WO2017194181A1

WO2017194181A1 - Zellmodul für eine kraftfahrzeugbatterie

Info

Publication number: WO2017194181A1
Application number: PCT/EP2017/000307
Authority: WO
Inventors: Stephan Lauckner; Jens Meintschel; Dirk Schroeter; Knut Welke; Danilo ZSCHECH
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2017-03-08
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2018-11-13
Also published as: DE102016005967A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zellmodul (10) für eine Kraftfahrzeugbatterie (11), mit einer Mehrzahl von Batteriezellen (12), und mit einer Stromschiene (13), die die Batteriezellen (12) in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbindet, wobei die Stromschiene (13) einen Zellhalter ausbildet, der die Batteriezellen (12) in zumindest zwei Richtungen mechanisch fixiert, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellmoduls (10).

Description

Zellmodul für eine Kraftfahrzeugbatterie

Die Erfindung betrifft ein Zellmodul für eine Kraftfahrzeugbatterie und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellmoduls.

Aus der WO 201 1/33727 A1 ist bereits Zellmodul für eine Kraftfahrzeugbatterie, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, und mit einer Stromschiene, die die Batteriezellen in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbindet, bekannt.

Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, einen Aufbau und/oder eine Montage eines solchen Zellmoduls zu vereinfachen. Sie wird durch eine

erfindungsgemäße Ausgestaltung entsprechend dem Anspruch 1 und ein

erfindungsgemäßes Verfahren entsprechend dem Anspruch 10 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht aus von einem Zellmodul für eine Kraftfahrzeugbatterie, mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, und mit einer Stromschiene, die die Batteriezellen in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbindet.

Es wird vorgeschlagen, dass die Stromschiene einen Zellhalter ausbildet, der die

Batteriezellen in zumindest zwei Richtungen mechanisch fixiert. In dem die Stromschiene gleichzeitig als Zellhalter für die einzelnen Batteriezellen ausgebildet wird, kann eine Anzahl von Bauteilen verringert werden. Durch die geringere Anzahl von Bauteilen kann ein Aufbau des Zellmoduls vereinfacht werden. Zudem kann eine Montage vereinfacht werden. Unter einer„Batteriezelle" soll insbesondere eine Einheit mit einem Zellgehäuse und einem elektrochemisch aktiven Teil zur Aufnahme, Speicherung und/oder Abgabe von elektrischer Leistung verstanden werden, wobei das Zellgehäuse zwei Kontaktflächen aufweist, welche zur elektrischen Kontaktierung des elektrochemisch aktiven Teils vorgesehen sind. Die Batteriezelle kann grundsätzlich unterschiedliche Formen aufweisen.

Vorzugsweise weist die Stromschiene zumindest zwei unterschiedlich orientierte Innenseiten auf, durch die die Batteriezellen in den zumindest zwei Richtungen formschlüssig fixiert und/oder fixierbar sind. Dadurch kann eine gute Fixierung der Batteriezellen erreicht werden. Unter einer„Innenseite" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Oberfläche der Stromschiene verstanden werden, welche in montiertem Zustand den Batteriezellen zugewandt ist. Vorzugsweise spannen die zumindest zwei unterschiedlich orientierten Innenseiten einen Raum auf, in welchem die Batteriezellen angeordnet sind.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung liegen die Innenseiten sich zumindest teilweise einander gegenüber und die Batteriezellen sind zwischen den Innenseiten angeordnet. Dadurch kann eine besonders gute Sicherung der Batteriezellen erreicht werden. Unter„sich gegenüber liegenden Innenseiten" sollen dabei insbesondere Innenseiten verstanden werden, deren Oberflächennormalen in gemeinsamen Ebenen liegen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung wird vorgeschlagen, dass eine der Innenseiten der Stromschiene einen Boden ausbildet, der zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen vorgesehen ist. Dadurch können die Batteriezellen besonders einfach parallel zueinander geschaltet werden. Unter einer„Innenseite, welche einen Boden ausbildet" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Innenseite verstanden werden, deren Oberflächennormalen entlang einer„Hochrichtung" orientiert sind. Unter einer„Hochrichtung" soll dabei eine Richtung verstanden werden, welche entlang Längserstreckungsrichtungen der montierten Batteriezellen orientiert ist, wobei die Längserstreckungsrichtung der einzelnen Batteriezellen vorzugsweise durch die zwei einander gegenüberliegenden Kontaktflächen der entsprechenden Batteriezelle definiert ist.

Weiter wird vorgeschlagen, dass jede der Batteriezellen eine elektrische Kontaktfläche aufweist, die mit der als Boden ausgebildeten Innenseite der Stromschiene fest verbunden sind. Dadurch kann neben der elektrischen Verbindung auch eine thermisch gut leitende Verbindung zu der Stromleitschiene hergestellt werden, durch welche die Stromleitschiene gut zur Temperierung der Batteriezellen verwendet werden kann. Auch indem die Batteriezellen zwischen zwei Innenseiten der Stromschiene angeordnet sind, kann eine gute Temperierung der Batteriezellen erreicht werden. Insbesondere ermöglicht die Ausgestaltung der Stromschiene als Zellhalter eine gleichmäßige und gute Temperierung der Batteriezellen.

Weiter wird vorgeschlagen, dass die Stromschiene eine Kontaktzunge aufweist, die zur elektrischen Kontaktierung von Batteriezellen eines benachbart angeordneten Zellmoduls vorgesehen ist. Dadurch kann eine Verbindung der einzelnen Zellmodule in einer elektrischen Reihenschaltung einfach realisiert werden. Unter einer„Kontaktzunge" soll in diesem Zusammenhang insbesondere ein Teil der Stromschiene verstanden werden, der zur elektrischen Kontaktierung aller Batteriezellen des benachbarten Zellmoduls vorgesehen ist, wodurch in dem Zellmodul auf eine zweite Kontaktschiene, welche dazu vorgesehen ist, die weiteren Kontaktflächen der Batteriezellen des Zellmoduls zu verbinden, verzichtet werden kann. Vorzugsweise umfasst das Zellmodul lediglich eine einzige Stromschiene, welche dazu vorgesehen ist, einen Pol des Zellmoduls

auszubilden.

Weiter wird vorgeschlagen, dass das Zellmodul zumindest eine elektrische Isolierung aufweist, die zur elektrischen Isolierung gegenüber einem benachbart angeordneten Zellmodul vorgesehen ist. Dadurch kann eine elektrische Verschaltung der Zellmodule mittels der Stromschiene einfach realisiert werden. Die Isolierung ist vorzugsweise zwischen den zwei Zellmodulen angeordnet und trennt die Stromschienen benachbarter Zellmodule voneinander, wenn die Zellmodule spielfrei zueinander angeordnet sind.

Vorzugsweise umfasst das Zellmodul eine Vergussmasse zur Fixierung der

Batteriezellen, für die die Stromschiene zumindest teilweise als Vergussform dient.

Dadurch ist eine besonders einfache Fixierung der Batteriezellen an der Stromschiene möglich. Zudem kann eine thermisch gut leitende mechanische Verbindung zwischen den Batteriezellen und der Stromschiene einfach hergestellt werden. Unter einer

„Vergussmasse" soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine Masse verstanden werden, welche nach einer Fixierung der Batteriezellen an der Stromschiene in

Zwischenräume zwischen den Batteriezellen und der Stromschiene eingebracht werden kann und nach einem Aushärten die Batteriezellen und die Stromschiene kraft- und/oder stoffschlüssig verbindet.

Weiter wird ein Zellblock für eine Kraftfahrzeugbatterie, insbesondere eine

Hochvoltbatterie, mit zumindest zwei erfindungsgemäßen Zellmodulen vorgeschlagen. Zudem wird ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls vorgeschlagen, in dem die als Zellhalter ausgebildete, einstückig ausgeführte

Stromschiene mittels eines Umformverfahrens hergestellt wird. Durch eine Herstellung durch ein Umformverfahren kann die Stromschiene besonders einfach ausgebildet werden. Durch die einstückige Ausgestaltung ist eine einfache Herstellung möglich. Unter „einstückig" soll insbesondere zumindest stoffschlüssig verbunden verstanden werden, beispielsweise durch einen Schweißprozess, einen Klebeprozess, einen Anspritzprozess und/oder einen anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Prozess, und/oder vorteilhaft in einem Stück geformt verstanden werden, wie beispielsweise durch eine Herstellung aus einem Guss, durch Herstellung in einem Umformverfahren und/oder durch eine Herstellung in einem Ein- oder Mehrkomponentenspritzverfahren und vorteilhaft aus einem einzelnen Rohling.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Figuren, die Figurenbeschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Analog ausgebildete Bauteile sind in der

Figurenbeschreibung mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. Zur Unterscheidung der analog ausgebildeten Bauteile sind deren Bezugszeichen, sofern eine Zuordnung notwendig ist, mit einem Strich versehen.

Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbatterie,

Fig. 2 ein Zellmodul von einem Zellblock der Kraftfahrzeug vor einer Montage,

Fig. 3 das Zellmodul aus Fig. 2 in einer zweiten Ansicht mit einer angebrachten

Isolierung,

Fig. 4 den Zellblock mit einer Mehrzahl von Zellmodulen und

Fig. 5 einen Schnitt durch eines der Zellmodule.

Die Figuren 1 bis 5 zeigen ein Kraftfahrzeug mit einer Kraftfahrzeugbatterie 1 1 . In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Kraftfahrzeug als ein Hybridfahrzeug

ausgebildet. Das Kraftfahrzeug umfasst einen Antriebsstrang mit einem Elektromotor 24 und einem Verbrennungsmotor 25, die beide zum Antrieb von Antriebsrädern 26 vorgesehen sind. Alternativ ist es auch denkbar, dass das Kraftfahrzeug als ein

Elektrofahrzeug ausgebildet ist und der Antriebsstrang lediglich den Elektromotor 24 umfasst. Ebenfalls denkbar ist, dass das Kraftfahrzeug ein dezentrales Antriebskonzept mit mehreren Elektromotoren aufweist, die jeweils direkt zum Antrieb von einem der Antriebsräder 26 vorgesehen sind. Die Ausgestaltung der Kraftfahrzeugbatterie 11 ist unabhängig von dem vorgesehenen Antriebskonzept. Grundsätzlich kann das

Kraftfahrzeug auch einen anders ausgebildeten Antriebsstrang aufweisen. Die

Kraftfahrzeugbatterie 1 1 ist als eine Hochvoltbatterie ausgebildet.

Die Kraftfahrzeugbatterie 1 1 umfasst mehrere Zellblöcke 23. Die Zellblöcke 23 umfassen eine Mehrzahl von Batteriezellen 12, die zur Speicherung und Abgabe der elektrischen Leistung vorgesehen sind. Die Zellblöcke 23 sowie die Batteriezellen 12 in den

Zellblöcken 23 sind elektrisch parallel und/oder seriell geschaltet, um eine für den Antriebsstrang erforderliche Spannung und Leistung bereitstellen zu können. Die

Batteriezellen 12 weisen jeweils eine Zellspannung im Niedervoltbereich auf, wobei die Zellspannung von einer verwendeten Zellchemie abhängt. Bei einer Ausbildung der Batteriezellen 12 als Lithium-Ionen-Batterien beträgt die Zellspannung beispielsweise 3,6 Volt. Grundsätzlich kann die Zellspannung aber auch andere Werte aufweisen. Die Kraftfahrzeugbatterie 1 1 weist je nach Verschaltung der Batteriezellen 12 eine

Batteriespannung auf, die in Abhängigkeit von einer vorgesehenen Verwendung im Niedervoltbereich oder im Hochvoltbereich liegen kann. Ist die Kraftfahrzeugbatterie 11 als Starterbatterie ausgebildet, kann die Batteriespannung beispielsweise bei 12 Volt liegen. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem die Kraftfahrzeugbatterie 11 als eine Hochvoltbatterie ausgebildet ist, ist die Kraftfahrzeugbatterie 11 für eine

Batteriespannung von 90 Volt oder mehr, insbesondere für eine Batteriespannung von 120 Volt, vorgesehen.

Die Kraftfahrzeugbatterie 11 weist ein Batteriegehäuse 27 auf, das die Zellblöcke 23 mit den Batteriezellen 12 aufnimmt. Weiter umfasst die Kraftfahrzeugbatterie 11 eine Elektronik 28, die insbesondere zur Überwachung der Batteriezellen 12 sowie zur Einstellung einer elektrischen Leistung, die den Batteriezellen 12 zugeführt oder den Batteriezellen 12 entnommen wird, vorgesehen ist. Außerdem umfasst die

Kraftfahrzeugbatterie 11 eine Temperiereinrichtung 29 für die Batteriezellen 12 und/oder die Elektronik 28, welche irisbesondere zur Kühlung und/oder Heizung der Batteriezellen 12 vorgesehen ist. Die Zellblöcke 23 mit den Batteriezellen 12, die Elektronik 28 und die Temperiereinrichtung 29 sind in dem gemeinsamen Batteriegehäuse 27 angeordnet (vgl. Figur 1). Die Temperiereinrichtung 29 umfasst eine Wärmetauscherplatte 30, welche thermisch mit den Batteriezellen 12 in Kontakt steht. Die Wärmetauscherplatte 30 weist Kanäle auf, die in einem Betrieb von einem Kühlwasser durchströmt werden. Die

Wärmetauscherplatte 30 kann auch zur Erwärmung der Zellmodule 10 genutzt werden.

Die Batteriezellen 12 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Rundzellen ausgeführt. Sie können einem Standardtyp, wie beispielsweise 18650, 26650, 32650, usw., entsprechen. Die Batteriezellen 12 weisen typischerweise ein Zellgehäuse 31 in Form eines Zylinders auf. Das Zellgehäuse 31 weist einen Zellboden und einen Zelldeckel auf, welche Kontaktflächen 19, 20 der Batteriezelle 12 ausbilden. An der Kontaktfläche 19, die durch den vorzugsweise zumindest im Wesentlichen ebenen Zellboden

ausgebildet ist, liegt in der Regel der Minuspol. An der Kontaktfläche 20, die durch den vorzugsweise geringfügig erhabenen Zelldeckel ausgebildet ist, liegt in der Regel der Pluspol. Die Batteriezelle 12 kann eine Ventingöffnung aufweisen, durch welche ein, beispielsweise bei Kurzschluss oder einer Überladung, in einem Elektrolytraum

aufgebauter Druck abgebaut werden kann. Das Zellgehäuse 31 weist eine Mantelfläche 32 auf, die zur elektrischen Isolation mit einer Art Schrumpfschlauch aus Kunststoff oder ähnlichem überzogen sein kann, wobei dieser in der Regel leicht um Ecken der

Batteriezelle 12 herumgeführt wird und auch Teile des Zellbodens und des Zelldeckels abdeckt. Die Kontaktflächen 19, 20 definieren eine Längserstreckungsrichtung der Batteriezelle 12. Die Mantelfläche 32 erstreckt sich entlang der

Längserstreckungsrichtung zwischen den Kontaktflächen 19, 20.

Die Batteriezellen 12 weisen eine Kapazität auf, welche typischerweise kleiner als 10 Ah sind. Um den Zellblock 23 mit einer höheren Kapazität bereitstellen zu können, sind die Batteriezellen 12 zu Zellmodulen 10 zusammengeschaltet. Die Batteriezellen 12 eines Zellmoduls 10 sind in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbunden. Das Zellmodul 10 weist eine Modulspannung auf, welche der Zellspannung entspricht. Die einzelnen Zellmodule 10 des Zellblocks 23 sind in einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verbunden. Der Zellblock 23 weist eine Zellblockspannung auf, welche von der Modulspannung und einer Anzahl der Zellmodule 10 abhängt.

Um die Batteriezellen 12 in der elektrischen Parallelschaltung miteinander zu verbinden, umfasst das Zellmodul 10 eine Stromschiene 13, welche aus einem elektrisch leitenden Material geformt ist. Die Stromschiene 13 ist dazu vorgesehen, die Kontaktflächen 19, 20 aller Batteriezellen 12 des Zellmoduls 10, welche eine gleiche Polung aufweisen, miteinander zu verbinden. Zudem ist die Stromschiene 13 für die elektrische Verschaltung mit dem benachbarten Zellmodul 10' vorgesehen. Die Stromschiene 13 bildet damit einen Pol des Zellmoduls 10 aus. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Stromschiene 13 mit den Kontaktflächen 19, 20 der Batteriezellen 12 verbunden, welche die Minuspole ausbilden.

Die Stromschiene 13 bildet einen Zellhalter aus, der die Batteriezellen 12 in

unterschiedliche Richtungen mechanisch fixiert. Die Stromschiene 13 ist damit für die elektrische und die mechanische Verbindung der Batteriezellen 12 vorgesehen. Die als Zellhalter ausgebildete Stromschiene 13 weist mehrere, den Batteriezellen 12

zugewandte Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 auf. Jede der Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 fixiert die Batteriezellen 12 formschlüssig in eine Richtung.

Die dargestellte Stromschiene 13 weist die fünf in unterschiedliche Richtungen

orientierten Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 auf. Durch die fünf Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 sind die Batteriezellen 12 in fünf Richtungen formschlüssig fixiert. Die Stromschiene 13 ist lediglich an einer Seite geöffnet. Durch die fünf Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 weist die Stromschiene 13 eine Becherform auf, von welcher die Batteriezellen 12

aufgenommen werden. Die zwei Innenseiten 14, 15 fixieren die Batteriezellen 12 in Richtung parallel zu einer Längsrichtung 33. Die zwei Innenseiten 16, 17 fixieren die Batteriezellen 12 in Richtung parallel zu einer Querrichtung 34. Die fünfte Innenseite 18 fixiert die Batteriezellen 12 in Richtung parallel zu einer Hochrichtung 35.

Durch die Becherform sind die vier Innenseiten 14, 15, 16, 17 paarweise einander gegenüber liegend angeordnet. Die Batteriezellen 12 sind zwischen den vier Innenseiten 14, 15, 16, 17 angeordnet. Die vier Innenseiten 14, 15, 16, 17 bilden eine

Becherwandung aus. Die vier Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 weisen

Oberflächennormalen auf, welche im Wesentlichen parallel zu der Längsrichtung 33 und der Querrichtung 34 orientiert sind. Die Batteriezellen 12 sind in Form einer Stapelung für eine dichteste Kugelpackung nebeneinander angeordnet. Die Innenseiten 14, 15, 16, 17, welche die Batteriezellen 12 in die vier Richtungen fixieren, weisen eine an die Stapelung der Batteriezellen 12 angepasste Form auf. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel, in dem die Batteriezellen 12 als Rundzellen ausgebildet sind, sind die Innenseiten 14, 15, 16, 17 wellenförmig ausgebildet.

Die fünfte Innenseite 18 der Stromschiene 13 bildet einen Boden der Becherform aus. Die fünfte Innenseite 18 ist zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen 12 vorgesehen. Die als Boden ausgebildete Innenseite 18 ist im Wesentlichen eben. Die den Minuspol ausbildende Kontaktfläche 20 der Batteriezellen 12 ist fest, vorzugsweise stoffschlüssig, mit der Innenseite 18 der Stromschiene 13 verbunden. Bei einer Herstellung werden die Batteriezellen 12 auf die als Boden ausgebildete Innenseite 18 der Stromschiene 13 aufgesetzt und anschließend mit der Innenseite 18 verschweißt, beispielsweise durch Überlapp-Laserschweißung, einseitige Punktschweißung, Laserlötung oder ein anderes, dem Fachmann als sinnvoll erscheinendes Verfahren.

Die Stromschiene 13 ist einteilig ausgebildet. Vorzugsweise besteht die Stromschiene 13 aus einem Metall oder einer Metalllegieren, wie insbesondere Aluminium, einer

Aluminiumlegierung, Kupfer oder einer Kupferlegierung. Die als Zellhalter ausgebildete, einstückig ausgeführte Stromschiene 13 wird mittels eines Umformverfahrens hergestellt. Die Herstellung erfolgt vorzugsweise aus einem blechförmigen Rohmaterial in einem Tiefziehprozess oder durch Fließpressung aus barrenförmigen Rohlingen. Grundsätzlich ist auch denkbar, die Stromschiene 13 aus mehreren Bauteilen zusammenzufügen.

Vorzugsweise wird zumindest der Teil der Stromschiene 13, welcher die Batteriezellen 12 mechanisch fixiert, durch ein Umformverfahren eines Rohlings hergestellt. Das

dargestellte Zellmodul 10 weist insgesamt 29 Rundzellen auf, welche in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbunden sind. Der Zellblock 23 umfasst sechs

Zellmodule 10, welche in einer elektrischen Reihenschaltung miteinander verbunden sind. Die Stromschiene 13 besteht aus tiefgezogenem Kupferblech, wobei die den Boden ausbildende Innenseite 18 in Bereichen, die zur Verbindung mit den Kontaktflächen 20 der Batteriezellen 12 vorgesehen ist, mit Einprägungen versehen ist, welche eine spielfreie Anlage der Kontaktflächen 20 ermöglichen. Die Batteriezellen 12 sind durch eine Laser-Überlappschweißung an der Stromschiene 13 fixiert. Zusätzlich oder alternativ ist es auch denkbar, die Batteriezellen 12 formschlüssig zu fixieren, beispielsweise indem die durch die Innenseiten 14, 5, 16, 17 ausgebildete Becherwandung an einem oberen Rand nach innen umgebördelt wird. Außerdem können die Batteriezellen 12 durch eine Verklebung mit der Stromschiene 13 verbunden werden.

Das Zellmodul 10 weist eine elektrische Isolierung auf, die zur elektrischen Isolierung gegenüber dem benachbart angeordneten Zellmodul 10' vorgesehen ist. Die Isolierung trennt insbesondere die Stromschienen 13, 13' der benachbarten Zellmodule 10, 10' elektrisch voneinander, wenn die Zellmodule 10, 10' in dem Zellblock 23 mechanisch miteinander verbunden sind. Zur Ausbildung der Isolierung werden vorzugsweise dünne Kunststofffolien oder -platten zwischen die Zellmodule 10 eingelegt oder auf die

Stromschienen 13 der einzelnen Zellmodule 10 aufgeschoben. Alternativ ist es auch denkbar, die Isolierung auf die Stromschiene 13 aufzukleben oder die Stromschiene 13 an ihrer Außenseite mit Kunststoff zu beschichten. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Isolierung durch einen übergeschobenen Folienblister 36 aus Kunststoff ausgebildet.

Weiter weist das Zellmodul 10 eine Vergussmasse 22 auf, welche die Batteriezellen 12 mit der als Zellhalterung ausgebildeten Stromschiene 13 verbindet. Die Stromschiene 13 dient dabei als Vergussform. Bei einer Herstellung der Zellmodule 10 werden die

Batteriezellen 12 zunächst mit der Stromschiene 13 verbunden. Anschließend werden Hohlräume zwischen den Batteriezellen 12 und den Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 der Stromschiene 13 ausgegossen. Durch die Becherform bildet die Stromschiene 13 die Vergussform für die Vergussmasse aus.

Um zumindest teilweise als Vergussform zu dienen, muss die Stromschiene 13 zumindest die Innenseite 18, welche den Boden ausbildet, und die Innenseite 17, an die die

Kontaktzunge 21 angebunden ist, aufweisen. Weist die Stromschiene 13 nur einen Teil der dargestellten Innenseiten 14, 15, 16, 17, 18 aus, wird bei einer Herstellung das Zellmodul 10 in eine Gussform eingesetzt, welche die Batteriezellen 12 in Richtungen, in welche die Stromschiene 13 offen ist, begrenzt. Nach einem Aushärten der

Vergussmasse 22 weist ein so hergestelltes Zellmodul 10 Außenseiten auf, welche teilweise durch die Stromschiene 13 und teilweise durch die Vergussmasse 22

ausgebildet sind. Ist die Außenseite, welche der Kontaktzunge 21 gegenüberliegt, durch die Vergussmasse 22 ausgebildet, kann auf eine zusätzliche Isolierung verzichtet werden. In einem solchen Fall bildet die Vergussmasse 22 die elektrische Isolierung aus, die zur elektrischen Isolierung gegenüber dem benachbart angeordneten Zellmodul 10" vorgesehen ist.

Die Vergussmasse 22 bewirkt eine thermische Ankopplung der Batteriezellen 12 an die Stromleitschiene. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Batteriezellen 12 entlang der Querrichtung 34 zweireihig angeordnet. Jede der Batteriezellen 12 weißt dadurch eine ähnliche thermische Anbindung an die Stromschiene 13 auf. Die zweireihige sorgt für eine gleichmäßige Temperierung der Batteriezellen 12, die insbesondere für die Parallelschaltung vorteilhaft ist. Die Vergussmasse 22 weist vorzugsweise Beimischungen auf, welche eine erhöhte thermische Leitfähigkeit bewirken, wie beispielsweise Graphit.

Der Zellblock 23 weist ein Haltegestell 37, vorzugsweise aus Kunststoff, auf, in welches die Zellmodule 10 mit der Isolierung eingesetzt sind. Das Haltegestell 37 formt

Seitenkonturen der Zellmodule 10 ab und sichert diese damit gegen Verschiebung in der Längsrichtung 33 und der Querrichtung 34. Nachdem alle Zellmodule 10 des Zellblocks 23 in die Zellblockhalterung mit dem Haltegestell 37 eingesetzt sind, erfolgt die

elektrische Reihenschaltung der Zellmodule 10 durch die Verschweißung der

Kontaktzungen 21 mit den Kontaktflächen 20 der Batteriezellen 12 des jeweils

benachbarten Zellmoduls 10. Zur Fixierung der Zellmodule 10 in der Hochrichtung 35 weist der Zellblock 23 eine auf das Haltegestell 37 aufgesetzte Klemmplatte 38 auf. Die Klemmplatte 38 dient als ein Deckel für den Zellblock 23. Ist die Klemmplatte 38 montiert, wird der Zellblock 23 in dem Batteriegehäuse 27 fixiert, wodurch gleichzeitig eine

Fixierung der Zellmodule 10 in der Hochrichtung 35 nach unten vorgenommen wird. Das Batteriegehäuse 27 weist einen Gehäuseboden auf, dessen Innenseite beispielsweise mit einer aufgeklebten Kunststofffolie elektrisch isoliert ist. Ein zwischen einer Unterseite der Zellmodule 10 und der Isolationsfolie verbleibender, toleranzbedingter Spalt wird vorzugsweise mit einer wärmeleitfähigen Vergussmasse aufgefüllt, die vor dem Einbau des Zellblocks 23 auf die Isolationsfolie aufgestrichen wurde. Die fluiddurchströmte Wärmetauscherplatte 30 ist auf der Unterseite des Batteriegehäuses 27 angebracht und mit einer Isolationsplatte nach außen abgedeckt. Durch die außenliegende

Wärmetauscherplatte 30 kann ein Kurzschluss im Batterieinneren durch austretendes Kühlwasser, beispielsweise in einem Crashfall, verhindert werden.

Bezugszeichenliste

Zellmodul

' Zellmodul

Kraftf ah rzeug batterie

Batteriezelle

' Batteriezelle

Stromschiene

' Stromschienen

Innenseite

Kontaktfläche

' Kontaktflächen

Kontaktzunge

Vergussmasse

Zellblock

Elektromotor

Verbrennungsmotor

Antriebsräder

Batteriegehäuse

Elektronik

Temperiereinrichtung

Wärmetauscherplatte

Zellgehäuse

Mantelfläche

Längsrichtung

Querrichtung

Hochrichtung

Folienblister

Haltgestell

Klemmplatte

Claims

Patentansprüche

Zellmodul (10) für eine Kraftfahrzeugbatterie (1 1 ), mit einer Mehrzahl von

Batteriezellen (12), und mit einer Stromschiene (13), die die Batteriezellen (12) in einer elektrischen Parallelschaltung miteinander verbindet,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stromschiene (13) einen Zellhalter ausbildet, der die Batteriezellen (12) in zumindest zwei Richtungen mechanisch fixiert.

Zellmodul (10) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stromschiene (13) zumindest zwei unterschiedlich orientierte Innenseiten (14, 15, 16, 17, 18) aufweist, durch die die Batteriezellen (12) in den zumindest zwei Richtungen formschlüssig fixiert und/oder fixierbar sind.

Zellmodul (10) nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Innenseiten (14, 15, 16, 17) sich zumindest teilweise einander gegenüber liegen und die Batteriezellen (12) zwischen den Innenseiten (14, 15, 16, 17) angeordnet sind.

Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

eine der Innenseiten (18) der Stromschiene (13) einen Boden ausbildet, der zur elektrischen Kontaktierung der Batteriezellen (12) vorgesehen ist.

5. Zellmodul (10) nach Anspruch 4,

dadurch gekennzeichnet, dass

jede der Batteriezellen (12) eine elektrische Kontaktfläche (19, 20) aufweist, die mit der als Boden ausgebildeten Innenseite (18) der Stromschiene (13) fest verbunden sind.

6. Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Stromschiene (13) eine Kontaktzunge (21) aufweist, die zur elektrischen Kontaktierung von Batteriezellen (12') eines benachbart angeordneten Zellmoduls (10') vorgesehen ist.

7. Zellmodul (10) nach Anspruch 6,

gekennzeichnet durch

zumindest eine elektrische Isolierung, die zur elektrischen Isolierung gegenüber einem benachbart angeordneten Zellmodul (10') vorgesehen ist.

8. Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche

gekennzeichnet durch

eine Vergussmasse (22) zur Fixierung der Batteriezellen (12), für die die

Stromschiene (13) zumindest teilweise als Vergussform dient.

9. Zellblock (23) für eine Kraftfahrzeug batterie (11), insbesondere eine

Hochvoltbatterie, mit zumindest zwei Zellmodulen (10) nach einem der

vorhergehenden Ansprüche.

10. Verfahren zur Herstellung eines Zellmoduls (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass

die als Zellhalter ausgebildete, einstückig ausgeführte Stromschiene (13) mittels eines Umformverfahrens hergestellt wird.