EP3747069A1 - Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls - Google Patents

Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls

Info

Publication number
EP3747069A1
EP3747069A1 EP19702569.5A EP19702569A EP3747069A1 EP 3747069 A1 EP3747069 A1 EP 3747069A1 EP 19702569 A EP19702569 A EP 19702569A EP 3747069 A1 EP3747069 A1 EP 3747069A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy storage
storage cells
storage module
cooling
cells
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.)
Pending
Application number
EP19702569.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Achim Fedyna
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.)
Huber Automotive AG
Original Assignee
Stoba E Systems 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 Stoba E Systems GmbH filed Critical Stoba E Systems GmbH
Publication of EP3747069A1 publication Critical patent/EP3747069A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/656—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by the type of heat-exchange fluid
    • H01M10/6561—Gases
    • H01M10/6563—Gases with forced flow, e.g. by blowers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/51—Connection only in series
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • Energy storage module with connected via uninsulated conductor pieces energy storage cells and / or adesvstem, Enerqie Eatblock and
  • the invention relates to a device for integrating energy storage cells for forming a battery and electronic components in an energy storage module, a device for combining a plurality of energy storage cells into one
  • Energy storage block as well as a device and a method for cooling the batteries.
  • the invention relates to an energy storage module for a
  • Vehicle drive system for power supply one, for example, as
  • Generator usable electric motor in a vehicle on the one hand, such as a land, water or airborne vehicle, such as a car, a truck, a train, a ship or an aircraft, or for powering an aggregate on the other hand, such as a pump or a generator, wherein a plurality of individual energy storage cells to a battery, for example.
  • a vehicle on the one hand such as a land, water or airborne vehicle, such as a car, a truck, a train, a ship or an aircraft, or for powering an aggregate on the other hand, such as a pump or a generator, wherein a plurality of individual energy storage cells to a battery, for example.
  • the energy storage cells preferably all energy storage cells are electrically connected to a plurality of interconnection boards, the interconnection boards for contacting at least one electronic board, possibly with an integrated battery management system (BMS), prepared / designed.
  • BMS battery management system
  • DE 11 2014 004 708 T5 discloses an energy storage module in which a plurality of rectangular energy storage devices, one each
  • Energy storage devices are housed in a housing and are constructed so that they are connected to each other, wherein the plurality of
  • Energy storage devices are strung in a predetermined arrangement direction, and are bonded together in a lined state, and wherein thicknesses of areas on bonded sides of the housings are smaller than thicknesses of areas on non-bonded sides.
  • Battery Management System is an electronic circuit which serves to monitor and control an array of rechargeable energy storage cells and provides the necessary energy storage cell equalization. To ensure safe operation of these batteries, such batteries
  • BMS Battery Management System
  • DE 20 2010 017 685 U1 discloses a connecting element for connecting cells of an electrical energy storage module, wherein the connecting element has a first contact portion, a second contact portion and a central portion, wherein the two contact portions and the
  • Central portion made of electrically conductive metal and wherein the central portion between the first contact portion and the second contact portion is arranged and the two contact portions mechanically and electrically interconnected.
  • a melting zone is formed in the middle section, which interrupts the electrical connection between the two contact sections in the case of melting, namely when an electrical current flowing through the connecting element significantly exceeds a predetermined rated current.
  • DE 11 2015 004 307 T5 discloses an energy storage module having a pair of end plates for clamping a plurality of secondary cells parallel to one another Direction are arranged with a first and second cover member, which are fixed to an end plate of the pair of end plates, wherein the first and second cover member of the upper surface of a shell are arranged facing, wherein an electrode terminal is provided on the upper surface.
  • WO 2007/033651 A1 discloses an energy storage package which has a plurality of energy storage cells and at least two carrier units, wherein the
  • Energy storage cells are arranged between the carrier units.
  • a weight-minimized and space-efficient unit In connection with the drive of a vehicle, a weight-minimized and space-efficient unit is to be made available, which is also universally applicable.
  • the object of the invention is in a generic device
  • Energy storage cell is realized with the connection boards via at least one, preferably completely, uninsulated conductor piece. Isolation can be eliminated and, by judicious choice of joint location, "small cross-sectional" connectors (i.e., small cross-section connectors) can be used. In this way, can be dispensed with the weight-intensive use of insulated cable and eliminates the relatively expensive use of plugs and plug receptacles.
  • connection boards used in the energy storage module which are expediently arranged above and below the energy storage cells, it is on the one hand enables several energy storage cells to be electrically connected to one another.
  • Advantageous embodiments are claimed in the subclaims and are explained in more detail below.
  • the conductor piece is designed as a wire or ribbon and / or that the conductor piece is resilient or resetting
  • Energy storage cell poles by means of wires to wire together, be dispensed with.
  • the contact is not lost due to the inertial forces in a blow from the outside, as this is the spring following the shock setback and the energy storage cell after each movement back in the original situation is traced back.
  • the conductor piece is designed as a wire or ribbon, there is no freedom of movement between the energy storage cell and the connection boards. A shock from the outside on the energy storage module then leads here to no loss of contact, because the shock-related shift of
  • Energy storage cell ends in its initial position.
  • the conductor piece extends from one side facing the energy storage cell through the connection board or past it to a side of the connection board facing away from the energy storage cell or if the conductor piece only extends away from the energy storage cell up to the one of the energy storage cell
  • one end of the conductor piece is always fixed to one end of each energy storage cell and the other end of the conductor piece is fixed either on the surface of the connection board facing away from the energy storage cells or on the surface of the connection board facing the energy storage cells.
  • Energy storage module yield and a proper electrical contact allow, but are optimized for different uses. In both cases advantageously the conductor pieces do not have to be crossed, which would otherwise require more space and a necessary insulation of the conductor pieces by itself.
  • connection boards centered to each energy storage cell in the respective interconnect through-holes such as holes, in particular holes have to pass through the conductor piece, a simple and space-saving processing of the energy storage cells to a
  • Energy storage module can be achieved.
  • the length of the conductor piece in this type of processing is smaller than the diameter of the energy storage cell, for example less than 1/20 of the diameter of the energy storage cell.
  • the diameter of each conductor piece is made possible by the use of conductor tracks on the connection boards.
  • the conductor piece is fixed to the energy storage cell by means of a spot and laser welding method or ultrasonic bonding, and if that
  • connection board is fixed to the connection board by means of soldering or bonding. In this way, the effort to produce an electrical connection between the respective energy storage cell poles within limits and allows the use of appropriate connection method for contacting.
  • the conductor piece / conductor pieces is designed / are and / or oriented predominantly horizontally / are and / or run on one side of the energy storage cells, especially since then no (unnecessarily) long conductor pieces must be used.
  • each Spring is oriented so that it is in the direction of the longitudinal axis of the
  • Energy storage cell springs Such a structure offers the energy storage cells some freedom of movement to compensate for impacts from the outside.
  • the spring is fastened either to the connection board and / or to the energy storage cell itself.
  • Energy storage cell pole uses only one spring, which is centered on the
  • Energy storage cell is arranged. As a result, the distances can be kept the same, which facilitates construction and simplifies installation. Disturbances between the connections are also avoided.
  • each energy storage cell pole and two conductor pieces can be used for contacting. When only one conductor piece is used, the current flow through the cells, which must overcome the contact resistance between the energy storage cell pole and the connection board, causes an additional voltage drop and thus falsifies the voltage measurement when contacting with only one conductor piece.
  • Energy storage cell are measured according to the four-wire measuring principle.
  • Battery management system can measure both energy storage cell voltage signals and these two signals are compared, causing the
  • connection board is in electrically conductive connection on both sides with energy storage cells, in particular the one side with energy storage cells of a first energy storage module and the second side with energy storage cells of a second energy storage module.
  • checkerboard pattern or in the manner of a dense packing are arranged to save space.
  • the energy storage module has advantages when the electronic components are arranged with a battery management system (BMS) on the electronic board, which is attached to a distal end of the battery.
  • BMS battery management system
  • the said placement allows the battery management system in combination with the electronic components to be attached in one piece to the interconnect boards. It should be noted that several electronic boards can also be combined to form a common electronic board.
  • Connection boards is connected to obtain a more compact system and a problem-free contacting and electrical connection between the battery management system and the built-in on the electronic board
  • the energy storage module contains individual boards which are brought into contact without further wiring and also an exchange of certain components is facilitated.
  • a direct plugging of the electronic board on the connection board such a connection via multi-wire cable connection, such as
  • Ribbon cable done. It is useful if certain electronic components are outsourced from the electronic board to the interconnection boards and that temperature sensors are inserted directly into the battery, creating on the one hand on the electronics board space for non-removable electronic components, as well as the possibility of a certain sorting of the electronic components is given , In other words, it makes sense to put the temperature sensors directly into the battery. Thus, it is advantageous if such electronic components are installed on the electronic board, the
  • Power electronics is understood to mean a sub-field of electrical engineering that deals with the transformation of electrical energy with switching electronic components.
  • the connector is designed so that both
  • Battery management system signals are routed to the interconnection boards, as well as the power supply of the battery takes place via the connectors.
  • the connectors are high current connectors.
  • High-current connectors are components through which electrical current can pass for the sole purpose of powering a device. There is no data flow over these connectors.
  • the advantage of the high-current connectors is that you can do without lines.
  • a further embodiment is realized whendefluidleitstoff are present, the fluid used for cooling and for heat dissipation, such as air, directed specifically in the longitudinal direction of the energy storage cells past them, but a
  • Heat transfer is ensured by the energy storage cells to the fluid. This prevents that the individual energy storage cells overheat and thus, if possible, all energy storage cells have the same temperature.
  • Energy storage modules are arranged in a common / uniform housing, so as to ensure a uniform cooling of the energy storage cells, and when thedefluid effetsstoff can not escape. It is preferred if the energy storage module and / or the energy storage modules are aligned horizontally in order to ensure good cooling of the battery
  • connection boards are slotted at appropriate locations or provided with through holes, such as holes, cut-outs or holes such that a guided through the battery air flow causes a forced cooling.
  • connection boards must be provided with holes or cut-outs at suitable locations in order to allow air to flow through. With round cells, the empty spaces between the individual energy storage cells are advantageous.
  • an insulator is slotted flat between two connection boards at appropriate locations or is provided with through holes approximately in the manner of holes, cutouts or holes to direct the air flow targeted. It should these openings to the through holes of
  • the insulator can be installed, but does not have to.
  • a respective air guide plate is attached as a current-carrying section.
  • the baffles are components of the housing.
  • the air baffles are beveled at a predetermined angle relative to the horizontal angle, to guide thedefluidleitsch accordingly.
  • the lower air baffle at a greater angle than the angle of the upper air baffle.
  • An energy-efficient cooling fluid guide is then the result, which then on the one hand to a uniform temperature in the
  • a fan module is mounted on the opposite side of the electronics board, which is provided between the lower air baffle and the lowermost energy storage module and which contains one or more (small) fan. This fan module supports the first exhaust air / air flow, which cools the energy storage cells.
  • the housing and the current-carrying section are designed such that the energy storage cells are cooled by a first exhaust air flow / air flow and the electronics components mounted on the electronic circuit board and the battery management system are cooled by a second exhaust air flow / air flow, for example such that the first Exhaust air flow / air flow with the second
  • Exhaust air flow / air flow is combined at the housing outlet. In this way, the two components of the energy storage module can be cooled independently.
  • the invention also relates to an energy storage block in which several
  • Inventive energy storage modules according to one of the preceding aspects are combined.
  • the advantage of such an energy storage block is that, if several batteries are required, several energy storage modules are stacked on top of each other. It has the advantage that (exactly) two connection boards are available per energy storage module.
  • the energy storage block is constructed so that a
  • Energy storage module is arranged.
  • the energy storage block is designed such that between two juxtaposed energy storage modules, an insulator or a
  • Connection board is mounted, which / which connects both the lower energy storage module, as well as the upper energy storage module with each other.
  • the insulator can be provided, but it can also be dispensed with an insulator.
  • the invention also relates to a method for cooling at least one
  • adefluidleitsch is used for conducting a cooling fluid, such as fluid, such as air, which specifically in the longitudinal direction of
  • Energy storage cells is passed to these past, used to realize a cooling and heat dissipation, but a heat transfer from the energy storage cells to the fluid is guaranteed.
  • 2a is a schematic side view of a contacting of the energy storage cells by means of ribbon or wire,
  • 2b is a schematic plan view of a contacting of the energy storage cells by means of ribbon or wire,
  • 3a shows a schematic side view of a contacting of the energy storage cells by means of springs
  • 3b is a schematic plan view of a contacting of the energy storage cells by means of springs
  • FIG. 5 shows a schematic structure of a cooling system of an energy storage block.
  • the figures are merely schematic in nature and are for the sole purpose of understanding the invention.
  • the same elements are designated by the same reference numerals.
  • Fig. 1 shows a schematic structure of an energy storage module 1.
  • Energy storage module 1 includes a plurality of energy storage cells 2, which are arranged side by side to a battery 3 combined / combined.
  • energy storage cells 2 are arranged between two connection boards 4, wherein a connection board 4 above the energy storage cells 2 and a
  • Connection board 4 is placed below the energy storage cells 2.
  • an electronic circuit board 5 is arranged for contacting the connection boards 4, which is aligned perpendicular to the connection boards 4.
  • the individual energy storage cells 2 are with the
  • Linking boards 4 electrically connected via at least one uninsulated conductor piece 6.
  • the connection boards 4 are by means of connectors 7 to the
  • Electronics board 5 infected. On the electronic board 5 electronic components 8 and the battery management system and possibly required power electronics are arranged.
  • Fig. 2a shows a schematic side view of a contacting of
  • Energy storage cell poles 12 with the connection boards 4 via a ribbon or a wire 11 electrically connected The ribbon or wire 11 is in this case contacted at one end to an energy storage cell pole 12, by a
  • Connection board 4 contacted.
  • Fig. 2b shows a schematic plan view of a contacting of
  • Energy storage cells 2 by means of ribbon or wire 11 as shown in FIG. 2a.
  • the order the energy storage cell 2 between the connection boards 4 shows a checkerboard pattern.
  • the ribbon or the wire 11 always in the same direction and may be shorter than the radius 2a of the
  • Energy storage cell 2 and the radius 13a of the passage openings 13 is smaller than the radius 2a of the energy storage cells 2.
  • the passage openings 13 are arranged centrally to the energy storage cells 2.
  • Fig. 3a shows a schematic side view of a contacting of
  • Energy storage cells 2 by means of springs 14.
  • the energy storage cells 2 are arranged as shown in FIG. 1 and at the energy storage cell poles 12 with the
  • Linking boards 4 electrically connected via a spring 14.
  • the spring 14 is in this case contacted at one end to an energy storage cell pole 12 and at the other end to the energy storage cell 2 side facing the
  • connection board 4 contacted.
  • the springs 14 allow the energy storage cells 2 a suspension in the spring direction 14a.
  • the contacts of the energy storage cells 2 thus take place only on one side of the respective connection board 4.
  • Fig. 3b shows a schematic plan view of a contacting of
  • Energy storage cell 2 between the connection boards 4 indicates a
  • the springs 14 are arranged corresponding to the ribbon or wire 11 in the middle of the energy storage cells 2.
  • FIG. 4 shows a schematic structure of two energy storage modules 2, according to FIG. 1, in an energy storage block 9.
  • the two energy storage modules 1, whereby more than two energy storage modules 1 can be used, are arranged one above the other and the electronic circuit board 5 extends with them mounted thereon electronic components 8 perpendicular to the connection boards 4 on the entire side of the stacked batteries 3, in the present case at the distal ends.
  • Each connection board 4 is plugged by means of connectors 7 to the electronic board 5.
  • an insulator 10 can be inserted, but it can also be dispensed with.
  • Fig. 5 shows a schematic structure of a cooling system 15 of a
  • the energy storage block 9 which may consist of two or more batteries 3 according to the embodiments of FIG. 4, is enclosed in a housing 16, wherein the housing 16 at the lower end of a first air baffle 17 and at the upper end of a second Air baffle 18 is made and the
  • Connection boards 4 are outside of the housing.
  • the first air guide plate 17 defines the first current-carrying section 19 and the second air guide plate 18 defines the second current-carrying section 20.
  • the angle ⁇ of the first air guide plate 16 to the horizontal is greater than the angle ⁇ of the second air guide plate 18 to the horizontal.
  • the first current-carrying section 19 leads the first exhaust-air flow / air-flow 21 through the batteries 3 and merges into the second current-carrying section 20.
  • the first exhaust-air flow / air flow 21 is passed through
  • Fan module 22 which is mounted between the first air guide plate 17 and the lower battery 3 at the distal end of the battery 3, the electronic board 5 opposite and may alternatively consist of one or more fans.
  • the second exhaust air stream / air stream 23 serves to cool the electronic components 8 on the electronic board 5 and leads starting from the lower end to the upper end of the electronic board 5.
  • the first and the second exhaust air stream 21, 23 are combined after cooling the corresponding sections / elements and components and discharged. LIST OF REFERENCES

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul (1) für ein Fahrzeugantriebssystem zur Energieversorgung eines Elektromotors in einem Fahrzeug einerseits oder zur Energieversorgung eines Aggregats andererseits, wobei eine Vielzahl einzelner Energiespeicherzellen (2) zu einer Batterie (3) kombiniert sind, wobei zumindest einige der Energiespeicherzellen (2) mit mehreren Verbindungsplatinen (4) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Verbindungsplatinen (4) zum Kontaktieren wenigstens einer Elektronikplatine (5) vorbereitet sind, wobei eine elektrische Verbindung einer Energiespeicherzelle (2) mit wenigstens einer der Verbindungsplatinen (4) über wenigstens ein unisoliertes Leiterstück (6) realisiert ist und/oder Kühlfluidleitmittel vorhanden sind, die zur Kühlung und zum Wärmeabtransport eingesetztes Fluid gezielt in Längsrichtung der Energiespeicherzellen (2) an diesen vorbei leitet, wobei aber ein Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen (2) zum Fluid gewährleistet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kühlen eines solchen Energiespeichermoduls (1), wobei Kühlfluidleitmittel verwendet werden, welche gezielt Fluid in Längsrichtung der Energiespeicherzellen (2) an diesen vorbei geleitet, um eine Kühlung und einen Wärmeabtransport zu realisieren, wobei aber ein Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen (2) zum Fluid gewährleistet wird.

Description

Enerqiespeichermodul mit über unisolierte Leiterstücke verbundenen Enerqiespeicherzellen und/oder einem Kühlsvstem, Enerqiespeicherblock und
Verfahren zum Kühlen eines Enerqiespeichermoduls
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Integration von Energiespeicherzellen zum Ausformen einer Batterie und Elektronikbauteilen in einem Energiespeichermodul, eine Vorrichtung zum Kombinieren mehrerer Energiespeicherzellen zu einem
Energiespeicherblock, als auch eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Kühlen der Batterien.
Insbesondere betrifft die Erfindung ein Energiespeichermodul für ein
Fahrzeugantriebssystem zur Energieversorgung eines, beispielsweise auch als
Generator verwendbaren Elektromotors in einem Fahrzeug einerseits, wie einem land-, wasser- oder luftgebundenen Gefährt, etwa einem PKW, einem LKW, einem Zug, einem Schiff oder einem Flugzeug, oder zur Energieversorgung eines Aggregats andererseits, wie einer Pumpe oder eines Generators, wobei eine Vielzahl einzelner Energiespeicherzellen zu einer Batterie, bspw. als ein Paket
kombiniert/zusammengefasst sind, wobei zumindest einige der Energiespeicherzellen, vorzugsweise alle Energiespeicherzellen mit mehreren Verbindungsplatinen elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Verbindungsplatinen zum Kontaktieren wenigstens einer Elektronikplatine, evtl mit einem integrierten Batteriemanagementsystem (BMS), vorbereitet/ausgelegt sind.
Aus dem Stand der Technik sind bereits Energiespeichermodule bekannt. Zum Beispiel offenbart die DE 11 2014 004 708 T5 ein Energiespeichermodul, bei welchem eine Vielzahl an rechteckigen Energiespeichervorrichtungen, die jeweils eine
Elektrodenbaugruppe und ein Elektrolyt besitzen, wobei die
Energiespeichervorrichtungen in einem Gehäuse untergebracht sind und so aufgebaut sind, dass sie miteinander verbunden sind, wobei die Vielzahl an
Energiespeichervorrichtungen in einer vorbestimmten Aufreihungsrichtung aufgereiht sind, und in einem aufgereihten Zustand miteinander gebondet sind, und wobei Dicken von Flächen an gebondeten Seiten der Gehäuse geringer sind als Dicken von Flächen an nicht gebondeten Seiten.
Das Verwenden von Batterien, wie es bisher vorgenommen wird, ist in vielen
Anwendungen, wie beispielsweise der Elektromobilität und dem technischen Feld der Energieversorgung, bspw. in der Flaustechnik, nicht optimal gelöst. Es müssen nämlich bisher Stecker und Leitungen eingesetzt werden. Diese Stecker und Leitungen sind gewichts- und kostenintensiv, da sie gewissen Sicherheitsanforderungen genügen müssen. Auch ist deren Einsatz nicht bauraumeffizient. Dies zeigt sich insbesondere dann, wenn ein Batteriemanagementsystem (BMS) eingesetzt wird. Ein
Batteriemanagementsystem (BMS) ist eine elektronische Schaltung, welche zur Überwachung und Regelung einer Anordnung von nachladbaren Energiespeicherzellen dient, und für den notwendigen Energiespeicherzellenausgleich sorgt. Um einen sicheren Betrieb dieser Batterien gewährleisten zu können, wird ein solches
Batteriemanagementsystem (BMS) benötigt, wobei üblicherweise bei in Reihe verschalteten Zellen jede Spannungsebene überwacht wird. Es zeigt sich also besonders bei Batterien mit höherer Spannungslage, dass die bisherige serielle
Verdrahtung einen erheblichen Aufwand darstellt.
Weiterhin offenbart zum Beispiel die DE 20 2010 017 685 U1 ein Verbindungselement zum Verbinden von Zellen eines elektrischen Energiespeichermoduls, wobei das Verbindungselement einen ersten Kontaktabschnitt, einen zweiten Kontaktabschnitt und einen Mittelabschnitt aufweist, wobei die beiden Kontaktabschnitte und der
Mittelabschnitt aus elektrisch leitfähigem Metall bestehen und wobei der Mittelabschnitt zwischen dem ersten Kontaktabschnitt und dem zweiten Kontaktabschnitt angeordnet ist und die beiden Kontaktabschnitte mechanisch und elektrisch miteinander verbindet. Hierfür wird im Mittelabschnitt eine Schmelzzone ausgebildet, die im Schmelzfall die elektrische Verbindung zwischen den beiden Kontaktabschnitten unterbricht, nämlich dann wenn ein durch das Verbindungselement fließender elektrischer Strom einen vorgegebenen Bemessungsstrom deutlich übersteigt.
Auch offenbart die DE 11 2015 004 307 T5 ein Energiespeichermodul mit einem Paar Endplatten zum Klemmen einer Vielzahl von Sekundärzellen, die parallel in eine Richtung angeordnet sind, mit einem ersten und zweiten Abdeckungsbauteil, die an einer Endplatte von dem Paar Endplatten fixiert sind, wobei das erste und zweite Abdeckungsbauteil der oberen Fläche einer Hülle zugewandt angeordnet sind, wobei ein Elektrodenanschluss an der oberen Fläche vorgesehen ist.
Ferner offenbart die WO 2007/033651 A1 ein Energiespeicherpacket, das mehrere Energiespeicherzellen und zumindest zwei Trägereinheiten aufweist, wobei die
Energiespeicherzellen zwischen den Trägereinheiten angeordnet sind.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, ein Energiespeichermodul bereitzustellen, welches den Anforderungen von Hochvoltbatterien entspricht und gleichzeitig einfach zu verschalten ist und eine kompakte Verarbeitung bietet. Beim Einsatz im
Zusammenhang mit dem Antrieb eines Fahrzeugs, soll eine gewichtsminimierte und bauraumeffiziente Baueinheit zur Verfügung gestellt werden, die gleichzeitig universal einsetzbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird bei einer gattungsmäßigen Vorrichtung
erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine elektrische Verbindung einer
Energiespeicherzelle mit den Verbindungsplatinen über wenigstens ein, vorzugsweise vollständig, unisoliertes Leiterstück realisiert ist. Es kann auf eine Isolierung verzichtet werden und durch geschickte Wahl des Verbindungsortes können„kleinquerschnittige“ Verbinder (d.h. Verbinder mit kleinem Querschnitt) eingesetzt werden. Auf diese Weise kann auf den gewichtsintensiven Einsatz isolierter Kabel verzichtet werden und der relativ dazu teure Einsatz von Steckern und Steckeraufnahmen entfallen.
Durch die eingesetzten Verbindungsplatinen in dem Energiespeichermodul, welche zweckmäßigerweise über und unter den Energiespeicherzellen angeordnet sind, ist es diesen zum einen ermöglicht mehrere Energiespeicherzellen miteinander elektrisch zu verbinden. Zum anderen wird es aber auch möglich die Energiespeicherzellen auf kompakte Weise zu einer Batterie, wie beispielsweise zu einem Paket, zu kombinieren. Dies hat den Vorteil, dass die Batterie ein kleinbauendes Energiespeichermodul darstellt, welches sich ohne großen Aufwand in einem Fahrzeug oder Ähnlichem verbauen lässt. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen beansprucht und werden nachfolgend näher erläutert.
So ist es beispielsweise zweckmäßig, wenn das Leiterstück als Draht oder Bändchen ausgebildet ist und/oder dass das Leiterstück federnde oder rückstellende
Eigenschaften besitzt. Durch die Verwendung eines Leiterstücks, welches als Draht oder Bändchen ausgebildet ist, kann auf einen erheblichen Aufwand die
Energiespeicherzellenpole mittels Leitungen miteinander zu verdrahten, verzichtet werden. Durch das Ausnutzen der federnden oder rückstellenden Eigenschaften des Leiterstücks auf beiden Seiten der jeweiligen Energiespeicherzelle, geht der Kontakt aufgrund der Trägheitskräfte bei einem Schlag von außen nicht verloren, da hierbei auch der auf den Schlag folgende Rückschlag gefedert ist und die Energiespeicherzelle nach jeder Bewegung wieder in die ursprünglich Ausgangslage zurückgeführt wird. Wenn das Leiterstück als Draht oder Bändchen ausgebildet ist, ist zwischen der Energiespeicherzelle und den Verbindungsplatinen kein Bewegungsspielraum vorhanden. Ein Schlag von außen auf das Energiespeichermodul führt dann auch hier zu keinem Kontaktverlust, weil die schlagbedingte Verlagerung der
Energiespeicherzelle in deren Initialposition endet.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn sich das Leiterstück von einer der Energiespeicherzelle zugewandten Seite durch die Verbindungsplatine hindurch oder an ihr vorbei auf eine der Energiespeicherzelle abgewandte Seite der Verbindungsplatine erstreckt oder sich das Leiterstück von der Energiespeicherzelle weg nur bis zu der der
Energiespeicherzelle zugewandten Seite der Verbindungsplatine erstreckt.
Somit ist in anderen Worten das eine Ende des Leiterstücks an immer jeweils einem Ende einer jeden Energiespeicherzelle fixiert und das andere Ende des Leiterstücks entweder auf der den Energiespeicherzellen jeweils abgewandten Oberfläche der Verbindungsplatine oder auf der den Energiespeicherzellen jeweils zugewandten Oberfläche der Verbindungsplatine fixiert. Auf diese Weise werden verschiedene Ausführungsformen ermöglicht, welche zwar jeweils ein kompaktes
Energiespeichermodul ergeben und eine ordentliche elektrische Kontaktierung ermöglichen, aber für unterschiedliche Anwendungszwecke optimiert sind. Dabei müssen in beiden Fällen vorteilhafterweise die Leiterstücke nicht gekreuzt werden, was sonst mehr Platzbedarf und eine nötige Isolierung der Leiterstücke nach sich ziehen würde.
Insbesondere wenn beide Verbindungsplatinen mittig zu jeder Energiespeicherzelle in der jeweiligen Verbindungsplatine Durchgangsöffnungen, etwa nach Art von Löchern, insbesondere Bohrungen aufweisen, um das Leiterstück hindurchzuführen, kann eine einfache und platzsparende Verarbeitung der Energiespeicherzellen zu einem
Energiespeichermodul erreicht werden.
Ein weiterer Vorteil entsteht, wenn die Länge des Leiterstücks bei dieser Art der Verarbeitung kleiner ist als der Durchmesser der Energiespeicherzelle, bspw. kleiner als ein 1/20 des Durchmessers der Energiespeicherzelle. Dadurch ist es nämlich möglich sowohl Platz zu sparen, als auch mit einem geringeren Gesamtgewicht des
Energiespeichermoduls auszukommen. Die geringe Länge und der geringe
Durchmesser eines jeden Leiterstücks wird unter anderem auch durch das Verwenden von Leiterbahnen auf den Verbindungsplatinen ermöglicht.
Es ist bevorzugt, wenn das Leiterstück an der Energiespeicherzelle mittels eines Punkt- und Laserschweißverfahrens oder Ultraschallbondens fixiert ist und wenn das
Leiterstück an die Verbindungsplatine mittels Lötens oder Bondens fixiert ist. Auf diese Weise hält sich der Aufwand eine elektrische Verbindung zwischen den jeweiligen Energiespeicherzellenpolen herzustellen in Grenzen und ermöglicht den Einsatz bedarfsgerechter Verbindungsverfahren für die Kontaktierung.
Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn das Leiterstück/die Leiterstücke so ausgelegt ist/sind und/oder überwiegend horizontal verlaufend ausgerichtet ist/sind und/oder auf einer Seite der Energiespeicherzellen verlaufen, da besonders dann keine (unnötig) langen Leiterstücke verwendet werden müssen.
Es ist zweckmäßig, wenn das Leiterstück als Feder ausgebildet ist, die eingesetzt ist, um die Energiespeicherzellen in dem Energiespeichermodul zu fixieren, wobei jede Feder so ausgerichtet ist, dass sie in Richtung der Längsachse der
Energiespeicherzelle federt. Ein derartiger Aufbau bietet den Energiespeicherzellen etwas Bewegungsfreiraum zum Ausgleich von Schlägen von außen.
Es ist bevorzugt, wenn die Feder entweder an der Verbindungsplatine und/oder auch an der Energiespeicherzelle selbst befestigt ist. H ierbei ist für jeden
Energiespeicherzellenpol nur eine Feder verwendet, welche mittig zu der
Energiespeicherzelle angeordnet ist. Dadurch können die Abstände gleich gehalten werden, was einen Aufbau erleichtert und die Montage vereinfacht. Störeinflüsse zwischen den Verbindungen werden ferner vermieden. Alternativ hierzu, können je Energiespeicherzellenpol auch zwei Leiterstücke zur Kontaktierung verwendet werden. Bei Verwendung nur eines Leiterstückes verursacht der Stromfluss durch die Zellen, der den Übergangswiderstand zwischen Energiespeicherzellenpol und Verbindungsplatine überwinden muss, einen zusätzlichen Spannungsabfall und verfälscht somit bei einer Kontaktierung mit nur einem Leiterstück die Spannungsmessung. Durch die
Verwendung von zwei Kontakten an jedem Energiespeicherzellenpol kann die
Energiespeicherzellspannung weitestgehend stromlos direkt an der
Energiespeicherzelle nach dem Vierdraht-Messprinzip gemessen werden.
Ein derartiger Aufbau bietet den Vorteil, dass ein nachgeschaltetes
Batteriemanagementsystem beide Energiespeicherzellenspannungssignale messen kann und diese beiden Signale miteinander verglichen werden, wodurch die
Durchführung einer Leitungsbrucherkennung ermöglicht wird. In einem herkömmlichen System müssten für eine derartige Funktionalität die doppelte Anzahl an Leitungen verlegt werden. In der vorliegenden Erfindung ist lediglich die doppelte Anzahl an Leiterstücken notwendig, wodurch im Vergleich zum herkömmlichen System nur vernachlässigende Mehrkosten aufkommen.
Ein Vorteil der Kontaktierung mittels einer Feder als Leiterstück ist, wenn eine einzige Verbindungsplatine auf ihren beiden Seiten mit Energiespeicherzellen in elektrisch leitender Verbindung steht, insbesondere die eine Seite mit Energiespeicherzellen eines ersten Energiespeichermoduls und die zweite Seite mit Energiespeicherzellen eines zweiten Energiespeichermoduls. Somit wird sowohl auf (unnötiges) Verbindungsmaterial für die einzelnen Energiespeicherzellen verzichtet, als auch auf solche Leiterstücke, welche durch die Verbindungsplatinen hindurch geführt werden müssen und daher auf zwei unterschiedlichen Oberflächen der Verbindungsplatine angeordnet sind.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Energiespeicherzellen des
Energiespeichermoduls in der Batterie seriell miteinander verbunden sind. Die
Verbindungsplatinen bieten dann die Möglichkeit eine serielle Verschaltung der
Energiespeicherzellen mit Hilfe der auf den Verbindungsplatinen verwendeten
Leiterbahnen durch kurze Leiterstücke zu erreichen.
Zusätzlich ist es zweckmäßig, wenn die Energiespeicherzellen in einem
schachbrettartigen Muster oder nach Art einer dichten Packung angeordnet sind, um Bauraum zu sparen.
Zudem hat das Energiespeichermodul Vorteile, wenn die Elektronikbauteile mit einem Batteriemanagementsystem (BMS) auf der Elektronikplatine angeordnet sind, welche an einem distalen Ende der Batterie angebracht ist. Durch die besagte Platzierung kann das Batteriemanagementsystem in Kombination mit den Elektronikbauteilen in einem Stück an den Verbindungsplatinen angebracht werden. Es sei erwähnt, dass mehrere Elektronikplatinen auch zu einer gemeinsamen Elektronikplatine kombiniert werden können.
Es wird bevorzugt, wenn die Elektronikplatine mit einer Steckverbindung an die
Verbindungsplatinen angeschlossen ist, um ein kompakteres System zu erhalten und eine unproblematische Kontaktierung sowie elektrische Verbindung zwischen dem Batteriemanagementsystem und den auf der Elektronikplatine verbauten
Elektronikbauteilen zu ermöglichen. Auf diese Weise enthält das Energiespeichermodul einzelne Platinen welche ohne weitere Verdrahtung miteinander in Kontakt gebracht sind und auch ein Austausch bestimmter Komponenten wird erleichtert. Alternativ zu einem direkten Anstecken der Elektronikplatine auf die Verbindungsplatine, kann eine solche Verbindung über mehradrige Kabelverbindung, wie beispielsweise
Flachbandkabel, erfolgen. Es ist zweckmäßig, wenn bestimmte Elektronikbauteile von der Elektronikplatine auf die Verbindungsplatinen ausgelagert sind und dass Temperatursensoren direkt in die Batterie eingesetzt sind, wodurch zum einen auf der Elektronikplatine Platz für nicht auslagerbare Elektronikbauteile geschaffen ist, als auch die Möglichkeit einer gewissen Sortierung der Elektronikbauteile gegeben ist. Mit anderen Worten, bietet es sich an hier die Temperatursensoren direkt in die Batterie zu setzen. Somit ist es vorteilhaft, wenn auf der Elektronikplatine solche Elektronikbauteile verbaut sind, die
Leistungselektronikerfordernissen genügen müssen und nicht ausgelagert werden.
Unter Leistungselektronik wird ein Teilgebiet der Elektrotechnik verstanden, das sich mit der Umformung elektrischer Energie mit schaltenden elektronischen Bauelementen beschäftigt.
Zweckmäßigerweise ist die Steckverbindung so ausgelegt, dass sowohl
Batteriemanagementsystem-Signale an die Verbindungsplatinen geleitet werden, als auch die Energieversorgung der Batterie über die Steckverbindungen stattfindet.
Insbesondere aufgrund der Anforderungen sind die Steckverbindungen Hochstrom- Steckverbinder. Hochstrom-Steckverbinder sind Bauteile, durch welche elektrischer Strom zum ausschließlichen Zweck der Stromversorgung eines Gerätes passieren kann. Es wird über diese Steckverbindungen also kein Datenstrom geleitet. Der Vorteil an den Hochstrom-Steckverbindern ist, dass man auf Leitungen verzichten kann.
Eine weitere Ausführungsform wird realisiert, wenn Kühlfluidleitmittel vorhanden sind, die zur Kühlung und zum Wärmeabtransport eingesetztes Fluid, wie Luft, gezielt in Längsrichtung der Energiespeicherzellen an diesen vorbei leiten, wobei aber ein
Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen zum Fluid gewährleistet ist. Hierdurch wird verhindert, dass die einzelnen Energiespeicherzellen überhitzen und somit möglichst alle Energiespeicherzellen die gleiche Temperatur haben.
Dafür ist es zweckmäßig, wenn das Energiespeichermodul und/oder die
Energiespeichermodule in einem gemeinsamen/einheitlichen Gehäuse angeordnet sind, um so eine gleichmäßige Kühlung der Energiespeicherzellen zu gewährleisten, und wenn das Kühlfluidleitmittel nicht entweichen kann. Es ist bevorzugt, wenn das Energiespeichermodul und/oder die Energiespeichermodule so horizontal ausgerichtet sind, um eine gute Kühlung der Batterie durch
Luftzwangskühlung zu ermöglichen und/oder wenn die Verbindungsplatinen so an geeigneten Stellen geschlitzt sind oder mit Durchgangsöffnungen, etwa nach Art von Bohrungen, Ausfräsungen oder Löchern versehen sind, dass ein durch die Batterie geführter Luftstrom eine Zwangskühlung bewirkt. Mit anderen Worten müssen die Verbindungsplatinen an geeigneten Stellen mit Bohrungen oder Ausfräsungen versehen/versetzt werden, damit Luft durchströmen kann. Bei Rundzellen sind die Leerräume zwischen den einzelnen Energiespeicherzellen von Vorteil.
Von Vorteil ist es, wenn ein Isolator flächig zwischen zwei Verbindungsplatinen an geeigneten Stellen geschlitzt ist oder mit Durchgangsöffnungen etwa nach Art von Bohrungen, Ausfräsungen oder Löchern versehen ist, um die Luftströmung gezielt zu leiten. Es sollten diese Durchgangsöffnungen an die Durchgangsöffnungen der
Verbindungsplatinen angepasst sein. Hierbei kann der Isolator verbaut werden, muss aber nicht.
Vorteilhafterweise ist oberhalb und unterhalb des Energiespeichermoduls und/oder der Energiespeichermodule als Stromführungsabschnitt jeweils ein Luftleitblech angebracht. Diese verbauten Luftleitbleche sorgen dafür, dass wenn mehrere
Energiespeichermodule übereinander platziert werden, jedem Energiespeichermodul frische Luft zu Verfügung steht. Dabei wird ein Erwärmen des oberen
Energiespeichermoduls durch das darunterliegende Energiespeichermodul verhindert. Ebenso sind die Luftleitbleche Bestandteile des Gehäuses.
Es ist zweckmäßig, wenn die Luftleitbleche unter einem vorbestimmten bezüglich der Horizontalen spitzen Winkel abgeschrägt angebracht sind, um das Kühlfluidleitmittel entsprechend zu führen. Dabei weist das untere Luftleitblech einen größeren Winkel auf als der Winkel des oberen Luftleitblechs. Eine energieeffiziente Kühlfluidführung ist dann die Folge, was dann einerseits zu einer gleichmäßigen Temperatur in dem
Energiespeichermodul führt und andererseits einen ökonomischen Mitteleinsatz ermöglicht. Des Weiteren ist auf der der Elektronikplatine gegenüberliegenden Seite ein Lüftermodul angebracht, welches zwischen dem unteren Luftleitblech und dem untersten Energiespeichermodul vorgesehen ist und welches einen oder mehrere (kleine) Lüfter enthält. Dieses Lüftermodul unterstützt den ersten Abluftstrom/Luftstrom, welcher die Energiespeicherzellen kühlt.
Es ist zweckmäßig, wenn das Gehäuse und der Stromführungsabschnitt so ausgebildet sind, dass die Energiespeicherzellen durch einen ersten Abluftstrom/Luftstrom gekühlt werden und die auf der Elektronikplatine angebrachten Elektronikbauteile und das Batteriemanagementsystem durch einen zweiten Abluftstrom/Luftstrom gekühlt werden, beispielsweise derart, dass der erste Abluftstrom/Luftstrom mit dem zweiten
Abluftstrom/Luftstrom am Gehäuseausgang kombiniert wird. Auf diese Weise lassen sich die beiden Bestandteile des Energiespeichermoduls unabhängig voneinander kühlen.
Die Erfindung betrifft auch einen Energiespeicherblock, in dem mehrere
erfindungsgemäße Energiespeichermodule gemäß einem der vorhergehenden Aspekte kombiniert sind. Der Vorteil eines solchen Energiespeicherblocks ist, dass bei einem Bedarf von mehreren Batterien, mehrere Energiespeichermodule übereinander gestapelt sind. Es bringt den Vorteil mit sich, dass pro Energiespeichermodul (genau) zwei Verbindungsplatinen vorhanden sind.
Vorteilhafterweise ist der Energiespeicherblock so aufgebaut, dass eine
Verbindungsplatine gegenüberliegend der einen Stirnseite der Energiespeicherzellen eines Energiespeichermoduls angeordnet ist und die andere Verbindungsplatine gegenüberliegend der anderen Stirnseite der Energiespeicherzellen des
Energiespeichermoduls angeordnet ist.
Zweckmäßigerweise wird der Energiespeicherblock derart ausgelegt, dass zwischen zwei aneinander liegenden Energiespeichermodulen ein Isolator oder eine
Verbindungsplatine montiert ist, der/die sowohl das untere Energiespeichermodul, als auch das obere Energiespeichermodul miteinander verbindet. Der Isolator kann vorgesehen sein, es kann aber auch auf einen Isolator verzichtet werden. Durch das Montieren einer Verbindungsplatine zwischen die jeweiligen Energiespeichermodule werden sowohl die unteren als auch die oberen Energiespeicherzellen miteinander verbunden. Hierbei kann die Elektronikplatine weiterhin an die Seite der Batterie angesteckt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Kühlen wenigstens eines
Energiespeichermoduls, wobei ein Kühlfluidleitmittel verwendet wird, zum Leiten eines Kühlfluids, etwa Fluid, wie Luft, welches gezielt in Längsrichtung der
Energiespeicherzellen an diesen vorbei geleitet wird, eingesetzt um eine Kühlung und einen Wärmeabtransport zu realisieren, wobei aber ein Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen zum Fluid gewährleistet wird.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Hilfe einer Zeichnung erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines Energiespeichermoduls,
Fig. 2a eine schematische Seitenansicht einer Kontaktierung der Energiespeicherzellen mittels Bändchen oder Draht,
Fig. 2b eine schematische Draufsicht einer Kontaktierung der Energiespeicherzellen mittels Bändchen oder Draht,
Fig. 3a eine schematische Seitenansicht einer Kontaktierung der Energiespeicherzellen mittels Federn,
Fig. 3b eine schematische Draufsicht einer Kontaktierung der Energiespeicherzellen mittels Federn,
Fig. 4 einen schematischen Aufbau von zwei Energiespeicherzellen in einem
Energiespeicherblock und
Fig. 5 einen schematischen Aufbau eines Kühlsystems eines Energiespeicherblocks. Die Figuren sind lediglich schematischer Natur und dienen ausschließlich dem Verständnis der Erfindung. Die gleichen Elemente sind mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau eines Energiespeichermoduls 1. Das
Energiespeichermodul 1 enthält eine Vielzahl an Energiespeicherzellen 2, welche nebeneinander angeordnet zu einer Batterie 3 zusammengefasst/kombiniert sind. Dabei sind Energiespeicherzellen 2 zwischen zwei Verbindungsplatinen 4 angeordnet, wobei eine Verbindungsplatine 4 oberhalb der Energiespeicherzellen 2 und eine
Verbindungsplatine 4 unterhalb der Energiespeicherzellen 2 platziert ist.
Am distalen Ende der Batterie 3 ist zum Kontaktieren der Verbindungsplatinen 4 eine Elektronikplatine 5 angeordnet, welche senkrecht zu den Verbindungsplatinen 4 ausgerichtet ist. Die einzelnen Energiespeicherzellen 2 sind mit den
Verbindungsplatinen 4 über wenigstens ein unisoliertes Leiterstück 6 elektrisch verbunden. Die Verbindungsplatinen 4 sind mittels Steckverbindungen 7 an die
Elektronikplatine 5 angesteckt. Auf der Elektronikplatine 5 sind Elektronikbauteile 8 sowie das Batteriemanagementsystem und eventuell benötigte Leistungselektronik angeordnet.
Fig. 2a zeigt eine schematische Seitenansicht einer Kontaktierung der
Energiespeicherzellen 2 mittels Bändchen oder Draht 11. Dabei sind die
Energiespeicherzellen 2 gemäß Fig. 1 angeordnet und an deren
Energiespeicherzellenpolen 12 mit den Verbindungsplatinen 4 über ein Bändchen oder einen Draht 11 elektrisch verbunden. Das Bändchen oder der Draht 11 ist hierbei mit dem einen Ende an einem Energiespeicherzellenpol 12 kontaktiert, durch eine
Durchgangsöffnung 13 in der Verbindungsplatine 4 hindurchgeführt und mit dem anderen Ende an der der Energiespeicherzelle 2 abgewandten Seite der
Verbindungsplatine 4 kontaktiert.
Fig. 2b zeigt eine schematische Draufsicht einer Kontaktierung der
Energiespeicherzellen 2 mittels Bändchen oder Draht 11 gemäß Fig. 2a. Die Anordnung der Energiespeicherzellen 2 zwischen den Verbindungsplatinen 4 zeigt dabei ein schachbrettartiges Muster. Dabei weisen das Bändchen oder der Draht 11 immer in die gleiche Richtung und können hierbei kürzer sein als der Radius 2a der
Energiespeicherzellen 2 und der Radius 13a der Durchgangsöffnungen 13 ist kleiner als der Radius 2a der Energiespeicherzellen 2. Die Durchgangsöffnungen 13 sind mittig zu den Energiespeicherzellen 2 angeordnet.
Fig. 3a zeigt eine schematische Seitenansicht einer Kontaktierung der
Energiespeicherzellen 2 mittels Federn 14. Dabei sind die Energiespeicherzellen 2 gemäß Fig. 1 angeordnet und an deren Energiespeicherzellenpolen 12 mit den
Verbindungsplatinen 4 über eine Feder 14 elektrisch verbunden. Die Feder 14 ist hierbei mit dem einen Ende an einem Energiespeicherzellenpol 12 kontaktiert und mit dem anderen Ende an der der Energiespeicherzelle 2 zugewandten Seite der
Verbindungsplatine 4 kontaktiert. Die Federn 14 ermöglichen den Energiespeicherzellen 2 eine Federung in Federrichtung 14a. Die Kontaktierungen der Energiespeicherzellen 2 finden somit nur auf einer Seite der jeweiligen Verbindungsplatine 4 statt.
Fig. 3b zeigt eine schematische Draufsicht einer Kontaktierung der
Energiespeicherzellen 2 mittels Federn 14 gemäß Fig. 3a. Die Anordnung der
Energiespeicherzellen 2 zwischen den Verbindungsplatinen 4 zeigt dabei ein
schachbrettartiges Muster. Die Federn 14 sind entsprechend des Bändchens oder Drahts 11 mittig zu den Energiespeicherzellen 2 angeordnet.
Fig. 4 zeigt einen schematischen Aufbau von zwei Energiespeichermodulen 2, gemäß Fig. 1 , in einem Energiespeicherblock 9. Dabei sind die zwei Energiespeichermodule 1 , wobei auch mehr als zwei Energiespeichermodule 1 verwendet werden können, übereinander angeordnet und die Elektronikplatine 5 erstreckt sich mit den darauf angebrachten Elektronikbauteilen 8 senkrecht ausgerichtet zu den Verbindungsplatinen 4 über die komplette Seite der übereinander angeordneten Batterien 3, im vorliegenden Fall an deren distalen Enden. Jede Verbindungsplatine 4 ist mittels Steckverbindungen 7 an die Elektronikplatine 5 angesteckt. Zwischen den zwei in Kontakt stehenden Verbindungsplatinen 4, also zwischen der oberen Verbindungsplatine 4 eines unteren Energiespeichermoduls und der unteren Verbindungsplatine 4 eines oberen Energiespeichermoduls, kann ein Isolator 10 eingefügt werden, es kann aber auch darauf verzichtet werden.
Fig. 5 zeigt einen schematischen Aufbau eines Kühlsystems 15 eines
Energiespeicherblocks 9. Der Energiespeicherblock 9, der gemäß der Ausführungen von Fig. 4 aus zwei oder mehreren Batterien 3 bestehen kann, ist in einem Gehäuse 16 eingefasst, wobei das Gehäuse 16 am unteren Ende aus einem ersten Luftleitblech 17 und am oberen Ende aus einem zweiten Luftleitblech 18 besteht und die
Elektronikplatine 5 als auch die Steckverbindungen 7 zwischen den
Verbindungsplatinen 4 außerhalb des Gehäuses liegen.
Das erste Luftleitblech 17 definiert den ersten Stromführungsabschnitt 19 und das zweite Luftleitblech 18 definiert den zweiten Stromführungsabschnitt 20. Dabei ist der Winkel a des ersten Luftleitblechs 16 zur Horizontalen größer als der Winkel ß des zweiten Luftleitblechs 18 zur Horizontalen. Der erste Stromführungsabschnitt 19 führt den ersten Abluftstrom/Luftstrom 21 durch die Batterien 3 und geht über in den zweiten Stromführungsabschnitt 20. Der erste Abluftstrom/Luftstrom 21 wird durch ein
Lüftermodul 22, welches zwischen dem ersten Luftleitblech 17 und der unteren Batterie 3 am distalen Ende der Batterie 3, der Elektronikplatine 5 gegenüberliegend angebracht ist und alternativ aus einem oder mehreren Lüftern bestehen kann. Der erste
Abluftstrom/Luftstrom 21 nutzt die vorhandenen Zwischenräume der
Energiespeicherzellen 2 und die entsprechenden Durchgangsöffnungen und Schlitze (nicht gezeigt) in den Verbindungsplatinen 4 als auch im Isolator 10, um die einzelnen Energiespeicherzellen 2 gleichermaßen zu kühlen.
Der zweite Abluftstrom/Luftstrom 23 dient der Kühlung der Elektronikbauteile 8 auf der Elektronikplatine 5 und führt beginnend vom unteren Ende zum oberen Ende der Elektronikplatine 5. Der erste und der zweite Abluftstrom 21 , 23 werden nach Kühlung der entsprechenden Abschnitte/Elemente und Bauteile zusammengeführt und ausgeleitet. Bezuqszeichenliste
1 Energiespeichermodul
2 Energiespeicherzelle
2a Radius der Energiespeicherzelle
3 Batterie
4 Verbindungsplatine
5 Elektronikplatine
6 Leiterstück
7 Steckverbindung
8 Elektronikbauteile
9 Energiespeicherblock
10 Isolator
11 Draht und/oder Bändchen
12 Energiespeicherzellenpol
13 Durchgangsöffnung
13a Radius Durchgangsöffnung
14 Federn
14a Federrichtung
15 Kühlsystem
16 Gehäuse
17 erstes Luftleitblech
18 zweites Luftleitblech
19 erster Stromführungsabschnitt
20 zweiter Stromführungsabschnitt erster Abi uftstrom Lüftermodul zweiter Abluftstrom

Claims

Ansprüche
1. Energiespeichermodul (1 ) für ein Fahrzeugantriebssystem zur Energieversorgung eines Elektromotors für ein Fahrzeug einerseits oder zur Energieversorgung eines Aggregats andererseits, wobei eine Vielzahl einzelner Energiespeicherzellen (2) zu einer Batterie (3) kombiniert sind, wobei zumindest einige der Energiespeicherzellen (2) mit mehreren Verbindungsplatinen (4) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die
Verbindungsplatinen (4) zum Kontaktieren wenigstens einer Elektronikplatine (5) vorbereitet sind, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Verbindung einer Energiespeicherzelle (2) mit wenigstens einer der Verbindungsplatinen (4) über wenigstens ein unisoliertes Leiterstück (6) realisiert ist und das Leiterstück (6) als Draht oder Bändchen (11 ) ausgebildet ist.
2. Energiespeichermodul (1 ) gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterstück (6) federnde oder rückstellende Eigenschaften besitzt.
3. Energiespeichermodul (1 ) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Leiterstück (6) von einer der Energiespeicherzelle (2) zugewandten Seite durch die Verbindungsplatine (4) hindurch oder an der Verbindungsplatine (4) vorbei auf eine der Energiespeicherzelle (2) abgewandte Seite der Verbindungsplatine (4) erstreckt oder sich das Leiterstück (6) von der Energiespeicherzelle (2) weg nur bis zu der der Energiespeicherzelle (2) zugewandten Seite der Verbindungsplatine (4) erstreckt.
4. Energiespeichermodul (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektronikplatine (5) an einem distalen Ende der Batterie (3) angeordnet ist.
5. Energiespeichermodul (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch
gekennzeichnet, dass die Elektronikbauteile (8) mit einem Batteriemanagementsystem auf der Elektronikplatine (5) angeordnet sind.
6. Energiespeichermodul (1 ) für ein Fahrzeugantriebssystem zur Energieversorgung eines Elektromotors in einem Fahrzeug einerseits, oder zur Energieversorgung eines Aggregats andererseits, wobei eine Vielzahl einzelner Energiespeicherzellen (2) zu einer Batterie (3) kombiniert sind, wobei zumindest einige der Energiespeicherzellen (2) mit mehreren Verbindungsplatinen (4) elektrisch leitend verbunden sind, wobei die Verbindungsplatinen (4) zum Kontaktieren wenigstens einer Elektronikplatine (5) vorbereitet sind, nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass Kühlfluidleitmittel vorhanden sind, die zur Kühlung und zum Wärmeabtransport eingesetztes Fluid gezielt in Längsrichtung der
Energiespeicherzellen (2) an diesen vorbei leitet, wobei aber ein Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen (2) zum Fluid gewährleistet ist.
7. Energiespeichermodul (1 ) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichermodule (1 ) in einem gemeinsamen Gehäuse (16) angeordnet sind.
8. Energiespeichermodul (1 ) gemäß Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichermodule (1 ) so ausgelegt sind, dass die Verbindungsplatinen (4) so an geeigneten Stellen geschlitzt sind oder mit Durchgangsöffnungen versehen sind, dass ein durch die Batterie (3) geführter Luftstrom (21 ) eine Zwangskühlung bewirkt.
9. Energiespeicherblock (9), in dem mehrere Energiespeichermodule (1 ) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche eingesetzt sind.
Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichermoduls (1 ) nach einem der
Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass Kühlfluidleitmittel verwendet werden, welche gezielt Fluid in Längsrichtung der Energiespeicherzellen (2) an diesen vorbei geleitet, um eine Kühlung und einen Wärmeabtransport zu realisieren, wobei aber ein Wärmeübergang von den Energiespeicherzellen (2) zum Fluid gewährleistet wird.
EP19702569.5A 2018-01-31 2019-01-29 Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls Pending EP3747069A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018102142.9A DE102018102142A1 (de) 2018-01-31 2018-01-31 Energiespeichermodul mit über unisolierte Leiterstücke verbundenen Energiespeicherzellen und/oder einem Kühlsystem, Energiespeicherblock und Verfahren zum Kühlen eines Energiespeichermoduls
PCT/EP2019/052124 WO2019149699A1 (de) 2018-01-31 2019-01-29 Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3747069A1 true EP3747069A1 (de) 2020-12-09

Family

ID=65268930

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP19702569.5A Pending EP3747069A1 (de) 2018-01-31 2019-01-29 Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210050578A1 (de)
EP (1) EP3747069A1 (de)
CN (1) CN111919311A (de)
DE (1) DE102018102142A1 (de)
WO (1) WO2019149699A1 (de)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102018103709A1 (de) * 2018-02-20 2019-08-22 stoba e-Systems GmbH Antriebsstrang mit zwei unterschiedlich Spannung abgebenden Batterien, Elektro-Antriebs-System mit Niedervoltstäbe umgebende Hochvolt-Wicklungen, Elektromotor mit separatem Hochvolt-Pulswechselrichter und Verfahren zum Betreiben eines Elektromotors
IL311876A (en) * 2021-10-18 2024-06-01 Flyer Next Llc Adaptable vehicle battery hardware surface and modules and methods for operating the same
CN114188642B (zh) * 2021-12-07 2024-03-29 山东盛合电力工程设计有限公司 一种具有温度调节的太阳能光伏储能设备
CN117154323B (zh) * 2023-10-18 2023-12-29 博鼎储能科技(山东)有限公司 一种变电站用的储能装置

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19810746B4 (de) * 1998-03-12 2008-10-16 Varta Automotive Systems Gmbh Platine mit einer Schaltung zur Überwachung einer mehrzelligen Akkumulatorenbatterie
JP4395316B2 (ja) * 2003-04-16 2010-01-06 パナソニックＥｖエナジー株式会社 電池パック
DE102006018849A1 (de) 2005-09-21 2007-04-12 Temic Automotive Electric Motors Gmbh Energiespeichermodul
DE202010017685U1 (de) 2010-09-06 2012-05-03 Bmz Batterien-Montage-Zentrum Gmbh Verbindungselement für ein Energiespeichermodul und Energiespeichermodul
US9184430B2 (en) * 2010-12-13 2015-11-10 Andrew E. Kalman Battery pack for integrating multiple single batteries
JP5694843B2 (ja) * 2011-04-25 2015-04-01 Ｊｍエナジー株式会社 蓄電モジュール
US9198292B2 (en) * 2012-05-08 2015-11-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Battery pack including circuit board assembly having first circuit board connected to terminals and second circuit board connected to first circuit board
DE102012213273B4 (de) * 2012-07-27 2021-08-05 Hydac Technology Gmbh Energiespeichervorrichtung
DE102012223812A1 (de) * 2012-12-19 2014-06-26 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit teilweise elastisch rückstellend ausgebildetem Zellterminal und Zellverbinder zum Verbinden von Zellterminals
DE102013203280A1 (de) * 2013-02-27 2014-08-28 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvolt-Energiespeichermodul und Verfahren zur Herstellung des Hochvolt-Energiespeichermoduls
ES2444018B1 (es) * 2013-06-18 2014-12-04 Dachs Electrónica, S. A. Batería que comprende una pluralidad de celdas recargables dispuestas en matriz
DE102013213524A1 (de) * 2013-07-10 2015-01-15 Robert Bosch Gmbh Elektrischer Verbinder für ein Batteriemodul
JP5633621B1 (ja) 2013-11-08 2014-12-03 株式会社豊田自動織機 蓄電モジュール
JP6303951B2 (ja) 2014-09-22 2018-04-04 株式会社豊田自動織機 蓄電モジュール
KR102472233B1 (ko) * 2015-11-04 2022-11-28 삼성에스디아이 주식회사 전지 모듈
US9899658B2 (en) * 2015-11-13 2018-02-20 Atieva, Inc. High current battery pack fusing system

Also Published As

Publication number Publication date
WO2019149699A1 (de) 2019-08-08
CN111919311A (zh) 2020-11-10
DE102018102142A1 (de) 2019-08-01
US20210050578A1 (en) 2021-02-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019149699A1 (de) Energiespeichermodul mit über unisolierte leiterstücke verbundenen energiespeicherzellen und/oder einem kühlsystem, energiespeicherblock und verfahren zum kühlen eines energiespeichermoduls
EP1927147B1 (de) Akkupack sowie elektrohandwerkzeuggerät
EP3143849B1 (de) Schaltungsanordnung für kraftfahrzeuge und verwendung einer schaltungsanordnung
EP2639857B1 (de) Verbindungssystem für eine Energiespeichereinrichtung und Energiespeichereinrichtung mit dem Verbindungssystem
DE102012214366B4 (de) Schaltvorrichtung für einen Stromschienen-basierten Fahrzeugstromverteiler
DE112018003689T5 (de) Batterie-modul und batterie-überwachungs-einheit-montage-struktur
WO2010031856A2 (de) Verbindungsplatine
DE102010002289A1 (de) Kühlsystem für Akkumulatorsatz
DE102009011659A1 (de) Batterieeinheit für Fahrzeuge
DE102009036086B4 (de) Überwachungselektronik für Batterien
DE102008050322B4 (de) Elektromotor-Anschluss sowie Elektromotor
DE10303253A1 (de) Elektrische Energieverteilereinheit für ein elektrisches Verbindergehäuse, sowie zugehöriges elektrisches Verbindergehäuse
DE112014002568T5 (de) Stromschienenmodul und Energieversorgungsvorrichtung
WO2016005028A1 (de) Spannungsgeschützt herstellbare kraftfahrzeugbatterie
EP2735042B1 (de) Energiespeichermodul
EP3507852B9 (de) Verbindungsplatte für eine batterie und batterie
DE102012210999B4 (de) Sicherungsblock und elektrischer Anschlusskasten, der diesen aufweist
DE102013201358A1 (de) Elektrischer Verbinder für Batteriezellen, -Module und -SubUnits, Batteriepack sowie Kraftfahrzeug
EP2791996B1 (de) Batterie für ein kraftfahrzeug
WO2022112233A1 (de) Schaltvorrichtung und verfahren zum herstellen einer schaltvorrichtung
DE102021118397A1 (de) Batterie mit integrierter Busbarkühlung und Kraftfahrzeug
DE102020210108A1 (de) Stromverteilereinheit für eine mobile Arbeitsmaschine und Mobile Arbeitsmaschine mit der Stromverteilereinheit
DE102019208769A1 (de) Akkumulator
DE102021103388A1 (de) Batteriezellenkontaktierungsvorrichtung und Batteriemodul mit einer solchen Batteriezellenkontaktierungsvorrichtung
EP4084189A1 (de) Traktionsbatterie eines kraftfahrzeuges

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

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

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

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

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

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20200825

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL 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 RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
RAP1 Party data changed (applicant data changed or rights of an application transferred)

Owner name: HUBER AUTOMOTIVE AG

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

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20231115