EP2422386A1 - Battery module - Google Patents

Battery module

Info

Publication number
EP2422386A1
EP2422386A1 EP10715718A EP10715718A EP2422386A1 EP 2422386 A1 EP2422386 A1 EP 2422386A1 EP 10715718 A EP10715718 A EP 10715718A EP 10715718 A EP10715718 A EP 10715718A EP 2422386 A1 EP2422386 A1 EP 2422386A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
battery module
cooling
cells
terminals
battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10715718A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Felix Von Borck
Björn EBERLEH
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Akasol AG
Original Assignee
Akasol Engineering GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Akasol Engineering GmbH filed Critical Akasol Engineering GmbH
Publication of EP2422386A1 publication Critical patent/EP2422386A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/441Methods for charging or discharging for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/44Methods for charging or discharging
    • H01M10/443Methods for charging or discharging in response to temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/482Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
    • H01M10/486Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for measuring temperature
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61Types of temperature control
    • H01M10/613Cooling or keeping cold
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625Vehicles
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6553Terminals or leads
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6567Liquids
    • H01M10/6568Liquids characterised by flow circuits, e.g. loops, located externally to the cells or cell casings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/66Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells
    • H01M10/663Heat-exchange relationships between the cells and other systems, e.g. central heating systems or fuel cells the system being an air-conditioner or an engine
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/291Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by their shape
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/289Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H01M50/293Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs characterised by the material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module consisting of a plurality of interconnected cells, each having a positive and a negative terminal and is particularly concerned with batteries, in particular lithium ion cells, which are used to form a traction battery module for vehicles with electric drive train.
  • battery modules may e.g. in electric vehicles, hybrid vehicles with internal combustion engines or hybrid vehicles with fuel cells. Due to the modular design of a battery module according to the invention, it can also be used for other purposes, e.g. in stationary applications or small traction applications, such as in a wheelchair.
  • the battery module according to the invention is preferably constructed on the basis of lithium-ion cells, but in principle any other available rechargeable battery cell can also be used.
  • a battery module system composed of a plurality of similar battery modules may be designed to cover a power range with an energy content of between 1 kWh and 400 kWh or more, and may readily operate in a voltage range between 12 and 800V.
  • a battery module can be designed, for example, to construct a battery module with a total energy content of 1.728 kWh with twelve individual cells each having a cell voltage of 3.6 V and a capacity of 40 Ah, depending on the interconnection of the individual cells - output voltages in the range of 10.8 V to 43.2 V at capacity extraction in the range between 160 Ah and 40 Ah has.
  • an output voltage of 10.8 V (3 x 3.6 V) can be generated, and such a battery module then allows one Capacity extraction of up to 160 Ah.
  • an output voltage of 43.2V can be achieved (12 x 3.6V)
  • a current draw of 40A is possible for one hour.
  • the notation XsYp is to be understood as X indicating the number of series cells and Y the number of parallel cells. Due to the interconnection variants, different module voltages thus result for the same module size and the same basic structure.
  • a corresponding number of battery modules can be electrically connected in series, wherein the interconnection of the individual battery modules can also take place according to the pattern XsYp.
  • a charging power of 40 kW can be used.
  • the most appropriate appearing battery design technology may be based on the criteria of technical potential, e.g. Energy and power density, safety and durability, cost potential and resource availability are selected.
  • safety, longevity and comfort in operation must also be taken into account.
  • additional measures required to achieve a functioning battery system should require a minimum of additional costs, weight and volume.
  • Such additional measures concern e.g. the electrical management of the battery module, the thermal management of the battery module, the integration at the cell and module level as well as the integration in a vehicle.
  • the present invention has for its object to provide a battery module or a battery module system consisting of several similar modules available, which is compact and designed to be thermally optimized, whereby the operating temperature of Batteriemo Dul or the battery module system can be kept within narrow limits in order to avoid local overheating of individual cells or elevated temperatures of one or more cells as possible.
  • the design of the respective battery modules should be made variable depending on the specific application conditions required and the achievement of a compact and easily connectable design of the battery module or the battery module system and the low-cost production of such battery modules and battery module systems are made possible.
  • a battery module of the type mentioned which is characterized in that the flat and recessed ports are arranged in at least two rows such that the broad sides of adjacent planar terminals of a respective row facing each other, in that the terminals of each row are kept at a distance from one another by specifically arranged, conductive spacer elements and possibly insulating spacer elements, that within the module the cells are electrically connected in series and / or in parallel by targeted arrangement of their positive and negative terminals in one or the other row connected to each other and that the terminals of each row and the spacers arranged therebetween can be pressed by a clamping device to each other.
  • Such a mechanical construction of the battery module initially makes it possible, depending on the specific arrangement of the positive and negative terminals of the cells within the module to achieve different operating voltages and operating currents with a fundamentally similar design of the battery module, so that most components are used in the different variants can and only a few special components are needed if any, which would otherwise increase the manufacturing cost. It is also fundamentally possible to flexibly select the number of cells per battery module and nevertheless to use many common components in the production of the respective battery modules.
  • the battery size is scalable in a wide range due to the modular approach and the electrical and hydraulic connection options. The design principles can be quickly and easily adapted to other flat cells with changed cell geometries or performance data.
  • the battery module according to the invention can thus be made flexible and has quasi itself a modular structure.
  • the individual cells which are preferably cuboid in plan view, relatively flat, whereby heat can be dissipated from the individual cells via the planar connections.
  • the resulting flat cuboid shape of the cells also allows heat to be dissipated well from the flat sides of the cell, thereby providing a prerequisite for achieving a narrow operating temperature range in the cell.
  • the clamping device is preferably formed by at least one clamping bolt, in particular by at least one preferably tubular clamping bolt for each row.
  • tubular clamping bolts which are favorable for weight saving reasons, it would also be possible to cool them in the interior with a liquid cooling medium, for example a cooling liquid, in order to promote the dissipation of heat.
  • a liquid cooling medium for example a cooling liquid
  • Such a tubular cooled clamping bolt may be thermally connected to the conductive or non-conductive spacer elements (and thus thermally to the cell terminals) and / or directly to the cell terminals at at least one location.
  • the clamping device can be used to dissipate heat from the cells targeted.
  • the clamping bolts are usually surrounded by an insulating sleeve to avoid unwanted short circuits.
  • the cells have at least substantially the shape of a flat cuboid, wherein the positive and negative surface connections of each cell are preferably arranged in a plane or in respective planes, which is arranged parallel to the broad sides of the parallelepiped cell or are.
  • each cell can be installed depending on the design of the battery module either in a direction in which, for example, the positive terminal on the left side of the cell and the negative terminal on the right side of the cell are present, or they can be installed inverted so that the negative surface connection on the left side and the positive connection on the right side come to rest.
  • serial and / or parallel circuits of the individual cells can be selected depending on the installation direction of the cells in the battery module, depending on the selected configuration insulating elements must be provided. Also, in such an arrangement, these can be made so that it is always worked with the same shape having spacer elements, whereby the spacer elements for themselves more cost effective and efficient in larger series can be produced.
  • one pole of the battery module is connected to a first end of one row and the other pole is connected to the second end of the same row or of the other row opposite the first end.
  • the pole at the second end of the row is then passed over an extension to the first end of the other row adjacent to said first end.
  • electrical connections to the two poles can be made on a common side of the battery module, for example, the pole terminals can then be at the top of the battery, for example, on the same side of the battery, where they are easily accessible.
  • a cooling module which has cooling plates on first and second opposite sides of the battery module, and is provided with heat-conducting connection plates extending between these sides, which form compartments receiving the cells between them.
  • Particularly favorable in such an embodiment is an arrangement in which two particular flat cuboidal cells are arranged in each compartment, wherein optionally one cell can be arranged on the outer side of the outer connection plates.
  • each cell is disposed adjacent to at least one side of a heat dissipating connecting plate, whereby heat can be conveniently withdrawn from the narrow flat cell on the corresponding broad side of the cell.
  • the laterally arranged cooling plates are preferably formed through by a cooling liquid, which can preferably be pumped through snake-like passages of the plates optionally through a connecting line between the cooling plates. In this way, the cooling plates can be cooled over the entire surface, which also a favorable heat dissipation from the connection plates can be achieved.
  • the serpentine passages each have an input and an output, wherein the inputs and the outputs are preferably provided on one side of the battery module, in particular on the same side as the poles. This means that when using multiple battery modules in a battery module system not only the electrical connection between the modules, but also thedestattkeits- connections between the modules can be made particularly favorable from one and the same side. Also, such an arrangement makes the design of the module housing simpler, in which the battery module is installed.
  • the cooling plates themselves are preferably each formed by at least one channel having base plate and a cover plate, wherein the cover plate is welded to the base plate, soldered or glued.
  • the plate with the channels can then be produced as a simple pressing part, while the cover plate is formed by an at least substantially non-deformed sheet metal part. This is an inexpensive way to produce such a cooling plate.
  • the cooling plate can also be functionally replaced as a serpentine / meandering tube.
  • a respective insulating, preferably two-part housing is used, from the one part of the poles and the possibly existing coolant connections are feasible out.
  • the housing may have a biasing means, for example in the form of a foam insert, on its two facing inner sides, which press cells arranged on the opposite side of the battery module to the heat-conducting connection plates arranged adjacent to these cells.
  • a biasing means for example in the form of a foam insert, on its two facing inner sides, which press cells arranged on the opposite side of the battery module to the heat-conducting connection plates arranged adjacent to these cells.
  • the cells which are arranged in pairs in the compartments below the cooling module, either tight against the respective compartments forming connecting plates or be brought by means of a foam insert or a thermally conductive paste or bonding between the cells in a close heat-conducting connection with the connecting plates.
  • the housing further has a connection point for a battery management system, which is preferably provided on the same side of the housing as the poles and the coolant connections.
  • a battery management system which is preferably provided on the same side of the housing as the poles and the coolant connections.
  • the battery modules according to the invention can be assembled into a battery module system consisting of several similar battery modules, preferably in such a way that several parallel cooling circuits, in particular seven to nine parallel cooling circuits are provided, which are fed via a manifold and connected to a manifold , It is particularly advantageous if in each case two to four and in particular two battery modules are connected in series with each other, wherein the cooling passages are preferably formed within the battery modules with a flow cross section corresponding to that of a pipe with a clear diameter of 8 to 9 mm.
  • the manifold and the manifold can communicate with a main conduit which is a pump and optionally having a cooler with fan. Heat can then be withdrawn from the cooling system via the radiator and the preferably used fan.
  • the main line or any reservoir for the cooling liquid, from which the main line goes off, may further comprise a heater which can be used for preheating the cooling liquid and, accordingly, the individual cells, for example, when due to the outside temperature, the operating temperature of the batteries otherwise would be low.
  • the existing cooling system can readily be used to preheat the battery modules, i. also be used as a heating system.
  • the main line may further comprise a (optionally additional) heat exchanger with at least one further circuit which feeds a heating system or an air conditioning system.
  • a heat exchanger with at least one further circuit which feeds a heating system or an air conditioning system.
  • the battery module system may be in combination with a valve which is controllable such that the exhaust air from the radiator is selectively at least partially in the interior of a passenger compartment for heating or outwardly steerable, if the passenger compartment is already sufficiently heated.
  • 1 is a perspective view of a cooling module according to the invention
  • 2A is a perspective view of the front of the
  • FIG. 2B is a plan view of a cell used in the embodiment of FIG. 2A; FIG.
  • FIG. 2C is a side view of the cell of Fig. 2B corresponding to the arrow HC of Fig. 2B,
  • Fig. 3A is a front view of the battery module of Fig. 2 with said front plates removed, visible only to the terminals of the cells,
  • FIG. 3B is a top view of the illustration of FIG. 3A
  • 3C is a perspective view of a base plate of
  • Fig. 4 is an illustration of some possible electrical
  • FIG. 3A shows a second schematic representation of the interconnection of the battery module according to FIG. 3A in accordance with the 6s2p configuration of FIG. 4, FIG.
  • FIG. 6 shows a further schematic representation, which makes it easier to bring the circuit diagram according to FIG. 5 in line with the illustration of the battery module according to the invention according to FIG. 3A, FIG.
  • Figs. 7A-7E are drawings detailing the construction of the cooling plate of Fig. 1, wherein Figs.
  • FIG. 7A is a perspective view of the left cooling plate according to the invention of the cooling module of FIG. 1 in the inlet and outlet pipes are not yet mounted,
  • FIG. 7B is a sectional view of the pressed inner side part of the cooling plate of FIG. 7A on the sectional plane VIIB-VIIB of FIG. 7D;
  • FIG. 7C is an enlarged view of the circular portion of FIG. 7B; FIG.
  • FIG. 7D is a plan view of the pressed inner plate of FIG.
  • Fig. 7E is a perspective view of a small
  • Scale of the compressed inner side part of the cooling plate 18 of Fig. 7A, 8A is a perspective view from the front and from the top to the lower half of a housing for the battery module of FIG. 2,
  • 8C is a perspective view from the front, from the right and from above on the upper half of the housing of the battery module,
  • FIG. 8D is a perspective view on the inside of the upper half of the housing of FIG. 8C, but to a smaller scale
  • 8E is a perspective view from the front, from the right and from the top of the housing of the finished battery module,
  • Fig. HA is an inventive cooling system with two
  • FIG. 1 ID is a drawing corresponding to FIG. 1 IB, but supplemented by four further modules,
  • FIG. 13 is an illustration of a cooling system according to the invention with a pump and a radiator with fan, and
  • Fig. 14 is a view similar to FIG. 13, but with a further heat exchanger.
  • FIG. 15 is a plan view similar to FIG. 2B but in an alternative embodiment
  • 16A and 16B is a perspective view and a sectional view of a conductive spacer
  • 16C and 16D is a perspective view and a sectional view of an insulating spacer and 17 is a perspective view of a separating comb according to the invention for the individual cell terminals of the cells of the battery module in front of a modified cooling module according to the invention.
  • a cooling module 10 is shown in perspective, which is used in the following manner for heat removal from the individual cells 12 of a battery module 14.
  • the cooling module 10 has cooling plates on first and second opposite sides of the module, and is further provided with heat-conductive connecting plates 20 in sheet form extending between these sides, forming fans 22 accommodating the cells 12 therebetween.
  • the connecting plates 20 have at right angles bent side parts 24 which are glued over the entire surface with the cooling plates 16, 18 or are welded or soldered to these, to ensure a high-quality heat transfer between the connecting plates 20 and the cooling plates 16, 18.
  • a connecting plate of aluminum or an aluminum alloy with a thickness of about 1 mm is completely sufficient to achieve sufficient heat dissipation and a sufficiently uniform temperature of the individual cells.
  • Each cooling plate 16 or 18 has a respective tubular inlet 26 and a tubular outlet 28 for a cooling liquid, for example, as shown in Fig. 9, through a serpentine cooling passage in each cooling plate 16, 18 from its inlet 26 to its outlet 28th can flow.
  • the tubular inputs and outputs 26, 28, for example, at suitable locations welded to the cooling plates 16, 18, soldered or glued and communicate with the respective snake passage.
  • the tubular inlets and outlets Gears 26, 28 are provided with a hose nozzle 30 and 32, respectively, so that flexible hoses can be connected liquid-tight to the hose nozzles.
  • a connecting line 34 can connect the output of the left-hand cooling plate 18 (output not visible in FIG. 1) to the input 26 of the right-hand cooling plate 16.
  • the individual cells 12 are preferably used in pairs in the compartments of the cooling module, wherein additionally a cell 12 'on top of the upper connection plate 20' in Fig.
  • the design of the cooling module can be chosen so that only one cell 12 is included in each compartment.
  • a thermally conductive paste conductive paste
  • a defined contact pressure o- the adhesive can be provided between the cells and the connecting plate th .
  • Each cell 12 has in this example positive and negative terminals 36 and 38, respectively, with the positive and negative terminals 36 and 38, respectively, being in the form of black horizontal lines of FIGS. 2 and 3, respectively. They are arranged in two rows, a left row 40 and a right row 42, in which example both rows are arranged on the same (front) side of the battery module 14. However, this is not absolutely necessary, one row could for example be arranged on the front side of the battery module and the other row on the rear side of the battery module. As can be seen in particular from FIG. 3A, the broad sides of adjacent planar connections 36, 38 of a respective row 40, 42 are arranged facing each other. From Fig.
  • FIG. 3A shows that the terminals 36, 38 of each row 40, 42 are held by selectively arranged conductive spacers 44 and insulating spacers 46 at a distance from each other.
  • the cells 12 are electrically parallel to one another in pairs by targeted arrangement of their positive and negative terminals 36, 38 in one or the other row 40, 42 switched and the six pairs of cells thus formed are electrically connected in series.
  • the connection arrangement of Fig. 3A can be seen relatively easily in Fig. 5, and one can then better see the exact shading of the cells of Fig. 6, which can be relatively easily brought into line with Fig. 5.
  • the arrangement of the cells shown in FIGS. 3A, 5 and 6 corresponds to the 6s2p variant of FIG. 4.
  • the other variants of FIG. 4 ie the 12slp, 4s3p and 3s4p variants, can be arranged by appropriate arrangement of the terminals 36 and 38 in FIGS two rows 40 and 42 with corresponding posi- Positioning of conductive and insulating spacers 44, 46 can be realized, using the same parts as in the embodiment of FIG. 3A.
  • the flexible modular design creates many degrees of freedom.
  • the terminals 36, 28 of each row and the spacer elements arranged therebetween are pressed against one another by a clamping device 48.
  • the tensioning device 48 for each row is formed by at least one tensioning bolt 50, preferably by two or three such tensioning bolts 50 (as shown in Fig. 3A).
  • the heat-conducting plate 52 (or base plate) is screwed at its two ends 54, 56 to the respective right and left cooling plate 16, 18 thermally conductive.
  • Each clamping bolt 50 is connected in this example by a rivet 57 in the form of a flange with the heat-conducting base plate 52. Instead, however, an adhesive bond, a solder joint or a welded joint could also be used.
  • the use of several clamping bolts or fittings per pole makes it possible to increase the contact pressure and also ensures an improved distribution of power and redundancy.
  • the Polab Beatles 66, 70 are performed independently of the through holes for the clamping bolt 50. They can thus be brought out flexibly as needed.
  • the clamping bolts 50 are designed to produce a heat-conducting connection made of aluminum.
  • the structure can be chosen so that the clamping bolts are each performed by an aluminum tube with a very thin electrically insulating, mechanically very stable and thermally conductive conductive coating (instead of providing a separate insulating sleeve, the Heat supply is detrimental).
  • the use of continuous clamping bolts 50 minimizes the assembly effort.
  • the isolation of the poles against the screw and base plate can be done for example via Pertinax, ceramic or Nomex paper.
  • the insulating spacers may further consist of Pertinax or ceramic.
  • spacer elements whether conductive elements or insulating elements, will be explained in more detail later with reference to FIGS. 16A to 16D.
  • the electrical insulation of the clamping bolts formed by tubes can also be done by fiber materials or surface treatment.
  • the clamping bolts 50 are each surrounded by an insulating sleeve 58.
  • the clamping bolts are each provided with a thread on which a respective nut 62 is screwed, each nut 62 Ü is arranged over a disc 63 and can be tightened to the individual battery terminals 36, 38 at the intermediate spacer elements 44, 46 to tension and thereby ensure that contact resistance between the individual cell terminals 36, 38 and the intermediate conductive connection elements 44 are excluded or minimized.
  • the disks 63 may be formed by individual disks or in the form of an elongated plate with two holes for receiving the clamping bolts 50. As In particular, as shown in FIG.
  • the cells 12 are at least substantially in the shape of a flat cuboid, with the positive and negative tabs 36, 38 of each cell 12 disposed in a plane or planes corresponding to the broad sides of the cells cuboid cell is arranged in parallel or are.
  • the terminals 36, 38 each have two U-shaped recesses 37, 39 - as can be seen from FIG. 2B - which make it possible to move the cells 12 from behind Insert the cooling module 10 and push it forward so that they reach the clamping area of the clamping bolts. It would also be possible to insert the cells 12 beforehand into the cooling module 10, from the front or from the back, and to insert the clamping bolts 50 and spacers 44, 46 from the front between the terminals 36, 38, so that the clamping bolts 50 into the U-shaped recesses reach.
  • the reference numeral 66 indicates the positive pole of the battery module 14 and is connected to a first end 68 of the left row 40 of the terminals, while the other, the negative pole 70 is connected to the second end 72 of the left row opposite the said first end 68 ,
  • the second pole 70 is routed via a conductive plate 74 and an upward extension 76 to the first row first row end 78 adjacent the first row 78 for making electrical connections to the two poles 60 and 70 at a common side of the battery module 14 are vor spiritbar.
  • both the positive pole 66 and the negative pole 70 and the corresponding extension 76 are provided with a respective internal thread 80 or 82.
  • the internal threads 80 and 82 are provided within upwardly projecting cylindrical collars (not shown) which ensure the required electrical contact when installing the battery module in an (insulating) housing on the one hand and on the other hand allow a seal against ingress of water, for example by means of one of the cylindrical collar placed O-ring, which seals against the housing, the cylindrical collar and the bottom of an electrical connection.
  • a spacer 46 of the right bank is extended to support the extension 76 laterally of the right bank 42, i. provided with a corresponding extension 84.
  • the ends of the connecting plate 74 are also penetrated by the clamping bolt 50 of the left and right rows 40, 42.
  • an insulating plate is placed between the conductive connecting plate 74 and the lower positive cell terminal 36 of the right row, otherwise there will be a short circuit between the right and left terminals of the lowermost cell 12 ', which of course is not allowed.
  • the upper ends 68 and 78 of the left and right rows 40, 42 are also connected together with an insulating plate 79 through which the clamping bolts 50 extend.
  • the laterally arranged cooling plates 16, 18 of the cooling module 10 are flowed through during operation of a cooling liquid, which can preferably be serpentine through corresponding passages of the plates 16, 18 and optionally through a connecting line 36 between the cooling plates 16, 18 can be pumped.
  • a cooling liquid which can preferably be serpentine through corresponding passages of the plates 16, 18 and optionally through a connecting line 36 between the cooling plates 16, 18 can be pumped.
  • the concrete design of the cooling plates is shown in detail from Figs. 7 A to 7E.
  • the tubular inlet of the cooling passage the left-hand plate in this example, is guided from top to bottom, where it is attached to a side tab 86 of the cooling plate 16, such as by a solder joint, a welded joint or a bonded joint can be done.
  • the serpentine cooling passage then leads in the example of FIG.
  • the passages 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 and 106 themselves are, as shown in FIG. 7B, produced by a corresponding pressing of a sheet metal part or a base plate 85, which leads to ribs 99 between the cooling passages 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 as well as above and below on the sheet metal part, to which an ebene end plate 110 can be connected, also here by means of a solder joint, a welded joint or an adhesive bond.
  • the result before attachment of the connecting tubes 26, 28 can be seen in a perspective view (to a smaller scale) of FIG. 7E.
  • the left and right cooling plates 6, 18 are identical. built so that only three different parts are required to form both cooling plates. It is the ribbed sheet metal part of Fig. 7B, the end plate 110 and the rotated tube part, which form the input and output tubes 26, 28. All parts are made of aluminum or an aluminum alloy.
  • the actual entrance and the actual exit can thus be provided on the same side of the battery module, preferably on the same side as the pole terminals 80 and 82, i. the upper side of the battery module 14, as can be seen in the concrete example of FIG. 2 A and 3 A.
  • the connecting pipes 26, 28 both at the upper side of the cooling plate according to FIG. 7A (instead of at the lower side as in FIG .7A) or the input tube 26 or the output tube 28 at the top and the other output 28 or input 26 at the bottom.
  • the left and right plates 16, 18 of the cooling module 10 are formed by simple metal plates.
  • the preferred arrangement is the embodiment according to FIG. 1 or 7A to 7E and 9.
  • the geometry of the cooling passages according to Fig. 7A can be changed so that the channels are flowed through in parallel. This results in less pressure loss and it can be several cooling plates or cooling modules in series be interconnected. This means that the tubular connection and drainage pipes 26, 28 each have to be connected to a plurality of cooling passages of the cooling plates running parallel to one another, instead of the serpentine arrangement according to FIGS. 7A to 7E.
  • FIGS. 8A to 8E show that the lower half 112 of the housing 111 is at least substantially parallelepiped-shaped, whose underside 1 14 according to FIG. 8B is provided with ribs 116 for stiffening.
  • a foam insert 108 On the inside of the lower half 2 of the housing is a foam insert 108, which biases the lowermost cell 12 against the lowermost connecting plate 204 of the cooling module 10 in order to promote the removal of heat from this cell. It can also be seen in Fig.
  • the upper half 128 of the housing is similarly formed, except that here the ribbing 130, which is provided for stiffening the upper side of the upper half 128 of the housing 111, provided on the inside of the upper half of the housing.
  • This ribbing 120 is in the assembled state of the housing 111 with built-in battery module 14 on the upper broad side of the upper cell 12 'optionally via a foam liner and presses the upper cell 12' against the upper connecting plate 20 'in order to ensure good heat dissipation there.
  • FIG. 8C shows two holes 134 on the front longitudinal side 132 of the upper half of the housing which make it possible to insert screws which engage in the corresponding threaded inserts 120 of the first longitudinal side 122 of the lower half 112 of the housing 111.
  • Two further bores are provided on the rear longitudinal side 136 of the upper half 128 of the housing 111 according to FIG. 8C, but are not apparent there, on the other hand in the illustration of FIG. 8D already.
  • the two poles 66 and 70 or the internal threads 80, 82 present there are accessible through the bores 138, so that the electrical connection can be made there.
  • the electrical connection is therefore made from the upper side of the battery case, but below the upper side.
  • the electrical connection cables can also be routed below the upper side of the housing, for example within the steps that extend around the upper side, so that the electrical lines increase neither the height of the module nor the installation height in the vehicle.
  • the tubular inlet 26 and the tubular outlet 28 for the cooling system and the respective hose nozzles 30, 32 protrude through the holes 140 of the upper half of the housing.
  • the coolant connection takes place below the upper side of the battery module and also here it is possible to guide the external connection hoses so that they increase neither the height of the battery module nor its installation height.
  • said steps may be made larger or deeper to allow this.
  • the battery management system is provided with a plug which is accessible through the opening 142 on the upper side 146 of the upper half 128 of the housing 111, wherein the housing 111 here with two Threaded inserts 148 is provided, which serve to receive fastening screws of the connector.
  • the housing is a two-part injection-molded part and can have the following design:
  • the critical dimension is the short side (height 155 mm). Therefore, all connections (poles, cooling and data) are sunk. In practice, the data plug is sunk even further with an adapted plug in order to allow a seal without additional installation space.
  • the dimensions can be selected, for example, as follows:
  • the two housing halves 112, 128 can be closed with a circumferential groove and spring system for sealing together.
  • the battery management plug may be provided with a sealing cap and seals between housing and coolant connection pipes 26, 28 may be provided.
  • the modules can be integrated into a battery with or without housing.
  • the system limit and the functions to be realized with it, such as seal against contamination from outside, EMC and mechanical safety, can thus be flexibly placed around a module up to the entire battery.
  • the module without outer housing (cell stack) can eg be welded into a foil. These stacks are then installed in the number greater than 1 in a system housing.
  • a main objective of the cooling system according to the invention is to ensure the reliability of the traction battery system, with the motivation to avoid exceeding specified temperature limits, which could otherwise lead to permanent damage to the battery system and in extreme cases to fire or explosion.
  • the battery system is cooled, with the aim of not exceeding dangerous and harmful temperature limits.
  • the temperature should not rise above 30 0 C in order to obtain a maximum service life.
  • the traction battery system which usually consists of several battery modules and / or the individual battery modules thermally well insulated. This prevents the battery modules or the cells contained therein from being Cool quickly with the result that they must then be heated consuming to allow the restart of the vehicle.
  • One way to heat the battery cells is to use a resistance heater, which rests directly on the electrically conductive spacer elements.
  • a heating resistor may be provided for each conductive spacer. Since the electrically conductive spacer elements are naturally good heat-conducting and have a high-quality electrically and thermally conductive connection or transition to the metallic lugs of the electrodes of the cells, the electrically generated heat can be introduced directly into the interior of the respective cells, which is responsible for the heating of the Cells is particularly energy efficient. In a well-insulated arrangement, an energy input of 1 watt per cell is sufficient. This energy can be supplied by the battery modules themselves or by charging the battery modules from the mains or from an associated combustion engine, combustion heater or fuel cell system.
  • the resistors can also be mounted on a circuit board that belongs to the battery management system and is printed against the spacers.
  • the heating of the battery modules can also or alternatively to the electrical heating described also be achieved via the existing cooling system, as will be described in more detail below.
  • the battery system during operation has a temperature close to 30 ° C., it can be ensured by suitable insulation inside the module housing and / or outside the module housing. be reduced the housing of the heat loss of the battery system, so that the battery system does not cool down very quickly and remains sufficiently warm to be able to economically resume operation after a break.
  • a temperature equalization between the cells of the individual battery modules 14 should take place, with the motivation to make maximum use of the capacity of the cells and to provide the maximum available power over the entire life cycle. This also requires the cooling or even heating of the individual cells 12 of the battery modules 14.
  • the aim is to achieve a uniform temperature level, which leads to equivalent cell behavior and uniform discharge and aging of the cells.
  • the correct temperature level and temperature compensation can ensure that all cells 12 provide the maximum power over the longest possible period of time, and that when maximum lifetime is reached, all cells 12 are at the end of their respective lives, so that economic exchange of battery modules 14 can be done because you do not have to replace individual battery modules prematurely and all cells 12 are also at the end of their working life in case of failure of a battery module 14.
  • liquid cooling In a liquid cooling better thermal conductivity can be achieved because the heat-conducting elements 16, 18, 20, 52, 46, 36, 38 are in direct contact with the cells 12 and allow this together with a cooling liquid cooling heat exchanger, smaller volume flows and exchange surfaces and a low noise level.
  • the use of liquid cooling requires additional components in the form of hose connections and seals as well as a heat exchanger to the environment.
  • FIG. 10A shows a possibility of connecting the cooling modules 10 of all eight battery modules 14 in series. However, this is not a convenient arrangement, since the temperature of the cooling system consisting of the eight closed cooling modules 10 in series continuously increases, so that the last module 10 'or 14' is the warmest.
  • each cooling circuit 150 may each comprise two to four cooling modules 10 and battery modules 14 in series, wherein the cooling passages within the battery modules 14 each have a free flow cross section corresponding to that of a tube having a clear diameter of 8 to 9 mm.
  • FIGS. 1A to 1 ID Some examples of such a cooling system are shown in FIGS. 1A to 1 ID.
  • each battery module 14 or cooling module 10 has an input 26 and an output 28, which by the hydraulic design of each 9 can be realized, wherein the output 28 of the first cooling module 10 of the two series-connected modules 10, 10 'is connected to the input 26 of the next module 10' in the flow direction and the input 26 of the first of the two in Series-connected modules 10, 10 'is connected to a manifold 152 and the output 28 of the second module 10' of the two modules 10 in series' is connected to a manifold 156.
  • Fig. I IB it could be worked according to the Fig. I IB.
  • each module has two separate inputs 26 and two separate outputs 28, namely an input and an output for each cooling plate 16, 18.
  • Bei up to four modules 10 can be readily connected in series, as shown in FIG. 1B, to produce parallel flow paths 158 (four parallel flow paths 158 in FIG. 1B), but the resulting two rows 160 of modules so far connected to a manifold 152 and a manifold 156 are connected.
  • a plurality of cooling modules 10, ie battery modules 14 can be connected to one another, wherein the system according to FIG. 1 IA or FIG. IB is supplemented accordingly.
  • Figs. 12A and 12B indicate, for two different extraction power rates (1.5 C and 2 C), how the temperature difference in the cooling modules or battery modules is practiced, depending on how many modules are connected in parallel and depending on how many serial modules are eligible.
  • the values given in FIGS. 12A and 12B apply to a tube diameter of 8 mm, which determines an equivalent flow cross-section through the flow passages of the cells.
  • the one-dot areas of the table of Figs. 12A and 12B indicate systems operating for different power draws with a temperature difference between inlet and outlet below 5 ° C. It can be seen that the temperature difference depends on the power take-off rate (in these examples 1.5 C and 2 C respectively) and that, for example, a variant with twelve battery modules and up to three serial modules is well suited, as reserves up to 2 C are present , Of course, in this analysis, not only the withdrawal rate but also the amount of energy required must be taken into account. consider, which can be in a smaller vehicle quite in the range between 16 and 40 KWh. Compared to a clear tube diameter of 6 mm, a clear tube diameter of 8 mm shows a significantly better efficiency, since the temperature difference ⁇ T is about 50% smaller. In contrast, an increase of the clear tube diameter to 9 mm leads to no further pronounced improvement.
  • manifold 152 and manifold 156 communicate with a main conduit 160 having a pump 162 and a radiator 164 with fan 166 in this example.
  • the fan 166 is turned on to additionally cool the cooling fluid flowing through a main conduit and the radiator, i. in addition to the normal airflow through the correspondingly placed in the vehicle radiator 164, which is flowed through by the flowing past the vehicle air.
  • the main conduit 160 may further include a heat exchanger 168 having at least one additional circuit feeding an air conditioner 172.
  • a heat exchanger 168 having at least one additional circuit feeding an air conditioner 172.
  • the excess heat removed from the battery modules 14 via the cooling system may be used to heat the interior of a vehicle equipped with the traction battery system.
  • a refrigerant circuit cooled by an air conditioning compressor can provide additional active cooling of the system.
  • the heating can also be provided with energy from the outside in order to heat up the cells 12 of the individual battery modules 14 via the cooling system, if necessary, in order to bring the cells to a reasonable battery operating temperature level.
  • the cooling system then operates in this mode as a heating system for the battery modules. As soon as a reasonable operating temperature is reached, the additional heating is deactivated.
  • the vehicle can be put into operation using the energy of the traction battery system.
  • an external power source is not available to heat the battery, for example, when the vehicle is parked on the street at night, some of the remaining energy of the batteries may be used to warm the batteries, for example, by connection the battery power to an electric heater of the heater 172, which temporarily heats the cooling liquid, and also a portion of the electrical energy can be used to the pump 162 to. operate and thereby circulate the heated coolant through the individual cells 12.
  • FIG. 2B an alternative embodiment of the terminals 36, 38 of the cell 12 is shown. Instead of unilaterally U-shaped cutouts 37 and 39 as for the. Terminals are shown in FIG. 2B, here circular openings 37 'and 39' in the two terminals 36, 38 are provided, which represent a continuation of the positive (*) and negative (-) electrodes of the cell 12. Although two cutouts are provided here as well as in FIG. 2B, a different number of cutouts may also be provided, such as the three U-shaped cutouts according to FIG. 17A.
  • the terminals 36 and 38 themselves consist of an aluminum sheet or copper sheet of small thickness, such as (without limitation) 0.3 mm.
  • conductive spacer elements according to FIGS. 16A and 16B and insulating spacer elements according to FIGS. 16C and 16D are preferably used. Similar spacers 44, 46 are used for both the embodiment of the terminals of Figure 2B and those of Figure 15 (i.e., except for the shape of the cutouts 37, 39 and 37 ', 39', respectively).
  • the conductive spacer 44 shown in FIG. 16A is formed of a block-shaped aluminum block 200 having two through-holes 202, the diameter of which is the diameter of the circular openings 37 'and 39' of the embodiment of FIG. 15 and the diameter, respectively of the rounded bottom of the U-shaped cutouts 37 and 39 correspond to the embodiment of FIG. 2B.
  • the aluminum block 200 is provided on all sides with a nickel plating layer 204.
  • the top and bottom sides 206, 208 of the coated aluminum block are roughened, for example, by sandblasting, grinding, brushing or otherwise, resulting in smaller protrusions and depressions on said sides 206 and 208. These easily dig into the surface of the terminals 36, 38 upon assembly of a battery module, breaking through the oxide layer there and providing excellent contact with the terminals.
  • the Ni coating 204 may also be provided within the holes 202, but this is not mandatory.
  • the insulating spacers 46 of FIGS. 16C and 16D have a shape at least substantially identical to that of the conductive spacer 44 of FIGS. 16A and 16B. They also consist here of an aluminum block 210 having the shape of a cuboid.
  • the corresponding aluminum blocks are anodized over the entire surface, resulting in a thin, high-quality insulating layer 212 on all surfaces of the blocks. If the holes 214 are already made, this anodized layer will also be in the holes 214 (not shown). To ensure that any damage to the already hard anodized layer does not result in an undesirable conductive transition between the insulating spacer 46 and a conductive spacer 44 or terminal 36, 38 of a battery cell, a further insulating layer 216 is deposited on the anodized layer. This layer 216, even if not shown in FIG.
  • the insulating layer 216 is a very thin layer of an organic or inorganic compound or a lacquer layer of an insulating lacquer or a resin layer of a corresponding insulating resin.
  • the Ni layer 204 of the conductive spacer of FIGS. 16A, 16B and the anodized layer 212 and the insulating layer 216 deposited thereon are kept relatively thin, for example, about 200 .mu.m for the Ni layer 204 and the anodized layer 212 and about 300 .mu.m for the insulating layer 216. Since both the conductive spacer elements 44 and the insulating spacer elements 46 at least substantially consist of aluminum, the thermal expansion of the spacer elements will generally correspond approximately to the thermal expansion of aluminum.
  • the clamping bolts are preferably made of aluminum In order to insure, it is ensured (since the thermal expansion coefficients of the parts are at least substantially the same except for the thin coatings) that after tightening the nut of the bolts an at least substantially constant Klerhmkraft between the conductive spacer elements 44, the insulating elements 46 and the Ranklem- the battery cells of the battery module is created, no matter what temperature fluctuations occur in practice.
  • This clamping force not only ensures that the bumps of the Ni coating 204 of the conductive spacers make good electrical contact with the terminals of the battery cells, but the clamping pressure also results in a kind of seal between the abutting surfaces, so that moisture or corrosion-promoting Substances does not readily lead to a deterioration of the conductive junctions between the conductive spacers 44 and the terminals 36, 38.
  • FIG. 17 shows an alternative embodiment of the cooling plates 16, 18 of FIG. 1. These cooling plates are converted into a uniform structure in FIG. 17, so that a three-sided cooling plate arrangement 220 results. Specifically, the cooling plate 222 on the right side 223 of the cooling module 220 of FIG. 17 via a cooling plate 224 on the back 225 of the küphlmodule 220 in the cooling plate 226 of the left side 227 over.
  • cooling passages 228 of the cooling plates are made parallel in the sense that all the individual cooling passages 228 of the cooling plates are guided parallel to each other and evenly around the three sides 223, 225, 227 of the cooling module and extend between a manifold passage on the left Side 227 of the cooling module 220 via the rear side 225 to a collection passage 230 on the right side 223 of the cooling module 230th
  • the manifold passage on the left side 226 is identically constructed to the collection passage 230 on the right side 223.
  • the collection passage 230 communicates via a long narrow communication passage 232 with the tubular outlet 28 with the hose nozzle 32.
  • the tubular inlet 26 communicates with the hose nozzle 30 via an elongated connecting passage (not visible in FIG. 17) with the distributor passage (also not visible).
  • Cooling liquid thus flows through the hose nozzle 30 into the tubular inlet 26, from there via the said elongate connecting passage and the distributor passage into the individual mutually parallel passages 228 of the cooling module 220 via the left side 227 of the cooling module 220 and subsequently via the rear side 225 of the cooling module and via the right side 223 of the cooling module 220 into the collecting element 230 and then via the elongated connecting passage 232 to the tubular outlet 28 and via the hose spout 32 further into the cooling circuit.
  • the cooling plates or the connecting plates 20 are provided with right-angled bent side parts on the left side 227 and the right side 223 of the cooling module 220 and the rear side 225 and these are then on flat sheet metal parts on the inner glued, welded or soldered to left, rear and right sides 227, 225 and 223 of the cooling module 220 to produce good heat transfer between the connection plates 20 and the cooling plates on the three sides 227, 225, 223.
  • the outside of the cooling plate portions 222, 224, 226 of the cooling module 220 is also formed by a sheet metal part which is pressed in places similar to the sheet metal part of Figs. 7A to 7D to form ribs 99, the cooling passages 228 including the connection passage of the tubular inlet 26 in the manifold passage and the transition on the other side of the cooling module 220 in the collecting element 230 and the connecting passage 232 in the tubular outlet 26 to form.
  • the inner flat sheet metal parts are connected to the outer sheet metal part by means of gluing, welding, soldering or otherwise waterproof.
  • FIG. 17 also shows a comb-like part 240 with slots 242 arranged at the spacings of the individual connection terminals 36, 38 of the individual cells and having dimensions which receive the connection terminals.
  • the comb-like insulating plate 240 may point like the arrows 244 onto which terminals 36, 38 of the cells are plugged to hold them in an ordered arrangement and to ensure that the insertion of the conductive spacers 44 and the insulating spacers 46 in an orderly manner between adjacent terminals 36, 38 can be introduced.
  • a similar plate can also be provided in the battery module according to FIG. 2A, it being possible here, since the rear side of the cooling module is open to push the cells forward through the slots 242 of the comb-like plate as well as the plate on the postpone already installed cells.
  • the comb-like plate with a central stiffening rib 246 is shown. However, this is not mandatory.

Abstract

The invention relates to a battery module which consists of a plurality of interconnected cells that have respective positive and negative terminals. The module is characterized in that the flat terminals have cut-out sections and are arranged in two rows in such a manner that the short ends of adjacent flat terminals of a respective row face each other, in that the terminals of every row are maintained at a distance to each other by specifically arranged, conductive spacer elements and optionally insulating spacer elements, in that within the module, the cells are electrically connected in series and/or in parallel by specifically arranging their positive and negative terminals in the one or the other row, and in that the terminals of every row and the interposed spacer elements are pressed against each other by a bracing device.

Description

BATTERIEMODUL BATTERY MODULE
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen, die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss aufweisen und befasst sich insbesondere mit Akkumulatoren, insbesondere Lithiumionenzellen, die zur Bildung einer Traktionsbatterie bzw. -batteriemodul für Fahrzeuge mit elektrischem Antriebsstrang verwendet werden. Solche Batteriemodule können z.B. in e- lektrischen Fahrzeugen, Hybridfahrzeugen mit Verbrennungsmotoren oder Hybridfahrzeugen mit Brennstoffzellen eingesetzt werden. Durch den mo- dularen Aufbau eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es auch für andere Zwecke verwendet werden, z.B. bei stationären Anwendungen oder Kleintraktionsanwendungen, wie beispielsweise in einem Rollstuhl.The present invention relates to a battery module consisting of a plurality of interconnected cells, each having a positive and a negative terminal and is particularly concerned with batteries, in particular lithium ion cells, which are used to form a traction battery module for vehicles with electric drive train. Such battery modules may e.g. in electric vehicles, hybrid vehicles with internal combustion engines or hybrid vehicles with fuel cells. Due to the modular design of a battery module according to the invention, it can also be used for other purposes, e.g. in stationary applications or small traction applications, such as in a wheelchair.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul wird bevorzugt auf der Grundlage von Lithiumionenzellen aufgebaut, es kann aber im Prinzip auch jede andere verfügbare wieder aufladbare Batteriezelle zur Anwendung kommen.The battery module according to the invention is preferably constructed on the basis of lithium-ion cells, but in principle any other available rechargeable battery cell can also be used.
Ein Batteriemodul System, das aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen zusammengebaut ist, kann beispielsweise ausgelegt werden, um einen Leistungsbereich mit einem Energieinhalt zwischen 1 kWh und 400 kWh oder mehr abzudecken und kann ohne weiteres in einem Spannungsbereich zwischen 12 und 800 V arbeiten. Insbesondere kann ein Batteriemodul beispielsweise ausgelegt werden, um mit zwölf einzelnen Zellen, die jeweils eine Zellenspannung von 3,6 V und eine Kapazität von 40 Ah aufweisen, ein Batteriemodul mit einem gesamten Energieinhalt von 1,728 kWh aufzubauen, das je nach Verschaltung der einzelnen Zellen Aus- gangsspannungen im Bereich von 10,8 V bis 43,2 V bei Kapazitätsentnahme im Bereich zwischen 160 Ah und 40 Ah aufweist. Beispielsweise bei einer 3s4p-Schaltung, d.h. mit jeweils vier parallel verschalteten Zellen, die drei Mal in Reihe hintereinander geschaltet sind, kann eine Ausgangsspannung von 10,8 V (3 x 3,6 V) erzeugt werden, und ein solches Batteriemodul ermöglicht dann eine Kapazitätsentnahme von bis zu 160 Ah. Mit einer Konfiguration von 12s Ip, d.h. mit zwölf Zellen in Reihe, kann eine Ausgangsspannung von 43,2 V erreicht werden (12 x 3,6 V), und es ist eine Stromabnahme von 40 A für eine Stunde möglich. Im Allgemeinen ist die Notation: XsYp so zu verstehen, dass X die Anzahl der Serienzellen angibt und Y die Anzahl der parallelen Zellen bedeutet. Durch die Verschaltungsvarianten ergeben sich also bei gleicher Modulgröße und gleichem Grundaufbau verschiedene Modulspannungen.For example, a battery module system composed of a plurality of similar battery modules may be designed to cover a power range with an energy content of between 1 kWh and 400 kWh or more, and may readily operate in a voltage range between 12 and 800V. In particular, a battery module can be designed, for example, to construct a battery module with a total energy content of 1.728 kWh with twelve individual cells each having a cell voltage of 3.6 V and a capacity of 40 Ah, depending on the interconnection of the individual cells - output voltages in the range of 10.8 V to 43.2 V at capacity extraction in the range between 160 Ah and 40 Ah has. For example, in a 3s4p circuit, ie with four cells connected in parallel, which are connected in series three times in series, an output voltage of 10.8 V (3 x 3.6 V) can be generated, and such a battery module then allows one Capacity extraction of up to 160 Ah. With a configuration of 12s Ip, ie with twelve cells in series, an output voltage of 43.2V can be achieved (12 x 3.6V), and a current draw of 40A is possible for one hour. In general, the notation XsYp is to be understood as X indicating the number of series cells and Y the number of parallel cells. Due to the interconnection variants, different module voltages thus result for the same module size and the same basic structure.
Um höhere Spannungen zu erreichen, können dann eine entsprechende Anzahl von Batteriemodulen elektrisch in Reihe geschaltet werden, wobei die Verschaltung der einzelnen Batteriemodule miteinander auch nach dem Muster XsYp erfolgen kann.In order to achieve higher voltages, then a corresponding number of battery modules can be electrically connected in series, wherein the interconnection of the individual battery modules can also take place according to the pattern XsYp.
Ein Referenzsystem zum Einsatz in batterieelektrischen Kompaktfahrzeugen kann sich beispielsweise an folgenden Eckpunktdaten orientieren: Gesamtenergieinhalt der Module 13,824 kWh (d.h. acht Batteriemodule mit je 1,732 kWh), Spannungslage 400 V und Dauerleistung ±20 kW. Hierzu ist anzumerken, dass für die Erzeugung einer Spannungslage von 400 V es notwendig sein kann, die Gesamtausgangsspannung der Batterie mit Hilfe eines Umrichters bzw. eines Transformators heraufzusetzen. Beispielsweise würde bei Verwendung von acht Batteriemodulen der oben genannten Art in einer 6s2p Konfiguration mit 21,6 V Ausgangsspannung je Batteriemodul eine Gesamtausgangsspannung bei einer Reihenschaltung aller acht Batteriemodule von 8 x 21,6 V = 172,38 V erreicht. Selbst wenn ein Batteriemodulsystem dieser Art für eine Dauerleistung von ±20 kW ausgelegt ist, können dennoch zu Beschleunigungszwecken Spitzenleistungen von beispielsweise 100 kW kurzfristig von der Batterie abverlangt werden, wodurch ausgezeichnete Beschleunigungswerte sich erzielen lassen.A reference system for use in battery-powered compact vehicles can be based, for example, on the following cornerstone data: total energy content of the modules 13.824 kWh (ie, eight battery modules with 1.732 kWh each), voltage level 400 V and continuous power ± 20 kW. It should be noted that for the generation of a voltage level of 400 V, it may be necessary to increase the total output voltage of the battery by means of an inverter or a transformer. For example, using eight battery modules of the above type in a 6s2p configuration with 21.6V output voltage per battery module, a total output voltage would be achieved with a series connection of all 8 battery modules of 8 x 21.6V = 172.38V. Even if a battery module system of this kind is designed for a continuous power of ± 20 kW, peak power of, for example, 100 kW can nevertheless be demanded from the battery for acceleration purposes at short notice, whereby excellent acceleration values can be achieved.
Im Ladebetrieb kann beispielsweise mit einer Ladeleistung von 40 kW gearbeitet werden.In the charging mode, for example, a charging power of 40 kW can be used.
Die oben angegebenen Werte sind rein beispielhaft genannt, stellen aber andererseits Werte dar, die durchaus mit kommerziell verfügbaren Lithiumionenbatterien erreicht werden können.The values given above are purely illustrative, but on the other hand represent values that can be achieved with commercially available lithium-ion batteries.
Grundsätzlich kann auf der Zellebene die geeignetste erscheinende Technologie der Batterieauslegung nach den Kriterien technisches Potential, wie z.B. Energie- und Leistungsdichte, Sicherheit und Lebensdauer, Kostenpotential und Ressourcenverfügbarkeit ausgewählt werden. Auf der Systemebene bzw. Modulebene müssen zusätzlich die Sicherheit, die Langlebigkeit und Komfort im Betrieb berücksichtigt werden. Ferner sollen die zusätzlichen Maßnahmen, die erforderlich sind, um ein funktionsfähiges Batteriesystem zu erreichen, ein Minimum an Zusatzkosten, Gewicht und Volumen beanspruchen. Solche zusätzlichen Maßnahmen betreffen z.B. das elektrische Management des Batteriemoduls, das thermische Management des Batteriemoduls, die Integration auf Zell- und Modulebene sowie die Integration in einem Fahrzeug.Basically, at the cellular level, the most appropriate appearing battery design technology may be based on the criteria of technical potential, e.g. Energy and power density, safety and durability, cost potential and resource availability are selected. At the system level or module level, safety, longevity and comfort in operation must also be taken into account. Furthermore, the additional measures required to achieve a functioning battery system should require a minimum of additional costs, weight and volume. Such additional measures concern e.g. the electrical management of the battery module, the thermal management of the battery module, the integration at the cell and module level as well as the integration in a vehicle.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Batteriemodul bzw. ein Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Modulen zur Verfügung zu stellen, das kompakt aufgebaut ist und thermisch optimiert ausgelegt ist, wodurch die Betriebstemperatur des Batteriemo duls bzw. des Batteriemodulsystems innerhalb von engen Grenzen gehalten werden kann, um das lokale Überhitzen einzelner Zellen oder erhöhte Temperaturen einer oder mehrerer Zellen möglichst zu vermeiden.The present invention has for its object to provide a battery module or a battery module system consisting of several similar modules available, which is compact and designed to be thermally optimized, whereby the operating temperature of Batteriemo Dul or the battery module system can be kept within narrow limits in order to avoid local overheating of individual cells or elevated temperatures of one or more cells as possible.
Ferner soll, ausgehend von einer Grundkonstruktion, die Auslegung der jeweiligen Batteriemodule je nach den konkret geforderten Einsatzbedingungen variabel gestaltet werden und das Erreichen einer kompakten und leicht anschließbaren Auslegung des Batteriemoduls bzw. des Batteriemodulsystems sowie die preisgünstige Herstellung von solchen Batteriemodulen und Batteriemodulsystemen ermöglicht werden.Furthermore, based on a basic construction, the design of the respective battery modules should be made variable depending on the specific application conditions required and the achievement of a compact and easily connectable design of the battery module or the battery module system and the low-cost production of such battery modules and battery module systems are made possible.
Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß ein Batteriemodul der eingangs genannten Art vorgesehen, das sich dadurch auszeichnet, dass die flächigen und mit Aussparungen versehenen Anschlüsse in mindestens zwei Reihen derart angeordnet sind, dass die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse einer jeweiligen Reihe einander zugewandt sind, dass die Anschlüsse jeder Reihe durch gezielt angeordnete, leitende Abstandselemente und ggf. isolierende Abstandselemente in Abstand zueinander gehalten sind, dass innerhalb des Moduls die Zellen durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse in der einen oder der anderen Reihe elektrisch in Reihe und /oder parallel zueinander geschaltet sind und dass die Anschlüsse jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente durch eine Spanneinrichtung aneinander pressbar sind.To achieve this object, according to the invention a battery module of the type mentioned is provided, which is characterized in that the flat and recessed ports are arranged in at least two rows such that the broad sides of adjacent planar terminals of a respective row facing each other, in that the terminals of each row are kept at a distance from one another by specifically arranged, conductive spacer elements and possibly insulating spacer elements, that within the module the cells are electrically connected in series and / or in parallel by targeted arrangement of their positive and negative terminals in one or the other row connected to each other and that the terminals of each row and the spacers arranged therebetween can be pressed by a clamping device to each other.
Ein solcher mechanischer Aufbau des Batteriemoduls ermöglicht es zunächst, je nach der gezielten Anordnung der positiven und negativen Anschlüsse der Zellen innerhalb des Moduls verschiedene Betriebsspannungen und Betriebsströme mit einer grundsätzlich ähnlichen Auslegung des Batteriemoduls zu erreichen, so dass die meisten Komponenten in den verschiedenen Varianten verwendet werden können und wenige Sonder- bauteile wenn überhaupt benötigt werden, die sonst die Herstellungskosten erhöhen würden. Auch ist es grundsätzlich möglich, die Anzahl der Zellen je Batteriemodul flexibel zu wählen und dennoch viele gemeinsame Komponenten bei der Herstellung der jeweiligen Batteriemodule zu verwenden. Die Batteriegröße ist durch den modularen Ansatz und die elektrischen und hydraulischen Verbindungsmöglichkeiten in weiten Bereichen skalierbar. Die Konstruktionsprinzipien lassen sich schnell und einfach mit geänderten Zellgeometrien oder Leistungsdaten an andere Flachzellen anpassen.Such a mechanical construction of the battery module initially makes it possible, depending on the specific arrangement of the positive and negative terminals of the cells within the module to achieve different operating voltages and operating currents with a fundamentally similar design of the battery module, so that most components are used in the different variants can and only a few special components are needed if any, which would otherwise increase the manufacturing cost. It is also fundamentally possible to flexibly select the number of cells per battery module and nevertheless to use many common components in the production of the respective battery modules. The battery size is scalable in a wide range due to the modular approach and the electrical and hydraulic connection options. The design principles can be quickly and easily adapted to other flat cells with changed cell geometries or performance data.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul kann somit flexibel gestaltet werden und weist quasi selbst einen modularen Aufbau auf.The battery module according to the invention can thus be made flexible and has quasi itself a modular structure.
Durch die Verwendung von flächigen Anschlüssen gelingt es einerseits, die einzelnen Zellen, die vorzugsweise quaderförmig in Draufsicht sind, relativ flach auszubilden, wodurch aus den einzelnen Zellen über die flächigen Anschlüsse Wärme abgeführt werden kann. Durch die sich hierdurch ergebende flache Quaderform der Zellen kann auch Wärme von den Flachseiten der Zelle gut abgeführt werden, wodurch eine Voraussetzung für das Erzielen eines engen Betriebstemperaturbereichs in der Zelle geschaffen werden kann. Dadurch, dass die Anschlüsse jeder Reihe durch eine jeweilige Spanneinrichtung aneinander bzw. an den dazwischen angeordneten Abstandselementen gepresst sind, kann sichergestellt werden, dass Widerstandsverluste an den verschiedenen Anschlüssen nicht entstehen bzw. nur in geringem Maße entstehen und dass das Batteriemodul stets die gewünschte dem jeweiligen Ladezustand entsprechende Ausgangsspannung über die gesamte Lebensdauer des Batteriemoduls aufweist, da konstante Umstände herrschen und sich ändernde ohmsche Verluste nicht zu erwarten sind. Besonders günstig ist es, wenn die flächigen Anschlüsse durch Verlängerungen der Elektroden der Zellen gebildet sind und zur aktiven Kühlung der Zellen für eine gezielte Wärmeabfuhr von den Zellen ausgelegt und an eine wärmeabführende Kühleinrichtung angeschlossen sind. Hierdurch wird die Abfuhr von Wärme aus dem Inneren der Zelle begünstigt.By using flat connections, it is possible, on the one hand, to form the individual cells, which are preferably cuboid in plan view, relatively flat, whereby heat can be dissipated from the individual cells via the planar connections. The resulting flat cuboid shape of the cells also allows heat to be dissipated well from the flat sides of the cell, thereby providing a prerequisite for achieving a narrow operating temperature range in the cell. The fact that the terminals of each row are pressed by a respective clamping device to each other or to the spacer elements arranged therebetween, it can be ensured that resistive losses at the various terminals do not arise or arise only to a small extent and that the battery module always the desired the respective Charging state corresponding output voltage over the entire life of the battery module has, as constant circumstances prevail and changing ohmic losses are not expected. It is particularly favorable if the planar connections are formed by extensions of the electrodes of the cells and are designed for active cooling of the cells for targeted heat removal by the cells and are connected to a heat-dissipating cooling device. As a result, the removal of heat from the interior of the cell is favored.
Die Spanneinrichtung ist vorzugsweise durch mindestens einen Spannbolzen, insbesondere durch mindestens einen bevorzugt rohrförmigen Spannbolzen für jede Reihe gebildet.The clamping device is preferably formed by at least one clamping bolt, in particular by at least one preferably tubular clamping bolt for each row.
Bei Verwendung von rohrförmigen Spannbolzen, die aus Gewichtersparnisgründen günstig sind, wäre es auch denkbar, diese im Inneren mit einem flüssigen Kühlmedium, beispielsweise einer Kühlflüssigkeit, zu kühlen, um die Abführung von Wärme zu begünstigen.When using tubular clamping bolts, which are favorable for weight saving reasons, it would also be possible to cool them in the interior with a liquid cooling medium, for example a cooling liquid, in order to promote the dissipation of heat.
Ein solcher rohrförmiger gekühlter Spannbolzen kann an mindestens einer Stelle thermisch an die leitenden oder nicht leitenden Abstandselemente (und somit thermisch an die Zellanschlüsse) und /oder direkt an die Zellanschlüsse angebunden sein. Somit kann auch die Spanneinrichtung verwendet werden, um Wärme aus den Zellen gezielt abzuführen.Such a tubular cooled clamping bolt may be thermally connected to the conductive or non-conductive spacer elements (and thus thermally to the cell terminals) and / or directly to the cell terminals at at least one location. Thus, the clamping device can be used to dissipate heat from the cells targeted.
Die Spannbolzen werden im Regelfall von einer isolierenden Hülse umgeben, um unerwünschte Kurzschlüsse zu vermeiden.The clamping bolts are usually surrounded by an insulating sleeve to avoid unwanted short circuits.
Besonders günstig ist es, wenn die Zellen zumindest im Wesentlichen die Form eines flachen Quaders aufweisen, wobei die positiven und negativen flächigen Anschlüsse jeder Zelle vorzugsweise in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle parallel angeordnet ist bzw. sind. Hierdurch wird nicht nur eine kompakte Anordnung begünstigt, sondern jede Zelle kann je nach Auslegung des Batteriernoduls entweder in einer Richtung eingebaut werden, bei der beispielsweise der positive Anschluss auf der linken Seite der Zelle und der negative Anschluss auf der rechten Seite der Zelle vorliegen, oder sie können umgedreht eingebaut werden, so dass der negative flächige Anschluss auf der linken Seite und der positive Anschluss auf der rechten Seite zu liegen kommen. Hierdurch können serielle und/oder parallele Schaltungen der einzelnen Zellen je nach der Einbaurichtung der Zellen in das Batteriemodul ausgewählt werden, wobei je nach der gewählten Konfiguration isolierende Elemente vorgesehen werden müssen. Auch kann bei einer derartigen Anordnung diese so getroffen werden, dass stets mit die gleiche Form aufweisenden Abstandselementen gearbeitet wird, wodurch die Abstandselemente für sich kostengünstiger und rationell in größeren Serien herstellbar sind.It is particularly advantageous if the cells have at least substantially the shape of a flat cuboid, wherein the positive and negative surface connections of each cell are preferably arranged in a plane or in respective planes, which is arranged parallel to the broad sides of the parallelepiped cell or are. This not only favors a compact arrangement, but each cell can be installed depending on the design of the battery module either in a direction in which, for example, the positive terminal on the left side of the cell and the negative terminal on the right side of the cell are present, or they can be installed inverted so that the negative surface connection on the left side and the positive connection on the right side come to rest. In this way, serial and / or parallel circuits of the individual cells can be selected depending on the installation direction of the cells in the battery module, depending on the selected configuration insulating elements must be provided. Also, in such an arrangement, these can be made so that it is always worked with the same shape having spacer elements, whereby the spacer elements for themselves more cost effective and efficient in larger series can be produced.
Bei einer praktischen Ausführungsform ist es günstig, wenn der eine Pol des Batteriemoduls an ein erstes Ende der einen Reihe angeschlossen und der andere Pol an das dem genannten ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende der gleichen Reihe oder auch der anderen Reihe angeschlossen ist. Der Pol an dem zweiten Ende der Reihe wird dann über eine Verlängerung zum dem genannten ersten Ende benachbarten ersten Ende der anderen Reihe geführt. Hierdurch können elektrische Verbindungen zu den beiden Polen an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls vorgenommen werden, beispielsweise können die Polanschlüsse dann an der Oberseite der Batterie liegen, beispielsweise auf der gleichen Seite der Batterie, wo sie gut zugänglich sind.In a practical embodiment, it is favorable if one pole of the battery module is connected to a first end of one row and the other pole is connected to the second end of the same row or of the other row opposite the first end. The pole at the second end of the row is then passed over an extension to the first end of the other row adjacent to said first end. In this way, electrical connections to the two poles can be made on a common side of the battery module, for example, the pole terminals can then be at the top of the battery, for example, on the same side of the battery, where they are easily accessible.
Bei dieser Konstruktion ist es ohne Weiteres möglich, ein Abstandselement der genannten anderen Reihe zur Halterung der Verlängerung seitlich der anderen Reihe zu verlängern. Besonders günstig ist es, wenn ein Kühlmodul vorgesehen ist, das an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls Kühlplatten aufweist, sowie mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten versehen ist, die zwischen sich die Zellen aufnehmende Fächer bilden.With this construction, it is readily possible to extend a spacer of said other row for supporting the extension laterally of the other row. It is particularly advantageous if a cooling module is provided which has cooling plates on first and second opposite sides of the battery module, and is provided with heat-conducting connection plates extending between these sides, which form compartments receiving the cells between them.
Wie nachfolgend später erläutert wird, ist es dann möglich, bei einer kompakten Bauweise die beiden Kühlplatten mittels einer Kühlflüssigkeit wirksam über zumindest im Wesentlichen ihrer gesamten Fläche zu kühlen und hierdurch auch möglich, Wärme von den beiden Kühlplatten verbindenden wärmeleitenden Verbindungsplatten abzuziehen, wodurch die Zellen, die benachbart zu den Kühlplatten angeordnet sind, ebenfalls intensiv gekühlt werden.As will be explained later, in a compact design, it is then possible to effectively cool the two cooling plates by means of a cooling liquid over at least substantially their entire surface, and thereby also to remove heat from the heat-conducting connection plates connecting the two cooling plates, whereby the cells, which are arranged adjacent to the cooling plates are also cooled intensively.
Besonders günstig bei einer derartigen Ausführungsform ist eine Anordnung, bei der jeweils zwei insbesondere flache quaderförmige Zellen in jedem Fach angeordnet sind, wobei gegebenenfalls jeweils eine Zelle auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten angeordnet werden kann. Hierdurch ist jede Zelle auf mindestens einer Seite einer wärmeabführenden Verbindungsplatte benachbart angeordnet, wodurch Wärme günstig aus der schmalen flachen Zelle über die entsprechende Breitseite der Zelle abgezogen werden kann.Particularly favorable in such an embodiment is an arrangement in which two particular flat cuboidal cells are arranged in each compartment, wherein optionally one cell can be arranged on the outer side of the outer connection plates. As a result, each cell is disposed adjacent to at least one side of a heat dissipating connecting plate, whereby heat can be conveniently withdrawn from the narrow flat cell on the corresponding broad side of the cell.
Die seitlich angeordneten Kühlplatten sind vorzugsweise von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar ausgebildet, die vorzugsweise durch schlangenartige Passagen der Platten gegebenenfalls durch eine Verbindungsleitung zwischen den Kühlplatten hindurchgepumpt werden kann. Auf diese Weise können die Kühlplatten vollflächig gekühlt werden, wodurch ebenfalls eine günstige Wärmeabfuhr von den Verbindungsplatten erreichbar ist. Die schlangenartigen Passagen weisen jeweils einen Eingang und einen Ausgang auf, wobei die Eingänge und die Ausgänge vorzugsweise auf einer Seite des Batteriemoduls vorgesehen sind, insbesondere auf der gleichen Seite wie die Pole. Dies bedeutet, dass bei der Verwendung von mehreren Batteriemodulen in einem Batteriemodulsystem nicht nur die elektrische Verbindung zwischen den Modulen, sondern auch die Kühlflüssigkeits- verbindungen zwischen den Modulen besonders günstig von ein und derselben Seite vorgenommen werden können. Auch macht eine derartige Anordnung die Auslegung des Modulgehäuses einfacher, in dem das Batteriemodul eingebaut wird.The laterally arranged cooling plates are preferably formed through by a cooling liquid, which can preferably be pumped through snake-like passages of the plates optionally through a connecting line between the cooling plates. In this way, the cooling plates can be cooled over the entire surface, which also a favorable heat dissipation from the connection plates can be achieved. The serpentine passages each have an input and an output, wherein the inputs and the outputs are preferably provided on one side of the battery module, in particular on the same side as the poles. This means that when using multiple battery modules in a battery module system not only the electrical connection between the modules, but also the Kühlflüssigkeits- connections between the modules can be made particularly favorable from one and the same side. Also, such an arrangement makes the design of the module housing simpler, in which the battery module is installed.
Die Kühlplatten selbst sind vorzugsweise jeweils durch mindestens eine Kanäle aufweisende Grundplatte und eine Abdeckplatte gebildet, wobei die Abdeckplatte mit der Grundplatte verschweißt, verlötet oder verklebt ist. Die Platte mit den Kanälen kann dann als einfaches Pressteil erzeugt werden, während die Abdeckplatte durch ein zumindest im Wesentlichen nicht verformtes Blechteil gebildet ist. Dies stellt eine preisgünstige Möglichkeit dar, eine solche Kühlplatte herzustellen. Alternativ kann die Kühlplatte auch als ein schlangenförmig/mäandernd gewundenes Rohr funktional ersetzt werden.The cooling plates themselves are preferably each formed by at least one channel having base plate and a cover plate, wherein the cover plate is welded to the base plate, soldered or glued. The plate with the channels can then be produced as a simple pressing part, while the cover plate is formed by an at least substantially non-deformed sheet metal part. This is an inexpensive way to produce such a cooling plate. Alternatively, the cooling plate can also be functionally replaced as a serpentine / meandering tube.
Insbesondere soll mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ein jeweiliges isolierendes, vorzugsweise zweiteiliges Gehäuse zur Anwendung gelangen, aus dessen einem Teil die Pole und die gegebenenfalls vorhandenen Kühlmittelanschlüsse heraus führbar sind.In particular, with the battery module according to the invention, a respective insulating, preferably two-part housing is used, from the one part of the poles and the possibly existing coolant connections are feasible out.
Das Gehäuse kann ein Vorspannmittel, beispielsweise in Form einer Schaumstoffeinlage, auf dessen beiden einander zugewandten Innenseiten aufweisen, die auf der entgegengesetzten Seite des Batteriemoduls angeordneten Zellen an die diesen Zellen benachbart angeordneten wärmeleitenden Verbindungsplatten andrücken. Durch diese Vorspannung wird die Wärmeabfuhr von den außen angeordneten Zellen begünstigt. Die Zellen, die paarweise in den Fächern unterhalb des Kühlmoduls angeordnet sind, können entweder eng an den die jeweiligen Fächer bildenden Verbindungsplatten anliegen oder mittels einer Schaumstoffeinlage oder einer wärmeleitenden Paste oder Verklebung zwischen den Zellen in eine enge wärmeleitende Verbindung mit den Verbindungsplatten gebracht werden.The housing may have a biasing means, for example in the form of a foam insert, on its two facing inner sides, which press cells arranged on the opposite side of the battery module to the heat-conducting connection plates arranged adjacent to these cells. By this bias is the heat dissipation from the outside cells favored. The cells, which are arranged in pairs in the compartments below the cooling module, either tight against the respective compartments forming connecting plates or be brought by means of a foam insert or a thermally conductive paste or bonding between the cells in a close heat-conducting connection with the connecting plates.
Besonders günstig ist es, wenn das Gehäuse ferner eine Anschlussstelle für ein Batteriemanagementsystem aufweist, die vorzugsweise an der gleichen Seite des Gehäuses vorgesehen ist wie die Pole und die Kühlmittelanschlüsse. Beim Einbau des Batteriemoduls in ein Fahrzeug können dann sowohl die elektrischen Anschlüsse zu den Polen als auch die Kühlmittelanschlüsse zu dem Kühlmodul und auch der Anschluss des Batteriemanagementsystems von einer Seite der Batterie aus erfolgen, wobei im Falle des Batteriemanagementsystems ein einfacher herkömmlicher Schnittstellenstecker oder Busstecker verwendet werden kann.It is particularly advantageous if the housing further has a connection point for a battery management system, which is preferably provided on the same side of the housing as the poles and the coolant connections. When the battery module is installed in a vehicle, both the electrical connections to the poles and the coolant connections to the cooling module and also the connection of the battery management system can be made from one side of the battery, in which case a simple conventional interface connector or bus connector is used in the case of the battery management system can.
Wie oben erwähnt, können die erfindungsgemäßen Batteriemodule zu einem Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen zusammengesetzt werden, wobei dies vorzugsweise so erfolgt, dass mehrere parallele Kühlkreise, insbesondere sieben bis neun parallele Kühlkreise vorgesehen sind, die über ein Verteilerrohr gespeist sowie an ein Sammelrohr angeschlossen sind. Besonders günstig ist es, wenn jeweils zwei bis vier und insbesondere zwei Batteriemodule in Reihe aneinander angeschlossen werden, wobei die Kühlpassagen innerhalb der Batteriemodule vorzugsweise mit einem Strömungsquerschnitt entsprechend dem eines Rohres mit einem lichten Durchmesser von 8 bis 9 mm ausgebildet sind.As mentioned above, the battery modules according to the invention can be assembled into a battery module system consisting of several similar battery modules, preferably in such a way that several parallel cooling circuits, in particular seven to nine parallel cooling circuits are provided, which are fed via a manifold and connected to a manifold , It is particularly advantageous if in each case two to four and in particular two battery modules are connected in series with each other, wherein the cooling passages are preferably formed within the battery modules with a flow cross section corresponding to that of a pipe with a clear diameter of 8 to 9 mm.
Mit einer derartigen Flüssigkeitskühlung können das Verteilerrohr und das Sammelrohr mit einer Hauptleitung kommunizieren, die eine Pumpe und einen Kühler gegebenenfalls mit Lüfter aufweist. Über den Kühler und den vorzugsweise verwendeten Lüfter kann dann Wärme dem Kühlsystem entzogen werden.With such liquid cooling, the manifold and the manifold can communicate with a main conduit which is a pump and optionally having a cooler with fan. Heat can then be withdrawn from the cooling system via the radiator and the preferably used fan.
Die Hauptleitung bzw. ein etwaiger Vorratsbehälter für die Kühlflüssigkeit, von der die Hauptleitung abgeht, können ferner eine Heizeinrichtung aufweisen, die zur Vorwärmung der Kühlflüssigkeit und dementsprechend der einzelnen Zellen herangezogen werden kann, beispielsweise dann, wenn aufgrund der Außentemperatur die Betriebstemperatur der Batterien sonst zu niedrig wäre. Mit anderen Worten kann das vorhandene Kühlsystem ohne weiteres herangezogen werden, um die Batteriemodule vorzuwärmen, d.h. auch als Heizsystem verwendet werden.The main line or any reservoir for the cooling liquid, from which the main line goes off, may further comprise a heater which can be used for preheating the cooling liquid and, accordingly, the individual cells, for example, when due to the outside temperature, the operating temperature of the batteries otherwise would be low. In other words, the existing cooling system can readily be used to preheat the battery modules, i. also be used as a heating system.
Die Hauptleitung kann ferner einen (gegebenenfalls zusätzlichen) Wärmetauscher mit mindestens einem weiteren Kreislauf aufweisen, der eine Heizungsanlage bzw. eine Klimaanlage speist. Hierdurch kann die Wärme, die vom Batteriemodulsystem abgezogen wird, zur Klimatisierung bzw. zum Heizen der Fahrgastzelle des Fahrzeugs verwendet oder über dieses Klimasystem gekühlt werden.The main line may further comprise a (optionally additional) heat exchanger with at least one further circuit which feeds a heating system or an air conditioning system. As a result, the heat that is drawn off from the battery module system can be used for air conditioning or for heating the passenger compartment of the vehicle or be cooled by this air conditioning system.
Das Batteriemodulsystem kann in Kombination mit einem Ventil stehen, das derart ansteuerbar ist, dass die Abluft von dem Kühler wahlweise mindestens teilweise in den Innenraum einer Fahrgastzelle zur Heizung oder nach außen lenkbar ist, falls die Fahrgastzelle ohnehin ausreichend erwärmt ist.The battery module system may be in combination with a valve which is controllable such that the exhaust air from the radiator is selectively at least partially in the interior of a passenger compartment for heating or outwardly steerable, if the passenger compartment is already sufficiently heated.
Die Erfindung wird nachfolgend näher erläutert anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in welcher zeigen:The invention is explained in more detail below by means of exemplary embodiments with reference to the drawing, in which:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlmoduls, Fig. 2A eine perspektivische Darstellung der Vorderseite des1 is a perspective view of a cooling module according to the invention, 2A is a perspective view of the front of the
Kühlmoduls der Fig. 1 mit eingesetzten Lithiumionenzellen sowie einer vorderen Platte, d.h. der Vorderseite eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls ohne Gehäuse,Cooling module of Fig. 1 with inserted lithium ion cells and a front plate, i. the front side of a battery module according to the invention without housing,
Fig. 2B eine Draufsicht auf eine Zelle, die in der Ausführung gemäß Fig. 2A zum Einsatz kommt,FIG. 2B is a plan view of a cell used in the embodiment of FIG. 2A; FIG.
Fig. 2C eine Seitenansicht der Zelle der Fig. 2B entsprechend dem Pfeil HC der Fig. 2B,2C is a side view of the cell of Fig. 2B corresponding to the arrow HC of Fig. 2B,
Fig. 3A eine vordere Ansicht des Batteriemoduls der Fig. 2 mit der genannten vorderen Platten entfernt, nur mit den Anschlüssen der Zellen sichtbar,Fig. 3A is a front view of the battery module of Fig. 2 with said front plates removed, visible only to the terminals of the cells,
Fig. 3B eine Sicht von oben auf die Darstellung gemäß Fig. 3A,3B is a top view of the illustration of FIG. 3A,
Fig. 3C eine perspektivische Darstellung einer Grundplatte des3C is a perspective view of a base plate of
Batteriemoduls der Fig. 2 und 3 mit Darstellung der Spannbolzen,Battery module of Figures 2 and 3 showing the clamping bolt,
Fig. 4 eine Darstellung von einigen möglichen elektrischenFig. 4 is an illustration of some possible electrical
Konfigurationen eines erfindungsgemäßen Traktionsbatteriemoduls einschließlich der 6s2p Konfiguration, die bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul gemäß Fig. 2 und 3 verwendet wird, Fig. 5 eine zweite schematische Darstellung der Verschaltung des Batteriemoduls gemäß Fig. 3A entsprechend der 6s2p Konfiguration der Fig. 4,Configurations of a traction battery module according to the invention including the 6s2p configuration used in the battery module according to the invention according to FIGS. 2 and 3, 5 shows a second schematic representation of the interconnection of the battery module according to FIG. 3A in accordance with the 6s2p configuration of FIG. 4, FIG.
Fig. 6 eine weitere schematische Darstellung, die es erleichtert, den Schaltplan gemäß Fig. 5 in Einklang mit der Darstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls gemäß Fig. 3A zu bringen,6 shows a further schematic representation, which makes it easier to bring the circuit diagram according to FIG. 5 in line with the illustration of the battery module according to the invention according to FIG. 3A, FIG.
Fig. 7A-7E Zeichnungen, die die Konstruktion der Kühlplatte gemäß Fig. 1 genauer angeben, wobei dieFigs. 7A-7E are drawings detailing the construction of the cooling plate of Fig. 1, wherein Figs
Fig. 7A eine perspektivische Darstellung der erfindungsgemäßen linken Kühlplatte des Kühlmoduls gemäß Fig. 1 bei der Einlass- und Auslassrohre noch nicht angebracht sind,7A is a perspective view of the left cooling plate according to the invention of the cooling module of FIG. 1 in the inlet and outlet pipes are not yet mounted,
Fig. 7B eine Schnittzeichnung des gepressten inneren Seitenteils der Kühlplatte der Fig. 7A an der Schnittebene VIIB-VIIB der Fig. 7D,7B is a sectional view of the pressed inner side part of the cooling plate of FIG. 7A on the sectional plane VIIB-VIIB of FIG. 7D;
Fig. 7C eine vergrößerte Darstellung des kreisförmigen Bereichs der Fig. 7B,FIG. 7C is an enlarged view of the circular portion of FIG. 7B; FIG.
Fig. 7D eine Draufsicht auf die gepresste innere Platte der Fig.FIG. 7D is a plan view of the pressed inner plate of FIG.
7A und die7A and the
Fig. 7E eine perspektivische Darstellung der zu einem kleinenFig. 7E is a perspective view of a small
Maßstab des verpressten inneren Seitenteils der Kühlplatte 18 der Fig. 7A, Fig. 8A eine perspektivische Darstellung von vorne und von oben auf die untere Hälfte eines Gehäuses für das Batteriemodul gemäß Fig. 2,Scale of the compressed inner side part of the cooling plate 18 of Fig. 7A, 8A is a perspective view from the front and from the top to the lower half of a housing for the battery module of FIG. 2,
Fig. 8B eine perspektivische Darstellung auf der Unterseite der8B is a perspective view on the underside of
Gehäusehälfte der Fig. 8A,Housing half of Fig. 8A,
Fig. 8C eine perspektivische Darstellung von vorne, von rechts und von oben auf die obere Hälfte des Gehäuses des Batteriemoduls ,8C is a perspective view from the front, from the right and from above on the upper half of the housing of the battery module,
Fig. 8D eine perspektivische Darstellung auf die Innenseite der oberen Gehäusehälfte der Fig. 8C, jedoch zu einem kleineren Maßstab,8D is a perspective view on the inside of the upper half of the housing of FIG. 8C, but to a smaller scale,
Fig. 8E eine perspektivische Darstellung von vorne, von rechts und von oben auf das Gehäuse des fertig gestellten Batteriemoduls,8E is a perspective view from the front, from the right and from the top of the housing of the finished battery module,
Fig. 9 eine perspektivische Darstellung einer alternativen9 is a perspective view of an alternative
Ausführung der Kühlplatten aus Figur 7A durch die Verwendung eines oder mehrerer mäanderförmig gebogener Rohre anstelle einer Blechkonstruktion,Embodiment of the cooling plates of FIG. 7A by the use of one or more meandering curved tubes instead of a sheet metal construction,
Fig. 1OA - IOC drei Zeichnungen zur Erläuterung der möglichen Auslegung der Kühlung bei einem erfindungsgemäßen Batteriemodulsystem mit acht einzelnen Batteriemodulen,1OA - IOC three drawings for explaining the possible design of the cooling in a battery module system according to the invention with eight individual battery modules,
Fig. HA ein erfindungsgemäßes Kühlsystem mit jeweils zweiFig. HA is an inventive cooling system with two
Batteriemodulen in Reihe, Fig. HB ein erfϊndungsgemäßes Kühlsystem ähnlich dem derBattery modules in series, Fig. HB a erfϊndungsgemäßes cooling system similar to that of
Fig. 1 IA, aber mit zwei getrennten Kühlpfaden je Batteriemodul,1 IA, but with two separate cooling paths per battery module,
Fig. 1 IC eine weitere erfindungsgemäße Auslegung eines Kühlsystems mit jeweils vier Batteriemodulen in Reihe,1 IC, a further inventive design of a cooling system with four battery modules in series,
Fig. 1 ID eine Zeichnung entsprechend der Fig. 1 IB, jedoch um vier weitere Module ergänzt,1 ID is a drawing corresponding to FIG. 1 IB, but supplemented by four further modules,
Fig. 12A, 12B zwei Tabellen zur weiteren Erläuterung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems,12A, 12B two tables for further explanation of a cooling system according to the invention,
Fig. 13 eine Darstellung eines erfindungsgemäßen Kühlsystems mit einer Pumpe und einem Kühler mit Lüfter, und13 is an illustration of a cooling system according to the invention with a pump and a radiator with fan, and
Fig. 14 eine Darstellung ähnlich der Fig. 13, jedoch mit einem weiteren Wärmetauscher.Fig. 14 is a view similar to FIG. 13, but with a further heat exchanger.
Fig. 15 eine Draufsicht ähnlich der Fig. 2B, jedoch in einer alternativen Ausführungsform,FIG. 15 is a plan view similar to FIG. 2B but in an alternative embodiment; FIG.
Fig. 16A und 16B eine perspektivische Darstellung sowie eine Schnittzeichnung eines leitenden Abstandselements,16A and 16B is a perspective view and a sectional view of a conductive spacer,
Fig. 16C und 16D eine perspektivische Darstellung sowie eine Schnittzeichnung eines isolierenden Abstandselements und Fig. 17 eine perspektivische Darstellung eines erfindungsgemäßen Trennkamms für die einzelne Zellenanschlüsse der Zellen des Batteriemoduls vor einem abgewandelten erfindungsgemäßen Kühlmodul.16C and 16D is a perspective view and a sectional view of an insulating spacer and 17 is a perspective view of a separating comb according to the invention for the individual cell terminals of the cells of the battery module in front of a modified cooling module according to the invention.
Bezug nehmend zunächst auf die Fig. 1 und 2 wird ein Kühlmodul 10 in perspektivischer Darstellung gezeigt, das in nachfolgend näher zu erläuternden Weise zur Wärmeabfuhr von den einzelnen Zellen 12 eines Batteriemoduls 14 verwendet wird. Das Kühlmodul 10 weist an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Moduls Kühlplatten auf und ist ferner mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten 20 in Blechform versehen, die zwischen sich die Zellen 12 aufnehmenden Fächer 22 bilden. Die Verbindungsplatten 20 verfügen über rechtwinklig abgebogene Seitenteile 24, die vollflächig mit den Kühlplatten 16, 18 verklebt sind oder an diesen angeschweißt oder angelötet sind, um einen hochwertigen Wärmeübergang zwischen den Verbindungsplatten 20 und den Kühlplatten 16, 18 sicherzustellen.Referring first to FIGS. 1 and 2, a cooling module 10 is shown in perspective, which is used in the following manner for heat removal from the individual cells 12 of a battery module 14. The cooling module 10 has cooling plates on first and second opposite sides of the module, and is further provided with heat-conductive connecting plates 20 in sheet form extending between these sides, forming fans 22 accommodating the cells 12 therebetween. The connecting plates 20 have at right angles bent side parts 24 which are glued over the entire surface with the cooling plates 16, 18 or are welded or soldered to these, to ensure a high-quality heat transfer between the connecting plates 20 and the cooling plates 16, 18.
Es ist erfindungsgemäß festgestellt worden, dass eine Verbindungsplatte aus Aluminium oder eine Aluminiumlegierung mit einer Dicke von etwa 1 mm vollkommen ausreicht, um eine ausreichende Wärmeabfuhr und eine ausreichend gleichmäßige Temperatur der einzelnen Zellen zu erreichen.It has been found according to the invention that a connecting plate of aluminum or an aluminum alloy with a thickness of about 1 mm is completely sufficient to achieve sufficient heat dissipation and a sufficiently uniform temperature of the individual cells.
Jede Kühlplatte 16 bzw. 18 verfügt über einen jeweiligen rohrförmigen Eingang 26 und einen rohrförmigen Ausgang 28 für eine Kühlflüssigkeit, die beispielsweise, wie in Fig. 9 gezeigt, durch eine schlangenförmige Kühlpassage in jeder Kühlplatte 16, 18 von dessen Eingang 26 zu dessen Ausgang 28 strömen kann. Dabei können die rohrförmigen Eingänge und Ausgänge 26, 28 beispielsweise an geeigneten Stellen an die Kühlplatten 16, 18 angeschweißt, angelötet bzw. angeklebt sein und mit der jeweiligen Schlangenpassage kommunizieren. Die rohrförmigen Eingänge und Aus- gänge 26, 28 sind mit einer Schlauchtülle 30 bzw. 32 versehen, damit flexible Schläuche flüssigkeitsdicht an die Schlauchtüllen angeschlossen werden können.Each cooling plate 16 or 18 has a respective tubular inlet 26 and a tubular outlet 28 for a cooling liquid, for example, as shown in Fig. 9, through a serpentine cooling passage in each cooling plate 16, 18 from its inlet 26 to its outlet 28th can flow. In this case, the tubular inputs and outputs 26, 28, for example, at suitable locations welded to the cooling plates 16, 18, soldered or glued and communicate with the respective snake passage. The tubular inlets and outlets Gears 26, 28 are provided with a hose nozzle 30 and 32, respectively, so that flexible hoses can be connected liquid-tight to the hose nozzles.
Eine in Fig. 1 nicht gezeigte, in Fig. 9 aber doch dargestellte Verbindungsleitung 34 kann den Ausgang der linken Kühlplatte 18 (Ausgang in Fig. 1 nicht ersichtlich) mit dem Eingang 26 der rechten Kühlplatte 16 verbinden. Wie insbesondere aus Fig. 2A hervorgeht, werden die einzelnen Zellen 12 vorzugsweise paarweise in den Fächern des Kühlmoduls eingesetzt, wobei zusätzlich eine Zelle 12' auf der Oberseite der oberen Verbindungsplatte 20' in Fig. 1 und eine weitere Zelle (nicht sichtbar) unterhalb der untersten Verbindungsplatte 20" in Fig. 1 angeordnet wird. Da in diesem Beispiel fünf Fächer 22 mittels sechs einzelnen Verbindungsplatten 20 gebildet sind, die jeweils zwei Zellen aufnehmen und zwei weitere Zellen auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten 20', 20" angeordnet werden, umfasst das Batteriemodul 14 gemäß Fig. 2A zwölf einzelne Zellen 12. Selbstverständlich könnte diese Anzahl der einzelnen Zellen durch die Verwendung von weiteren Verbindungsplatten 20 und die entsprechende Ausbildung von weiteren Zellen 12 aufnehmenden Fächern 22 erhöht werden, beispielsweise auf vierzehn oder mehr. Dennoch scheint die Verwendung von zwölf Zellen 12 bei jedem Batteriemodul 14 eine besonders günstige Auslegung zu sein. Vor den Batteriezellen in Fig. 2A befindet sich eine Platine 302 des Batterie-Managementsystems, das das Laden und Entladen der Batteriezellen in an sich bekannter Weise steuert. Die Platine 302 wird an das Modul mit Schrauben 304 befestigt, die in die Abstandselemente 44 bzw. 46 eingreifen.A connecting line 34, not shown in FIG. 1 but shown in FIG. 9, can connect the output of the left-hand cooling plate 18 (output not visible in FIG. 1) to the input 26 of the right-hand cooling plate 16. As can be seen in particular from FIG. 2A, the individual cells 12 are preferably used in pairs in the compartments of the cooling module, wherein additionally a cell 12 'on top of the upper connection plate 20' in Fig. 1 and another cell (not visible) below the In this example, since five compartments 22 are formed by means of six individual connection plates 20 each accommodating two cells and two further cells are arranged on the outer side of the outer connection plates 20 ', 20 ", Of course, this number of individual cells could be increased by the use of further connection plates 20 and the corresponding configuration of further cells 12 receiving compartments 22, for example fourteen or more. Nevertheless, the use of twelve cells 12 in each battery module 14 seems to be a particularly favorable design. In front of the battery cells in Fig. 2A is a board 302 of the battery management system, which controls the charging and discharging of the battery cells in a conventional manner. The board 302 is attached to the module with screws 304 which engage the spacers 44 and 46, respectively.
Auch kann die Auslegung des Kühlmoduls so gewählt werden, dass nur eine Zelle 12 in jedes Fach aufgenommen wird. Zur Steigerung der Wärmeübertragung von den Zellen an die Verbindungsplatten (und gegebenenfalls umgekehrt) kann zwischen den Zellen und den Verbindungsplat- ten eine wärmeleitende Paste (Leitpaste), ein definierter Anpressdruck o- der Kleber vorgesehen werden.Also, the design of the cooling module can be chosen so that only one cell 12 is included in each compartment. To increase the transfer of heat from the cells to the connecting plates (and vice versa), between the cells and the connecting plate th a thermally conductive paste (conductive paste), a defined contact pressure o- the adhesive can be provided.
Jede Zelle 12 weist in diesem Beispiel einen positiven und einen negativen Anschluss 36 bzw. 38 auf, wobei die positiven und negativen Anschlüsse 36 bzw. 38 insbesondere in Form von schwarzen waagrechten Linien aus den Fig. 2 und 3 ersichtlich sind. Sie sind in zwei Reihen, eine linke Reihe 40 und eine rechte Reihe 42 angeordnet, wobei in diesem Beispiel beide Reihen an der gleichen (vorderen) Seite des Batteriemoduls 14 angeordnet sind. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich, die eine Reihe könnte beispielsweise an der Vorderseite des Batteriemoduls und die andere Reihe an der Rückseite des Batteriemoduls angeordnet werden. Wie insbesondere aus der Fig. 3A hervorgeht, sind die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse 36, 38 einer jeweiligen Reihe 40, 42 einander zugewandt angeordnet. Aus Fig. 3A geht hervor, dass die Anschlüsse 36, 38 jeder Reihe 40, 42 durch gezielt angeordnete leitende Abstandselemente 44 und isolierende Abstandselemente 46 in Abstand zueinander gehalten sind. Wie insbesondere auch aus den Fig. 5 und 6 ersichtlich und etwas später näher erläutert wird, sind innerhalb des Batteriemoduls 14 die Zellen 12 durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse 36, 38 in der einen oder anderen Reihe 40, 42 paarweise elektrisch parallel zueinander geschaltet und die sechs so gebildeten Zellenpaare sind e- lektrisch in Reihe geschaltet. Dabei ist die Anschlussanordnung der Fig. 3A relativ leicht in Fig. 5 zu erkennen, und man kann dann die genaue Verschattung der Zellen aus Fig. 6 besser sehen, die relativ leicht in Einklang mit Fig. 5 gebracht werden kann.Each cell 12 has in this example positive and negative terminals 36 and 38, respectively, with the positive and negative terminals 36 and 38, respectively, being in the form of black horizontal lines of FIGS. 2 and 3, respectively. They are arranged in two rows, a left row 40 and a right row 42, in which example both rows are arranged on the same (front) side of the battery module 14. However, this is not absolutely necessary, one row could for example be arranged on the front side of the battery module and the other row on the rear side of the battery module. As can be seen in particular from FIG. 3A, the broad sides of adjacent planar connections 36, 38 of a respective row 40, 42 are arranged facing each other. From Fig. 3A shows that the terminals 36, 38 of each row 40, 42 are held by selectively arranged conductive spacers 44 and insulating spacers 46 at a distance from each other. As can also be seen in particular from FIGS. 5 and 6 and explained in more detail later, within the battery module 14, the cells 12 are electrically parallel to one another in pairs by targeted arrangement of their positive and negative terminals 36, 38 in one or the other row 40, 42 switched and the six pairs of cells thus formed are electrically connected in series. In this case, the connection arrangement of Fig. 3A can be seen relatively easily in Fig. 5, and one can then better see the exact shading of the cells of Fig. 6, which can be relatively easily brought into line with Fig. 5.
Die in Fig. 3A, 5 und 6 gezeigte Anordnung der Zellen entspricht der 6s2p Variante der Fig. 4. Die anderen Varianten der Fig. 4, d.h. die 12slp, 4s3p und 3s4p Varianten, können durch entsprechende Anordnung der Anschlüsse 36 und 38 in den zwei Reihen 40 und 42 mit entsprechender Po- sitionierung von leitenden und isolierenden Abstandselementen 44, 46 realisiert werden, und zwar unter Anwendung der gleichen Teile wie in der Ausführung gemäß Fig. 3A. Durch den flexiblen modularen Aufbau entstehen viele Freiheitsgrade.The arrangement of the cells shown in FIGS. 3A, 5 and 6 corresponds to the 6s2p variant of FIG. 4. The other variants of FIG. 4, ie the 12slp, 4s3p and 3s4p variants, can be arranged by appropriate arrangement of the terminals 36 and 38 in FIGS two rows 40 and 42 with corresponding posi- Positioning of conductive and insulating spacers 44, 46 can be realized, using the same parts as in the embodiment of FIG. 3A. The flexible modular design creates many degrees of freedom.
Die Anschlüsse 36, 28 jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente werden durch eine Spanneinrichtung 48 aneinander ge- presst.The terminals 36, 28 of each row and the spacer elements arranged therebetween are pressed against one another by a clamping device 48.
Die Spanneinrichtung 48 für jede Reihe ist durch mindestens einen Spannbolzen 50 gebildet, vorzugsweise durch zwei oder drei solche Spannbolzen 50 (wie in Fig. 3A gezeigt) . Die wärmeleitende Platte 52 (oder Grundplatte) ist hier an ihren beiden Enden 54, 56 an die jeweilige rechte und linke Kühlplatte 16, 18 wärmeleitend angeschraubt.The tensioning device 48 for each row is formed by at least one tensioning bolt 50, preferably by two or three such tensioning bolts 50 (as shown in Fig. 3A). The heat-conducting plate 52 (or base plate) is screwed at its two ends 54, 56 to the respective right and left cooling plate 16, 18 thermally conductive.
Jeder Spannbolzen 50 ist in diesem Beispiel durch eine Nietverbindung 57 in Form einer Bördelung mit der wärmeleitenden Grundplatte 52 verbunden. Stattdessen könnte aber auch eine Klebeverbindung, eine Lötverbindung oder eine Schweißverbindung verwendet werden. Die Verwendung von mehreren Spannbolzen bzw. Verschraubungen pro Pol ermöglicht es, den Anpressdruck zu erhöhen und sorgt zudem für eine besserte Verteilung der Kraft und der Redundanz. Die Polabgänge 66, 70 sind unabhängig von den Durchgangsbohrungen für die Spannbolzen 50 ausgeführt. Sie können somit flexibel nach Bedarf herausgeführt werden.Each clamping bolt 50 is connected in this example by a rivet 57 in the form of a flange with the heat-conducting base plate 52. Instead, however, an adhesive bond, a solder joint or a welded joint could also be used. The use of several clamping bolts or fittings per pole makes it possible to increase the contact pressure and also ensures an improved distribution of power and redundancy. The Polabgänge 66, 70 are performed independently of the through holes for the clamping bolt 50. They can thus be brought out flexibly as needed.
Besonders günstig ist es, wenn die Spannbolzen 50 zur Erzeugung einer wärmeleitenden Verbindung aus Aluminium ausgeführt sind. Der Aufbau kann so gewählt werden, dass die Spannbolzen jeweils durch ein Aluminiumrohr mit einer sehr dünnen elektrisch isolierenden, mechanisch sehr stabilen und thermisch möglichst gut leitfähigen Beschichtung ausgeführt werden (anstatt eine getrennte isolierende Hülse vorzusehen, die der Wärmezufuhr abträglich ist). Die Verwendung von durchgehenden Spannbolzen 50 minimiert den Montageaufwand. Femer besteht die Möglichkeit zur thermischen Anbindung der als Rohre ausgeführten Spannbolzen 50 diese mit durchströmender Kühlflüssigkeit zur Ableiterkühlung vorzusehen.It is particularly advantageous if the clamping bolts 50 are designed to produce a heat-conducting connection made of aluminum. The structure can be chosen so that the clamping bolts are each performed by an aluminum tube with a very thin electrically insulating, mechanically very stable and thermally conductive conductive coating (instead of providing a separate insulating sleeve, the Heat supply is detrimental). The use of continuous clamping bolts 50 minimizes the assembly effort. Furthermore, there is the possibility for thermal connection of the clamping bolts 50 designed as tubes to provide them with coolant flowing through them for the purpose of conducting the discharge cooling.
Die Isolation der Pole gegen die Verschraubung und Grundplatte kann beispielsweise über Pertinax, Keramik oder Nomex-Papier erfolgen.The isolation of the poles against the screw and base plate can be done for example via Pertinax, ceramic or Nomex paper.
Die isolierenden Abstandselemente können ferner aus Pertinax oder Keramik bestehen.The insulating spacers may further consist of Pertinax or ceramic.
Die bevorzugte Ausbildung der Abstandselemente, seien es leitende Elemente oder isolierende Elemente, wird später anhand der Fig. 16A bis 16D näher erläutert.The preferred embodiment of the spacer elements, whether conductive elements or insulating elements, will be explained in more detail later with reference to FIGS. 16A to 16D.
Die elektrische Isolierung der durch Rohre gebildeten Spannbolzen kann auch durch Faserwerkstoffe oder Oberflächenbehandlung erfolgen.The electrical insulation of the clamping bolts formed by tubes can also be done by fiber materials or surface treatment.
Um elektrische Kurzschlüsse zu vermeiden, sind die Spannbolzen 50 jeweils von einer isolierenden Hülse 58 umgeben. An ihren in Fig. 3 oberen Enden 60 sind die Spannbolzen jeweils mit einem Gewinde versehen, auf das eine jeweilige Mutter 62 aufgeschraubt wird, wobei jede Mutter 62 ü- ber eine Scheibe 63 angeordnet ist und angezogen werden kann, um die einzelnen Batterieanschlüsse 36, 38 an den dazwischen liegenden Abstandselementen 44, 46 zu verspannen und hierdurch dafür zu sorgen, dass Übergangswiderstände zwischen den einzelnen Zellenanschlüssen 36, 38 und den dazwischen liegenden leitenden Anschlusselementen 44 ausgeschlossen bzw. minimiert werden. Die Scheiben 63 können durch einzelne Scheiben gebildet sein oder die Form einer länglichen Platte mit zwei Löchern zur Aufnahme der Spannbolzen 50 aufweisen. Wie insbe- sondere aus der Fig. 2B ersichtlich, haben die Zellen 12 zumindest im Wesentlichen die Form, eines flachen Quaders, wobei die positiven und negativen flächigen Anschlüsse 36, 38 jeder Zelle 12 in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle parallel angeordnet ist bzw. sind.In order to avoid electrical short circuits, the clamping bolts 50 are each surrounded by an insulating sleeve 58. At their in Fig. 3 upper ends 60, the clamping bolts are each provided with a thread on which a respective nut 62 is screwed, each nut 62 Ü is arranged over a disc 63 and can be tightened to the individual battery terminals 36, 38 at the intermediate spacer elements 44, 46 to tension and thereby ensure that contact resistance between the individual cell terminals 36, 38 and the intermediate conductive connection elements 44 are excluded or minimized. The disks 63 may be formed by individual disks or in the form of an elongated plate with two holes for receiving the clamping bolts 50. As In particular, as shown in FIG. 2B, the cells 12 are at least substantially in the shape of a flat cuboid, with the positive and negative tabs 36, 38 of each cell 12 disposed in a plane or planes corresponding to the broad sides of the cells cuboid cell is arranged in parallel or are.
Um die Einführung der Zellen in das Batteriemodul entsprechend der Fig. 2A zu ermöglichen, haben die Anschlüsse 36, 38 je zwei U-förmige Ausnehmungen 37, 39 - wie aus der Fig. 2B ersichtlich - die es ermöglichen, die Zellen 12 von hinten in das Kühlmodul 10 einzusetzen und nach vorne zu schieben, damit sie in den Klemmbereich der Spannbolzen gelangen. Ebenfalls wäre es möglich, die Zellen 12 vorher in das Kühlmodul 10 einzusetzen, von vorne oder von hinten, und die Spannbolzen 50 und Abstandselemente 44, 46 von vorne zwischen den Anschlüssen 36, 38 einzuführen, damit die Spannbolzen 50 in die U-förmigen Ausnehmungen gelangen.In order to allow the introduction of the cells into the battery module according to FIG. 2A, the terminals 36, 38 each have two U-shaped recesses 37, 39 - as can be seen from FIG. 2B - which make it possible to move the cells 12 from behind Insert the cooling module 10 and push it forward so that they reach the clamping area of the clamping bolts. It would also be possible to insert the cells 12 beforehand into the cooling module 10, from the front or from the back, and to insert the clamping bolts 50 and spacers 44, 46 from the front between the terminals 36, 38, so that the clamping bolts 50 into the U-shaped recesses reach.
Das Bezugszeichen 66 deutet auf den positiven Pol des Batteriemoduls 14 und ist an einem ersten Ende 68 der linken Reihe 40 der Anschlüsse angeschlossen, während der andere, der negative Pol 70 an das dem genannten ersten Ende 68 entgegengesetzten zweiten Ende 72 der linken Reihe angeschlossen ist. Der zweite Pol 70 ist über eine leitende Platte 74 und eine Verlängerung nach oben 76 zu dem genannten ersten Ende 68 der linken Reihe benachbarten ersten Ende 78 der rechten Reihe geführt, damit elektrische Verbindungen zu den beiden Polen 60 und 70 an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls 14 vornehmbar sind. In diesem Beispiel sind sowohl der positive Pol 66 wie auch der negative Pol 70 bzw. die entsprechende Verlängerung 76 mit einem jeweiligen Innengewinde 80 bzw. 82 versehen. Dies ermöglicht es, elektrische Anschlussleitungen (nicht gezeigt) an das jeweilige Batteriemodul 14 anzuschließen bzw. das jeweilige Batteriemodul 14 mit weiteren gleichartigen Modulen zur Bildung eines Batteriemodulsystems anzuschließen. Ferner sind die Innengewinde 80 und 82 innerhalb nach oben vorstehender zylindrischer Bünde vorgesehen (nicht gezeigt), die beim Einbau des Batteriemoduls in ein (isolierendes) Gehäuse einerseits den erforderlichen elektrischen Kontakt sicherstellen und andererseits aber eine Abdichtung gegen Wassereintritt ermöglichen, beispielsweise mittels eines an den zylindrischen Bund platzierten O-Rings, der gegen das Gehäuse den zylindrischen Bund und die Unterseite eines elektrischen Anschlusses abdichtet.The reference numeral 66 indicates the positive pole of the battery module 14 and is connected to a first end 68 of the left row 40 of the terminals, while the other, the negative pole 70 is connected to the second end 72 of the left row opposite the said first end 68 , The second pole 70 is routed via a conductive plate 74 and an upward extension 76 to the first row first row end 78 adjacent the first row 78 for making electrical connections to the two poles 60 and 70 at a common side of the battery module 14 are vornehmbar. In this example, both the positive pole 66 and the negative pole 70 and the corresponding extension 76 are provided with a respective internal thread 80 or 82. This makes it possible to connect electrical connection lines (not shown) to the respective battery module 14 or the respective battery module 14 with further similar modules for forming of a battery module system. Further, the internal threads 80 and 82 are provided within upwardly projecting cylindrical collars (not shown) which ensure the required electrical contact when installing the battery module in an (insulating) housing on the one hand and on the other hand allow a seal against ingress of water, for example by means of one of the cylindrical collar placed O-ring, which seals against the housing, the cylindrical collar and the bottom of an electrical connection.
Ein Abstandselement 46 der rechten Reihe ist zur Halterung der Verlängerung 76 seitlich der rechten Reihe 42 verlängert, d.h. mit einer entsprechenden Verlängerung 84 versehen.A spacer 46 of the right bank is extended to support the extension 76 laterally of the right bank 42, i. provided with a corresponding extension 84.
An dieser Stelle soll kurz erwähnt werden, dass die Enden der Verbindungsplatte 74 ebenfalls von den Spannbolzen 50 der linken und rechten Reihe 40, 42 durchsetzt sind. Es wird aber zwischen der leitenden Verbindungsplatte 74 und dem unteren positiven Zellenanschluss 36 der rechten Reihe eine isolierende Platte gesetzt, da sonst ein Kurzschluss zwischen den rechten und linken Anschlüssen der untersten Zelle 12' erfolgen wird, was natürlich nicht sein darf. Die oberen Enden 68 und 78 der linken und rechten Reihe 40, 42 sind ebenfalls mit einer isolierenden Platte 79 miteinander verbunden, durch die sich die Spannbolzen 50 erstrecken.At this point, it should be briefly mentioned that the ends of the connecting plate 74 are also penetrated by the clamping bolt 50 of the left and right rows 40, 42. However, an insulating plate is placed between the conductive connecting plate 74 and the lower positive cell terminal 36 of the right row, otherwise there will be a short circuit between the right and left terminals of the lowermost cell 12 ', which of course is not allowed. The upper ends 68 and 78 of the left and right rows 40, 42 are also connected together with an insulating plate 79 through which the clamping bolts 50 extend.
Wie oben kurz angedeutet, werden die seitlich eingeordneten Kühlplatten 16, 18 des Kühlmoduls 10 im Betrieb von einer Kühlflüssigkeit durchströmt, die vorzugsweise schlangenartig durch entsprechende Passagen der Platten 16, 18 und gegebenenfalls durch eine Verbindungsleitung 36 zwischen den Kühlplatten 16, 18 hindurchgepumpt werden kann. Die konkrete Ausbildung der Kühlplatten geht im Detail aus den Fig. 7 A bis 7E hervor. Wie die Fig. 7A zeigt, wird der rohrförmige Eingang der Kühlpassage, der in diesem Beispiel linken Platte von oben nach unten geführt und ist dort an einen seitlichen Lappen 86 der Kühlplatte 16 angebracht, was beispielsweise durch eine Lötverbindung, eine Schweißverbindung oder eine geklebte Verbindung erfolgen kann. Die schlangenför- mige Kühlpassage führt dann im Beispiel der Fig. 7A mit einem ersten senkrechten Abschnitt 88 nach oben, dann mit einem zweiten waagerechten Abschnitt 90 nach rechts, dann über einen weiteren kurzen senkrechten Abschnitt 92 nach unten, über den vierten waagerechten Abschnitt 94 nach links, über einen fünften senkrechten Abschnitt 96 auf der linken Seite der Kühlplatte nach unten, über einen sechsten waagerechten Abschnitt 98 nach rechts, über einen siebten senkrechten Abschnitt 100 auf der rechten Seite der Kühlplatte nach unten, und über einen achten waagerechten Abschnitt 102 der Kühlpassage nach links zu einem weiteren senkrechten Abschnitt 104, der anschließend über einen weiteren waagrechten Abschnitt 106 nach rechts zu einem weiteren Lappen 108 führt, an dem der rohrförmige Ausgang 28 angeschlossen ist (hier ebenfalls mittels einer Lötverbindung, einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung) .As briefly indicated above, the laterally arranged cooling plates 16, 18 of the cooling module 10 are flowed through during operation of a cooling liquid, which can preferably be serpentine through corresponding passages of the plates 16, 18 and optionally through a connecting line 36 between the cooling plates 16, 18 can be pumped. The concrete design of the cooling plates is shown in detail from Figs. 7 A to 7E. As shown in FIG. 7A, the tubular inlet of the cooling passage, the left-hand plate in this example, is guided from top to bottom, where it is attached to a side tab 86 of the cooling plate 16, such as by a solder joint, a welded joint or a bonded joint can be done. The serpentine cooling passage then leads in the example of FIG. 7A with a first vertical section 88 upwards, then with a second horizontal section 90 to the right, then over another short vertical section 92 downward, over the fourth horizontal section 94 to the left, via a fifth vertical section 96 on the left side of the cooling plate, over a sixth horizontal section 98 to the right, over a seventh vertical section 100 on the right side of the cooling plate downwards, and over an eighth horizontal section 102 of the cooling passage to the left to another vertical portion 104, which then leads via a further horizontal portion 106 to the right to another tab 108 to which the tubular output 28 is connected (here also by means of a solder joint, a welded joint or an adhesive bond).
Die Passagen 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 und 106 selbst werden, wie aus der Fig. 7B ersichtlich ist, durch eine entsprechende Ver- pressung eines Blechteils bzw. einer Grundplatte 85 erzeugt, die zu Rippen 99 zwischen den Kühlpassagen 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 sowie oben und unten am Blechteil führt, an denen ein e- benes Abschlussblech 110 angeschlossen werden kann, auch hier mittels einer Lötverbindung, einer Schweißverbindung oder einer Klebeverbindung. Das Ergebnis vor Anbringung der Anschlussrohre 26, 28 ist in perspektivischer Darstellung (zu einem kleineren Maßstab) der Fig. 7E zu entnehmen. Die linken und rechten Kühlplatten 6, 18 sind identisch auf- gebaut, so dass nur drei verschiedene Teile erforderlich sind, um beide Kühlplatten zu bilden. Es handelt sich um das verrippte Blechteil der Fig. 7B, das Abschlussblech 110 sowie das gedrehte Rohrteil, die die Eingangs- und Ausgangsrohre 26, 28 bilden. Alle Teile bestehen aus Aluminium oder einer Aluminiumlegierung.The passages 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104 and 106 themselves are, as shown in FIG. 7B, produced by a corresponding pressing of a sheet metal part or a base plate 85, which leads to ribs 99 between the cooling passages 86, 88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108 as well as above and below on the sheet metal part, to which an ebene end plate 110 can be connected, also here by means of a solder joint, a welded joint or an adhesive bond. The result before attachment of the connecting tubes 26, 28 can be seen in a perspective view (to a smaller scale) of FIG. 7E. The left and right cooling plates 6, 18 are identical. built so that only three different parts are required to form both cooling plates. It is the ribbed sheet metal part of Fig. 7B, the end plate 110 and the rotated tube part, which form the input and output tubes 26, 28. All parts are made of aluminum or an aluminum alloy.
Durch die Verwendung eines rohrförmigen Eingangs 26 und eines rohr- förmigen Ausgangs 28 kann auf diese Weise der eigentliche Eingang und der eigentliche Ausgang auf der gleichen Seite des Batteriemoduls vorgesehen werden, und zwar vorzugsweise auf der gleichen Seite wie die Polanschlüsse 80 und 82, d.h. die obere Seite des Batteriemoduls 14, wie man dem konkreten Beispiel gemäß Fig. 2 A und 3 A entnehmen kann. Es wäre allerdings schon möglich, die Eingangs- und Ausgangsverbindungen zu den schlangenartigen Kühlplatten andersartig zu realisieren, beispielsweise dadurch, dass man die Anschlussrohre 26, 28 beide an der oberen Seite der Kühlplatte gemäß Fig. 7A herausführt (anstelle an der unteren Seite wie in Fig.7A gezeigt) oder das Eingangsrohr 26 oder das Ausgangsrohr 28 oben und das jeweils andere Ausgang 28 bzw. Eingang 26 unten anordnet. Es soll wohl auch zum Ausdruck gebracht werden, dass es nicht absolut zwingend erforderlich ist, die linken und rechten Platten 16, 18 des Kühlmoduls 10 als direkt gekühlte Platten auszubilden, in dem Sinne, dass dort Flüssigkeitspassagen für eine Kühlflüssigkeit vorliegen, sondern es wäre denkbar, auch eine rückseitige Platte des Kühlmoduls vorzusehen und diese mit Kühlpassagen entsprechend auszubilden, während die linke und rechte Platte 18, 16 des Kühlmoduls 10 durch einfache Blechplatten ausgebildet werden. Die bevorzugte Anordnung ist jedoch die Ausführung gemäß Fig. 1 bzw. 7A bis 7E und 9.By using a tubular inlet 26 and a tubular outlet 28, the actual entrance and the actual exit can thus be provided on the same side of the battery module, preferably on the same side as the pole terminals 80 and 82, i. the upper side of the battery module 14, as can be seen in the concrete example of FIG. 2 A and 3 A. However, it would already be possible to realize the input and output connections to the serpentine cooling plates differently, for example by bringing out the connecting pipes 26, 28 both at the upper side of the cooling plate according to FIG. 7A (instead of at the lower side as in FIG .7A) or the input tube 26 or the output tube 28 at the top and the other output 28 or input 26 at the bottom. It should also be expressed that it is not absolutely necessary to form the left and right plates 16, 18 of the cooling module 10 as directly cooled plates, in the sense that there are liquid passages for a cooling liquid, but it is conceivable also provide a back plate of the cooling module and form it with cooling passages accordingly, while the left and right plate 18, 16 of the cooling module 10 are formed by simple metal plates. However, the preferred arrangement is the embodiment according to FIG. 1 or 7A to 7E and 9.
Die Geometrie der Kühlpassagen gemäß Fig. 7A kann so geändert werden, dass die Kanäle parallel durchflössen werden. So entsteht weniger Druckverlust und es können mehrere Kühlplatten bzw. Kühlmodule in Reihe verschaltet werden. Dies bedeutet, dass die rohrförmigen Anschluss- und Abflussrohre 26, 28 jeweils an mehreren parallel zueinander verlaufenden Kühlpassagen der Kühlplatten angeschlossen werden müssen, anstelle der schlangenförmigen Anordnung gemäß Fig. 7A bis 7E.The geometry of the cooling passages according to Fig. 7A can be changed so that the channels are flowed through in parallel. This results in less pressure loss and it can be several cooling plates or cooling modules in series be interconnected. This means that the tubular connection and drainage pipes 26, 28 each have to be connected to a plurality of cooling passages of the cooling plates running parallel to one another, instead of the serpentine arrangement according to FIGS. 7A to 7E.
Das Kühlmodul 10 gemäß Fig. 1 mit den eingesetzten Zellen 12 gemäß Fig. 2 und 3 wird in einem zweiteiligen isolierenden Gehäuse 111 aufgenommen, von denen Details den Fig. 8A bis 8E zu entnehmen sind. Die Fig. 8A zeigt, dass die untere Hälfte 112 des Gehäuses 111 zumindest im Wesentlichen quaderförmig ist, dessen Unterseite 1 14 gemäß Fig. 8B zur Versteifung mit Rippen 116 versehen ist. Auf der Innenseite der unteren Hälfte 2 des Gehäuses befindet sich eine Schaumstoffeinlage 108, die die unterste Zelle 12 gegen die unterste Verbindungsplatte 204 des Kühlmoduls 10 vorspannt bzw. andrückt, um den Abtransport von Wärme aus dieser Zelle zu begünstigen. Man sieht ferner in der Fig. 8A, dass jeweils zwei Gewindeeinsätze 120 auf der ersten und zweiten Längsseite 122, 124 der unteren Hälfte 122 des Gehäuses vorgesehen sind und dass weitere Gewindeeinsätze 126 in entsprechendem Abstand von der inneren Seite des Bodenteils der unteren Gehäusehälfte vorgesehen sind. Diese dienen der Anschraubung und Befestigung des Kühlmoduls 10 bzw. des Batteriemoduls innerhalb des Gehäuses.The cooling module 10 according to FIG. 1 with the inserted cells 12 according to FIGS. 2 and 3 is accommodated in a two-part insulating housing 111, details of which are shown in FIGS. 8A to 8E. 8A shows that the lower half 112 of the housing 111 is at least substantially parallelepiped-shaped, whose underside 1 14 according to FIG. 8B is provided with ribs 116 for stiffening. On the inside of the lower half 2 of the housing is a foam insert 108, which biases the lowermost cell 12 against the lowermost connecting plate 204 of the cooling module 10 in order to promote the removal of heat from this cell. It can also be seen in Fig. 8A, that in each case two threaded inserts 120 are provided on the first and second longitudinal side 122, 124 of the lower half 122 of the housing and that further threaded inserts 126 are provided at a corresponding distance from the inner side of the bottom part of the lower housing half , These are used for screwing and fastening of the cooling module 10 and the battery module within the housing.
Die obere Hälfte 128 des Gehäuses ist ähnlich ausgebildet, nur wird hier die Verrippung 130, die zur Versteifung der oberen Seite der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 vorgesehen ist, auf der Innenseite der oberen Hälfte des Gehäuses vorgesehen. Diese Verrippung 120 liegt im zusammengebauten Zustand des Gehäuses 111 mit eingebautem Batteriemodul 14 an der oberen Breitseite der oberen Zelle 12' gegebenenfalls über eine Schaumstoffzwischenlage und drückt die obere Zelle 12' gegen die obere Verbindungsplatte 20', um auch dort eine gute Wärmeabfuhr zu gewährleisten. Fig. 8C entnimmt man auf der vorderen Längsseite 132 der oberen Hälfte des Gehäuses zwei Bohrungen 134, die es ermöglichen, Schrauben einzusetzen, die in den entsprechenden Gewindeeinsätzen 120 der ersten Längsseite 122 der unteren Hälfte 112 des Gehäuses 111 eingreifen. Zwei weitere Bohrungen sind an der hinteren Längsseite 136 der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 gemäß Fig. 8C vorgesehen, sind jedoch dort nicht ersichtlich, dagegen in der Darstellung der Fig. 8D schon.The upper half 128 of the housing is similarly formed, except that here the ribbing 130, which is provided for stiffening the upper side of the upper half 128 of the housing 111, provided on the inside of the upper half of the housing. This ribbing 120 is in the assembled state of the housing 111 with built-in battery module 14 on the upper broad side of the upper cell 12 'optionally via a foam liner and presses the upper cell 12' against the upper connecting plate 20 'in order to ensure good heat dissipation there. FIG. 8C shows two holes 134 on the front longitudinal side 132 of the upper half of the housing which make it possible to insert screws which engage in the corresponding threaded inserts 120 of the first longitudinal side 122 of the lower half 112 of the housing 111. Two further bores are provided on the rear longitudinal side 136 of the upper half 128 of the housing 111 according to FIG. 8C, but are not apparent there, on the other hand in the illustration of FIG. 8D already.
Wie dem fertig gestellten Gehäuse mit eingebautem Batteriemodul gemäß Fig. 8E zu entnehmen ist, sind die zwei Pole 66 und 70 bzw. den dort vorhandenen Innengewinden 80, 82 durch die Bohrungen 138 zugänglich, so dass dort der elektrische Anschluss vorgenommen werden kann. Der e- lektrische Anschluss erfolgt daher von der oberen Seite des Batteriegehäuses, jedoch unterhalb der oberen Seite. Die elektrischen Verbindungskabel können auch unterhalb der oberen Seite des Gehäuses geführt werden, beispielsweise innerhalb der Stufen, die sich um die obere Seite herum erstrecken, so dass die elektrischen Leitungen weder die Bauhöhe des Moduls noch die Einbauhöhe im Fahrzeug vergrößern. Der rohrförmige Eingang 26 und der rohrförmige Ausgang 28 für das Kühlsystem bzw. die entsprechenden Schlauchtüllen 30, 32 ragen durch die Bohrungen 140 der oberen Gehäusehälfte hindurch. Auch hier erfolgt der Kühlmittelan- schluss unterhalb der oberen Seite des Batteriemoduls und auch hier ist es möglich, die externen Anschlussschläuche so zu führen, dass sie weder die Bauhöhe des Batteriemoduls noch dessen Einbauhöhe vergrößern. Gegebenenfalls können die genannten Stufen größer bzw. tiefer ausgeführt werden, um dies zu ermöglichen.As can be seen from the completed housing with built-in battery module according to FIG. 8E, the two poles 66 and 70 or the internal threads 80, 82 present there are accessible through the bores 138, so that the electrical connection can be made there. The electrical connection is therefore made from the upper side of the battery case, but below the upper side. The electrical connection cables can also be routed below the upper side of the housing, for example within the steps that extend around the upper side, so that the electrical lines increase neither the height of the module nor the installation height in the vehicle. The tubular inlet 26 and the tubular outlet 28 for the cooling system and the respective hose nozzles 30, 32 protrude through the holes 140 of the upper half of the housing. Again, the coolant connection takes place below the upper side of the battery module and also here it is possible to guide the external connection hoses so that they increase neither the height of the battery module nor its installation height. Optionally, said steps may be made larger or deeper to allow this.
Ferner ist das Batteriemanagementsystem mit einem Stecker versehen, der durch die Öffnung 142 an der oberen Seite 146 der oberen Hälfte 128 des Gehäuses 111 zugänglich ist, wobei das Gehäuse 111 hier mit zwei Gewindeeinsätzen 148 ausgestattet ist, die zur Aufnahme von Befestigungsschrauben des Steckers dienen.Further, the battery management system is provided with a plug which is accessible through the opening 142 on the upper side 146 of the upper half 128 of the housing 111, wherein the housing 111 here with two Threaded inserts 148 is provided, which serve to receive fastening screws of the connector.
Das Gehäuse ist ein zweiteiliges Spritzgussteil und kann folgende Auslegung haben: Die kritische Dimension ist die kurze Seite (Bauhöhe 155 mm). Daher sind alle Anschlüsse (Pole, Kühlung und Daten) versenkt ausgeführt. Der Datenstecker wird in der Praxis mit einem angepassten Stecker noch weiter versenkt, um eine Abdichtung ohne zusätzlichen Bauraum zu ermöglichen. Die Abmessungen können bspw. wie folgt gewählt werden:The housing is a two-part injection-molded part and can have the following design: The critical dimension is the short side (height 155 mm). Therefore, all connections (poles, cooling and data) are sunk. In practice, the data plug is sunk even further with an adapted plug in order to allow a seal without additional installation space. The dimensions can be selected, for example, as follows:
Grundmaße: ca. 300x245x155 mmBasic dimensions: approx. 300x245x155 mm
Volumen: ca. 11 1Volume: approx. 11 1
Energiedichte: ca. 152 Wh /1Energy density: approx. 152 Wh / 1
Masse: ca. 14, 15 kgMass: about 14, 15 kg
Spezifische Energie: ca. 122 Wh/ Kg.Specific energy: approx. 122 Wh / Kg.
Die zwei Gehäusehälften 112, 128 können mit einem umlaufenden Nut- und Federsystem zur Abdichtung aneinander geschlossen werden. Gegebenenfalls kann das Batteriemanagementstecker mit einer abdichtenden Kappe versehen werden und Dichtungen zwischen Gehäuse und Kühlmittelanschlussrohren 26, 28 versehen werden.The two housing halves 112, 128 can be closed with a circumferential groove and spring system for sealing together. Optionally, the battery management plug may be provided with a sealing cap and seals between housing and coolant connection pipes 26, 28 may be provided.
Die Module können allerdings mit oder ohne Gehäuse zu einer Batterie integriert werden. Die Systemgrenze und die damit zu realisierenden Funktionen, wie z.B. Dichtung gegen Verunreinigung von außen, EMV und mechanische Sicherheit, können somit flexibel um ein Modul bis hin zur gesamten Batterie gelegt werden. Das Modul ohne Außengehäuse (Zellstack) kann z.B. in eine Folie eingeschweißt werden. Diese Stacks werden dann in der Anzahl größer 1 in ein Systemgehäuse verbaut. Ausgehend von einem Batteriemodulsystem mit acht einzelnen Batteriemodulen 14 der oben beschriebenen Art werden nunmehr einige erfindungsgemäße Überlegungen zum Kühlsystem beschrieben.However, the modules can be integrated into a battery with or without housing. The system limit and the functions to be realized with it, such as seal against contamination from outside, EMC and mechanical safety, can thus be flexibly placed around a module up to the entire battery. The module without outer housing (cell stack) can eg be welded into a foil. These stacks are then installed in the number greater than 1 in a system housing. Starting from a battery module system with eight individual battery modules 14 of the type described above, some considerations according to the invention for the cooling system will now be described.
Bevor die Ausbildung des Kühlsystems näher beschrieben wird, ist es angebracht, einige Worte zur Kühlung eines Traktionsbatteriesystems und zum Klimatisierungsbedarf eines Fahrzeugs, das das Batteriesystem aufweist, zu sagen.Before describing the design of the cooling system, it is convenient to say a few words about cooling a traction battery system and the air conditioning needs of a vehicle having the battery system.
Ein Hauptziel des erfindungsgemäßen Kühlsystems ist, die Betriebssicherheit des Traktionsbatteriesystems sicherzustellen, mit der Motivation, das Überschreiten von spezifizierten Temperaturgrenzen zu vermeiden, das sonst zu einer dauerhaften Schädigung des Batteriesystems und im Extremfall zu Feuer oder Explosion führen könnte. Um dies zu erreichen, wird das Batteriesystem gekühlt, und zwar mit dem Ziel, gefährliche und schädliche Temperaturgrenzen nicht zu überschreiten. Für viele Batterietechnologien soll die Temperatur nicht über 300C steigen, um eine maximale Lebensdauer zu erhalten. Erfahrungsgemäß führt jede Temperaturerhöhung von 100C über 30°C hinaus, zu einer Lebensdauerreduktion um ca. die Hälfte, was aber technologieabhängig ist.A main objective of the cooling system according to the invention is to ensure the reliability of the traction battery system, with the motivation to avoid exceeding specified temperature limits, which could otherwise lead to permanent damage to the battery system and in extreme cases to fire or explosion. To achieve this, the battery system is cooled, with the aim of not exceeding dangerous and harmful temperature limits. For many battery technologies, the temperature should not rise above 30 0 C in order to obtain a maximum service life. Experience has shown that any increase in temperature of 10 0 C above 30 ° C, to a lifetime reduction by about half, which is technologically dependent.
Bei einem Traktionsbatteriesystem besteht auch ein Klimatisierungsbedarf. Zum Beispiel um das Kaltstartverhalten zu verbessern. Dies ist deshalb notwendig, weil bei tiefen Temperaturen die Leistungsfähigkeit der verwendeten Zellen stark abnimmt. Um dem zu begegnen, muss das Batteriesystem beispielsweise im Winterbetrieb beheizt werden.In a traction battery system, there is also a need for air conditioning. For example, to improve the cold start behavior. This is necessary because at low temperatures, the performance of the cells used decreases greatly. To counter this, the battery system must be heated, for example, in winter operation.
Im Allgemeinen wird entsprechend dem erfindungsgemäßen Konzept das Traktionsbatteriesystem, das üblicherweise aus mehreren Batteriemodulen besteht und/ oder die einzelnen Batteriemodule thermisch gut isoliert. Dies verhindert, dass die Batteriemodulen bzw. die darin enthaltenen ZeI- len schnell abkühlen mit der Folge, dass sie anschließend aufwendig beheizt werden müssen, um das erneute Anlassen des Fahrzeugs zu ermöglichen.In general, according to the concept of the invention, the traction battery system, which usually consists of several battery modules and / or the individual battery modules thermally well insulated. This prevents the battery modules or the cells contained therein from being Cool quickly with the result that they must then be heated consuming to allow the restart of the vehicle.
Eine Möglichkeit die Batteriezellen zu beheizen, liegt darin eine Widerstandsheizung zu verwenden, die direkt an den elektrisch leitenden Abstandselementen anliegt. Es kann bspw. ein Heizwiderstand für jedes leitendes Abstandselement vorgesehen werden. Da die elektrisch leitende Abstandselemente naturgemäß gut wärmeleitend sind und eine hochwertige elektrisch- und wärmeleitende Verbindung bzw. Übergang zu den metallischen Fahnen der Elektroden der Zellen haben, kann die elektrisch erzeugte Wärme direkt in das Innere der jeweiligen Zellen eingebracht werden, was für die Erwärmung der Zellen besonders energieeffizient ist. Bei einer gut isolierten Anordnung reicht bereits einen Energieeintrag von 1 Watt pro Zelle aus. Dieser Energie kann von den Batteriemodulen selbst geliefert werden oder bei der Aufladung der Batteriemodulen vom Netz o- der von einem zugeordneten Verbrennungsmotor, Verbrennungsheizung oder Brennstoffzellensystem. Die Widerstände können auch an einer Platine angebracht werden, die zum Batteriemanagement System gehört und gegen die Abstandselemente gedruckt wird.One way to heat the battery cells, is to use a resistance heater, which rests directly on the electrically conductive spacer elements. For example, a heating resistor may be provided for each conductive spacer. Since the electrically conductive spacer elements are naturally good heat-conducting and have a high-quality electrically and thermally conductive connection or transition to the metallic lugs of the electrodes of the cells, the electrically generated heat can be introduced directly into the interior of the respective cells, which is responsible for the heating of the Cells is particularly energy efficient. In a well-insulated arrangement, an energy input of 1 watt per cell is sufficient. This energy can be supplied by the battery modules themselves or by charging the battery modules from the mains or from an associated combustion engine, combustion heater or fuel cell system. The resistors can also be mounted on a circuit board that belongs to the battery management system and is printed against the spacers.
Die Erwärmung der Batteriemodulen kann aber auch bzw. alternativ zu der beschriebenen elektrische Heizung auch über das vorhanden Kühlsystem erreicht werden, wie weiter unten näher beschrieben wird.However, the heating of the battery modules can also or alternatively to the electrical heating described also be achieved via the existing cooling system, as will be described in more detail below.
Ferner ist es angebracht, die einzelnen Batteriemodule für sich und/ oder im Verbund thermisch gegen die Umgebung zu isolieren, um einerseits die Eigenwärme der Batterien zu speichern und andererseits Wärmeverluste bei Beheizung der Batterien herabzusetzen. Wenn z.B. das Batteriesystem im Betrieb eine Temperatur nahe 300C aufweist, kann durch geeignete Isolierung innerhalb der Modulgehäuse und/ oder außerhalb der Modul- gehäuse der Wärmeverlust des Batteriesystems herabgesetzt werden, so dass das Batteriesystem nicht sehr schnell auskühlt und ausreichend warm bleibt, um nach einer Fahrpause wieder den Betrieb wirtschaftlich aufnehmen zu können.Furthermore, it is appropriate to isolate the individual battery modules by themselves and / or in combination thermally against the environment, on the one hand to store the heat of the batteries and on the other hand to reduce heat losses when heating the batteries. If, for example, the battery system during operation has a temperature close to 30 ° C., it can be ensured by suitable insulation inside the module housing and / or outside the module housing. be reduced the housing of the heat loss of the battery system, so that the battery system does not cool down very quickly and remains sufficiently warm to be able to economically resume operation after a break.
Auch soll ein Temperaturausgleich zwischen den Zellen der einzelnen Batteriemodule 14 erfolgen, mit der Motivation, die Kapazität der Zellen maximal auszunutzen und die verfügbare Leistung maximal über den gesamten Lebenszyklus bereitzustellen. Auch dies erfordert das Kühlen oder gar das Heizen der einzelnen Zellen 12 der Batteriemodule 14. Man strebt ein gleichmäßiges Temperaturniveau an, was zu äquivalentem Zellverhalten und gleichmäßiger Entladung und Alterung der Zellen führt. Mit anderen Worten kann man durch das richtige Temperaturniveau und einen entsprechenden Temperaturausgleich dafür sorgen, dass alle Zellen 12 die maximale Leistung über den längstmöglichen Zeitraum zur Verfügung stellen und dass bei Erreichen der maximalen Lebensdauer alle Zellen 12 am Ende ihrer jeweiligen Lebensdauer sind, so dass ein wirtschaftlicher Austausch von Batteriemodulen 14 erfolgen kann, da man einzelne Batteriemodule nicht vorzeitig austauschen muss und beim Versagen eines Batteriemoduls 14 alle Zellen 12 ebenfalls am Ende ihres Arbeitslebens sind.Also, a temperature equalization between the cells of the individual battery modules 14 should take place, with the motivation to make maximum use of the capacity of the cells and to provide the maximum available power over the entire life cycle. This also requires the cooling or even heating of the individual cells 12 of the battery modules 14. The aim is to achieve a uniform temperature level, which leads to equivalent cell behavior and uniform discharge and aging of the cells. In other words, the correct temperature level and temperature compensation can ensure that all cells 12 provide the maximum power over the longest possible period of time, and that when maximum lifetime is reached, all cells 12 are at the end of their respective lives, so that economic exchange of battery modules 14 can be done because you do not have to replace individual battery modules prematurely and all cells 12 are also at the end of their working life in case of failure of a battery module 14.
Es sind grundsätzlich zwei Möglichkeiten der Wärmeübertragung von bzw. an die Zellen 12 eines einzelnen Batteriemoduls 14 denkbar. Es kann ein Energieaustausch der Zelle 12 mit der Umgebung entweder über Luftkühlung erfolgen oder durch Flüssigkeitskühlung. Mit einer Luftkühlung ist ein direkter Kontakt zwischen Zellengehäuse und Umgebungsluft erforderlich, jedoch bedingen die schlechte Wärmeleitfähigkeit und die geringe Dichte der Luft große Volumenströme und große Austauschflächen sowie eine ausgeprägte Geräuschentwicklung. Bei der Flüssigkeitskühlung dagegen kann eine bessere Übertragung der Energie über Wärmeleitung und Konvektion von Gehäuse 111 in eine Kühlflüssigkeit und im Anschluss über Konvektion in die Umgebungsluft erfolgen. Bei einer Flüssigkeitskühlung kann eine bessere Wärmeleitfähigkeit erreicht werden, da die wärmeleitenden Elemente 16, 18, 20, 52, 46, 36, 38 in direkter Berührung mit den Zellen 12 stehen und diese zusammen mit einem die Kühlflüssigkeit kühlenden Wärmetauscher erlauben, kleinere Volumenströme und Austauschflächen sowie eine geringe Geräuschentwicklung. Die Verwendung einer Flüssigkeitskühlung macht allerdings zusätzliche Komponenten in Form von Schlauchverbindungen und Dichtungen sowie einen Wärmetauscher zur Umgebung notwendig.There are basically two ways of heat transfer from or to the cells 12 of a single battery module 14 conceivable. There may be an exchange of energy of the cell 12 with the environment either via air cooling or by liquid cooling. With air cooling, direct contact between the cell case and ambient air is required, but the poor thermal conductivity and low density of the air cause large volume flows and large exchange surfaces, as well as pronounced noise. In the case of liquid cooling, on the other hand, a better transfer of the energy via heat conduction and convection of housing 111 into a cooling liquid and subsequent convection into the ambient air can take place. In a liquid cooling better thermal conductivity can be achieved because the heat-conducting elements 16, 18, 20, 52, 46, 36, 38 are in direct contact with the cells 12 and allow this together with a cooling liquid cooling heat exchanger, smaller volume flows and exchange surfaces and a low noise level. The use of liquid cooling, however, requires additional components in the form of hose connections and seals as well as a heat exchanger to the environment.
Wenn man sich für eine Flüssigkeitskühlung entscheidet, muss man gleichzeitig Überlegungen anstellen im Zusammenhang mit der hydraulischen Auslegung des gesamten Kühlsystems. In den Rohren /Schläuchen/ Kühlpassagen und Komponenten des Kühlsystems entstehen Druckverluste. Bei Strömungselementen in Form von Rohren mit rundem Querschnitt und entsprechenden Umlenkungen kann man diese Druckverluste mit empirischen Formeln abschätzen. Zusätzlich zu den Widerständen in jedem Kühlmodul bringen die externen Schlaufen sowie der Kühler Widerstände in den Kreis ein, die zusätzlich berücksichtigt werden müssen, sobald ein konstruktiver Ansatz vorhanden ist. Die Pumpe, die zur Zirkulierung des Kühlmittels erforderlich ist, prägt gegen diese Widerstände einen hiervon abhängigen Volumenstrom ein und erzeugt einen stabilen Arbeitspunkt, dort wo der von der Pumpe lieferbare Druck die Kennlinie des Kühlsystems in Form des Volumenstroms als Funktion des angebrachten Drucks schneidet. Besonders günstig ist es, wenn eine kleinere Pumpe für die Kühlflüssigkeit zur Anwendung kommt, beispielsweise eine kleine Automotive-Umwälzpumpe mit einer typischen Leistung von 10 bis 30 W, die bei einem Druckverlust im System von 75 bis 450 mbar einen Volumenstrom pro Modul von > 50 l/h erreichen kann. Die Fig. 1OA zeigt eine Möglichkeit, die Kühlmodule 10 aller acht Batteriemodule 14 in Reihe zu schalten. Dies ist aber keine günstige Anordnung, da die Temperatur des Kühlsystems bestehend aus den acht in Reihe aneinander geschlossenen Kühlmodule 10 kontinuierlich steigt, so dass das letzte Modul 10' bzw. 14' am wärmsten ist.When deciding on liquid cooling, it is necessary to consider the hydraulic design of the entire cooling system at the same time. Pressure losses occur in the pipes / hoses / cooling passages and components of the cooling system. For flow elements in the form of tubes with round cross section and corresponding deflections can estimate these pressure losses with empirical formulas. In addition to the resistances in each cooling module, the external loops and the radiator introduce resistance into the circuit, which must be taken into account as soon as a constructive approach is available. The pump required to circulate the coolant imposes a volumetric flow dependent thereon and produces a stable operating point where the pressure available from the pump intersects the cooling system's characteristic curve in terms of volumetric flow as a function of the applied pressure. It is particularly favorable if a smaller pump is used for the cooling liquid, for example a small automotive circulating pump with a typical power of 10 to 30 W, which with a pressure loss in the system of 75 to 450 mbar has a volume flow per module of> 50 can reach l / h. FIG. 10A shows a possibility of connecting the cooling modules 10 of all eight battery modules 14 in series. However, this is not a convenient arrangement, since the temperature of the cooling system consisting of the eight closed cooling modules 10 in series continuously increases, so that the last module 10 'or 14' is the warmest.
Werden dagegen gemäß Fig. 1OB alle Kühlmodule 10 parallel geschaltet, so kann man auf diese Weise sicherstellen, dass alle Module die gleiche Kühlmitteltemperatur aufweisen.If, on the other hand, all the cooling modules 10 are connected in parallel according to FIG. 10B, then it is possible to ensure that all the modules have the same coolant temperature.
Werden allerdings alle acht Module gemäß diesem Beispiel parallel durchströmt werden, muss man einen zusätzlichen Aufwand treiben, um sicherzustellen, dass der Volumenstrom für jedes Modul 10 gleich ist.If, however, all eight modules are flowed through in parallel according to this example, it is necessary to expend additional effort to ensure that the volume flow for each module 10 is the same.
Günstiger ist es, wie in Fig. IOC gezeigt, Mischformen zu verwenden, in denen mehrere Kühlpfade parallel zueinander angeordnet sind und in jedem Kühlpfad mehrere Module 10 in Reihe geschaltet werden. Es gilt zu ermitteln, wie viele Module in Reihe geschaltet werden können, ohne dass die entstehende Temperaturdifferenz zu groß wird.It is more favorable, as shown in FIG. 1C, to use mixed forms in which a plurality of cooling paths are arranged parallel to one another and a plurality of modules 10 are connected in series in each cooling path. It is necessary to determine how many modules can be connected in series without the resulting temperature difference becoming too large.
Nach umfangreichen Überlegungen und Untersuchungen ist die Anmelderin der Überzeugung, dass die Temperaturdifferenz, die tolerierbar ist, 5°C nicht überschreiten soll.After extensive considerations and investigations, the Applicant believes that the temperature difference, which is tolerable, should not exceed 5 ° C.
Ferner ist gefunden worden, dass ein Kühlsystem, das wirtschaftlich arbeitet und wirtschaftlich zu realisieren ist, sich dann am günstigen realisieren lässt, wenn, bei einem Batteriemodulsystem bestehend aus mehreren gleichartigen Batteriemodulen 14 mit jeweiligen Kühlmodulen 10, diese derart zusammengeschlossen bzw. zusammenschließbar sind, dass mehrere parallele Kühlkreise 150 entstehen, die über ein Verteilerrohr 152 gespeist sowie an einem Sammelrohr 154 angeschlossen sind. Jeder Kühlkreis 150 kann jeweils zwei bis vier Kühlmodule 10 bzw. Batteriemodule 14 in Reihe umfassen, wobei die Kühlpassagen innerhalb der Batteriemodule 14 jeweils einen freien Strömungsquerschnitt entsprechend dem eines Rohres mit einem lichten Durchmesser von 8 bis 9 mm aufweist.Furthermore, it has been found that a cooling system that is economical and economical to implement, can then be realized at low, if, in a battery module system consisting of several similar battery modules 14 with respective cooling modules 10, they are such zusammengeschlossen or zusammenschließbar that a plurality of parallel cooling circuits 150 are formed, which via a manifold 152 are fed and connected to a manifold 154. Each cooling circuit 150 may each comprise two to four cooling modules 10 and battery modules 14 in series, wherein the cooling passages within the battery modules 14 each have a free flow cross section corresponding to that of a tube having a clear diameter of 8 to 9 mm.
Einige Beispiele eines solchen Kühlsystems sind den Fig. 1 IA bis 1 ID zu entnehmen.Some examples of such a cooling system are shown in FIGS. 1A to 1 ID.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 1 IA sind jeweils zwei Batteriemodule bzw. Kühlmodule 10 entsprechend den Fig. 1 bis 3 in Reihe geschaltet, d.h. jedes Batteriemodul 14 bzw. Kühlmodul 10 hat einen Eingang 26 und einen Ausgang 28, welcher durch die hydraulische Auslegung jedes Kühlmoduls entsprechend der Fig. 9 realisiert werden kann, wobei der Ausgang 28 des ersten Kühlmoduls 10 der zwei in Reihe geschalteten Module 10, 10' an den Eingang 26 des nächsten Moduls 10' in Strömungsrichtung angeschlossen ist und der Eingang 26 des ersten der zwei in Reihe geschalteten Module 10, 10' an ein Verteilerrohr 152 angeschlossen ist und der Ausgang 28 des zweiten Moduls 10' der zwei in Reihe geschalteten Module 10' an ein Sammelrohr 156 angeschlossen ist. Alternativ hierzu könnte gemäß der Fig. I IB gearbeitet werden. Hier werden die Kühlpassagen durch die einzelnen Kühlplatten 16, 18 des jeweiligen Moduls 10 nicht durch eine Verbindungsleitung 34 verbunden, sondern jedes Modul hat zwei getrennte Eingänge 26 und zwei getrennte Ausgänge 28, nämlich einen Eingang und einen Ausgang für jede Kühlplatte 16, 18. Bei einer derartigen Anordnung können ohne weiteres bis zu vier Module 10 in Reihe geschaltet werden, wie in Fig. I IB gezeigt, so dass parallele Strömungspfade 158 (vier parallele Strömungspfade 158 in Fig. I IB) erzeugt werden, die jedoch sich ergebende zwei Reihen 160 von Modulen bisher an ein Verteilerrohr 152 und ein Sammelrohr 156 angeschlossen sind. Bei Bedarf können mehrere Kühlmodule 10, d.h. Batteriemodule 14 aneinander angeschlossen werden, wobei das System gemäß Fig. 1 IA bzw. Fig. I IB entsprechend ergänzt wird. Zum Beispiel, wenn beispielsweise anstatt acht Batteriemodule 14 mit acht Kühlmodulen 10 zwölf Batteriemodule 14 mit zwölf Kühlmodulen 10 vorgesehen sind, dann werden entsprechend der Fig. HD jeweils drei Batteriemodule bzw. Kühlmodule 10, 10', 10" in Reihe geschaltet, anstelle von zwei Batteriemodulen bzw. Kühlmodulen, wie in Fig. 1 IA gezeigt. Dagegen werden bei einer entsprechenden Ausdehnung des Beispiels gemäß Fig. 1 IB in Fig. 1 IC jeweils sechs Module in Reihe geschaltet, anstelle von vier Modulen 10 in Fig. HB.In the embodiment according to FIG. 1A, two battery modules or cooling modules 10 are respectively connected in series according to FIGS. 1 to 3, ie each battery module 14 or cooling module 10 has an input 26 and an output 28, which by the hydraulic design of each 9 can be realized, wherein the output 28 of the first cooling module 10 of the two series-connected modules 10, 10 'is connected to the input 26 of the next module 10' in the flow direction and the input 26 of the first of the two in Series-connected modules 10, 10 'is connected to a manifold 152 and the output 28 of the second module 10' of the two modules 10 in series' is connected to a manifold 156. Alternatively, it could be worked according to the Fig. I IB. Here, the cooling passages through the individual cooling plates 16, 18 of the respective module 10 are not connected by a connecting line 34, but each module has two separate inputs 26 and two separate outputs 28, namely an input and an output for each cooling plate 16, 18. Bei up to four modules 10 can be readily connected in series, as shown in FIG. 1B, to produce parallel flow paths 158 (four parallel flow paths 158 in FIG. 1B), but the resulting two rows 160 of modules so far connected to a manifold 152 and a manifold 156 are connected. If required, a plurality of cooling modules 10, ie battery modules 14 can be connected to one another, wherein the system according to FIG. 1 IA or FIG. IB is supplemented accordingly. For example, if instead of eight battery modules 14 with eight cooling modules 10 twelve battery modules 14 are provided with twelve cooling modules 10, then three battery modules or cooling modules 10, 10 ', 10 "connected in series, instead of two, as shown in FIG In contrast, in the case of a corresponding expansion of the example according to FIG. 1 IB in FIG. 1 IC, in each case six modules are connected in series, instead of four modules 10 in FIG.
Die Tabellen gemäß Fig. 12A und 12B zeigen an, für zwei verschiedene Entnahmeleistungsraten (1,5 C und 2 C), wie sich die Temperaturdifferenz bei den Kühlmodulen bzw. Batteriemodulen in der Praxis gestaltet, je nachdem, wie viele Module parallel zueinander geschaltet werden und je nachdem wie viele serielle Module in Betracht kommen. Die in den Fig. 12A und 12B angegebenen Werte gelten für einen Rohrdurchmesser von 8 mm, was einen äquivalenten Strömungsquerschnitt durch die Strömungspassagen der Zellen bestimmt.The tables of Figs. 12A and 12B indicate, for two different extraction power rates (1.5 C and 2 C), how the temperature difference in the cooling modules or battery modules is practiced, depending on how many modules are connected in parallel and depending on how many serial modules are eligible. The values given in FIGS. 12A and 12B apply to a tube diameter of 8 mm, which determines an equivalent flow cross-section through the flow passages of the cells.
Die mit einem Punkt versehenen Bereiche der Tabelle gemäß Fig. 12A und 12B zeigen Systeme an, die für verschiedene Leistungsentnahmen mit einer Temperaturdifferenz zwischen Einlauf und Auslauf kleiner als 50C arbeiten. Man sieht, dass die Temperaturdifferenz von der Leistungsentnahmerate (in diesen Beispielen 1,5 C bzw. 2 C) abhängt und dass beispielsweise eine Variante mit zwölf Batteriemodule und bis zu drei serielle Module gut geeignet ist, da Reserven auf bis zu 2 C vorhanden sind. Natürlich muss man bei dieser Betrachtung nicht nur die Entnahmerate, sondern zugleich auch die Höhe der notwendigen Energiemenge berück- sichtigen, die bei einem kleineren Fahrzeug durchaus im Bereich zwischen 16 und 40 KWh liegen kann. Gegenüber einem lichten Rohrdurchmesser von 6 mm zeigt sich bei einem lichten Rohrdurchmesser von 8 mm ein deutlich besserer Wirkungsgrad, da der Temperaturunterschied ΔT ca. 50 % kleiner ist. Dagegen führt eine Steigerung des lichten Rohrdurchmessers auf 9 mm zu keiner weiteren ausgeprägten Besserung.The one-dot areas of the table of Figs. 12A and 12B indicate systems operating for different power draws with a temperature difference between inlet and outlet below 5 ° C. It can be seen that the temperature difference depends on the power take-off rate (in these examples 1.5 C and 2 C respectively) and that, for example, a variant with twelve battery modules and up to three serial modules is well suited, as reserves up to 2 C are present , Of course, in this analysis, not only the withdrawal rate but also the amount of energy required must be taken into account. consider, which can be in a smaller vehicle quite in the range between 16 and 40 KWh. Compared to a clear tube diameter of 6 mm, a clear tube diameter of 8 mm shows a significantly better efficiency, since the temperature difference ΔT is about 50% smaller. In contrast, an increase of the clear tube diameter to 9 mm leads to no further pronounced improvement.
In der Fig. 13 sieht man, dass das Verteilerrohr 152 und das Sammelrohr 156 mit einer Hauptleitung 160 kommunizieren, die eine Pumpe 162 und einen Kühler 164 in diesem Beispiel mit Lüfter 166 aufweist. Wenn die Temperatur des Kühlmittels droht, eine bestimmte Grenze zu überschreiten, wird der Lüfter 166 eingeschaltet, um die durch eine Hauptleitung und den Kühler fließende Kühlflüssigkeit zusätzlich zu kühlen, d.h. zusätzlich zu der normalen Luftströmung durch den entsprechend im Fahrzeug platzierten Kühler 164, der von der an dem Fahrzeug vorbei strömenden Luft durchströmt wird.Referring to FIG. 13, manifold 152 and manifold 156 communicate with a main conduit 160 having a pump 162 and a radiator 164 with fan 166 in this example. When the temperature of the coolant is likely to exceed a certain limit, the fan 166 is turned on to additionally cool the cooling fluid flowing through a main conduit and the radiator, i. in addition to the normal airflow through the correspondingly placed in the vehicle radiator 164, which is flowed through by the flowing past the vehicle air.
Wie in Fig. 14 zusätzlich gezeigt, kann die Hauptleitung 160 ferner einen Wärmetauscher 168 mit mindestens einem weiteren Kreislauf aufweisen, der eine Heizung bzw. Klimaanlage 172 speist. Auf diese Weise kann die überschüssige Wärme, die über das Kühlsystem von den Batteriemodulen 14 entfernt wird, zur Heizung des Innenraums eines Fahrzeugs verwendet werden, das mit dem Traktionsbatteriesystem ausgestattet ist. Bei Bedarf kann auch ein Kältemittelkreislauf, der durch einen Klimakompressor abgekühlt wird, für zusätzliche aktive Kühlung des Systems sorgen. Bei Bedarf kann auch die Heizung von außen mit Energie versehen werden, um über das Kühlsystem die Zellen 12 der einzelnen Batteriemodule 14 aufzuwärmen, sofern dies notwendig ist, um die Zellen auf ein vernünftiges Batteriebetriebstemperaturniveau zu bringen. Das Kühlsystem arbeitet dann in diesem Modus als Heizsystem für die Batteriemodule. Sobald eine vernünftige Betriebstemperatur erreicht wird, wird die Zusatzheizung ab- geschaltet und das Fahrzeug kann unter Anwendung der Energie des Traktionsbatteriesystems in Betrieb genommen werden. Sollte eine externe Energiequelle zur Aufwärmung der Batterie nicht zur Verfügung stehen, beispielsweise dann, wenn das Fahrzeug in der Nacht auf der Straße geparkt ist, so kann ein Teil der noch vorhandenen Energie der Batterien zur Aufwärmung der Batterien verwendet werden, beispielsweise durch An- schluss der Batterieleistung an eine elektrische Heizeinrichtung der Heizung 172, die die Kühlflüssigkeit vorübergehend erwärmt, und wobei auch ein Teil der elektrischen Energie verwendet werden kann, um die Pumpe 162 zu. betreiben und hierdurch die erwärmte Kühlflüssigkeit durch die einzelnen Zellen 12 zu zirkulieren.As further shown in FIG. 14, the main conduit 160 may further include a heat exchanger 168 having at least one additional circuit feeding an air conditioner 172. In this way, the excess heat removed from the battery modules 14 via the cooling system may be used to heat the interior of a vehicle equipped with the traction battery system. If required, a refrigerant circuit cooled by an air conditioning compressor can provide additional active cooling of the system. If necessary, the heating can also be provided with energy from the outside in order to heat up the cells 12 of the individual battery modules 14 via the cooling system, if necessary, in order to bring the cells to a reasonable battery operating temperature level. The cooling system then operates in this mode as a heating system for the battery modules. As soon as a reasonable operating temperature is reached, the additional heating is deactivated. switched and the vehicle can be put into operation using the energy of the traction battery system. If an external power source is not available to heat the battery, for example, when the vehicle is parked on the street at night, some of the remaining energy of the batteries may be used to warm the batteries, for example, by connection the battery power to an electric heater of the heater 172, which temporarily heats the cooling liquid, and also a portion of the electrical energy can be used to the pump 162 to. operate and thereby circulate the heated coolant through the individual cells 12.
Bezugnehmend auf Fig. 15 wird eine alternative Ausführung der Anschlussklemmen bzw. -fahnen 36, 38 der Zelle 12 gezeigt. Anstelle von einseitig U-förmigen Ausschnitten 37 und 39 wie sie für die. Anschlussklemmen gemäß Fig. 2B gezeigt sind, werden hier kreisrunde Öffnungen 37' und 39' in den beiden Anschlussklemmen 36, 38 vorgesehen, die eine Fortsetzung der positiven (*) und negativen (-) Elektroden der Zelle 12 darstellen. Obwohl hier, wie auch in Fig. 2B, jeweils zwei Ausschnitte vorgesehen sind, kann auch eine andere Anzahl von Ausschnitten vorgesehen werden, wie beispielsweise die drei U-förmigen Ausschnitte gemäß Fig. 17A.Referring to Figure 15, an alternative embodiment of the terminals 36, 38 of the cell 12 is shown. Instead of unilaterally U-shaped cutouts 37 and 39 as for the. Terminals are shown in FIG. 2B, here circular openings 37 'and 39' in the two terminals 36, 38 are provided, which represent a continuation of the positive (*) and negative (-) electrodes of the cell 12. Although two cutouts are provided here as well as in FIG. 2B, a different number of cutouts may also be provided, such as the three U-shaped cutouts according to FIG. 17A.
Die Anschlussklemmen 36 und 38 selbst bestehen aus einem Aluminiumblech oder Kupferblech geringer Dicke, wie beispielsweise (ohne Einschränkung) 0,3 mm.The terminals 36 and 38 themselves consist of an aluminum sheet or copper sheet of small thickness, such as (without limitation) 0.3 mm.
Es ist in der Praxis relativ schwierig, eine Verbindung zu einer solchen Anschlussklemme aus Aluminium zu erreichen, die über einen Zeitraum von mehreren Jahren einen kontinuierlichen niedrigen Übergangswiderstand aufweist. Einerseits bildet sich auf einem Aluminiumblech in kür- zester Zeit eine isolierende Oxidschicht, andererseits müssen metallische Korrosion bei der Kontaktierung der Anschlussklemmen und sich über einen längeren Zeitraum möglicherweise ändernde Klemmkräfte, die wiederum häufig Temperatur abhängig sind, vorgebeugt werden.It is relatively difficult in practice to achieve a connection to such an aluminum terminal which has a continuous low contact resistance over a period of several years. On the one hand, it forms on an aluminum sheet in On the other hand, metallic corrosion must be avoided when contacting the terminals and possibly over a longer period of time possibly changing clamping forces, which in turn are often dependent on temperature.
Um hier Abhilfe zu schaffen, werden vorzugsweise leitende Abstandselemente gemäß Fig. 16A und 16B und isolierende Abstandselemente gemäß Fig. 16C und 16D verwendet. Gleichartige Abstandselemente 44, 46 werden sowohl für die Ausführung der Anschlussklemmen gemäß Fig. 2B als auch für die gemäß Fig. 15 verwendet (d.h. abgesehen von der Form der Ausschnitte 37, 39 bzw. 37', 39').To remedy this situation, conductive spacer elements according to FIGS. 16A and 16B and insulating spacer elements according to FIGS. 16C and 16D are preferably used. Similar spacers 44, 46 are used for both the embodiment of the terminals of Figure 2B and those of Figure 15 (i.e., except for the shape of the cutouts 37, 39 and 37 ', 39', respectively).
Konkret besteht das leitende Abstandselement 44 gemäß Fig. 16A aus einer die Form eines Quaders aufweisenden Blocks 200 aus Aluminium mit zwei Durchgangslöchern 202, die im Durchmesser dem Durchmesser der kreisförmigen Öffnungen 37' bzw. 39' der Ausführung gemäß Fig. 15 bzw. dem Durchmesser des gerundeten Bodens der U-förmigen Ausschnitte 37 bzw. 39 der Ausführung gemäß Fig. 2B entsprechen. Wie aus der Schnittzeichnung gemäß Fig. 16B (an der Schnittebene XVlB-XVlB der Fig. 16A) genommen, ist der Block 200 aus Aluminium allseitig mit einer galvanischen Nickelbe Schichtung 204 versehen. Die oberen und unteren Seiten 206, 208 des beschichteten Aluminiumblockes werden aufgerauht, beispielsweise durch Sandstrahlen, Schleifen, Bürsten oder anderweitig, wodurch kleinere Erhebungen und Vertiefungen an den genannten Seiten 206 und 208 entstehen bzw. vorhanden sind. Diese graben sich bei Zusammenbau eines Batteriemoduls leicht in die Oberfläche der Anschlussklemmen 36, 38, durchbrechen dort die Oxidschicht und stellen einen ausgezeichneten Kontakt zu den Anschlussklemmen her. Die Ni- Beschichtung 204 kann auch innerhalb der Löcher 202 vorgesehen werden, dies ist jedoch nicht zwingend erforderlich. Die isolierenden Abstandselemente 46 gemäß Fig. 16C und 16D weisen eine Form auf, die der des leitenden Abstandselements 44 gemäß Fig. 16A und 16B zumindest im Wesentlichen identisch ist. Sie bestehen auch hier aus einem die Form eines Quaders aufweisenden Aluminiumblocks 210. Um sicherzustellen, dass die so konzipierten Abstandselemente isolierend sind, werden die entsprechenden Aluminiumblöcke vollflächig eloxiert, wodurch eine dünne hochwertige Isolationsschicht 212 auf allen Oberflächen der Blöcke entsteht. Falls die Bohrungen 214 bereits vorher angefertigt sind, liegt diese anodisierte Schicht auch in den Bohrungen 214 vor (nicht gezeigt). Um sicherzugehen, dass eine etwaige Beschädigung der ohnehin harten anodisierten Schicht nicht zu einem unerwünschten leitenden Übergang zwischen dem isolierenden Abstandselement 46 und einem leitenden Abstandselement 44 oder einer Anschlussklemme 36, 38 einer Batteriezelle führt, wird auf die anodisierte Schicht eine weitere isolierende Schicht 216 abgelagert. Diese Schicht 216 kann, selbst wenn in Fig. 16D nicht so gezeigt), auch innerhalb der Bohrungen 212 abgelagert werden, gegebenenfalls auf einer dort vorgesehenen eloxierten Schicht. Es handelt sich bei der isolierenden Schicht 216 um eine sehr dünne Schicht einer organischen oder anorganischen Verbindung oder eine Lackschicht aus einem isolierenden Lack oder um eine Harzschicht eines entsprechend isolierenden Harzes.Specifically, the conductive spacer 44 shown in FIG. 16A is formed of a block-shaped aluminum block 200 having two through-holes 202, the diameter of which is the diameter of the circular openings 37 'and 39' of the embodiment of FIG. 15 and the diameter, respectively of the rounded bottom of the U-shaped cutouts 37 and 39 correspond to the embodiment of FIG. 2B. As taken from the sectional drawing of FIG. 16B (at the sectional plane XVIB-XVIB of FIG. 16A), the aluminum block 200 is provided on all sides with a nickel plating layer 204. The top and bottom sides 206, 208 of the coated aluminum block are roughened, for example, by sandblasting, grinding, brushing or otherwise, resulting in smaller protrusions and depressions on said sides 206 and 208. These easily dig into the surface of the terminals 36, 38 upon assembly of a battery module, breaking through the oxide layer there and providing excellent contact with the terminals. The Ni coating 204 may also be provided within the holes 202, but this is not mandatory. The insulating spacers 46 of FIGS. 16C and 16D have a shape at least substantially identical to that of the conductive spacer 44 of FIGS. 16A and 16B. They also consist here of an aluminum block 210 having the shape of a cuboid. In order to ensure that the spacer elements designed in this way are insulating, the corresponding aluminum blocks are anodized over the entire surface, resulting in a thin, high-quality insulating layer 212 on all surfaces of the blocks. If the holes 214 are already made, this anodized layer will also be in the holes 214 (not shown). To ensure that any damage to the already hard anodized layer does not result in an undesirable conductive transition between the insulating spacer 46 and a conductive spacer 44 or terminal 36, 38 of a battery cell, a further insulating layer 216 is deposited on the anodized layer. This layer 216, even if not shown in FIG. 16D, may also be deposited within the bores 212, optionally on an anodized layer provided there. The insulating layer 216 is a very thin layer of an organic or inorganic compound or a lacquer layer of an insulating lacquer or a resin layer of a corresponding insulating resin.
Die Ni-Schicht 204 des leitenden Abstandselements gemäß Fig. 16A, 16B und die anodisierte Schicht 212 sowie die darauf aufgebrachte isolierende Schicht 216 werden verhältnismäßig dünn gehalten, beispielsweise etwa 200 μm für die Ni-Schicht 204 und die eloxierte Schicht 212 und etwa 300 μm für die isolierende Schicht 216. Da sowohl die leitenden Abstandselemente 44 als auch die isolierenden Abstandselemente 46 zumindest im Wesentlichen aus Aluminium bestehen, wird die thermische Dehnung der Abstandselemente insgesamt in etwa der thermischen Dehnung von Aluminium entsprechen. Ferner, da die Spannbolzen bevorzugt aus Alumini- um bestehen, wird sichergestellt (da die Wärmedehnungskoeffizienten der Teile bis auf die dünne Beschichtungen zumindest im Wesentlichen gleich sind), dass nach Anziehen der Mutter der Schraubbolzen eine zumindest im Wesentlichen konstante Klerhmkraft zwischen den leitenden Abstandselementen 44, den isolierenden Elementen 46 und den Anschlussklem- men der Batteriezellen des Batteriemoduls entsteht, egal welche Temperaturschwankungen in der Praxis vorkommen. Durch diese Klemmkraft wird nicht nur sichergestellt, dass die Unebenheiten der Ni-Beschichtung 204 der leitenden Abstandselemente einen guten elektrischen Kontakt zu den Anschlussklemmen der Batteriezellen herstellen, sondern der Klemmdruck führt auch zu einer Art Dichtung zwischen den aneinander liegenden Oberflächen, so dass Feuchtigkeit oder korrosionsfördernde Substanzen nicht ohne weiteres zu einer Verschlechterung der leitenden Übergänge zwischen den leitenden Abstandselementen 44 und den Anschlussklemmen 36, 38 führt.The Ni layer 204 of the conductive spacer of FIGS. 16A, 16B and the anodized layer 212 and the insulating layer 216 deposited thereon are kept relatively thin, for example, about 200 .mu.m for the Ni layer 204 and the anodized layer 212 and about 300 .mu.m for the insulating layer 216. Since both the conductive spacer elements 44 and the insulating spacer elements 46 at least substantially consist of aluminum, the thermal expansion of the spacer elements will generally correspond approximately to the thermal expansion of aluminum. Furthermore, since the clamping bolts are preferably made of aluminum In order to insure, it is ensured (since the thermal expansion coefficients of the parts are at least substantially the same except for the thin coatings) that after tightening the nut of the bolts an at least substantially constant Klerhmkraft between the conductive spacer elements 44, the insulating elements 46 and the Anschlussklem- the battery cells of the battery module is created, no matter what temperature fluctuations occur in practice. This clamping force not only ensures that the bumps of the Ni coating 204 of the conductive spacers make good electrical contact with the terminals of the battery cells, but the clamping pressure also results in a kind of seal between the abutting surfaces, so that moisture or corrosion-promoting Substances does not readily lead to a deterioration of the conductive junctions between the conductive spacers 44 and the terminals 36, 38.
Die Verwendung von Aluminium als Grundstoff der leitenden Abstandselemente 44 und der isolierenden Elemente 46 bietet sich deshalb an, weil es sich um das gleiche Material handelt wie die Anschlussklemmen 36, 38 einerseits und Aluminium andererseits eine relativ geringe Dichte aufweist, so dass das Gewicht des Batteriemoduls klein gehalten werden kann. Denkbar wäre es allerdings, sowohl die leitenden Abstandselemente als auch die isolierenden Abstandselemente aus einem anderen Material herzustellen, wobei es dann angebracht wäre, die Spannbolzen aus dem gleichen Material oder aus einem Material mit einem vergleichbaren Wärmedehnungskoeffizienten auszubilden, um die erwünschte zumindest im Wesentlichen konstante Klemmkraft zu erreichen.The use of aluminum as a base material of the conductive spacers 44 and the insulating elements 46 is advisable because it is the same material as the terminals 36, 38 on the one hand and aluminum on the other hand has a relatively low density, so that the weight of the battery module can be kept small. However, it would be conceivable to produce both the conductive spacer elements and the insulating spacer elements from a different material, it being then appropriate to form the clamping bolts of the same material or of a material with a comparable coefficient of thermal expansion to the desired at least substantially constant clamping force to reach.
Die Fig. 17 zeigt eine alternative Ausbildung der Kühlplatten 16, 18 der Fig. 1. Diese Kühlplatten werden in Fig. 17 zu einem einheitlichen Gebilde umfunktioniert, so dass sich eine dreiseitige Kühlplattenanordnung 220 ergibt. Konkret geht die Kühlplatte 222 auf der rechten Seite 223 des Kühlmoduls 220 der Fig. 17 über eine Kühlplatte 224 an der Rückseite 225 des küphlmoduls 220 in die Kühlplatte 226 der linken Seite 227 über. Ferner werden hier die Kühlpassagen 228 der Kühlplatten parallel ausgeführt in dem Sinne, dass alle einzelnen Kühlpassagen 228 der Kühlplatten parallel zueinander und mit gleichmäßigem Abstand um die drei Seiten 223, 225, 227 des Kühlmoduls herum geführt sind und erstrecken sich zwischen einer Verteilerpassage auf der linken Seite 227 des Kühlmoduls 220 über die Rückseite 225 zu einer Sammelpassage 230 auf der rechten Seite 223 des Kühlmoduls 230.FIG. 17 shows an alternative embodiment of the cooling plates 16, 18 of FIG. 1. These cooling plates are converted into a uniform structure in FIG. 17, so that a three-sided cooling plate arrangement 220 results. Specifically, the cooling plate 222 on the right side 223 of the cooling module 220 of FIG. 17 via a cooling plate 224 on the back 225 of the küphlmodule 220 in the cooling plate 226 of the left side 227 over. Further, here, the cooling passages 228 of the cooling plates are made parallel in the sense that all the individual cooling passages 228 of the cooling plates are guided parallel to each other and evenly around the three sides 223, 225, 227 of the cooling module and extend between a manifold passage on the left Side 227 of the cooling module 220 via the rear side 225 to a collection passage 230 on the right side 223 of the cooling module 230th
Die Verteilerpassage auf der linken Seite 226 ist identisch aufgebaut zu der Sammelpassage 230 auf der rechten Seite 223. Die Sammelpassage 230 kommuniziert über eine langes schmale Verbindungspassage 232 mit dem rohrförmigen Ausgang 28 mit der Schlauchtülle 32. Genauso kommuniziert der rohrförmige Eingang 26 mit der Schlauchtülle 30 über eine längliche Verbindungspassage (in Fig.17 nicht sichtbar) mit der Verteilerpassage (ebenfalls nicht sichtbar). Kühlflüssigkeit strömt somit durch die Schlauchtülle 30 in den rohrförmigen Eingang 26 hinein, von dort über die genannte längliche Verbindungspassage und die Verteilerpassage in die einzelnen parallel zueinander verlaufenden Passagen 228 des Kühlmoduls 220 über die linke Seite 227 des Kühlmoduls 220 und anschließend über die hintere Seite 225 des Kühlmoduls und über die rechte Seite 223 des Kühlmoduls 220 in das Sammelelement 230 und dann über die längliche Verbindungspassage 232 zu dem rohrförmigen Ausgang 28 und über die Schlauchtülle 32 weiter in den Kühlkreislauf.The manifold passage on the left side 226 is identically constructed to the collection passage 230 on the right side 223. The collection passage 230 communicates via a long narrow communication passage 232 with the tubular outlet 28 with the hose nozzle 32. Likewise, the tubular inlet 26 communicates with the hose nozzle 30 via an elongated connecting passage (not visible in FIG. 17) with the distributor passage (also not visible). Cooling liquid thus flows through the hose nozzle 30 into the tubular inlet 26, from there via the said elongate connecting passage and the distributor passage into the individual mutually parallel passages 228 of the cooling module 220 via the left side 227 of the cooling module 220 and subsequently via the rear side 225 of the cooling module and via the right side 223 of the cooling module 220 into the collecting element 230 and then via the elongated connecting passage 232 to the tubular outlet 28 and via the hose spout 32 further into the cooling circuit.
Bei dieser Ausführung sind die Kühlbleche bzw. die Verbindungsplatten 20 mit rechtwinklig gebogenen Seitenteilen an der linken Seite 227 und der rechten Seite 223 des Kühlmoduls 220 sowie an der hinteren Seite 225 vorgesehen und diese sind dann an ebene Blechteile an den inneren linken, hinteren und rechten Seiten 227, 225 und 223 des Kühlmoduls 220 angeklebt, angeschweißt bzw. angelötet, um einen guten Wärmeübergang zwischen den Verbindungsplatten 20 und den Kühlplatten an den drei Seiten 227, 225, 223 zu erzeugen.In this embodiment, the cooling plates or the connecting plates 20 are provided with right-angled bent side parts on the left side 227 and the right side 223 of the cooling module 220 and the rear side 225 and these are then on flat sheet metal parts on the inner glued, welded or soldered to left, rear and right sides 227, 225 and 223 of the cooling module 220 to produce good heat transfer between the connection plates 20 and the cooling plates on the three sides 227, 225, 223.
Die Außenseite der Kühlplattenbereiche 222, 224, 226 des Kühlmoduls 220 ist ebenfalls durch ein Blechteil gebildet, das ähnlich wie bei dem Blechteil der Fig. 7A bis 7D an Stellen eingedrückt ist, um Rippen 99 zu bilden, die die Kühlpassagen 228 einschließlich die Verbindungspassage von dem rohrförmigen Eingang 26 in die Verteilerpassage und den Übergang auf der anderen Seite des Kühlmoduls 220 in das Sammelelement 230 und die Verbindungspassage 232 in den rohrförmigen Ausgang 26 zu bilden. Die inneren ebenen Blechteile sind mit dem äußeren Blechteil mittels Kleben, Schweißen, Löten oder anderweitig wasserdicht verbunden.The outside of the cooling plate portions 222, 224, 226 of the cooling module 220 is also formed by a sheet metal part which is pressed in places similar to the sheet metal part of Figs. 7A to 7D to form ribs 99, the cooling passages 228 including the connection passage of the tubular inlet 26 in the manifold passage and the transition on the other side of the cooling module 220 in the collecting element 230 and the connecting passage 232 in the tubular outlet 26 to form. The inner flat sheet metal parts are connected to the outer sheet metal part by means of gluing, welding, soldering or otherwise waterproof.
Die Fig. 17 zeigt ferner ein kammartiges Teil 240 mit Schlitzen 242, die in den Abständen der einzelnen Anschlussklemmen 36, 38 der einzelnen Zellen angeordnet sind und Abmessungen aufweisen, die die Anschlussklemmen aufnehmen. Auf diese Weise kann die kammartige isolierende Platte 240 wie die Pfeile 244 zeigen, auf die Anschlussklemmen 36, 38 der Zellen gesteckt werden, um diese in einer geordneten Anordnung zu halten und um sicherzustellen, dass die Einfügung der leitenden Abstandselemente 44 und die isolierenden Abstandselemente 46 in geordneter Weise zwischen benachbarten Anschlussklemmen 36, 38 eingeführt werden können.FIG. 17 also shows a comb-like part 240 with slots 242 arranged at the spacings of the individual connection terminals 36, 38 of the individual cells and having dimensions which receive the connection terminals. In this way, the comb-like insulating plate 240 may point like the arrows 244 onto which terminals 36, 38 of the cells are plugged to hold them in an ordered arrangement and to ensure that the insertion of the conductive spacers 44 and the insulating spacers 46 in an orderly manner between adjacent terminals 36, 38 can be introduced.
Eine gleichartige Platte kann auch bei dem Batteriemodul gemäß Fig. 2A vorgesehen werden, wobei es hier möglich ist, da die hintere Seite des Kühlmoduls offen ist, die Zellen nach vorne durch die Schlitze 242 der kammartigen Platte hindurch zu schieben wie auch die Platte auf die bereits installierten Zellen aufzuschieben. In Fig. 17 wird die kammartige Platte mit einer mittleren Versteifungsrippe 246 gezeigt. Dies ist allerdings nicht zwingend erforderlich. A similar plate can also be provided in the battery module according to FIG. 2A, it being possible here, since the rear side of the cooling module is open to push the cells forward through the slots 242 of the comb-like plate as well as the plate on the postpone already installed cells. In Fig. 17, the comb-like plate with a central stiffening rib 246 is shown. However, this is not mandatory.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
Kühlmodul Zellen Batteriemodul Kühlplatte Kühlplatte Verbindungsplatte Fach Seitenteile der Verbindungsplatten rohrförmiger Eingang rohrförmiger Ausgang Schlauchtülle Schlauchtülle Verbindungsleitung positiver Anschluss U-förmige Ausnehmung ' kreisförmige Öffnung negativer Anschluss U-förmige Ausnehmung ' kreisförmige Öffnung linke Reihe rechte Reihe leitendes Abstandselement isolierendes Abstandselement Spanneinrichtung Spannbolzen wärmeleitende Platte rechtes Ende der Platte 52 linkes Ende der Platte 52 Nietverbindung 58 isolierende HülseCooling module Cells Battery module Cooling plate Cooling plate Connection plate Tray Fastener side parts Tubular inlet Tubular outlet Barb fitting Barb fitting Positive Conduit connection U-shaped recess 'circular opening Negative connection U-shaped recess' circular opening left row right row conductive spacer insulating spacer clamping device clamping pin thermally conductive plate right end of Plate 52 left end of the plate 52 riveted connection 58 insulating sleeve
60 Ende eines Spannbolzens mit Gewinde60 End of a clamping bolt with thread
62 Mutter62 mother
63 Scheibe63 disc
66 positiver Pol66 positive pole
68 erstes oberes Ende der linken Reihe68 first upper end of the left row
70 negativer Pol70 negative pole
72 zweites unteres Ende der linken Reihe72 second lower end of the left row
74 leitende Platte74 conductive plate
76 Verlängerung76 extension
78 erstes oberes Ende der rechten Reihe78 first upper end of the right row
79 isolierende Platte79 insulating plate
80 Innengewinde des einen Polanschlusses 82 Innengewinde des anderen Polanschlusses80 female thread of one pole terminal 82 female thread of the other pole terminal
84 Abstandselement84 spacer
85 Grundplatte85 base plate
86 Lappen86 rags
88 erster senkrechter Abschnitt der Kühlpassage88 first vertical section of the cooling passage
90 zweiter waagerechter Abschnitt der Kühlpassage90 second horizontal section of the cooling passage
92 dritter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage92 third vertical section of the cooling passage
94 vier waagerechter Abschnitt der Kühlpassage94 four horizontal section of the cooling passage
96 fünfter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage96 fifth vertical section of the cooling passage
98 sechster waagerechter Abschnitt der Kühlpassage98 sixth horizontal section of the cooling passage
99 Rippen99 ribs
100 siebter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage 102 achter waagrechter Abschnitt der Kühlpassage 104 neunter senkrechter Abschnitt der Kühlpassage 106 zehnter waagrechter Abschnitt der Kühlpassage100 seventh vertical section of the cooling passage 102 eighth horizontal section of the cooling passage 104 ninth vertical section of the cooling passage 106 tenth horizontal section of the cooling passage
108 Lappen108 lobes
109 Rippen109 ribs
110 Abschlussblech 111 Gehäuse110 end plate 111 housing
112 untere Hälfte des Gehäuses 114 untere Seite des Gehäuses112 lower half of the housing 114 lower side of the housing
116 Verrippung der Unterseite des Gehäuses116 ribbing the bottom of the case
118 Schaumstoff118 foam
120 Gewindeeinsatz120 threaded insert
122 erste Längsseite der unteren Hälfte des Gehäuses122 first longitudinal side of the lower half of the housing
124 zweite Längsseite der unteren Hälfte des Gehäuses124 second longitudinal side of the lower half of the housing
126 Gewindeeinsatz126 threaded insert
128 obere Hälfte des Gehäuses128 upper half of the housing
130 Vorsprung130 advantage
132 erste Längsseite der oberen Hälfte des Gehäuses132 first longitudinal side of the upper half of the housing
134 Bohrungen134 holes
136 hintere Längsseite der oberen Gehäusehälfte dl 28136 rear longitudinal side of the upper half of the housing dl 28th
138 Bohrungen138 holes
140 Bohrungen140 holes
142 Öffnung142 opening
144 Schraubbohrungen144 screw holes
146 obere Seite des Gehäuses 111146 upper side of the housing 111th
148 Gewindeeinsätze148 thread inserts
150 Kühlkreis150 cooling circuit
152 Verteilerrohr152 manifold
154 Sammelrohr154 manifold
156 Sammelrohr156 manifold
158 paralleler Kühlpfad158 parallel cooling path
160 Hauptleitung160 main line
162 Pumpe162 pump
164 Kühler164 coolers
166 Lüfter166 fans
168 Wärmetauscher168 heat exchangers
170 weiterer Kreislauf 172 Heizung/ Klimaanlage170 more cycles 172 heating / air conditioning
200 Aluminium Block200 aluminum block
202 Durchgangslöcher202 through holes
204 Nickelbeschichtung204 nickel coating
206 obere Seite von 200206 upper side of 200
208 untere Seite von 200208 lower side of 200
210 Aluminium Block210 aluminum block
212 Eloxierschicht212 anodizing layer
214 Bohrungen214 holes
216 Isolationsschicht216 insulation layer
220 Kühlplattenanordnung/ Kühlmodul220 cooling plate arrangement / cooling module
222 rechte Kühlplatte222 right cooling plate
223 rechte Seite von 220223 right side of 220
224 hintere Kühlplatte224 rear cooling plate
225 hintere Seite von 220225 rear side of 220
226 linke Kühlplatte226 left cooling plate
227 linke Seite von 220227 left side of 220
228 Kühlpassagen 230 Sammelpassage 232 Verbindungspassage 240 kammartiges Teil 242 Schlitze228 cooling passages 230 collecting passage 232 connecting passage 240 comb-like part 242 slots
244 Pfeilrichtung244 arrow direction
246 Versteifungsrippe246 stiffening rib
302 Platine für Batterie-Managementsystem302 Board for battery management system
304 Schrauben für Platine 302 304 screws for board 302

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Batteriemodul (14) bestehend aus mehreren aneinander angeschlossenen Zellen (12), die jeweils einen positiven und einen negativen Anschluss (36, 38) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen und mit Aussparungen (37,39) versehenen Anschlüsse (36, 38) in mindestens zwei Reihen (40, 42) derart angeordnet sind, dass die Breitseiten benachbarter flächiger Anschlüsse (36, 38) einer jeweiligen Reihe einander zugewandt sind, dass die Anschlüsse (36, 38) jeder Reihe (40, 42) durch gezielt angeordnete, leitende Abstandselemente (44) und ggf. isolierende Abstandselemente (46) in Abstand zueinander gehalten sind, dass innerhalb des Moduls die Zellen (12) durch gezielte Anordnung ihrer positiven und negativen Anschlüsse (36, 38) in der einen oder der anderen Reihe (40, 42) e- lektrisch in Reihe und/ oder parallel zueinander geschaltet sind und dass die Anschlüsse (36, 38) jeder Reihe sowie die dazwischen angeordneten Abstandselemente durch eine Spanneinrichtung (48) aneinander gepresst sind.1. battery module (14) consisting of a plurality of interconnected cells (12), each having a positive and a negative terminal (36, 38), characterized in that the flat and with recesses (37,39) provided terminals (36, 38) in at least two rows (40, 42) are arranged such that the broad sides of adjacent planar terminals (36, 38) of a respective row facing each other, that the terminals (36, 38) of each row (40, 42) by targeted arranged, conductive spacer elements (44) and optionally insulating spacer elements (46) are kept at a distance from each other, that within the module, the cells (12) by targeted arrangement of their positive and negative terminals (36, 38) in one or the other row (40, 42) e- are electrically connected in series and / or parallel to each other and that the terminals (36, 38) of each row and the spacer elements arranged therebetween by a clamping device (48) aneinande r are pressed.
2. Batteriemodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die flächigen Anschlüsse (36, 38) durch Verlängerungen der Elektroden der Zellen ( 12) gebildet sind und zur aktiven Kühlung der Zellen durch gezielte Wärmeabfuhr von den Zellen ausgelegt und an eine Wärme abführende Kühleinrichtung (52) anschließbar sind.2. Battery module according to claim 1, characterized in that the planar connections (36, 38) are formed by extensions of the electrodes of the cells (12) and designed for active cooling of the cells by targeted heat dissipation from the cells and to a heat dissipating cooling device ( 52) can be connected.
3. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spanneinrichtung (48) durch mindestens einen Spannbolzen (50), bevorzugt durch mindestens einen röhr- förmigen Spannbolzen, für jede Reihe (40, 42) gebildet ist, der optional von einem Kühlfluid durchströmbar ist und mit den Zellanschlüssen der Reihe direkt oder indirekt wärmeleitend angeschlossen ist, beispielsweise indirekt durch eine wärmeleitende Verbindung mit leitenden oder nicht leitenden Abstandselementen (44, 46) oder mit den Anschlüssen (36, 38) direkt.3. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping device (48) by at least one clamping bolt (50), preferably by at least one Röhr- shaped clamping bolt, for each row (40, 42) is formed, which is optionally flowed through by a cooling fluid and is connected directly or indirectly thermally conductive with the cell terminals of the series, for example indirectly by a heat conductive connection with conductive or non-conductive spacer elements (44, 46 ) or with the connections (36, 38) directly.
4. Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbolzen (50) jeweils von einer isolierenden Hülse (58) umgeben sind oder mit einer elektrisch isolierenden, jedoch optional Wärme übertragenden Beschichtung versehen sind.4. Battery module according to claim 3, characterized in that the clamping bolts (50) are each surrounded by an insulating sleeve (58) or provided with an electrically insulating, but optionally heat-transfer coating.
5. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellen (12) zumindest im wesentlichen die Form eines flachen Quaders aufweisen, wobei die positiven und negativen flächigen Anschlüsse (36, 38) jeder Zelle (12) vorzugsweise in einer Ebene oder in jeweiligen Ebenen angeordnet sind, die zu den Breitseiten der quaderförmigen Zelle (12) parallel angeordnet ist bzw. sind.5. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that the cells (12) have at least substantially the shape of a flat cuboid, wherein the positive and negative surface connections (36, 38) of each cell (12) preferably in a plane or are arranged in respective planes, which is or are parallel to the broad sides of the parallelepiped cell (12).
6. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der eine Pol (66) des Batteriemoduls an ein erstes Ende (68) der einen Reihe (40) angeschlossen ist und der andere Pol (70) an das dem genannten ersten Ende entgegengesetzten zweiten Ende (72) der gleichen Reihe (40) angeschlossen und über eine Verlängerung (76) zum dem genannten ersten Ende benachbarten ersten Ende (78) der anderen Reihe (42) geführt ist, damit elektrische Verbindungen zu den beiden Polen (66, 70) an einer gemeinsamen Seite des Batteriemoduls (14) vornehmbar sind. 6. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that the one pole (66) of the battery module to a first end (68) of the one row (40) is connected and the other pole (70) opposite to said first end second end (72) of the same row (40) is connected and via an extension (76) to said first end adjacent first end (78) of the other row (42) is guided so that electrical connections to the two poles (66, 70 ) are on a common side of the battery module (14) vornehmbar.
7. Batteriemodul nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstandselement (46) der anderen Reihe (42) zur Halterung der Verlängerung (76) seitlich der anderen Reihe (42) verlängert ist.7. Battery module according to claim 6, characterized in that a spacer element (46) of the other row (42) for holding the extension (76) laterally of the other row (42) is extended.
8. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die flachen Anschlüsse (36, 38) der Zellen (12) U-förmige oder kreisförmige Ausnehmungen zur Aufnahme von die Spanneinrichtung (48) bildenden Spannbolzen (50) aufweisen.8. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that the flat terminals (36, 38) of the cells (12) have U-shaped or circular recesses for receiving the clamping device (48) forming clamping bolt (50).
9. Batteriemodul insbesondere nach einem der genannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kühlmodul (10) vorgesehen ist, das an ersten und zweiten einander gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls Kühlplatten (16, 18) aufweist sowie mit sich zwischen diesen Seiten erstreckenden wärmeleitenden Verbindungsplatten (20) versehen ist, die zwischen sich die Zellen aufnehmenden Fächer (22) bilden.9. battery module in particular according to one of the preceding claims, characterized in that a cooling module (10) is provided, which has at first and second opposite sides of the battery module cooling plates (16, 18) and extending between these sides with heat-conducting connection plates (20 ), which form between them the cells receiving compartments (22).
10. Batteriemodul nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei insbesondere flache quaderförmige Zellen (12) in jedem Fach (22) angeordnet sind, wobei ggf. jeweils eine Zelle (12') auf der äußeren Seite der äußeren Verbindungsplatten (20) angeordnet werden kann, wodurch jede Zelle (12) auf mindestens einer Seite zu einer Wärme abführenden Verbindungsplatte (20) benachbart angeordnet ist bzw. jede Verbindungsplatte zwischen zwei Zellen angeordnet ist.10. Battery module according to claim 9, characterized in that in each case two in particular flat rectangular cells (12) in each compartment (22) are arranged, optionally arranged in each case one cell (12 ') on the outer side of the outer connecting plates (20) can be, whereby each cell (12) is arranged on at least one side adjacent to a heat dissipating connecting plate (20) or each connection plate between two cells is arranged.
11. Batteriemodul nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die seitlich angeordneten Kühlplatten (16, 18) von einer Kühlflüssigkeit durchströmbar sind, die vorzugsweise schlangenartig o- der parallel durch entsprechende Passagen (88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108) der Platten (16, 18) und ggf. durch eine Verbindungsleitung (34) zwischen den Kühlplatten (16, 18) hindurch gepumpt werden kann.11. Battery module according to claim 9 or 10, characterized in that the laterally arranged cooling plates (16, 18) can be traversed by a cooling liquid, which preferably serpentine o- parallel through corresponding passages (88, 90, 92, 94, 96, 98 , 100, 102, 104, 106, 108) of the plates (16, 18) and optionally by a Connecting line (34) between the cooling plates (16, 18) can be pumped through.
12. Batteriemodul nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schlangenartigen Passagen (88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108) jeweils einen Eingang (26) und einen Ausgang (28) aufweisen, wobei die Eingänge (26) und die Ausgänge (28) auf einer Seite des Batteriemoduls (14) vorgesehen sind, vorzugsweise auf der gleichen Seite wie die Polanschlüsse (80, 82).12. Battery module according to claim 11, characterized in that the serpentine passages (88, 90, 92, 94, 96, 98, 100, 102, 104, 106, 108) each have an input (26) and an output (28) wherein the inputs (26) and the outputs (28) are provided on one side of the battery module (14), preferably on the same side as the pole terminals (80, 82).
13. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zweiteiliges isolierendes Gehäuse (111) aufweist, durch dessen einen Teil (128) die Polanschlüsse (80, 82) und die ggf. vorhandenen Kühlmittelanschlüsse (26, 28) herausgeführt sind.13. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a two-part insulating housing (111) through whose part (128) the pole terminals (80, 82) and the possibly existing coolant connections (26, 28) are led out ,
14. Batteriemodul nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (111) ein Vorspannmittel, wie z. B. Schaumstoffeinlagen (118), auf dessen inneren Seiten aufweist, um die benachbart angeordneten Zellen (12) an die diesen Zellen (12) benachbart angeordneten wärmeleitenden Verbindungsplatten (20) anzudrücken.14. Battery module according to claim 13, characterized in that the housing (111) has a biasing means, such as. B. foam inserts (118), on the inner sides thereof, to the adjacently arranged cells (12) adjacent to these cells (12) arranged heat-conducting connection plates (20) press.
15. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) ferner eine Anschlussstelle für ein Batteriemanagementsystem aufweist, vorzugsweise an der gleichen Seite des Gehäuses wie die Polanschlüsse (80, 82) und die Kühlmittelanschlüsse (26, 28).15. Battery module according to one of claims 13 or 14, characterized in that the housing (11) further comprises a connection point for a battery management system, preferably on the same side of the housing as the pole terminals (80, 82) and the coolant connections (26, 28 ).
16. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik zur Überwachung und Anpas- sung der elektrischen und thermischen Zellparameter auf der Seite des Batteriemoduls an der die Spanneinrichtung (48) angebracht ist und die Parameter direkt an den Abstandselementen (44, 46) durch Kontaktierung z.B. über Federkraft oder Schraubkontakte erfasst werden.16. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that an electronics for monitoring and adjusting solution of the electrical and thermal cell parameters on the side of the battery module to which the clamping device (48) is mounted and the parameters are detected directly on the spacer elements (44, 46) by contacting eg via spring force or screw contacts.
17. Batteriemodulsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere Kühlplatte (224) die zwei genannten seitlich angeordneten Kühlplatten (222, 226) verbindet und dass mehrere Kühlpassagen (228) von einem gemeinsamen Eingang (30, 26) auf der einen Seite (227) des Batteriemoduls über die weitere Kühlplatte (224) zu einem gemeinsamen Ausgang (28, 32) auf der gegenüberliegenden Seite (223) des Batteriemoduls parallel geführt sind.17. Battery module system according to claim 9, characterized in that a further cooling plate (224) connects the two said laterally arranged cooling plates (222, 226) and that a plurality of cooling passages (228) from a common input (30, 26) on one side ( 227) of the battery module via the further cooling plate (224) are guided in parallel to a common output (28, 32) on the opposite side (223) of the battery module.
18. Batteriemodul nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der gemeinsame Eingang (30, 26) und der gemeinsame Ausgang (28, 32) an der Vorderseite des Batteriemoduls zumindest im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Vorderseite des Batteriemoduls, in der die positiven und negativen Anschlüsse (36, 38) der Batteriezellen angeordnet sind, liegt und die weitere Kühlplatte (224), die vorzugsweise integral mit den beiden an den sich gegenüberliegenden Seiten des Batteriemoduls angeordneten Kühlplatten (222 und 226) ist, auf der Rückseite (225) des Batteriemoduls angeordnet ist.18. Battery module according to claim 17, characterized in that the common input (30, 26) and the common output (28, 32) at the front of the battery module at least substantially in the same plane as the front of the battery module, in which the positive and negative terminals (36, 38) of the battery cells are located, and the further cooling plate (224), which is preferably integral with the two arranged on the opposite sides of the battery module cooling plates (222 and 226), on the back (225) the battery module is arranged.
19. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die leitenden Abstandselemente (44) als auch die isolierenden Abstandselemente (46) aus Metall bestehen und die isolierenden Abstandselemente (46) an ihrer Oberfläche bzw. an leitenden Teilen anliegende Oberflächenbereiche mit einer Isolierung (212, 216) versehen sind. 19. Battery module according to one of the preceding claims, characterized in that both the conductive spacer elements (44) and the insulating spacer elements (46) consist of metal and the insulating spacer elements (46) on its surface or on conductive parts adjacent surface areas with a Insulation (212, 216) are provided.
20. Batteriemodul nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannbolzen (50) und die Abstandselemente (44, 46) aus dem gleichen Metall oder aus Metallen mit vergleichbaren Wärmedehnungskoeffizienten bestehen.20. Battery module according to claim 19, characterized in that the clamping bolt (50) and the spacer elements (44, 46) consist of the same metal or metals with comparable coefficients of thermal expansion.
21. Batteriemodul nach Anspruch 19 oder Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (44. 46) aus Aluminium bestehen.21. Battery module according to claim 19 or claim 20, characterized in that the spacer elements (44. 46) consist of aluminum.
22. Batteriemodul nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die leitenden Abstandselemente (44) mit einer leitenden Beschichtung, beispielsweise aus Nickel, versehen sind und die isolierenden Abstandselemente (46) mit einer isolierenden Beschichtung (212, 216), beispielsweise einer eloxierten Schicht (212) und/oder einer organischen oder anorganischen isolierenden Schicht (216), versehen sind. 22. Battery module according to claim 21, characterized in that the conductive spacer elements (44) are provided with a conductive coating, for example made of nickel, and the insulating spacer elements (46) with an insulating coating (212, 216), for example an anodized layer ( 212) and / or an organic or inorganic insulating layer (216).
EP10715718A 2009-04-24 2010-04-23 Battery module Withdrawn EP2422386A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE200910018787 DE102009018787A1 (en) 2009-04-24 2009-04-24 battery module
PCT/EP2010/002524 WO2010121831A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Battery module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2422386A1 true EP2422386A1 (en) 2012-02-29

Family

ID=42289360

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10718075A Withdrawn EP2422387A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Cooling module
EP10715718A Withdrawn EP2422386A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Battery module
EP10719259A Withdrawn EP2422388A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Battery management system

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10718075A Withdrawn EP2422387A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Cooling module

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP10719259A Withdrawn EP2422388A1 (en) 2009-04-24 2010-04-23 Battery management system

Country Status (4)

Country Link
US (2) US20120183823A1 (en)
EP (3) EP2422387A1 (en)
DE (1) DE102009018787A1 (en)
WO (3) WO2010121831A1 (en)

Families Citing this family (117)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102009018787A1 (en) 2009-04-24 2010-10-28 Akasol Engineering Gmbh battery module
DE102010018040A1 (en) 2010-04-23 2011-11-03 Akasol Engineering Gmbh Cooling module manufacturing method for lithium-ion battery, involves forming set of groove cooling passages at pressed metal part, and extending cooling passages from input regions to output regions
DE102010026634A1 (en) 2010-07-09 2012-01-12 Akasol Engineering Gmbh Female hose connector for soldering and/or bonding into cavity formed at joint portion of metal sheets, has projection having similar sectional shape and size as that of the triangular grooves formed at joint portion of metal sheet
CA2810065C (en) 2010-09-02 2018-09-04 Akasol Engineering Gmbh Cooling module and method for the manufacture of a cooling module
US20130063893A1 (en) * 2010-09-06 2013-03-14 Volvo Construction Equipment Ab Energy repository discharge system for construction machinery
EP2618455B8 (en) * 2010-09-14 2018-04-18 Murata Manufacturing Co., Ltd. Group of charge-storage units, charger, electronic device, electrically driven vehicle, method for charging and method for discharging group of charge-storage units
DE102011111930A1 (en) 2010-09-23 2013-02-28 Akasol Engineering Gmbh Battery module i.e. lithium ion battery module, for use in vehicle, has clamping unit for surrounding cells and opposite wall parts and serving for cohesion of structure with cases, battery cells and opposite wall parts
DE102011016799A1 (en) 2010-09-23 2012-03-29 Akasol Engineering Gmbh Housing for lithium-ion battery module of motor car, has two housing portions formed in U-shape, positionable together for formation of hexagonal housing and sealable against each other by sealing agent
WO2012086951A1 (en) * 2010-12-20 2012-06-28 주식회사 엘지화학 Method and system for cooling lithium secondary batteries
DE102011000572A1 (en) * 2011-02-09 2012-08-09 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery i.e. traction battery, for use in e.g. hybrid vehicle, has cooling device for cooling battery cells and comprising cooling machine and capacitor circuit, where cooling machine is arranged in cooling module
US10367239B1 (en) * 2011-03-31 2019-07-30 Elite Power Holdings Llc Integral battery temperature control system
DE102011016048A1 (en) * 2011-04-04 2012-10-04 Li-Tec Battery Gmbh Energy storage device with a tempering device
WO2011103833A2 (en) * 2011-04-18 2011-09-01 华为终端有限公司 Battery, battery component and subscriber equipment
DE102011107607A1 (en) * 2011-06-30 2013-01-03 Valeo Klimasysteme Gmbh Cooling device for a vehicle battery, vehicle battery and method for producing a cooling device
DE102011078897A1 (en) * 2011-07-08 2013-01-10 Behr Gmbh & Co. Kg Temperature control device for controlling the temperature of a battery and method for producing a temperature control device
DE102011111229A1 (en) * 2011-08-20 2013-02-21 GEDIA Gebrüder Dingerkus GmbH Battery enclosure for electric and hybrid vehicles
DE102011084660B4 (en) * 2011-10-18 2018-02-15 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Device for power supply
JP2013107420A (en) * 2011-11-17 2013-06-06 Toyota Motor Corp Cooling system for vehicular battery
US9255741B2 (en) * 2012-01-26 2016-02-09 Lear Corporation Cooled electric assembly
JP5834975B2 (en) * 2012-02-02 2015-12-24 日産自動車株式会社 Electrical device module
US10263300B2 (en) * 2012-02-08 2019-04-16 A123 Systems Llc Battery pack including fluid resistant over mold
DE102012213273B4 (en) * 2012-07-27 2021-08-05 Hydac Technology Gmbh Energy storage device
WO2014050660A1 (en) * 2012-09-25 2014-04-03 日本碍子株式会社 Power storage device
EP2744033B1 (en) * 2012-12-07 2015-02-18 Obrist Powertrain GmbH Battery
DE102013002341A1 (en) * 2013-02-09 2014-08-14 Volkswagen Aktiengesellschaft Device for electrically conductive connection of cell controller with storage cells of battery module of e.g. electric car, has measuring taps arranged in terminals according circuit configuration of cells
WO2014142865A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Support member
JP6055090B2 (en) 2013-05-17 2016-12-27 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント Electronics
JP6140818B2 (en) * 2013-05-17 2017-05-31 株式会社ソニー・インタラクティブエンタテインメント Electronic device and manufacturing method thereof
KR101711983B1 (en) * 2013-09-16 2017-03-08 삼성에스디아이 주식회사 Rechargeable battery
DE102013221139B4 (en) * 2013-10-17 2021-11-25 Volkswagen Aktiengesellschaft Battery with a plurality of battery cells which have diverter elements bent around an edge of a frame
DE102013113797A1 (en) 2013-12-10 2015-06-11 Akasol Gmbh Floor element, side part and cooling module and method for producing a cooling module
DE102013113799A1 (en) 2013-12-10 2015-06-11 Akasol Gmbh battery module
US9515357B2 (en) * 2014-01-15 2016-12-06 Ford Global Technologies, Llc Battery thermal management system for electrified vehicle
DE102014200877A1 (en) * 2014-01-20 2015-07-23 Robert Bosch Gmbh Module carrier for battery cells and method for the production of the module carrier as well as battery module, battery pack, battery and battery system
CN104795527B (en) * 2014-01-21 2018-07-17 微宏动力系统(湖州)有限公司 Battery module
US9972815B2 (en) 2014-02-05 2018-05-15 Ford Global Technologies, Llc Traction battery spacer with retention element
EP2916366B1 (en) 2014-03-05 2018-01-31 Volvo Car Corporation Energy storage enclosure
DE102014204473A1 (en) 2014-03-11 2015-09-17 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. DEVICE AND METHOD FOR RESOLUTION OF A BATTERY MANAGEMENT SYSTEM
US10020475B2 (en) 2014-06-04 2018-07-10 Ford Global Technologies, Llc Battery assembly reinforcement member
US9666844B2 (en) 2014-08-26 2017-05-30 Ford Global Technologies, Llc Support structure for angled battery cell configuration for a traction battery assembly
KR102257795B1 (en) * 2014-08-29 2021-05-28 한온시스템 주식회사 Electric compressor
US10211443B2 (en) 2014-09-10 2019-02-19 Cellink Corporation Battery interconnects
US9147875B1 (en) * 2014-09-10 2015-09-29 Cellink Corporation Interconnect for battery packs
KR101829093B1 (en) * 2014-10-22 2018-03-29 주식회사 엘지화학 Cooling air flow control system and method for battery system
DE102014018538A1 (en) 2014-12-12 2016-06-16 Man Truck & Bus Ag Commercial vehicle with a traction battery
DE102015001050A1 (en) 2015-01-29 2016-08-04 Man Truck & Bus Ag Method and device for controlling and / or regulating at least one operating parameter of the electrical energy store influencing an aging state of an electrical energy store
DE102015001069A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Man Truck & Bus Ag Method and device for temperature-dependent current limitation of an energy storage device for electrical energy
US9466777B2 (en) 2015-02-03 2016-10-11 Cellink Corporation Systems and methods for combined thermal and electrical energy transfer
US9696782B2 (en) 2015-02-09 2017-07-04 Microsoft Technology Licensing, Llc Battery parameter-based power management for suppressing power spikes
US10158148B2 (en) 2015-02-18 2018-12-18 Microsoft Technology Licensing, Llc Dynamically changing internal state of a battery
US9748765B2 (en) 2015-02-26 2017-08-29 Microsoft Technology Licensing, Llc Load allocation for multi-battery devices
DE102015207666A1 (en) * 2015-04-27 2016-10-27 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Battery module and high-voltage storage
DE102015210036A1 (en) * 2015-06-01 2016-12-01 Robert Bosch Gmbh Comb structure for electrically conductive connection
EP3329534A4 (en) 2015-07-31 2019-01-16 SynCells, Inc. Portable and modular energy storage for multiple applications and electric vehicles
US10147984B2 (en) 2015-07-31 2018-12-04 SynCells, Inc. Portable and modular energy storage for multiple applications
US9939862B2 (en) 2015-11-13 2018-04-10 Microsoft Technology Licensing, Llc Latency-based energy storage device selection
US10061366B2 (en) * 2015-11-17 2018-08-28 Microsoft Technology Licensing, Llc Schedule-based energy storage device selection
CN106785181A (en) * 2015-11-20 2017-05-31 哈尔滨智明科技有限公司 A kind of temprature control method of power battery module
KR102259414B1 (en) 2015-11-20 2021-06-01 주식회사 엘지에너지솔루션 Heat sink and battery module including the same
CN106785183B (en) * 2015-11-24 2020-08-25 比亚迪股份有限公司 Power battery package and electric automobile
US9793570B2 (en) 2015-12-04 2017-10-17 Microsoft Technology Licensing, Llc Shared electrode battery
LU92932B1 (en) * 2015-12-24 2017-07-21 Iee Sa Flat Built Temperature Control Unit for Battery Temperature Monitoring
DE102016201405A1 (en) * 2016-01-29 2017-08-03 Mahle International Gmbh heat exchanger plate
CN107026249A (en) * 2016-02-02 2017-08-08 北京长城华冠汽车科技股份有限公司 Battery module casing and automobile
DE102016001145A1 (en) * 2016-02-02 2017-08-03 Audi Ag Motor vehicle battery
US10170741B2 (en) * 2016-02-05 2019-01-01 Ematrix Energy Systems, Inc. Expandable battery module
DE102016009212A1 (en) * 2016-08-01 2018-02-01 Audi Ag Battery module and battery
EP3291358A1 (en) 2016-08-31 2018-03-07 Akasol GmbH Battery module assembly and cooling plate for use in a battery module assembly
DE102016118753A1 (en) * 2016-10-04 2018-04-05 Johnson Controls Advanced Power Solutions Gmbh ENERGY STORAGE SYSTEM
CN108075066B (en) * 2016-11-18 2019-11-08 比亚迪股份有限公司 Power battery collet and power battery module
WO2018105957A1 (en) 2016-12-05 2018-06-14 삼성에스디아이 주식회사 Attachable/detachable battery component carrier, battery system comprising attachable/detachable battery component carrier, and automobile comprising battery system
CN110235274A (en) 2016-12-05 2019-09-13 三星Sdi株式会社 Removable battery component carrier, the battery system including removable battery component carrier and including the vehicle of battery system
EP3493292B1 (en) * 2017-12-04 2023-03-29 Samsung SDI Co., Ltd. Battery system including removable battery component carriers and vehicle including the battery system
US10063068B1 (en) * 2017-04-11 2018-08-28 Lg Chem, Ltd. Battery system
DE102017207966A1 (en) * 2017-05-11 2018-11-15 Mahle International Gmbh Energy storage device
DE102017208617A1 (en) * 2017-05-22 2018-11-22 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energy storage housing with a cooling connection, energy storage and motor vehicle with such
US11125461B2 (en) 2017-06-13 2021-09-21 Gerard O'Hora Smart vent system with local and central control
US10203738B2 (en) 2017-06-13 2019-02-12 SynCells, Inc. Energy virtualization layer for commercial and residential installations
US11271766B2 (en) 2017-06-13 2022-03-08 SynCells, Inc. Energy virtualization layer with a universal smart gateway
US11394573B2 (en) 2017-06-13 2022-07-19 SynCells, Inc. Energy virtualization layer with a universal smart gateway
DE102017115631A1 (en) * 2017-07-12 2019-04-11 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Device for charging at least one battery
JP6470804B1 (en) * 2017-08-31 2019-02-13 株式会社ソフトエナジーコントロールズ Multi-channel charge / discharge power supply with contact function
US20190088978A1 (en) * 2017-09-15 2019-03-21 Dyson Technology Limited Continuous manufacturing of stacked electrochemical device with polymer interlayer
KR20190032843A (en) * 2017-09-20 2019-03-28 에스케이이노베이션 주식회사 Battery Module for Secondary Battery and Battery Pack having the Same
KR102258172B1 (en) * 2017-09-29 2021-05-28 주식회사 엘지에너지솔루션 Battery module and battery pack including the same
CN111511601A (en) 2017-10-20 2020-08-07 新塞尔斯有限公司 Robot for rotating energy source unit in vehicle
KR102397774B1 (en) * 2017-11-14 2022-05-13 주식회사 엘지에너지솔루션 Battery module and battery pack having the same
DE102017223438A1 (en) * 2017-12-20 2019-06-27 Lion Smart Gmbh Battery device for an electrically driven vehicle
CN108258161A (en) * 2018-01-02 2018-07-06 苏州安靠电源有限公司 The cold battery case of liquid and its preparation method, box type battery
WO2019187042A1 (en) * 2018-03-30 2019-10-03 株式会社エンビジョンAescジャパン Battery stack forming device and battery stack forming method
US11217847B2 (en) * 2018-04-27 2022-01-04 Ford Global Technologies, Llc Polymer-based enclosure assemblies for electrified vehicle battery packs
TWI791520B (en) * 2018-05-04 2023-02-11 南韓商Lg新能源股份有限公司 Battery pack assembly
US10873116B2 (en) * 2018-05-18 2020-12-22 Lee Fei Chen Charging device having thermoelectric module
US11125776B2 (en) * 2018-07-06 2021-09-21 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Short circuit inspection method for all-solid-state battery assembly, restraint jig used therefor, kit for short circuit inspection, and method for manufacturing all-solid-state battery
DE112019005758T5 (en) * 2018-11-16 2021-07-29 Gs Yuasa International Ltd. Administrative device, administrative procedure and vehicle
CN111312940A (en) * 2018-12-12 2020-06-19 湖南中车时代电动汽车股份有限公司 Device based on battery package thermal design
DE102018221500A1 (en) 2018-12-12 2020-06-18 Robert Bosch Gmbh Housing designed to accommodate a plurality of battery cells
DE102018221988A1 (en) * 2018-12-17 2020-06-18 Audi Ag Battery housing for receiving a battery module, battery module arrangement, motor vehicle and method for introducing a heat-conducting element into a battery housing
CN209183604U (en) * 2018-12-27 2019-07-30 宁德时代新能源科技股份有限公司 Battery case
CN117673547A (en) * 2019-01-11 2024-03-08 王宁豪 Independent liquid cooling power battery of new energy automobile
US20200313249A1 (en) * 2019-03-31 2020-10-01 Ruichen Zhao Systems and Applications Based on Modular Battery Packs
DE102019109812B3 (en) * 2019-04-12 2020-06-10 Airbus Defence and Space GmbH Cooling element, device and method for cooling battery cells, in particular for pouch cells, and battery pack
DE102019119763A1 (en) 2019-07-22 2021-01-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Method for treating a battery of a parked motor vehicle and motor vehicle
CN111564675B (en) * 2020-04-15 2022-08-02 吉利汽车研究院(宁波)有限公司 Battery thermal management system based on heat pipe and liquid cooling device
FR3113193B1 (en) * 2020-07-30 2022-11-25 Faurecia Systemes Dechappement Electric battery and associated vehicle
DE102020121205A1 (en) * 2020-08-12 2022-02-17 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Battery case for a motor vehicle battery
US20220085433A1 (en) * 2020-09-16 2022-03-17 Dana Automotive Systems Group, Llc Assembly with electrical connection through elastomeric gasket
CN112201889A (en) * 2020-10-15 2021-01-08 中国第一汽车股份有限公司 Casing, battery module, battery assembly and electric motor car
DE102020213244A1 (en) 2020-10-20 2022-04-21 Volkswagen Aktiengesellschaft Cell arrangement for a high-voltage battery, in particular a cell pack or cell module
FI20215114A1 (en) 2021-02-03 2022-08-04 Aurora Powertrains Oy Thermal management of a battery module and of a battery pack
JP2024512188A (en) 2021-03-24 2024-03-19 セルリンク コーポレーション Multilayer flexible battery interconnection and its manufacturing method
DE102021107627B3 (en) 2021-03-26 2022-02-03 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Electrical energy store for a motor vehicle and motor vehicle
US20220328921A1 (en) * 2021-04-08 2022-10-13 Aurora Flight Sciences Corporation, a subsidiary of The Boeing Company Batteries, battery components, and related methods and apparatus for mitigating a thermal runaway event of a battery
DE102021114360A1 (en) 2021-06-02 2022-12-08 Man Truck & Bus Se Energy storage device comprising cooling device and tensioning device
DE102021118249A1 (en) * 2021-07-14 2023-01-19 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Device for cooling battery cells of a traction battery of a motor vehicle and traction battery
AT525652B1 (en) * 2022-01-20 2023-06-15 Avl List Gmbh Battery cell test unit and battery cell test system
AT526139B1 (en) * 2022-03-21 2024-03-15 Avl List Gmbh Temperature control system

Family Cites Families (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB388026A (en) 1931-08-14 1933-02-14 Henry Charles Jenkins Improvements in and relating to electric batteries
JPS57188855A (en) * 1981-04-21 1982-11-19 Kobe Steel Ltd Radiator for semiconductor element
US4396689A (en) * 1981-06-01 1983-08-02 Exxon Research And Engineering Co. Separator-spacer for electrochemical systems
US5674641A (en) * 1992-10-29 1997-10-07 Valence Technology, Inc. Battery module and method of making a battery
JP3451142B2 (en) * 1994-11-18 2003-09-29 本田技研工業株式会社 Battery assembly with temperature control mechanism
US5641587A (en) * 1995-12-15 1997-06-24 Compaq Computer Corporation Battery pack with a monitoring circuit for a known system
US6002240A (en) * 1997-12-12 1999-12-14 Dell Usa, L.P. Self heating of batteries at low temperatures
DE19810746B4 (en) 1998-03-12 2008-10-16 Varta Automotive Systems Gmbh Circuit board with a circuit for monitoring a multi-cell accumulator battery
US7264901B2 (en) 1998-08-23 2007-09-04 Ovonic Battery Company, Inc. Monoblock battery
JP2001297740A (en) 2000-04-12 2001-10-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd Mounting frame of battery module and mounting method of battery module using same
JP3572404B2 (en) * 2002-03-04 2004-10-06 日産自動車株式会社 Battery pack
US7241530B2 (en) * 2002-07-23 2007-07-10 Nissan Motor Co., Ltd. Module battery
JP3594023B2 (en) * 2002-07-30 2004-11-24 日産自動車株式会社 Battery module
US6733919B1 (en) * 2002-12-20 2004-05-11 Motorola, Inc. Battery spacer and circuit board mounting apparatus
US20050026014A1 (en) * 2003-07-31 2005-02-03 Michael Fogaing Polymer batteries having thermal exchange apparatus
JP3972884B2 (en) 2003-10-10 2007-09-05 日産自動車株式会社 Assembled battery
EP1530247A3 (en) * 2003-10-10 2005-05-18 Nissan Motor Co., Ltd. Battery comprising a stack of unit cells and method of making the same
US7547487B1 (en) 2004-05-18 2009-06-16 Ovonic Battery Company, Inc. Multi-cell battery assembly
KR100860454B1 (en) * 2004-10-08 2008-09-25 주식회사 엘지화학 Secondary battery module
JP4652416B2 (en) * 2004-12-24 2011-03-16 エルジー・ケム・リミテッド Secondary battery module
KR100876458B1 (en) * 2004-12-24 2008-12-29 주식회사 엘지화학 Battery cartridge of novel structure and open battery module containing it
KR100762086B1 (en) * 2005-01-14 2007-10-01 주식회사 엘지화학 Apparatus and method for bucking battery
KR20060102851A (en) * 2005-03-25 2006-09-28 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module
JP4992244B2 (en) * 2005-04-07 2012-08-08 日産自動車株式会社 Battery module and battery pack
KR100880388B1 (en) * 2005-04-20 2009-01-23 주식회사 엘지화학 Housing Member For Battery Module
DE102005031504A1 (en) 2005-07-06 2007-01-11 Daimlerchrysler Ag Prismatic battery of several single cells
KR100684763B1 (en) * 2005-07-29 2007-02-20 삼성에스디아이 주식회사 Secondary battery module and connector
JP2007048750A (en) * 2005-08-10 2007-02-22 Samsung Sdi Co Ltd Battery module
US8026698B2 (en) * 2006-02-09 2011-09-27 Scheucher Karl F Scalable intelligent power supply system and method
JP4839955B2 (en) * 2006-05-11 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 Battery pack and vehicle
JP4569534B2 (en) * 2006-07-19 2010-10-27 トヨタ自動車株式会社 Assembled battery
JP5259602B2 (en) * 2006-09-25 2013-08-07 エルジー・ケム・リミテッド Cell module cartridge and medium-to-large battery module including the same
US20080193830A1 (en) * 2006-10-13 2008-08-14 Enerdel, Inc. Battery assembly with temperature control device
DE102006061270B4 (en) 2006-12-22 2021-10-14 Robert Bosch Gmbh Battery pack and battery module
US8084154B2 (en) * 2007-02-08 2011-12-27 Karl Frederick Scheucher Battery pack safety and thermal management apparatus and method
WO2008099609A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-21 Kawasaki Jukogyo Kabushiki Kaisha Cell and its heat transfer structure
DE102007017980A1 (en) * 2007-04-05 2008-10-16 Andreas Stihl Ag & Co. Kg Energy storage unit, implement, charger and work kit for landscaping
JP2009021048A (en) * 2007-07-10 2009-01-29 Panasonic Corp Power supply module
US8409743B2 (en) * 2007-11-28 2013-04-02 Sanyo Electric Co., Ltd. Battery system with battery cells arranged in array alignment
US8092936B2 (en) * 2007-12-25 2012-01-10 Byd Co. Ltd. Electrochemical cell having a coiled core
US20090197160A1 (en) * 2008-01-31 2009-08-06 Sanyo Electric Co., Ltd. Stack type battery
JP2011526228A (en) * 2008-06-27 2011-10-06 プロテラ インコーポレイテッド Vehicle battery system and method
US8067111B2 (en) * 2008-06-30 2011-11-29 Lg Chem, Ltd. Battery module having battery cell assembly with heat exchanger
US8153290B2 (en) * 2008-10-28 2012-04-10 Tesla Motors, Inc. Heat dissipation for large battery packs
US20100104927A1 (en) * 2008-10-29 2010-04-29 Scott Albright Temperature-controlled battery configuration
US7819700B2 (en) * 2008-12-09 2010-10-26 Delphi Technologies, Inc. Terminal connection apparatus for battery cells having foil terminals
US8361644B2 (en) * 2009-02-26 2013-01-29 Magna Electronics Inc. Battery module composed of flexible battery cells and cell interconnect structure therefor
DE102009018787A1 (en) 2009-04-24 2010-10-28 Akasol Engineering Gmbh battery module
KR20120060820A (en) * 2009-09-01 2012-06-12 보스톤-파워, 인크. Large scale battery systems and method of assembly

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2010121831A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
DE102009018787A1 (en) 2010-10-28
WO2010121832A1 (en) 2010-10-28
EP2422387A1 (en) 2012-02-29
WO2010121829A1 (en) 2010-10-28
EP2422388A1 (en) 2012-02-29
US20120188714A1 (en) 2012-07-26
US20120183823A1 (en) 2012-07-19
WO2010121831A1 (en) 2010-10-28
US8830676B2 (en) 2014-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2422386A1 (en) Battery module
EP2380223B1 (en) Rechargeable battery having a heat transport device for heating and/or cooling the battery
DE102011109484B4 (en) Thermal regulation system for one set of batteries
DE102018130558A1 (en) BATTERY BACKPLANE ASSEMBLY WITH INTEGRATED BUSBAR CONNECTIONS AND HEAT MANAGEMENT FUNCTIONS
EP2153487B1 (en) Electrochemical energy storage unit comprising a cooling device
DE102009015351B4 (en) Cooling arrangement for a storage cell arrangement for a vehicle
EP2532044B1 (en) Battery system and method for heating the battery system
DE102011007069B4 (en) Electrical energy store with a plurality of cells and at least one cooling element arranged between the cells and its use
EP2854212A1 (en) Heating and cooling device for a battery
EP2854211A1 (en) Heating and cooling device for a battery
WO2008106946A2 (en) Power storage cell with heat conducting plate
DE102015202563A1 (en) TRACTION BATTERY HEATING PLATE WITH LENGTH CHANNEL CONFIGURATION
DE102011084536B4 (en) Cooling device for an electrical energy storage and energy storage device
DE102007050400A1 (en) Device for electronic energy storage
DE102008034875A1 (en) Battery i.e. lithium-ion-battery, for use in vehicle e.g. vehicle with hybrid drive, has cooling device that is arranged on pole side of single cells, where cooling device comprises cooling plate and transfer plate
DE102011107075B4 (en) battery module
DE102008059954A1 (en) Battery for use in e.g. hybrid vehicle, has cooling device including heat exchanger with meandering-type molded cooling pipe, where planar side of upper surfaces of meander of pipe lies at surface of cooling plate
DE102015203146A1 (en) Traction battery heat conduction plate with multi-flow channel configuration
DE202008012599U1 (en) battery module
WO2017021018A1 (en) Traction battery for a motor vehicle, comprising a cooling device
DE102010021811A1 (en) Cooling system for battery modules in electric vehicle, has cooling medium guiding element comprising heat conducting material and planar portions, where planar portions are formed in heat conducting contact with single cells
WO2016037763A1 (en) Temperature control apparatus for the temperature control of an electrical power supply unit
DE102012200400A1 (en) Electrical energy storage e.g. lithium ion battery, and cooling device combined arrangement for commercial vehicle, has cooling bags attached to cells, where cooling bags are connected with coolant supply of cooling device
DE102018100394A1 (en) battery module
WO2012031811A1 (en) Battery system

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20111121

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK SM TR

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120904

RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: AKASOL GMBH

GRAP Despatch of communication of intention to grant a patent

Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1

RIC1 Information provided on ipc code assigned before grant

Ipc: H01M 10/60 20140101AFI20160506BHEP

INTG Intention to grant announced

Effective date: 20160602

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20161013