EP4193419A1 - Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen - Google Patents

Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen

Info

Publication number
EP4193419A1
EP4193419A1 EP21755739.6A EP21755739A EP4193419A1 EP 4193419 A1 EP4193419 A1 EP 4193419A1 EP 21755739 A EP21755739 A EP 21755739A EP 4193419 A1 EP4193419 A1 EP 4193419A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
profile element
housing
battery cells
inner profile
outer profile
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
EP21755739.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Mario Meyer
Jochen Haussmann
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.)
Webasto SE
Original Assignee
Webasto SE
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 Webasto SE filed Critical Webasto SE
Publication of EP4193419A1 publication Critical patent/EP4193419A1/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
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/103—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure prismatic or rectangular
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/209—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for prismatic or rectangular cells
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/233—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions
    • H01M50/242—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by physical properties of casings or racks, e.g. dimensions adapted for protecting batteries against vibrations, collision impact or swelling
    • 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
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • 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
    • H01M50/40—Separators; Membranes; Diaphragms; Spacing elements inside cells
    • H01M50/471—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof
    • H01M50/477—Spacing elements inside cells other than separators, membranes or diaphragms; Manufacturing processes thereof characterised by their shape
    • 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
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Housing for a battery module for accommodating battery cells
  • the present invention relates to a housing for a battery module for accommodating battery cells.
  • the present invention also relates to a traction battery for a motor vehicle, preferably for a passenger vehicle, a bus and/or a truck.
  • the optimization of the housing for the traction batteries installed in the vehicle is important.
  • the aim is to achieve the highest possible capacity of the traction batteries in order to provide a long range.
  • Battery cells are usually combined in a housing for a battery module.
  • a plurality of battery cells are usually mounted in the housing and electrically connected to one another.
  • the battery cells installed in the battery module. It is known that when battery cells are charged/discharged, swelling forces arise that lead to so-called “cell breathing”. In other words, the battery cells can swell and swell during charging and discharging. In addition, there can be a steady increase in size over the lifetime of the cells.
  • prismatic cells and pouch cells This can be observed in particular with prismatic cells and pouch cells.
  • care must also be taken to ensure that the swelling forces do not destroy the thin shells of the cells. Therefore, prismatic cells are often built into rigid housings, which limit the swelling of the cells and therefore counteract rupture of the cell membranes.
  • a housing for a battery module for accommodating battery cells which comprises at least one end plate, which comprises an inner profile element and an outer profile element, the inner profile element being shaped and designed in such a way that, within a first deformation path, there is a first elastic prestress on im
  • the inner profile element and the outer profile element are shaped and designed in such a way that the inner profile element interacts with the outer profile element to exert a second elastic prestress on battery cells arranged in the housing when the first deformation path is exceeded.
  • the two-part solution consisting of the inner profile element and the outer profile element of the at least one end plate allows the rigidity of the end plate and thus a desired prestress on the battery cells to be better adjusted depending on an expansion of the battery cells. Until a first deformation path is reached, the prestress on the battery cells is set accordingly via the inner profile element.
  • the inner and outer profile elements interact in such a way that the rigidity of the end plate is increased. Accordingly, a second bias voltage acts on the battery cells in this area.
  • the bias voltage acting on the battery cells is thus adjusted in two stages in an optimized manner, at least as a result of the two-part solution. In other words, the battery cells while maintaining a expand preload. This improves the functioning of the battery cells and increases the service life of the battery module.
  • the two-part solution makes it possible to define an individual and desired ratio of prestress to the expansion of the battery cell, which can be tailored to the specific cell requirements installed.
  • the housing preferably has an end plate according to the invention on the two end sides, which are formed opposite one another.
  • the battery cells are clamped between the two end plates.
  • the battery cells are thus preloaded or clamped by the opposing end plates with a desired preload to ensure improved functionality.
  • the deformation path describes the expansion of the inner profile element and the outer profile element in a direction perpendicular to the plane defined by the end plate. During operation, the deformation path corresponds to the expansion of the battery cells in the longitudinal direction of the battery module in the direction of the end plates.
  • Bias refers to a bias that the end plate applies to the battery cells.
  • the battery cells are preferably prestressed with a prestress FO in an initial state, i.e. in a state in which they are installed for the first time in the housing.
  • the swelling forces of the battery cells occurring during operation of the battery module which cause the battery cells to expand in the longitudinal direction of the battery module, are absorbed by the end plate in such a way that the expansion of the battery cells is absorbed, but a desired prestress continues to act on the battery cells, whereby a critical for the performance of the battery cell bias voltage is not exceeded.
  • a desired course of prestressing depending on the expansion of the battery cells can be defined by the shape and configuration of the end plate, in particular of the inner profile element and the outer profile element. Due to the two-part design of the end plate, i.e. with an inner profile element and an outer profile element, different preload profiles can be configured. As a result, a housing for a wide variety of battery module configurations can be provided in a simple and flexible manner.
  • the inner profile element and the outer profile element work together in such a way that when the first deformation path is exceeded, the inner one Profile element with which the outer profile element comes into contact essentially in the middle of the end plate and increases the rigidity of the end plate and applies the second prestress, which is increased compared to the first prestress, to the battery cells.
  • the prestress changes as a function of the expansion of the battery cells within the first deformation path along a first prestress/expansion curve.
  • the prestress changes depending on the expansion of the battery cells within the second deformation path along a second prestress-expansion curve.
  • the inner profile element has a first modulus of elasticity and the outer profile element has a second modulus of elasticity, the first modulus of elasticity of the inner profile element setting the desired prestress on the battery cells within the first deformation path.
  • the first modulus of elasticity of the inner profile element in combination with the second modulus of elasticity determines the desired prestress on the battery cells within a second deformation path, i.e. outside the first deformation path.
  • the modulus of elasticity of the inner and the outer profile element By selecting the modulus of elasticity of the inner and the outer profile element, a wide variety of prestress profiles can be configured in relation to the expansion.
  • the first modulus of elasticity may be less than the second modulus of elasticity.
  • the first modulus of elasticity and the second modulus of elasticity may be equal.
  • the swelling forces can be different, so the expansion of the battery cells can be different.
  • the inner profile element and the outer profile element can Their moduli of elasticity can be adjusted to meet the different requirements of battery module configurations.
  • the inner profile element and/or the outer profile element are adapted to different battery module configurations and/or desired prestresses by adjusting the moduli of elasticity of the inner profile element and the outer profile element, in particular by adjusting the wall thicknesses and/or the material and/or the size of the first Deformation path and/or shape adjustable.
  • the extent of the first deformation path can be adjusted via the shape of the inner profile element.
  • the rigidity can be increased by changing the wall thickness and thus the course of the prestress can be adjusted depending on the expansion.
  • the inner profile element and/or the outer profile element are roll-profiled sheet metal plates.
  • the shaping and configuration of the inner and outer profile element by roll profiling is advantageous since the inner and outer profile element can be designed quickly, flexibly, reliably and inexpensively in this way. In addition, large quantities can be provided in a cost-effective manner.
  • the outer profile element is preferably designed in one piece and particularly preferably in the form of a leaf spring.
  • a first desired pre-voltage curve can be defined as a function of the expansion of the battery cells.
  • the leaf spring is configured in such a way to apply a prestress to the battery cells in the initial state and to ensure expansion during the operation of the battery module, with the battery cells continuing to be clamped by the outer profile element.
  • Deformation path is thus defined by the leaf spring a second bias curve depending on the expansion of the battery cells.
  • the inner profile element is in one piece and is designed as an arcuate or U-shaped structure. This provides a stiffer profile element, ie with a higher modulus of elasticity.
  • a first course of prestressing is defined as a function of the expansion of the battery cells by switching on the inner profile element.
  • an outer side of the inner profile element is partially connected to an inner side of the outer profile element, wherein the inner profile element partially encases the outer profile element, and wherein the outer side of the outer profile element is the outer side of the housing.
  • the inner profile element and the outer profile element are connected to one another by an integral or non-positive connection.
  • the at least one end plate can be formed from the inner profile element and the outer profile element without further fastening elements.
  • the housing is essentially adapted to the installation space for accommodating a large number of battery cells.
  • the housing has two substantially perpendicular side walls with respect to the end plates.
  • the end plates can be connected to the side walls using a non-positive connection, e.g. snap & click or screw connections.
  • a non-positive connection e.g. snap & click or screw connections.
  • the housing may have a substantially planar underside, the plane of the underside being perpendicular to the plane of the side walls and perpendicular to the plane of the end plate, thus forming the housing interior downwards.
  • the housing can have a substantially flat upper side, the plane of the upper side being perpendicular to the plane of the side walls and perpendicular to the plane of the end plate and thus covering the inner space of the housing upwards.
  • a traction battery for a motor vehicle comprising at least one battery module with the housing described above.
  • the housing that can be used flexibly as described above allows traction batteries with different specifications and for different purposes to be designed in a flexible and efficient manner.
  • the at least one battery module is connected to a vehicle structure via the housing.
  • attachment areas are integrated into the housing to attach the battery module to the vehicle structure.
  • battery modules can also be provided in a preassembled form, so that the traction battery can be constructed efficiently and in a manner equalized in terms of location and time. Furthermore, efficient and reliable assembly of a traction battery from battery modules can be achieved as a result.
  • FIG. 1 shows a schematic view of a housing for a battery module for accommodating battery cells which are clamped between two opposite end plates of a housing according to an exemplary embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an end plate according to one embodiment
  • Figure 3 is a schematic perspective view of the end plate of Figure 2 according to a
  • FIG. 4 shows an exemplary exponential voltage curve as a function of the expansion of the battery cells according to one embodiment.
  • a housing 12 for a battery module 10 for accommodating battery cells 10a-n is shown schematically in FIG.
  • the plurality of battery cells 10a-n can be arranged side by side within the housing 12 along a longitudinal direction L of the housing.
  • the battery cells 10a-n can accordingly preferably be prismatic cells or pouch cells, which enable the battery module 10 to be constructed in a particularly space-saving and therefore efficient manner.
  • Prismatic cells usually have a rigid, cubic housing, whereas pouch cells are usually encased in a flexible metal foil.
  • the housing 12 comprises at least one end plate, here two opposite end plates 12a, 12b, between which the battery cells 10a-n are arranged.
  • each of the end plates 12a, 12b comprises an inner profile element 122 and an outer profile element 120 (see FIG. 2).
  • the end plates 12a, 12b are configured such that they counteract an expansion of the battery cells 10a-n perpendicular to the plane formed by the end plates 12a, 12b, i.e. in the longitudinal direction of the housing L (see arrows along the longitudinal direction L).
  • the housing 12 is preferably essentially adapted to the installation space for accommodating a multiplicity of battery cells 10a-n.
  • the housing 12 has at least two essentially perpendicular side walls 12c, 12d with respect to the end plates 12a, 12b.
  • the inner profile element 122 is shaped and designed in such a way that within a first deformation path S1 there is a first elastic prestress (see arrows) on battery cells 10a-n arranged in the housing 12, here for example on the battery cell 10a arranged on the end plate 12a.
  • an inside of the outer profile element 120 is in press contact with an outside of a battery cell via the inner profile element 122, ie in an initial state the outer profile element 120 is arranged in such a way that a prestress directly and/or indirectly on the battery cells 10a-n, here directly via the battery cell 10a.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 are shaped and designed such that the inner profile element 122 interacts with the outer profile element 120 to exert a second elastic prestress on battery cells 10a-n arranged in the housing 12 when the first deformation path S1 is exceeded.
  • the two-part solution consisting of the inner profile element 122 and the outer profile element 120 of the at least one end plate 12a, 12b allows the rigidity of the end plate and thus a desired preload on the battery cells to be better adjusted depending on a desired expansion of the battery cells.
  • the elastic prestressing is controlled via the inner profile element 122 until a first deformation path S1 is reached (as indicated by a dashed area of the inner profile element). After the first deformation path S1 has been exceeded, the inner profile element 122 comes into contact with the outer profile element 120 essentially in the center thereof, so that over the further deformation path the inner profile element 122 interacts with the outer profile element 120 and accordingly provides a combined prestress.
  • the prestress exerted on the battery cells 10a-n within the first deformation path S1 can thus have a lower value than the prestress which is exerted on the battery cells 10a-n when the first deformation path S1 is exceeded.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 interact in such a way that the rigidity is increased after the first deformation path S1 has been exceeded.
  • the expansion of the battery cells and the bias voltage thus acting on the battery cells is thus controlled in two stages in an optimized manner, at least by the two-part solution.
  • the battery cells can expand while maintaining a bias voltage. This improves the functioning of the battery cells and increases the service life of the battery module.
  • the battery cells can expand, with a desired bias voltage always acting on the battery cells in order to improve the functioning of the battery cells and increase their service life.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 can interact in such a way that when the first deformation path S1 is exceeded (as well as through the dashed area of the inner profile element in Figure 2) the inner profile element 122 comes into contact with the outer profile element 120 essentially in the middle of the end plate 12a.
  • the profile elements 120, 122 cooperate and thus increase the rigidity of the end plate 12a.
  • a second bias voltage that is higher than the first bias voltage is applied to the battery cells 10a.
  • the expansion along a second deformation path S2 is determined via the combination of the inner profile element 122 and the outer profile element 120.
  • Inner profile element 122 preferably has a first modulus of elasticity and outer profile element 120 has a second modulus of elasticity, with the first modulus of elasticity of inner profile element 122 setting the desired prestress on battery cells 10a-10n within the first deformation path S1, and with the first modulus of elasticity of the outer Profile element 120 in combination with the second modulus of elasticity of the inner profile element 122 sets the desired prestress on the battery cells 10a-10n within the second deformation path S2.
  • the outer profile element 120 is configured in one piece and more or less in the form of a leaf spring.
  • the outer profile element 122 has two elevations which are arranged mirror-symmetrically with respect to a center line M of the end plate 12a.
  • the outer profile element 120 is flanged on the outer sides.
  • the flanging creates a stiffer construction.
  • the inner profile element 122 can be configured in one piece and as an arcuate or U-shaped structure. This provides a structure which is stiffer than the outer profile element 120, i.e. a structure with a higher modulus of elasticity. As a result, within the first deformation path, a first course of prestressing is defined as a function of the expansion of the battery cells by the activation of the inner profile element 122 .
  • FIG. 3 shows the at least one end plate 12a and the inner profile element 122 and the outer profile element 120 in a partially sectioned perspective view.
  • the inner profile element 122 and/or the outer profile element 120 are adapted to different battery module configurations and/or desired prestresses by adjusting the moduli of elasticity of the inner profile element 122 and the outer profile element 120, in particular by adjusting the wall thicknesses and/or the material and/or the size the first deformation path S1, S2 and / or the shape adjustable.
  • an outside of inner profile element 122 is partially connected to an inside of outer profile element 120, with inner profile element 122 encasing outer profile element 120, and with the outside of outer profile element 120 covering the outside of housing 12 is or trains.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 are preferably connected to one another by an integral or non-positive connection.
  • the proposed housing 12 for accommodating a large number of battery cells 10a-n forms the battery module 10.
  • FIG. 4 shows, by way of example, the course of the prestress F over the deformation path S and thus also over the deformation or the expansion of the battery cells.
  • the battery cells can be clamped with a bias voltage F0.
  • the battery cells expand during operation.
  • the inner profile element 122 ensures an expansion of the battery cells with a first prestress within a first deformation path S1 of the battery cells. In this case, the prestress exerted on the battery cells is controlled only via the inner profile element 122 within the first deformation path S1.
  • a force F1 that is greater than F0 is exerted on the battery cells by the inner profile element 122.
  • the course of the prestressing F is determined by the interaction of the inner profile element 122 and the outer profile element 120.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 together bring about a prestress F2 that is greater than F1 on the battery cells.
  • the prestress exerted by the inner and outer profile element is so great that further expansion of the battery cells is hardly possible.
  • the preload changes depending on the expansion of the battery cells within the second deformation path S2 along a second preload-expansion curve.
  • the second prestress curve (F1 to F2) on the battery cells can be increased disproportionately compared to the first prestress curve (F0-F1) depending on the expansion within the first deformation path, which affects the functionality and improves or increases the service life of the battery module.
  • the inner profile element 122 and the outer profile element 120 can be shaped and designed in such a way that the prestress F on the battery cells in relation to the deformation path S or the expansion runs along a non-linear, preferably exponential, function. Due to the two-part design of the end plate, i.e. with an inner profile element 122 and an outer profile element 120, other preload profiles can alternatively be configured.
  • a traction battery for a motor vehicle can have at least one battery module with such a housing 12 for accommodating battery cells.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Gehäuse (12) für ein Batteriemodul (10) zur Aufnahme von Batteriezellen (10a-n), umfassend mindestens eine Endplatte (12a), welche ein inneres Profilelement (122) und ein äußeres Profilelement (120) umfasst, wobei das innere Profilelement (122) so geformt und ausgebildet ist, dass es innerhalb eines ersten Verformungswegs (S1) eine erste elastische Vorspannung auf im Gehäuse (12) angeordnete Batteriezellen (10a-n) bereitstellt und wobei das innere Profilelement (122) und das äußere Profilelement (120) so geformt und ausgebildet sind, dass das innere Profilelement (122) beim Überschreiten des ersten Verformungswegs (S1) mit dem äußeren Profilelement (120) zur Ausübung einer zweiten elastischen Vorspannung auf im Gehäuse (12) angeordnete Batteriezellen (10a-n) zusammenwirkt.

Description

Gehäuse für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen
Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Gehäuse für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, bevorzugt für ein Personenkraftfahrzeug, einen Bus und/oder einen Lastkraftwagen.
Stand der Technik
Im Zuge der Elektrifizierung von Fahrzeugen ist die Optimierung der Gehäuse für die im Fahrzeug verbauten Traktionsbatterien von Bedeutung. Dabei soll eine möglichst hohe Kapazität der Traktionsbatterien erreicht werden, um eine hohe Reichweite bereit zu stellen.
Batteriezellen werden dabei üblicher weise in einem Gehäuse für ein Batteriemodul zusammengefasst. Üblicher weise werden mehrere Batteriezellen in dem Gehäuse montiert und elektrisch miteinander verbunden.
Weiterhin ist es erstrebenswert die Funktionsweise, Leistung und Lebensdauer der in dem Batteriemodul verbauten Batteriezellen zu verbessern. Dabei ist es bekannt, dass beim Laden/Entladen von Batteriezellen Schwellkräfte entstehen, die zu einem sogenannten „Atmen der Zelle“ führen. Mit anderen Worten können die Batteriezellen beim Be- und Entladen anschwellen und abschwellen. Darüber hinaus kann es über die Lebenszeit der Zellen hinweg zu einem stetigen Ansteigen der Größe kommen.
Dies ist besonders bei Prismatischen Zellen und bei Pouch Zellen zu beobachten. Bei Prismatischen Zellen ist gleichzeitig auch darauf zu achten, dass die Schwellkräfte die dünnen Hüllen der Zellen nicht zerstören. Daher werden Prismatische Zellen häufig in feste Gehäuse eingebaut, welche das Schwellen der Zellen begrenzen und daher einem Reißen der Zellmembranen entgegenwirken.
Entsprechend ist es bekannt, Batteriezellen in einem Gehäuse mit jeweils einer steifen Endplatte zu versehen, um die Batteriezellen des Batterie mod u Is einzuspannen. Jedoch hat dies den Nachteil, dass die Schwellkräfte der Zellen nicht optimal aufgenommen werden, da die Batteriezelle sich nicht ausdehnen kann bzw. „atmen“ kann. Damit werden die Kräfte über die Lebenszeit in den Batteriezellen des Batteriemoduls immer grösser. Dies kann zu einer Beeinträchtigung der Funktionsweise der Batteriezellen, insbesondere zu einer verringerten Kapazität und/oder Lebensdauer führen.
Darstellung der Erfindung
Ausgehend von dem bekannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Lösung für ein Gehäuse für ein Batteriemodul anzugeben, welches die Leistung und Lebensdauer der Batteriezellen verbessert.
Diese Aufgabe wird durch ein Gehäuse für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der vorliegenden Beschreibung sowie den Figuren.
Entsprechend wird Gehäuse für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen vorgeschlagen, welches mindestens eine Endplatte umfasst, welche ein inneres Profilelement und ein äußeres Profilelement umfasst, wobei das innere Profilelement so geformt und ausgebildet ist, dass es innerhalb eines ersten Verformungswegs eine erste elastische Vorspannung auf im Gehäuse angeordnete Batteriezellen bereitstellt und wobei das innere Profilelement und das äußere Profilelement so geformt und ausgebildet sind, dass das innere Profilelement beim Überschreiten des ersten Verformungswegs mit dem äußeren Profilelement zur Ausübung einer zweiten elastischen Vorspannung auf im Gehäuse angeordnete Batteriezellen zusammenwirkt.
Durch die zweiteilige Lösung aus dem innerem Profilelement und dem äußeren Profilelement der mindestens einen Endplatte kann die Steifigkeit der Endplatte und somit eine gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen in Abhängigkeit von einer Ausdehnung der Batteriezellen besser eingestellt werden. Bis zu einem Erreichen eines ersten Verformungswegs wird die Vorspannung auf die Batteriezellen entsprechend über das innere Profilelement eingestellt.
Nach Überschreiten des ersten Verformungswegs wirken das innere und das äußere Profilelement derart zusammen, dass die Steifigkeit der Endplatte erhöht wird. Entsprechend wirkt in diesem Bereich eine zweite Vorspannung auf die Batteriezellen. Die auf die Batteriezellen wirkende Vorspannung wird somit zumindest durch die zweiteilige Lösung zweistufig in optimierte Weise eingestellt. Mit anderen Worten können sich die Batteriezellen unter Beibehaltung einer Vorspannung ausdehnen. Dadurch wird die Funktionsweise der Batteriezellen verbessert und die Lebensdauer des Batteriemoduls erhöht.
Weiterhin lässt sich durch die zweiteilige Lösung ein individuelles und gewünschtes Verhältnis von Vorspannung zur Ausdehnung der Batteriezelle definieren, welches auf den spezifischen verbauten Zellbedarf abgestimmt werden kann.
Bevorzugt weist das Gehäuse an den beiden Endseiten eine erfindungsgemäße Endplatte auf, die gegenüberliegend ausgebildet sind. Mit anderen Worten werden die Batteriezellen zwischen den beiden Endplatten eingespannt. Die Batteriezellen werden somit von den gegenüberliegenden Endplatten mit einer gewünschten Vorspannung vorgespannt bzw. eingespannt, um eine verbesserte Funktionsweise zu gewährleisten.
Der Verformungsweg beschreibt dabei die Ausdehnung des inneren Profilelements und des äußeren Profilelements in einer Richtung senkrecht zur durch die Endplatte definierten Ebene. Im Betrieb entspricht der Verformungsweg dabei entsprechend der Ausdehnung der Batteriezellen in Längsrichtung des Batteriemoduls in Richtung der Endplatten.
Die Vorspannung bezeichnet eine Vorspannung, die die Endplatte auf die Batteriezellen aufbringt. Dabei werden die Batteriezellen in einem Ausgangszustand, d.h. in einem erstmaligen Einbauzustand in dem Gehäuse, bevorzugt mit einer Vorspannung FO vorgespannt. Im weiteren Verlauf werden die im Betrieb des Batteriemoduls auftretenden Schwellkräfte der Batteriezellen, die eine Ausdehnung der Batteriezellen in Längsrichtung des Batteriemoduls bewirken, derart von der Endplatte aufgenommen, dass die Ausdehnung der Batteriezellen absorbiert wird, dabei aber weiterhin eine gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen wirkt, wobei eine für die Leistung der Batteriezelle kritische Vorspannung nicht überschritten wird.
Durch die Form und Ausgestaltung der Endplatte, insbesondere des inneren Profilelements und des äußeren Profilelements, kann ein gewünschter Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit von der Ausdehnung der Batteriezellen definiert werden. Aufgrund der zweiteiligen Gestaltung der Endplatte, d.h. mit einem inneren Profilelement und einem äußeren Profilelement, können verschiedene Vorspannungsverläufe konfiguriert werden. Dadurch kann auf einfache und flexible Weise jeweils ein Gehäuse für verschiedenste Batteriemodulkonfigurationen bereitgestellt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wirken das innere Profilelement und das äußere Profilelement derart zusammen, das bei Überschreiten des ersten Verformungswegs das innere Profilelement mit dem das äußeren Profilelement im Wesentlichen in der Mitte der Endplatte in Kontakt tritt und die Steifigkeit der Endplatte erhöht und die gegenüber der ersten Vorspannung erhöhte zweite Vorspannung auf die Batteriezellen aufbringt.
Durch die „Zuschaltung“ des äußeren Profileelements nach Überschreiten des ersten Verformungswegs kann somit eine andere, insbesondere höhere Steifigkeit der Endplatte erreicht werden. Diese Zuschaltung bewirkt, dass sich die Vorspannung auf die Batteriezellen in Abhängigkeit von der Ausdehnung nach einem veränderten Verhältnis verhält. Mit anderen Worten ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen innerhalb des ersten Verformungswegs entlang einer ersten Vorspannungs-Ausdehnungs-Kurve. Ab Überschreiten des ersten Verformungswegs, d.h. für einen zweiten Verformungsweg, ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen innerhalb des zweiten Verformungswegs entlang einer zweiten Vorspannungs-Ausdehnungs-Kurve. Dies ist vorteilhaft, da ab dem Überschreiten des ersten Verformungswegs der zweite Vorspannungsverlauf auf die Batteriezellen im Vergleich zu dem ersten Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit zur Ausdehnung innerhalb des ersten Verformungswegs überproportional erhöht werden kann, was die Funktionsweise und die Lebensdauer des Batteriemoduls verbessert bzw. erhöht.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist das innere Profilelement ein erstes Elastizitätsmodul auf und das äußere Profilelement ein zweites Elastizitätsmodul, wobei der erste Elastizitätsmodul des inneren Profilelements die gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen innerhalb des ersten Verformungswegs einstellt. Der erste Elastizitätsmodul des inneren Profilelements in Kombination mit dem zweiten Elastizitätsmodul bestimmt die gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen innerhalb eines zweiten Verformungswegs, d.h. außerhalb des ersten Verformungswegs.
Durch die Wahl des Elastizitätsmoduls des inneren und des äußeren Profilelements können somit verschiedenste Vorspannungsverläufe in Bezug auf die Ausdehnung konfiguriert werden. In einem Beispiel kann der erste Elastizitätsmodul geringer als der zweite Elastizitätsmodul sein. In einem anderen Beispiel können der erste Elastizitätsmodul und der zweite Elastizitätsmodul gleich groß sein.
Abhängig von der Batteriemodulkonfiguration können die Schwellkräfte unterschiedlich ausfallen, sodass die Ausdehnung der Batteriezellen unterschiedlich ausfallen können. Mittels der hier vorgeschlagenen Endplatte können das innere Profilelement und das äußere Profilelement über Ihre Elastizitätsmodule derart angepasst werden, um den unterschiedlichen Anforderungen der Batteriemodulkonfigurationen zu entsprechen.
Gemäß einer Ausführungsform sind das innere Profilelement und/ oder das äußere Profilelement an unterschiedliche Batteriemodulkonfigurationen und/ oder gewünschte Vorspannungen durch Anpassung der Elastizitätsmodule des inneren Profilelements und des äußeren Profilelements, insbesondere durch Anpassung der Wandstärken und/ oder des Materials und/ oder der Größe des ersten Verformungswegs und/ oder der Form anpassbar.
In einem Beispiel kann die Ausdehnung des ersten Verformungswegs über die Form des inneren Profilelements angepasst werden. In einem anderen Beispiel kann mittels einer Veränderung der Wandstärken die Steifigkeit erhöht werden und somit der Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung angepasst werden.
Solche konstruktiven Anpassungsmöglichkeiten der Form und der Ausgestaltung der Profilelemente sind vorteilhaft, da sie eine schnelle, flexible und einfache Anpassung an verschiedene Batteriekonfigurationen mit verschiedenen Anforderungen an die Vorspannung bzw. Ausdehnung erlauben.
Gemäß einer Ausführungsform sind das innere Profilelement und/ oder das äußere Profilelement rollprofilierte Blechplatten.
Die Formgebung und Ausgestaltung des inneren und äußeren Profilelements durch Rollprofilieren ist vorteilhaft, da das innere und äußere Profilelement auf diese Weise schnell, flexibel, zuverlässig und kostengünstig gestaltet werden können. Zudem können hohe Stückzahlen auf kostengünstige Weise bereitgestellt werden.
Bevorzugt ist das äußere Profilelement einstückig und besonders bevorzugt in Form einer Blattfeder ausgestaltet. Dadurch lässt sich ein erster gewünschter Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen definieren. Dabei ist die Blattfeder derart konfiguriert eine Vorspannung auf die Batteriezellen im Ausgangszustand aufzubringen und im Laufe des Betriebs des Batteriemoduls eine Ausdehnung zu gewährleisten, wobei die Batteriezellen durch das äußere Profilelement weiterhin eingespannt werden. Innerhalb des zweiten
Verformungswegs wird somit ein zweiter Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen durch die Blattfeder definiert. Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist das innere Profilelement einstückig und als eine bogenförmige oder U-förmige Struktur ausgestaltet. Dadurch wird ein steiferes Profilelement, d.h. mit einem höheren Elastizitätsmodul, bereitgestellt. Innerhalb des ersten Verformungswegs wird ein erster Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen durch die Zuschaltung des inneren Profilelements definiert.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform ist eine Außenseite des inneren Profilelements teilweise mit einer Innenseite des äußeren Profilelements verbunden, wobei das innere Profilelement das äußere Profilelement teilweise ummantelt, und wobei die Außenseite des äußeren Profilelements die Außenseite des Gehäuses ist.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform sind das innere Profilelement und das äußere Profilelement durch eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden. Dadurch kann die mindestens eine Endplatte ohne weitere Befestigungselemente aus dem inneren Profilelement und dem äußeren Profilelement gebildet werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse im Wesentlichen an den Bauraum für die Unterbringung einer Vielzahl von Batteriezellen angepasst.
Gemäß einerweiteren Ausführungsform weist das Gehäuse in Bezug auf die Endplatten zwei im Wesentlichen senkrecht stehende Seitenwände auf.
Die Endplatten können mit den Seitenwänden über eine kraftschlüssige Verbindung, z.B. Snap& Click oder Schraubverbindungen, verbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass das Gehäuse in Abhängigkeit der Batteriemodulkonfiguration nach einem Baukastenprinzip zusammengebaut werden kann. Beispielsweise können somit je nach Anzahl und Größe der in einem Batteriemodul verwendeten Batteriezellen Gehäuse mit unterschiedlichen Längen von Seitenwänden mit unterschiedlichen Breiten von Endplatten gebildet werden. Somit lassen sich verschieden Gehäuseinnenraumvolumen schnell und einfach zusammenbauen.
In einem weiteren Beispiel kann das Gehäuse eine im Wesentlichen ebene Unterseite aufweisen, wobei die Ebene der Unterseite senkrecht zur Ebene der Seitenwände und senkrecht zur Ebene der Endplatte ist und somit den Gehäuseinnenraum nach unten bilden.
In einem weiteren Beispiel kann das Gehäuse eine im Wesentlichen ebene Oberseite aufweisen, wobei die Ebene der Oberseite senkrecht zur Ebene der Seitenwände und senkrecht zur Ebene der Endplatte ist und somit den Gehäuseinnenraum nach oben abdeckt. Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, umfassend mindestens ein Batteriemodul mit dem oben beschriebenen Gehäuse.
Durch das oben beschriebene flexibel einsetzbare Gehäuse können auf flexible und effiziente Weise Traktionsbatterien mit unterschiedlichen Spezifikationen und für unterschiedliche Einsatzzwecke ausgebildet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das mindestens eine Batteriemodul über das Gehäuse mit einer Fahrzeugstruktur verbunden.
In einem Beispiel sind in dem Gehäuse Anbringungsbereiche integriert, um das Batteriemodul an die Fahrzeugstruktur anzubringen. Damit können Batteriemodule auch vormontiert bereitgestellt werden, so dass der Aufbau der Traktionsbatterie effizient und örtlich und zeitlich entzerrt durchgeführt werden kann. Weiterhin kann dadurch eine effiziente und sichere Montage einer Traktionsbatterie aus Batteriemodulen erreicht werden.
Kurze Beschreibung der Figuren
Bevorzugte weitere Ausführungsformen der Erfindung werden durch die nachfolgende Beschreibung der Figuren näher erläutert. Dabei zeigen:
Figur 1 eine schematische Ansicht eines Gehäuses für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen, die zwischen zwei gegenüberliegen Endplatten eines Gehäuses gemäß einem Ausführungsbeispiel eingespannt sind,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht einer Endplatte gemäß einer Ausführungsform;
Figur 3 eine schematische perspektivische Ansicht der Endplatte aus Figur 2 gemäß einem
Ausführungsbeispiel; und
Figur 4 ein beispielhafter exponentieller Spannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen gemäß einer Ausführungsform.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführunqsbeispiele
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele anhand der Figuren beschrieben. Dabei werden gleiche, ähnliche oder gleichwirkende Elemente in den unterschiedlichen Figuren mit identischen Bezugszeichen versehen, und auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente wird teilweise verzichtet, um Redundanzen zu vermeiden.
In der Figur 1 ist schematisch ein Gehäuse 12 für ein Batteriemodul 10 zur Aufnahme von Batteriezellen 10a-n gezeigt. Die Vielzahl von Batteriezellen 10a-n können innerhalb des Gehäuses 12 nebeneinander entlang einer Längsrichtung L des Gehäuses angeordnet werden.
Bei den Batteriezellen 10a-n kann es sich entsprechend bevorzugt um Prismatische Zellen oder um Pouch Zellen handeln, die einen besonders platzsparenden und damit effizienten Aufbau des Batteriemoduls 10 ermöglichen.
Prismatische Zellen weisen üblicherweise ein festes, kubisches Gehäuse auf, wohingegen Pouch Zellen üblicherweise in eine flexible Metallfolie eingeschlossen sind.
Wie hier beispielhaft gezeigt, umfasst das Gehäuse 12 mindestens eine Endplatte, hier zwei einander gegenüberliegende Endplatten 12a, 12b, zwischen welchen die Batteriezellen 10a-n angeordnet sind.
Jede der Endplatten 12a, 12b umfasst in dem gezeigten Ausführungsbeispiel ein inneres Profilelement 122 und ein äußeres Profilelement 120 (siehe Figur 2). Die Endplatten 12a, 12b sind derart konfiguriert, dass sie einer Ausdehnung der Batteriezellen 10a-n senkrecht zu der durch die Endplatten 12a, 12b ausgebildeten Ebene, also in Längsrichtung des Gehäuses L (siehe Pfeile entlang der Längsrichtung L), eine Vorspannung entgegenbringen.
Vorzugsweise ist das Gehäuse 12 im Wesentlichen an den Bauraum für die Unterbringung einer Vielzahl von Batteriezellen 10a-n angepasst. Dabei weist das Gehäuse 12 in Bezug auf die Endplatten 12a, 12b mindestens zwei im Wesentlichen senkrecht stehende Seitenwände 12c, 12d auf.
Wie in der Schnittdarstellung einer Endplatte 12a in Figur 2 gezeigt, ist das innere Profilelement 122 so geformt und ausgebildet, dass es innerhalb eines ersten Verformungswegs S1 eine erste elastische Vorspannung (siehe Pfeile) auf im Gehäuse 12 angeordnete Batteriezellen 10a-n, hier beispielsweise auf die an der Endplatte 12a angeordneten Batteriezelle 10a, ausübt.
Wie beispielhaft gezeigt, ist eine Innenseite des äußeren Profilelements 120 im mit einer Außenseite einer Batteriezelle über das innere Profilelement 122 in Presskontakt, d.h. in einem Ausgangszustand ist das äußere Profilelement 120 derart angeordnet, dass eine Vorspannung unmittelbar und/oder mittelbar auf die Batteriezellen 10a-n, hier unmittelbar über die Batteriezelle 10a, wirkt.
Das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 sind so geformt und ausgebildet, dass das innere Profilelement 122 beim Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 mit dem äußeren Profilelement 120 zur Ausübung einer zweiten elastischen Vorspannung auf im Gehäuse 12 angeordnete Batteriezellen 10a-n zusammenwirkt.
Durch die zweiteilige Lösung aus dem innerem Profilelement 122 und dem äußeren Profilelement 120 der mindestens einen Endplatte 12a, 12b kann die Steifigkeit der Endplatte und somit eine gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen in Abhängigkeit einer gewünschten Ausdehnung der Batteriezellen besser eingestellt werden. Bis zu einem Erreichen eines ersten Verformungswegs S1 (wie durch einen gestrichelten Bereich des inneren Profilelements angedeutet) wird die elastische Vorspannung über das innere Profilelement 122 gesteuert. Nach Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 kommt das innere Profilelement 122 mit dem äußeren Profilelement 120 im Wesentlichen in dessen Mitte in Kontakt, so dass über den weiteren Verformungsweg hinweg das innere Profilelement 122 mit dem äußeren Profilelement 120 zusammenwirkt und entsprechend eine kombinierte Vorspannung bereitstellt. Damit kann die auf die Batteriezellen 10a-n ausgeübte Vorspannung innerhalb des ersten Verformungsweges S1 einen niedrigeren Wert aufweisen, als die Vorspannung, welche bei einer Überschreitung des ersten Verformungswegs S1 auf die Batteriezellen 10a-n ausgeübt wird.
Mit anderen Worten wirken das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 derart zusammen, dass die Steifigkeit nach dem Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 erhöht wird. Die Ausdehnung der Batteriezellen und die damit auf die Batteriezellen wirkende Vorspannung wird somit zumindest durch die zweiteilige Lösung zweistufig in optimierte Weise gesteuert. Mit anderen Worten können sich die Batteriezellen unter Beibehaltung einer Vorspannung ausdehnen. Dadurch wird die Funktionsweise der Batteriezellen verbessert und die Lebensdauer des Batteriemoduls erhöht.
In anderen Worten können sich die Batteriezellen ausdehnen, wobei stets eine gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen wirkt, um die Funktionsweise der Batteriezellen zu verbessern und deren Lebensdauer zu erhöhen.
Wie in Figur 2 gezeigt, kann das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 derart Zusammenwirken, dass bei Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 (wie auch durch den gestrichelten Bereich des inneren Profilelements in Figur 2 angedeutet) das innere Profilelement 122 mit dem äußeren Profilelement 120 im Wesentlichen in der Mitte der Endplatte 12a in Kontakt kommt.
Nach dem Kontaktieren wirken die Profilelemente 120, 122 zusammen und erhöhen somit die Steifigkeit der Endplatte 12a. Dadurch wird eine gegenüber der ersten Vorspannung erhöhte zweite Vorspannung auf die Batteriezellen 10a-aufgebracht. Zugleich wird die Ausdehnung entlang eines zweiten Verformungswegs S2 (wie auch durch den gestrichelten Bereich des äußeren Profilelements 120 angedeutet) über die Kombination des inneren Profilelements 122 und des äußeren Profilelement 120 bestimmt.
Bevorzugt weist das innere Profilelement 122 einen ersten Elastizitätsmodul und das äußere Profilelement 120 einen zweiten Elastizitätsmodul auf, wobei der erste Elastizitätsmodul des inneren Profilelements 122 die gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen 10a-10n innerhalb des ersten Verformungswegs S1 einstellt, und wobei der erste Elastizitätsmodul des äußeren Profilelements 120 in Kombination mit dem zweiten Elastizitätsmodul des inneren Profilelements 122 die gewünschte Vorspannung auf die Batteriezellen 10a-10n innerhalb des zweiten Verformungswegs S2 einstellt.
In einer in Figur 2 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung ist das äußere Profilelement 120 einstückig und quasi in Form einer Blattfeder ausgestaltet. Dabei weist das äußere Profilelement 122 zwei Erhebungen auf, die spiegelsymmetrisch gegenüber einer Mittellinie M der Endplatte 12a angeordnet sind.
Weiterhin beispielhaft ist das äußere Profilelement 120 an den Außenseiten gebördelt. Die Bördelung bewirkt eine steifere Konstruktion.
Weiterhin kann wie in einer in Figur 2 gezeigten beispielhaften Ausgestaltung das innere Profilelement 122 einstückig und als eine bogenförmige oder U-förmige Struktur ausgestaltet sein. Dadurch wird ein gegenüber dem äußeren Profilelement 120 steiferer Aufbau, d.h. ein Aufbau mit einem höheren Elastizitätsmodul, bereitgestellt. Innerhalb des ersten Verformungswegs wird dadurch ein erster Vorspannungsverlauf in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen durch die Zuschaltung des inneren Profilelements 122 definiert.
Figur 3 zeigt die mindestens eine Endplatte 12a und das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 in einer teilgeschnittenen perspektivischen Ansicht. Dabei sind das das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 als rollprofilierte Blechplatten gezeigt, die sich entlang einer Höhenrichtung H und einer Querrichtung Q der Endplatte 12, die im Wesentlichen der Höhe der Batteriezellen 10a-n entspricht, erstrecken, um die Batteriezellen 10a-n in der Längsrichtung L des Gehäuses bzw. des Batteriemoduls 10 einzuspannen.
Dabei sind das innere Profilelement 122 und/oder das äußere Profilelement 120 an unterschiedliche Batteriemodulkonfigurationen und/oder gewünschte Vorspannungen durch Anpassung der Elastizitätsmodule des inneren Profilelement 122 und des äußeren Profilelements 120, insbesondere durch Anpassung der Wandstärken und/ oder des Materials und/ oder der Größe des ersten Verformungswegs S1 , S2 und/oder der Form anpassbar.
Wie in Figur 2 und 3 beispielhaft gezeigt, ist eine Außenseite des inneren Profilelements 122 teilweise mit einer Innenseite des äußeren Profilelements 120 verbunden, wobei das innere Profilelement 122 das äußere Profilelement 120 ummantelt, und wobei die Außenseite des äußeren Profilelements 120 die Außenseite des Gehäuses 12 ist bzw. ausbildet.
Vorzugsweise sind das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 durch eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden.
Das vorgeschlagene Gehäuse 12 zur Aufnahme von einer Vielzahl von Batteriezellen 10a-n bildet das Batteriemodul 10.
Figur 4 zeigt beispielhaft den Verlauf der Vorspannung F über den Verformungsweg S und damit auch über die Verformung beziehungsweise die Expansion der Batteriezellen.
In dem Ausgangszustand können die Batteriezellen mit einer Vorspannung F0 eingespannt sein. Während des Betriebs dehnen sich die Batteriezellen aus. Das innere Profilelement 122 gewährleistet innerhalb eines ersten Verformungswegs S1 der Batteriezellen eine Ausdehnung der Batteriezellen mit einer ersten Vorspannung. Dabei wird die auf die Batteriezellen ausgeübte Vorspannung lediglich über das innere Profilelement 122 innerhalb des ersten Verformungswegs S1 gesteuert.
Bei Erreichen des Endes des ersten Verformungswegs S1 wird eine Kraft F1 auf die Batteriezellen durch das innere Profilelement 122 ausgeübt, die größer als F0 ist. Nach Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 wird der Verlauf der Vorspannung F über das Zusammenwirken des inneren Profilelements 122 und des äußeren Profilelements 120 bestimmt. Beispielsweise bewirken das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 gemeinsam eine Vorspannung F2, die größer als F1 ist, auf die Batteriezellen. Über S2 hinaus ist die durch das innere und äußere Profilelement ausgeübte Vorspannung derart groß, dass eine weitere Ausdehnung der Batteriezellen kaum noch möglich ist.
Durch die „Zuschaltung“ des äußeren Profileelements 120 nach Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 kann somit eine andere, insbesondere höhere, Steifigkeit der Endplatte 12a erreicht werden.
Diese Zuschaltung bewirkt, dass sich die Vorspannung auf die Batteriezellen in Abhängigkeit von der Ausdehnung nach einem veränderten Verhältnis verhält. Mit anderen Worten ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen innerhalb des ersten Verformungswegs entlang einer ersten Vorspannungs (F)-Ausdehnungs (S) -Kurve.
Ab Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 , d.h. für einen zweiten Verformungsweg S2, ändert sich die Vorspannung in Abhängigkeit der Ausdehnung der Batteriezellen innerhalb des zweiten Verformungswegs S2 entlang einer zweiten Vorspannung-Ausdehnungs-Kurve. Dies ist vorteilhaft, da ab dem Überschreiten des ersten Verformungswegs S1 der zweite Vorspannungsverlauf (F1 bis F2) auf die Batteriezellen im Vergleich zu dem ersten Vorspannungsverlauf (F0-F1) in Abhängigkeit zur Ausdehnung innerhalb des ersten Verformungswegs überproportional erhöht werden kann, was die Funktionsweise und die Lebensdauer des Batteriemoduls verbessert bzw. erhöht.
Wie in Figur 4 gezeigt, können somit das innere Profilelement 122 und das äußere Profilelement 120 derart geformt und ausgestaltet sein, dass die Vorspannung F auf die Batteriezellen in Bezug auf den Verformungsweg S bzw. die Ausdehnung entlang einer nicht linearen, vorzugsweise exponentiellen Funktion verläuft. Aufgrund der zweiteiligen Gestaltung der Endplatte, d.h. mit einem inneren Profilelement 122 und einem äußeren Profilelement 120, können alternativ auch andere Vorspannungsverläufe konfiguriert werden.
Gemäß einem nicht gezeigten Aspekt kann eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug, mindestens ein Batteriemodul mit einem solchen Gehäuse 12 zur Aufnahme von Batteriezellen aufweisen.
Soweit anwendbar, können alle einzelnen Merkmale, die in den Ausführungsbeispielen dargestellt sind, miteinander kombiniert und/oder ausgetauscht werden, ohne den Bereich der Erfindung zu verlassen. Bezuqszeichenliste
10 Batteriemodul
10a-n Batteriezellen
12 Gehäuse 12a, 12b End platte
12c, 12d Seitenwand
120 äußeres Profilelement
122 inneres Profilelement
S1 erster Verformungsweg S2 zweiter Verformungsweg
F Vorspannung

Claims

Ansprüche
1. Gehäuse (12) für ein Batteriemodul (10) zur Aufnahme von Batteriezellen (10a-n), umfassend mindestens eine Endplatte (12a), welche ein inneres Profilelement (122) und ein äußeres Profilelement (120) umfasst, wobei das innere Profilelement (122) so geformt und ausgebildet ist, dass es innerhalb eines ersten Verformungswegs (S1) eine erste elastische Vorspannung auf im Gehäuse (12) angeordnete Batteriezellen (10a-n) bereitstellt und wobei das innere Profilelement (122) und das äußere Profilelement (120) so geformt und ausgebildet sind, dass das innere Profilelement (122) beim Überschreiten des ersten Verformungswegs (S1) mit dem äußeren Profilelement (120) zur Ausübung einer zweiten elastischen Vorspannung auf im Gehäuse (12) angeordnete Batteriezellen (10a-n) zusammenwirkt.
2. Gehäuse (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) und das äußere Profilelement (120) derart Zusammenwirken, das bei Überschreiten des ersten Verformungswegs (S1) das innere Profilelement (122) mit dem äußeren Profilelement (120) in Kontakt tritt.
3. Gehäuse (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) im Wesentlichen in der Mitte des äußeren Profilelements (120) mit diesem im Kontakt tritt.
4. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) einen ersten Elastizitätsmodul aufweist und das äußere Profilelement (120) einen zweiten Elastizitätsmodul aufweist, wobei der erste Elastizitätsmodul des inneren Profilelements die erste elastische Vorspannung auf die Batteriezellen (10a-10n) innerhalb des ersten Verformungswegs (S1) einstellt und wobei der erste Elastizitätsmodul des inneren Profilelements (122) in Kombination mit dem zweiten Elastizitätsmodul eine zweite elastische Vorspannung auf die Batteriezellen (10a- 10n) innerhalb eines zweiten Verformungswegs (S2) einstellt.
5. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) und/oder das äußere Profilelement (120) an unterschiedliche Batteriemodulkonfigurationen und/oder gewünschte Vorspannungen durch Anpassung der Elastizitätsmodule des inneren Profilelements (122) und des äußeren Profilelements (120), insbesondere durch Anpassung der Wandstärken und/ oder des Materials und/oder der Form, angepasst sind. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) und/ oder das äußere Profilelement (120) rollprofilierte Blechplatten sind. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Profilelement (120) einstückig ist und bevorzugt als Blattfeder ausgestaltet ist. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (122) einstückig ist und bevorzugt als eine bogenförmige oder U-förmige Struktur ausgestaltet ist. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine .Innenseite des äußeren Profilelements (120) abschnittsweise mit einer Außenseite des inneren Profilelements (122) verbunden ist, wobei das innere Profilelement (122) das äußere Profilelement (120) bevorzugt teilweise ummantelt. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenseite des äußeren Profilelements (120) die Außenseite des Gehäuses (12) ist. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Profilelement (120) und das äußere Profilelement (122) abschnittsweise durch eine stoffschlüssige oder kraftschlüssige Verbindung miteinander verbunden sind. Gehäuse (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wobei mindestens zwei gegenüberliegende Endplatten (12a, 12b) mit jeweils einem inneren Profilelement (120) und einem äußeren Profilelement (122) vorgesehen sind, wobei die Endplatten (12a) eine elastische Vorspannung auf dazwischen angeordnete Batteriezellen (10a-10n) ausüben. Gehäuse (12) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12) in Bezug auf die Endplatten (12a, 12b) zwei im Wesentlichen senkrecht stehende Seitenwände (12c, 12d) aufweist. 16 Batteriemodul (10) mit einem Gehäuse (12) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche und mindestens einer mit dem inneren Profilelement (122) in Wirkverbindung stehenden Batteriezelle (10a-10n), bevorzugt einer Prismatischen Zelle oder einer Pouch Zelle.
EP21755739.6A 2020-08-04 2021-08-04 Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen Pending EP4193419A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202020104503.2U DE202020104503U1 (de) 2020-08-04 2020-08-04 Gehäuse für ein Batteriemodul zur Aufnahme von Batteriezellen
PCT/EP2021/071768 WO2022029175A1 (de) 2020-08-04 2021-08-04 Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4193419A1 true EP4193419A1 (de) 2023-06-14

Family

ID=77367409

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP21755739.6A Pending EP4193419A1 (de) 2020-08-04 2021-08-04 Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230282909A1 (de)
EP (1) EP4193419A1 (de)
KR (1) KR20230042120A (de)
CN (1) CN216750111U (de)
DE (1) DE202020104503U1 (de)
WO (1) WO2022029175A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102022003352A1 (de) 2022-09-12 2024-03-14 Mercedes-Benz Group AG Endplatte für ein Batteriemodul, Batteriemodul, Batterie und Kraftfahrzeug
WO2024197924A1 (zh) * 2023-03-31 2024-10-03 厦门新能达科技有限公司 电池模组及用电设备
WO2024197925A1 (zh) * 2023-03-31 2024-10-03 厦门新能达科技有限公司 电池模组及用电设备

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102014217425A1 (de) * 2014-09-01 2016-03-03 Robert Bosch Gmbh Spannvorrichtung für Batteriezellen sowie Batteriemodul, Batterie, Batteriesystem, Fahrzeug und Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls
CN207009516U (zh) 2017-07-18 2018-02-13 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池模组端板及电池模组
KR102229410B1 (ko) * 2017-09-18 2021-03-17 주식회사 엘지화학 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
EP3664179A1 (de) * 2018-12-05 2020-06-10 Hilti Aktiengesellschaft Akkupackvorrichtung und verfahren zum betreiben der akkupackvorrichtung

Also Published As

Publication number Publication date
CN216750111U (zh) 2022-06-14
KR20230042120A (ko) 2023-03-27
WO2022029175A1 (de) 2022-02-10
DE202020104503U1 (de) 2021-09-07
US20230282909A1 (en) 2023-09-07

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2022029175A1 (de) Gehäuse für ein batteriemodul zur aufnahme von batteriezellen
DE102019205777A1 (de) Spanneinrichtung für ein Batteriemodul, Batteriemodul und Kraftfahrzeug
DE102018209104B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer Batterieanordnung
DE102014219178A1 (de) Zellkontaktiersystem eines Kraftfahrzeugbatteriemoduls sowie Kraftfahrzeugbatteriemodul
DE102012219022B4 (de) Spannsystem für einen Brennstoffzellenstack
DE102009035482A1 (de) Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen
DE102019207451B4 (de) Batteriebaugruppe
EP3550171A1 (de) Blattfedereinrichtung für ein fahrzeug und verfahren zum herstellen einer solchen blattfedereinrichtung
EP3627585A2 (de) Verfahren zum anordnen zumindest eines batteriemoduls in zumindest einem teil eines batteriegehäuses und anordnungsvorrichtung
DE102020130835A1 (de) Energiespeichervorrichtung zur Speicherung elektrischer Energie, Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichervorrichtung und Kraftfahrzeug
DE4231734A1 (de) Piezoelektrische einrichtung
DE102020131528A1 (de) Batterie, Kraftfahrzeug und Batteriemontageverfahren
DE102021118396A1 (de) Modulgehäuseanordnung, Batteriemodul und Verfahren zum Verspannen eines Batteriemoduls
DE102021110895A1 (de) Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und Verfahren zu dessen Herstellung
EP1589602B1 (de) Kontaktfederblech und elektrochemische Batterie mit einem derartigen Kontaktfederblech
DE102018216835A1 (de) Batteriemodul und Kraftfahrzeug
DE102022117553A1 (de) Batteriemodul mit einer Spanneinrichtung und Verfahren zum Herstellen eines Batteriemoduls
DE102018123771B4 (de) Batterie
DE102014018304A1 (de) Zellblock mit einem Zellstapel
DE102021118642A1 (de) Seitenaufprallenergieabsorptionselement für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug
EP0756750B1 (de) Hebelanordnung zur übertragung einer antriebskraft
DE19941230B4 (de) Vorrichtung zur vertikalen Abstützung von Fahrzeugblattfedern
DE102009055664B3 (de) Brennstoffzellenanordnung
DE102022004656B3 (de) Crashbox für ein Kraftfahrzeug
DE102011117778B3 (de) Bauteil mit veränderbarer Nachgiebigkeit und Federkonstante bei einer Biegung

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: 20230302

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

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)