements and at least one cooling plate (20) are used, wherein the elements are at least indirectly thermally conductively connected to a cooling surface of the cooling plate (20) in order to be able to dissipate heat generated via the cooling surface and the cooling plate (20) during use of the battery system (10), wherein the battery housing cover (30) is firmly attached to a functional side of the cooling plate (20) that differs from the cooling surface by means of at least one intermediate layer (28), characterized in that the at least one intermediate layer (28) has a strength that is significantly reduced in a temperature range between 65 °C and 150 °C compared to the strength in the temperature range between 50 °C and 60 °C and heat is introduced directly or indirectly into the intermediate layer (28) in order to reduce the temperature to the range between 65 °C and 150 °C. and then remove the battery housing cover (30).

Method according to the preceding claim, characterized in that the heat is first introduced indirectly into the battery housing cover (30) and via the battery housing cover (30) into the intermediate layer (28).

Method according to one of the two preceding claims, characterized in that the intermediate layer (28) has a separate heat-conducting element (32) and the heat is introduced directly into the intermediate layer (28) via the heat-conducting element (32).

Method according to one of the three preceding claims, characterized in that the cooling plate (20) is flowed through by coolant during the introduction of heat in order to avoid or at least reduce heat input into the elements in the battery system (10) adjoining the cooling surface.