FR3001338A1

FR3001338A1 - BATTERY MODULE AND METHOD OF MANUFACTURE

Info

Publication number: FR3001338A1
Application number: FR1450509A
Authority: FR
Inventors: Sonja Dudziak; Jens Koenig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2014-01-22
Publication date: 2014-07-25
Anticipated expiration: 2034-01-22
Also published as: FR3001338B1; DE102013201156A1

Abstract

Module de batterie (1) comprenant deux cellules de batterie (3) et un boîtier de module (5), logeant les cellules de batterie (3). Un papier imprégné d'huile (7), isolant, est interposé entre les cellules de batterie (3) et le boîtier de module (5).Battery module (1) comprising two battery cells (3) and a module housing (5), housing the battery cells (3). An oil impregnated paper (7), insulating, is interposed between the battery cells (3) and the module housing (5).

Description

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un module de batterie à deux cellules de batterie logées dans un boîtier de module. Etat de la technique Les cellules de batterie sont réunies en module de batte- rie pour fournir plus d'énergie. Les cellules de batterie sont ainsi logées dans un boîtier qui le protège contre l'influence de l'environnement. Le boîtier est électroconducteur de sorte que les cellules de batterie doivent être isolées électriquement par rapport au boitier et le cas échéant l'une par rapport à l'autre. A cet effet, on munit les composants du module de batterie d'une couche de vernis isolant. On peut également appliquer un vernis sur les cellules de batterie et sur l'intérieur du boîtier. Le vernissage des composants est toutefois une opération longue et coûteuse. De plus, habituellement l'épaisseur de la couche de vernis varie de sorte que l'on n'a pas une isolation d'épaisseur régulière. En outre, pendant la manipulation des composants d'un module de batterie, on risque de produire des éclats du vernis ou de créer des microfissures dans la couche de vernis.Field of the Invention The present invention relates to a battery module with two battery cells housed in a module housing. State of the art The battery cells are combined into a battery module to provide more power. The battery cells are thus housed in a housing that protects it against the influence of the environment. The housing is electrically conductive so that the battery cells must be electrically insulated from the housing and where appropriate relative to each other. For this purpose, the components of the battery module are provided with a layer of insulating varnish. It is also possible to apply a varnish on the battery cells and on the inside of the case. The varnishing of the components is however a long and expensive operation. In addition, usually the thickness of the varnish layer varies so that one does not have a regular thickness insulation. In addition, during handling of the components of a battery module, it is possible to produce fragments of the varnish or to create microcracks in the varnish layer.

On peut également coller un film isolant sur les cellules de batterie. Toutefois, comme en fonctionnement, les cellules de batterie varient en dimensions par des effets d'extension et de rétraction, le film risque d'être cisaillé. En outre, l'application du film est une opération compliquée et demandant beaucoup de travail.You can also stick an insulating film on the battery cells. However, as in operation, the battery cells vary in size by extension and retraction effects, the film may be sheared. In addition, the application of the film is a complicated operation and requires a lot of work.

But de l'invention La présente invention a pour but de développer un meilleur module de batterie et un meilleur procédé de fabrication d'un tel module et notamment une fabrication plus économique et plus rapide. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, l'invention a pour objet un module de batterie comprenant deux cellules de batterie et un boîtier de module, logeant les cellules de batterie, le module, étant caractérisé en ce qu'un papier imprégné d'huile, isolant, est interposé entre les cellules de batterie et le boîtier de module.OBJECT OF THE INVENTION The object of the present invention is to develop a better battery module and a better method of manufacturing such a module and in particular a more economical and faster manufacturing. DESCRIPTION AND ADVANTAGES OF THE INVENTION For this purpose, the subject of the invention is a battery module comprising two battery cells and a module housing, housing the battery cells, the module being characterized in that an impregnated paper of oil, insulation, is interposed between the battery cells and the module housing.

En d'autres termes, l'idée de l'invention consiste à remplacer la couche de vernis ou le film entre les composants du module de batterie par du papier imprégné d'huile. Ainsi les cellules de batterie sont isolées du boîtier de module électroconducteur et le cas échéant l'une de l'autre par le papier imprégné d'huile. L'application de papier imprégné d'huile permet une écomie par rapport au procédé de vernissage. En outre, par comparaison avec l'utilisation d'un film, cela réduit le temps de travail et simplifie la fabrication du module de batterie. De plus, l'isolation électrique avec du papier imprégné d'huile offre une très grande tenue aux fis- sures et au cisaillement par comparaison avec un film. Le module de batterie peut s'appliquer à des véhicules hybrides ou seulement électriques ainsi qu'à des moyens de transport. Le module de batterie selon l'invention peut s'appliquer de façon sta- rs tionnaire, par exemple dans des immeubles en combinaison avec des installations de panneaux solaires. Le module de batterie comporte plusieurs cellules de bat- terie. Un module de batterie comporte au moins deux cellules de batterie. En particulier, le module de batterie peut comporter entre 5 et 13 20 ou entre 5 et 18 cellules de batterie. Plusieurs modules de batterie peu- vent être regroupés en un ensemble, encore appelé système de batterie. Les cellules de batterie sont par exemple des cellules de batterie lithium-ion. Les cellules de batterie peuvent également être celles d'accumulateurs au plomb, d'accumulateurs nickel-hydrogène ou 25 d'accumulateurs nickel-fer ou lithium-manganèse, lithium-titane ou lithium-soufre. Le boîtier de module est en une matière électroconductrice telle que par exemple un métal comme de l'acier. Le papier est par exemple du papier isolant ou du papier 30 crépon. Le papier est un matériau plat avec des fibres de synthèse et/ou de fibres végétales. En particulier, le papier peut être un papier technique. Le papier peut se présenter sous la forme d'un carton ayant une masse surfacique supérieure à 300 g/m2 et une épaisseur supérieure à 1,5 mm. En variante, le papier comme carton peut avoir une 35 masse surfacique comprise entre 130 g/m2 et 300 g/m2. De façon préfé- rentielle, le papier est un papier isolant ayant une masse surfacique inférieure à 130 g/m2. Le papier est imprégné d'huile, c'est-à-dire qu'il est im- prégné d'huile à saturation. L'huile est de l'huile isolante, notamment une huile minérale ou une huile de silicone. L'huile évite avantageuse- ment que le papier n'absorbe de l'humidité. En outre, l'huile réduit l'inflammabilité du papier et augmente de cette manière la sécurité du module de batterie. En outre, l'huile augmente la tenue au claquage du papier et réduit ainsi le risque de développement d'arcs électriques. En outre, l'huile permet d'éteindre d'éventuels arcs électriques. Un autre avantage du papier imprégné d'huile est d'avoir une meilleure souplesse et une meilleure maniabilité. Selon un développement de l'invention, le papier est in- terposé entre les cellules de batterie. Cela signifie que le papier impré- gné d'huile, isolant, est interposé à la fois entre les cellules de batterie et entre les cellules de batterie et le boîtier de module. Le papier peut être interposé entre toutes les cellules de batterie voisines. En variante, le papier peut être prévu uniquement entre certaines cellules de batterie voisines.In other words, the idea of the invention is to replace the layer of varnish or the film between the components of the battery module with paper impregnated with oil. Thus the battery cells are isolated from the electroconductive module housing and optionally from each other by the paper impregnated with oil. The application of paper impregnated with oil allows an economy compared to the coating process. In addition, in comparison with the use of a film, this reduces the working time and simplifies the manufacture of the battery module. In addition, the electrical insulation with oil-impregnated paper offers a very high resistance to cracking and shearing compared to a film. The battery module can be applied to hybrid or all-electric vehicles as well as to means of transport. The battery module according to the invention can be applied sta- tionally, for example in buildings in combination with solar panel installations. The battery module has several battery cells. A battery module has at least two battery cells. In particular, the battery module may have between 5 and 13 or between 5 and 18 battery cells. Several battery modules can be grouped into one set, also called a battery system. The battery cells are, for example, lithium-ion battery cells. Battery cells may also be lead-acid accumulators, nickel-hydrogen accumulators or nickel-iron or lithium-manganese, lithium-titanium or lithium-sulfur accumulators. The module housing is made of an electroconductive material such as for example a metal such as steel. The paper is, for example, insulating paper or crepe paper. Paper is a flat material with synthetic fibers and / or vegetable fibers. In particular, the paper can be a technical paper. The paper may be in the form of a paperboard having a basis weight greater than 300 g / m2 and a thickness greater than 1.5 mm. Alternatively, the paper as cardboard may have a basis weight of between 130 g / m 2 and 300 g / m 2. Preferably, the paper is an insulating paper having a basis weight of less than 130 g / m 2. The paper is impregnated with oil, that is to say it is impregnated with saturation oil. The oil is insulating oil, especially mineral oil or silicone oil. The oil advantageously prevents the paper from absorbing moisture. In addition, the oil reduces the flammability of the paper and in this way increases the safety of the battery module. In addition, the oil increases the breakdown strength of the paper and thus reduces the risk of developing arcing. In addition, the oil can extinguish any arcing. Another advantage of oil-impregnated paper is to have better flexibility and maneuverability. According to a development of the invention, the paper is interposed between the battery cells. This means that the oil-impregnated, insulating paper is interposed both between the battery cells and between the battery cells and the module housing. The paper can be interposed between all neighboring battery cells. Alternatively, the paper may be provided only between some neighboring battery cells.

Le papier entre les différentes cellules de batterie et aussi entre le boîtier de module et les cellules de batterie permet de réaliser une isolation électrique optimale entre les différents composants du module de batterie. Selon un autre développement, le papier est interposé en une seule couche entre le boîtier et les cellules de batterie. Cela signifie qu'une seule couche de papier suffit pour avoir une bonne isolation entre les cellules de batterie et le boîtier. En enveloppant les cellules de batterie d'une couche avec du papier imprégné d'huile, on économise de la matière.The paper between the different battery cells and also between the module housing and the battery cells makes it possible to achieve optimum electrical insulation between the different components of the battery module. According to another development, the paper is interposed in a single layer between the housing and the battery cells. This means that a single layer of paper is sufficient to have good insulation between the battery cells and the housing. By wrapping the battery cells with a layer of paper impregnated with oil, material is saved.

En variante, les cellules de batterie peuvent être envelop- pées de plusieurs couches de papier imprégné d'huile. Cela réduit le risque de fissures et de cisaillements et augmente la sécurité. Selon un autre développement de l'invention, le papier contient des fibres d'aramides. Les fibres d'aramides peuvent être des matériaux synthétiques polymères tels que des polyamides aroma- tiques. En particulier, les fibres d'aramides peuvent être des polyamides de synthèse à chaîne longue dont au moins 85 % des groupes amides sont liés directement à deux cycles aromatiques. Par exemple, on peut intégrer des para aramides dans le papier.Alternatively, the battery cells can be wrapped with several layers of paper impregnated with oil. This reduces the risk of cracks and shears and increases safety. According to another development of the invention, the paper contains aramid fibers. The aramid fibers may be synthetic polymeric materials such as aromatic polyamides. In particular, the aramid fibers may be long-chain synthetic polyamides of which at least 85% of the amide groups are directly linked to two aromatic rings. For example, para aramids can be incorporated into the paper.

L'utilisation de fibres d'aramides dans le papier assure une très grande tenue, une très grande résistance aux chocs et à la rupture par cisaillement du papier. De plus, la tenue du papier vis-à-vis des acides et des lessives est augmentée par les fibres d'aramides. Selon un autre développement, l'huile est de l'huile de transformateur. Cette huile est électro-isolante. Cette huile peut égale- ment s'appeler huile isolante. En particulier, l'huile est une huile minérale très raffinée ou une huile de silicone fluide. Selon un autre développement de l'invention, le papier enveloppe ou entoure complètement les cellules de batterie, c'est-à-dire que les cellules de batterie sont enveloppées séparément ou sur plu- sieurs de tous côtés avec du papier. Les cellules de batterie sont ainsi complètement isolées et protégées contre les courts-circuits. Selon un autre développement, le module de batterie comporte un couvercle de module. Le premier côté des cellules de batte- rie, tourné vers le couvercle de module, ne comporte pas de papier. Cela signifie que selon ce développement, les cellules de batterie ne sont pas complètement entourées sur tous les côtés avec du papier. Le couvercle de module s'installe sur le boîtier. Le cou- vercle de module comporte une isolation intégrée, par exemple une couche d'isolation sur son côté tourné vers les batteries. L'isolation des cellules de batterie par rapport au boîtier de module est assurée par le papier et l'isolation vis-à-vis du couvercle de module est assurée directement par le couvercle de module. Cela simplifie la fabrication du module de batterie car on évite par exemple d'avoir à découper par poinçonnage des ouvertures dans le papier. En particulier, il n'est pas nécessaire de réaliser des ouvertures pour les pôles des cellules de batterie si la partie du couvercle de module tournée vers les cellules de batterie ne comporte pas de papier. Selon un autre développement, le côté des cellules de batterie non tourné vers le couvercle de module ne comporte pas de pa- pier, c'est-à-dire que le second côté des cellules de batterie, à l'opposé du premier côté, c'est-à-dire le côté tourné vers le fond du boîtier de module comporte une ouverture dans le papier. Cette solution est par exemple intéressante si le fond du module de batterie, notamment le fond du boîtier de module, comporte une plaque de refroidissement, par exemple une plaque de refroidissement en matière plastique, qui est intégrée dans le fond. Ainsi, seul le côté tourné vers le couvercle de module ou le fond du module comporte une ouverture dans le papier. En variante, le côté tourné vers le couvercle de module et celui du fond de module comportent des ouvertures dans le papier. Cela simplifie l'opération d'enveloppement des cellules de batterie avec du papier. Selon un autre développement, l'invention a pour objet un procédé de réalisation d'un module de batterie tel que décrit ci- dessus comprenant les étapes suivantes consistant à : utiliser au moins deux cellules de batterie, utiliser un boîtier de module, disposer les cellules de batterie dans le boîtier de module, ce procédé étant caractérisé par l'étape consistant à : enrouler les cellules de batterie avec du papier imprégné d'huile, isolant. On peut modifier l'ordre des étapes. En particulier, on peut enrouler les cellules de batterie avant de placer les cellules de batterie dans le boîtier de module. On peut prévoir d'autres étapes comme par exemple le serrage de différentes cellules de batterie les unes par rapport aux autres. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de module de batterie et du procédé de fabrication représentés dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments portent les mêmes références. Ainsi : la figure 1 montre une section schématique d'un exemple de réalisation d'un module de batterie, la figure 2 montre une section schématique d'un autre exemple de réalisation d'un module de batterie. Description de modes de réalisation de l'invention La figure 1 montre un module de batterie 1 comportant six cellules de batterie 3, l'ensemble étant représenté en couple. Le mo- dule de batterie 1 comporte un boîtier de module 5 logeant les cellules de batterie. Les cellules de batterie 3 sont enveloppées d'un papier imprégné d'huile 7, isolant, de façon que le boîtier de module 5 soit isolé électriquement par rapport aux cellules de batterie.The use of aramid fibers in the paper ensures very high strength, very high resistance to shocks and shear failure of the paper. In addition, the paper resistance to acids and lye is increased by the aramid fibers. According to another development, the oil is transformer oil. This oil is electro-insulating. This oil can also be called insulating oil. In particular, the oil is a very refined mineral oil or a fluid silicone oil. According to another embodiment of the invention, the paper envelopes or completely surrounds the battery cells, i.e. the battery cells are wrapped separately or on several sides with paper. The battery cells are completely isolated and protected against short circuits. According to another development, the battery module comprises a module cover. The first side of the battery cells, facing the module cover, has no paper. This means that according to this development, the battery cells are not completely surrounded on all sides with paper. The module cover is installed on the housing. The module cover has an integrated insulation, for example an insulation layer on its side facing the batteries. The isolation of the battery cells from the module housing is ensured by the paper and the insulation against the module cover is provided directly by the module cover. This simplifies the manufacture of the battery module because it avoids, for example, having to punch out openings in the paper. In particular, it is not necessary to make openings for the poles of the battery cells if the portion of the module cover facing the battery cells does not include paper. In another development, the side of the battery cells not facing the module cover has no paper, ie the second side of the battery cells, opposite the first side, that is, the side facing the bottom of the module housing has an opening in the paper. This solution is for example advantageous if the bottom of the battery module, in particular the bottom of the module housing, comprises a cooling plate, for example a plastic cooling plate, which is integrated in the bottom. Thus, only the side facing the module cover or the bottom of the module has an opening in the paper. Alternatively, the side facing the module cover and the module bottom have openings in the paper. This simplifies the wrapping operation of the battery cells with paper. According to another development, the subject of the invention is a method for producing a battery module as described above comprising the following steps: using at least two battery cells, using a module box, arranging the battery cells in the module housing, the method being characterized by the step of: winding the battery cells with oil-impregnated, insulating paper. We can change the order of the steps. In particular, the battery cells can be wound up before placing the battery cells in the module housing. Other steps may be provided, such as for example the clamping of different battery cells relative to one another. Drawings The present invention will be described in more detail below with the help of battery module examples and the manufacturing method shown in the accompanying drawings in which the same elements bear the same references. Thus: Figure 1 shows a schematic section of an exemplary embodiment of a battery module, Figure 2 shows a schematic section of another embodiment of a battery module. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS OF THE INVENTION FIG. 1 shows a battery module 1 comprising six battery cells 3, the assembly being represented in pairs. The battery module 1 has a module housing 5 housing the battery cells. The battery cells 3 are wrapped with an oil-impregnated paper 7, insulating, so that the module housing 5 is electrically insulated from the battery cells.

Le module de batterie 1 comporte en outre un couvercle de module 9 qui ferme le boîtier de module 5 et comporte par exemple des collecteurs de courant et des branchements pour les pôles des cellules de batterie. Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, le papier imprégné d'huile 7 est interposé sur une couche entre les cel- lules de batterie 3 et le boîtier de module 5. En outre, le papier 7 imprégné d'huile entoure de tous côtés les cellules de batterie 3. L'huile qui imprègne le papier 7 est de l'huile de trans- formateur, notamment une huile minérale ou une huile de silicone. Le papier 7 est un papier isolant. Le papier 7 comporte des fibres d'aramides et résiste à la déchirure. Le papier imprégné d'huile 7 remplace une couche de vernis ou un film adhésif entre les composants du module de batterie 1. Cela permet une économie d'argent et de travail. En outre, cela améliore la sécurité du module de batterie 1 grâce au papier imprégné d'huile 7. La figure 2 est une section d'une variante de réalisation du module de batterie 1. Dans cet exemple, chaque cellule de batterie 3 est enveloppée séparément avec du papier imprégné d'huile 7. Ainsi à la fois les différentes cellules de batterie 3 sont isolées les unes des autres et aussi vis-à-vis du boîtier de module 5. A la différence du mode de réalisation de la figure 1, le papier imprégné d'huile 7 du mode de réalisation de la figure 2 n'entoure pas tous les côtés des cellules de batterie 3. Le côté supérieur des cellules de batterie 3 avec les pôles des cellules de batterie 3, tourné vers le couvercle de module 9 ne comporte pas de papier imprégné d'huile 7. Ainsi les pôles des cellules de batterie 3 sont accessibles pour les moyens de branchement du couvercle de module 9 ce qui évite d'avoir à poinçonner le papier imprégné d'huile 7 pour atteindre les pôles des cellules de batterie 3.5 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Module de batterie 3 Cellule de batterie 5 Boîtier de module 7 Papier imprégné d'huile 9 Couvercle de module10The battery module 1 further comprises a module cover 9 which closes the module housing 5 and comprises, for example, current collectors and connections for the battery cell poles. In the exemplary embodiment shown in FIG. 1, the oil-impregnated paper 7 is interposed on a layer between the battery cells 3 and the module housing 5. In addition, the oil-impregnated paper 7 surrounds The oil-impregnating oil 7 is transformer oil, especially a mineral oil or a silicone oil. The paper 7 is an insulating paper. Paper 7 has aramid fibers and resists tearing. The oil impregnated paper 7 replaces a layer of varnish or an adhesive film between the components of the battery module 1. This saves money and work. In addition, this improves the security of the battery module 1 by means of the oil impregnated paper 7. FIG. 2 is a section of an alternative embodiment of the battery module 1. In this example, each battery cell 3 is enveloped separately with paper impregnated with oil 7. Thus both the different battery cells 3 are isolated from each other and also from the module housing 5. Unlike the embodiment of FIG. , the oil-impregnated paper 7 of the embodiment of FIG. 2 does not surround all the sides of the battery cells 3. The upper side of the battery cells 3 with the poles of the battery cells 3, turned towards the lid of module 9 does not include paper impregnated with oil 7. Thus the poles of the battery cells 3 are accessible for the connection means of the module cover 9 which avoids having to punch the paper impregnated with oil 7 for to reach the e poles of the battery cells 3.5 NOMENCLATURE OF THE MAIN ELEMENTS 1 Battery module 3 Battery cell 5 Module housing 7 Oil-impregnated paper 9 Module cover10

Claims

CLAIMS 1 °) Battery module (1) comprising: - two battery cells (3) and a module housing (5), - the battery cells (3) being housed in the module housing (5), module characterized in an insulating oil-impregnated paper (7) is interposed between the battery cells (3) and the module housing (5).

2) battery module (1) according to claim 1, characterized in that the oil impregnated paper (7) is further interposed between the different battery cells (3).

Battery module (1) according to claim 1, characterized in that the oil-impregnated paper (7) is arranged in a layer between the module housing (5) and the battery cells (3).

4) battery module (1) according to claim 1, characterized in that the oil impregnated paper (7) comprises aramid fibers.

5 °) battery module (1) according to claim 1, characterized in that the oil is electro-insulating transformer oil.

Battery module (1) according to claim 1, characterized in that the oil-impregnated paper (7) completely surrounds the battery cells (3).

Battery module (1) according to claim 1, characterized in that the battery module (1) has a module cover (9), the battery cell side (3) facing the module cover ( 9) having no paper impregnated with oil (7).

Battery module (1) according to Claim 7, characterized in that the side of the battery cells (3), which is not turned towards the module cover (9), does not contain any paper impregnated with oil ( 7).

9) A method of making a battery module (1) according to any one of claims 1 to 8 comprising the following steps: using at least two battery cells (3), using a module housing (5), arranging the battery cells (3) in the module housing (5), characterized by the step of: winding the battery cells (3) with oil-impregnated paper (7), insulating .20