WO2014082853A1 - Batteriemodul mit batteriemodulabdeckung sowie ein verfahren zur herstellung einer batteriemodulabdeckung eines batteriemoduls - Google Patents

Batteriemodul mit batteriemodulabdeckung sowie ein verfahren zur herstellung einer batteriemodulabdeckung eines batteriemoduls Download PDF

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battery
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Axel Wartenberg
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Robert Bosch Gmbh
Samsung Sdi Co., Ltd.
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery module with a
  • Battery module cover in which tracks for sensors are integrated and a method for producing a battery module cover of a
  • Batteries especially lithium-ion batteries, are rechargeable
  • Hard shell housing known to be a prismatic or cylindrical
  • Such battery cells may be, for example
  • Lithium-ion battery cells to order nickel-metal hydride battery cells Lithium metal polymer battery cells, or even others
  • Lithium-ion battery cells used in automobiles are connected in series or parallel to a battery module.
  • Battery modules are combined to form a battery pack subunit or a subunit, and several battery pack subunits are in turn connected to form a battery pack.
  • the battery cells should be arranged as close to each other.
  • FIG. 1 shows a battery module 50, a battery pack subunit 60, and a battery pack 70 of the prior art.
  • the battery pack 50 in this example comprises six battery cells 40 fixed by a band or a steel band, respectively.
  • a total of eight such battery modules 50 are part of a battery pack subunit 60
  • the battery cells 40 each have two battery cell terminals 1 1, 12, wherein the battery cell terminals 11, 12 are connected by adjacent battery cells 40 within a battery module 50 with each other electrically conductive.
  • This battery module cover 30 has rectangular recesses 1, which are arranged parallel to the longer edges of the battery module cover 30.
  • the battery module cover 30 each has six arranged along their longer sides, rectangular recesses 1, each with two recesses 1, symmetrical to an imaginary axis of symmetry, which is central and parallel to the longer sides or edges the battery module cover 30 extends through the battery module cover 30, opposite. Through these recesses 1, the
  • battery cell connectors 8 are screwed to the battery module cover 30 with openings which correspond to the recesses 1. If a battery module 50 as shown in FIG. 1 is connected to the battery module cover 30 shown in FIG. 2, then in this example six battery cells 40 of the battery module 50 are connected via the battery module 50
  • Battery cell connector 8 of the battery module cover 30 connected in series. Furthermore, the battery module cover 30 illustrated in FIG. 2 has electrically connectable cables 7 to the battery cell terminals 11, 12 of the battery cells 40, which can be connected to a sensor and via which, for example, measurements for determining the state of charge, the temperature or the open circuit voltage of all or individual battery cells 40 can be made or other necessary for the monitoring of all or individual battery cells 40 data can be transmitted.
  • a battery module is further known, which has a battery module cover for protecting the battery module and via which the battery module is further fixable in a motor vehicle.
  • a battery module which comprises at least one battery cell which has two battery cell terminals. Furthermore, the battery module comprises one with the battery module connectable battery module cover for covering at least a portion of the battery module. According to the invention, conductor tracks are integrated in the battery module cover, which are electrically conductively connectable to at least one sensor.
  • the advantage of the battery module according to the invention lies in the space and cost-saving implementation of its battery module cover, in which no more sensor cables must be installed or installed. By replacing the sensor cable according to the invention by in the
  • the battery module is thus lighter, cheaper and space-saving in construction. Furthermore, the battery module according to the invention is better protected against penetration of moisture and has over the battery modules of the prior art, a stronger, electrical insulation.
  • the conductor tracks integrated in the battery module cover are electrically conductive with one with the
  • the conductor tracks integrated in the battery module cover can be electrically conductively connected to various sensors, by means of which the measured values provided by the integrated conductor tracks, for example voltages tapped at the battery cell terminals of the battery cells or other data necessary for monitoring the battery cells, can be evaluated.
  • the battery module cover is designed as a spatially injection-molded circuit carrier.
  • Such circuit carriers also referred to as "molded interconnected devices", are molded parts with an integrated circuit pattern structure
  • the battery module cover does not have to be assembled from various individual parts, which enables efficient production of the battery module cover.
  • the battery module cover is designed as a high-temperature thermoplastic with integrated, structured metallization.
  • the electrical lines for example for electrical
  • the battery module cover preferably also has seals and / or battery cell connectors.
  • the seals and / or the battery cell connectors are in the
  • Battery module cover injected. This makes it possible to seal the battery modules or an interconnection of the battery cells of the battery module, for example, a series or parallel circuit of
  • the material of which the seals are made comprises ethylene-propylene-diene (monomer) rubber (EPDM).
  • EPDM is a rubber-elastic material that can be stretched up to 500% at temperatures between -40 ° C and +120 ° C and that has a life expectancy that lasts for decades.
  • the seals preferably consist of ethylene-propylene-diene
  • the battery module has at least two battery cells
  • the battery module cover has at least one battery cell connector which is designed to connect a battery cell terminal of one of the battery cells to one
  • Battery cell terminal of the other battery cell to connect electrically conductive.
  • a method for producing a battery module cover of a battery module comprises the following steps: producing a circuit carrier that acts as a circuit carrier
  • Circuit carrier functioning battery module cover blank Structure of the circuit board. Performing an additive metallization of the
  • the method for producing a battery module cover of a battery module further comprises the step of injecting seals and / or battery cell connectors into the battery module cover
  • Battery module cover of a battery module the step of manufacturing and / or the step of injection one-component injection molding or two-component injection molding.
  • the single or multi-component injection molding offers in comparison to many other manufacturing or
  • a battery is provided with a battery module according to the invention, wherein the battery is particularly preferably designed as a lithium-ion battery.
  • Advantages of such batteries include their comparatively high energy density and their high thermal stability.
  • Another advantage of lithium-ion batteries is that they are not subject to memory effect.
  • a motor vehicle is provided with a battery having a battery module according to the invention, wherein the battery is connected to a drive system of the motor vehicle.
  • FIG. 1 shows a battery module 50, a battery pack subunit 60 and a
  • FIG. 3 shows an embodiment of a battery module cover of a
  • FIG. 4 shows a diagram of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a battery module cover of a battery module.
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a battery module cover 30 of a battery module 50 according to the invention.
  • the battery module 50 not shown in FIG. 3, has six battery cells 40 in this exemplary embodiment purely by way of example, which each have battery cell terminals 1 1 and 12.
  • the battery module cover 30 shown in FIG. 3 can be connected to the battery module 50 shown in FIG. 1 by way of example only.
  • Battery modules 50 according to the invention can be realized, which have a different construction than the battery module 50 shown in FIG.
  • the battery module cover 30 shown in FIG. 3 can be connected to the battery module 50.
  • the battery module cover 30 is designed to substantially cover the upper side of the battery module 50, that is to say that side of the battery module 50 on which the battery cell terminals 1 1, 12 of the battery cells 40 of the battery module 50 are located
  • battery modules 50 according to the invention be realized with battery module covers 30 which are adapted to cover another part or another side or a different area of the battery module 50.
  • the battery module cover 30 conductor tracks 13 are integrated, which are electrically conductively connected to a sensor.
  • Battery module cover 30 in this embodiment in the same or metallized on electrical conductor tracks 13, which are electrically connected to a sensor.
  • Battery module covers 30 of battery modules 50 according to the invention can also be connected or connected to more than one sensor.
  • the battery module cover 30 has openings or recesses 1 which are arranged like those of the battery module cover 30 shown in Figure 2 prior art, so that the battery cell terminals 11, 12 of the battery cells 40 in the installed state of the battery module cover 30 through these recesses or openings can be passed.
  • the battery cell terminals 11, 12 of the battery cells 40 For electrical contacting of the battery cell terminals 11, 12 of the battery cells 40
  • the battery module cover 30 faces one another in this one
  • Embodiment purely exemplary battery cell connector 8, whose
  • Openings correspond to the recesses 1 and through which the battery cell terminals 11, 12 can also be performed.
  • Battery cell connectors 8 are configured to each have a battery cell terminal 1 1 or 12 of a first battery cell 40 with a battery cell terminal 1 1 or
  • the battery cell connectors 8 are arranged such that the battery cells 40 are connected in series with the battery module cover 30 installed.
  • battery modules 50 according to the invention can also be used
  • Battery module covers 30 may be implemented, in which the battery cell connectors 8 are arranged so that the battery cells 40 of the battery module 50 are connected in parallel with one another or otherwise with the battery module cover 30 installed.
  • the battery module cover 30 are in the selbige integrated tracks 13 optionally electrically conductive with all
  • Battery cell connectors 8 connected.
  • the interconnects integrated into the battery module cover 30 may also be connected only to, for example, a battery cell connector 8 or more than one battery cell connector 8.
  • the conductor tracks 13 integrated into the battery module cover 8 in this exemplary embodiment are connected purely by way of example to a plug 2 connected to the battery module cover 30. With such a plug 2, for example, a sensor can be connected, so that via the built-in battery module cover 30 traces 13 measurement data from the battery cell connectors 8 and via this from the battery cell terminals 11, 12, can be transmitted via the tracks 13 to the sensor.
  • the battery module cover 30 is designed purely by way of example as a spatially injection-molded circuit carrier.
  • the battery module cover 30 is designed in this embodiment as a so-called Molded Interconnected Device. Further, the battery module cover 30 is in this embodiment
  • Embodiment purely by way of example as Hochtemperaturthermoplast running with integrated, structured metallization. Center in the
  • Battery module cover 30 has selbige optionally rounded openings, which in this embodiment, purely by way of example to the embodiment of the battery cell cover, so the lids of the battery cell case of
  • Battery cells 40 of the battery module 50 correspond, so that in the installed state of the battery module cover 30 in this embodiment each one of the central openings of the battery module cover 30 is centrally above the outside of each of a battery cell cover.
  • gaskets 6 are optionally injected into the openings arranged centrally in the battery module cover 30.
  • the gaps between the battery module cover 30 and the battery cells 40 via these seals 6 on the one hand against the ingress of liquid from the outside into the battery module 50 and on the other against the possible leakage of chemicals,
  • the electrolyte contained in the battery cells 40 are sealed.
  • the battery cell connectors 8 are injected into the battery module cover 30.
  • this is only optional for a battery module 50 according to the invention.
  • Battery module covers 30 be realized in which only the
  • Battery cell connector 8 or only the gaskets 6 or neither the gaskets 6 nor the battery cell connectors 8 are injected.
  • EPDM Ethylene-propylene-diene (monomer) rubber
  • Figure 4 shows a diagram of an embodiment of a
  • a method according to the invention for producing a battery module cover 30 of a battery module 50 In this exemplary embodiment, there are five
  • the first method step S1 is a as
  • Circuit carrier functioning battery module cover blank manufactured In this embodiment of the method according to the invention, this is done purely by way of example by means of two-component injection molding, ie by means of the technique of two-component injection molding.
  • one-component injection molding ie the technique of one-component injection molding or so-called insert molding, which is a special form of injection molding, or else a completely different one, can also be used to produce the battery module cover blank functioning as circuit carrier Technology come into use.
  • the battery module cover blank can
  • the battery module cover blank functioning as a circuit carrier is blanket, that is to say completely
  • circuit carrier functioning battery module cover blank completely covered with a metal. This can be done, for example, by means of a chemical or
  • the metallization ie the metal coating of the battery module cover blank functioning as circuit carrier, is then structured.
  • the structuring for the later to be realized interconnects 13 in the metal coating of the battery module cover 30 is made.
  • a 3D mask or a Laserresist- or a laser direct process can be used.
  • the structuring purely by way of example via a laser activation or a so-called primer pad printing process or under
  • step S4 the circuit carrier is then metallized additively, whereby the conductor tracks 13 in the
  • Battery module cover blank to be created. This can be done for example by means of a printing technology, such as by the so-called Flamecon technology, by an aerosol jet technology, inkjet technology, by chemical or galvanic processes or in a very different way, such as done by hot stamping ,
  • the resulting battery module cover 30 can already be used to cover a battery module 50.
  • the resulting battery module cover 30 can already be used to cover a battery module 50.
  • Process step S5 also optionally seals gasket 6 and battery cell connector 8 injected into the circuit carrier or in the battery module cover 30. Further optionally, only the gaskets 6 and no battery cell connectors 8 or only the battery cell connectors 8 and no seals 6 can be injected into the battery module cover 30. As already mentioned, however, methods according to the invention can also be used without the Injection of seals 6 and / or battery cell connectors 8 are executed.

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Abstract

Es wird ein Batteriemodul (50) zur Verfügung gestellt, welches mindestens eine Batteriezelle (40) umfasst, welche zwei Batteriezellenterminals (11, 12) aufweist. Ferner umfasst das Batteriemodul (50) eine mit dem Batteriemodul (50) verbindbare Batteriemodulabdeckung (30) zur Abdeckung von zumindest einem Teil des Batteriemoduls (50). In der Batteriemodulabdeckung (30) sind Leiterbahnen (13) integriert, welche elektrisch leitfähig mit mindestens einem Sensor verbindbar sind. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls bereitgestellt.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriemodul mit Batteriemodulabdeckung sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer
Batteriemodulabdeckung, in welche Leiterbahnen für Sensoren integriert sind sowie ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines
Batteriemoduls.
Stand der Technik
Batterien, insbesondere Lithium-Ionen Batterien, sind wiederaufladbare
elektrische Energiespeicher, deren Einsatz beispielsweise in Handys, Laptops, tragbaren Konsumgeräten sowie Hybrid- oder Elektrofahrzeugen weit verbreitet ist. Es ist aufgrund eines zu beobachtenden Trends in der letzten Zeit zu
erwarten, dass in Zukunft vermehrt neue Batterien beziehungsweise
Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die stetig steigende
Anforderungen gestellt werden. Neben einer zu gewährleistenden hohen
Sicherheit sowie Zuverlässigkeit ergeben sich auch immer höhere Anforderungen aufgrund des in den Batterien immer geringer werdenden, zur Verfügung
stehenden Bauraums beziehungsweise aufgrund des zulässigen Gewichtes der Batterien beziehungsweise Batteriesysteme. Ferner müssen die Batterien
beziehungsweise Batteriesysteme rationell beziehungsweise kostengünstig in der Herstellung sein.
Des Weiteren ist dem Stand der Technik der Einsatz von sogenannten
Hardcase-Batteriezellen beziehungsweise von Batteriezellen mit
Hartschalen-Gehäuse bekannt, die ein prismatisches oder zylindrisches
Gehäuse besitzen. Bei solchen Batteriezellen kann es sich beispielsweise um
Lithium-Ionen Batteriezellen, um Nickel-Metall-Hydrid Batteriezellen, um Lithium-Metall-Polymer Batteriezellen, oder aber auch um andere
elektrochemische Energiespeicher handeln, welche ein entsprechendes
Gehäuse aufweisen. Einzelne Batteriezellen, beispielsweise sechs oder zwölf
Lithium-Ionen-Batteriezellen, die im Automobil Anwendung finden, werden in einer Reihe oder parallel zu einem Batteriemodul verschaltet. Mehrere
Batteriemodule werden zu einer Batteriepack-Untereinheit beziehungsweise einer Subunit zusammengefasst und mehrere Batteriepack-Untereinheiten wiederum zu einem Batteriepack verschaltet. Zur Erfüllung der oben genannten
Anforderung an den Bauraum sollten die Batteriezellen möglichst nahe beieinander angeordnet sein.
In der Figur 1 sind ein Batteriemodul 50, eine Batteriepack-Untereinheit 60 und ein Batteriepack 70 des Standes der Technik gezeigt. Das Batteriepack 50 umfasst in diesem Beispiel sechs Batteriezellen 40, die von einem Band beziehungsweise einem Stahlband fixiert sind. In Figur 1 sind insgesamt acht solcher Batteriemodule 50 zu einer Batteriepack-Untereinheit 60
beziehungsweise einer Batteriepack-Subunit 60 zusammengefasst, von denen wiederum zwei in diesem Beispiel zu einem Batteriepack 70 zusammengefasst sind. Die Batteriezellen 40 weisen jeweils zwei Batteriezellenterminals 1 1 , 12 auf, wobei die Batteriezellenterminals 11 , 12 von benachbarten Batteriezellen 40 innerhalb eines Batteriemoduls 50 miteinander elektrisch leitfähig verbunden sind.
Eine immer größere Herausforderung im Mechanik-Design der Batteriemodule liegt in der Gewichtsreduzierung und in der Erreichung einer rationellen Aufbau- und Verbindungstechnik. Dabei kommt den Batteriemodulen beziehungsweise deren Komponenten eine immer größere Bedeutung zu, da diese den größten Anteil der Montagezeit für sich beanspruchen und einen Großteil des Gewichts des Batteriepacks ausmachen. Aus diesem Grund liegt das größte Potenzial zur Gewichts- und Kosteneinsparung bei der Herstellung eines Batteriepacks in der Standardisierung von dessen Aufbau. Mit einer solchen Standardisierung kann ein Rationalisierungseffekt erreicht werden, mit welchem eine Kostendegression einhergeht. Eine der Komponenten von Batteriemodulen ist deren Cover, das heißt deren Abdeckung, welche fortan als Batteriemodulabdeckung bezeichnet werden soll. Eine Batteriemodulabdeckung 30 des Standes der Technik ist in Figur 1 gezeigt. Diese Batteriemodulabdeckung 30 weist rechteckige Aussparungen 1 auf, welche parallel zu den längeren Kanten der Batteriemodulabdeckung 30 angeordnet sind. In diesem Beispiel einer Batteriemodulabdeckung 30 des Standes der Technik weist die Batteriemodulabdeckung 30 jeweils sechs entlang ihrer längeren Seiten angeordnete, rechteckige Aussparungen 1 auf, wobei sich jeweils zwei Aussparungen 1 , symmetrisch zu einer gedachten Symmetrieachse, welche mittig und parallel zu den längeren Seiten beziehungsweise Kanten der Batteriemodulabdeckung 30 durch die Batteriemodulabdeckung 30 verläuft, gegenüberliegen. Durch diese Aussparungen 1 können die
Batteriezellenterminals 11 , 12 von insgesamt 6 Batteriezellen geführt werden. In diesem Beispiel sind auf der Batteriemodulabdeckung 30 Batteriezellverbinder 8 mit Öffnungen verschraubt, welche zu den Aussparungen 1 korrespondieren. Wird ein wie in Figur 1 dargestelltes Batteriemodul 50 mit der in Figur 2 dargestellten Batteriemodulabdeckung 30 verbunden, so sind die in diesem Beispiel sechs Batteriezellen 40 des Batteriemoduls 50 über die
Batteriezellverbinder 8 der Batteriemodulabdeckung 30 in Reihe geschaltet. Des Weiteren weist die in Figur 2 dargestellte Batteriemodulabdeckung 30 mit den Batteriezellenterminals 11 , 12 der Batteriezellen 40 elektrisch verbindbare Kabel 7 auf, welche mit einem Sensor verbindbar sind und über welche beispielsweise Messungen zur Ermittlung des Ladezustandes, der Temperatur oder der Leerlaufspannung aller oder einzelner Batteriezellen 40 vorgenommen werden können oder sonstige für die Überwachung aller oder einzelner Batteriezellen 40 notwendige Daten übertragen werden können.
Aus der JP 2009-164085 A ist ferner ein Batteriemodul bekannt, welches eine Batteriemodulabdeckung zum Schutz des Batteriemoduls aufweist und über welche das Batteriemodul des Weiteren in einem Kraftfahrzeug fixierbar ist.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Batteriemodul zur Verfügung gestellt, welches mindestens eine Batteriezelle umfasst, welche zwei Batteriezellenterminals aufweist. Ferner umfasst das Batteriemodul eine mit dem Batteriemodul verbindbare Batteriemodulabdeckung zur Abdeckung von zumindest einem Teil des Batteriemoduls. Erfindungsgemäß sind in die Batteriemodulabdeckung Leiterbahnen integriert, welche elektrisch leitfähig mit mindestens einem Sensor verbindbar sind.
Der Vorteil des erfindungsgemäßen Batteriemoduls liegt in der platz- sowie kostensparenden Realisierung von dessen Batteriemodulabdeckung, in welcher keine Sensorkabel mehr verbaut beziehungsweise verlegt werden müssen. Durch den erfindungsgemäßen Ersatz der Sensorkabel durch in die
Batteriemodulabdeckung integrierte Leiterbahnen wird das Batteriemodul also leichter, kostengünstiger und platzsparender im Aufbau. Ferner ist das erfindungsgemäße Batteriemodul besser vor einem Eindringen von Feuchtigkeit geschützt und weist gegenüber den Batteriemodulen des Standes der Technik eine stärkere, elektrische Isolierung auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die in die Batteriemodulabdeckung integrierten Leiterbahnen elektrisch leitfähig mit einem mit der
Batteriemodulabdeckung verbundenen oder verbindbaren Stecker verbunden. Dadurch können die in die Batteriemodulabdeckung integrierten Leiterbahnen elektrisch leitfähig mit verschiedenen Sensoren verbunden werden, durch welche die von den integrierten Leiterbahnen bereitgestellten Messwerte, beispielsweise an den Batteriezellenterminals der Batteriezellen abgegriffenen Spannungen oder sonstige, für die Überwachung der Batteriezellen notwendigen Daten, auswertbar sind.
Vorzugsweise ist die Batteriemodulabdeckung als ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt. Bei solchen auch als„Molded Interconnected Devices" bezeichneten Schaltungsträgern handelt es sich um Formteile mit integrierter Leiterbildstruktur. Bei einer derartigen Ausführungsform muss die Batteriemodulabdeckung nicht aus verschiedenen Einzelteilen zusammengebaut werden, was eine effiziente Herstellung der Batteriemodulabdeckung ermöglicht.
Vorzugsweise ist die Batteriemodulabdeckung als Hochtemperaturthermoplast mit integrierter, strukturierter Metallisierung ausgeführt. Bei einer derartigen Ausführungsform sind die elektrischen Leitungen, beispielsweise zur elektrischen
Verbindung eines Sensors mit den Batteriezellenterminals der Batteriezellen, bereits nach Herstellung der Batteriemodulabdeckung als Leiterbahnen in dieser realisiert.
Bevorzugt weist die Batteriemodulabdeckung ferner Dichtungen und/oder Batteriezellverbinder auf.
Bevorzugt sind die Dichtungen und/oder die Batteriezellverbinder in die
Batteriemodulabdeckung eingespritzt. Dadurch lässt sich eine Abdichtung der Batteriemodule beziehungsweise eine Verschaltung der Batteriezellen des Batteriemoduls, beispielsweise eine Reihen- oder Parallelschaltung der
Batteriezellen, schon bei Herstellung der Batteriemodulabdeckung kostengünstig vornehmen.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Material, aus welchem die Dichtungen bestehen, Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM).
Bei EPDM handelt es sich um einen gummielastischen Werkstoff, welcher bei Temperaturen zwischen -40 °C und +120 °C bis zu 500% dehnbar ist und über eine jahrzehntelange Lebenserwartung verfügt. Ferner bevorzugt bestehen die Dichtungen aus Ethylen-Propylen-Dien-
(Monom er)- Kautschuk (EPDM).
Bevorzugt weist das Batteriemodul mindestens zwei Batteriezellen auf und weist die Batteriemodulabdeckung mindestens einen Batteriezellverbinder auf, welcher dazu ausgelegt ist, ein Batteriezellenterminal einer der Batteriezellen mit einem
Batteriezellenterminal der anderen Batteriezelle elektrisch leitfähig zu verbinden.
Ferner bevorzugt sind die in die Batteriemodulabdeckung integrierten
Leiterbahnen elektrisch leitfähig mit dem Batteriezellverbinder verbunden.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls zur Verfügung gestellt, welches die folgenden Schritte umfasst: Herstellen eines als Schaltungsträger fungierenden
Batteriemodulabdeckungsrohlings. Vollflächiges Metallisieren des als
Schaltungsträger fungierenden Batteriemodulabdeckungsrohlings. Strukturieren des Schaltungsträgers. Durchführen einer additiven Metallisierung des
Schaltungsträgers.
In einer bevorzugten Weiterentwicklung umfasst das Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls ferner den Schritt des Einspritzens von Dichtungen und/oder von Batteriezellverbindern in den
Schaltungsträger. Unter Verwendung eines derartigen Verfahrens zur
Herstellung der Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls ist es möglich, sowohl die Kabel beziehungsweise Leitungen der Batteriemodulabdeckung als auch die Dichtungen beziehungsweise die Batteriezellverbinder derselben in einem Herstellungsprozess mittels einer Multifunktionsbauweise zu einem Bauteil zu verschmelzen.
Bevorzugt umfasst in dem Verfahren zur Herstellung einer
Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls der Schritt des Herstellens und/oder der Schritt des Einspritzens Ein-Komponenten-Spritzgießen oder Zwei-Komponenten-Spritzgießen. Das Ein- oder Mehrkomponenten-Spritzgießen bietet im Vergleich zu vielen anderen Herstellungs- beziehungsweise
Fertigungsverfahren eine verbesserte Gestaltungsfreiheit sowie
Umweltverträglichkeit als auch ein hohes Potenzial zur Rationalisierung bei der Herstellung der Batteriemodulabdeckung.
Ferner wird eine Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul bereitgestellt, wobei die Batterie besonders bevorzugt als eine Lithium-Ionen- Batterie ausgeführt ist. Vorteile solcher Batterien sind unter anderem in ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer großen thermischen Stabilität gegeben. Ein weiterer Vorteil von Lithium-Ionen-Batterien ist, dass diese keinem Memory Effekt unterliegen.
Ferner wird ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie mit einem erfindungsgemäßen Batteriemodul bereitgestellt, wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben. Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 ein Batteriemodul 50, eine Batteriepack-Untereinheit 60 und ein
Batteriepack 70 des Standes der Technik
Figur 2 eine Batteriemodulabdeckung 30 des Standes der Technik,
Figur 3 ein Ausführungsbeispiel einer Batteriemodulabdeckung eines
erfindungsgemäßen Batteriemoduls, und
Figur 4 ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung eines Batteriemoduls.
Ausführungsformen der Erfindung
In der Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel einer Batteriemodulabdeckung 30 eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 50 dargestellt. Das in der Figur 3 nicht dargestellte Batteriemodul 50 weist in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft sechs Batteriezellen 40 auf, welche jeweils Batteriezellenterminals 1 1 und 12 aufweisen. Die in der Figur 3 gezeigte Batteriemodulabdeckung 30 ist rein beispielhaft passend mit dem in Figur 1 dargestellten Batteriemodul 50 verbindbar. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 50 realisiert sein, welche mehr oder weniger Batteriezellen 40 als das in Figur 1 dargestellte Batteriemodul 50 aufweisen. Des Weiteren können
erfindungsgemäße Batteriemodule 50 realisiert sein, welche einen anderen Aufbau als das in Figur 1 gezeigte Batteriemodul 50 aufweisen.
Die in Figur 3 dargestellte Batteriemodulabdeckung 30 ist mit dem Batteriemodul 50 verbindbar. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Batteriemodulabdeckung 30 dazu ausgebildet, die Oberseite des Batteriemoduls 50, also diejenige Seite des Batteriemoduls 50, auf welcher sich die Batteriezellenterminals 1 1 , 12 der Batteriezellen 40 des Batteriemoduls 50 befinden, zu einem Großteil
abzudecken. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 50 mit Batteriemodulabdeckungen 30 realisiert werden, welche dazu ausgebildet sind, einen anderen Teil oder eine andere Seite beziehungsweise einen anderen Bereich des Batteriemoduls 50 abzudecken. In die Batteriemodulabdeckung 30 sind Leiterbahnen 13 integriert, welche elektrisch leitfähig mit einem Sensor verbindbar sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die
Batteriemodulabdeckung 30 in diesem Ausführungsbeispiel in selbige einbeziehungsweise aufmetallisierte elektrische Leiterbahnen 13 auf, welche elektrisch mit einem Sensor verbindbar sind. Dabei können die elektrischen Leiterbahnen 13 in anderen Ausführungsbeispielen der
Batteriemodulabdeckungen 30 von erfindungsgemäßen Batteriemodulen 50 auch mit mehr als einem Sensor verbindbar beziehungsweise verbunden sein.
In diesem Ausführungsbeispiel weist die Batteriemodulabdeckung 30 Öffnungen beziehungsweise Aussparungen 1 auf, welche so wie jene der in Figur 2 dargestellten Batteriemodulabdeckung 30 des Standes der Technik angeordnet sind, sodass die Batteriezellenterminals 11 , 12 der Batteriezellen 40 im verbauten Zustand der Batteriemodulabdeckung 30 durch diese Aussparungen 1 beziehungsweise Öffnungen hindurchgeführt werden können. Zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellterminals 11 , 12 der Batteriezellen 40
untereinander weist die Batteriemodulabdeckung 30 in diesem
Ausführungsbeispiel rein beispielhaft Batteriezellverbinder 8 auf, deren
Öffnungen zu den Aussparungen 1 korrespondieren und durch welche die Batteriezellterminals 11 , 12 ebenfalls durchgeführt werden können. Die
Batteriezellverbinder 8 sind dazu ausgebildet, jeweils ein Batteriezellenterminal 1 1 oder 12 einer ersten Batteriezelle 40 mit einem Batteriezellenterminal 1 1 oder
12 einer weiteren, an der einen ersten Batteriezelle 40 anliegenden Batteriezelle 40 elektrisch leitfähig zu verbinden. In dem Ausführungsbeispiel der Figur 3 sind die Batteriezellverbinder 8 so angeordnet, dass die Batteriezellen 40 bei verbauter Batteriemodulabdeckung 30 in Reihe geschaltet sind. Es können allerdings auch erfindungsgemäße Batteriemodule 50 mit
Batteriemodulabdeckungen 30 realisiert sein, in denen die Batteriezellverbinder 8 so angeordnet sind, dass die Batteriezellen 40 des Batteriemoduls 50 bei verbauter Batteriemodulabdeckung 30 parallel zueinander oder anders verschaltet sind.
In diesem Ausführungsbeispiel der Batteriemodulabdeckung 30 sind die in die selbige integrierten Leiterbahnen 13 optional elektrisch leitfähig mit allen
Batteriezellverbindern 8 verbunden. Die in die Batteriemodulabdeckung 30 integrierten Leiterbahnen können alternativ auch nur mit beispielsweise einem Batteriezellverbinder 8 oder mit mehr als einem Batteriezellverbinder 8 verbunden sein. Des Weiteren sind die in die Batteriemodulabdeckung 8 integrierten Leiterbahnen 13 in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft mit einem mit der Batteriemodulabdeckung 30 verbundenen Stecker 2 verbunden. Mit einem solchen Stecker 2 kann beispielsweise ein Sensor verbunden werden, sodass über die in die Batteriemodulabdeckung 30 integrierten Leiterbahnen 13 Messdaten von den Batteriezellverbindern 8 beziehungsweise über diese von den Batteriezellterminals 11 , 12, über die Leiterbahnen 13 an den Sensor übermittelt werden können.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Batteriemodulabdeckung 30 rein beispielhaft als ein räumlich spritzgegossener Schaltungsträger ausgeführt. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Batteriemodulabdeckung 30 in diesem Ausführungsbeispiel als ein sogenanntes Molded Interconnected Device ausgeführt. Ferner ist die Batteriemodulabdeckung 30 in diesem
Ausführungsbeispiel rein beispielhaft als Hochtemperaturthermoplast mit integrierter, strukturierter Metallisierung ausgeführt. Mittig in der
Batteriemodulabdeckung 30 weist selbige optional abgerundete Öffnungen auf, welche in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft zu der Ausgestaltung der Batteriezelldeckel, also zu den Deckeln der Batteriezellgehäuse der
Batteriezellen 40 des Batteriemoduls 50 korrespondieren, sodass im verbauten Zustand der Batteriemodulabdeckung 30 in diesem Ausführungsbeispiel jeweils eine der mittigen Öffnungen der Batteriemodulabdeckung 30 mittig über der Außenseite jeweils eines Batteriezelldeckels liegt.
In diesem Ausführungsbeispiel sind in die mittig in der Batteriemodulabdeckung 30 angeordneten Öffnungen optional Dichtungen 6 eingespritzt. Im verbauten Zustand der Batteriemodulabdeckung 30 können über diese Dichtungen 6 die Spalte zwischen der Batteriemodulabdeckung 30 und den Batteriezellen 40 zum einen gegen das Eindringen von Flüssigkeit von außen in das Batteriemodul 50 und zum anderen gegen das eventuelle Austreten von Chemikalien,
beispielsweise des in den Batteriezellen 40 enthaltenden Elektrolyten, abgedichtet werden. Ferner sind in diesem Ausführungsbeispiel rein beispielhaft auch die Batteriezellverbinder 8 in die Batteriemodulabdeckung 30 eingespritzt. Auch dies ist für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 50 allerdings nur optional. Es können also auch erfindungsgemäße Batteriemodule 50 mit
Batteriemodulabdeckungen 30 realisiert sein, in denen nur die
Batteriezellverbinder 8 oder nur die Dichtungen 6 oder weder die Dichtungen 6 noch die Batteriezellverbinder 8 eingespritzt sind.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst das Material, aus welchem die
Dichtungen 6 bestehen, rein beispielhaft
Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM). Das Material, aus welchem die Dichtungen 6 bestehen, kann in anderen Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Batteriemodulen 50 aber auch andere Werkstoffe und insbesondere auch andere gummielastische Werkstoffe umfassen.
Figur 4 zeigt ein Schaubild eines Ausführungsbeispiels eines
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung 30 eines Batteriemoduls 50. In diesem Ausführungsbeispiel sind fünf
Verfahrensschritte S1 bis S5 dargestellt, wobei der fünfte Verfahrensschritt S5 dieses Ausführungsbeispiels für die Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens optional ist. Im ersten Verfahrensschritt S1 wird ein als
Schaltungsträger fungierender Batteriemodulabdeckungsrohling hergestellt. In diesem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens geschieht dies rein beispielhaft mittels Zwei-Komponenten-Spritzgießen, also mittels der Technik des Zwei-Komponenten-Spritzgusses. Für die Herstellung des als Schaltungsträger fungierenden Batteriemodulabdeckungsrohlings kann allerdings auch Ein-Komponenten-Spritzgießen, also die Technik des Ein-Komponenten- Spritzgusses oder des sogenannten Insert-Moldings, bei dem es sich um eine Sonderform des Spritzgusses handelt, oder aber auch eine ganz andere Technik zur Anwendung kommen. Der Batteriemodulabdeckungsrohling kann
beispielsweise bereits die Form einer fertiggestellten Batteriemodulabdeckung 30, allerdings noch ohne Struktur für Leiterbahnen 13, beziehungsweise ohne Leiterbahnen 13 selbst aufweisen.
Im zweiten Verfahrensschritt S2 wird der als Schaltungsträger fungierende Batteriemodulabdeckungsrohling vollflächig, das heißt also vollständig
metallisiert. Mit anderen Worten ausgedrückt, wird der als Schaltungsträger fungierende Batteriemodulabdeckungsrohling vollständig mit einem Metall überzogen. Dies kann beispielsweise mittels eines chemischen oder
mechanischen PVD- Prozesses, also mittels einer chemischen oder
mechanischen, physikalischen Gasphasenabscheidung, oder aber auch auf ganz andere Art und Weise geschehen.
Die Metallisierung, also die Metallbeschichtung des als Schaltungsträger fungierenden Batteriemodulabdeckungsrohlings wird dann strukturiert. Im dritten Verfahrensschritt S3 wird also die Strukturierung für die später zu realisierenden Leiterbahnen 13 in der Metallbeschichtung der Batteriemodulabdeckung 30 vorgenommen. Dabei kann beispielsweise eine 3D-Maske oder ein Laserresist- beziehungsweise ein Laserdirektprozess zur Anwendung kommen. Ferner kann die Strukturierung rein beispielhaft über eine Laseraktivierung beziehungsweise einen sogenannten Primer- Tampondruck-Prozess oder aber auch unter
Verwendung eines Formstempels, eines Spritzgusswerkzeugs, einer konvexen
Flex-Folie oder aber auch ganz anders realisiert werden.
Im vierten Verfahrensschritt S4 wird der Schaltungsträger dann additiv metallisiert, wodurch die Leiterbahnen 13 in dem
Batteriemodulabdeckungsrohling geschaffen werden. Dies kann beispielsweise mittels einer Drucktechnologie geschehen, wie beispielsweise durch die sogenannte Flamecon-Technologie, durch eine Aerosol-Jet-Technologie, eine Inkjet-Technologie, mittels chemischer beziehungsweise galvanischer Prozesse oder aber auch auf ganz andere Art und Weise, wie beispielsweise durch Heißprägen erfolgen.
Nach Beendigung des vierten Verfahrensschritt S4 kann die damit entstandene Batteriemodulabdeckung 30 bereits zur Abdeckung eines Batteriemoduls 50 verwendet werden. In diesem Ausführungsbeispiel werden im fünften
Verfahrensschritt S5 noch optional Dichtungen 6 und Batteriezellverbinder 8 in den Schaltungsträger beziehungsweise in die Batteriemodulabdeckung 30 eingespritzt. Ferner optional können auch nur die Dichtungen 6 und keine Batteriezellverbinder 8 oder aber auch nur die Batteriezellverbinder 8 und keine Dichtungen 6 in die Batteriemodulabdeckung 30 eingespritzt werden. Wie bereits erwähnt, können allerdings auch erfindungsgemäße Verfahren ganz ohne die Einspritzung von Dichtungen 6 und/oder Batteriezellverbindern 8 ausgeführt werden.
Somit ist mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriemodulabdeckung 30 samt Dichtungen 6,
Batteriezellverbinder 8 sowie in die Batteriemodulabdeckung 30 integrierter Leiterbahnen 13 möglich.

Claims

Ansprüche
Batteriemodul (50), umfassend
- mindestens eine Batteriezelle (40), welche zwei Batteriezellenterminals (1 1 , 12) aufweist,
- eine mit dem Batteriemodul (50) verbindbare Batteriemodulabdeckung (30) zur Abdeckung von zumindest einem Teil des Batteriemoduls (50),
dadurch gekennzeichnet, dass
in die Batteriemodulabdeckung (30) Leiterbahnen (13) integriert sind, welche elektrisch leitfähig mit mindestens einem Sensor verbindbar sind.
Batteriemodul (50) nach Anspruch 1 , wobei die in die Batteriemodulabdeckung (30) integrierten Leiterbahnen (13) elektrisch leitfähig mit einem mit der
Batteriemodulabdeckung (30) verbundenen oder verbindbaren Stecker (2) verbunden sind.
Batteriemodul (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodulabdeckung (30) als ein räumlich spritzgegossener
Schaltungsträger ausgeführt ist.
Batteriemodul (50) nach Anspruch 3, wobei die Batteriemodulabdeckung (30) als Hochtemperaturthermoplast mit integrierter, strukturierter Metallisierung ausgeführt ist.
Batteriemodul (50) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriemodulabdeckung (30) ferner Dichtungen (6) und/oder
Batteriezellverbinder (8) aufweist.
Batteriemodul (50) nach Anspruch 5, wobei die Dichtungen (6) und/oder die Batteriezellverbinder (8) in die Batteriemodulabdeckung (30) eingespritzt sind.
Batteriemodul (50) nach Anspruch 5 oder 6, wobei das Material, aus welchem die Dichtungen (6) bestehen, Ethylen-Propylen-Dien-(Monomer)-Kautschuk (EPDM) umfasst.
8. Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung (30) eines
Batteriemoduls (50), wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
- Herstellen (S1) eines als Schaltungsträger fungierenden
Batteriemodulabdeckungsrohlings,
- vollflächiges Metallisieren (S2) des als Schaltungsträger fungierenden Batteriemodulabdeckungsrohlings,
- Strukturieren (S3) des Schaltungsträgers, und
Durchführen einer additiven Metallisierung (S4) des Schaltungsträgers.
9. Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung (30) eines
Batteriemoduls (50) nach Anspruch 8, ferner umfassend den Schritt des Einspritzens (S5) von Dichtungen (6) und/oder von Batteriezellverbindern (8) in den Schaltungsträger.
10. Verfahren zur Herstellung einer Batteriemodulabdeckung (30) eines
Batteriemoduls (50) nach Anspruch 8 oder 9, wobei der Schritt des Herstellens (S1) und/oder der Schritt des Einspritzens (S5) Ein-Komponenten-Spritzgießen oder Zwei-Komponenten-Spritzgießen umfasst.
11. Batterie mit einem Batteriemodul (50) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
12. Kraftfahrzeug mit einer Batterie nach Anspruch 1 1 , wobei die Batterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
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