WO2015155107A1 - Batteriezellenmodul - Google Patents

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WO2015155107A1
WO2015155107A1 PCT/EP2015/057287 EP2015057287W WO2015155107A1 WO 2015155107 A1 WO2015155107 A1 WO 2015155107A1 EP 2015057287 W EP2015057287 W EP 2015057287W WO 2015155107 A1 WO2015155107 A1 WO 2015155107A1
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energy storage
battery cell
cell module
board
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Matthias UECKER
Sascha Putzke
Michael Schiemann
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Aumovio Microelectronic GmbH
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Conti Temic Microelectronic GmbH
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a battery cell module having an energy storage and a circuit board.
  • the energy store has a plurality of energy storage cells, which are arranged next to one another along a stacking direction.
  • the energy store is particularly suitable for use in a hybrid drive.
  • a hybrid drive is the combination of different drive principles or different energy sources for a drive task within an application.
  • Motor vehicles with hybrid drive also known as hybrid driving ⁇ tools, have for example a Verbrennungsmaschi ⁇ ne and an electric machine.
  • Regenerative energy is stored by a battery and chemical energy in the form of fuel from the standpoint of the energy storage elec- latter form of energy could be implemented instead of the internal combustion engine and a focal ⁇ fabric cell, so that hybrid systems that include a battery and a fuel cell are conceivable.
  • the electric machine is usually designed as Star ⁇ ter / generator and / or electric drive.
  • a starter / generator it replaces the normally existing starter and alternator.
  • an additional torque ie an acceleration torque
  • hybrid vehicles have at least one energy store. The energy from the energy storage can be used to start the engine, for the electrical load in the vehicle and for acceleration processes, the internal combustion engine is particularly effectively supported by the favorable torque curve of the electric motor, that it can be operated in a load-optimized speed range and the electric motor just at low speeds provides the necessary torque.
  • the energy storage for hybrid applications can during the
  • the energy storage can be recharged by energy recovery during braking by providing the ability to convert the braking energy into electrical energy (“regenerative braking”) rather than dissipating heat to the environment.
  • This energy recovery is also conceivable as support for the electrical system and does not necessarily have to be combined with energy storage for hybrid applications.
  • a particularly high energy yield from batteries can be achieved if all energy storage cells in a battery combination have the same state of charge.
  • the Ladezu ⁇ state of the individual energy storage cell is doing with SOC (State of charge) and expressed as a percentage.
  • SOC State of charge
  • a uniform charge of the energy storage cells is an important basis, especially for use in electric vehicles.
  • load-balancing methods are used. Load balancing thus serves to equalize the voltage in case of irregularities in the energy storage.
  • the basis for the load balancing and the general monitoring of the energy storage cells against deep discharges and overcharges is the voltage measurement, which is carried out electronically via a printed circuit board and then evaluated by the same.
  • the energy ⁇ storage cells do not overheat or undercool. Therefore, the temperature of the energy storage cells must be checked regularly. In both voltage measurement and temperature measurement, it is essential to find a method that requires the least possible construction effort.
  • the object of the present invention is to provide a Batteriezel- lenmodul available, which has a simple and kos ⁇ -effective connection of the board to the energy store. At the same time, the connection should be mechanically stable.
  • the object is achieved by a Batteriezellenmo ⁇ module with the features of claim 1.
  • the battery cell module has an energy storage device having a plurality of energy storage cells, arranged along a stacking direction side by side and each having a cell h ⁇ len emotions and two emerging from the cell body electrical Zellenableiter, and a circuit board on.
  • the board is electrically contacted with at least one of the cell conductors of each energy storage cell, in that the contacted cell conductor protrudes into the board.
  • the battery cell module is thus constructed such that the circuit board with at least one of the energy Zellenableiter ⁇ memory cells is directly connected.
  • the mechanical stability of the battery cell module is relatively high.
  • no additional connecting elements, for example in the form of cables between the Energyspei ⁇ cherzellen and the board needed, which weight, cost and susceptibility to failure of the battery cell module can be reduced.
  • this construction of the Batteriezel ⁇ lenmoduls allows automatic load balancing, the Energyspei ⁇ cherzellen when the board is set up accordingly.
  • the energy storage cells can be structured differently. Used very often plastic housing or for Besse ⁇ ren heat dissipation gas-tight metal housing (eg. As in zylind- generic or prismatic versions).
  • a special possibility of implementation in lithium-ion cells is in the form of a so-called soft pack.
  • This softpack comprises a battery cell, which is composed of a certain number of superimposed positive and negative electrodes, which are separated by a separator.
  • the energy storage cell is housed in an aluminum composite foil.
  • the soft pack is used in a preferred embodiment of the invention as an energy storage cell.
  • the two cell conductors represent outer dissipation elements of the energy storage cells.
  • the two cell conductors preferably extend beyond the cell body in an extension direction of the energy storage cell, so that they represent two projections. They form the + or - pole of the energy storage cell.
  • Either the + pole, the - pole, or both cell arresters may be configured to contact the board electrically and protrude into it.
  • both the + pole and the pole contact the board electrically and protrude into it.
  • the direct connection of the Zellenableiter to the board allows a tap to the battery without any additional connecting parts are necessary, for example in the form of Ka ⁇ beln or other electrical conductors.
  • the Zellenableiter protrude into the board and contact them electronically and mechanically stuck by a sixteenge- connection that may be additionally supported, for example by Verlö ⁇ th.
  • the board may have recesses such as depressions, holes, holes or openings into which the cell conductors protrude and are plugged for connection.
  • the board is preferably substantially vertical or perpendicular to the cell conductors and dimensioned to extend along the stacking direction of the energy storage cells to directly contact each energy storage cell.
  • the board and the Zellenableiter are formed to have a di rect ⁇ connection.
  • the circuit board comprises a Zellenableiter that contacts the circuit board, a connection pin to electrically contact the Plati ⁇ ne and projects into the board.
  • the Zellenableiter and the pin are integrally formed. This increases the mechanical stability.
  • the recess of the board is asbil ⁇ det, that the pin protrudes through the board. That is, the pin extends in its direction of extension of the cell conductor through the board and beyond the board.
  • This allows the attachment of a cap, which is arranged enveloping the pin and soldered to the board.
  • the arrangement of this cap in the energy storage increases the mechanical stability of the energy storage even more.
  • the recess preferably has a diameter which is greater than the diameter of the connecting pin.
  • the connecting pin is not firmly anchored in the recess but has a freedom of movement predetermined by the selected diameters, which results in mechanical stability, in particular in the case of shaking movements and vibrations increased, which may occur, for example, when operating a hybrid vehicle.
  • the cell conductors preferably have at least one slot for receiving at least part of the board.
  • the circuit board has in this case preferably at each slot depending ⁇ wells a complementarily formed portion which can be anchored in the respective slot. This supports the connection of the board and the respective cell conductor.
  • the slot is preferably such forms ⁇ out that it is vertically formed to the circuit board and adapted to receive a projection of the board at least.
  • the cell conductors is formed such that at least a portion of the board rests on it.
  • Such a can support the board, whereby the mechanical stability of the battery cell module is further increased.
  • the cell outgoing conductor may be bent or otherwise formed in such a way that it supports the support of the circuit board. If the cell conductor and the circuit board are arranged essentially vertically or perpendicular to one another and the cell conductor has the slot described above, an area adjoining the slot, for example, can be bent in order to serve as a support surface for the circuit board on which the circuit board rests at least in sections.
  • the at least one of the board electrically contacting and projecting into her cell arrester each energy storage cell is soldered to the board.
  • the pin is soldered to the board.
  • the circuit board is established by means of electronic components located on it in such a manner perform a voltage measurement and evaluation fürzu ⁇ .
  • the board is set up to perform a load balancing.
  • the board is turned ⁇ directed to automatically perform the voltage measurement and evaluation.
  • the board is arranged to perform a temperature measurement. The tap is done in both cases at least one
  • the battery cell module is therefore able to measure and evaluate parameters of the individual energy storage cells of the energy store.
  • the energy storage cells are disc-shaped.
  • the energy storage cell is composed of a certain number of superimposed positive and negative disc-shaped electrodes, which are separated by a disc-shaped separator.
  • the energy storage cell is housed before ⁇ preferably in a laminated aluminum foil. Due to the disc-shaped design of the energy storage cells, they can be stacked to save space and the board can be ⁇ dimensioned in accordance with the space in the stacking direction of the energy storage cells, which saves material.
  • the battery cell module further comprises a housing.
  • the housing is madebil ⁇ det to receive the plurality of energy storage cells. Furthermore, the housing has openings, so that the
  • the housing further comprises a plurality of holes, holes or the like and / or plug-in elements such as screws to allow attachment to the board, which is then formed correspondingly complementary for attachment to the housing.
  • a plurality of energy storage cells is first produced.
  • the Zellenableiter may be obvious or be mounted in the Energyspei ⁇ cherzellenmontage with or without pin either as spe ⁇ essential molded Zellenableiter during assembly of the energy gie Eatzelle.
  • the Zellenableiter may be stamped or welded after the power ⁇ memory cell assembly with or without a pin.
  • the board is connected to at least one cell conductor of each energy storage cell, wherein an electrical contact is generated and the board is arranged such that the at least one
  • FIG. 1 shows a front view of an energy storage cell according to the prior art
  • FIG. 2 shows a side view of the energy storage cell shown in FIG. 1,
  • FIG. 1 shows a front view of an energy storage cell according to the prior art
  • FIG. 2 shows a side view of the energy storage cell shown in FIG. 1,
  • FIG. 1 shows a front view of an energy storage cell according to the prior art
  • FIG. 2 shows a side view of the energy storage cell shown in FIG. 1
  • FIG. 2 shows a side view of the energy storage cell shown in FIG. 1
  • Fig. 4 is a front view of yet another Energyspei ⁇ cherzelle
  • FIG. 5 is a front view of a battery cell module
  • Fig. 8 is a view of another battery cell module.
  • Fig. 1 shows a front view of a prior Tech ⁇ nik known energy storage cell 1.
  • the energy storage cell 1 has a disk-shaped cell body 2 and two Zellenableiter. 3
  • a Zellenableiter 3 forms the positive pole and the other the Zellenableiter 3 - pole of the power ⁇ memory cell 1.
  • the two Zellenableiter 3 extend in an extending direction of the energy storage cell 1 in the form of projections through the cell body 2 addition.
  • FIG. 2 shows a side view of the energy storage cell 1 shown in FIG. 1.
  • the energy storage cell 1 has a cell body 2 from which the cell conductors 3 protrude.
  • This known energy storage cell 1 is designed as a so-genann ⁇ ter soft pack.
  • Fig. 3 shows a front view of a first embodiment of an energy storage cell 11, which is used for an inventive battery cell module from which various Va ⁇ variants in Figs. 5, 6 and 8 and in this ⁇ associated description are explained below.
  • the energy storage cell 11 has a cell body 2 and two cell conductors 3, which extend in an extension direction of the energy storage cell 1 in the form of two projections on the cell body 2 addition.
  • the cell conductors 3 each have a terminal pin 4, which serves as a projection of the Cell arrester 3 is formed.
  • a Zellenableiter 3 forms the positive pole and the other Zellenableiter 3 forms the - pole of the energy storage cell 11 of the cell body 2 has ei ⁇ NEN cell edge 6 which delimits the cell body. 2 Between the cell edge 6 and the cell body 2 there is a cell sealing area 5.
  • the energy storage cell 11 is preferably disk-shaped.
  • the energy storage cell 21 has a
  • the cell body 2 and two cell arrester 13 on.
  • the cell body 2 has a cell edge 6 which delimits the cell body 2. Between the cell edge 6 and the cell body 2 there is a cell sealing area 5.
  • the energy storage cell 21 is preferably disk-shaped.
  • Cell conductors 13 extend in an extension direction of the energy storage cell 21 beyond the cell body 2 and form two projections.
  • the cell conductors 13 each have a terminal pin 4 which is formed as a projection of the respective cell conductor 13.
  • Cell arrester 13 forms the + pole and the other
  • Cell arrester 13 forms the pole of the energy storage cell 21.
  • the cell arresters 13 each have a slit 7 as an expression in order to work out a mechanical support for a circuit board (not shown) to be connected to the cell arrester 13, for example by bending a region of the cell arrester 13.
  • FIG. 5 shows a front view of a battery cell module 20.
  • the battery cell module 20 has a plurality of energy storage cells 11, one of which can be seen in the front view, and one printed circuit board 8. To describe the energy storage cell 11 is made to Figure 3 including the respective descrip ⁇ environment. On the board 8 electronic components 9 are arranged. The pin 4 of the one
  • Zellableiters 3 is through an opening 12, which is not visible in the view ⁇ and therefore shown in dashed lines, guided and covered with a cap 10.
  • the board 8 and the cell 3 or the terminal pin 4 are preferred ⁇ as soldered together.
  • a cell conductor 3 is connected to the circuit board 8.
  • the unconnected cell conductor 3 can furthermore be connected to the circuit board 8 or another circuit board.
  • the board 8 is set up to perform a voltage measurement and evaluation automatically.
  • the circuit board 8 is further configured to perform a temperature measurement.
  • Fig. 6 shows a partial view of a further Batteriezel ⁇ lenmodul 30.
  • the battery cell module 30 has Energyspei ⁇ cherzellen 11, three of which each having a
  • Each cell conductor 3 has a connection pin 4, which is electrically contacted with the circuit board 19.
  • the circuit board 19 has openings 12 and a recess 14 through which the pins 4 each protrude, so that the pins 4 protrude above the board 19 upwards, based on the operating position of an energy storage device.
  • the openings 12 and recess 14 are configured such that that the connection pins 4 have in them at a predetermined degree of movement to absorb shocks or the like which can ⁇ th occurring defects, for example, in a moving vehicle.
  • the pins 4 can be further provided with a cap that can be placed on them and soldered to the board 19.
  • the board 19 is preferably soldered to the pins 4 for better mechanical stability.
  • the circuit board 19 has electrical connection elements 29, by means of which it can be further connected to other devices.
  • the energy storage cells 11 are housed in a housing 17 from which the cell conductors 3 protrude through openings 18 upwards, based on the operational setting position of Battery cell module 30.
  • the board 19 optionally has an opening 15 in which a screw 16 may be arranged for screwing to the housing 17 in order to achieve a better mechanical stability of the battery ⁇ cell module 30 cal.
  • the board 19 is further configured to automatically perform a voltage measurement and evaluation.
  • the board 19 is further configured to perform a temperature measurement.
  • Fig. 7 shows a view of an energy storage 22.
  • Energy storage 22 has a plurality of Energy acknowledgedzel ⁇ len 11, the description of which reference is made to FIG. 3 along with associated description.
  • the energy storage cells 11 are housed inside a housing 17 and stacked along a stacking direction.
  • the housing 17 has openings 18 through which cell conductors 3 of the energy storage cells 11 extend, so that they protrude from the housing at the top, based on the operating position of the energy accumulator 22.
  • the cell conductors 3 each have a connection pin 4.
  • the housing 17 has wei ⁇ terhin a screw 16 which is suitable for screwing with a circuit board (not shown).
  • the battery cell module 40 has the energy store 22 and a circuit board 19.
  • the energy store 22 has the energy store 22 and a circuit board 19.
  • FIG. 7 For the description of the energy storage 22, reference is made to FIG. 7 together with the associated description.
  • Cell conductors 3 of the energy store 22 each have a connection pin 4, which is electrically contacted with the circuit board 19 and protrudes into the circuit board 19.
  • the connection pin 4 is passed through openings (not shown) of the circuit board 19 and soldered to the circuit board 19.
  • the circuit board 19 has electrical connection elements 29, which are suitable for further connection.
  • the circuit board 19 is set up by means of electronic components, not shown here, to perform a voltage measurement and evaluation automatically.
  • the board 19 is further set up, a timer temperature measurement.
  • the circuit board 19 also has openings 15 in which the screws 16 of the housing 17 are fastened, so that the circuit board 19 and the housing 17 are connected to ⁇ each other.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul(20, 30, 40), daseine Mehrzahl an Energiespeicherzellen (11), die entlang einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen Zellenkörper (2) und zwei aus dem Zellenkörper (2) tretende elektrische Zellenableiter (3, 13) aufweisen, und eine Platine (8, 19)auf, die mindestens einen der Zellenableiter (3, 13) jeder Energiespeicherzelle (11) elektrisch kontaktiert, indem der kontaktierte Zellenableiter (3, 3) in die Platine (8, 19) hineinragt.

Description

Beschreibung
Batteriezellenmodul Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriezellenmodul, das einen Energiespeicher und eine Platine aufweist. Der Energiespeicher weist eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen auf, die entlang einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind.
Der Energiespeicher ist insbesondere zur Anwendung in einem Hybridantrieb geeignet. Als Hybridantrieb bezeichnet man die Kombination verschiedener Antriebsprinzipien oder verschiedener Energiequellen für eine Antriebsaufgäbe innerhalb einer Anwendung. Kraftfahrzeuge mit Hybridantrieb, auch Hybridfahr¬ zeuge genannt, weisen beispielsweise eine Verbrennungsmaschi¬ ne und eine elektrische Maschine auf.
Vom Standpunkt des Energiespeichers betrachtet werden elekt- rische Energie durch eine Batterie und chemische Energie in Form von Kraftstoff gespeichert, letztere Energieform könnte statt der Verbrennungskraftmaschine auch über eine Brenn¬ stoffzelle umgesetzt werden, so dass auch Hybridkonzepte mit einer Batterie und einer Brennstoffzelle denkbar sind.
Die elektrische Maschine ist in der Regel als Star¬ ter/Generator und/oder elektrischer Antrieb ausgeführt. Als Starter/Generator ersetzt sie den normalerweise vorhandenen Anlasser und die Lichtmaschine. Bei einer Ausführung als elektrischer Antrieb kann ein zusätzliches Drehmoment, d. h. ein Beschleunigungsmoment, zum Vortrieb des Fahrzeugs von der elektrischen Maschine beigetragen werden. Als Generator ermöglicht sie eine Rekuperation von Bremsenergie und Bordnetz¬ versorgung. Weiterhin weisen Hybridfahrzeuge mindestens einen Energiespeicher auf. Die Energie aus dem Energiespeicher kann zum Starten des Verbrennungsmotors, für die elektrischen Verbraucher im Fahrzeug und für Beschleunigungsvorgänge benutzt werden, wobei der Verbrennungsmotor durch den günstigen Drehmomentverlauf des Elektromotors dadurch besonders effektiv unterstützt wird, dass er in einem lastoptimierten Drehzahlbereich betrieben werden kann und der Elektromotor gerade bei niedrigen Drehzahlen das nötige Drehmoment bereitstellt. Der Energiespeicher für Hybridanwendungen kann während des
Fahrbetriebs wieder aufgeladen werden. Die hierfür benötigte Energie kommt aus der Umsetzung der chemischen Energie des Kraftstoffs über einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle .
Zusätzlich kann der Energiespeicher durch Energierückgewinnung beim Bremsen wieder aufgeladen werden, indem die Möglichkeit geschaffen wird, die Bremsenergie in elektrische Energie umzuwandeln („regeneratives Bremsen") und nicht als Verlustwärme an die Umgebung abzugeben.
Diese Energierückgewinnung ist auch als Unterstützung des Bordnetzes denkbar und muss nicht zwangsläufig mit einem Energiespeicher für Hybrid-Anwendungen kombiniert werden.
Durch Streuungen im Herstellungsprozess von Akkumulatoren können keine hinsichtlich ihrer elektrochemischen Eigenschaften absolut homogenen Energiespeicherzellen wie beispielsweise Lithium-Batteriezellen hergestellt werden. Aus diesem Grund ist besondere Sorgfalt auf den Lade- und Entladevorgang von Energiespeichern wie beispielsweise Lithium-Ionen- Akkumulatoren zu legen.
Eine besonders große Energieausbeute aus Batterien ist er- zielbar, wenn alle Energiespeicherzellen in einem Batterieverbund den gleichen Ladungszustand aufweisen. Der Ladezu¬ stand der einzelnen Energiespeicherzelle wird dabei mit SOC (State of Charge) bezeichnet und in Prozent angegeben. Bei einem Ungleichgewicht der Energiespeicherzellen in einem Akkumulator besteht dadurch die Möglichkeit, dass, bei der La¬ dung, eine einzelne Energiespeicherzelle überladen wird, wäh- rend eine weitere noch nicht die volle Ladung aufweist. Beide Zustände wirken der Maßgabe nach maximaler Nutzenergie auf Dauer entgegen.
Insbesondere die Überladung bei Lithium-Batterien ist mit be- sonderen Gefahren verbunden. Im Extremfall kann dies zur Entflammung des Akkumulators führen.
Eine gleichmäßige Ladung der Energiespeicherzellen ist eine wichtige Grundlage insbesondere für den Einsatz in Elektroau- tomobilen. Dafür kommen im Fachjargon als Load-Balancing bezeichnete Verfahren zum Einsatz. Load-Balancing dient somit dem Spannungsausgleich bei Unregelmäßigkeiten im Energiespeicher. Grundlage für das Load-Balancing und die generelle Überwachung der Energiespeicherzellen vor Tiefentladungen und Überladungen ist die Spannungsmessung, die über eine Platine elektronisch ausgeführt wird und dann durch diese ebenfalls bewertet wird. Weiterhin ist es wichtig, dass die Energie¬ speicherzellen nicht überhitzen oder unterkühlen. Daher muss die Temperatur der Energiespeicherzellen regelmäßig überprüft werden. Sowohl bei der Spannungsmessung als auch bei der Temperaturmessung ist es essenziell, eine Methode zu finden, die einen möglichst geringen baulichen Aufwand erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriezel- lenmodul zur Verfügung zu stellen, das eine einfache und kos¬ tengünstige Anbindung der Platine an den Energiespeicher aufweist. Gleichzeitig sollte die Anbindung mechanisch stabil sein . Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriezellenmo¬ dul mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst. Das Batteriezellenmodul weist einen Energiespeicher mit einer Mehrzahl an Energiespeicherzellen, die entlang einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen Zel¬ lenkörper und zwei aus dem Zellenkörper tretende elektrische Zellenableiter aufweisen, und eine Platine auf. Die Platine ist mit mindestens einem der Zellenableiter jeder Energiespeicherzelle elektrisch kontaktiert, indem der kontaktierte Zellenableiter in die Platine hineinragt. Das Batteriezellenmodul ist daher derart aufgebaut, dass die Platine mit mindestens einem der Zellenableiter der Energie¬ speicherzellen direkt verbunden ist. Dadurch erfolgt einerseits eine direkte elektrische Kontaktierung zwischen der Platine und den Energiespeicherzellen und andererseits ist die mechanische Stabilität des Batteriezellenmoduls relativ hoch. Zudem werden keine zusätzlichen Verbindungselemente beispielsweise in Form von Kabeln zwischen den Energiespei¬ cherzellen und der Platine benötigt, wodurch Gewicht, Kosten und Störungsanfälligkeit des Batteriezellenmoduls verringert werden. Weiterhin ermöglicht dieser Aufbau des Batteriezel¬ lenmoduls ein automatisches Load-Balancing der Energiespei¬ cherzellen, wenn die Platine entsprechend eingerichtet ist.
Als Energiespeicherzellen lassen sich beispielsweise Bleibat- terien, Doppelschichtkondensatoren, Nickel-Metallhydrid, Nickel-Zink-, Lithium-Luft-, Zink-Luft- oder Lithium-Ionen- Zellen einsetzen. Dabei ist der Aufbau der Energiespeicherzelle unerheblich. Obwohl es sehr verschiedene Bauformen gibt, lässt sich ein erfindungsgemäßer Energiespeicher mit jedwedem Energiespeicherzellentyp realisieren.
Die Energiespeicherzellen können unterschiedlich aufgebaut sein. Sehr oft werden Kunststoffgehäuse oder auch zur besse¬ ren Wärmeabführung gasdichte Metallgehäuse (z. B. in zylind- rischen oder prismatischen Ausführungen) verwendet. Eine spezielle Möglichkeit der Ausführung bei Lithium-Ionen-Zellen besteht in Form eines so genannten Softpacks. Dieser Softpack weist eine Batteriezelle auf, die aus einer bestimmten Anzahl übereinander liegender positiver und negativer Elektroden aufgebaut ist, die durch einen Separator getrennt sind. Die Energiespeicherzelle ist in einer Aluminiumverbundfolie gehaust. Der Softpack wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung als Energiespeicherzelle eingesetzt.
Die zwei Zellenableiter stellen äußere Ableitelemente der Energiespeicherzellen dar. Die zwei Zellenableiter erstrecken sich vorzugsweise in eine Erstreckungsrichtung der Energiespeicherzelle über den Zellenkörper hinaus, sodass sie zwei Vorsprünge darstellen. Sie bilden den + bzw. - Pol der Energiespeicherzelle. Entweder der + Pol, der - Pol oder beide Zellenableiter können ausgebildet sein, die Platine elekt- risch zu kontaktieren und in sie hinein zu ragen. In einer bevorzugten Ausführungsform kontaktieren sowohl der + Pol als auch der - Pol die Platine elektrisch und ragen in sie hinein. Die direkte Anbindung der Zellenableiter an die Platine ermöglicht einen Abgriff am Batteriepol, ohne dass etwaige zusätzliche Verbindungsteile beispielsweise in Form von Ka¬ beln oder anderen elektrischen Leitern notwendig sind.
Die Zellenableiter ragen in die Platine hinein und kontaktieren diese elektronisch und mechanisch durch eine zusammenge- steckte Anbindung, die zusätzlich beispielsweise durch Verlö¬ ten unterstützt werden kann. Beispielsweise kann die Platine Aussparungen wie Vertiefungen, Löcher, Bohrungen oder Öffnungen aufweisen, in die die Zellenableiter hineinragen und zur Anbindung gesteckt sind. Die Platine ist bevorzugt im Wesent- liehen senkrecht oder senkrecht zu den Zellenableitern angeordnet und derart dimensioniert, dass sie sich entlang der Stapelrichtung der Energiespeicherzellen erstreckt, um jede Energiespeicherzelle direkt zu kontaktieren. Die Platine und die Zellenableiter sind ausgebildet, eine di¬ rekte Anbindung aufzuweisen. Dadurch kann beispielsweise eine automatische Spannungsabfrage oder Temperaturabfrage im Rah- men des durchgeführten Load-Balancing erfolgen. Hierzu ist es besonders vorteilhaft, mindestens einen der Zellenableiter der Energiespeicherzellen derart auszuprägen, dass eine einfache Anbindung an die Platine erfolgen kann. In einer bevor- zugten Ausführungsform weist der ein Zellenableiter, der die Platine kontaktiert, einen Anschlussstift auf, der die Plati¬ ne elektrisch kontaktiert und in die Platine hineinragt. Vor¬ zugsweise sind der Zellenableiter und der Anschlussstift einstückig ausgebildet. Dadurch wird die mechanische Stabili- tät erhöht.
Vorzugsweise ist die Platine plattenförmig ausgebildet und weist Aussparungen auf, in die sich die Anschlussstifte er¬ strecken. Bevorzugt erstreckt sich die Platine in die Stapel- richtung der Energiespeicherzellen und kontaktiert mindestens einen Zellenableiter jeder Energiespeicherzelle. Die Ausspa¬ rung kann eine Ausnehmung, eine Vertiefung, ein Loch, eine Bohrung oder eine Öffnung sein, in die die Zellenableiter hineinragen und optional hindurchgeführt sind.
Vorzugsweise ist die Ausnehmung der Platine derart ausgebil¬ det, dass der Anschlussstift durch die Platine hindurch ragt. D.h., der Anschlussstift erstreckt sich in seiner Erstre- ckungsrichtung von dem Zellenableiter durch die Platine und über die Platine hinaus. Dies ermöglicht die Anbringung einer Kappe, die auf den Anschlussstift umhüllend angeordnet ist und mit der Platine verlötet wird. Die Anordnung dieser Kappe in dem Energiespeicher erhöht die mechanische Stabilität des Energiespeichers noch mehr.
Die Aussparung weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des Anschlussstifts. Dadurch ist der Anschlussstift nicht fest in der Aussparung verankert sondern weist eine durch die ausgewählten Durchmesser vorbe- stimmte Bewegungsfreiheit auf, was die mechanische Stabilität insbesondere im Falle von Schüttelbewegungen und Vibrationen erhöht, die beispielsweise beim Betrieb eines Hybridfahrzeugs auftreten können.
Die Zellenableiter weisen bevorzugt mindestens einen Schlitz zur Aufnahme von zumindest einem Teil der Platine auf. Die Platine weist in diesem Fall bevorzugt zu jedem Schlitz je¬ weils einen komplementär ausgebildet Bereich auf, der in dem jeweiligen Schlitz verankert werden kann. Dadurch wird die Anbindung der Platine und des jeweiligen Zellenableiters un- terstützt. Bevorzugt sind die Platine und der jeweilige
Zellenableiter im Wesentlichen senkrecht oder senkrecht zueinander angeordnet. Der Schlitz ist vorzugsweise derart ausge¬ bildet, dass er senkrecht zu der Platine ausgebildet ist und mindestens einen Vorsprung der Platine aufnehmen kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zumindest ein Bereich der Zellenableiter derart ausgebildet, dass zumindest ein Teil der Platine auf ihm aufliegt. Ein derartig ausgebil¬ deter Zellenableiter kann die Platine stützen, wodurch die mechanische Stabilität des Batteriezellenmoduls weiter erhöht wird. Je nach Ausführung der Energiespeicherzelle kann der Zellenableiter derartig gebogen oder anderweitig ausgebildet sein, dass er den Halt der Platine unterstützt. Wenn der Zellenableiter und die Platine im Wesentlichen senkrecht oder senkrecht zueinander angeordnet sind und der Zellenableiter den vorstehend beschriebenen Schlitz aufweist, kann beispielsweise ein an dem Schlitz angrenzender Bereich gebogen sein, um als Tragefläche für die Platine dienen, auf dem die Platine zumindest abschnittweise aufliegt.
Vorzugsweise ist der mindestens eine die Platine elektrisch kontaktierende und in sie hineinragende Zellenableiter jeder Energiespeicherzelle mit der Platine verlötet. Dies dient zur Erhöhung der mechanischen Stabilität des Batteriezellenmo- duls. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Anschlussstift mit der Platine verlötet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Platine mittels der auf ihr befindlichen elektronischen Bauelemente derart eingerichtet, eine Spannungsmessung und -bewertung durchzu¬ führen. Insbesondere ist die Platine eingerichtet, ein Load- Balancing durchzuführen. Vorzugsweise ist die Platine einge¬ richtet, die Spannungsmessung und -bewertung automatisch auszuführen. Zusätzlich oder alternativ ist die Platine eingerichtet, eine Temperaturmessung durchzuführen. Der Abgriff erfolgt in beiden Fällen über mindestens einen
Zellenableiter, ohne dass zusätzliche Verbindungsteile not¬ wendig werden. Das Batteriezellenmodul ist daher in der Lage, Parameter der einzelnen Energiespeicherzellen des Energiespeichers zu messen und zu bewerten. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Energiespeicherzellen scheibenförmig ausgebildet sind. Beispielsweise ist die Energiespeicherzelle aus einer bestimmten Anzahl übereinander liegender positiver und negativer scheibenförmiger Elektroden aufgebaut, die durch einen scheibenförmigen Separator getrennt sind. Die Energiespeicherzelle ist vor¬ zugsweise in einer Aluminiumverbundfolie gehäust. Durch die scheibenförmige Ausbildung der Energiespeicherzellen können sie platzsparend gestapelt werden und die Platine kann dem¬ entsprechend in die Stapelrichtung der Energiespeicherzellen platzsparend dimensioniert sein, was Material spart.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Batteriezellenmodul weiterhin ein Gehäuse auf. Das Gehäuse ist ausgebil¬ det, die Mehrzahl Energiespeicherzellen aufzunehmen. Weiter- hin weist das Gehäuse Öffnungen auf, so dass sich die
Zellenableiter und/oder und Anschlussstifte aus dem Gehäuse zumindest teilweise heraus erstrecken. Vorzugsweise weist das Gehäuse weiterhin mehrere Löcher, Bohrungen oder dergleichen und/oder Steckelemente wie Schrauben auf, um eine Befestigung an der Platine zu ermöglichen, die dann zur Befestigung mit dem Gehäuse entsprechend komplementär ausgebildet ist. Zur Herstellung des Batteriezellenmoduls wird zuerst eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen hergestellt. Dabei kann der Zellenableiter mit oder ohne Anschlussstift entweder als spe¬ ziell ausgeformter Zellenableiter bei der Montage der Ener- giespeicherzelle ausgeprägt sein oder bei der Energiespei¬ cherzellenmontage angebracht werden. Alternativ kann der Zellenableiter mit oder ohne Anschlussstift nach der Energie¬ speicherzellenmontage gestanzt oder geschweißt werden. Nach Fertigstellung der Mehrzahl der Energiespeicherzellen werden diese in eine Stapelrichtung nebeneinander gestapelt. Wenn gewünscht können sie dabei in einem Gehäuse untergebracht werden. Anschließend wird die Platine an mindestens einen Zellenableiter jeder Energiespeicherzelle angebunden, wobei eine elektrische Kontaktierung erzeugt wird und die Platine derart angeordnet wird, dass der mindestens eine
Zellenableiter und/oder Anschlussstift in sie hineinragt. Op¬ tional kann der mindestens eine Zellenableiter und/oder Anschlussstift mit der Platine verlötet werden. Wenn der min¬ destens eine Zellenableiter einen Anschlussstift aufweist, der durch die Platine hindurch ragt, kann der Anschlussstift mit einer Kappe versehen werden und mit ihr optional verlötet werden. Wenn die Energiespeicherzellen in einem Gehäuse gestapelt angeordnet sind, können die Platine und das Gehäuse, wenn sie dementsprechend ausgebildet sind, beispielsweise durch Verschraubung miteinander verbunden werden.
Der vorstehend beschriebene Energiespeicher findet insbeson¬ dere in einem Hybrid- oder Elektrofahrzeug Verwendung. Weitere Aspekte der Erfindung werden anhand von Figuren erläutert :
Es zeigen: Fig. 1 eine Frontansicht einer Energiespeicherzelle nach dem Stand der Technik, Fig. 2 eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Energie¬ speicherzelle,
Fig. 3 eine Frontansicht einer weiteren Energiespeicherzelle,
Fig. 4 eine Frontansicht einer noch weiteren Energiespei¬ cherzelle,
Fig. 5 eine Frontansicht eines Batteriezellenmoduls,
Fig. 6 eine Teilansicht auf ein weiteres Batteriezellenmo¬ dul,
Fig. 7 eine Ansicht auf einen Energiespeicher, und
Fig. 8 eine Ansicht auf ein weiteres Batteriezellenmodul.
Fig. 1 zeigt eine Frontansicht einer aus dem Stand der Tech¬ nik bekannten Energiespeicherzelle 1. Die Energiespeicherzel- le 1 weist einen scheibenförmigen Zellenkörper 2 und zwei Zellenableiter 3 auf. Der eine Zellenableiter 3 bildet den + Pol und der andere Zellenableiter 3 den - Pol der Energie¬ speicherzelle 1. Die beiden Zellenableiter 3 erstrecken sich in eine Erstreckungsrichtung der Energiespeicherzelle 1 in Form von Vorsprüngen über den Zellenkörper 2 hinaus.
Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht der in Fig. 1 gezeigten Ener giespeicherzelle 1. Die Energiespeicherzelle 1 weist einen Zellenkörper 2 auf aus dem die Zellenableiter 3 herausragen. Diese bekannte Energiespeicherzelle 1 ist als ein so genann¬ ter Softpack ausgeführt.
Fig. 3 zeigt eine Frontansicht einer ersten Ausführungsform einer Energiespeicherzelle 11, die für ein erfindungsgemäßes Batteriezellenmodul eingesetzt wird, von dem verschiedene Va¬ rianten in den Fig. 5, 6 und 8 gezeigt sind und in der dazu¬ gehörigen Beschreibung nachstehend erläutert werden. Die Energiespeicherzelle 11 weist einen Zellenkörper 2 und zwei Zellenableiter 3 auf, die sich in eine Erstreckungsrichtung der Energiespeicherzelle 1 in Form zweier Vorsprünge über den Zellenkörper 2 hinaus erstrecken. Die Zellenableiter 3 weisen jeweils einen Anschlussstift 4 auf, der als ein Vorsprung des Zellenableiters 3 ausgebildet ist. Der eine Zellenableiter 3 bildet den + Pol und der andere Zellenableiter 3 bildet den - Pol der Energiespeicherzelle 11. Der Zellenkörper 2 weist ei¬ nen Zellenrand 6 auf, der den Zellenkörper 2 begrenzt. Zwi- sehen dem Zellenrand 6 und dem Zellenkörper 2 befindet sich ein Zellensiegelbereich 5. Die Energiespeicherzelle 11 ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet.
Fig. 4 zeigt eine Frontansicht einer noch weiteren Energie- Speicherzelle 21. Die Energiespeicherzelle 21 weist einen
Zellenkörper 2 und zwei Zellenableiter 13 auf. Der Zellenkörper 2 weist einen Zellenrand 6 auf, der den Zellenkörper 2 begrenzt. Zwischen dem Zellenrand 6 und dem Zellenkörper 2 befindet sich ein Zellensiegelbereich 5. Die Energiespeicher- zelle 21 ist vorzugsweise scheibenförmig ausgebildet. Die
Zellenableiter 13 erstrecken sich in eine Erstreckungsrich- tung der Energiespeicherzelle 21 über den Zellenkörper 2 hinaus und bilden zwei Vorsprünge. Die Zellenableiter 13 weisen jeweils einen Anschlussstift 4 auf, der als ein Vorsprung des jeweiligen Zellenableiters 13 ausgebildet ist. Der eine
Zellenableiter 13 bildet den + Pol und der andere
Zellenableiter 13 bildet den - Pol der Energiespeicherzelle 21. Die Zellenableiter 13 weisen jeweils einen Schlitz 7 als eine Ausprägung auf, um eine mechanische Auflage für eine mit dem Zellenableiter 13 zu verbindende Platine (nicht gezeigt) beispielsweise durch Biegen eines Bereichs der Zellenableiter 13 herauszuarbeiten.
Fig. 5 zeigt eine Frontansicht eines Batteriezellenmoduls 20. Das Batteriezellenmodul 20 weist eine Mehrzahl von Energie¬ speicherzellen 11, von denen in der Frontansicht eine zu sehen ist, und eine Platine 8 auf. Zur Beschreibung der Energiespeicherzelle 11 wird auf Fig.3 samt zugehöriger Beschrei¬ bung verwiesen. An der Platine 8 sind elektronische Komponen- ten 9 angeordnet. Der Anschlussstift 4 des einen
Zellenableiters 3 ist durch eine Öffnung 12, die in der An¬ sicht nicht sichtbar und daher gestrichelt eingezeichnet ist, geführt und mit einer Kappe 10 abgedeckt. Die Platine 8 und der Zellenableiter 3 bzw. der Anschlussstift 4 sind vorzugs¬ weise miteinander verlötet. In der in Fig. 5 gezeigten Ausführungsform ist ein Zellenableiter 3 mit der Platine 8 ver- bunden. Der nicht verbundenen Zellenableiter 3 kann weiterhin mit der Platine 8 oder einer anderen Platine verbunden werden. Die Platine 8 ist eingerichtet, eine Spannungsmessung und -bewertung automatisch durchzuführen. Optional ist die Platine 8 weiterhin eingerichtet, eine Temperaturmessung durchzuführen.
Fig. 6 zeigt eine Teilansicht auf ein weiteres Batteriezel¬ lenmodul 30. Das Batteriezellenmodul 30 weist Energiespei¬ cherzellen 11, von denen drei mit jeweils einem
Zellenableiter 3 gezeigt sind, und eine Platine 19 auf. Zur Beschreibung der Energiespeicherzellen 11 wird auf Fig. 3 samt zugehöriger Beschreibung verwiesen. Jeder Zellenableiter 3 weist einen Anschlussstift 4 auf, der mit der Platine 19 elektrisch kontaktiert ist. Die Platine 19 weist Öffnungen 12 bzw. eine Aussparung 14 auf, durch die die Anschlussstifte 4 jeweils hindurchragen, sodass die Anschlussstifte 4 über die Platine 19 nach oben hinausragen, bezogen auf die betriebsgemäße AufStellposition eines Energiespeichers. Die Öffnungen 12 und Aussparung 14 sind so ausgestaltet, dass die An- schlussstifte 4 in ihnen in einem vorbestimmten Maße Bewegungsfreiheit aufweisen, um Stöße oder dergleichen abzufangen, die beispielsweise bei einem fahrenden Fahrzeug auftre¬ ten können. Die Anschlussstifte 4 können weiterhin mit einer Kappe versehen werden, die auf sie gesetzt werden kann und mit der Platine 19 verlötet sein kann. Die Platine 19 ist mit den Anschlussstiften 4 vorzugsweise für eine bessere mechanische Stabilität verlötet. Die Platine 19 weist elektrische Anschlusselemente 29 auf, mittels denen sie weiterhin mit weiteren Vorrichtungen verbunden werden kann. Die Energie- Speicherzellen 11 sind in einem Gehäuse 17 untergebracht, aus dem die Zellenableiter 3 durch Öffnungen 18 nach oben herausragen, bezogen auf die betriebsgemäße AufStellposition des Batteriezellenmoduls 30. Die Platine 19 weist optional eine Öffnung 15 auf, in der eine Schraube 16 zum Verschrauben mit dem Gehäuse 17 angeordnet sein kann, um eine bessere mechani¬ sche Stabilität des Batteriezellenmoduls 30 zu erreichen. Die Platine 19 ist weiterhin eingerichtet, eine Spannungsmessung und -bewertung automatisch durchzuführen. Optional ist die Platine 19 weiterhin eingerichtet, eine Temperaturmessung durchzuführen . Fig. 7 zeigt eine Ansicht auf einen Energiespeicher 22. Der
Energiespeicher 22 weist eine Mehrzahl an Energiespeicherzel¬ len 11 auf, zu deren Beschreibung auf Fig. 3 samt zugehöriger Beschreibung verwiesen wird. Die Energiespeicherzellen 11 sind im Innern eines Gehäuses 17 untergebracht und entlang einer Stapelrichtung gestapelt. Das Gehäuse 17 weist Öffnungen 18 auf, durch die sich Zellenableiter 3 der Energiespeicherzellen 11 hindurch erstrecken, sodass sie, bezogen auf die betriebsgemäße AufStellposition des Energiespeichers 22, oben aus dem Gehäuse herausragen. Die Zellenableiter 3 weisen jeweils einen Anschlussstift 4 auf. Das Gehäuse 17 weist wei¬ terhin eine Schraube 16 auf, die zum Verschrauben mit einer Platine (nicht gezeigt) geeignet ist.
Fig. 8 zeigt eine Ansicht auf ein Batteriezellenmodul 40. Das Batteriezellenmodul 40 weist den Energiespeicher 22 und eine Platine 19 auf. Zur Beschreibung des Energiespeichers 22 wird auf Fig. 7 samt zugehöriger Beschreibung verwiesen. Die
Zellenableiter 3 des Energiespeichers 22 weisen jeweils einen Anschlussstift 4 auf, der mit der Platine 19 elektrisch kon- taktiert ist und in die Platine 19 hineinragt. Der Anschluss¬ stift 4 ist durch Öffnungen (nicht gezeigt) der Platine 19 durchgeführt und mit der Platine 19 verlötet. Die Platine 19 weist elektrische Anschlusselemente 29 auf, die zur weiteren Verbindung geeignet sind. Die Platine 19 ist mittels hier nicht gezeigter elektronischer Bauelemente eingerichtet, eine Spannungsmessung und -bewertung automatisch durchzuführen. Optional ist die Platine 19 weiterhin eingerichtet, eine Tem- peraturmessung durchzuführen. Die Platine 19 weist weiterhin Öffnungen 15 auf, in denen die Schrauben 16 des Gehäuses 17 befestigt sind, sodass die Platine 19 und das Gehäuse 17 mit¬ einander verbunden sind.
Bezugs zeichenliste
1 EnergieSpeicherzelle
2 Zellenkörper
3 Zellenableiter
4 Anschlussstift
5 Siegelbereich
6 Zellenrand
7 Schlitz
8 Platine
9 elektronische Bauelemente
10 Kappe
12 Öffnung
11 EnergieSpeicherzelle
13 Zellenableiter
14 Vertiefung
15 Öffnung
16 Schraube
17 Gehäuse
18 Öffnung
19 Platine
20 Batteriezellenmodul
21 EnergieSpeicherzelle
22 Energiespeieher
29 elektrische Anschlusselemente
30 Batteriezellenmodul
40 Batteriezellenmodul

Claims

Patentansprüche
1. Batteriezellenmodul (20, 30, 40), aufweisend
- eine Mehrzahl an Energiespeicherzellen (11), die
entlang einer Stapelrichtung nebeneinander angeordnet sind und jeweils einen Zellenkörper (2) und zwei aus dem Zellenkörper (2) tretende elektrische Zellenableiter (3, 13) aufweisen, und
- eine Platine (8, 19), die mindestens einen der
Zellenableiter (3, 13) jeder Energiespeicherzelle (11) elektrisch kontaktiert, indem der kontaktierte Zellenableiter (3) in die Platine (8, 19) hineinragt .
2. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach Anspruch 1, da¬ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Zellenableiter (3, 13) einen Anschlussstift (4) auf¬ weist, der die Platine (8, 19) elektrisch kontaktiert und mechanisch in die Platine (8, 19) hineinragt.
3. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach Anspruch 2, da¬ durch gekennzeichnet, dass der mindestens eine
Zellenableiter (3, 13) und der Anschlussstift (4) einstückig ausgebildet sind.
4. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Platine (8, 19) plat- tenförmig ausgebildet ist und Aussparungen aufweist, durch die sich die Anschlussstifte (4) hindurch erstre¬ cken .
5. Batteriezellenmodul nach einem der vorangehenden Ansprü¬ che, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Zellenableiter (13) mindestens einen Schlitz (7) zur Aufnahme von zumindest einem Teil der Platine aufweist.
6. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Be¬ reich des mindestens einen Zellenableiters (3, 13) der¬ art ausgebildet ist, dass zumindest ein Teil der Plati¬ ne (8, 19) auf ihm aufliegt.
7. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der min¬ destens eine Zellenableiter (3, 13) , bevorzugt der An¬ schlussstift (4), mit der Platine (8, 19) verlötet ist.
8. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pla¬ tine (8, 19) eingerichtet ist, eine Spannungsmessung und -bewertung durchzuführen.
9. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach einem der vorange¬ henden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Pla¬ tine (8, 19) eingerichtet ist, eine Temperaturmessung durchzuführen .
10. Batteriezellenmodul (20, 30, 40) nach einem der voran¬ gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellen (11) scheibenförmig ausgebildet sind .
11. Batteriezellenmodul (30, 40) nach einem der vorangehen¬ den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es weiter¬ hin ein Gehäuse (17) aufweist, das ausgebildet ist, die Mehrzahl Energiespeicherzellen (11) aufzunehmen, wobei das Gehäuse Öffnungen (18) aufweist, sodass sich die Zellenableiter (3) und/oder und Anschlussstifte (4) aus dem Gehäuse (17) zumindest teilweise heraus erstrecken.
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