DE112009002264T5 - Lithium Ion Battery - Google Patents
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Abstract
Batterie (3, 46), die mehrere Zellen (4, 18, 19), vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen, und ein Außengehäuse (7, 11, 51) umfasst, wobei mehrere Zellen (4, 18, 19) zusammengefasst jeweils Module (8, 52) bilden und die Module (8, 52) nebeneinander angeordnet sind, wobei über Modulgehäuse (9, 29, 31) der Module (8, 52) die Zellen (4, 18, 19) miteinander im Schadensfalle trennbar verbunden angeordnet in dem Außengehäuse (7, 11, 51) sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse (9, 29, 31) eines Moduls (8) eine erste Struktur (10) bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse (9, 29, 31) in dem Außengehäuse (7, 11, 51) fest angeordnet sind.Battery (3, 46) comprising a plurality of cells (4, 18, 19), preferably lithium-ion cells, and an outer housing (7, 11, 51), wherein a plurality of cells (4, 18, 19) are combined modules (8, 52) and the modules (8, 52) are arranged next to each other, the cells (4, 18, 19) being arranged connected to one another in the event of damage via module housings (9, 29, 31) of the modules (8, 52) are in the outer housing (7, 11, 51), one module housing (9, 29, 31) of each module (8) forming a first structure (10), which has a shock-absorbing effect in the event of damage, and a plurality of module housings (9, 29, 31 ) are fixedly arranged in the outer housing (7, 11, 51).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie, vorzugsweise eine Kraftfahrzeug-Batterie, insbesondere für ein Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeug, wobei die Batterie mehrere Zellen, bevorzugt mehrere Lithium-Ionen-Zellen umfasst.The present invention relates to a battery, preferably a motor vehicle battery, in particular for a hybrid or electric motor vehicle, wherein the battery comprises a plurality of cells, preferably a plurality of lithium-ion cells.
Aus der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batterie, bevorzugt eine Kraftfahrzeug-Batterie vorzusehen, die besonders unfallsicher ist.Object of the present invention is to provide a battery, preferably a motor vehicle battery, which is particularly accident-proof.
Diese Aufgabe wird mit einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1, mit einer Anordnung einer Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 27, einer Verwendung von Coffee-Bag-Zellen mit den Merkmalen des Anspruchs 31 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 32 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind aus den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen. Die aus den jeweiligen Unteransprüchen hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die Ausgestaltungen der einzelnen Unteransprüche beschränkt. Vielmehr können diese einzelnen Merkmale mit anderen Merkmalen aus anderen Unteransprüchen wie auch aus der Beschreibung zu Weiterbildungen verknüpft werden.This object is achieved with a battery having the features of
Es wird eine Batterie vorgeschlagen, die mehrere Zellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellen, und ein Außengehäuse umfasst. Mehrere Zellen bilden zusammengefasst jeweils ein Modul, wobei die Module nebeneinander angeordnet sind. Über Modulgehäuse der Module sind die Zellen miteinander trennbar im Schadenfalle verbunden angeordnet in dem Außengehäuse, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine Struktuur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse fest angeordnet sind.A battery is proposed which comprises a plurality of cells, preferably lithium-ion cells, and an outer housing. Several cells together form a module in each case, wherein the modules are arranged next to one another. About module housing of the modules, the cells are separable connected in the event of damage arranged in the outer housing, each module housing a module forms a structure that absorbs shock in case of damage and several module housings are fixedly mounted in the outer housing.
Gemäß einer Ausführungsform bildet das Außengehäuse eine erste Struktur, mehrere Zellen zusammengefasst bilden jeweils Module, wobei jedes Modul in einem Modulgehäuse angeordnet ist und die Modulgehäuse nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine zweite Struktur bildet und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse angeordnet sind. Bevorzugt ist mittels der ersten Struktur und/oder zweiten Struktur eine von außen einwirkende Kraft auffangbar und absorbierbar. Das Außengehäuse bildet die erste Struktur und das jeweilige Modulgehäuse die zweite Struktur. Hierbei bilden die Modulgehäuse eigensichere Zellmodule, wobei die Modulgehäuse die einzelnen Zellen der Batterie aufnehmen. Durch eine Aufteilung der Zellen in eigensichere Zellmodule kann zum einen die Anzahl beschädigter Zellen im Fehlerfall und somit auch die Menge der potentiell freigesetzten Energie beschränkt werden. Zum anderen lassen sich in einer Ausführung defekte Modulgehäuse einfach austauschen, so dass nicht die Gesamtbatterie ersetzt werden muss. Der Schutz der Zellen in den Modulgehäusen ist gegenüber äußeren Einwirkungen durch die Modularisierung ebenfalls in vorteilhafter Weise gegeben. Auch in dem Fall, in dem einzelne oder mehrere Zellen beschädigt werden oder es zu einem Kurzschluss zwischen benachbarten Zellen kommt, wird der Schaden durch die eigensicheren Zellmodule beschränkt. Kommt es beispielsweise in einem Schadensfall zur Beschädigung einzelner Zellen, so wird eine Kettenreaktion, das heißt ein Übergreifen einer Schädigung auf benachbarte Zellen durch das Modulgehäuse begrenzt.According to one embodiment, the outer housing forms a first structure, a plurality of cells combined form modules, wherein each module is arranged in a module housing and the module housings are arranged side by side, wherein each module housing of a module forms a second structure and a plurality of module housings are arranged in the outer housing , Preferably, by means of the first structure and / or second structure, an externally applied force can be collected and absorbed. The outer housing forms the first structure and the respective module housing forms the second structure. The module housings form intrinsically safe cell modules, whereby the module housings accommodate the individual cells of the battery. By dividing the cells into intrinsically safe cell modules, on the one hand, the number of damaged cells in the event of a fault and thus also the amount of potentially released energy can be limited. On the other hand, in one version, defective module housings can be easily replaced, so that the entire battery does not have to be replaced. The protection of the cells in the module housings is also advantageously given against external influences due to the modularization. Even in the case where one or more cells are damaged or there is a short circuit between adjacent cells, the damage is limited by the intrinsically safe cell modules. If damage to individual cells occurs, for example, in the event of a damage, a chain reaction, that is to say, damage to adjacent cells spreads across the module housing is limited.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform weist eine Ausgestaltung auf, bei der mittels der ersten Struktur und/oder zweiten Struktur eine von außen einwirkende Kraft auffangbar und absorbierbar ist. Das Modulgehäuse bildet eine zweite Struktur, mit der im Crash-Fall äußere Kräfte auffangbar oder absorbierbar sind. Durch die Ausbildung der einzelnen Modulgehäuse mit einer kraftaufnehmenden Struktur kann die von außen einwirkende Kraft auf mehrere Modulgehäuse verteilt werden. Hierdurch wird die Belastungsfähigkeit der Batterie erhöht und somit eine größere Sicherheit gewährleistet. Aber auch im stationären Betrieb bildet der strukturierte Aufbau der Modulgehäuse einen Vorteil. Wirken zum Beispiel im stationären Betrieb, beim Transport oder beim Aufbau der Batterie äußere Kräfte auf die Batterie ein, so werden diese zum Beispiel durch die mehreren sich bevorzugt ergänzenden und stützenden Modulgehäuse aufgefangen. Die Modulgehäuse wirken somit stabilisierend und dienen somit wiederum der Sicherheit. Neben einem strukturierten Aufbau des Modulgehäuses ist es ebenso vorstellbar, das Außengehäuse als erste Struktur in einer Kraft auffangenden und absorbierenden Form auszubilden. So bilden die erste und/oder zweite Struktur ein Mittel zur Erhöhung der Sicherheit der Batterie.A further preferred embodiment has an embodiment in which an externally applied force can be collected and absorbed by means of the first structure and / or second structure. The module housing forms a second structure with which external forces can be collected or absorbed in the event of a crash. Due to the design of the individual module housing with a force-absorbing structure, the force acting from the outside can be distributed to a plurality of module housings. As a result, the load capacity of the battery is increased and thus ensures greater safety. But even in stationary operation, the structured design of the module housing forms an advantage. If, for example, external forces act on the battery during stationary operation, during transport or when the battery is being built up, these are collected, for example, by the several, preferably complementary, and supporting module housings. The module housings thus have a stabilizing effect and thus again serve safety. In addition to a structured construction of the module housing, it is also conceivable to form the outer housing as a first structure in a force-absorbing and absorbing form. Thus, the first and / or second structure form a means for increasing the safety of the battery.
Ein Weiterbildung weist Modulgehäuse in dem Außengehäuse voneinander trennbar angeordnet auf, so dass ein Modulgehäuse austauschbar ist. Durch einen voneinander trennbaren Einbau der Modulgehäuse in das Außengehäuse ist es möglich, die Modulgehäuse im Falle einer Beschädigung oder im Rahmen der Wartung voneinander zu trennen und separat ein- und auszubauen. Hierdurch werden Wartungs- und/oder Reparaturkosten minimiert. Trennbar bedeutet gemäß einer Weiterbildung beispielsweise auch, dass die Modulgehäuse im Außengehäuse relativ zueinander bewegbar sein können. Somit ist es möglich, dass in einem Schadensfall, zum Beispiel bei einer Beschädigung der Batterie durch äußere Einflüsse lediglich die belasteten Modulgehäuse von den nicht belasteten Modulgehäusen getrennt werden. Vorstellbar ist es hierbei, dass die Modulgehäuse zueinander derart trennbar miteinander verbunden sind, dass die Modulgehäuse relativ zueinander bewegbar sind. Vorstellbar ist es auch, dass die Modulgehäuse miteinander fest verbunden sind, wobei die feste Verbindung eine Sollbruchstelle aufweist.A further development has module housing in the outer housing arranged separable from each other, so that a module housing is replaceable. By a separable installation of the module housing in the outer housing, it is possible to separate the module housing in the event of damage or during maintenance of each other and separately installed and removed. As a result, maintenance and / or repair costs are minimized. Separable means according to a development, for example, that the module housing in Outer housing can be moved relative to each other. Thus, it is possible that in a case of damage, for example, damage to the battery due to external influences only the loaded module housing are separated from the non-loaded module housings. It is conceivable here that the module housings are connected to one another in such a separable manner that the module housings are movable relative to one another. It is also conceivable that the module housing are firmly connected to each other, wherein the fixed connection has a predetermined breaking point.
Eine Ausführungsform sieht Lithium-Ionen-Zellen vor. Ein Vorteil bei Lithium-Ionen-Zellen ist deren hohe ausgebbare Spannung und ein weiterer Vorteil ist deren geringe Selbstentladung. Die Erfindung ist aber nicht auf Lithium-Ionon-Batterien beschränkt sondern auf jegliche Art von Zellen in den Modulgehäusen anwendbar. Die eigensicheren Zellmodule und die Aufteilung der Zellen in eigensichere Zellmodule erhöhen die Sicherheit beim Einsatz von Batterien mit Lithium-Ionen-Zellen, wie auch von Alternativen wie zum Beispiel Nickel-Cadmium-Zellen.One embodiment provides lithium-ion cells. An advantage of lithium-ion cells is their high output voltage and another advantage is their low self-discharge. However, the invention is not limited to lithium-ionone batteries but applicable to any type of cells in the module housings. The intrinsically safe cell modules and the division of the cells into intrinsically safe cell modules increase the safety when using batteries with lithium-ion cells, as well as alternatives such as nickel-cadmium cells.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die in einem Modulgehäuse angeordneten Zellen, insbesondere Coffee-Bag-Zellen, in Bezug auf das Außengehäuse vertikal und nebeneinander ausgerichtet sind. Bevorzugt dann, wenn Coffee-Bag-Zellen verwendet werden, ist eine vertikale Lage vorteilhaft. Derartige Zellen besitzen zumeist eine keramischen Separator, der anfällig gegen Biegebelastungen ist, so dass die Coffee-Bag-Zellen bevorzugt vertikal eingesetzt werden. Vertikal bedeutet hierbei, dass die Coffee-Bag-Zellen in Bezug auf ihre Ausdehnung nicht flächig, das heißt horizontal zu einem Untergrund in der Batterie angeordnet sind, sondern derart, dass eine möglichst geringe Biegebelastung auf die Zellen wirkt.A further advantage results when the cells arranged in a module housing, in particular coffee-bag cells, are aligned vertically and next to one another with respect to the outer housing. Preferably, when using coffee bag cells, a vertical position is advantageous. Such cells usually have a ceramic separator, which is susceptible to bending loads, so that the coffee-bag cells are preferably used vertically. Vertical here means that the coffee bag cells are not planar in terms of their extent, that is arranged horizontally to a substrate in the battery, but such that the lowest possible bending load acts on the cells.
Innerhalb der Batterie sind die Zellen zum Beispiel unlösbar miteinander verbunden. Die Zellen können miteinander verschweißt und/oder vergossen sein. So ist es beispielsweise möglich, den die Zellen umgebenden Raum oder Freiraum mit einem wärmeleitenden Harz auszugießen oder beispielsweise auszuschäumen. Bevorzugt sind die Zellen innerhalb des Modulgehäuses fixiert und lagesicher gehalten. Hierdurch können sich mehrere Vorteile einstellen: die Zellen verrutschen nicht, die Zellen erhöhen eine Stabilität des Modulgehäuses. Durch das unlösbare Verbinden der Zellen wird die Sicherheit der Batterie, vorzugsweise eine Bruchsicherheit erhöht. Alternativ oder gleichzeitig kann der Freiraum mit einem schockabsorbierenden Material gefüllt sein, was wiederum die Eigensicherheit der Batterie erhöht. Schockabsorbierend bedeutet hierbei, dass das Material oder Werkstoff in der Lage ist, zum Beispiel eine impulsartige Kraft in Form eines Stoßes auzunehmen und/oder abzufangen. Ist die Batterie beispielsweise eine Batterie in einen Gabelstapler, so kann das schockabsorbierende Material Stöße, die beispielsweise beim Anfahren oder Verladen auftreten absorbieren.Within the battery, for example, the cells are permanently connected to each other. The cells may be welded together and / or potted. Thus, for example, it is possible to pour out the space or free space surrounding the cells with a thermally conductive resin or, for example, to foam it. Preferably, the cells are fixed within the module housing and held secure in position. This can provide several advantages: the cells do not slip, the cells increase the stability of the module housing. Due to the non-detachable connection of the cells, the safety of the battery, preferably a resistance to breakage is increased. Alternatively or at the same time, the free space can be filled with a shock-absorbing material, which in turn increases the intrinsic safety of the battery. In this case, shock-absorbing means that the material or material is capable, for example, of taking and / or absorbing a pulse-like force in the form of a shock. For example, if the battery is a battery in a forklift, the shock absorbing material may absorb shocks that occur, for example, during startup or loading.
In einer weiteren Ausführungsform sind die elektrisch leitenden Stromführungen aus dem Modulgehäuse herausgeführt und mit einer Bruchsicherung versehen, die bei einer Verschiebung des Modulgehäuses relativ zum Außengehäuse auslöst und die Stromführung unterbricht. Vorzugsweise umfasst die Bruchsicherung eine Sollbruchstelle. Ein wesentlicher Vorteil des modularen Aufbaus der Batterie ist der, dass im Schadensfall die Modulgehäuse voneinander trennbar und somit ein Schaden minimierbar ist. Um Folgeschäden, wie beispielsweise Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die aus dem Modulgehäuse herausgeführten elektrischen Kontakte oder Anschlüsse mit Sollbruchstellen an derartigen Stellen versehen, dass im Falle eines Bruchs der Sollbruchstelle ein Kurzschluss vermieden wird.In a further embodiment, the electrically conductive current guides are led out of the module housing and provided with a breakage protection, which triggers relative to the outer housing when the module housing is displaced and interrupts the current supply. Preferably, the fracture protection comprises a predetermined breaking point. A major advantage of the modular design of the battery is that in case of damage, the module housing separable from each other and thus damage can be minimized. In order to avoid consequential damage, such as short circuits, the electrical contacts or connections led out of the module housing are provided with predetermined breaking points at locations such that a short circuit is avoided in the event of breakage of the predetermined breaking point.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass in einem Modulgehäuse angeordnete, einander gegenüberliegende Zellen jeweils zueinander verdreht und/oder versetzt angeordnet sind. Im Betrieb weisen die Zellen eine ungleichmäßige Wärmeverteilung auf. So tritt in der Nahe der Kontaktierung der Zellen eine höhere Wärmeentwicklung auf. Durch ein Verdrehen und/oder Versetzen der Zellen zueinander innerhalb der Modulgehäuse erfolgt in vorteilhafter Weise eine Homogenisierung der Wärmeverteilung. Werden beispielsweise die Zellen in Bezug auf ihre Kontaktierung gegensinnig in das Modulgehäuse eingebaut, so liegen die Bereiche höherer Wärmeentwicklung in der Kontaktierung nicht übereinander. Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Zellen nicht gegensinnig, das heißt um 180° verdreht zueinander angeordnet sind, sondern wenn die Zellen versetzt zueinander in das Modulgehäuse eingebaut sind. Durch eine versetzte Anordnung der Zellen zueinander erfolgt eine Homogenisierung der Wärmeverteilung auch in Bezug auf benachbarte Zellen. Je nach eingesetztem Werkstoff für die Zellen oder je nach Abmaß oder Wärmeentwicklung ist es auch vorstellbar, die übereinander angeordneten Zellen um beispielsweise 45°, 90° oder 185° verdreht zueinander im Modulgehäuse anzuordnen.Another embodiment provides that arranged in a module housing, opposing cells are each rotated to each other and / or arranged offset. In operation, the cells have an uneven heat distribution. Thus, near the contacting of the cells, a higher heat development occurs. By rotating and / or displacing the cells relative to one another within the module housing, homogenization of the heat distribution takes place in an advantageous manner. If, for example, the cells are installed in opposite directions in relation to their contacting in the module housing, the areas of higher heat development in the contacting are not superimposed. Another advantage arises when the cells are not in opposite directions, that is, rotated by 180 ° to each other, but when the cells are offset from each other in the module housing are installed. By a staggered arrangement of the cells to each other, a homogenization of the heat distribution also takes place with respect to adjacent cells. Depending on the material used for the cells or depending on the dimension or heat development, it is also conceivable to arrange the cells arranged one above the other in the module housing rotated by, for example, 45 °, 90 ° or 185 °.
Weiterhin kann die Batterie zumindest eine Berstsicherung aufweisen. Eine Berstsicherung kann zum Beispiel das Außengehäuse und/oder ein Modul, bevorzugt jedes Modul, aufweisen. Zum Beispiel kann das Außengehäuse einen Rahmen mit aufgesetztem Deckel aufweisen, wobei der Deckel als Berstsicherung eingesetzt ist. Bevorzugt umfasst die Berstsicherung eine Sollbruchstelle. Die Sollbruchstelle besitzt den Vorteil, dass ein gezielter, definierter Bruch auftritt, so dass mit einer minimalen Beeinträchtigung oder Beschädigung der das Außengehäuse umgebenden Umwelt zu rechnen ist. Wird die Batterie beispielsweise in einem Kraftfahrzeug eingesetzt, so kann die Berstsicherung mit einer Sollbruchstelle derart ausgebildet sein, dass diese entgegen dem Fahrgastraum gerichtet ist, so dass die Sicherheit im Kraftfahrzeug erhöht wird.Furthermore, the battery may have at least one rupture protection. An anti-burst device may, for example, comprise the outer housing and / or a module, preferably each module. For example, the outer housing may have a frame with attached lid, wherein the lid is used as a rupture protection. Preferably, the rupture protection comprises a predetermined breaking point. The predetermined breaking point has the advantage that a targeted, defined break occurs, so that with a minimum Impairment or damage to the surrounding of the outer housing environment is expected. If the battery is used, for example, in a motor vehicle, then the rupture protection can be designed with a predetermined breaking point such that it is directed against the passenger compartment, so that safety in the motor vehicle is increased.
Eine weitere Ausführungsform weist eine Batterie auf, bei der innerhalb des Außengehäuses mehrere Modulgehäuse für Zellen angeordnet sind, die jeweils einen Rahmen und einen fest mit dem Rahmen verbundenen Deckel aufweisen, wobei die Deckel jeweils als Berstsicherung gestaltet sind. Bei einer Aktivierung der Berstsicherung ist zum Beispiel vorgesehen, dass eine elektrisch leitende Verbindung der Zellen in dem Modulgehäuse nach außen unterbrochen wird. Bevorzugt umfasst die Berstsicherung auch hier eine Sollbruchstelle. Bei einer Integration einer Sollbruchstelle in das Modulgehäuse wird eine Sicherheit dahingehend erhöht, dass es bei einer Beschädigung des Modulgehäuses nicht zu einem Kurzschluss oder einer fehlerhaften Kontaktierung außerhalb des Modulgehäuses kommt.A further embodiment has a battery in which a plurality of module housing for cells are arranged within the outer housing, each having a frame and a fixedly connected to the frame lid, wherein the lid are each designed as a rupture. When the rupture protection is activated, it is provided, for example, that an electrically conductive connection of the cells in the module housing is interrupted to the outside. The rupture protection preferably also includes a predetermined breaking point here. With an integration of a predetermined breaking point in the module housing, a security is increased to the effect that it does not lead to a short circuit or a faulty contact outside the module housing in case of damage to the module housing.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht eine Verwendung von Coffee-Bag-Zellen zur Herstellung einer Batterie vor, insbesondere für den Kraftfahrzeugeinsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug, wobei mehrere Coffee-Bag-Zellen zusammengefasst ein Modul bilden und jedes Modul in einem Modulgehäuse angeordnet ist und mehrere gleichartige Modulgehäuse in einem Batteriegehäuse untergebracht und angeschlossen sind. Die Verwendung von Coffee-Bag-Zellen, die in Modulen zusammengefasst in einem Modulgehäuse angeordnet sind, bieten den Vorteil, dass die Coffee-Bag-Zellen mit einer höheren Sicherheit für die Umwelt verwendet werden können. So kann eine stromleitende Verbindung zwischen den Modulen unter schadenbewirkender Krafteinwirkung unterbrochen werden. Vorteilhaft aus Gründen der Sicherheit ist es, wenn das Batteriegehäuse in einem Unterbodenbereich eines Fahrzeugs angeordnet wird. Die Verwendung des Batteriegehäuses in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs steigert die Sicherheit dahingehend, dass der Fahrgastraum im Falle eines Unfalls zusätzlich geschützt wird. Insbesondere bei Kraftfahrzeugen, wie beispielsweise Elektrofahrzeugen oder Fahrzeugen mit Hybridantrieb ist die Verwendung einer Coffee-Bag-Zelle auch aus weiteren Gründen vorteihaft: Coffee-Bag-Zellen bieten aufgrund ihres kompakten und geschlossenen Aufbaus ein hohes Maß an Sicherheit. Dadurch wird eine Gefahr minimiert, dass es im Falle eines Unfalls zur Beschädigung der Batterie kommen kann. Diese Gefahr ist umso größer, wenn die in einem Kraftfahrzeug eingesetzten Batterien ein großes Volumen umfasst.A further embodiment of the invention provides for the use of coffee-bag cells for producing a battery, in particular for motor vehicle use in a hybrid or electric vehicle, wherein a plurality of coffee-bag cells combined form a module and each module is arranged in a module housing and a plurality of similar module housings are housed and connected in a battery case. The use of coffee-bag cells, which are arranged in modules in a module housing, offers the advantage that the coffee-bag cells can be used with a higher degree of safety for the environment. Thus, an electrically conductive connection between the modules can be interrupted under damage-causing force. For reasons of safety, it is advantageous if the battery housing is arranged in an underfloor region of a vehicle. The use of the battery case in an underfloor area of the motor vehicle enhances safety in that the passenger compartment is additionally protected in the event of an accident. In particular, in motor vehicles, such as electric vehicles or vehicles with hybrid drive, the use of a coffee bag cell is vorteihaft for other reasons: Coffee bag cells offer a high level of security due to their compact and closed design. This minimizes the risk of damaging the battery in the event of an accident. This risk is all the greater if the batteries used in a motor vehicle comprises a large volume.
Die Sicherheit wird durch die Anordnung der Coffee-Bag-Zellen in Modulgehäusen, die in dem Batteriegehäuse wiederum angeordnet sind, verbessert.Safety is improved by the arrangement of the coffee bag cells in module housings, which are in turn arranged in the battery housing.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch ein Unterbrechen einer stromleitenden Verbindung einer Batterie, aufweisend eine Vielzahl an Zellen, die in Modulen angeordnet sind, wobei die Module jeweils in einem Modulgehäuse befestigt werden, bevor die Modulgehäuse in einem Außengehäuse untergebracht werden. Bei einer schadenbedingten Krafteinwirkung auf das Außengehäuse wird vorzugsweise bei ein oder mehreren Modulgehäuse die stromleitende Verbindung aufgrund der Krafteinwirkung unterbrochen. Das Verfahren zum Unterbrechen einer Strom leitenden Verbindung bietet den Vorteil, dass Kurzschlüsse oder fehlerhafte Kontaktierungen im Falle äußerer Krafteinwirkungen vermieden werden.Another advantage is provided by interrupting a current-conducting connection of a battery comprising a plurality of cells arranged in modules, the modules each being mounted in a module housing before the module housings are housed in an outer housing. In a damage caused by the force acting on the outer housing, the current-conducting connection is preferably interrupted due to the action of force in one or more module housing. The method of breaking a current-conducting connection offers the advantage that short-circuits or faulty contacts in the case of external force effects are avoided.
Die weiteren Ausführungsbeispiele werden anhand einer Nutzung einer Batterie aufweisend Lithium-Ionen-Zellen in der Verwendung einer Kraftfahrzeug-Batterie beschrieben. Die Ausführungen sind jedoch nicht auf diese Ausgestaltung der Batterie als Lithium-Ionen-Batterie beschränkt, ebenso wenig auf die Anwendung bei einem Kraftfahrzeug. Vielmehr können eine andere Batterie mit anderen Zellen zum Einsatz gelangen, ebenso wie andere Nutzungsarten für die Batterie, die unabhängig von einem Kraftfahrzeug sind. So kann eine Nutzung stationär erfolgen, zum Beispiel im Einsatz von Solarspeicherbatterien, Solarkraftwerken, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen, Notstromanlagen, einem Haushalt, in Betrieben, in Krankenhäusern oder in sonstigen Anlagen, bei denen eine Batterie zum Einsatz gelangt. Dieses können auch andere mobile Einsatzzwecke sein, zum Beispiel bei mobilen Stromversorgungsgeräten, bei mobilen Werkzeugen, bei Generatoranlagen oder auch in einem Anhänger, einem Unterseeboot, einem Boot oder Schiff oder auch einem Fluggerät oder in Bahnen. Ebenso kann die Batterie mit einem Zweirad genutzt werden. Die nachfolgenden einzelnen Merkmale können bei diesen Anwendungen und/oder mit anderen Batteriezellen ebenso eingesetzt werden und sind mit der nachfolgenden Beschreibung ebenfalls entsprechend offenbart.The further exemplary embodiments are described on the basis of a use of a battery having lithium-ion cells in the use of a motor vehicle battery. However, the embodiments are not limited to this embodiment of the battery as a lithium-ion battery, nor to the application in a motor vehicle. Rather, another battery with other cells can be used, as well as other uses for the battery, which are independent of a motor vehicle. Thus, use can be stationary, for example in the use of solar storage batteries, solar power plants, combined heat and power plants, emergency power systems, a household, in factories, in hospitals or other facilities where a battery is used. This can also be other mobile applications, for example in mobile power supplies, mobile tools, generator sets or even in a trailer, a submarine, a boat or ship or even an aircraft or in trains. Similarly, the battery can be used with a two-wheeler. The following individual features may also be used in these applications and / or with other battery cells and are also disclosed accordingly with the following description.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgeschlagen, eine Kraftfahrzeug-Batterie für ein Hybrid- oder ein Elektrokraftfahrzeug vorzusehen, wobei die Batterie mehrere Lithium-Ionen-Zellen umfasst, die miteinander trennbar verbunden angeordnet in einem Außengehäuse sind, das austauschbar in einem Kraftfahrzeug einsetzbar ist. Dadurch, dass die Lithium-Ionen-Zellen voneinander trennbar sind, kann die Kraftfahrzeug-Batterie an den jeweiligen Einsatzzweck angepasst aufgebaut und insbesondere auch eine Austauschbarkeit von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen ermöglichen, ohne dass die gesamte Kraftfahrzeug-Batterie ausgetauscht werden muss. Dadurch, dass die Kraftfahrzeug-Batterie selbst ebenfalls austauschbar in dem Kraftfahrzeug einsetzbar ist, ergibt sich eine besonders vorteilhafte Möglichkeit, den Austausch von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen nicht am Kraftfahrzeug selbst, sondern in einem anderen Bereich ausführen zu können. Dieses ermöglicht zum einen eine Wartung der in der Kraftfahrzeug-Batterie vorhandenen Lithium-Ionen-Zellen. Zum anderen können notwendige Arbeiten beispielsweise zum Austausch von einer oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen so ausgeführt werden, dass dieses nicht im engsten Raume stattfinden muss, sondern vielmehr der dafür notwendige Platz zur Verfügung gestellt ist.According to a further embodiment, it is proposed to provide a motor vehicle battery for a hybrid or an electric motor vehicle, wherein the battery comprises a plurality of lithium-ion cells, which are arranged separably connected to each other in an outer housing, which is used interchangeably in a motor vehicle. Because the lithium-ion cells are separable from one another, the motor vehicle battery can be adapted to the respective intended use and, in particular, also allow interchangeability of one or more lithium-ion cells, without the entire vehicle battery must be replaced. The fact that the motor vehicle battery itself is also used interchangeably in the motor vehicle, results in a particularly advantageous possibility to be able to perform the replacement of one or more lithium-ion cells not on the motor vehicle itself, but in another area. This allows for a maintenance of existing in the motor vehicle battery lithium-ion cells. On the other hand, necessary work, for example, to replace one or more lithium-ion cells can be carried out so that this does not have to take place in the narrowest space, but rather the space required for this is made available.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass das Außengehäuse eine erste Struktur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt, jeweils mehrere Lithium-Ionen-Zellen zusammengefasst jeweils Module bilden und die Module nebeneinander angeordnet sind, wobei jeweils ein Modulgehäuse eines Moduls eine zweite Struktur bildet, die schockabsorbierend im Schadensfall wirkt, und mehrere Modulgehäuse in dem Außengehäuse fest angeordnet sind. Auf diese Weise gelingt es, eine besonders mechanisch stabile Sicherung der Lithium-Ionen-Zellen herstellen zu können. Während das Außengehäuse mit seiner ersten Struktur vorzugsweise in Rahmenbauweise in der Lage ist, kleinere Aufpralle wie Krafteinwirkungen aufnehmen und eventuell durch Deformation auffangen zu können, ist bei einer Weiterleitung einer Krafteinwirkung vom Außengehäuse auf die jeweiligen Modulgehäuse sichergestellt, dass durch deren zweite Struktur ebenfalls eine Kraftabsorption erfolgt bzw. durch eine Deformierung Kraft aufgenommen und dadurch die in dem Modulgehäuse befindlichen Lithium-Ionen-Zellen möglichst unzerstört bleiben. Eine Weiterbildung sieht hierbei vor, dass in einem Schadensfall zuerst die erste Struktur sich verformt und bei der Verformung auf ein oder mehrere Modulgehäuse Kraft überträgt. Die Kraftübertragung auf die jeweiligen Modulgehäuse führt zu einer Verformung vorzugsweise einer stabilisierten Rahmengeometrie, die als Zweitstruktur genutzt wird. Eine Spannungsfreisetzung erfolgt vorzugsweise über einen oder mehrere Deckel, die das Modulgehäuse aufweist. Diese können ihre Form nach außen ändern und hierbei einwirkende Kräfte absorbieren.According to a further embodiment, it is provided that the outer housing forms a first structure which acts shock-absorbing in the event of damage, in each case several lithium-ion cells combined in each case form modules and the modules are arranged next to one another, wherein in each case a module housing of a module forms a second structure, the shock absorbing acts in the event of damage, and a plurality of module housings are fixedly arranged in the outer housing. In this way, it is possible to produce a particularly mechanically stable fuse of the lithium-ion cells. While the outer housing with its first structure preferably in a frame construction is able to absorb smaller impacts such as force and possibly to be able to absorb by deformation, is ensured in a forwarding a force from the outer housing to the respective module housing, that by their second structure also a force absorption takes place or absorbed by a deformation force and thereby remain in the module housing located lithium-ion cells as intact as possible. A further development provides that, in the event of damage, first the first structure deforms and transfers force to one or more module housings during the deformation. The power transmission to the respective module housing leads to a deformation, preferably a stabilized frame geometry, which is used as a secondary structure. A release of stress is preferably carried out via one or more covers, which has the module housing. These can change their shape to the outside and absorb forces acting here.
Des Weiteren ist beispielsweise vorgesehen, dass eine aus einem Modulgehäuse herausführende, elektrisch leitende Stromführung mit einer Bruchsicherung versehen ist, die bei einer Verschiebung des Modulgehäuses relativ zum Außengehäuse auslöst und die Stromführung unterbricht. Hierbei kann die Stromführung beispielsweise selbst als Bruchsicherung genutzt werden. Dadurch ist sichergestellt, dass im Schadenfalle das Fahrzeug nicht stromführend wird und dadurch eine oder mehrere Personen geschädigt werden können. Auch eine Schädigung der elektronischen bzw. elektrischen Anlagen im Kraftfahrzeug wird durch eine derartige Stromunterbrechung verhindert.Furthermore, it is provided, for example, that an electrically conductive current lead leading out of a module housing is provided with a break-away device which triggers relative to the outer housing when the module housing is displaced and interrupts the current conduction. In this case, the current management can be used for example as a breakage protection. This ensures that in case of damage, the vehicle is not live and thus one or more people can be harmed. Damage to the electronic or electrical systems in the motor vehicle is prevented by such a power interruption.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass ein oder mehrere Bruchsicherungen mit Anschlussfahnen der jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen verbunden sind. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass Anschlussfahnen durch das jeweilige Modulgehäuse hindurchgeführt werden, wobei die Anschlussfahnen durch Kunststoffeinsätze in einem Wanddurchgang gegen eine mechanische Verlagerung geschützt werden. Gleichzeitig dienen die Kunststoffeinsätze zur Isolation der Anschlussfahnen. Eine Durchführung der Anschlussfahnen kann beispielsweise durch einen Deckel des Modulgehäuses erfolgen, der hierfür eine oder mehrere Ausnehmungen, insbesondere Schlitze aufweisen kann. Eine elektrische Kontaktierung der Anschlussfahnen kann dadurch außerhalb des Modulgehäuses im Außengehäuse erfolgen. Beispielsweise ist hierzu eine Anschlussleiste im Außengehäuse verlegt, an die die Anschlussfahnen beim Einsetzen der austauschbaren Modulgehäuse in das Außengehäuse angeschlossen werden. Durch eine Anbringung einer Bruchsicherung in diesem Bereich kann sichergestellt werden, dass zum einen die Stromleitung zwischen der Stromanschlussleiste und dem jeweiligen Modulgehäuse unterbrochen wird. Zum anderen wird bei Bruch sichergestellt, dass die bis dahin stromführenden Leitungen weiterhin durch die umgebenden Materialien isoliert bleiben und nicht als blanke Leitungen gegebenenfalls wieder stromkontaktierend werden.According to another embodiment, it is provided, for example, that one or more breakages are connected to terminal lugs of the respective lithium-ion cells. For example, it may be provided that terminal lugs are passed through the respective module housing, wherein the terminal lugs are protected by plastic inserts in a wall passage against mechanical displacement. At the same time, the plastic inserts serve to insulate the connection lugs. An implementation of the terminal lugs can be done for example by a cover of the module housing, which may have one or more recesses, in particular slots for this purpose. An electrical contact of the terminal lugs can be done outside of the module housing in the outer housing. For example, this is a terminal block laid in the outer housing to which the terminal lugs are connected when inserting the replaceable module housing in the outer housing. By attaching a breakage protection in this area can be ensured that on the one hand, the power line between the power connector strip and the respective module housing is interrupted. On the other hand, it is ensured in the event of breakage that the hitherto current-carrying lines continue to remain insulated by the surrounding materials and, if necessary, not become current-contacting again as bare lines.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass eine in einem Modulgehäuse angeordnete erste Lithium-Ionen-Zelle einen Wärmeausgleich zu einer zweiten, benachbart angeordneten Lithium-Ionen-Zelle aufweist, wobei jeweils entlang der Erstreckung der ersten und der zweiten Lithium-Ionen-Zellen unterschiedliche Wärmeentwicklungen zumindest angeglichen werden. Die erste und die zweite Lithium-Ionen-Zelle können beispielsweise direkt aufeinander liegen, insbesondere als ebenflächige Stromzellen ausgebildet sein. Vorzugsweise liegen jeweils zwei Lithium-Ionen-Zellen aufeinander und können auf diese Weise einen Wärmeaustausch untereinander sicherstellen. Je nach Anordnung der Lithium-Ionen-Zellen in ihrem inneren Aufbau ergibt sich eine unterschiedliche Wärmeentwicklung über die Lithium-Ionen-Zelle, das heißt, die Lithium-Ionen-Zelle ist nicht in allen Bereichen gleich temperiert, sondern weist hierbei Unterschiede auf. Diesen Unterschieden kann durch entsprechende Gegenanordnung einer benachbarten Lithium-Ionen-Zelle entgegen gewirkt werden, so dass ein Temperaturausgleich stattfindet. Anstelle eine direkten Aufeinanderliegens zweier Lithium-Ionen-Zellen kann auch eine Zwischenschicht angeordnet sein. Diese Zwischenschicht ist vorzugsweise wärmeleitend.According to a further embodiment, it is provided that a first lithium-ion cell arranged in a module housing has a heat balance with a second, adjacently arranged lithium-ion cell, in each case along the extension of the first and the second lithium-ion cells different Heat developments are at least equalized. The first and the second lithium-ion cell can, for example, lie directly on top of one another, in particular as a planar electric current cell. Preferably, two lithium-ion cells lie on each other and can thus ensure a heat exchange with each other. Depending on the arrangement of the lithium-ion cells in their internal structure results in a different heat development through the lithium-ion cell, that is, the lithium-ion cell is not the same temperature in all areas, but hereby differences. These differences can be counteracted by appropriate counter-arrangement of a neighboring lithium-ion cell, so that a temperature compensation takes place. Instead of a direct one Aufeinanderliegens two lithium-ion cells can also be arranged an intermediate layer. This intermediate layer is preferably thermally conductive.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass diese Zwischenschicht gegossen wird. Gemäß einer anderen Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass ein wärmeleitender Schaum verwendet wird. Eine andere Ausgestaltung wiederum sieht vor, dass zwischen benachbarten Lithium-Ionen-Zellen ein wärmeleitendes Material vorgesehen ist, das einen Wärmeaustausch und insbesondere auch eine Wärmeabfuhr ermöglicht. Um derartige, aus zumindest zwei aneinander liegenden Lithium-Ionen-Zellen gebildete Zellenpakete kann ein stoßabsorbierendes Material angeordnet sein, vorzugsweise ein Schaum. Das stoßabsorbierende Material kann, muss aber nicht wärmeleitfähig sein. Es kann auch als Isoliermaterial dienen. Vorzugsweise weist es eine Stabilität auf, die in der Lage ist, eine Stoßwirkung auf eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen bzw. Zellpakete aufzunehmen. Beispielsweise kann hierzu ein mit Stickstoff aufgeschäumter Schaum genutzt werden. Darüber hinaus kann ein derartiges Material feuerhemmend sein, insbesondere nicht brennend bzw. sogar feuerlöschend. So kann gemäß einer Ausgestaltung ein offenporiger und gemäß einer anderen Ausgestaltung ein geschlossenporiger Schaum Verwendung finden. Wird beispielsweise der geschlossenporige Schaum mit Schutzgas erzeugt, kann bei einer thermischen Erhitzung eines Zellenpakets dieses Schutzgas freigesetzt und damit eine Löschwirkung zur Verfügung gestellt werden. Vorzugsweise sind in einem Modulgehäuse angeordnete, einander gegenüberliegende Lithium-Ionen-Zellen jeweils zueinander verdreht angeordnet. Mehrere deren einander gegenüberliegende Lithium-Ionen-Zellen können wiederum einen oder mehrere Freiräume aufweisen. Derartige Freiräume können ebenfalls mit einem wärmeleitenden Material, beispielsweise mittels eines fließfähigen wärmeleitenden Materials gefüllt sein.According to one embodiment, it is provided that this intermediate layer is poured. According to another embodiment it can be provided that a thermally conductive foam is used. Another embodiment, in turn, provides that a heat-conducting material is provided between adjacent lithium-ion cells, which allows a heat exchange and in particular also a heat dissipation. A shock-absorbing material, preferably a foam, may be arranged around such cell packs formed from at least two contiguous lithium-ion cells. The shock absorbing material may or may not be thermally conductive. It can also serve as insulating material. Preferably, it has a stability capable of absorbing impact on one or more lithium-ion cells or cell packets. For example, this can be used for this purpose foamed with nitrogen foam. In addition, such a material may be fire-retardant, especially non-burning or even fire-extinguishing. Thus, according to one embodiment, an open-pored foam and, according to another embodiment, a closed-pore foam can be used. If, for example, the closed-cell foam is produced with inert gas, this protective gas can be released during thermal heating of a cell packet, thus providing an extinguishing effect. Preferably, arranged in a module housing, opposing lithium-ion cells are each arranged rotated to each other. Several of their opposing lithium-ion cells may in turn have one or more free spaces. Such free spaces can also be filled with a thermally conductive material, for example by means of a flowable heat-conducting material.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass in einem Modulgehäuse eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen, vorzugsweise Lithium-Ionen-Zellenpakete eingesetzt werden. Diese werden elektrisch miteinander verknüpft und der zwischen den Lithium-Ionen-Zellen vorliegende Freiraum wird mit einem mechanische Stabilität bildenden Material gefüllt, zum Beispiel vergossen. Dieses Material kann wie oben erwähnt ein Schaum sein, wärmeleitend sein, wie aber auch isolierend wirken. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass in einem Modulgehäuse eine Wärmeabfuhr vorgesehen ist. Bevorzugt ist, dass eine Temperatur in einem Modulgehäuse eine vorgebbare Maximaltemperatur möglichst nicht überschreitet. Dazu kann vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse selbst intern beispielsweise eine Kühlung aufweist. Es kann ebenfalls zusätzlich oder alternativ vorgesehen sein, dass das Modulgehäuse von außen gekühlt wird. Wird beispielsweise eine Außenkühlung des Modulgehäuses vorgesehen, wird bevorzugt im Modulgehäuse ein wärmeleitendes Material eingesetzt, um die Position der jeweiligen dort angeordneten Lithium-Ionen-Zellen zu stabilisieren, vorzugsweise einen zusätzlichen schockabsorbierenden Schutz für einen Schadensfall bieten zu können und eine Wärmeabfuhr nach außen ermöglichen zu können. Wird im Modulgehäuse selbst eine Kühlung vorgesehen, ist gemäß einer Ausgestaltung ein Wärmeabführungssystem im Modulgehäuse angeordnet, was eine Wärmeableitung von den jeweiligen Lithium-Ionen-Zellen nach außen außerhalb des Modulgehäuses vorsieht. Die Modulgehäuse können beispielsweise mit einem oder mehreren Lüftern sowie mit einem oder mehreren Kühlkörpern bzw. Wärmetauschern versehen sein. Das Außengehäuse wiederum kann eine oder mehrere wärmeabführende Vorrichtungen vorsehen. Dieses können zum Beispiel eine oder mehrere schaltbare Lüfter sein. Ebenso besteht die Möglichkeit, dass das Außengehäuse und/oder die Modulgehäuse an eine Kühleinrichtung des Kraftfahrzeugs angeschlossen werden können. Bevorzugt ist, dass ein derartiger Anschluss an das Außengehäuse erfolgt, wobei innerhalb des Außengehäuses eine wärmeabführende Strömung erzeugt wird, so dass ein direkter Einzelanschluss jedes einzelnen Modulgehäuses an eine Kraftfahrzeug-Kühleinrichtung beispielsweise nicht zusätzlich notwendig wird. Diese ist jedoch gemäß einer anderen Ausgestaltung ebenfalls möglich.According to one embodiment, it is provided that one or more lithium-ion cells, preferably lithium-ion cell packets, are used in a module housing. These are electrically connected to each other and the free space between the lithium-ion cells is filled with a mechanical stability-forming material, for example, shed. As mentioned above, this material can be a foam, be thermally conductive, but also have an insulating effect. In addition, there is the possibility that a heat dissipation is provided in a module housing. It is preferred that a temperature in a module housing does not exceed a predefinable maximum temperature as possible. For this purpose, it may be provided that the module housing itself internally has a cooling, for example. It may also be additionally or alternatively provided that the module housing is cooled from the outside. If, for example, an external cooling of the module housing is provided, a thermally conductive material is preferably used in the module housing in order to stabilize the position of the respective lithium ion cells arranged there, preferably to be able to provide additional shock-absorbing protection for a damage case and to permit heat removal to the outside can. If a cooling is provided in the module housing itself, according to one embodiment, a heat removal system is arranged in the module housing, which provides heat dissipation from the respective lithium-ion cells to the outside outside of the module housing. The module housings can be provided, for example, with one or more fans as well as with one or more heat sinks or heat exchangers. The outer housing in turn may provide one or more heat dissipating devices. This can be, for example, one or more switchable fans. It is also possible that the outer housing and / or the module housing can be connected to a cooling device of the motor vehicle. It is preferred that such a connection is made to the outer housing, wherein within the outer housing, a heat dissipating flow is generated, so that a direct single connection of each module housing to a motor vehicle cooling device, for example, not additionally necessary. However, this is also possible according to another embodiment.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, dass in einem Modulgehäuse angeordnete Lithium-Ionen-Zellen ein Zellenmonitoring aufweisen. Das Zellenmonitoring kann insbesondere an dem Modulgehäuse angeordnet sein, vorzugsweise durch einen eigenständigen Baustein, in dem das Zellenmonitoring schaltungstechnisch eingesetzt ist. Das Zellenmonitoring kann auch in dem Modulgehäuse angeordnet sein und ist diesem Falle gegenüber Schaden von außen durch das Modulgehäuse geschützt. Das Zellenmonitoring sieht gemäß einer Weiterbildung zumindest eine Zellenspannungsüberwachung und eine Sicherheitsabschaltung vor. Die Zellenspannungsüberwachung kann beispielsweise eine Gesamtspannung eines zugeordneten Moduls oder mehrerer Module wie aber auch vorzugsweise von einzelnen Lithium-Ionen-Zellen feststellen. Eine Sicherheitsabschaltung ermöglicht beispielsweise, dass eine elektrisch leitende Verbindung von zumindest einer Lithium-Ionen-Zelle zu einer Stromabführung unterbrochen werden kann. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Sicherheitsabschaltung eine oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen bzw. Zellenpakete oder aber Module abschalten kann. Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jedes Modulgehäuse ein Zellenmonitoring aufweist. Gemäß einer anderen Ausgestaltung ist vorgesehen, dass verschiedene Modulgehäuse gemeinsam ein einzelnes Zellenmonitoring zugeordnet besitzen. Eine Datenkommunikation mit einer beispielsweise übergeordneten Steuervorrichtung, vorzugsweise einem Batteriesteuergerät, kann durch eine zusätzliche Leitung erfolgen, insbesondere einem Informationsbussystem. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass hierzu die stromführende elektrische Leitung des Batteriesystems bzw. des Kraftfahrzeugs genutzt wird. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird vorgesehen, dass ein Informationssystem, in das die Kraftfahrzeug-Batterie mit einem oder mehreren Modulen eingebunden ist, zum Teil drahtgestützte Leitungswege, beispielsweise unter Einbindung eines Kabelbaums, zum Teil aber auch drahtlos, zum Beispiel mittels Funkübertragung nutzt.According to a further embodiment, it is provided that lithium ion cells arranged in a module housing have cell monitoring. The cell monitoring can be arranged in particular on the module housing, preferably by an independent module in which the cell monitoring is used circuit technology. The cell monitoring can also be arranged in the module housing and is this case protected against damage from outside through the module housing. The cell monitoring provides according to a development at least a cell voltage monitoring and a safety shutdown. For example, cell voltage monitoring may detect a total voltage of an associated module or modules, as well as, preferably, individual lithium ion cells. A safety shutdown allows, for example, that an electrically conductive connection can be interrupted by at least one lithium-ion cell to a power dissipation. According to one embodiment, it is provided that the safety shutdown can switch off one or more lithium-ion cells or cell packages or modules. According to one embodiment, it is provided that each module housing is a cell monitoring having. According to another embodiment, it is provided that different module housings together have a single cell monitoring assigned. A data communication with an example, higher-level control device, preferably a battery control device, can be done by an additional line, in particular an information bus system. According to a further embodiment it can be provided that the current-carrying electrical line of the battery system or the motor vehicle is used for this purpose. According to a further embodiment, it is provided that an information system in which the motor vehicle battery is integrated with one or more modules partly utilizes wire-based cable routes, for example with the involvement of a cable harness, but also wirelessly, for example by means of radio transmission.
Ein Zellenmonitoring kann beispielsweise ferngestützt von der Kraftfahrzeug-Batterie bzw. einem Modulgehäuse erfolgen. Hierzu kann beispielsweise ein Kraftfahrzeug-Batterie-Steuergerät genutzt werden, das entfernt von der eigentlichen Kraftfahrzeug-Batterie im Kraftfahrzeug vorhanden ist. Das Steuergerät kann jedoch auch in de oder an dem Außengehäuse angeordnet sein. Das eigentliche Zellenmonitoring kann sodann über einen oder mehrere Sensoren erfolgen, die im Außengehäuse bzw. in einem einzelnen Modulgehäuse angeordnet sind und mit dem Steuergerät in Verbindung stehen. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, dass jedem Modulgehäuse bzw. dem Außengehäuse selbst ein Steuergerät zur Verfügung steht. So kann beispielsweise jede einzelne, einem Modulgehäuse zugeordnete Steuereinheit auf Basis der übergeordnet zugeführten Informationen entscheiden, welche Maßnahmen zu ergreifen sind, um vorgegebene Parameter einzuhalten, zum Beispiel eine vorgegebene maximale Temperatur, eine abzugebende Spannung, eine Ladespannung oder Ähnliches. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass innerhalb des Außengehäuses angeordnete Module mit darin enthaltenen Lithium-Ionen-Zellen als Slave-Module in einem Kommunikationsnetz geschaltet sind. Über das übergeordnete Batterie-Steuergerät kann aufgrund dessen Einstellung als Master eine Vorgabe erfolgen, die die als Slave geschalteten Module entsprechend ausführen können. Hierzu ist beispielsweise vorgesehen, dass in den einzelnen Modulgehäusen entsprechende aktivierbare Vorrichtungen wie zum Beispiel Kühl-Einrichtungen, Unterbrecherkontakte wie zum Beispiel Relais oder Ähnliches, Informationsspeicher oder andere Einrichtungen vorgesehen sind, die alternativ oder ergänzend auch am Außengehäuse vorgesehen sein können.A cell monitoring, for example, be carried out remotely from the motor vehicle battery or a module housing. For this purpose, for example, a motor vehicle battery control unit can be used, which is located away from the actual motor vehicle battery in the vehicle. However, the control unit can also be arranged in de or on the outer housing. The actual cell monitoring can then take place via one or more sensors, which are arranged in the outer housing or in a single module housing and communicate with the control unit. In addition, there is the possibility that each module housing or the outer housing itself is a control unit available. Thus, for example, each individual control unit associated with a module housing can decide on the basis of the superordinate information which measures are to be taken in order to comply with predetermined parameters, for example a predetermined maximum temperature, a voltage to be delivered, a charging voltage or the like. According to one embodiment, it is provided, for example, that modules arranged within the outer housing with lithium-ion cells contained therein are connected as slave modules in a communication network. Due to its setting as the master, a default can be made via the higher-level battery control unit, which can execute the modules connected as slave accordingly. For this purpose, for example, it is provided that in the individual module housings corresponding activatable devices such as cooling devices, breaker contacts such as relays or the like, information storage or other means are provided, which may alternatively or additionally also be provided on the outer housing.
Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass an einem Modulgehäuse eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist. Die Kontaktierungsplatine sitzt gemäß einer Ausgestaltung vorzugsweise auf einem Deckel des Modulgehäuses. Die Kontaktierungsplatine trägt zum Beispiel Kontakte für Anschlussfahnen, für eine Zellen-Ausgleichselektronik, insbesondere in Bezug auf aufzunehmende und abzugebende Ströme und Spannungen, eine Diagnose-Elektronik, vorzugsweise wie geschildert in Form eines Slave-Moduls für ein beispielsweise zentrales Batterie-Steuergerät sowie einen oder mehrere Stecker, beispielsweise für einen Pluspol, einen Minuspol oder auch für eine Kommunikationsleitung. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass an einem Modulgehäuse eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist, mit der die in dem Modulgehäuse angeordneten Lithium-Ionen-Zellen zur Stromweiterleitung elektrisch verbunden sind und die Kontaktierungsplatine so lösbar mit dem Modulgehäuse verbunden ist, dass sich in einem Schadensfall die Kontaktierungsplatine zumindest teilweise ablöst und dabei eine stromführende elektrische Verbindung unterbrochen wird.According to one embodiment, it is provided, for example, that a contacting board is arranged on a module housing. The contacting board is preferably located on a cover of the module housing according to an embodiment. The contacting board carries, for example, contacts for terminal lugs, for cell compensation electronics, in particular with regard to currents and voltages to be picked up and delivered, diagnostic electronics, preferably as described in the form of a slave module for a, for example, central battery control unit and one or several plugs, for example for a positive pole, a negative pole or for a communication line. According to a further development, it is provided that a contacting board is arranged on a module housing, with which the arranged in the module housing lithium-ion cells for current transmission are electrically connected and the contacting board is detachably connected to the module housing, that in a damage, the contacting board at least partially detached, while a current-carrying electrical connection is interrupted.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass innerhalb des Außengehäuses mehrere Modulgehäuse für Lithium-Ionen-Zellen angeordnet sind, die jeweils einen Rahmen aufweisen und fest mit dem Rahmen verbundene Deckel aufweisen, wobei die Deckel jeweils als Berstsicherung ausgestaltet sind, wobei bei einer Aktivierung der Berstsicherung vorgesehen ist, dass eine elektrisch leitende Verbindung der Lithium-Ionen-Zellen in dem Modulgehäuse nach außen unterbrochen wird. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein Deckel des Modulgehäuses mit einem Rahmen des Modulgehäuses fest verschweißt ist. Auf diese Weise ergibt eine eine mechanisch sehr stabile Umhüllung der jeweils einzelnen Lithium-Ionen-Zellen, die vorzugsweise durch entsprechende Einbauten in dem jeweiligen Modulgehäuse an ihrer Position gesichert sind. Wie oben aufgezeigt, kann dieses mittels einer Eingießmasse, einem Schaum oder aber durch entsprechende Einschübe oder Ausnehmungen unterstützt werden. Diese Maßnahmen können sich auch miteinander ergänzen. Ein derartiger Deckel wiederum hat vorzugsweise eine Formgebung, die bei Ausübung einer Krafteinwirkung zu einer Verformung führt, insbesondere zu einem Bersten. Wird ein Überdruck im Inneren eines Modulgehäuses erzeugt, führt dieses zu einem beispielsweise Aufplatzen an vorgesehenen Soll-Bruchstellen des Deckels. Dieses Platzen führt zu einer Spannungsentlastung einer Gehäusestruktur des Modulgehäuses. Hierbei kann vorgesehen sein, dass im Rahmen einer derartigen Berstsicherung gleichzeitig eine elektronische oder elektrische Verbindung unterbrochen wird. Gemäß einer Ausgestaltung ist beispielsweise vorgesehen, dass eine Kontaktierungsplatine zumindest zum Teil abgerissen wird, so dass das Modulgehäuse sodann ohne elektrische Verbindung ist.According to a further embodiment, it is provided that within the outer housing a plurality of module housing for lithium-ion cells are arranged, each having a frame and fixedly connected to the frame cover, wherein the lid are each configured as a rupture protection, wherein upon activation of the Bursting is provided that an electrically conductive connection of the lithium-ion cells is interrupted in the module housing to the outside. For example, it can be provided that a cover of the module housing is firmly welded to a frame of the module housing. In this way, results in a mechanically very stable enclosure of each individual lithium-ion cells, which are preferably secured by appropriate fittings in the respective module housing in position. As indicated above, this can be supported by means of a potting compound, a foam or by corresponding inserts or recesses. These measures can also complement each other. Such a lid, in turn, preferably has a shape which, upon application of a force, leads to deformation, in particular to a bursting. If an overpressure is generated in the interior of a module housing, this leads to an example, bursting at intended breaking points of the cover. This bursting leads to a stress relief of a housing structure of the module housing. It can be provided that an electronic or electrical connection is interrupted at the same time as part of such a rupture. According to one embodiment, it is provided, for example, that a contacting board is at least partially torn off, so that the module housing is then without an electrical connection.
Gemäß einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass in dem Außengehäuse der Kraftfahrzeug-Batterie an jeweils einem Modulgehäuse enthaltend eine Anzahl an Lithium-Ionen-Zellen eine Kontaktierungsplatine angeordnet ist, die Kontakte für ein oder mehrere Anschlussfahnen der Lithium-Ionen-Zellen, eine Zellen-Ausgleichselektronik für eine Spannung und/oder einen elektrischen Strom, eine Diagnose-Elektronik in Form eines Slave-Moduls für ein zentrales Batterie-Steuergerät und einen oder mehrere Stecker für einen elektronischen Anschluss der Lithium-Ionen-Zellen an eine übergeordnete Stromleitung sowohl für eine Kommunikationsleitung aufweist. Eine derartige Kontaktierungsplatine kann Bestandteil eines Zellenmonitorings sein. Kommt es zu einem Bersten von einem Teil eines Modulgehäuses, zum Beispiel eines Deckels, kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Teil dieser auf der Kontaktierungsplatine vorhandenen Bauteile entweder in ihren jeweiligen Leitungen unterbrochen oder aber selbst zerstört werden. According to a further development, provision can be made for a contacting board to be arranged in the outer housing of the motor vehicle battery on a respective module housing containing a number of lithium-ion cells, the contacts for one or more terminal lugs of the lithium-ion cells, a cell Balancing electronics for a voltage and / or an electric current, a diagnostic electronics in the form of a slave module for a central battery control unit and one or more connectors for an electronic connection of the lithium-ion cells to a higher power line for both a communication line having. Such a contacting board can be part of a cell monitoring. If there is a rupture of a part of a module housing, for example a cover, it can be provided that at least some of these components present on the contacting board are either interrupted in their respective lines or are themselves destroyed.
Vorzugsweise ist vorgesehen, dass im Falle einer Unterbrechung, zum Beispiel aufgrund einer Störung, automatisch ein Fehlersignal an das übergeordnete Steuergerät ausgelöst wird. Diese kann sodann selbsttätig dafür sorgen, dass die Kraftfahrzeug-Batterie trotz Ausfalls eines oder mehrerer Modulgehäuse die weiterhin notwendige Spannung bzw. notwendigen Strom liefert. Beispielsweise kann das Steuergerät auch in der Lage sein, eine Rangfolge an notwendig zu versorgenden Verbrauchern festzustellen und entsprechend der tatsächlich verfügbaren Energie aus der Kraftfahrzeug-Batterie im Schadensfalle automatisch gemäß einer Prioritätenliste diejenigen Verbraucher mit Energie zu versorgen, die hierfür entsprechend eingestuft sind. Insbesondere kann dieses beispielsweise eine automatische Notrufabsendung, vorzugsweise mit gleichzeitig automatischer GPS-Standortsignalabgabe betreffen, sofern ein spezifischer Schadensfall detektiert und weitergegeben worden ist.It is preferably provided that in the case of an interruption, for example due to a fault, an error signal is automatically triggered to the higher-level control unit. This can then automatically ensure that the motor vehicle battery despite failure of one or more module housing supplies the necessary voltage or necessary current. For example, the control unit may also be able to determine a ranking of consumers to be supplied and, according to the actual available energy from the motor vehicle battery in the event of damage, automatically supply those consumers with energy according to a priority list, which are classified accordingly. In particular, this may relate, for example, to an automatic emergency call transmission, preferably with simultaneously automatic GPS location signal delivery, if a specific case of damage has been detected and forwarded.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung ist vorgesehen, dass dem Außengehäuse zumindest ein auslesbarer Informationsspeicher zugeordnet ist. Dieser Informationsspeicher kann beispielsweise ein EEPROM- oder aber auch ein Flash-Speicher sein. Auf der einen Seite kann der Informationsspeicher ein oder mehrere Kennfelder aufweisen, um auf diese Weise im Zusammenspiel mit einem Zellenmonitoring sicherzustellen, dass vorgebbare Bedingungen hinsichtlich Parametern von ein oder mehreren Modulen eingehalten werden. Zum anderen kann der Informationsspeicher beispielsweise auch Informationen erhalten, die über ein oder mehrere Sensoren in Bezug auf ein oder mehrere Module aufgenommen werden. Diese Informationen können beispielsweise mittels einer eigenen Rechnereinheit am Außengehäuse oder aber im Steuergerät selbst ausgewertet werden. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass in dem Außengehäuse mehrere Informationsspeicher angeordnet sind, die jeweils verschiedenen, am Außengehäuse angeordneten Modulen zugeordnet sind. Auf diese Weise kann ein eigenes Informationssystem der Kraftfahrzeug-Batterie geschaffen werden. Zum einen kann eine Redundanz erzeugt werden, so dass bei Ausfall von beispielsweise einem Zellenmonitoring an einem Modul ein anderes Modul trotzdem diese Aufgabe weiter fortführen kann. Zum anderen kann auf diese Weise sichergestellt werden, dass im Schadensfalle zumindest in Bezug auf einige Module Daten zur späteren Auswertung und Schadensaufbereitung noch zur Verfügung stehen könnten. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest in einem Modulgehäuse ein Informationsspeicher angeordnet ist, der von außerhalb des Modulgehäuses auslesbar ist. Durch die Anordnung im Modulgehäuse wird eine besondere Schadenssicherheit für den Informationsspeicher sichergestellt. Wird im Schadensfall beispielsweise eine Krafteinwirkung von außen auf die Kraftfahrzeug-Batterie ausgeübt, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass ein derartig gesicherter Informationsspeicher einen Schadensfall eher übersteht. Beispielsweise kann auch vorgesehen sein, dass bei Detektierung eines Schadensfalles, mm Beispiel bei Detektierung einer Krafteinwirkung auf die Kraftfahrzeug-Batterie und/oder auf das Kraftfahrzeug automatisch ein Datenabgleich zwischen verschiedenen Informationsspeichern der Kraftfahrzeug-Batterie und/oder des Kraftfahrzeugs erfolgt. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die tatsächlich vorliegenden Informationen insgesamt unabhängig vom Speicherort vorhanden sind und auf diese Weise nach dem Schadensfall einerseits ein redundanter Betrieb ermöglicht wird und/oder aber die Schadensdaten ausgewertet für eine Schadensbegutachtung zur Verfügung stehen können.According to a further embodiment, it is provided that at least one readable information memory is assigned to the outer housing. This information store can be, for example, an EEPROM or else a flash memory. On the one hand, the information store can have one or more maps in order to ensure in this way, in conjunction with a cell monitoring, that predefinable conditions with respect to parameters of one or more modules are met. On the other hand, for example, the information store can also receive information that is received via one or more sensors with respect to one or more modules. This information can be evaluated, for example, by means of a separate computer unit on the outer housing or in the control unit itself. It is preferably provided that a plurality of information stores are arranged in the outer housing, which are respectively assigned to different, arranged on the outer housing modules. In this way, a separate information system of the motor vehicle battery can be created. On the one hand, a redundancy can be generated, so that in case of failure of, for example, a cell monitoring on a module another module can still continue this task. On the other hand, it can be ensured in this way that, in the case of damage, at least with regard to some modules, data for later evaluation and damage processing could still be available. It is preferably provided that an information memory is arranged at least in a module housing, which is read from outside the module housing. The arrangement in the module housing a special damage security for the information storage is ensured. If, for example, an external force is applied to the motor vehicle battery in the event of damage, the likelihood that such a secured information store will survive a damage event is greater. For example, it can also be provided that upon detection of a damage case, mm example, upon detection of a force on the motor vehicle battery and / or on the motor vehicle, a data comparison automatically takes place between different information memories of the motor vehicle battery and / or the motor vehicle. In this way it can be ensured that the information actually available is available in total independently of the storage location and in this way, on the one hand, a redundant operation is made possible after the damage has occurred and / or the damage data evaluated can be available for a damage assessment.
Eine weitere Sicherheit ergibt sich beispielsweise dadurch, dass mehrere Gehäusemodule mit jeweils darin erhaltenen Lithium-Ionen-Zellen austauschbar angeordnet im Außengehäuse sind. Vorzugsweise sind die Lithium-Ionen-Zellen als Zellenpakete zusammengepackt und bilden mit mehreren Zellenpaketen jeweils einzelne Module, die in den jeweiligen Gehäusemodulen untergebracht sind. Diese Stabilität kann dadurch erhöht werden, dass das Außengehäuse beispielsweise mehrere definierte Einschübe aufweist, in die daran angepasste Gehäusemodule einsetzbar, vorzugsweise sicherbar und elektrisch anschließbar sind. Beispielsweise kann, wie oben dargelegt, das Außengehäuse über eine zentrale Stromschiene verfügen, an die jedes einzelne Gehäusemodul angeschlossen werden kann und gegenüber dem jedes Gehäusemodul insbesondere auch abgekoppelt werden kann. Eine zusätzliche, vorzugsweise mechanische Sicherung verhindert, dass die Kraftfahrzeug-Batterie bei Stoßeinwirkung sofort insgesamt einen Außengehäuseschaden mit internem Gehäusemodulschaden aufweist. Vielmehr kann durch die definierten Einschübe eine zusätzliche Stabilität im Außengehäuse durch entsprechende Verstrebungen und Aufnahmen geschaffen werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung kann beispielsweise vorgesehen werden, dass das Außengehäuse einen Deckel aufweist, der mit einem Rahmen des Außengehäuses zerstörungsfrei und wiederholbar lösbar und wieder verwendbar ist, wobei der Deckel bei in einem Fahrzeug eingebauter Kraftfahrzeugs-Batterie zu einem Boden unterhalb des Fahrzeugs hinweist. Insbesondere kann dieser Deckel ebenfalls eine Berstsicherung aufweisen. Kommt es zu einem Schadensfall, kann zuerst die Berstsicherung ausgelöst werden, das heißt der Deckel verformt sich nach außen. Dadurch dass der Deckel nach unten zur Fahrbahn gerichtet ist, wird eine Innenfahrgastzelle des Kraftfahrzeugs durch diese Deformierung nicht zerstört. Vielmehr würden auftretenden Kräfte flächig verteilt durch eine entsprechende flächige Geometrie der der Innenfahrgastzelle zugeordneten Außengehäuseseite der Baterie, die abgewandt ist vom Deckel. Darüber hinaus erlaubt eine derartige Berstsicherung, dass bei entsprechender Verformung entweder sich der Deckel selbst löst oder eine derartige Öffnung im Deckel entsteht, dass ein oder mehrere im Außengehäuse enthaltenen Modulgehäuse einen Freiraum erhalten, innerhalb dem diese sich dann bewegen können, sofern deren jeweiligen Halterungen im Außengehäuse zerstört werden. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Absorption von Verformungsenergie zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere besteht auf diese Weise die Möglichkeit, dass ein oder mehrere Modulgehäuse sich entweder im Außengehäuse selbst verformen oder aber sich nach außen verformen können, wobei ein oder mehrere Modulgehäuse aus dem Außengehäuse auch zumindest zum Teil herausragen können. Beispielsweise ist vorgesehen, dass eine zusätzliche Sicherung zwischen Modulgehäuse und Außengehäuse vorgesehen ist, so dass zwar Modulgehäuse aus dem Außengehäuse heraustreten, nicht aber über diese einzelne Sicherung und deren Längenerstreckung hinaus sich vom Fahrzeug entfernen können. Auf diese Weise wird verhindert, dass Modulgehäuse als Einzelteile vom Kraftfahrzeug im Schadensfall wegfliegen können.Another security results, for example, in that a plurality of housing modules, each with lithium-ion cells therein being exchangeably arranged in the outer housing. Preferably, the lithium-ion cells are packed together as cell packets and form with several cell packets each individual modules that are housed in the respective housing modules. This stability can be increased by virtue of the fact that the outer housing has, for example, a plurality of defined slots, into which housing modules adapted thereto can be inserted, preferably secured and electrically connected. For example, as stated above, the outer housing have a central bus bar to which each individual housing module can be connected and with respect to which each housing module can also be decoupled in particular. An additional, preferably mechanical fuse prevents the motor vehicle battery when impacted immediately total Has outer housing damage with internal housing module damage. Rather, can be created by corresponding braces and recordings by the defined slots additional stability in the outer case. According to a further embodiment, it can be provided, for example, that the outer housing has a lid which is non-destructively and repeatably detachable and reusable with a frame of the outer housing, wherein the lid points to a floor below the vehicle in a motor vehicle battery installed in a vehicle. In particular, this cover may also have a bursting protection. If there is a case of damage, the rupture protection can be triggered first, that is, the lid deforms outward. The fact that the cover is directed down to the roadway, an inner passenger cell of the motor vehicle is not destroyed by this deformation. Rather, occurring forces would be distributed over a surface by a corresponding planar geometry of the Innenfahrgastzelle associated outer housing side of the battery, which is remote from the lid. In addition, such a bursting allows that with appropriate deformation either the lid itself dissolves or such an opening in the lid arises that one or more module housing contained in the outer housing receive a free space within which they can then move, provided their respective brackets in Outdoor housing to be destroyed. In this way, an additional absorption of deformation energy can be provided. In particular, in this way there is the possibility that one or more module housings deform themselves either in the outer housing or can deform outwards, whereby one or more module housings can protrude from the outer housing also at least in part. For example, it is provided that an additional fuse between the module housing and the outer housing is provided, so that although module housing emerge from the outer housing, but not on this individual fuse and its length extension can also move away from the vehicle. In this way prevents module housing can fly away as individual parts of the vehicle in case of damage.
Eine weitere Ausgestaltung sieht beispielsweise zur Stabilisierung vor, dass in dem Außengehäuse mehrere Modulgehäuse angeordnet sind, die eine Unterteilung aufweisen, wobei jeweils in einem ersten Raum ein oder mehrere Lithium-Ionen-Zellen angeordnet sind und in einem, vom ersten Raum abgetrenntem zweiten Raum eine Kontaktierungsplatine und ein Informationsspeicher angeordnet sind. Auf diese Weise kann im Falle eines Schadens einer Lithium-Ionen-Zelle trotzdem der Betrieb des Modulgehäuses insofern aufrecht erhalten bleiben, dass eine entsprechende Information sofort an das übergeordnete Steuergerät und ein anderes Zellenmonitoring erfolgt und ein selbstständiges Abschalten dieses Moduls möglich wird. Zum anderen wird auf diese Weise ein besonderer Schutz für die Kontaktierungsplatine und den Informationsspeicher zur Verfügung gestellt. Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der erste oder der zweite Raum als Begrenzungswand einen aufgesetzten Deckel aufweisen. Dieser Deckel kann wiederum mit einer Berstsicherung versehen sein. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass in dem Außengehäuse mehrere Modulgehäuse angeordnet sind, die jeweils einen Deckel aufweisen, der zumindest einen Durchlass aufweist, durch den ein oder mehrere Anschlussfahnen von einen oder mehreren Lithium-Ionen-Zellen hindurchragen. Die hindurchragenden Anschlussfahnen sind elektrisch isoliert, so dass im Schadensfalle zwar eine Unterbrechung der elektrischen Leitung erfolgt, die elektrischen Leitungen selbst aber weiter isoliert bleiben. Kommt es zu einer Krafteinwirkung auf das Modulgehäuse, kann zum einen das Modulgehäuse selbst eine Kraft absorbierende Gestaltung aufweisen, zum anderen kann hierfür der Deckel eingesetzt werden. Verformt sich dieser, kann dadurch ein Abriss einer elektrischen Verbindung erfolgen. Das geschädigte Modulgehäuse liefert sodann keinen elektrischen Strom mehr ist aber in einem sicheren, für einen Benutzer des Kraftfahrzeugs gesicherten Zustand. Bevorzugt ist, wenn ein Deckel des Modulgehäuses mit der übrigen Struktur des Modulgehäuses verschweisst ist.A further embodiment provides, for example, for stabilization that in the outer housing a plurality of module housing are arranged, which have a subdivision, wherein in each case in a first space one or more lithium-ion cells are arranged and in a, separated from the first space a second space Contacting board and an information storage are arranged. In this way, in the event of damage to a lithium-ion cell, the operation of the module housing can nevertheless be maintained insofar as corresponding information is sent immediately to the higher-level control unit and another cell monitoring and autonomous switching off of this module becomes possible. On the other hand, a special protection for the contacting board and the information memory is provided in this way. According to one embodiment, it is provided that the first or the second space have a lid attached as a boundary wall. This cover can in turn be provided with a bursting protection. A further embodiment provides that in the outer housing a plurality of module housing are arranged, each having a lid having at least one passage through which protrude through one or more terminal lugs of one or more lithium-ion cells. The protruding terminal lugs are electrically isolated, so that in case of damage, although an interruption of the electrical line takes place, the electrical lines themselves but remain isolated. If there is a force acting on the module housing, on the one hand the module housing itself can have a force-absorbing design, on the other hand the cover can be used for this purpose. If this deforms, this can lead to a breakdown of an electrical connection. The damaged module housing then provides no electric power but is in a secure, secured for a user of the motor vehicle state. It is preferred if a cover of the module housing is welded to the remaining structure of the module housing.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Anordnung einer Kraftfahrzeug-Batterie aufweisend eine Vielzahl an Lithium-Ionen-Zellen in einem unteren Bereich eines Kraftfahrzeugs entlang eines Unterbodens vorgeschlagen, wobei die Lithium-Ionen-Zellen im Wesentlichen in horizontaler Erstreckung im Unterbodenbereich oder an mehreren Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. An Stelle einer horizontalen Erstreckung können zumindest einige, gemäß einer Ausgestaltung auch alle Zellen sich vertikal erstrecken. Beispielsweise ist es ebenfalls möglich, dass mehrere Außengehäuse mit einem oder mehreren Modulen an mehreren Positionen im Kraftfahrzeug angeordnet sind. Dies bietet den Vorteil, dass unterschiedliche Freiräume im Kraftfahrzeug zur Aufnahme der Batterie genutzt werden können. Dies wiederum ermöglicht in vorteilhafter Weise eine ausgeglichene Gewichtsverteilung im Kraftfahrzeug.According to a further aspect of the invention, an arrangement of a motor vehicle battery having a multiplicity of lithium-ion cells in a lower region of a motor vehicle along a subfloor is proposed, wherein the lithium-ion cells extend substantially horizontally in the underfloor region or at several levels Positions are arranged in the motor vehicle. Instead of a horizontal extent at least some, according to an embodiment, all cells can extend vertically. For example, it is also possible that a plurality of outer housing are arranged with one or more modules at several positions in the motor vehicle. This offers the advantage that different free spaces in the motor vehicle can be used to hold the battery. This in turn advantageously enables a balanced weight distribution in the motor vehicle.
Eine im Wesentlichen horizontale Anordnung der Lithium-Ionen-Zellen im Unterbodenbereich hat verschiedene Vorteile. Zum einen ist durch Anordnung am Unterbodenbereich eine Aufprallsicherung der Kraftfahrzeug-Batterie gegeben. Zum anderen ist für einen Austausch von Lithium-Ionen-Zellen dadurch eine bessere Erreichbarkeit gegeben, da durch Aufbocken auf eine Arbeitsbühne die Kraftfahrzeug-Batterie sofort zugänglich ist. Zum anderen kann vorgesehen sein, dass eine Schutzabdeckung der Kraftfahrzeug-Batterie im Unterbodenbereich vorgesehen ist, die gleichzeitig auch als Unterboden-Aufprallschutz dient. Dieses dient als weitere Absicherung gegenüber Störfällen. Insbesondere kann auf diese Weise eine abgeschottete Batteriezelle im Kraftfahrzeug hergestellt werden, so dass im Schadensfall eine Sicherheitszelle für die Kraftfahrzeug-Batterie vorgesehen ist. Darüber hinaus ist es für die Lithium-Ionen-Zellen selbst aufgrund der auf das Kraftfahrzeug einwirkenden Schwingungen, Stöße und Materialbeanspruchungen vorteilhaft, wenn diese quasi liegend sich erstrecken. Die auf das Kraftfahrzeug und damit auch auf die Lithium-Ionen-Zellen einwirkenden Kräfte können auf diese Weise besser verteile und auch aufgenommen und in den Zellen absorbiert werden. Die Gefahr eines Materialbruches aufgrund von Stressbelastungen wird dadurch verringert. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Lithium-Ionen-Zellen in verschiedenen Modulgehäusen angeordnet sind, die an einem Außengehäuse der Kraftfahrzeug-Batterie gesichert und elektrisch miteinander auftrennbar verbunden sind, und das Außengehäuse eine Längserstreckung aufweist, die im eingebauten Zustand im Wesentlichen horizontal entlang eines Fahrzeugs verläuft. Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass das Kraftfahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und in seinem Unterbodenbereich eine zum Außengehäuse passende Halterung aufweist. Vorzugsweise ist diese mit einer entsprechenden zusätzlichen Abdeckung der Kraftfahrzeug-Batterie versehen.A substantially horizontal arrangement of the lithium-ion cells in the underbody area has various advantages. On the one hand, an impact protection of the motor vehicle battery is provided by arrangement on the underbody area. On the other hand, there is better accessibility for an exchange of lithium-ion cells, since by jacking up on a working platform the motor vehicle Battery is immediately accessible. On the other hand, it can be provided that a protective cover of the motor vehicle battery is provided in the underbody area, which also serves as underbody impact protection. This serves as a further protection against accidents. In particular, a sealed battery cell in the motor vehicle can be produced in this way, so that in case of damage a safety cell for the motor vehicle battery is provided. In addition, it is advantageous for the lithium-ion cells themselves due to the vibrations, shocks and material stresses acting on the motor vehicle when they extend quasi-lying. The forces acting on the motor vehicle and thus also on the lithium-ion cells can in this way be better distributed and also absorbed and absorbed in the cells. The risk of a material break due to stress is thereby reduced. A development provides that the lithium-ion cells are arranged in different module housings, which are secured to an outer housing of the motor vehicle battery and electrically separable connected to each other, and the outer housing has a longitudinal extent, in the installed state substantially horizontally along a Vehicle runs. A further embodiment provides that the motor vehicle is an electric or hybrid vehicle and in its underbody area has a holder which is suitable for the outer housing. Preferably, this is provided with a corresponding additional cover of the motor vehicle battery.
Ein weiterer Vorteil ergibt sich dann, wenn die Batterie eine in einem Fahrzeug eingebaute, vorzugsweise Kraftfahrzeug-Batterie ist und das Fahrzeug, beispielsweise ein Kraftfahrzeug ein Elektro- oder Hybridfahrzeug ist und eine, insbesondere in seinem Unterbodenbereich angeordnete, zum Außengehäuse passende Halterung aufweist. Ist die Batterie in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet, so besteht zum Beispiel im Falle eines Unfalls und einer damit einhergehenden Beschädigung der Batterie keine Gefahr für die Insassen des Fahrzeugs. Darüber hinaus ist es ebenfalls möglich die Batterie im Unterbodenbereich auswechselbar am Fahrzeug zu befestigen, so dass zum Beispiel anstelle eines Aufladens der Batterie ein Austauschen erfolgen könnte.Another advantage arises when the battery is a built-in vehicle, preferably a motor vehicle battery and the vehicle, for example, a motor vehicle is an electric or hybrid vehicle and has a, in particular arranged in its underbody area, matching the outer housing holder. If the battery is arranged in an underfloor region of the vehicle, there is no danger to the occupants of the vehicle, for example in the event of an accident and the resulting damage to the battery. In addition, it is also possible to attach the battery in the underbody area replaceable on the vehicle, so that, for example, instead of charging the battery could be replaced.
In einer weiteren Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, dass ein Außengehäuse der Baterrie Teil einer selbsttragenden Struktur des Fahrzeugs, insbesondere eines Kraftfahrzeugs ist. Kraftfahrzeuge zum Beispiel besitzen heute zumeist selbsttragende Karosserien, das heißt, die Karosserie bildet eine Verbund, der in sich die Stabilität des Kraftfahrzeug bestimmt. Wird das Außengehäuse derart ausgebildet, dass es einen Teil der Karosserie bildet, so ergibt sich einerseits die Möglichkeit die Karosserie mit dem Außengehäuse zu versteifen und andererseits der Vorteil einer Gewichtsersparnis, da keine zusätzliche Halterung für das Außengehäuse der Batterie benötigt wird. Bezug genommen kann hierfür auch auf eine Bauweise zum Beispiel bei Motorrädern, bei denen der Motor einen Teil der tragenden Struktur bildet.In a further embodiment, it is proposed that an outer housing of the Baterrie is part of a self-supporting structure of the vehicle, in particular of a motor vehicle. Motor vehicles, for example, today have mostly self-supporting bodies, that is, the body forms a composite, which determines the stability of the motor vehicle in itself. If the outer housing is formed such that it forms part of the body, then on the one hand there is the possibility to stiffen the body with the outer housing and on the other hand, the advantage of weight savings, since no additional support for the outer casing of the battery is needed. Reference may also be made here to a construction method, for example in motorcycles, in which the motor forms part of the supporting structure.
Ein weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die selbsttragende Karosserie des Kraftfahrzeuges das Außengehäuse der Batterie bildet. Dadurch, dass das Außengehäuse der Batterie einen Teil der Karosserie bildet, besteht die Möglichkeit, dass die Karosserie zumindest zum Teil derart ausgebildet ist, dass die Module unmittelbar in die Karosserie einsetztbar sind. Beispielsweise kann eine Gewichtsersparnis bei Anpassung der Karosserie als Außengehäuse gegenüber einem Vergleich gegenüber einem von der Karosserie getrenntem Außengehäuse ergeben. Auch kannbeispielweise eine geringere Anzahl von Bauteilen benötigt werden, was Kosten einsparen kann. So kann zum Beispiel in einem Unterbodenbereich des Kraftfahrzeugs eine Öffnung vorhanden sein, in die die Module einsetzbar sind. Dabei bildet die Karosserie das Außengehäuse und ist derart ausgeformt, dass die Module zum Beispiel eingeschoben und/oder eingelegt und/oder eingesetzt werden können. Ein bevorzugter Bereich zur Bildung des Außengehäuses der Batterie liegt hierbei im Kofferraum oder in einem Bereich unterhalb des Fahrgastraums.A further embodiment provides that the self-supporting body of the motor vehicle forms the outer casing of the battery. Due to the fact that the outer casing of the battery forms part of the body, there is the possibility that the body is at least partially designed such that the modules can be inserted directly into the body. For example, can result in a weight savings in adaptation of the body as the outer housing compared to a comparison with a body separated from the outer housing. Also, for example, a smaller number of components may be needed, which can save costs. For example, in an underbody area of the motor vehicle, an opening may be present into which the modules can be inserted. In this case, the body forms the outer housing and is formed such that the modules, for example, inserted and / or inserted and / or can be used. A preferred area for forming the outer housing of the battery is in the trunk or in an area below the passenger compartment.
Ein bevorzugter Werkstoff für des Außengehäuse ist Aluminium, da es leicht ist und somit des Gewicht der Batterie und somit des Fahrzeugs reduziert. Durch die Verwendung von Aluminium ergibt sich somit der Vorteil, dass das Gesamtgewicht der Batterie reduziert werden kann und durch die gute Formbarkeit, bei einer gleichzeitig vorhandener ausreichender Formbeständigkeit von Aluminium das Außengehäuse leicht an die Karosserieform anpassbar oder integrierbar ist.A preferred material for the outer housing is aluminum because it is lightweight and thus reduces the weight of the battery and thus of the vehicle. The use of aluminum thus provides the advantage that the total weight of the battery can be reduced and the good formability, with a simultaneously sufficient dimensional stability of aluminum, the outer housing is easily adaptable or integrable to the body shape.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass eine Halterung der Batterie oder die selbsttragende Struktur derart ausgebildet ist, dass des Außengehäuse im Falle einer impulsartigen Belastung aus der Halterung oder die selbsttragenden Struktur heraus bewegbar ist, wobei eine Bewegung in einen Freiraum des Kraftfahrzeugs hinein oder vom Fahrzeug weg erfolgt. Eine impulsartige oder eine über eine übliche Belastung hinausgehende Belastung erfahrt das Fahrzeug beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug einen Unfall erleidet und die Batterie beziehungsweise das Außengehäuse eine impulsartige Belastung erfährt. Ist das Außengehäuse in diesem Fall beispielsweise derartig im Kraftfahrzeug aufgenommen, dass es sich in einem Freiraum hinein bewegen kann, so kommt es zu keiner Gefährdung der Insassen. Eine Weiterbildung sieht vor, dass sich das Außengehäuse aus dem Fahrzeug im Schadensfall heraus bewegt, wodurch beispielsweise die Insassen wiederum geschützt werden. Beispielsweise kann eine Rückhaltevorrichtung vorgesehen sein, die eine Bewegung der Batterie beschränkt. Eine Bewegung aus dem Fahrzeug kann hierbei auch nun teilsweise erlaubt sein, zum Beispiel durch die Rückhaltevorrichtung.A further embodiment provides that a holder of the battery or the self-supporting structure is formed such that the outer housing in the case of a pulse-like load from the holder or the self-supporting structure is movable out, with a movement in a free space of the motor vehicle or from the vehicle done away. A pulse-like or beyond a normal load stress experience, for example, the vehicle when the vehicle suffers an accident and the battery or the outer housing experiences a pulse-like load. If, in this case, the outer housing is received in the motor vehicle, for example, in such a way that it can move in a free space, then there is no danger to it Occupants. A further embodiment provides that the outer housing moves out of the vehicle in the event of damage, as a result of which, for example, the occupants are again protected. For example, a retaining device may be provided which limits movement of the battery. A movement out of the vehicle can now also be partially permitted, for example by the restraint device.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung wird eine Verwendung von Coffee-Bag-Zellen zur Herstellung einer Lithium-Ionen-Batterie für den Kraftfahrzeugeinsatz in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug vorgeschlagen, wobei mehrere Coffee-Bag-Zellen zusammengefasst ein Modul bilden und mehrere gleichartige Module in einem Batteriegehäuse untergebracht und angeschlossen sind, wobei das Batteriegehäuse in einem Unterbodenbereich des Fahrzeugs angeordnet wird. Die Coffee-Bag-Zellen wie auch die Module und das Außengehäuse können wie oben in Bezug auf die allgemein betrachteten Lithium-Ionen-Batterien beschrieben hin ausgestaltet sein.According to a further aspect of the invention, a use of coffee-bag cells for producing a lithium-ion battery for automotive use in a hybrid or electric vehicle is proposed, wherein a plurality of coffee-bag cells combined form a module and several similar modules in a battery housing are housed and connected, wherein the battery case is disposed in an underfloor region of the vehicle. The coffee bag cells as well as the modules and the outer housing may be configured as described above with respect to the generally contemplated lithium-ion batteries.
Gemäß einem anderen Gedanken der Erfindung wird vorgeschlagen, ein Verfahren zum Unterbrechen einer stromleitenden Verbindung einer Kraftfahrzeug-Batterie, aufweisend eine Vielzahl an Lithium-Ionen-Zellen, vorzusehen, wobei die Lithium-Ionen-Zellen in Modulen angeordnet sind und wobei die Module jeweils an einem Modulgehäuse befestigt werden, bevor die Modulgehäuse in einem Außengehäuse untergebracht werden, welches in das Kraftfahrzeug austauschbar eingesetzt Wird, und bei einer schadenbedingten Krafteinwirkung auf das Außengehäuse und auf ein oder mehrere Modulgehäuse die stromleitende Verbindung aufgrund der Krafteinwirkung unterbrochen wird. Weiterhin kann vorzusehen sein, dass die stromleitende Verbindung in einem Bereich zwischen dem Modulgehäuse und dem Außengehäuse unterbrochen wird. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die stromleitende Verbindung jeweils in einem Bereich innerhalb des Modulgehäuses unterbrochen wird. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass im Schadensfalle keine stromleitenden Teile mit beispielsweise einem Gehäuse in Kontakt treten können.According to another aspect of the invention, it is proposed to provide a method of breaking an electrically conductive connection of a motor vehicle battery comprising a plurality of lithium ion cells, wherein the lithium ion cells are arranged in modules and wherein the modules respectively be attached to a module housing before the module housings are housed in an outer housing, which is used interchangeably in the motor vehicle, and in a damage caused by the force on the outer housing and on one or more module housing the current-conducting connection is interrupted due to the force. Furthermore, it can be provided that the current-conducting connection is interrupted in a region between the module housing and the outer housing. It is preferably provided that the current-conducting connection is interrupted in each case in a region within the module housing. In this way, it is ensured that in the event of damage, no current-conducting parts can come into contact, for example, with a housing.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die aus den jeweiligen Figuren hervorgehenden einzelnen Merkmale sind jedoch nicht auf die einzelnen Ausgestaltungen beschränkt, insbesondere nicht auf Lithium-Ionen-Zellen und eine Ausgestaltung als Kraftfahrzeug-Batterie. Vielmehr können diese Merkmale mit einem oder mehreren anderen Merkmalen aus anderen Figuren aus der oben beschriebenen allgemeinen Beschreibung zu werteren Ausgestaltungen verknüpft werden. Des Weiteren sind die in den Figuren dargestellten Ausgestaltungen beispielhaft und nicht beschränkend auszulegen, ebenso wie die darin jeweils enthaltenen Merkmale. Es zeigen:Further advantageous embodiments and developments will become apparent from the following figures. However, the individual features resulting from the respective figures are not limited to the individual embodiments, in particular not to lithium-ion cells and an embodiment as a motor vehicle battery. Rather, these features may be linked to one or more other features of other figures from the above-described general description for more valuable embodiments. Furthermore, the embodiments shown in the figures are to be interpreted as illustrative and not restrictive, as well as the respective features contained therein. Show it:
Die folgenden Ausgestaltungen werden beispielhaft anhand einer Kraftfahrzeuganwendung näher erläutert, bei der Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz gelangen. Die Ausgestaltungen sind aber nicht hierauf beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus diesen Ausgestaltungen auch zu anderen oder aber mit anderen Anwendungen und/oder Batterien verknüpft werden.The following embodiments are explained in more detail by way of example with reference to a motor vehicle application in which lithium-ion cells are used. The embodiments are not limited thereto. Rather, one or more features of these embodiments may be linked to other or other applications and / or batteries.
In der
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