WO2016071100A1

WO2016071100A1 - Batterie mit verbesserter sicherheit

Info

Publication number: WO2016071100A1
Application number: PCT/EP2015/074165
Authority: WO
Inventors: Berengar Krieg
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2014-11-03
Filing date: 2015-10-19
Publication date: 2016-05-12
Also published as: CN107078248B; CN107078248A; DE102014222383A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie (10), aufweisend wenigstens ein Batteriemodul (12), wobei das Batteriemodul (12) eine Mehrzahl an, über zellkopfseitig angeordnete elektrische Verbindungen (14) miteinander verbundene, Batteriezellen (16) aufweist, wobei ein die Batteriezellen (16) zellkopfseitig zumindest teilweise abdeckender Moduldeckel (18) vorgesehen ist, wobei bei einer in Richtung des Moduldeckels (18) und parallel zu einer Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) verlaufenden Deformierung eines das Batteriemodul (12) umgebenden Gehäuses (28) oder bei dem Vorliegen einer auf die Batterie (10) wirkenden Beschleunigung, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) wirkt, zumindest ein Teil des Moduldeckels (18) relativ zu den elektrischen Verbindungen (14) und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) unter Trennung wenigstens einer elektrischen Verbindung (14) verlagerbar ist. Eine derartige Batterie erlaubt eine verbesserte Sicherheit.

Description

Beschreibung

Titel

Batterie mit verbesserter Sicherheit Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer verbesserten Sicherheit.

Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Batterie, bei der ein verbessertes Trennen von Batteriezellen eines Batteriemoduls untereinander ermöglicht ist.

Stand der Technik

Verschiedenste Energiespeicher, wie etwa Lithium-basierte Energiespeicher beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollkommen elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen. In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen, beispielsweise, werden heutzutage als elektrische Energiespeicher (EES) oftmals auf Lithiumchemie basierende

Akkumulatoren eingesetzt, da diese im Vergleich zu Nickel- oder Blei-basierten Energiespeichern eine besonders hohe Energiedichte bei gleichzeitig geringem Gewicht aufweisen. Typischer Weise sind elektrische Energiespeicher als Reihenschaltung von Einzelzellen oder als Reihenschaltung von parallel geschalteten Zellen realisiert. Meist sind die Einzelzellen in Modulen gruppiert, so dass die Gesamtbatterie als Reihenschaltung von Modulen aufgebaut ist.

Um eine von den Energiespeichern beziehungsweise Batterien ausgehende Gefährdung zu reduzieren, sind oftmals Trennvorrichtungen vorgesehen, welche einen elektrischen Leiter etwa bei dem Vorliegen eines Kurzschlusses unterbrechen können.

Das Dokument JP 2007 018 919 A beschreibt eine Batterie mit einem Gehäuse, welches Vorsprünge aufweist, die benachbart zu einem elektrischen Anschluss je einer Batteriezelle angeordnet sind. Bei einer Krafteinwirkung in das Gehäuse wird durch die Vorsprünge eine Kraft auf einen Anschlussbereich ausgeübt, so dass Verbindungen zwischen zwei Batteriezellen in dem Bereich der

Krafteinwirkung abgetrennt werden.

Aus dem Dokument EP 2 337 119 A2 ist ferner eine Batterie bekannt, bei der eine Mehrzahl von Modulen durch eine elektrische Leitung miteinander verbunden ist. Dabei ist eine Schneidevorrichtung vorgesehen, um die elektrische Leitung zu trennen.

Das Dokument US 2009/0159311 AI beschreibt weiterhin eine Batterie mit einer Mehrzahl an durch eine elektrische Verbindung miteinander verbundenen Modulen. Die elektrischen Verbindungen weisen eine Sollbruchstelle auf, welche die Verbindung bei einer Krafteinwirkung über einem vorbestimmten Wert trennt.

Offenbarung der Erfindung

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Batterie, aufweisend wenigstens ein Batteriemodul, wobei das Batteriemodul eine Mehrzahl an über zellkopfseitig angeordnete elektrische Verbindungen miteinander verbundene Batteriezellen aufweist, wobei ein die Batteriezellen zellkopfseitig zumindest teilweise abdeckender Moduldeckel vorgesehen ist. Dabei ist es vorgesehen, dass bei einer in Richtung des Moduldeckels und parallel zu einer Erstreckungsebene des Moduldeckels verlaufenden Deformierung eines das Batteriemodul umgebenden

Gehäuses oder bei dem Vorliegen einer auf die Batterie wirkenden

Beschleunigung, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels wirkt, zumindest ein Teil des Moduldeckels relativ zu den elektrischen Verbindungen und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels unter Trennung wenigstens einer elektrischen Verbindung verlagerbar ist.

Eine vorbeschriebene Batterie ermöglicht auf einfache und kostengünstige Weise einen signifikanten Sicherheitsgewinn beispielsweise bei dem Betrieb einer derartigen Batterie, insbesondere in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug.

Unter einer Batterie kann dabei ein für den Fachmann an sich bekannter Weise sowohl eine Primärbatterie, als auch besonders bevorzugt eine

Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator verstanden werden. Beispielsweise kann die Batterie eine Lithium-Batterie, etwa eine Lithium-Ionen- Batterie sein. Insbesondere kann eine vorbeschriebene Batterie eine

Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Fahrzeugs sein.

Eine vorbeschriebene Batterie weist wenigstens ein Batteriemodul auf. Das Batteriemodul umfasst in an sich bekannter Weise eine Mehrzahl an

Batteriezellen. Die genaue Ausgestaltung der Batteriezellen ist dabei

grundsätzlich nicht beschränkt. Beispielsweise können die Batteriezellen Lithium basierte Zellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen sein, wie dies vorstehend angedeutet ist und wie diese dem Fachmann grundsätzlich bekannt sind. Daher wird die exakte Ausgestaltung der Batteriezellen an dieser Stelle nicht im Detail beschrieben.

Die Batteriezellen können seriell oder parallel mit einander verschaltet sein, um die gewünschten Spezifikationen des Batteriemoduls erreichen zu können. Im

Detail ist es bei einer vorbeschriebenen Batterie vorgesehen, dass die

Batteriezellen über zellkopfseitig angeordnete elektrische Verbindungen miteinander verbunden sind. Somit kann unter einem Zellkopf der Batteriezelle die Seite beziehungsweise der Bereich verstanden werden, an dem die elektrischen Anschlüsse vorgesehen sind und wo beispielsweise ein Zelldeckel eines Zellgehäuses vorliegen kann.

Es ist ferner ein Moduldeckel vorgesehen, der die Batteriezellen zellkopfseitig zumindest teilweise bedeckt. Der Moduldeckel kann somit beispielsweise ein Teil eines Modulgehäuses sein oder weiter beispielsweise ein sich auf die Zellkopfseite der Batteriezellen beschränkendes Bauteil sein. Der Moduldeckel bedeckt die Batteriezellen zellkopfseitig zumindest teilweise, wobei ein Bedecken insbesondere die räumliche Anordnung über dem Zellkopf meinen soll, jedoch ein körperlicher Kontakt nicht zwingend notwendig ist. Ein derartiger Moduldeckel ist als Bauteil grundsätzlich bekannt und kann Verwendung finden zur

Herstellung von Luft- und Kriechstrecken und ist dazu vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Material, wie etwa aus Kunststoff, ausgestaltet, oder ist mit einem derartigen Material beschichtet. Oftmals kann es von Vorteil sein, etwa bei einem Notfall, der mit einer

Beschleunigung der Batterie einhergeht, wie beispielsweise bei einem Unfall für den beispielhaften Fall für den Betrieb in einem elektrisch angetriebenen

Fahrzeug, die elektrischen Verbindungen zwischen den Batteriezellen zu trennen. Dadurch können Beschädigungen durch hohe Ströme oder Spannungen vermieden werden.

Im Detail sollte dem Problem begegnet werden, dass beispielsweise bei Lithium- Ionen-Batterien, etwa aufgrund des geringen Innenwiderstands und etwa bei einer Deformation von Modulen umgebenden Gehäusen und dadurch

gegebenenfalls hervorgerufenen Kurzschlüssen, etwa durch ein Kontakt der elektrischen Modulverbinder mit einem sogenannten Batteriepack-Gehäuse, es zu kritischen Kurzschlussströmen kommen kann, die zu einem Batteriebrand führen können. Der so potentiell entstehende Kurzschlussstrom kann dann gegebenenfalls nicht über die Systemsicherung fließen und kann daher von dieser nicht getrennt werden.

Um daher eine Trennung der elektrischen Zellverbindungen zu realisieren ist es vorgesehen, dass bei einer vorbestimmten Voraussetzung zumindest ein Teil des Moduldeckels relativ zu den elektrischen Verbindungen und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels unter Trennung wenigstens einer, vorzugsweise sämtlicher, der elektrischen Verbindungen zwischen den

Batteriezellen des Moduls verlagerbar ist. Das soll im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass der Moduldeckel als Ganzes oder ein Teil des Moduldeckels bei vorbestimmten Bedingungen verlagerbar ist. Dabei kann eine Verlagerung insbesondere in einer Richtung gewollt sein, die in einer Ebene liegt, die parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels liegt und damit etwa parallel zu der zellkopfseitigen Oberfläche der Batteriezellen. Es wird jedoch explizit darauf hingewiesen, dass von der vorliegenden Erfindung neben einer bloßen Verlagerung des Moduldeckels in der Erstreckungsebene des Moduldeckels eine solche Verlagerung umfasst ist, die neben einem Beitrag einer Verlagerung in dieser Ebene einen weiteren Beitrag umfasst, der außerhalb dieser Ebene liegt.

Die vorbestimmten Bedingungen umfassen dabei beispielsweise eine

vorbestimmte Deformierung eines das Batteriemodul umgebenden Gehäuses, nämlich eine Deformierung in Richtung des Moduldeckels und parallel zu einer Erstreckungsebene des Moduldeckels. In anderen Worten kann eine

Verlagerung des Moduldeckels oder eines Teils desselben bei einer

Deformierung erfolgen, wenn ein Gehäuse, das das Batteriemodul aufnimmt, in eine Richtung zu dem Moduldeckel deformiert wird, und dabei seitlich, also parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels. Dabei kann eine

Verlagerung des Moduldeckels oder eines Teils desselben durch die Verformung des Gehäuses auf einfache Weise möglich werden. Beispielsweise kann durch die Deformierung des Gehäuses ein Kontakt von dem Gehäuse mit dem

Moduldeckel erfolgen, wobei eine weiter voranschreitende Deformierung dadurch eine Verlagerung des Moduldeckels oder eines Teils desselben ermöglichen kann. Somit kann eine Verlagerung insbesondere ermöglicht werden bei einer Deformierung, deren Ausmaß beziehungsweise deren Stärke über einem definierten Grenzwert liegen kann, wobei der Grenzwert etwa bestimmbar sein kann durch den Abstand des Moduldeckels oder eines hiermit verbundenen Teils zu dem Gehäuse.

Die vorbestimmten Bedingungen umfassen ferner das Vorliegen einer auf die Batterie wirkenden Beschleunigung, die oberhalb eines vorbestimmten

Grenzwertes liegt und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels wirkt. Durch das Vorsehen einer derartigen Beschleunigung kann eine

Verlagerung des Moduldeckels oder eines Teils desselben ebenfalls verursacht werden. Hierzu kann beispielsweise die Masse und die Fixierung des

Moduldeckels beziehungsweise des verlagerbaren Teils an den gewünschten Grenzwert der Beschleunigung angepasst werden. Dabei sind die vorbeschriebenen vorbestimmten Bedingungen derart gewählt, dass sie indikativ für einen Fehlerfall sind, bei dem eine Gefährdung durch einen Kurzschluss zu erwarten oder zu befürchten ist. Bei der nicht beschränkenden Verwendung der Batterie in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, beispielsweise, sind die vorbeschriebenen Bedingungen indikativ für einen Unfall des Fahrzeugs.

Dadurch, dass sich der Moduldeckel beziehungsweise zumindest ein Teil desselben, wenn dieser etwa mehrteilig ausgestaltet ist, bei Eintreten dieser Bedingungen wie vorstehend ausgeführt verlagert, kann die elektrische zelldeckelseitig angeordnete Verbindung zwischen wenigstens einer oder vorzugsweise sämtlicher Batteriezellen getrennt werden. Somit können durch Bedingungen, die indikativ für einen Schadensfall sind, auf einfache Weise automatisch elektrische Verbindungen getrennt werden, was einen signifikanten Sicherheitsgewinn bereitstellen kann.

Das Trennen der elektrischen Verbindungen kann dabei nur durch das Verlagern des Moduldeckels erfolgen, wobei dieser etwa derart ausgestaltet sein kann, dass durch den Moduldeckel beziehungsweise eine Verlagerung desselben ein mechanischer Einfluss auf die elektrischen Verbindungen ausgeübt werden kann, so dass diese durch die mechanische Beeinflussung durch den

Moduldeckel beispielsweise zerstörend getrennt werden, oder etwa deren Anbindung an einen oder mehrere elektrische Anschlüsse der Batteriezellen gelöst werden.

Dabei ist im Sinne der vorliegenden Erfindung bei einer Verlagerung des

Moduldeckels stets umfasst, dass sich der gesamte Moduldeckel verlagert oder nur ein Teil desselben, ohne dass im Folgenden jedes Mal separat darauf hingewiesen wird. Darüber hinaus kann eine mechanische Beeinflussung der elektrischen Verbindungen durch den Moduldeckel stets auch das Beeinflussen durch ein mit dem Moduldeckel verbundenes Bauteil meinen, welches sich gemeinsam mit dem Moduldeckel bewegt, da dieses dann als dem Moduldeckel zugehörig angesehen wird. Vorteilhaft bei einem mechanischen Trennen der elektrischen Verbindungen, die auch als Zellverbinder bezeichnet werden können, durch den Moduldeckel ist dabei, dass durch die Verlagerung dieses einen Bauteils die elektrischen

Verbindungen einer Mehrzahl, wie beispielsweise von zwei oder mehr, an Batteriezellen erfolgen kann. Dabei kann durch eine Anpassung der Größe und der Ausdehnung des Moduldeckels die Anzahl der elektrischen Verbindungen, welche mechanisch getrennt werden, problemlos angepasst werden.

Beispielsweise kann durch eine Verlagerung nur des Moduldeckels und damit eines Bauteils sichergestellt werden, dass die elektrischen Verbindungen zwischen sämtlichen Batteriezellen des Batteriemoduls getrennt werden. In anderen Worten kann durch eine Verlagerung des Moduldeckels oder eines Teils desselben sichergestellt werden, dass keine verschiedenen Batteriezellen mehr miteinander verbunden sind.

Dabei ist dieser Sicherheitsgewinn erzielbar ohne das zwingende Bereitstellen von kostenintensiven zusätzlichen Maßnahmen, wie etwa von Sensoren oder Ähnlichem, so dass die vorbeschriebene Batterie eine hohe Sicherheit mit einer kostengünstigen Herstellbarkeit kombiniert.

Darüber hinaus kann die vorbeschriebene Batterie eine frühzeitige Trennung der elektrischen Verbindungen realisieren, da unter Umständen und in Abhängigkeit der jeweiligen Ausgestaltung eine geringe Deformation des Batteriegehäuses zum Trennen der elektrischen Verbindung ausreichen kann oder eine

Deformation des Gehäuses oder auch das Vorsehen eines Gehäuses

gegebenenfalls gar nicht notwendig ist.

Somit kann insbesondere auf Modulebene der Strompfad mechanisch abgetrennt werden, wodurch es sicher verhindert werden kann, dass trotz einer

Isolationsverletzung, welche durch die Verformung eines Gehäuses

hervorgerufen werden kann, keine Kurzschlussströme entstehen, die eine signifikante Gefährdung darstellen. Denn insbesondere dann, wenn durch eine Deformation des Gehäuses ein Kurzschluss zu befürchten ist, können die elektrischen Verbindungen getrennt werden. Im Detail kann die von zu hohen Spannungen ausgehende Gefährdung eliminiert oder zumindest signifikant reduziert werden. Dadurch kann eine vergleichsweise stärkere Deformierung des Gehäuses toleriert werden, wodurch die Anforderungen an das Gehäuse gesenkt werden können und dieses somit leichter ausgebildet werden kann, was die Kosten der Herstellung und des Betriebs insbesondere in mobilen Anwendungen senken kann. In einem Extremfall kann auf ein derartiges Schutzgehäuse vollständig verzichtet werden.

Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Moduldeckel zweidimensional parallel zu der Erstreckungsrichtung des Moduldeckels verlagerbar sein. In dieser Ausgestaltung kann der Moduldeckel somit im Wesentlichen in nahezu jeder Möglichkeit eines Notfalls, insbesondere bei der Verwendung in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug, wirken. Denn ein Unfall hat insbesondere bei einer derartigen Verwendung meist eine Beschleunigung in zwei Dimensionen, die in der Erstreckungsebene des Moduldeckels liegen, zur Folge, so dass diese sicher abgedeckt sind. Denn ein Unfall hat meist eine Kollision in der Ebene des Moduldeckels, also seitlich, von vorne oder von hinten, und dadurch

entsprechende Beschleunigungen zur Folge.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann wenigstens ein Mittel vorgesehen sein, um bei einer Verlagerung des Moduldeckels parallel zu der

Erstreckungsebene des Moduldeckels einen Abstand des Moduldeckels in einer Richtung quer zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels zu wenigstens einer Batteriezelle zu vergrößern. In dieser Ausgestaltung kann ein mechanisches Einwirken durch den Moduldeckel beziehungsweise eines Teils desselben besonders effektiv und ferner bei einer besonders geringen Beschleunigung oder Deformation des Gehäuses erfolgen, da eine Verlagerung des Moduldeckels in zwei Ebenen erfolgen kann. Dadurch kann bei einer vergleichsweise geringen Verlagerung des Moduldeckels in seiner Erstreckungsebene ein weiterer Beitrag quer hierzu erfolgen, wodurch der Abstand zu wenigstens einer Batteriezelle und damit zu der entsprechenden elektrischen Verbindung vergrößert. Dies erlaubt eine besonders effektives und sicheres Trennen einer elektrischen Verbindung.

In dieser Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Mittel, um bei einer Verlagerung des Moduldeckels parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels einen Abstand des Moduldeckels in einer Richtung quer zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels zu wenigstens einer Batteriezelle zu vergrößern, als Keilstruktur ausgestaltet ist. Insbesondere in dieser

Ausgestaltung ist ein einfacher und kostengünstiger Aufbau auf vorteilhafte Weise kombinierbar mit einer guten Anpassbarkeit an das jeweilige

Anwendungsgebiet. Darüber hinaus bietet eine Keilstruktur insbesondere bei einer zweiteiligen Ausgestaltung des Moduldeckels den Vorteil, dass die Keile eines Unterteils etwa in Aufnahmen eines Oberteils aufgenommen werden können, oder umgekehrt. Dadurch kann in einem gewünschten Betrieb der Batterie eine Ausgestaltung im Wesentlichen ohne signifikant vergrößerten

Raumbedarf erfolgen, wobei trotzdem eine sichere Trennung der elektrischen Leitungen erlaubt wird. Beispielsweise kann die Keilstruktur eindimensional sein, oder etwa als Pyramidenstruktur und damit zweidimensional ausgestaltet sein. Dabei bezieht sich eine eindimensionale Ausgestaltung auf die Möglichkeit des Anhebens in einer Richtung, also etwa in einer Längsrichtung oder Entlang der

Breite des Moduls, und bezieht sich eine zweidimensionale, Ausgestaltung auf die Möglichkeit des Anhebens in zwei Richtungen, also etwa in einer

Längsrichtung und Entlang der Breite des Moduls. Es kann ferner von Vorteil sein, wenn wenigstens ein Mittel, um bei einer

Verlagerung zumindest des Teils des Moduldeckels parallel zu der

Erstreckungsebene des Moduldeckels einen Abstand des Moduldeckels in einer Richtung quer zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels zu wenigstens einer Batteriezelle zu vergrößern, als Wellenstruktur ausgestaltet ist. Auch diese Struktur kann auf einfache und kostengünstige Weise ausgestaltet werden und sicher ein Trennen der elektrischen Leitungen ermöglichen. Ferner ist eine Wellenstruktur eindimensional oder zweidimensional ausbildbar, um eine gute Anpassbarkeit zu ermöglichen. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein das Batteriemodul umgebendes Gehäuse vorgesehen sein und kann der Moduldeckel, was gleichermaßen ein mit dem Moduldeckel verbundenes und als dem Moduldeckel zugehöriges Teil umfasst, in Richtung des Gehäuses vorstehen. In dieser Ausgestaltung kann auf besonders sichere Weise realisiert werden, dass eine Deformation des Gehäuses auf den Moduldeckel übertragen wird, wie dies vorstehend im Detail erläutert ist. Denn der Moduldeckel kann aufgrund seiner in Richtung des Gehäuses insbesondere über die gehäuseseitig letzte

beziehungsweise randseitig angeordnete Batteriezelle vorstehende Position in eine Verlagerung versetzt werden, ohne dass die Batteriezellen beschädigt werden. Dadurch kann die bei einer Deformation des Gehäuses von der Batterie beziehungsweise von den Batteriezellen ausgehende Gefährdung weiter reduziert werden. Darüber hinaus braucht so nur eine vergleichsweise geringe Krafteinwirkung vorliegen, um den Moduldeckel zu verlagern, was eine besonders sichere Verlagerung des Moduldeckels und dadurch einen besonders hohen Sicherheitsgewinn ermöglicht.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Masse des Moduldeckels und die Fixierung des Moduldeckels an den vorbestimmten Grenzwert der

Beschleunigung angepasst sein. In dieser Ausgestaltung kann eine Verlagerung des Moduldeckels als Ganzem oder des verlagerbaren Teils desselben somit alleine aufgrund der auftretenden Beschleunigung hervorgerufen werden. Denn die Fixierung des Moduldeckels beziehungsweise des verlagerbaren Teils desselben und sein Masse sind derart aufeinander abgestimmt, dass bei einer vordefinierten Beschleunigung sich eine Verlagerung einstellt. Dabei kann die Fixierung etwa hervorgerufen werden durch Fixierungselemente, Reibung, und/oder weitere Einflüsse und/oder Kombinationen hiervon. In keiner Weise beschränkend kann eine Anpassung grundsätzlich dahingehend erfolgen, dass eine Verlagerung des Moduldeckels erfolgt bei einer Beschleunigung von 50g, etwa für einen Zeitraum von größer oder gleich 6ms, was als mechanisch irreversible Fehlerfall-Abschaltung aufgrund einer Impulsüberschreitung dienen kann. Dabei kann die Masse beispielsweise einstellbar sein durch das Integrieren verschiedener Funktionselemente oder Elektroniken oder durch die Auswahl des Materials des Moduldeckel oder des verlagerbaren Teils desselben. Beispielsweise kann der Moduldeckel durch ein eine Sollbruchstelle

aufweisendes Fixierungsmittel fixiert sein. Dadurch kann etwa sichergestellt werden, dass die Sollbruchstelle bei einer vordefinierten Beschleunigung und damit Krafteinwirkung, welche auf den Moduldeckel oder den verlagerbaren Teil desselben mit seiner angepassten Masse wirkt, brechen, so dass eine

Verlagerung bei einer vorbestimmten Beschleunigung ermöglicht werden kann. Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die elektrische Verbindung mit elektrischen Anschlüssen der Batteriezellen verbundene Metallstreifen, die auch als Bonds bezeichnet werden, umfassen. In dieser Ausgestaltung kann eine gute Stromleitfähigkeit verbunden werden mit einer guten Trennbarkeit der

elektrischen Verbindungen. Denn durch die Abmessungen und die Anzahl der insbesondere nebeneinander angeordneten Metallstreifen ist es problemlos möglich, eine Stromtragfähigkeit herzustellen, die in einem etwa für elektrisch angetriebene Fahrzeuge typischen Bereich liegt. Beispielsweise können die elektrischen Leitungen Hochstromverbinder sein, welche Strömen von größer oder gleich 100A, beispielsweise größer oder gleich 120A, etwa 240 A oder darüber standhalten können, da oftmals Batterien mit Spannungen von größer oder gleich 60V Verwendung finden können. Darüber hinaus können derartige Metallstreifen, etwa im Vergleich zu massiven Stromschienen, vergleichsweise einfach und mit geringem mechanischen Kraftaufwand getrennt werden, so dass ein besonders sicheres Trennen der elektrischen Verbindungen realisiert werden kann. Die Metallstreifen können dabei mit elektrischen Kontakten der

Batteriezellen etwa per Ultraschweißung verbunden werden. Beispielsweise können die Metallstreifen aus Aluminium ausgestaltet sein und/oder jeweils einen rechteckigen Querschnitt in einem beispielhaften Bereich von 0,8mm² aufweisen. Ferner können beispielhaft für jede der Verbindungen fünf bis sieben

Metallstreifen vorgesehen sein.

Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Batterie wenigstens zwei Batteriemodule mit jeweils einem Moduldeckel aufweisen, wobei die Moduldeckel der wenigstens zwei Batteriemodule mechanisch miteinander verbunden sind. In dieser Ausgestaltung kann eine besonders hohe Sicherheit für die gesamte Batterie ermöglicht werden. Denn die Moduldeckel von einer Mehrzahl von Modulen, die beispielsweise eine einheitlich angeordnete Erstreckungsebene aufweisen können, können die elektrischen Verbindungen sämtlicher gekoppelter Module durch ein Deformierung an nur einer Stelle des Gehäuses getrennt werden. Darüber hinaus kann gegebenenfalls der Überstand der Moduldeckel auf der Innenseite der Module reduziert werden, wodurch die Module näher verbaut werden können, was einen signifikanten Raumgewinn ermöglichen kann. Ein entsprechender Vorteil kann gleichermaßen dadurch ermöglicht werden, dass die Batterie wenigstens zwei Batteriemodule aufweist, wobei die wenigstens zwei Batteriemodule einen gemeinsamen Moduldeckel aufweisen.

Zeichnungen

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur

beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

Fig. la eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung eines Batteriemoduls für eine Batterie gemäß der Erfindung in einem Normalzustand;

Fig. lb eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur la in einem

Zustand mit verlagertem Moduldeckel;

Fig. lc eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur la in einem weiteren Zustand mit verlagertem Moduldeckel;

Fig. 2a eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur la in einem

Normalzustand von der Seite;

Fig. 2b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur la in einem

Zustand mit verlagertem Moduldeckel von der Seite;

Fig. 3a eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 2a in einer um

90° gedrehten Ansicht;

Fig. 3b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 2b in einer um

90° gedrehten Ansicht;

Fig. 4a eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines

Batteriemoduls für eine Batterie gemäß der Erfindung in einem

Normalzustand;

Fig. 4b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 4a in einer um 90° gedrehten Ansicht; Fig. 5a eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 4a in einem

Zustand mit verlagertem Moduldeckel;

Fig. 5b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 5a in einer um

90° gedrehten Ansicht;

Fig. 6a eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 4a in einem

weiteren Zustand mit verlagertem Moduldeckel;

Fig. 6b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 6a in einer um

90° gedrehten Ansicht;

Fig. 7a eine schematische Ansicht einer weiteren Ausgestaltung eines

Batteriemoduls für eine Batterie gemäß der Erfindung in einem

Normalzustand;

Fig. 7b eine schematische Ansicht der Ausgestaltung aus Figur 7a in einem

Zustand mit verlagerten Moduldeckeln; und

Fig. 8 eine Anbindung einer elektrischen Verbindung an eine Batteriezelle.

In der Figur 1 ist eine Ausgestaltung einer Batterie 10 gezeigt. Im Detail ist in der Figur 1 ein Batteriemodul 12 einer Batterie 10 gezeigt, wobei eine Batterie 10 eine Mehrzahl derartiger Batteriemodule 12 aufweisen kann. Es ist zu erkennen, dass das Batteriemodul 12 eine Mehrzahl an über zellkopfseitig angeordneten elektrischen Verbindungen 14 miteinander verbundene Batteriezellen 16 aufweist, von denen lediglich die entsprechenden Kontaktbereiche 15 zu erkennen sind, an denen die elektrischen Verbindungen 14 angeschlossen sind. Ferner ist ein zellkopfseitig angeordneter auch als Modulkopf zu bezeichnender Moduldeckel 18 vorgesehen, der die Batteriezellen 16 zumindest teilweise abdeckt. Gemäß Figur 1 ist der Moduldeckel 18 zweiteilig ausgebildet und weist einen plattenförmigen ersten Teil 20 und einen rahmenförmig ausgestalteten zweiten Teil 22 auf, an dem Trennelemente 26 angeordnet sind. Der

rahmenförmige Teil 22 kann jedoch gleichermaßen plattenförmig ausgestaltet sein und etwa entsprechende Aussparungen für die elektrischen Kontaktbereiche 15 aufweisen, um die elektrischen Verbindungen 14 aufbringen zu können. Dabei werden die Batteriezellen 16 zu einem Großteil von den ersten Teil 20 bedeckt, wohingegen der zweite Teil 22 durch die Trennelemente 26 lediglich einen vergleichsweise geringen Teil der Batteriezellen 16 bedeckt. Ferner ist zu erkennen, dass die elektrische Verbindung 14 mit den

Kontaktbereichen 15 verschweißte Metallstreifen 24 umfasst.

Durch die Ausgestaltung des Moduldeckels 18 wird es dabei ermöglicht, dass bei vorbestimmten Bedingungen, nämlich bei einer in Richtung des Moduldeckels 18 und parallel zu einer Erstreckungsebene des Moduldeckels 18 verlaufenden Deformierung eines das Batteriemodul 12 umgebenden, in Figur 1 nicht gezeigten Gehäuses 28, oder bei dem Vorliegen einer auf die Batterie 10 wirkenden Beschleunigung, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels 18 wirkt, zumindest ein

Teil des Moduldeckels 18 relativ zu den elektrischen Verbindungen 14 und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels 18 unter Trennung der elektrischen Verbindungen 14 verlagerbar ist. In der Figur 1 a) ist der

Moduldeckel 18 in einer Grundstellung gezeigt.

In den Figuren 1 b) und 1 c) ist es gezeigt, dass der Moduldeckel 18 parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels 18 verlagert ist, wobei zumindest der zweite Teil 22 des Moduldeckels 18 zweidimensional parallel zu der

Erstreckungsrichtung des Moduldeckels 18 verlagerbar ist. Dies kann

beispielsweise dadurch realisierbar sein, dass die Masse zumindest des Teils 22 des Moduldeckels und die Fixierung des Moduldeckels 18 an den vorbestimmten Grenzwert der Beschleunigung angepasst ist.

Dabei ist der Moduldeckel 18 beziehungsweise der Teil 22 desselben in der Figur 1 b) in Richtung des Pfeils x und in der Figur 1 c) in Richtung des Pfeils y verlagert, wobei der Pfeil x eine erste verlagerbare Dimension und der Pfeil y eine zweite verlagerbare Dimension anzeigt. Die durch die Pfeile x und y aufgespannte Ebene definiert dabei in an dem Fachmann ohne weiteres verständlicher weise die Erstreckungsebene des Moduldeckels 18, welche im Wesentlichen parallel zu den zellkopfseitigen Oberflächen der Batteriezellen 16 ausgerichtet ist. Dabei ist zu erkennen, dass durch eine weitere jeweilige

Verlagerung des Moduldeckels 16, etwa durch den Teil 22 und/oder die

Trennelemente 26 die elektrischen Verbindungen 14 unterbrochen werden können. Hierzu können die Metallstreifen 24 durchtrennt werden oder deren Anbindung an den Kontaktbereichen 15 gelöst werden. In der Figur 2 beziehungsweise in den Figuren 2a bis 2b ist die Ausgestaltung der Figur 1a der Batterie 10 gezeigt, wobei Figur 2 eine teilweise geschnittene Ansicht zeigt und dabei im Detail Figur 2a einen normalen Betriebszustand der Batterie 10 und insbesondere des Moduldeckels 18 zeigt und Figur 2b einen Zustand mit einem Entlang des Pfeils x beziehungsweise in Längsrichtung verlagertem Moduldeckel 18 zeigt. Dabei ist der Moduldeckel 18 wiederum zweiteilig ausgestaltet und umfasst den ersten Teil 20 und den zweiten Teil 22, wobei insbesondere der zweite Teil 22 verlagert ist. Es ist in der Figur 2a und insbesondere in der Figur 2b gezeigt, dass wenigstens ein Mittel 30 vorgesehen ist, um bei einer Verlagerung zumindest des Teils 22 des Moduldeckels 18 parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels 18 einen Abstand des Moduldeckels 18 in einer Richtung quer zur Erstreckungsebene des

Moduldeckels 18 zu wenigstens einer Batteriezelle 16 zu vergrößern. Dabei ist gezeigt, dass das Mittel 30 eine Keilstruktur aufweist. Dabei sind die Keile 31 der Keilstruktur jeweils in dem ersten Teil und dem zweiten Teil 22 derart zueinander angeordnet, dass im Wesentlichen eine Wellenstruktur entsteht.

Durch eine entsprechende Verlagerung des Teils 22 und damit ein Anheben des Moduldeckels 18 beziehungsweise des Teils 22 können die elektrischen Verbindungen 14 unterbrochen beziehungsweise die Metallstreifen 24 von jeweils wenigstens einem Kontaktbereich 15 gelöst werden. Gemäß Figuren 2a bis 2b können die elektrischen Verbindungen 14 beziehungsweise die Zellverbinder durch unterhalb der auch als Bonds zu bezeichnenden

Trennelemente 26 angehoben und ab einer gewissen Höhe von den

Anschlüssen beziehungsweise den Kontaktbereichen 15 gerissen werden.

Insbesondere können die Mittel 30 zweidimensional wirken, also etwa bei einer Quer- und einer Längsverlagerung des Moduldeckels 18 beziehungsweise des Teils 22. Hierzu kann die Keilstruktur etwa als dreidimensionale Keilstruktur beziehungsweise Sägezahnstruktur, wie etwa pyramidenartig oder kegelartig, ausgestaltet sein. Dies ist in den Figuren 3a und 3b gezeigt, welche eine zu Figur 2 um 90° verdrehte Ansicht zeigt. Dabei ist zu erkennen, dass zumindest der Teil 22 des Moduldeckels 18 zweidimensional parallel zu der Erstreckungsrichtung des Moduldeckels 18 verlagerbar ist. Dabei zeigt Figur 3a wiederum einen

normalen Betriebszustand der Batterie 10 und insbesondere des Moduldeckels 18 und zeigt Figur 3 b) einen Zustand mit verlagertem Moduldeckel 18 beziehungsweise Teil 22 in einer Richtung entlang des Pfeils der Richtung y. In den Figuren 4 bis 6 ist eine Anordnung des Batteriemoduls 12 in dem

Gehäuse 28 gezeigt, wobei die Figuren 4a, 5a und 6a jeweils eine Ansicht eines Batteriemoduls 12 von vorne zeigen und in den Figuren 4b, 5b und 6b jeweils eine Ansicht von der Seite, also um 90° verdreht, gezeigt ist. Um den Strompfad beispielsweise bei einem Unfall eines Fahrzeugs auf

Modulebene zwischen einzelnen Batteriezellen 16 aufzubrechen, wie dies vorstehend bereits für die erfindungsgemäße Batterie 10 beschrieben ist, ist in der Figur 4a gezeigt, dass der Moduldeckel 18 über den Rest des Batteriemoduls 12 seitlich erweitert ist, so dass er über den Rest des Batteriemoduls 12 seitlich hinausragt.

Kommt es zur Deformation des Gehäuses 28, wie etwa eines Batteriegehäuses, wie dies in der Figur 5a gezeigt ist, wobei sich ein Abstand d zwischen dem Gehäuse 28 und einer Batteriezelle 16 verringert, oder zu einer Verschiebung des Batteriemoduls 12 innerhalb des Gehäuses, wie dies in der Figur 6a gezeigt ist, schlägt der Moduldeckel 18 beziehungsweise das hinausragende Teil des Moduldeckels 18 an die Gehäusewand an, oder an zusätzlich eingebrachte Strukturen zur Verbesserung der gewünschten Funktion. Die Befestigung des Moduldeckels 18 ist vorzugsweise derart zu wählen, dass er bei den

vorbeschriebenen definierten Bedingungen verlagert wird jedoch nicht bei einer in einem normalen Betrieb auftretenden Beschleunigung, etwa hervorgerufen durch Erhöhen oder Verringern der Geschwindigkeit eines Fahrzeugs oder durch zügige Kurvenfahrten. Es ist erneut gezeigt, dass durch eine Keilstruktur der Moduldeckel 18 beziehungsweise der Teil 22 angehoben wird. In der Ausgestaltung gemäß den Figuren 4a bis 6a ist jedoch die Keilstruktur nur in den Moduldeckel 18 integriert, so dass diese beispielsweise an den Batteriezellen 16 an einer abgeschrägten Gleitfläche 32 entlangleiten und den Moduldeckel 18, der in diesem Fall einteilig ausgestaltet sein kann, anhebt. Dadurch werden wiederum die elektrischen Verbindungen 14 beziehungsweise die Metallstreifen 24 von wenigstens einem Kontaktbereich 15 gelöst. Dies ist in den Figuren 5b und 6b gezeigt.

In den Figuren 7a und 7b ist eine weitere Ausgestaltung einer Batterie 10 gezeigt. In dieser Ausgestaltung ist der Moduldeckel 18 wiederum einteilig ausgestaltet und weist eine Keilstruktur auf, die zum Anheben des Moduldeckels 18 an den Batteriezellen 16, etwa an den Kontaktbereichen 15, entlanggleiten kann, dabei ist in dieser Ausgestaltung gezeigt, dass eine Verlagerung des Moduldeckels 18 derart erfolgt, dass ein Gehäusedeckel 29 des Gehäuses 28 mechanisch durch Verbindungsmittel 34, 36 des Gehäusedeckels 29

beziehungsweise des Moduldeckels 18 mit dem Moduldeckel 28 verbunden ist und so bei einer Deformation des Gehäuses der Moduldeckel 18 verlagert wird. Die Verbindungsmittel 36 des Moduldeckels 18 können wiederum über die Ebene des Moduldeckels 18 beziehungsweise des Batteriemoduls hinausragen. Dabei ist in der Figur 7b gezeigt, dass eine Verlagerung des Moduldeckels 18 erneut ein Unterbrechen der elektrischen Verbindung 14 durch ein Lösen der Metallstreifen 24 bewirken kann.

In der Figur 8 ist eine Anbindung einer elektrischen Verbindung 14 an einen Kontaktbereich 15 gezeigt. Diese Anbindung kann beispielsweise ein

Unterbrechen der elektrischen Verbindung 14 auf einfache Weise ermöglichen. Beispielsweise kann eine elektrische Verbindung in geeigneter weise durch eine Niet 38 an einem Kontaktbereich 15 befestigt sein. Die Anbindung der Niet 38 an den Kontaktbereich 15 ist dabei derart ausgestaltet, dass diese sich durch eine mechanische Beeinflussung der elektrischen Verbindung 14, etwa durch einen

Einfluss eines sich verlagernden Moduldeckels 18, löst. Beispielsweise kann eine Anbindung der elektrischen Verbindung 14 an eine Batteriezelle, in der Figur 8 etwa die Anbindung der Niet 38 an den Kontaktbereich 15, mit einer

Sollbruchstelle ausgelegt sein, die bei einer vorbestimmten Krafteinwirkung brechen kann, um so die elektrische Verbindung 14 zu trennen. Dabei kann es insbesondere von Vorteil sein, dass standardisierte Zellverbinder als elektrische Verbindungen 14 werden, so dass eine Herstellung besonders kostengünstig sein kann.

Claims

Ansprüche

1. Batterie (10), aufweisend wenigstens ein Batteriemodul (12), wobei das Batteriemodul (12) eine Mehrzahl an, über zellkopfseitig angeordnete elektrische Verbindungen (14) miteinander verbundene, Batteriezellen (16) aufweist, wobei ein die Batteriezellen (16) zellkopfseitig zumindest teilweise abdeckender Moduldeckel (18) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer in Richtung des Moduldeckels (18) und parallel zu einer Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) verlaufenden Deformierung eines das Batteriemodul (12) umgebenden Gehäuses (28) oder bei dem Vorliegen einer auf die Batterie (10) wirkenden Beschleunigung, die oberhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) wirkt, zumindest ein Teil des Moduldeckels (18) relativ zu den elektrischen Verbindungen (14) und parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) unter Trennung wenigstens einer elektrischen Verbindung (14) verlagerbar ist.

2. Batterie (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der

Moduldeckel (18) zweidimensional parallel zu der Erstreckungsrichtung des Moduldeckels (18) verlagerbar ist.

3. Batterie (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass

wenigstens ein Mittel (30) vorgesehen ist, um bei einer Verlagerung des Moduldeckels (18) parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) einen Abstand des Moduldeckels (18) in einer Richtung quer zu der

Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) zu wenigstens einer Batteriezelle (16) zu vergrößern.

4. Batterie (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel (30), um bei einer Verlagerung des Moduldeckels (18) parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) einen Abstand des

Moduldeckels (18) in einer Richtung quer zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) zu wenigstens einer Batteriezelle (16) zu vergrößern, als Keilstruktur ausgestaltet ist.

Batterie (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Mittel (30), um bei einer Verlagerung des Moduldeckels (18) parallel zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) einen Abstand des Moduldeckels (18) in einer Richtung quer zu der Erstreckungsebene des Moduldeckels (18) zu wenigstens einer Batteriezelle (16) zu vergrößern, als Wellenstruktur ausgestaltet ist.

Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduldeckel (18) in Richtung des Gehäuses (28) vorsteht.

Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Moduldeckels (18) und die Fixierung des Moduldeckels (18) an den vorbestimmten Grenzwert der Beschleunigung angepasst ist.

Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Moduldeckel (18) durch ein eine Sollbruchstelle aufweisendes Fixierungsmittel fixiert ist.

Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Verbindung (14) mit elektrischen Anschlüssen der Batteriezellen (16) verbundene Metallstreifen (24) umfasst.

10. Batterie (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (10) wenigstens zwei Batteriemodule (12) mit jeweils einem Moduldeckel (18) aufweist, wobei die Moduldeckel (18) der wenigstens zwei

Batteriemodule (12) mechanisch miteinander verbunden sind, oder dass die Batterie (10) wenigstens zwei Batteriemodule (12) aufweist, wobei die wenigstens zwei Batteriemodule (12) einen gemeinsamen Moduldeckel (18) aufweisen.