WO2012107365A1 - Batteriezellenmodul sowie verfahren zur herstellung des batteriezellenmoduls - Google Patents

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WO2012107365A1
WO2012107365A1 PCT/EP2012/051884 EP2012051884W WO2012107365A1 WO 2012107365 A1 WO2012107365 A1 WO 2012107365A1 EP 2012051884 W EP2012051884 W EP 2012051884W WO 2012107365 A1 WO2012107365 A1 WO 2012107365A1
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WO
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battery cell
cell module
common component
housing
module according
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PCT/EP2012/051884
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English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Gless
Ralf Angerbauer
Original Assignee
Sb Limotive Company Ltd.
Sb Limotive Germany Gmbh
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Publication date
Application filed by Sb Limotive Company Ltd., Sb Limotive Germany Gmbh filed Critical Sb Limotive Company Ltd.
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    • 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
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    • H01M50/26—Assemblies sealed to each other in a non-detachable manner
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell module which has a plurality
  • Battery cell includes, each having a battery cell housing.
  • the invention relates to a method for producing the
  • Battery cell module and a motor vehicle, which at least one
  • a battery comprising one or more galvanic battery cells serves as an electrochemical energy store and energy converter. When unloading the charge
  • Battery or the respective battery cell is stored in the battery chemical energy by an electrochemical redox reaction in electrical energy
  • This electrical energy can thus be requested as needed by a user.
  • battery packs use lithium-ion batteries or nickel-metal hydride batteries, which consist of a large number of series-connected electrochemical cells.
  • a battery management system including a battery state detection serves to monitor security and to ensure the highest possible
  • a battery usually has several battery cells or
  • Battery cell modules on. Battery cell modules in turn comprise several
  • Battery cells From DE 10 2009 005 498 A1 is a galvanic cell with Serving known. This battery cell has electrode stacks which are arranged in housings. It is envisaged that the battery cells produced thereby be arranged in a plurality of side by side. As a result, a plurality of housing walls are arranged between each cell, which bear directly against one another.
  • the battery cells can be configured as so-called soft packs or have a fixed housing.
  • a conventional battery cell housing is shown in several views in FIG. This battery cell housing is substantially formed by a receiving element 120 with very high edges 154 and a relatively small in relation to this
  • Base area 153 marked. That is, the height of the rim 155 relative to an edge length of the base 153 is relatively large.
  • Design variant is that little effort to operate to close the receiving element 120 is to operate.
  • the disadvantage, however, is that such
  • Receiving elements 120 are made of battery cell housings usually by deep drawing. The greater the height of the edge 155 to the size of the
  • Base surface 153 is, the higher the degree of deformation to be realized and the higher the demands are placed on the accuracy of the cutting of the material, the quality of the manufacturing equipment and the examination of the manufactured receiving elements 120 and quality assurance during the forming process.
  • the receiving element 120 serves to receive electrode windings or electrode stacks not shown in FIG.
  • a cover 140 with the receiving element 120 preferably connected by welding.
  • the battery cell housing 100 shown in FIG. 2 is produced.
  • the cover 140 is to be welded to the receiving element 120 by means of an I-seam 163 or possibly a V-seam.
  • Such welds require a high accuracy of fit of the parts to be joined and / or compliance with a welding gap and / or a relatively expensive
  • the battery cell housing 100 is arranged Substances or other elements, such as the corrosion protection film 180 or electrodes, damaged or impaired in their functioning.
  • a battery cell module which comprises a plurality of battery cells and in particular lithium-ion battery cells is provided, wherein the battery cells each have a battery cell housing. It is inventively0 provided that at least two of the battery cell housing are mechanically interconnected by at least one common component and this
  • Battery cell housing forms The advantage of the invention is in particular that can be reduced by the use of the common component volume andflex5 of the battery cell module. In addition, fewer steps to
  • Packaging is necessary because the process step for producing or closing a battery cell housing is used simultaneously for positioning and fixing the respective battery cell housing in the battery cell module. It is any number of battery cells connected to a module, with no o straps to fix the individual cells together are necessary.
  • the battery cell housing partially by a respective
  • Receiving element for receiving electrodes are formed and the
  • Lid is. This means that the receiving elements together with the cover or a cover region form a respective battery cell housing. Preferably, more than two battery cells are connected to each other through the lid. Through the cover all connected recording elements o are closed and thus according to the number of receiving elements
  • the lid essentially closes off the receiving elements at their open sides. It is preferably provided that the lid completely closes the receiving elements, wherein, if appropriate, openings for terminals can still be arranged in the lid.
  • the battery cell housing according to the invention is particularly suitable for tempered battery cells, since between the Volume cell housing is provided in the temperature control devices can be arranged.
  • the battery cell housing are partially formed by a receiving element for receiving electrodes, wherein the
  • Receiving element has the shape of a shell and the common component of two adjacent battery cell housings is formed. This means that in this embodiment variant, the inside of the cup-shaped receiving element forms the inside of a first battery cell housing and the outside of the cup-shaped receiving element partially the inside of a second
  • Battery cell housing forms.
  • the advantage of this embodiment is, in particular, that no duplication of housing walls of battery cell housings arranged next to one another occurs, as a result of which the volume and weight of the battery cell module can be reduced efficiently.
  • the joint receiving element embodied as a shell preferably has an inner base area Ag and an edge running around it, wherein the ratio of base area Ag to the height of the edge hr is a ratio in the range of
  • Electrodes are very easy to insert into this shell, without damaging the electrodes. Furthermore, the degree of deformation of shells produced by deep drawing is low, so that less forming energy must be made available, and tool and equipment costs can be reduced. In addition, materials with lower yield strength for the production of the cup-shaped
  • Battery cell housing with simultaneous possibility of reducing the wall thickness of the housing and realized a corresponding volume and weight savings can be. Furthermore, a lower inspection effort and less
  • Row arranged receiving elements is closed with a module-terminating element.
  • a module-terminating element is preferably a metal sheet, which is provided with a bent edge, so that the edge of the cup-shaped receiving element and the bent edge of the
  • Module termination element can overlap each other.
  • the advantage lies in particular in the fact that a weld between module end element and receiving element at a relatively great distance from the internal volume of
  • Battery cell housing can be realized and also easily a seam or a fillet weld between the two parts can be welded.
  • the module-terminating element may have such an area moment of inertia or be made of such a material that with it
  • Clamping forces for generating compressive forces on the individual series-arranged battery cell housing can be applied to each other in the connection and / or that it is for the introduction of clamping forces for fixing the entire
  • Battery cell module can serve.
  • Recording elements is arranged partially overlapping. This means that the components to be fastened to one another do not adjoin one another with a blunt impact, but rather that they lie flat against one another in certain areas. This has the advantage that the cutting and the forming of the components can be made in larger tolerances, and that elaborate weld preparations, such as
  • the regional overlap is realized in the variant with the common cover, characterized in that the receptacle connected to the lid has a board which rests flat on the lid and can be welded there with this, for example by means of seam welding or production of a relatively easy to implement fillet weld.
  • the edge of the respective overlaps Shell partially the outside of a likewise as a receiving element
  • the common component is welded to the receiving elements mechanically connected to it in the overlapping region with a seam.
  • V-seam is the case that is used in conventional battery cell housings.
  • Battery cell module according to the invention provided are arranged in the electrodes in the receiving elements and then the receiving elements are closed by the respective common component.
  • This closure is preferably carried out by a previously presented welding process.
  • pressure force can be exerted on the housing from the outside during the welding process, so that the electrodes arranged as winding or stack are pressed together in the interior of the housing.
  • Example shown in Figure 2 have a relatively rigid housing, whose inner volume is designed exactly for receiving the electrode coil. In particular, with automated introduction of the electrode coil into the housing damage to the electrodes can not be excluded.
  • Receiving openings of the receiving elements can be inserted, can be avoided in spite of easy handling of the electrode winding assembly-related damage to the electrodes.
  • By pressing the battery cell housing with the electrode winding arranged therein in the welding process can be very compact
  • the step of closing the receiving elements for Production of the battery cell housing does not necessarily take place immediately after introduction of the electrodes into the receiving elements, but only later in time.
  • the method for producing the battery cell module is particularly advantageous when the receiving elements are connected by means of seam welding with the respective common component. A wide weld produced thereby ensures a high degree of safety sufficient sealing of the battery cell housing.
  • laser welding optionally in combination with adhesive methods, can be used.
  • the invention additionally provides a motor vehicle which, in particular, is an electric motor-driven motor vehicle and has at least one battery cell module according to the invention.
  • FIG. 1 shows a receiving element for producing a conventional
  • FIG. 2 shows a conventional battery cell housing
  • FIG. 3 shows a detail of a sectional view of a first embodiment of a battery cell module according to the invention
  • Figure 4 shows a second embodiment of an inventive
  • Battery cell module according to the invention, which is shown in Figure 3.
  • a battery cell 1 can be seen, with a first battery cell housing 100, which is composed of a receiving element 120 and a lid 140 connected thereto.
  • a second battery cell housing 200 is indicated. It is clear that both
  • housing walls 1 10 dashed electrodes 2 are positioned and fixed. These electrodes 2 can, as indicated, be present as a roll or as a stack. On receiving element 120 is on both sides in each case a
  • Board 121 is provided which forms an overlap 160 together with the lid 140. In the region of the overlap, the receiving element 120 and the cover 140 are welded together by the indicated roll seams 161. Instead of the
  • Battery cell housing 200 is enough space to
  • Temperature control devices such as cooling elements, to arrange the temperature of the electrodes 2.
  • the overlaps 160 pointing away from the electrodes 2 have the advantage that they do not adversely affect the corrosion protection foil 180, which is arranged in the interior of the battery cell housing 100 against the housing walls 110, by the welding heat.
  • Battery cell housing can be easily save volume and weight of battery cell housing elements and at the same time a secure
  • FIG. 2 shows a second embodiment of the invention
  • the receiving elements 120 for receiving the electrodes 2 are designed essentially as shells 150, that is to say as vessels whose height 155 of the rim 154 relative to the base 153 is relatively small, so that the receiving element 120 is made relatively flat ,
  • the cup-shaped receiving elements 120 are connected to each other in such a way that they have a first battery cell housing 100 and a connected thereto make second battery cell housing 200.
  • the inner side of a receiving element 120 forms the inside of a first battery cell housing 100 and the outer side 152 of the same receiving element 120 forms at least partially the inside of the second battery cell housing.
  • the receiving elements 120 each have a cranked region 156, with which they can be an area overlapping 160 produced on the outside 152 of the adjacent receiving element 120 to the plant.
  • the welded connection can be produced by means of a fillet weld 162 shown.
  • the connection is not limited to such a fillet weld 162, but instead it may also be provided that in the region of the overlap 160, a seam 161, as indicated in FIG. 3, is used for the welding.
  • the common component which serves to close a receiving element for the purpose of producing a battery cell housing is likewise a receiving element.
  • the receiving elements 120 of the battery cell housing 100, 200 are to be arranged in series. In order to form the one end of the series arrangement
  • a module-terminating element 170 is arranged on this receiving element 120.
  • This has in a preferred embodiment, a bent edge 171 which is complementary to the cranked portion 156 of the shell 150 designed to overlap 160 for
  • each of the battery cells preferably comprises a welding terminal 300, which is designed as a current collector 310 on its side facing the electrodes 2. Between the welding terminal 300 and the housing wall 110, a seal 320 is preferably provided.
  • a erfindunecuringes battery cell module can be designed as a complete battery or be part of a complete battery.

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Abstract

Es wird ein Batteriezellenmodul beschrieben, welches mehrere Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen umfasst, die jeweils ein Batteriezellengehäuse aufweisen. Wenigstens zwei der Batteriezellengehäuse (100, 200) sind durch wenigstens ein gemeinsames Bauteil (130) mechanisch miteinander verbunden, wobei dieses gemeinsame Bauteil (130) jeweils wenigstens eine Gehäusewand (110) der beiden Batteriezellengehäuse (100, 200) ausbildet. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls vorgeschlagen, bei dem Elektroden (2) in Aufnahmeelementen (120) angeordnet werden und danach die Aufnahmeelemente (120) durch das jeweils gemeinsame Bauteil (130) geschlossen werden. Außerdem wird ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, welches ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul aufweist.

Description

Beschreibung
Titel
BATTERIEZELLENMODUL SOWIE VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES BATTERIEZELLENMODULS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, welches mehrere
Batteriezellen umfasst, die jeweils ein Batteriezellengehäuse aufweisen. Des
Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung des
Batteriezellenmoduls sowie ein Kraftfahrzeug, welches wenigstens ein
erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul aufweist.
Stand der Technik
Eine Batterie, die eine oder mehrere galvanische Batteriezellen umfasst, dient als elektrochemischer Energiespeicher und Energiewandler. Bei der Entladung der
Batterie bzw. der jeweiligen Batteriezelle wird in der Batterie gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie
umgewandelt. Diese elektrische Energie kann somit je nach Bedarf von einem Nutzer angefordert werden.
Insbesondere in Hybrid- und Elektrofahrzeugen werden in so genannten Batteriepacks Lithium-Ionen-Batterien oder Nickel-Metallhydrid-Batterien eingesetzt, die aus einer großen Anzahl in Serie geschalteter elektrochemischer Zellen bestehen. Üblicherweise dient dabei ein Batteriemanagementsystem inklusive einer Battenezustandserkennung zur Sicherheitsüberwachung und zur Gewährleistung einer möglichst hohen
Lebensdauer.
Eine Batterie weist dabei üblicherweise mehrere Batteriezellen oder
Batteriezellenmodule auf. Batteriezellenmodule umfassen ihrerseits mehrere
Batteriezellen. Aus der DE 10 2009 005 498 A1 ist eine galvanische Zelle mit Umhüllung bekannt. Diese Batteriezelle weist Elektrodenstapel auf, die in Gehäusen angeordnet sind. Es ist vorgesehen, dass die dadurch hergestellten Batteriezellen in einer Vielzahl nebeneinander angeordnet werden. Dadurch sind zwischen jeder Zelle mehrere Gehäusewände angeordnet, die unmittelbar aneinander anliegen. Die Batteriezellen können dabei als so genannte Softpacks ausgestaltet sein oder auch ein festes Gehäuse aufweisen.
Im Folgenden wird Bezug genommen auf Batteriezellen mit festem Gehäuse. Ein herkömmliches Batteriezellengehäuse ist in mehreren Ansichten in Figur 1 dargestellt. Dieses Batteriezellengehäuse ist im Wesentlichen durch ein Aufnahmeelement 120 mit sehr hohen Rändern 154 sowie eine in Bezug dazu relativ klein ausgestaltete
Grundfläche 153 gekennzeichnet. Das heißt, dass die Höhe des Randes 155 in Bezug zu einer Kantenlänge der Grundfläche 153 relativ groß ist. Der Vorteil dieser
Ausgestaltungsvariante liegt darin, dass wenig Aufwand zum Verschließen des Aufnahmeelementes 120 zu betreiben ist. Nachteilig ist jedoch, dass derartige
Aufnahmeelemente 120 von Batteriezellengehäusen üblicherweise mittels Tiefziehen hergestellt werden. Je größer dabei die Höhe des Randes 155 zur Größe der
Grundfläche 153 ist, umso höher ist der zu realisierende Umformgrad und umso höhere Ansprüche sind an die Genauigkeit des Zuschnittes des Materials, der Qualität der Fertigungsanlagen sowie an die Prüfung der hergestellten Aufnahmeelemente 120 und Qualitätssicherung während des Umformprozesses zu stellen.
Im Inneren des Aufnahmeelementes 120 ist eine Korrosions-Schutzfolie 180 angeordnet. Das Aufnahmeelement 120 dient zur Aufnahme von in Figur 1 nicht dargestellten Elektrodenwickeln oder Elektrodenstapeln.
Zum Verschließen des Aufnahmeelementes 120 wird in herkömmlicher
Ausführungsform, wie in Figur 2 dargestellt, ein Deckel 140 mit dem Aufnahmeelement 120 bevorzugt mittels Schweißung verbunden. Dadurch wird das in Figur 2 dargestellte Batteriezellengehäuse 100 hergestellt. Auf Grund der geometrischen Gegebenheiten des Aufnahmeelementes 120 ist der Deckel 140 mit dem Aufnahmeelement 120 mittels einer I-Naht 163 oder gegebenenfalls einer V-Naht zu verschweißen. Derartige Schweißnähte erfordern eine hohe Passgenauigkeit der zu fügenden Teile und/oder die Einhaltung eines Schweißspaltes und/oder eine relativ aufwendige
Schweißnahtvorbereitung. Außerdem ist nicht auszuschließen, dass bei der in Figur 2 dargestellten Art der Verschweißung im Batteriezellengehäuse 100 angeordnete Substanzen oder weitere Elemente, wie zum Beispiel die Korrosionsschutzfolie 180 oder Elektroden, beschädigt beziehungsweise in ihrer Funktionstüchtigkeit gemindert werden.
5 Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriezellenmodul, welches mehrere Batteriezellen und insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen umfasst, zur Verfügung gestellt, wobei die Batteriezellen jeweils ein Batteriezellengehäuse aufweisen. Es ist erfindungsgemäß0 vorgesehen, dass wenigstens zwei der Batteriezellengehäuse durch wenigstens ein gemeinsames Bauteil mechanisch miteinander verbunden sind und dieses
gemeinsame Bauteil jeweils wenigstens eine Gehäusewand der beiden
Batteriezellengehäuse ausbildet. Der Vorteil der Erfindung liegt insbesondere darin, dass sich durch die Verwendung des gemeinsamen Bauteils Volumen und Gewicht5 des Batteriezellenmoduls verringern lassen. Außerdem sind weniger Arbeitsschritte zur
Konfektionierung notwendig, da der Verfahrensschritt zur Herstellung beziehungsweise Schließung eines Batteriezellengehäuses gleichzeitig genutzt wird zur Positionierung und Fixierung des jeweiligen Batteriezellengehäuses im Batteriezellenmodul. Es ist dabei eine beliebige Anzahl von Batteriezellen zu einem Modul verbindbar, wobei keine o Spannbänder zur Fixierung der einzelnen Zellen aneinander notwendig sind.
In einer Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls ist vorgesehen, dass die Batteriezellengehäuse teilweise durch jeweils ein
Aufnahmeelement zur Aufnahme von Elektroden ausgebildet sind und das
5 gemeinsame Bauteil ein mehrere Aufnahmeelemente im Wesentlichen abschließender
Deckel ist. Das heißt, dass die Aufnahmeelemente zusammen mit dem Deckel beziehungsweise einem Deckelbereich ein jeweiliges Batteriezellengehäuse ausbilden. Vorzugsweise werden mehr als zwei Batteriezellen miteinander durch den Deckel verbunden. Durch den Deckel werden alle daran angeschlossenen Aufnahmeelemente o geschlossen und somit entsprechend der Anzahl der Aufnahmeelemente
Batteriezellengehäuse hergestellt. Dabei schließt der Deckel die Aufnahmeelemente an deren offenen Seiten im Wesentlichen ab. Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Deckel die Aufnahmeelemente vollständig abschließt, wobei gegebenenfalls noch Öffnungen für Terminals im Deckel angeordnet sein können. Diese
5 Ausgestaltungsvariante des erfindungsgemäßen Batteriezellengehäuses bietet sich insbesondere für zu temperierende Batteriezellen an, da zwischen den Batteriezellengehäusen Volumen zur Verfügung gestellt wird, in dem Temperierungseinrichtungen angeordnet werden können.
In einer zweiten Ausgestaltungsvariante sind die Batteriezellengehäuse teilweise durch ein Aufnahmeelement zur Aufnahme von Elektroden ausgebildet, wobei das
Aufnahmeelement die Form einer Schale hat und das gemeinsame Bauteil von zwei benachbarten Batteriezellengehäusen ausgebildet wird. Das heißt, dass bei dieser Ausgestaltungsvariante die Innenseite des schalenförmigen Aufnahmeelementes die Innenseite eines ersten Batteriezellengehäuses ausbildet und die Außenseite des schalenförmigen Aufnahmeelementes bereichsweise die Innenseite eines zweiten
Batteriezellengehäuses ausbildet. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt insbesondere darin, dass keine Dopplung von Gehäusewänden von nebeneinander angeordneten Batteriezellengehäusen auftritt, wodurch sich effizient Volumen und Gewicht des Batteriezellenmoduls senken lassen.
Das als Schale ausgeführte gemeinsame Aufnahmeelement weist bevorzugt eine innere Grundfläche Ag sowie einen daran umlaufenden Rand auf, wobei das Verhältnis von Grundfläche Ag zur Höhe des Randes hr ein Verhältnis im Bereich von
Ag/hr = 16 ... 125 aufweist. Eine Schale mit sinnvollen Abmessungen weist zum Beispiel ein Verhältnis von Grundfläche Ag zur Höhe hr von Ag/hr = 36 ... 100 auf. Das heißt, dass zum Beispiel bei einem Verhältnis von Grundfläche Ag zur Höhe hr = 100 das schalenförmige Aufnahmeelement mit quadratischem Querschnitt eine
Kantenlänge von 10 cm und einen Rand mit einer Randhöhe von 1 cm haben kann. Eine derartige Schale ist relativ flach ausgeführt. Der vorteilhafte Effekt dieser
Ausgestaltung liegt insbesondere darin, dass Wickel beziehungsweise Stapel von
Elektroden sehr einfach in diese Schale einlegbar sind, ohne die Elektroden zu beschädigen. Weiterhin ist der Umformgrad von mittels Tiefziehen hergestellten Schalen gering, so dass weniger Umformenergie zur Verfügung gestellt werden muss, sowie Werkzeug- und Anlagenkosten reduziert werden können. Außerdem sind Materialien mit geringerer Streckgrenze zur Herstellung des schalenförmigen
Aufnahmeelementes einsetzbar. Weiterhin besteht eine geringere Gefahr von
Rissbildung an den beim Tiefziehen am stärksten beanspruchten Regionen der Schale, so dass eine ausreichende Dichtheit des herzustellenden Batteriezellengehäuses zuverlässiger gewährleistet werden kann und/oder die Lebensdauer des
Batteriezellengehäuses bei gleichzeitiger Möglichkeit der Verringerung der Wandstärke des Gehäuses und einer entsprechenden Volumen- und Gewichtseinsparung realisiert werden kann. Weiterhin sind ein geringerer Prüfaufwand sowie weniger
Korrosionsschutzmaßnahmen notwendig.
Bei den in Schalenform vorliegenden Aufnahmeelementen, die in Reihe hintereinander angeordnet sind, ist in bevorzugter Ausgestaltung vorgesehen, dass ein letztes der in
Reihe angeordneten Aufnahmeelemente mit einem Modul-Abschlusselement verschlossen ist. Ein derartiges Modul-Abschlusselement ist vorzugsweise ein Blech, welches mit einem umgebogenen Rand versehen ist, so dass der Rand des schalenförmigen Aufnahmeelementes und der umgebogene Rand des
Modul-Abschlusselementes miteinander überlappen können. Der Vorteil liegt insbesondere darin, dass eine Schweißung zwischen Modul-Abschlusselement und Aufnahmeelement in relativ großer Entfernung von dem Innenvolumen des
Batteriezellengehäuses realisiert werden kann und außerdem in einfacher Weise eine Rollnaht oder eine Kehlnaht zwischen den beiden Teilen geschweißt werden kann. Das Modul-Abschlusselement kann ein derartiges Flächenträgheitsmoment aufweisen beziehungsweise aus einem derartigen Material hergestellt sein, dass mit ihm
Spannkräfte zur Erzeugung von Druckkräften auf die einzelnen in Reihe angeordneten Batteriezellengehäuse bei deren Verbindung miteinander aufgebracht werden können und/oder dass es zur Einleitung von Spannkräften zur Fixierung des gesamten
Batteriezellenmoduls dienen kann.
Beide dargestellten Ausführungsvarianten sind dadurch vorteilhaft ausgestaltet, dass das gemeinsame Bauteil mit den mechanisch mit ihm verbundenen
Aufnahmeelementen bereichsweise überlappend angeordnet ist. Das heißt, dass die aneinander zu befestigenden Bauteile nicht mit einem stumpfen Stoß aneinander grenzen, sondern dass sie bereichsweise flächig aneinander anliegen. Dies hat den Vorteil, dass der Zuschnitt sowie die Umformung der Bauteile in größeren Toleranzen erfolgen können, sowie dass aufwendige Schweißnahtvorbereitungen, wie zum
Beispiel die Formung eines Schweißspaltes beziehungsweise Einstellung von
Schweißparametern in Abhängigkeit zum Schweißspalt, entfallen können. Die bereichsweise Überlappung ist bei der Variante mit dem gemeinsamen Deckel dadurch realisiert, dass das mit dem Deckel verbundene Aufnahmeelement einen Bord aufweist, der flächig am Deckel anliegt und dort mit diesem zum Beispiel mittels Rollnahtschweißung oder Herstellung einer relativ einfach zu realisierenden Kehlnaht verschweißt werden kann. Bei der Ausgestaltungsvariante mit den aneinander anliegenden schalenförmigen Aufnahmeelementen überlappt der Rand der jeweiligen Schale bereichsweise die Außenseite einer ebenfalls als Aufnahmeelement
ausgeführten benachbarten Schale. Dadurch finden die Schweißprozesse in relativ großer Entfernung zu Elektroden in den Batteriezellengehäusen statt. Wie bereits erwähnt, ist in bevorzugter Ausführungsform vorgesehen, dass das gemeinsame Bauteil mit den mechanisch mit ihm verbundenen Aufnahmeelementen im Überlappungsbereich mit einer Rollnaht verschweißt ist. Mittels einer derartigen Widerstandsschweißung lassen sich in einfacher und effizienter Weise die
Aufnahmeelemente miteinander beziehungsweise mit dem Deckel fluid-dicht verbinden. Alternativ können auch Kehlnähte zwischen dem Rand des jeweiligen gemeinsamen Bauteils und der Fläche des angeschlossenen Aufnahmeelementes ausgeführt werden, beziehungsweise können Kehlnähte zwischen der Fläche vom Deckel und dem Rand des angeschlossenen Aufnahmeelementes ausgeführt werden. Diese vorgestellten Schweißverfahren haben den Vorteil, dass sie nicht einer aufwendigen Nahtvorbereitung bedürfen, wie es zum Beispiel bei einer I-Naht oder
V-Naht der Fall ist, die bei herkömmlichen Batteriezellengehäusen angewendet wird.
Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Verfahren zur Herstellung eines
erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls zur Verfügung gestellt, bei dem Elektroden in den Aufnahmeelementen angeordnet werden und danach die Aufnahmeelemente durch das jeweils gemeinsame Bauteil geschlossen werden. Diese Schließung erfolgt vorzugsweise durch ein bereits vorgestelltes Schweißverfahren. Dabei kann während des Schweißprozesses Druckkraft von außen auf die Gehäuse ausgeübt werden, so dass die als Wickel oder Stapel angeordneten Elektroden im Inneren der Gehäuse zusammengepresst werden. Herkömmliche Batteriezellengehäuse, wie sie zum
Beispiel in Figur 2 dargestellt sind, weisen ein relativ steifes Gehäuse auf, dessen Innenvolumen exakt zur Aufnahme des Elektrodenwickels ausgelegt ist. Insbesondere bei automatisierter Einbringung des Elektrodenwickels in das Gehäuse können demzufolge Beschädigungen der Elektroden nicht ausgeschlossen werden.
Dadurch, dass erfindungsgemäß Elektrodenwickel in große seitliche
Aufnahmeöffnungen der Aufnahmeelemente eingelegt werden können, lässt sich trotz einfacher Handhabung der Elektrodenwickel eine montagebedingte Beschädigung der Elektroden vermeiden. Durch die Pressung der Batteriezellengehäuse mit den darin eingeordneten Elektrodenwickel beim Schweißprozess lassen sich sehr kompakte
Batteriezellenmodule herstellen. Der Schritt der Schließung der Aufnahmeelemente zur Herstellung der Batteriezellengehäuse muss dabei nicht unbedingt unmittelbar nach Einbringung der Elektroden in die Aufnahmeelemente erfolgen, sondern lediglich zeitlich später.
Das Verfahren zur Herstellung des Batteriezellenmoduls ist insbesondere dann vorteilhaft ausgeführt, wenn die Aufnahmeelemente mittels Rollnahtschweißen mit dem jeweils gemeinsamen Bauteil verbunden werden. Eine dadurch hergestellte breite Schweißnaht gewährleistet mit hoher Sicherheit eine ausreichende Abdichtung des Batteriezellengehäuses. Alternativ kann auch Laserschweißen, gegebenenfalls in Kombination mit Klebeverfahren, eingesetzt werden.
Die Erfindung ergänzend wird ein Kraftfahrzeug zur Verfügung gestellt, welches insbesondere ein elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist, und wenigstens ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul aufweist.
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Aufnahmeelement zur Herstellung eines herkömmlichen
Batteriezellengehäuses in mehreren Ansichten,
Figur 2 ein herkömmliches Batteriezellengehäuse,
Figur 3 ein Ausschnitt aus einer Schnittansicht einer ersten Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls, und
Figur 4 eine zweite Ausführungsvariante eines erfindungsgemäßen
Batteriezellenmoduls.
Auf die Figuren 1 und 2 wurde bereits zur Erläuterung von herkömmlichen
Batteriezellengehäusen eingegangen.
Zunächst wird Bezug genommen auf die erste Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Batteriezellenmoduls, welche in Figur 3 dargestellt ist. In Figur 3 ist eine Batteriezelle 1 ersichtlich, mit einem ersten Batteriezellengehäuse 100, welches sich aus einem Aufnahmeelement 120 sowie einem daran angeschlossenen Deckel 140 zusammensetzt. Neben dem ersten Batteriezellengehäuse 100 ist ein zweites Batteriezellengehäuse 200 angedeutet. Ersichtlich ist, dass beide
Batteriezellengehäuse 100, 200 durch den das gemeinsame Bauteil 130 darstellenden
Deckel 140 geschlossen sind.
Durch die dadurch realisierten Gehäusewände 1 10 werden gestrichelt dargestellte Elektroden 2 positioniert und fixiert. Diese Elektroden 2 können, wie angedeutet, als Wickel vorliegen oder als Stapel. Am Aufnahmeelement 120 ist beidseitig jeweils ein
Bord 121 vorgesehen, der eine Überlappung 160 zusammen mit dem Deckel 140 ausbildet. Im Bereich der Überlappung sind das Aufnahmeelement 120 und der Deckel 140 durch die angedeuteten Rollnähte 161 miteinander verschweißt. Statt der
Rollnähte 161 oder hinzukommend können auch Kehlnähte verwendet werden. Es ist ersichtlich, dass zwischen dem ersten Batteriezellengehäuse 100 und dem zweiten
Batteriezellengehäuse 200 genügend Platz vorhanden ist, um
Temperierungseinrichtungen, wie zum Beispiel Kühlelemente, zur Temperierung der Elektroden 2 anzuordnen. Die von den Elektroden 2 wegweisenden Überlappungen 160 weisen den Vorteil auf, dass damit Korrosions-Schutzfolie 180, die im Inneren des Batteriezellengehäuses 100 an den Gehäusewänden 1 10 anliegend angeordnet ist, nicht durch die Schweißwärme beeinträchtigt wird. Durch die Verwendung eines gemeinsamen Deckels 140 für mehrere
Batteriezellengehäuse lassen sich in einfacher Weise Volumen sowie Gewicht von Batteriezellengehäuseelementen einsparen sowie gleichzeitig eine sichere
Positionierung und Fixierung der einzelnen Batteriezellen 1 gewährleisten. In Figur 2 ist eine zweite Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen
Batteriezellenmoduls dargestellt. Es ist ersichtlich, dass die Aufnahmeelemente 120 zur Aufnahme der Elektroden 2 im Wesentlichen als Schalen 150 ausgestaltet sind, das heißt als Gefäße, deren Höhe 155 des Randes 154 in Bezug zur Grundfläche 153 relativ gering ist, so dass das Aufnahmeelement 120 relativ flach ausgestaltet ist. Die schalenförmigen Aufnahmeelemente 120 sind dabei derart miteinander verbunden, dass sie ein erstes Batteriezellengehäuse 100 sowie ein daran angeschlossenes zweites Batteriezellengehäuse 200 herstellen. Die Innenseite eines Aufnahmeelementes 120 bildet die Innenseite eines ersten Batteriezellengehäuses 100 aus und die Außenseite 152 desselben Aufnahmeelementes 120 bildet zumindest bereichsweise die Innenseite des zweiten Batteriezellengehäuses aus.
Zur Erleichterung der Verschweißung der Aufnahmeelemente miteinander ist vorgesehen, dass die Aufnahmeelemente 120 jeweils einen gekröpften Bereich 156 aufweisen, mit dem sie eine Überlappung 160 herstellend an der Außenseite 152 des benachbarten Aufnahmeelementes 120 flächig zur Anlage gebracht werden können. In diesem gekröpften Bereich kann zum Beispiel mittels einer dargestellten Kehlnaht 162 die Schweißverbindung hergestellt werden. Dabei ist die Verbindung nicht auf eine derartige Kehlnaht 162 eingeschränkt, sondern es kann stattdessen auch vorgesehen sein, dass im Bereich der Überlappung 160 eine Rollnaht 161 , wie sie in Figur 3 angedeutet ist, zur Verschweißung dient.
Das heißt, dass in der in Figur 4 dargestellten Ausführungsvariante das gemeinsame Bauteil, das zum Schließen eines Aufnahmeelementes zwecks Herstellung eines Batteriezellengehäuses dient, ebenfalls ein Aufnahmeelement ist. Die Aufnahmeelemente 120 der Batteriezellengehäuse 100, 200 sind dabei in Reihe anzuordnen. Um dabei das ein Ende der Reihenanordnung ausbildende
Aufnahmeelement zu verschließen, ist vorgesehen, dass an diesem Aufnahmeelement 120 ein Modul-Abschlusselement 170 angeordnet wird. Dieses weist in bevorzugter Ausgestaltung einen umgebogenen Rand 171 auf, der komplementär zum gekröpften Bereich 156 der Schale 150 ausgeführt ist, um auch hier eine Überlappung 160 zur
Verschweißung mittels Rollnaht 161 oder Kehlnaht 162 zu erzielen.
Auch bei dieser Ausführungsvariante finden die Schweißprozesse an Positionen beziehungsweise Bereichen statt, an denen eine Kontaktierung der Schweißglut mit den im Inneren der Batteriezellengehäuse angeordneten Substanzen oder Elementen verhindert wird. Weiterhin wird durch die Verwendung von Aufnahmeelementen 120 als gemeinsame Bauteile 130 bei der Herstellung der Batteriezellengehäuse gleichzeitig die Positionierung und Fixierung der in den Gehäusen angeordneten Elektroden 2 erreicht. Doppelte Gehäusewände werden vermieden, wodurch das Gewicht der Batteriezellen 1 gemindert werden kann. Wie im zweiten Batteriezellengehäuse 200 in Figur 4 angedeutet, umfasst dabei vorzugsweise jede der Batteriezellen ein Schweißterminal 300, welches an seiner den Elektroden 2 zugewandten Seite als Stromsammler 310 ausgestaltet ist. Zwischen dem Schweißterminal 300 und der Gehäusewand 1 10 ist vorzugsweise eine Dichtung 320 vorgesehen.
Die erfindungsgemäßen Batteriezellenmodule weisen insbesondere den Vorteil einer einfachen und kosteneffizienten Herstellung bei gleichzeitiger Gewichts- und
Volumenminimierung auf. Dadurch lassen sich insbesondere bei hohen Stückzahlen Fertigungskosten verringern. Ein erfindungemäßes Batteriezellenmodul kann als komplette Batterie ausgeführt sein oder ein Bestandteil einer kompletten Batterie sein.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezellenmodul, umfassend mehrere Batteriezellen, insbesondere
Lithium-Ionen-Batteriezellen, die jeweils ein Batteriezellengehäuse aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens zwei der Batteriezellengehäuse (100, 200) durch wenigstens ein gemeinsames Bauteil (130) mechanisch miteinander verbunden sind und dieses gemeinsame Bauteil (130) jeweils wenigstens eine Gehäusewand (1 10) der beiden Batteriezellengehäuse (100, 200) ausbildet.
2. Batteriezellenmodul nach Anspruch 1 , bei dem die Batteriezellengehäuse (100, 200) teilweise durch jeweils ein Aufnahmeelement (120) zur Aufnahme von Elektroden (2) ausgebildet sind und das gemeinsame Bauteil (130) ein mehrere Aufnahmeelemente (120) im Wesentlichen abschließender Deckel (140) ist.
3. Batteriezellenmodul nach Anspruch 1 , bei dem die Batteriezellengehäuse
(100, 200) teilweise durch jeweils ein Aufnahmeelement (120) zur Aufnahme von Elektroden (2) ausgebildet sind und das Aufnahmeelement (120) die
Form einer Schale (150) hat und das gemeinsame Bauteil (130) von zwei benachbarten Batteriezellengehäusen (100, 200) ausgebildet wird.
4. Batteriezellenmodul nach Anspruch 3, bei dem das als Schale (150) ausgeführte gemeinsame Bauteil (130) eine innere Grundfläche Ag sowie einen daran umlaufenden Rand (154) aufweist, wobei das Verhältnis von Grundfläche Ag zur Höhe des Randes hr ein Verhältnis im Bereich von Ag/hr = 16 ... 225 aufweist.
5. Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 3 und 4, bei dem ein letztes der in Reihe angeordneten Aufnahmeelemente (120) mit einem Modul-Abschlusselement (170) verschlossen ist.
6. Batteriezellenmodul nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das gemeinsame Bauteil (130) mit den mechanisch mit ihm verbundenen Aufnahmeelementen (120) bereichsweise überlappend angeordnet ist.
7. Batteriezellenmodul nach Anspruch 6, bei dem das gemeinsame Bauteil (130) mit den mechanisch mit ihm verbundenen Aufnahmeelementen (120) im
Überlappungsbereich (160) mit einer Rollnaht (161) verschweißt ist.
8. Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls gemäß einem der
Ansprüche 2 bis 7, bei dem Elektroden (2) in den Aufnahmeelementen (120) angeordnet werden und danach die Aufnahmeelemente (120) durch das jeweils gemeinsame Bauteil (130) geschlossen werden.
9. Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellenmoduls nach Anspruch 8, bei
dem die Aufnahmeelemente (120) mittels Rollnahtschweißen mit dem
jeweils gemeinsamen Bauteil (130) verbunden werden.
10. Kraftfahrzeug, insbesondere elektromotorisch angetriebenes Kraftfahrzeug,
umfassend wenigstens ein Batteriezellenmodul gemäß einem der Ansprüche 1 bis
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