WO2010076053A1 - Battery module with deformable layer element - Google Patents

Battery module with deformable layer element Download PDF

Info

Publication number
WO2010076053A1
WO2010076053A1 PCT/EP2009/064246 EP2009064246W WO2010076053A1 WO 2010076053 A1 WO2010076053 A1 WO 2010076053A1 EP 2009064246 W EP2009064246 W EP 2009064246W WO 2010076053 A1 WO2010076053 A1 WO 2010076053A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
battery
battery module
deformable layer
battery cells
layer element
Prior art date
Application number
PCT/EP2009/064246
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Niko Dorsch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
Publication of WO2010076053A1 publication Critical patent/WO2010076053A1/en

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/34—Gastight accumulators
    • H01M10/345—Gastight metal hydride accumulators
    • 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
    • H01M50/289—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by spacing elements or positioning means within frames, racks or packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/61—Types of temperature control
    • H01M10/613—Cooling or keeping cold
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/62—Heating or cooling; Temperature control specially adapted for specific applications
    • H01M10/625—Vehicles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6554—Rods or plates
    • H01M10/6555—Rods or plates arranged between the cells
    • 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

  • the invention relates to a battery module with a battery housing in which at least one battery cell is accommodated.

Landscapes

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

Abstract

The invention relates to a battery module (10) with a battery housing (15) in which at least one battery cell (20) is accommodated, wherein the battery cell (20) comprises at least one layered structure of a cathode (22), an anode (24) and a separator element. According to the invention, the layered structure of the battery cell (20) comprises at least an additional deformable layer element (30).

Description

Titel title
BATTERIEMODUL MIT DEFORMIERBAREM SCHICHTELEMENTBATTERY MODULE WITH DEFORMABLE LAYER ELEMENT
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einem Batteriegehäuse in dem mindestens eine Batteriezelle aufgenommen ist.The invention relates to a battery module with a battery housing in which at least one battery cell is accommodated.
Stand der TechnikState of the art
Ein derartiges Batteriemodul ist bekannt und wird vermehrt bei Fahrzeugen, insbesondere in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, und stationären Anwendungen, wie beispielsweise Windkraftanlagen verwendet. Dabei umfasst der Begriff Batteriemodul auch Akkumulatoren, welche über viele Zyklen elektrisch geladen und wieder entladen werden können, wobei das Batteriemodul aus einzelnen Zellen, den Batteriezellen, die eine für die verwendete Materialkombination der Zelle charakteristische Spannung liefern, besteht. Um aus diesen Batteriezellen ein Batteriemodul aufzubauen, die die geforderten Leistungs- und Energiemengen liefern kann, werden die einzelnen Batteriezellen elektrisch in Serie und/oder pa- rallel geschaltet. Ein Batteriemodul umfasst dabei mehrere miteinander elektrisch verschalteter Batteriezellen. Zwischen den einzelnen Batteriezellen befindet sich in der Regel eine Radiatorplatte, welche einen batterieinternen Wärmetransfer zwischen den Batteriezellen und einer Wärmetransporteinrichtung ermöglicht, wobei die Wärmetransporteinrichtung eine das Batteriemodul als ganzem zuge- ordnete Einrichtung zur Zufuhr von Wärme zu den Batteriezellen und/oder zurSuch a battery module is known and is increasingly used in vehicles, especially in hybrid and electric vehicles, and stationary applications, such as wind turbines. The term battery module also encompasses accumulators which can be electrically charged and discharged over many cycles, the battery module consisting of individual cells, the battery cells, which supply a voltage characteristic of the material combination of the cell used. To build a battery module from these battery cells, which can deliver the required amounts of power and energy, the individual battery cells are electrically connected in series and / or in parallel. A battery module comprises a plurality of electrically interconnected battery cells. Between the individual battery cells is usually a radiator plate, which allows an internal battery heat transfer between the battery cells and a heat transport device, wherein the heat transport means a battery module as a whole associated means for supplying heat to the battery cells and / or
Abfuhr der Wärme von der Batteriezellen ist. Beim Auf- und Entladen der einzelnen Batteriezellen kommt es je nach Ladezustand zu einer Ausdehnung, bzw. zu einer Stauchung der Kathoden- und Anodenmaterialien und damit zu Verspannungen innerhalb des Batteriemoduls. Aufgrund dessen werden bei der Nutzung von Batteriemodulen in stationären Anwendungen, wie beispielsweise Windkraftanlagen, als auch bei deren Verwendung in Fahrzeugen, wie Hybrid- und/oder Elektrofahrzeugen, hohe Anforderungen an die Vorspannung der Batteriezellen innerhalb eines Batteriemoduls gestellt.Removal of heat from the battery cells is. During charging and discharging of the individual battery cells, depending on the state of charge, an expansion or a compression of the cathode and anode materials and thus to tensions within the battery module occurs. Due to this, when using battery modules in stationary applications, such as wind turbines, as well as in their use in vehicles, such as hybrid and / or Electric vehicles, high demands placed on the bias of the battery cells within a battery module.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.The object is achieved by a battery module having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Batteriemodul umfasst ein Batteriegehäuse in dem mindestens eine Batteriezelle aufgenommen ist, wobei die Batteriezelle mindestens einen Schichtaufbau aus einer Kathode, einer Anode und einem Separatorelement aufweist. Dabei ist vorgesehen, dass der Schichtaufbau der Batteriezelle mindestens ein weiteres deformierbares Schichtelement aufweist.The battery module according to the invention comprises a battery housing in which at least one battery cell is accommodated, wherein the battery cell has at least one layer structure comprising a cathode, an anode and a separator element. It is provided that the layer structure of the battery cell has at least one further deformable layer element.
Das Batteriemodul ist vorzugsweise eine wiederaufladbare Batterie (der Akkumulator), wobei diese ein über viele Zyklen elektrisch ladbarer und wieder entladbarer elektrischer Energiespeicher ist, der einzelne galvanische Zellen, die Batte- riezellen, aufweist, die eine für die verwendete Materialkombination der jeweiligen Zelle charakteristische Spannung liefern. Um eine geforderte Leistungs- und Energiekapazität der Batterie zu erreichen, werden die einzelnen Batteriezellen elektrisch in Serie und/oder parallel geschaltet. Ein kompaktes Batteriemodul umfasst dabei mehrere miteinander elektrisch verschalteter Batteriezellen, wobei die einzelne Batteriezelle die kleinste Elemente-Einheit der Batterie ist. Das Batteriegehäuse ist insbesondere als eine das Batteriemodul vollumfänglich umgebende Wärmetransferhülse ausgebildet, so dass das Batteriegehäuse eine Art Spannhülse zur Verwirklichung einer als Pressverband ausgebildeten Verbindung zwischen den einzelnen Batteriezellen, den Radiatorplatten und dem Batte- riegehäuse ausbildet. Durch das Einbringen eines erfindungsgemäßen deformierbaren Schichtelementes in den Schichtaufbau der Batteriezellen, wird das mechanische Vorspannen der Batteriezellen innerhalb des Batteriemoduls vereinfacht. Die geringe Steifigkeit des Schichtelementes führt dazu, dass die Ge- samtsteifigkeit des Batteriemoduls, bzw. der einzelnen Batteriezellen abnimmt und eine eventuell auftretende Dehnung, bzw. Stauchung der Kathoden und A- nodenmaterialien durch die Batteriezellen, bzw. das Batteriemodul selbst kom- pensiert werden kann. Zusätzliche Spannvorrichtung, bzw. eine aufwendig eingestellt Vorspannung der einzelnen Batteriezellen, bzw. des Batteriemoduls sind somit nicht mehr notwendig. Hinzu kommt, dass durch den beim Einbauen der Batteriezellen entstehenden Grunddruck und den durch das deformierbare Schichtelement entstehenden selbst kompensierenden Druck im Kontaktbereich zwischen dem Batteriezellen und den Radiatorplatten ist der thermische Übergangswiderstand zwischen den Radiatorplatten und den Batteriezellen gering.The battery module is preferably a rechargeable battery (the accumulator), which is an electrically energy store which can be electrically charged and recharged for many cycles and which has individual galvanic cells, the battery cells, which have a voltage characteristic of the material combination used for the respective cell deliver. In order to achieve a required power and energy capacity of the battery, the individual battery cells are electrically connected in series and / or in parallel. A compact battery module in this case comprises a plurality of electrically interconnected battery cells, wherein the individual battery cell is the smallest element unit of the battery. The battery housing is designed in particular as a heat transfer sleeve surrounding the battery module in its entirety, so that the battery housing forms a type of clamping sleeve for realizing a connection between the individual battery cells, the radiator plates and the battery housing designed as an interference fit. By introducing a deformable layer element according to the invention into the layer structure of the battery cells, the mechanical biasing of the battery cells within the battery module is simplified. The low rigidity of the layer element leads to the fact that the overall rigidity of the battery module or of the individual battery cells decreases and any stretching or compression of the cathodes and anode materials by the battery cells or the battery module itself occurs. can be pensiert. Additional clamping device, or an elaborately adjusted bias of the individual battery cells, and the battery module are therefore no longer necessary. In addition, the thermal contact resistance between the radiator plates and the battery cells is low due to the base pressure arising during installation of the battery cells and the self-compensating pressure resulting from the deformable layer element in the contact area between the battery cells and the radiator plates.
Der von dem Schichtelement erzeugte Spanndruck ist dabei bevorzugt so auf die Wärmeausdehnung der Batteriezellen und der Radiatorplatten abgestimmt, dass er im gesamten Temperatur-Arbeitsbereich des Batteriemoduls aufrechterhalten bleibt. Die Radiatorplatten bestehen dabei - zumindest teilweise - aus einem Material mit hoher thermischer Leitfähigkeit, vorzugsweise einem Metall mit geringem elektrischem Widerstand. Dieses Metall ist insbesondere Kupfer oder Aluminium.The clamping pressure generated by the layer element is preferably tuned to the thermal expansion of the battery cells and the radiator plates that it is maintained throughout the temperature operating range of the battery module. The radiator plates consist - at least partially - of a material with high thermal conductivity, preferably a metal with low electrical resistance. This metal is especially copper or aluminum.
Die Batteriezelle weist bevorzugt eine Mantelfolie auf, in welche der Schichtaufbau von Kathode, Anode und Separatorelement verschweißt werden kann. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dabei vorgesehen, dass der Schichtaufbau der jeweiligen Batteriezelle eine Mehrzahl von Schichten aus Kathode, Anode und Separatorelement aufweist, wobei vorteilhafterweise auch eine Mehrzahl von deformierbaren Schichtenelementen eingefügt werden kann. Alternativ kann vorgesehen sein, dass das deformierbare Schichtenelement direkt in die Mantelfolie integriert oder auf diese aufbringbar ist, so dass sowohl Volumen und/oder Gewicht eingespart werden kann.The battery cell preferably has a jacket film into which the layer structure of the cathode, anode and separator element can be welded. According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the layer structure of the respective battery cell comprises a plurality of layers of cathode, anode and separator, wherein advantageously also a plurality of deformable layer elements can be inserted. Alternatively, it can be provided that the deformable layer element is integrated directly into the jacket film or can be applied to it, so that both volume and / or weight can be saved.
Ferner ist denkbar, dass das deformierbare Schichtenelement selber eine deformierbare Folie und/oder ein Schaumstoff und/oder ein Federelement ist, welche in das Batteriemodul eingebracht wird, um Ausdehnungen, bzw. Stauchungen zu kompensieren.Furthermore, it is conceivable that the deformable layer element itself is a deformable foil and / or a foam and / or a spring element, which is introduced into the battery module in order to compensate expansions or compressions.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Batteriemodul mehrere prismatisches Batteriezellen aufweist, dabei sind die Batteriezellen vorzugsweise parallel zueinander ausgerichtet und bilden einen Stapel, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Batteriezellen eine Radiatorplatte angeordnet ist. Das Verspannen ist insbesondere ein leichtes Verspannen - A -According to a preferred embodiment of the invention it is provided that the battery module comprises a plurality of prismatic battery cells, wherein the battery cells are preferably aligned parallel to each other and form a stack, wherein between each two adjacent battery cells, a radiator plate is arranged. The bracing is in particular a slight distortion - A -
der Batteriezellen in dem Batteriegehäuse durch ein beidseitiges Druckausüben in Stapelrichtung der Batteriezellen. Das zusätzliche Einbringen der deformierbaren Schichtelemente verleiht den Batteriezellen zusätzliche Spannung, bzw. Entlastung, so dass einer Verschlechterung der Batterieeigenschaften aufgrund des wiederholten Aufladens und Entladens der Batterie, bzw. der Volumenzunahme und Volumenabnahme innerhalb der Batteriezelle entgegengewirkt werden kann.the battery cells in the battery case by a two-sided pressurization in the stacking direction of the battery cells. The additional introduction of the deformable layer elements gives the battery cells additional voltage, or discharge, so that a deterioration of the battery properties due to the repeated charging and discharging of the battery, or the volume increase and decrease in volume can be counteracted within the battery cell.
Die Radiatorplatten ermöglichen einen Batterieinternen Wärmetransfer zwischen den Batteriezellen und der Wärmetransporteinrichtung, wobei die Wärmetransporteinrichtung eine der Batterie als ganze zugeordnete Einrichtung zur Zufuhr von Wärme zu der Batterie und/oder zur Abfuhr der Wärme von der Batterie ist.The radiator plates allow internal battery heat transfer between the battery cells and the heat transport device, wherein the heat transport device is one of the battery as a whole associated means for supplying heat to the battery and / or for dissipating the heat from the battery.
Die Struktur des Batteriemoduls, welche insgesamt gesehen die notwendige Vorspannung der einzelnen Batteriezellen innerhalb des Batteriegehäuses vermindert, erlaubt eine zusätzlich Gestaltungsauswahl bei der Wahl des Materials für das Batteriegehäuse. Da diese nicht mehr soviel Vorspanndruck aufbauen müssen und zusätzlich auftretender Druck innerhalb der Batteriezellen durch die deformierbaren Schichtelemente kompensiert werden kann, ist es möglich auch leichtere und dünner Materialien, wie beispielsweise Kunststoffe, zu verwenden.The structure of the battery module, which as a whole reduces the necessary bias of the individual battery cells within the battery case, allows an additional design choice in the choice of material for the battery case. Since these no longer have to build up so much bias pressure and additionally occurring pressure can be compensated within the battery cells by the deformable layer elements, it is also possible to use lighter and thinner materials, such as plastics.
Weitere Materialien für das Batteriemodul können insbesondere Harzmaterialien, Metalle oder Legierungen sein, welche unter Berücksichtigung der auftretenden Kräfte, des Gewichts, des Volumens und/oder der Leistungsfähigkeit individuell auswählbar sind.Other materials for the battery module may be in particular resin materials, metals or alloys, which are individually selectable taking into account the forces, the weight, the volume and / or the performance occurring.
Das Batteriemodul ist insbesondere ein Batteriemodul für ein Hybridfahrzeug und/oder ein Elektrofahrzeug, wobei bevorzugt eine Nickel-Metallhydrid-Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie verwendet wird.The battery module is in particular a battery module for a hybrid vehicle and / or an electric vehicle, wherein a nickel-metal hydride battery or a lithium-ion battery is preferably used.
Nachfolgend wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur einen beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.The invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the figures have only a descriptive character and are not intended to limit the invention in any way.
Es zeigen: Fig. 1 ein Batteriemodul mit prismatischen Batteriezellen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;Show it: 1 shows a battery module with prismatic battery cells according to a first embodiment of the invention.
Fig. 1 a eine Detailansicht des Ausschnittes A aus Fig. 1 ;Fig. 1 a is a detail view of the detail A of Fig. 1;
Fig. 2 eine Batteriezelle mit einem Schichtaufbau und einer die Batteriezelle umgebenden Mantelfolie;2 shows a battery cell with a layer structure and a jacket film surrounding the battery cell;
Die Figur 1 zeigt ein Batteriemodul 10 mit fünf flach, bzw. prismatisch ausgebildeten Batteriezellen 20, welche von einem Batteriegehäuse 15 umgeben sind. Jedes der Batteriezellen 20 weist einen in Figur 1 nicht im Einzelnen dargestellten Schichtaufbau aus mindestens einer Kathode, einer Anode und einem Separatorelement auf und wird durch eine Radiatorplatte 12 zur Wärmeabfuhr von der jeweils benachbarten Batteriezelle 20 und dem Batteriegehäuse 15 getrennt. DieFIG. 1 shows a battery module 10 with five flat or prismatic battery cells 20, which are surrounded by a battery housing 15. Each of the battery cells 20 has a not shown in detail in Figure 1 layer structure of at least one cathode, an anode and a separator and is separated by a radiator plate 12 for heat dissipation from the adjacent battery cell 20 and the battery case 15. The
Radiatorplatten 12 und die flach, bzw. prismatischen Batteriezellen 20 bilden das Batteriemodul 10, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Batteriezellen 20 eine Radiatorplatte 12 angeordnet ist. Das Batteriemodul 10 besteht aus alternierend angeordneten Radiatorplatten 12 und Batteriezellen 20, wobei die Stapel- folge jeweils mit einer Radiatorplatte 12 beginnt und einer Radiatorplatte 12 endet. Dabei ist jede Seitenflächen einer Batteriezelle 20 - zumindest bereichsweise - in thermischem Kontakt mit einer zugeordneten Seitenfläche der als Wärmetransportelement ausgebildeten Radiatorplatten 12. Dieser thermische Kontakt ist ein direkter Kontakt oder ein Kontakt über ein zusätzliches elektrisch isolierendes Wärmeleitelement, welches zwischen den einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Batteriezellen 20 und der Radiatorplatte 12 angeordnet ist.Radiator plates 12 and the flat, or prismatic battery cells 20 form the battery module 10, wherein between each two adjacent battery cells 20, a radiator plate 12 is arranged. The battery module 10 consists of alternately arranged radiator plates 12 and battery cells 20, wherein the stacking sequence each begins with a radiator plate 12 and a radiator plate 12 ends. In this case, each side surfaces of a battery cell 20 - at least partially - in thermal contact with an associated side surface of the formed as a heat transport radiator plates 12. This thermal contact is a direct contact or contact via an additional electrically insulating heat conducting element, which between the opposite side surfaces of the battery cells 20 and the radiator plate 12 is arranged.
Jede der Radiatorplatten 12 ist an ihrem einen Ende mit einem parallel zur Stapelrichtung verlaufenden Teil einer Wärmetransporteinrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Durch diese Verbindungen der Radiatorplatten 12 mit der Wärmetransporteinrichtung sind diese beiden Komponenten thermisch miteinander in Kontakt. Dabei kann die Wärmetransporteinrichtung gleichzeitig ein Batteriesockel ausbilden, bzw. direkt in das Batteriegehäuse 15 integriert sein und bevorzugt eine hohe Wärmekapazität aufweisen. Beim Auf- und Entladen des Batte- riemoduls 10 kommt es je nach Ladezustand der einzelnen Batteriezellen 20 zu einer Ausdehnung, bzw. zu einer Stauchung der Kathoden- und Anodenmateria- lien der jeweiligen Batteriezellen 20 und damit zu Verspannungen. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in den der Schichtaufbau der Batteriezelle 20 mindestens ein weiteres deformierbares Schichtelement 30 eingefügt wird. Fig. 1 a zeigt eine Detailansicht des Ausschnitts A aus der Fig. 1 und veranschaulicht ei- ne möglich Position, in der das deformierbare Schichtelement 30 in die Batteriezelle 20 eingefügt werden kann. Dabei ist das Schichtelement 30 in den Schichtaufbau der Batteriezelle 20 im Wesentlichen benachbart zu einer Radiatorplatten 12 eingebracht. Durch die geringe Steifigkeit des deformierbaren Schichtelementes 30 wird die Gesamtsteifigkeit der einzelnen Batteriezelle 20 reduziert, so dass eine Dehnung, bzw. Stauchung der Kathoden- und Anodenmaterialien durch dieEach of the radiator plates 12 is connected at its one end to a part of a heat transport device (not shown) running parallel to the stacking direction. Through these connections of the radiator plates 12 with the heat transport device, these two components are thermally in contact with each other. In this case, the heat transport device can simultaneously form a battery socket, or be integrated directly into the battery housing 15 and preferably have a high heat capacity. During charging and discharging of the battery module 10, depending on the state of charge of the individual battery cells 20, an expansion or a compression of the cathode and anode materials occurs. Lien the respective battery cells 20 and thus to tension. According to the invention, at least one further deformable layer element 30 is inserted into the layer structure of the battery cell 20. 1 a shows a detailed view of the detail A from FIG. 1 and illustrates a possible position in which the deformable layer element 30 can be inserted into the battery cell 20. In this case, the layer element 30 is introduced into the layer structure of the battery cell 20 substantially adjacent to a radiator plates 12. Due to the low rigidity of the deformable layer element 30, the overall stiffness of the individual battery cell 20 is reduced, so that an expansion, or compression of the cathode and anode materials by the
Batteriezelle 20 selber kompensiert werden kann.Battery cell 20 itself can be compensated.
Wie in Figur 2 dargestellt, ist auch eine Stapelung von mehreren abwechselnden Schichten aus Kathoden 22, Anoden 24 und Separatorelementen (nicht darge- stellt) denkbar. Dabei kann das deformierbare Schichtelement 30 zusätzlich auf die Stapelung aufgelegt und zusammen mit diesen in eine Mantelfolie 28 eingeschweißt werden, wobei das Schichtelement 30 vorzugsweise einen geringen E- Modul und eine hohe Kompressibilität aufweist. Insbesondere kann das Schichtelement 30 aus einer deformierbaren Folie oder einem Schaumstoff sein, der nicht mit den Batterieelektrolyten reagieren darf. Auch durch diese Anordnung wird die Gesamtsteifigkeit der einzelnen Batteriezelle 20 reduziert, so dass eine Dehnung der Kathoden- und Anodenmaterialien durch die Batteriezelle 20 selber kompensiert werden kann. Dabei ist unerheblich, ob das deformierbare Schichtelement 30 sich, wie in Fig. 2 dargestellt, innerhalb der Batteriezelle 20 befindet oder unmittelbar in die Mantelfolie 28 integriert ist (nicht dargestellt).As shown in FIG. 2, a stacking of a plurality of alternating layers of cathodes 22, anodes 24 and separator elements (not shown) is also conceivable. In this case, the deformable layer element 30 can additionally be placed on the stack and be welded together with these into a jacket film 28, wherein the layer element 30 preferably has a low modulus of elasticity and a high compressibility. In particular, the layer element 30 may be made of a deformable foil or a foam, which may not react with the battery electrolyte. This arrangement also reduces the overall rigidity of the individual battery cell 20, so that expansion of the cathode and anode materials by the battery cell 20 itself can be compensated. It is irrelevant whether the deformable layer element 30, as shown in Fig. 2, is located within the battery cell 20 or directly into the jacket film 28 is integrated (not shown).
Es ergibt sich folgende Funktion: Durch das deformierbare Schichtelement 30 kann die mechanische Vorspannung der Batteriezellen 20 leichter eingestellt werden, so das Dehnungen, bzw. Stauchungen innerhalb einzelner Batteriezel- len 20 und innerhalb eines Batteriemoduls 10 ausgeglichen werden können und sich auf diese Weise immer eine gute thermische Anbindung zwischen den Radiatorplatten 12 und den Batteriezellen 20 ergibt. Die im Betrieb des Batteriemoduls 10 entstehende Abwärme der Batteriezellen 20 wird über die Radiatorplatten 12 und deren Verbindung zu der Wärmetransporteinrichtung übertragen. Auf die- se Weise sind die Radiatorplatten 12 untereinander thermisch gut leitend verbunden, wodurch erreicht wird, dass alle Batteriezellen 20 des Batteriemoduls 10 nahezu die gleiche Temperatur aufweisen und der Temperaturunterschied zwischen der Batteriezellen 20 und der Wärmetransporteinrichtung und auch der einzelnen Seitenflächen untereinander im gesamten Arbeits-Temperaturbereich des Batteriemoduls 10 nur wenige Kelvin (K) beträgt. This results in the following function: The mechanical bias of the battery cells 20 can be adjusted more easily by means of the deformable layer element 30, so that strains or compressions within individual battery cells 20 and within a battery module 10 can be compensated for and thus always one good thermal connection between the radiator plates 12 and the battery cells 20 results. The heat generated during operation of the battery module 10 of the battery cells 20 is transmitted via the radiator plates 12 and their connection to the heat transport device. In this way, the radiator plates 12 are thermally conductively connected to one another, which ensures that all the battery cells 20 of the battery module 10 Have almost the same temperature and the temperature difference between the battery cells 20 and the heat transport device and also the individual side surfaces with each other in the entire working temperature range of the battery module 10 is only a few Kelvin (K).

Claims

Ansprüche claims
1 . Batteriemodul (10) umfassend ein Batteriegehäuse (15) in dem mindestens eine Batteriezelle (20) aufgenommen ist, wobei die Batteriezelle (20) mindestens einen Schichtaufbau aus einer Kathode (22), einer Anode (24) und einem Separatorelement aufweist,1 . Battery module (10) comprising a battery housing (15) in which at least one battery cell (20) is accommodated, wherein the battery cell (20) has at least one layer structure comprising a cathode (22), an anode (24) and a separator element,
dadurch gekennzeichnet, dasscharacterized in that
der Schichtaufbau der Batteriezelle (20) mindestens ein weiteres deformierbares Schichtelement (30) aufweist.the layer structure of the battery cell (20) has at least one further deformable layer element (30).
2. Batteriemodul (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Bat- teriezelle (20) eine Mantelfolie (28) aufweist.2. Battery module (10) according to claim 1, characterized in that the battery teriezelle (20) has a jacket film (28).
3. Batteriemodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtaufbau der Batteriezelle (20) eine Mehrzahl von Schichten aus einer Kathode (22), einer Anode (24), und einem Separatorelement aufweist.3. Battery module (10) according to claim 1 or 2, characterized in that the layer structure of the battery cell (20) has a plurality of layers of a cathode (22), an anode (24), and a separator.
4. Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (20) eine Mehrzahl von deformierbaren Schichtenelementen (30) aufweist.4. Battery module (10) according to one of claims 1 to 3, characterized in that the battery cell (20) has a plurality of deformable layer elements (30).
5. Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das deformierbare Schichtenelement (30) in die Mantelfolie (28) integriert ist.5. Battery module (10) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the deformable layer element (30) in the jacket film (28) is integrated.
6. Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekenn- zeichnet, dass das deformierbare Schichtenelement (30) auf die Mantelfolie6. Battery module (10) according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the deformable layer element (30) on the jacket film
(28) aufbringbar ist.(28) can be applied.
7. Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das deformierbare Schichtenelement (30) eine Folie ist. 7. battery module (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the deformable layer element (30) is a film.
8. Batteriemodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das deformierbare Schichtenelement (30) ein Schaumstoff ist.8. battery module (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the deformable layer element (30) is a foam.
9. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (10) mehrere prismatische Batteriezellen (20) aufweist.9. battery module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the battery module (10) comprises a plurality of prismatic battery cells (20).
10. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (10) eine Batterie für ein Hybrid- fahrzeug und/oder ein Elektrofahrzeug ist.10. Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery module (10) is a battery for a hybrid vehicle and / or an electric vehicle.
1 1. Batteriemodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (10) eine Nickel-Metallhydrid- Batterie oder eine Lithium-Ionen-Batterie ist. 1 1. Battery module (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the battery module (10) is a nickel-metal hydride battery or a lithium-ion battery.
PCT/EP2009/064246 2008-12-29 2009-10-29 Battery module with deformable layer element WO2010076053A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102008055161.9 2008-12-29
DE200810055161 DE102008055161A1 (en) 2008-12-29 2008-12-29 battery module

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2010076053A1 true WO2010076053A1 (en) 2010-07-08

Family

ID=41351486

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2009/064246 WO2010076053A1 (en) 2008-12-29 2009-10-29 Battery module with deformable layer element

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102008055161A1 (en)
WO (1) WO2010076053A1 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018132857A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 Avl List Gmbh Battery module
US10483510B2 (en) 2017-05-16 2019-11-19 Shape Corp. Polarized battery tray for a vehicle
US10632857B2 (en) 2016-08-17 2020-04-28 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
US10661646B2 (en) 2017-10-04 2020-05-26 Shape Corp. Battery tray floor assembly for electric vehicles
US10886513B2 (en) 2017-05-16 2021-01-05 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based integration
US11088412B2 (en) 2017-09-13 2021-08-10 Shape Corp. Vehicle battery tray with tubular peripheral wall
US11155150B2 (en) 2018-03-01 2021-10-26 Shape Corp. Cooling system integrated with vehicle battery tray
US11211656B2 (en) 2017-05-16 2021-12-28 Shape Corp. Vehicle battery tray with integrated battery retention and support feature
US11214137B2 (en) 2017-01-04 2022-01-04 Shape Corp. Vehicle battery tray structure with nodal modularity
US11688910B2 (en) 2018-03-15 2023-06-27 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based component

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999005746A1 (en) * 1997-07-25 1999-02-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Thermal management system and method for a solid-state energy storing device
US6083640A (en) * 1998-09-22 2000-07-04 Samsung Display Device Co., Ltd. Secondary battery with electrode assembly fixing device
JP2001093578A (en) * 1999-09-20 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd Secondary battery
US20080299449A1 (en) * 2006-01-05 2008-12-04 Sk Energy Co., Ltd. Cooling Structure Of Lithium Ion Secondary Battery System

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5756229A (en) * 1996-12-17 1998-05-26 Wilson Greatbatch Ltd. Electrochemical cell having mechanical shock tolerance
JP2002520803A (en) * 1998-07-16 2002-07-09 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ Lithium secondary battery
JP3432171B2 (en) * 1999-04-26 2003-08-04 エヌイーシートーキン株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery
DE10000129A1 (en) * 2000-01-04 2001-07-05 Zae Bayern Electrochemical energy storage device has planar electrode arrangement; current collector electrode units and separator are folded and interleaved so corresponding electrodes are opposed
JP3698320B2 (en) * 2002-06-03 2005-09-21 日産自動車株式会社 Assembled battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1999005746A1 (en) * 1997-07-25 1999-02-04 Minnesota Mining And Manufacturing Company Thermal management system and method for a solid-state energy storing device
US6083640A (en) * 1998-09-22 2000-07-04 Samsung Display Device Co., Ltd. Secondary battery with electrode assembly fixing device
JP2001093578A (en) * 1999-09-20 2001-04-06 Sanyo Electric Co Ltd Secondary battery
US20080299449A1 (en) * 2006-01-05 2008-12-04 Sk Energy Co., Ltd. Cooling Structure Of Lithium Ion Secondary Battery System

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11660950B2 (en) 2016-08-17 2023-05-30 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
US10632857B2 (en) 2016-08-17 2020-04-28 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
US11273697B2 (en) 2016-08-17 2022-03-15 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
US11214137B2 (en) 2017-01-04 2022-01-04 Shape Corp. Vehicle battery tray structure with nodal modularity
WO2018132857A1 (en) * 2017-01-19 2018-07-26 Avl List Gmbh Battery module
US10886513B2 (en) 2017-05-16 2021-01-05 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based integration
US11211656B2 (en) 2017-05-16 2021-12-28 Shape Corp. Vehicle battery tray with integrated battery retention and support feature
US10483510B2 (en) 2017-05-16 2019-11-19 Shape Corp. Polarized battery tray for a vehicle
US11691493B2 (en) 2017-05-16 2023-07-04 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based component
US11088412B2 (en) 2017-09-13 2021-08-10 Shape Corp. Vehicle battery tray with tubular peripheral wall
US10960748B2 (en) 2017-10-04 2021-03-30 Shape Corp. Battery tray floor assembly for electric vehicles
US11267327B2 (en) 2017-10-04 2022-03-08 Shape Corp. Battery tray floor assembly for electric vehicles
US10661646B2 (en) 2017-10-04 2020-05-26 Shape Corp. Battery tray floor assembly for electric vehicles
US11787278B2 (en) 2017-10-04 2023-10-17 Shape Corp. Battery tray floor assembly for electric vehicles
US11155150B2 (en) 2018-03-01 2021-10-26 Shape Corp. Cooling system integrated with vehicle battery tray
US11688910B2 (en) 2018-03-15 2023-06-27 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based component

Also Published As

Publication number Publication date
DE102008055161A1 (en) 2010-07-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2010076053A1 (en) Battery module with deformable layer element
EP2382678B1 (en) Battery module with insulating layer element
EP2380223B1 (en) Rechargeable battery having a heat transport device for heating and/or cooling the battery
DE102008026858B4 (en) Fuel cell system with a flexible belt system to maintain compression of the fuel cells
DE60213474T2 (en) DEVICE AND METHOD FOR TEMPERATURE CONTROL IN ELECTROCHEMICAL CELLS WITH HIGH ENERGY DENSITY
DE102008034860B4 (en) Battery with a battery housing and a heat-conducting plate for tempering the battery
WO2008106946A2 (en) Power storage cell with heat conducting plate
EP2612392B1 (en) Battery cell, battery cell module, method for producing a battery cell module and motor vehicle
WO2011116801A1 (en) Battery consisting of a plurality of single battery cells
WO2010063365A1 (en) Battery and method for producing a battery
WO2012010347A1 (en) Battery module comprising a resilient pressure plate
EP2486611A1 (en) Battery arrangement
EP4047717B1 (en) Battery
WO2015114074A1 (en) Electric battery cell, especially rechargeable lithium-sulfur battery cell, comprising a volume compensating element
WO2013107491A1 (en) Cell housing for electro-chemical cells for building an electrochemical energy store
DE102016004306A1 (en) A fuel cell stack, fuel cell system, vehicle, and method of fabricating a fuel cell stack
DE102012224330A1 (en) Electrical battery device for use in e.g. electric vehicle, has sealing layer partly surrounding battery cell with elastic element to seal against environment, where expansion of cell leads to compression of elastic element
DE102018006424A1 (en) Cell stack for an energy store of a motor vehicle, in particular a motor vehicle
DE102011103965A1 (en) Electrochemical battery for vehicle e.g. electric vehicle, has single cells which are conductively coupled with heat conducting plate to which spacers are connected
DE102007059449B4 (en) Fuel cell system and compression support system with planar strips
DE102021103629A1 (en) battery module and battery cell
DE102010012932A1 (en) Battery i.e. high capacity battery, for storing of traction energy in electrically driven car, has stack of battery cells, where stack is stacked of intermediate plate that is connected with poles of flat cells
WO2015052006A1 (en) Battery cell, production method for said battery cell, and battery
WO2016087128A1 (en) Component for absorbing and/or distributing forces in a battery cell module
DE102012211008A1 (en) Battery with mechanically interconnected battery cells

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09741309

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09741309

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1