WO2015113858A2 - Batteriemodul - Google Patents

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WO2015113858A2 PCT/EP2015/050937 EP2015050937W WO2015113858A2 WO 2015113858 A2 WO2015113858 A2 WO 2015113858A2 EP 2015050937 W EP2015050937 W EP 2015050937W WO 2015113858 A2 WO2015113858 A2 WO 2015113858A2
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Harald Stuetz
Michael KÖRÖSI
Dietmar Niederl
Martin Michelitsch
Theo VOLCK
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Definitions

  • the invention relates to a battery module with at least one, preferably a plurality of battery cells, which are formed substantially plate-like and surrounded by a foam structure.
  • EP 0 631 338 A1 describes a battery having a battery housing, in which a plurality of battery cells are accommodated, wherein the battery housing is made of a plastic foam structure.
  • the foam structure in battery modules numerous demands are made.
  • its primary function namely to protect the battery cell or the battery module against mechanical damage, for example, have fire-retardant properties, be mechanically stable enough to accommodate installations such as cooling ducts, busbars, etc., a good heat balance and protection against current flashovers and short circuits offer, and much more.
  • the foam structure has at least two foam layers with the same or different mechanical, physical and / or chemical properties.
  • the application of several foam layers has the advantage that the layer thicknesses of the individual foam layers is lower, so that less heat is produced during foaming and thus can be dissipated more easily. Excessive heat input into the battery cells can damage them and is therefore undesirable.
  • the foam structure has a first foam layer which at least partially encloses at least one battery cell encloses, and preferably has fire-retardant properties.
  • This fire-retarding property can be achieved, for example, by replacing the blowing agent necessary for producing the foam structure during foaming of the battery cell by a fire-retardant gas or by an inert gas.
  • the foaming under a protective gas atmosphere prevents air pockets, which can have a fire-supporting effect in the event of a malfunction.
  • the first foam layer is designed such that it releases a protective gas or other fire-retardant substances in case of fire.
  • the at least one battery cell is here either partially foamed, wherein preferably the cell poles remain free to facilitate the contacting or are completely surrounded by this first foam layer.
  • a foam layer is provided as the second foam layer, which is designed as a load-bearing or structure-forming layer for different installations or components.
  • This second foam layer which usually also has a greater thickness than the first foam layer, is characterized in particular by its mechanical stability, which allows the inclusion of different internals.
  • internals for example, cooling lines, heat conducting plates, electrical lines, electrical and mechanical connecting elements, sensors and / or control elements can be arranged in this second foam layer.
  • this foam layer has a sufficient tracking resistance, so that foamed electrical components do not have to have their own insulation.
  • coolant leakage or Ventingkanäle be formed.
  • the structural stability of this layer also protects against damage to the cells or components during transport and installation in the vehicle and can absorb energy in the event of a crash.
  • At least one further, third foam layer is arranged between the first foam layer and the second foam layer. Since the heat generated during the foaming process depends on the layer thickness, that is to say on the mass of reacting material, it may be necessary to apply several thin layers of foam to the cell instead of one thick layer. Thus, the foam layer between the first and second foam layer serves an improved heat transfer, whereby the temperature at the battery cell kept as low as possible during the foaming process becomes . This situation can also be improved during the manufacturing process by a cooled foam mold.
  • an additional outer, fourth layer is connected, which serves the EMC protection, so that no electromagnetic energy can disturb the foamed control and / or sensors.
  • this foam layer is formed electrically conductive, for example, by incorporating conductive particles in the foam layer and / or conductive fabric and / or conductive coatings are applied to this layer.
  • this foam layer must have a suitable connection to the electrical ground.
  • an electrically conductive element for example in the form of a grid, mesh or the like, may also be embedded in the foam layer.
  • the foam structure according to the invention has a vapor barrier in a further embodiment of the invention.
  • This additional, or combined with the EMC protective layer layer has the task of protecting the underlying foam layers with the components therein, in particular against the effects of weather such as humidity.
  • the preparation of this layer is preferably carried out under a protective gas atmosphere, wherein air inclusions are particularly preferably avoided.
  • moisture-repellent layers such as films, lacquers, and / or nano-coatings are applied.
  • the at least two foam layers are arranged separable from each other around the at least one battery cell. Due to the separability of the at least two foam layers from one another, in particular when recycling the battery module according to the invention or when exchanging defective components, a simpler separation of the individual components can take place.
  • This separability is, for example, designed such that the at least one first foam layer has an at least partially structured surface that is complementary to an at least partially structured surface of the adjacent second foam layer.
  • These structured surfaces can be designed here in particular as toothings.
  • separating means between two adjacent foam layers but also between the components and the foam layers may be arranged, which are applied during the Einfumvorganges and facilitate a later division of the individual foam layers.
  • separation aids such as wires, straps or ropes are incorporated into the foam structure. By pulling on these separation aids the foam structure is divided and allows removal of individual areas of the foamed battery module. Likewise, markings may be provided at locations where mechanical separation of the foam structure is safely possible. Likewise, it can be provided that at least one foam layer of the foam structure has at least one predetermined breaking point.
  • Fig. 1 shows a first embodiment of a foamed battery cell in one
  • Fig. 2 shows a second embodiment of the invention with foamed
  • Fig. 3 shows a section through a foamed battery module with cells and foamed-in components
  • Fig. 4 shows a section through a cooling channel with heat conducting plates
  • Fig. 5 is a section through a foamed module with integrated sensors or a control board, and
  • Fig. 6 shows a section through a module in a foaming mold
  • a battery cell 100 with a cell pole 101 is surrounded by a foam structure 200 consisting of individual foam layers 201, 202, 203, 204.
  • the first foam layer 201 encloses the battery cell 100 in its entirety and, in this embodiment of the invention, is designed as a fire protection layer, for example made of soft polyurethane foam with flame-retardant agents.
  • the cell poles 101 of the individual battery cells 100 may be free and thereby project through the individual foam layers 201, 202, 203, 204 in order to enable a subsequent electrical connection of the cells 100. If the cell poles 101 are subsequently connected, for example by means of clinching, they are subsequently covered by a further foam layer or an insulation element (not shown).
  • the first foam layer 201 is adjoined by a further foam layer 203, for example of epoxy foam, which has a smaller thickness than the first layer 201.
  • This foam layer 203 has the improvement of the thermal protection of the battery cell 100 from overheating during the Einbulumvorganges task. It may be necessary to apply a plurality of thin layers of the same or a different foam in order to realize the lowest possible heat input into the battery cell 100 during foaming.
  • the subsequent foam layer 202 of polypropylene or polyamide foam with the greatest thickness has a higher mechanical rigidity and has the primary task to absorb the majority of the energy under mechanical stress. Furthermore, further components such as cooling channels, heat conducting sheets, sensors, control elements, electrical lines, support structures or the like may be arranged in this foam layer 202 (see FIG. 3).
  • an EMC protection with vapor barrier is provided which shields on the one hand from any electromagnetic interference and on the other hand protects against moisture from the environment.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of three different battery modules 300a, 300b, 300c, which each have four battery cells 100 with associated cell poles 101. Between each two battery cells 100, a thickness compensation element 102, a so-called “Compression Ped" is arranged. Furthermore, cooling plates 103 are provided, which divert the heat generated during the foaming or operation of the battery modules 300a, 300b, 300c to air cooling channels 104 or coolant channels 105. Both air duct 104 and coolant channel 105 can be formed here as foamed-in pipes, or they can be formed directly from the foam material used during the foaming process, as shown in FIG. 4.
  • Each battery module 300a, 300b, 300c is surrounded by a foam structure 200 with a first foam layer 201, which is designed as a fire protection layer.
  • this foam layer 201 in the first battery module 300a encloses the cell poles 101 of the battery cells 100 and thus protects them from moisture and thus from short-circuits. If the cell poles 101 are surrounded by the first foam layer 201, the electrical connection of the battery cells 100 must take place before the foaming process.
  • the first foam layer 201 is adjoined by a further, second foam layer 202 into which a copper grid 205 is foamed as EMC protection.
  • This second foam layer 202 is structuring the foam structure 200 according to the invention and in particular also serves to accommodate various components, such as the inclusion of connection elements 301, which are foamed into this foam layer 202 and the attachment of the battery modules 300 a, 300 b, 300 c to the environment, serve for example on a vehicle frame.
  • busbars are foamed into the second foam layer 202; in addition, the second foam layer 202 in the case of the two battery modules 300b, 300c is designed as a cover element 202b, 202c for cell sealing.
  • the first foam layer 201 and the second foam layer 202 are connected to one another via a toothing 206, wherein a release agent applied to this boundary allows easy separation of the two foam layers 201, 202.
  • a control module 107 is arranged below the cover element 202b, wherein the cover element 202b can be removed via a predetermined breaking point 207.
  • a possible overpressure inside the battery module 300b can escape via this predetermined breaking point 207.
  • the second foam layer 202 also has a drainage channel 108, via which coolant can be discharged from the battery module 300c in the event of a leak of the coolant channel 105.
  • a foamed battery module 300 having a cell stack consisting of a plurality of battery cells 100 is shown.
  • busbars 106 coolant channels 105 and a mounting structure 109 are foamed.
  • the foam structure 200 is not shown as the multi-layer system according to the invention for the sake of clarity.
  • FIG. 5 shows in a detailed view the arrangement of a control module 107 or a sensor unit within the multilayer foam structure 200 according to the invention.
  • the battery cells 100 are surrounded by a first foam layer 201 and a second foam layer 202, wherein the first foam layer 201 simultaneously acts as a thickness compensation element between the individual battery cells 100.
  • the cell poles 101 of the individual battery cells 100 protrude from the first foam layer 201 and penetrate a further foam layer 203 into which Furthermore, the control module 107 is foamed free release.
  • a fourth foam layer 204 eventually surrounds the battery module 300 and functions as a module housing.
  • FIG. 6 shows a battery module 300 during the foaming process, wherein cooling channels 401 are provided in a foaming mold 400, which serve for heat removal (arrows) during the foaming process. At the same time, heat is introduced from the immediate vicinity of the temperature-sensitive battery cells 100 via the cooling plates 103 into the coolant circulating in the coolant channels 105 and also removed.
  • the above-described embodiments are not restrictive.
  • the type, number and sequence of the various foam layers may vary from application to application.
  • various components can be foamed into the individual layers. It is essential to the invention that the foam structure has at least two different foam layers.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezellen (100), die im Wesentlichen plattenartig ausgebildet und von einer Schaumstoffstruktur (200) umgeben sind, wobei die Schaumstoffstruktur (200) zumindest zwei Schaumstoffschichten (201, 202, 203, 204) mit gleichen oder unterschiedlichen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.

Description

Batteriemodul
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezellen, die im Wesentlichen plattenartig ausgebildet und von einer Schaumstoffstruktur umgeben sind .
Bei Batterien, die insbesondere in Fahrzeugen beispielsweise für deren Antrieb eingesetzt werden, ist es notwendig, die üblicherweise empfindlichen Batteriezellen vor mechanischer Beschädigung zu schützen. So beschreibt die EP 0 631 338 AI eine Batterie mit einem Batteriegehäuse, in dem eine Vielzahl von Batteriezellen untergebracht sind, wobei das Batteriegehäuse aus einer Kunststoffschaumstruktur gefertigt ist.
In der US 2007/259258 AI ist eine Batterieanordnung beschrieben, die ebenfalls aus einer Vielzahl von Batteriemodulen mit einzelnen Zellen besteht, wobei jedes Batteriemodul in dem Gehäuse eingeschäumt ist.
An die Schaumstoffstruktur in Batteriemodulen werden zahlreiche Anforderungen gestellt. So soll sie neben ihrer Primärfunktion, nämlich die Batteriezelle beziehungsweise das Batteriemodul vor mechanischer Beschädigung zu schützen, beispielsweise brandhemmende Eigenschaften aufweisen, mechanisch stabil genug sein, um Einbauten wie Kühlkanäle, Stromschienen etc. aufnehmen zu können, einen guten Wärmeausgleich und Schutz vor Stromüberschlägen und Kurzschlüssen bieten, und vieles mehr.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Batteriemodul der eingangs erwähnten Art mit einer Schaumstoffstruktur bereitzustellen, die einfach und kostengünstig herzustellen ist, und gleichzeitig die zahlreichen unterschiedlichen Anforderungen erfüllt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaumstoffstruktur zumindest zwei Schaumstoffschichten mit gleichen oder unterschiedlichen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist. Das Aufbringen mehrerer Schaumschichten hat den Vorteil, dass die Schichtdicken der einzelnen Schaumstoffschichten geringer ist, sodass bei der Einschäumung weniger Wärme entsteht und damit leichter abgeführt werden kann. Ein zu großer Wärmeeintrag in die Batteriezellen kann diese beschädigen und ist daher unerwünscht.
In einer ersten Ausführung der Erfindung weist die Schaumstoffstruktur eine erste Schaumschicht auf, die zumindest eine Batteriezelle zumindest teilweise umschließt, und vorzugsweise brandhemmende Eigenschaften aufweist. Diese brandhemmende Eigenschaft kann beispielsweise dadurch erzielt werden, dass das zur Herstellung der Schaumstoffstruktur notwendige Treibmittel beim Ein- schäumen der Batteriezelle durch ein brandhemmendes Gas oder durch ein Schutzgas ersetzt wird . Ebenso verhindert die Einschäumung unter Schutzgasatmosphäre Lufteinschlüsse, die im Falle einer Fehlfunktion brandunterstützend wirken können. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die erste Schaumschicht derart ausgebildet ist, dass diese im Brandfall selbst ein Schutzgas oder andere brandhemmende Stoffe freisetzt. Die zumindest eine Batteriezelle ist hierbei entweder teilweise eingeschäumt, wobei bevorzugterweise die Zellpole zur Erleichterung der Kontaktierung freigestellt bleiben oder aber zur Gänze von dieser ersten Schaumschicht umgeben sind .
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist als zweite Schaumstoffschicht eine Schaumstoffschicht vorgesehen, die als tragende bzw. strukturbildende Schicht für unterschiedliche Einbauten bzw. Komponenten ausgebildet ist. Diese zweite Schaumstoffschicht, die üblicherweise auch eine größere Dicke als die erste Schaumstoffschicht aufweist, zeichnet sich insbesondere durch ihre mechanische Stabilität aus, die die Aufnahme von unterschiedlichen Einbauten erlaubt. Als Einbauten können beispielsweise Kühlleitungen, Wärmeleitbleche, elektrische Leitungen, elektrische und mechanische Anschlusselemente, Sensoren und/oder Steuerungselemente in dieser zweiten Schaumstoffschicht angeordnet sein. Hierbei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass diese Schaumstoffschicht eine ausreichende Kriechstromfestigkeit aufweist, sodass eingeschäumte elektrische Komponenten keine eigene Isolation aufweisen müssen . Im Schaum direkt können auch beispielsweise Kühlmittel-Leckage- oder Ventingkanäle ausgeformt sein. Die strukturelle Stabilität dieser Schicht schützt des Weiteren vor Beschädigungen der Zellen bzw. der Bauteile während des Transports und Einbaus ins Fahrzeug und kann im Crashfall Energie absorbieren.
Die meisten Batteriezellen reagieren empfindlich auf Temperaturen über 80°C. Es muss also vermieden werden, die Zellen beim Einschäumen über diese Temperatur hinaus aufzuheizen. Daher ist in einer weiteren Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass zwischen erster Schaumstoffschicht und zweiter Schaumstoffschicht zumindest eine weitere, dritte Schaumstoffschicht angeordnet ist. Da die entstehende Wärme während des Schäumvorgangs von der Schichtdicke, also von der Masse an reagierendem Material, abhängt, kann es notwendig sein, statt einer dicken Schicht mehrere dünne Schichten Schaum auf die Zelle aufzubringen. Somit dient die Schaumstoffschicht zwischen erster und zweiter Schaumstoffschicht einem verbesserten Wärmeübergang, wodurch während des Schäumvorgangs die Temperatur an der Batteriezelle möglichst gering gehalten wird . Diese Situation kann während des Herstellungsprozesses auch durch eine gekühlte Schäumform verbessert werden.
In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist eine zusätzliche äußere, vierte Schicht angeschlossen, die dem EMV-Schutz dient, sodass keine elektromagnetische Energie die eingeschäumte Steuerung und/oder Sensoren stören können. Hierbei ist vorgesehen, dass diese Schaumstoffschicht elektrisch leitfähig ausgebildet ist, indem beispielsweise leitfähige Partikel in der Schaumstoffschicht eingebaut und/oder leitfähige Gewebe und/oder leitfähige Lacke auf dieser Schicht aufgebracht sind . Selbstverständlich muss diese Schaumstoffschicht eine geeignete Verbindung zur elektrischen Masse aufweisen. Alternativ dazu kann auch ein elektrisch leitfähiges Element, beispielsweise in Form eines Gitters, Netzes oder Ähnlichem in der Schaumschicht eingebettet sein.
Zur Verhinderung von Kondensatbildung weist die erfindungsgemäße Schaumstoffstruktur in einer weiteren Ausführung der Erfindung eine Dampfsperre auf. Diese zusätzliche, oder mit der EMV-Schutzschicht kombinierte Schicht hat die Aufgabe, die darunterliegenden Schaumstoffschichten mit den darin befindlichen Komponenten insbesondere gegenüber Witterungseinflüssen wie Luftfeuchtigkeit zu schützen. Die Herstellung dieser Schicht erfolgt hierbei bevorzugterweise unter Schutzgasatmosphäre, wobei besonders bevorzugt Lufteinschlüsse vermieden werden. Ebenso kann vorgesehen sein, dass feuchtigkeitsabweisende Schichten wie Folien, Lacke, und/oder Nanobeschichtungen aufgebracht sind .
In einer besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung sind die zumindest zwei Schaumschichten voneinander trennbar um die zumindest eine Batteriezelle angeordnet. Durch die Trennbarkeit der zumindest beiden Schaumschichten voneinander kann insbesondere beim Recyceln des erfindungsgemäßen Batteriemoduls oder beim Austauschen schadhafter Komponenten eine einfachere Auftrennung der einzelnen Bestandteile erfolgen.
Diese Trennbarkeit ist beispielsweise derart ausgebildet, dass die zumindest eine erste Schaumstoffschicht eine zumindest teilweise strukturierte Oberfläche aufweist, die komplementär zu einer zumindest teilweise strukturierten Oberfläche der angrenzenden zweiten Schaumstoffschicht ausgebildet ist. Diese strukturierten Oberflächen können hier insbesondere als Verzahnungen ausgebildet sein.
Zusätzlich oder alternativ hierzu können auch während der Herstellung der einzelnen Schaumstoffschichten Trennmittel zwischen zwei benachbarten Schaumstoffschichten, aber auch zwischen den Bauteilen und den Schaumstoffschichten angeordnet sein, die während des Einschäumvorganges aufgebracht werden und ein späteres Zerteilen der einzelnen Schaumstoffschichten erleichtern. In einer weiteren Ausführung der Erfindung sind Trennhilfen wie beispielsweise Drähte, Laschen oder Seile in die Schaumstoffstruktur eingearbeitet. Durch Ziehen an diesen Trennhilfen wird die Schaumstoffstruktur zerteilt und erlaubt eine Entnahme einzelner Bereiche aus dem eingeschäumten Batteriemodul. Ebenso können Markierungen an Stellen, an denen eine mechanische Trennung der Schaumstruktur gefahrlos möglich ist, vorgesehen sein. Desgleichen kann vorgesehen sein, dass zumindest eine Schaumstoffschicht der Schaumstoffstruktur zumindest eine Sollbruchstelle aufweist.
Im Folgenden wird anhand von nicht-einschränkenden Ausführungsbeispielen mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. Darin zeigen
Fig. 1 eine erste Ausführung einer eingeschäumten Batteriezelle in einer
Schnittansicht,
Fig. 2 eine zweite Ausführung der Erfindung mit eingeschäumten
Batteriemodulen,
Fig . 3 einen Schnitt durch ein geschäumtes Batteriemodul mit Zellen und eingeschäumten Komponenten,
Fig . 4 einen Schnitt durch einen Kühlkanal mit Wärmeleitblechen,
Fig . 5 einen Schnitt durch ein geschäumtes Modul mit integrierten Sensoren bzw. einer Steuerplatine, und
Fig . 6 einen Schnitt durch ein Modul in einer Schäumform mit
Kühlmöglichkeit.
Wie in Fig. 1 dargestellt, ist eine Batteriezelle 100 mit einem Zellpol 101 von einer Schaumstoffstruktur 200 bestehend aus einzelnen Schaumstoffschichten 201, 202, 203, 204 umgeben. Die erste Schaumstoffschicht 201 umschließt hierbei die Batteriezelle 100 zur Gänze und ist in dieser Ausführung der Erfindung als Brandschutzschicht, beispielsweise aus Polyuretan-Weichschaum mit flammhemmenden Mitteln, ausgebildet.
Alternativ dazu können die Zellpole 101 der einzelnen Batteriezellen 100 freigestellt sein und dabei die einzelnen Schaumstoffschichten 201, 202, 203, 204 durchragen, um eine nachträgliche elektrische Verbindung der Zellen 100 zu ermöglichen. Sind die Zellpole 101 nachträglich, beispielsweise mittels Clinchen verbunden, werden sie anschließend durch eine weitere Schaumschicht oder ein Isolationselement (nicht dargestellt) abgedeckt. An die erste Schaumstoffschicht 201 schließt eine weitere Schaumstoffschicht 203 zum Beispiel aus Epoxyschaumstoff an, die eine geringere Dicke als die erste Schicht 201 aufweist. Diese Schaumstoffschicht 203 hat die Verbesserung des Wärmeschutzes der Batteriezelle 100 vor Überhitzung während des Einschäumvorganges zur Aufgabe. Es kann notwenig sein, mehrere dünne Schichten des selben oder eines anderen Schaums aufzubringen, um während des Schäumens einen möglichst geringen Wärmeeintrag in die Batteriezelle 100 zu realisieren.
Die darauffolgende Schaumstoffschicht 202 aus Polypropylen- oder Polyamidschaum mit der größten Stärke weist eine höhere mechanische Steifigkeit auf und hat die primäre Aufgabe, den Hauptanteil der Energie bei mechanischer Beanspruchung abzufangen. Des Weiteren können in dieser Schaumstoffschicht 202 weitere Komponenten wie Kühlkanäle, Wärmeleitbleche, Sensoren, Steuerungselemente, elektrische Leitungen, Trage- bzw. Befestigungsstrukturen und dergleichen angeordnet sein (siehe Fig. 3).
Als äußerste Schaumstoffschicht 204, die beispielsweise aus einem Polyurethan- Integralschaum mit aufgedampfter Aluminiumschicht besteht, ist in dieser Variante ein EMV-Schutz mit Dampfsperre vorgesehen, die einerseits vor allfälligen elektromagnetischen Störungen abschirmt und andererseits vor Feuchtigkeit aus der Umgebung schützt.
In der Fig. 2 sind in einer schematischen Schnittansicht drei unterschiedliche Batteriemodule 300a, 300b, 300c dargestellt, die jeweils vier Batteriezellen 100 mit zugehörigen Zellpolen 101 aufweisen. Zwischen jeweils zwei Batteriezellen 100 ist ein Dickenausgleichselement 102, ein sogenanntes "Compression Päd" angeordnet. Des Weiteren sind Kühlbleche 103 vorgesehen, die die während des Einschäumens bzw. des Betriebs der Batteriemodule 300a, 300b, 300c entstehende Wärme zu Luftkühlkanäle 104 bzw. Kühlmittelkanäle 105 ableiten. Sowohl Luftkanal 104 als auch Kühlmittelkanal 105 können hierbei als eingeschäumte Rohrleitungen ausgebildet sein, oder aber während des Einschäumprozesses direkt aus dem verwendeten Schaumstoffmaterial gebildet sein, wie in Fig . 4 gezeigt.
Jedes Batteriemodul 300a, 300b, 300c ist von einer Schaumstoffstruktur 200 mit einer ersten Schaumstoffschicht 201, die als Brandschutzschicht ausgebildet ist, umgeben. Gleichzeitig umschließt diese Schaumstoffschicht 201 im ersten Batteriemodul 300a die Zellpole 101 der Batteriezellen 100 und schützt diese so vor Feuchtigkeit und damit vor Kurzschlüssen. Sind die Zellpole 101 von der ersten Schaumschicht 201 umgeben, muss die elektrische Verbindung der Batteriezellen 100 schon vor dem Schäumvorgang erfolgen. An die erste Schaumstoffschicht 201 schließt eine weitere, zweite Schaumstoffschicht 202 an, in die ein Kupfernetz 205 als EMV-Schutz eingeschäumt ist. Diese zweite Schaumstoffschicht 202 ist strukturgebend für die erfindungsgemäße Schaumstoffstruktur 200 und dient insbesondere auch der Aufnahme von verschiedenen Komponenten, wie beispielsweise der Aufnahme von Anschlusselementen 301, die in diese Schaumstoffschicht 202 eingeschäumt sind und der Befestigung der Batteriemodule 300a, 300b, 300c an der Umgebung, beispielsweise an einem Fahrzeugrahmen dienen.
In die zweite Schaumstoffschicht 202 sind des Weiteren Stromschienen (siehe Fig. 3) eingeschäumt, zudem ist die zweite Schaumstoffschicht 202 bei den beiden Batteriemodulen 300b, 300c als Deckelelemente 202b, 202c zur Zellabdichtung ausgebildet.
Im Fall des mittleren Batteriemoduls 300b sind die erste Schaumstoffschicht 201 und die zweite Schaumstoffschicht 202 über eine Verzahnung 206 miteinander verbunden, wobei ein an dieser Grenze aufgebrachtes Trennmittel die einfache Trennung der beiden Schaumstoffschichten 201, 202 erlaubt. Des Weiteren ist ein Steuerungsmodul 107 unterhalb des Deckelelements 202b angeordnet, wobei das Deckelelement 202b über eine Sollbruchstelle 207 entfernt werden kann. Ebenso kann über diese Sollbruchstelle 207 ein allfälliger Überdruck im Inneren des Batteriemoduls 300b entweichen.
Die zweite Schaumstoffschicht 202 verfügt bei dem dritten Batteriemodul 300c zudem über einen Drainagekanal 108, über den im Fall eines Lecks des Kühlmittelkanals 105 Kühlmittel aus dem Batteriemodul 300c abgeleitet werden kann.
In der Fig . 3 ist ein geschäumtes Batteriemodul 300 mit einem aus einer Vielzahl von Batteriezellen 100 bestehenden Zellstapel gezeigt. In dessen Schaumstoffstruktur 200 sind Stromschienen 106, Kühlmittelkanäle 105 sowie eine Befestigungsstruktur 109 eingeschäumt. In dieser Abbildung ist die Schaumstoffstruktur 200 der Übersichtlichkeit halber nicht als das erfindungsgemäße Mehrschichtsystem dargestellt.
In der Fig. 5 ist in einer Detailansicht die Anordnung eines Steuermoduls 107 oder einer Sensoreinheit innerhalb der erfindungsgemäßen mehrschichtigen Schaumstoffstruktur 200 dargestellt. Hierbei sind die Batteriezellen 100 von einer ersten Schaumstoffschicht 201 sowie einer zweiten Schaumstoffschicht 202 umgeben, wobei die erste Schaumstoffschicht 201 gleichzeitig als Dickenausgleichselement zwischen den einzelnen Batteriezellen 100 fungiert. Die Zellpole 101 der einzelnen Batteriezellen 100 ragen hierbei aus der ersten Schaumstoffschicht 201 hervor und durchdringen eine weitere Schaumstoffschicht 203, in die des Weiteren das Steuerungsmodul 107 freigestellt eingeschäumt ist. Eine vierte Schaumstoffschicht 204 umgibt schließlich das Batteriemodul 300 und fungiert hierbei als Modulgehäuse.
In der Fig. 6 ist ein Batteriemodul 300 während des Einschäumvorgangs dargestellt, wobei in einer Schäumform 400 Kühlkanäle 401 vorgesehen sind, die der Wärmeabfuhr (Pfeile) während des Schäumprozesses dienen. Gleichzeitig wird Wärme aus der unmittelbaren Umgebung der temperaturempfindlichen Batteriezellen 100 über die Kühlbleche 103 in das in den Kühlmittelkanälen 105 zirkulierende Kühlmittel eingebracht und ebenfalls abgeführt.
Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen Ausführungsbeispiele nicht einschränkend zu betrachten sind . Insbesondere können die Art, Anzahl und Abfolge der verschiedenen Schaumstoffschichten von Anwendungsfall zu Anwendungsfall unterschiedlich sein. Ebenso können verschieden Komponenten in die einzelnen Schichten eingeschäumt sein. Erfindungswesentlich ist, dass die Schaumstoffstruktur zumindest zwei unterschiedliche Schaumstoffschichten aufweist.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) mit zumindest einer, vorzugsweise einer Vielzahl von Batteriezellen (100), die im Wesentlichen plattenartig ausgebildet und von einer Schaumstoffstruktur (200) umgeben sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffstruktur (200) zumindest zwei Schaumstoffschichten (201, 202, 203, 204) mit gleichen oder unterschiedlichen mechanischen, physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.
2. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffstruktur (200) eine erste Schaumschicht (201) aufweist, die zumindest eine Batteriezelle (100) zumindest teilweise umschließt, und vorzugsweise brandhemmende Eigenschaften aufweist.
3. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoffstruktur (200) eine zweite Schaumstoffschicht (202) aufweist, die als tragende Schicht für unterschiedliche Einbauten (103, 104, 105, 106, 107, 108, 205, 301) ausgebildet ist.
4. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen erster Schaumstoffschicht (201) und zweiter Schaumstoffschicht (202) eine weitere, dritte Schaumstoffschicht (203) angeordnet ist, die einem besseren Wärmeübergang dient.
5. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine äußere, vierte Schaumstoffschicht (204) an die zweite Schaumstoffschicht (202) anschließt, die dem EMV-Schutz dient, und bevorzugterweise eine Dampfsperre aufweist.
6. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei Schaumstoffschichten (201, 202, 203, 204) voneinander trennbar um die zumindest eine Batteriezelle (100) angeordnet sind .
7. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine erste Schaumstoffschicht (201) eine zumindest teilweise strukturierte Oberfläche (206) aufweist, die komplementär zu einer zumindest teilweise strukturierten Oberfläche (206) der angrenzenden zweiten Schaumstoffschicht (202) ausgebildet ist.
8. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Trennhilfen wie beispielsweise Drähte, Laschen oder Seile in die Schaumstoffstruktur (202) eingearbeitet sind.
9. Batteriemodul (300, 300a, 300b, 300c) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schaumstoffschicht (201, 202, 203, 204) der Schaumstoffstruktur (200) zumindest eine Sollbruchstelle (207) aufweist.
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