WO2019110216A1 - Batteriemodul für eine hochvoltbatterie eines kraftfahrzeugs, hochvoltbatterie sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Batteriemodul für eine hochvoltbatterie eines kraftfahrzeugs, hochvoltbatterie sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Tuncay Idikurt
Daniel Scherer
Johannes Thannheuser
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a battery module for a high-voltage battery of a motor vehicle having at least two battery cells, with two pressure plates, between which the battery cells are arranged, and with at least two tie rods, which are guided along opposite side regions of the at least two battery cells and which with the pressure plates under training a cell module frame surrounding the battery cells and pressing against each other the battery cells are connected.
  • the invention also relates to a high-voltage battery for a motor vehicle and a motor vehicle.
  • high-voltage batteries which serve, for example, for supplying energy to an electric drive machine of a motor vehicle designed as an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • high-voltage batteries usually comprise a multiplicity of prismatic battery cells connected to battery modules or cell packages.
  • the battery cells are usually controlled away and force monitored and clamped by a rotating cell module frame and kept in shape.
  • a cell module frame may for example be an aluminum frame, which is formed from two pressure plates and at least two tie rods and which is described for example in DE 10 2014 219 353 A1.
  • the prismatic battery cells are placed between the pressure plates and pressed together.
  • the tie rods are attached to the pressure plates to connect the pressure plates together and to maintain the compressed state.
  • a high-voltage insulation between the battery cells and the aluminum frame for example, by additional Kunststoffisolungsmäntel.
  • a low-voltage insulation between the individual battery cells can be realized for example via adhesive films made of plastic.
  • Such an arrangement of battery cells usually generates heat, which must be dissipated to avoid overheating of the battery module.
  • a cooling device for cooling the battery cells can be provided below the battery module.
  • an electrical high-voltage insulation necessary which can be realized for example by a further plastic film. From DE 10 2015 205 481 A1 it is known to provide at least that outer surface of a metallic cell housing of the battery cells with a UV-curable lacquer, which faces the cooling device. This paint, through which the plastic film can be omitted, also causes a high thermal conductivity between the battery module and the cooling device and thus a reliable heat dissipation.
  • a battery module according to the invention for a high-voltage battery of a motor vehicle has at least two battery cells, two pressure plates, between which the battery cells are arranged, and at least two tie rods, which are guided along opposite side regions of the at least two battery cells and which with the pressure plates to form a surrounding the battery cells and the battery cells are connected to each other pressing cell module frame on.
  • the tie rods are integrally connected by means of an adhesive bond with the respective side regions of the battery cells.
  • the high-voltage battery is in particular a traction battery for providing electrical energy for an electrically driven motor vehicle.
  • the high-voltage battery may have a plurality of interconnected battery modules.
  • Each battery module has in particular a plurality of, for example, serially connected, battery cells.
  • the battery cells are in particular prismatic battery cells, which have a parallelepiped-shaped cell housing.
  • the cell housing of the battery cells in this case has an underside, an upper side, a front side, a rear side and two side areas. By forming a cuboidal cell stack, a front side of the cell housing of a battery cell is arranged in each case on the rear side of the cell housing of a further battery cell.
  • the battery cells are thus stacked or lined up one behind the other, wherein a front side of the cell stack is formed by the front side of the cell housing of a first battery cell in the cell stack and a back of the cell stack by the back of the cell housing of a last battery cell in the cell stack.
  • the side portions of the cell cases of the stacked battery cells form opposite side portions of the cell stack, the upper sides of the cell cases of the stacked battery cells form an upper side of the cell stack, and the lower sides of the cell cases of the stacked battery cells form an underside of the cell stack.
  • the battery cells have, in particular, a cell connection pair with a positive cell connection and a negative cell connection at the top side of the respective cell housing.
  • a Zellffyiersystem which is placed for example on top of the cell stack and which has electrical connection elements for connecting the cell terminals or cell terminals of adjacent battery cells, the battery cells can be interconnected.
  • a first pressure plate is arranged on the front side of the cell stack and a second pressure plate is arranged on the rear side of the cell stack opposite the front side.
  • the printing plates are pressed together so that the battery cells are pressed together.
  • the compression plates compressing the battery cells are connected to each other via the respective tie rods, so that the battery cells remain in the compressed state or the cell stack is kept in shape.
  • the tie rods are also glued to the opposite side regions of the cell stack and thus connected to the cell stack cohesively.
  • the adhesive bond for the material-locking connection of the tie rod to the cell stack comprises a polyurethane adhesive and / or an epoxy adhesive and / or an acrylic adhesive.
  • the mechanical stabilization of the battery module provided by the cell module frame is advantageously further increased by the additional adhesion of the tie rods to the cell stack.
  • at least partially bonded cell module frame can thus advantageously a Deformation of the cell housing of the battery cells during operation of the high-voltage battery can be prevented.
  • the pressure plates are additionally integrally connected by means of the adhesive connection with the battery cell adjacent to the respective pressure plate.
  • the first pressure plate is thus at the front of the cell stack and the second pressure plate is glued to the back of the cell stack.
  • Connecting points between the printing plates and the tie rods, ie corners of the rectangular cell module frame are, for example, welded and / or glued.
  • the battery cells have a metallic cell housing, which is at least partially coated with an electrically insulating paint.
  • the electrically insulating lacquer is in particular a UV curable lacquer.
  • an isolation of the metallic cell housing can be achieved so that, for example, the battery cells adjacent to one another in the cell stack, the battery cells and the pressure plates and the battery cells and the tie rods can be arranged adjacent to one another without a further physical isolation element.
  • a particularly weight-saving and space-optimized battery module can be provided.
  • the undersides of the battery cells for connecting the lower sides are completely coated with a metallic radiator with the paint.
  • the undersides are materially connected via a further adhesive bond with the metallic radiator for cooling the battery module, wherein the further adhesive bond for thermal coupling between the battery module and the radiator comprises a thermally conductive material.
  • the cooler may be formed of a good thermal conductivity, metallic material, such as aluminum.
  • the underside of the cell stack is coated with the electrically insulating lacquer, so that the cell stack can be connected directly to the radiator without any further objective insulation element between the cell stack and the radiator.
  • the paint and the other, thermally conductive adhesive bond between the paint and the cooler in particular cause a high thermal conductivity, so that the waste heat generated during operation of the battery cells can be particularly reliably led to the radiator.
  • a U-shaped area of a rectangular front side and / or rear side of the respective cell housing is coated with the lacquer, wherein the U-shaped area is formed by edge areas of the front side and / or rear side adjacent to edges of the right-hand upper side.
  • the paint is therefore only partially arranged on the front and / or back of the cell housing.
  • the edge region of two short sides of the front side and / or rear side adjoining the side regions of the cell housing and an edge region of a long side of the front side and / or rear side adjoining the underside of the cell housing are coated with the lacquer.
  • An edge region of a long side of the front side and / or rear side adjoining the upper side of the cell housing is not coated, at least in regions, with the lacquer. So it is the painting of the bottom and the side portions of the cell housing of the battery cells partially pulled over the edge and thus runs on the front and / or the back.
  • an electrically insulating film for example a self-adhesive plastic film, can be arranged between the front side of a battery cell and the rear side of a battery cell adjacent thereto.
  • the invention also relates to a high-voltage battery for a motor vehicle with at least one battery module according to the invention or an embodiment thereof.
  • the high-voltage battery is in particular a traction battery for providing electrical energy for an electric drive of the motor vehicle.
  • a motor vehicle according to the invention comprises a high-voltage battery according to the invention.
  • the motor vehicle is designed in particular as an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • FIGURE is a schematic exploded view of an embodiment of a battery module according to the invention.
  • the FIG. Shows a battery module 1 for a high-voltage battery, not shown here, of a motor vehicle likewise not shown here.
  • the high-voltage battery can, for example, provide electrical energy for driving the motor vehicle designed as an electric vehicle or hybrid vehicle.
  • the battery module 1 has a multiplicity of battery cells 2, which are stacked on one another to form a cell stack 3 or arranged one behind the other.
  • Each battery cell 2 has a flat cuboid, metallic cell housing 4 with a front side 5, a rear side 6, an upper side 7, a lower side 8 and two opposite side regions 9, 10.
  • a front side 5 of the cell housing 4 of a battery cell 2 is respectively arranged on the rear side 6 of the cell housing 4 of another battery cell 2.
  • the front side 5 of the cell housing 4 of a first battery cell 2 in the cell stack 3 forms a front side 1 1 of the cell stack 3
  • the rear side 6 of the cell housing 4 of a last battery cell 2 in the cell stack 3 forms a rear side 12 of the cell stack 3.
  • the tops 7 of the cell housing 4 form a top 13 of the cell stack 3 and the bottom 8 of the Cellular housings 4 form an underside 14 of the cell stack 3.
  • First side regions 9 of the cell casings 4 form a first side region 15 of the cell stack 3
  • second side regions 10 form a second side region 16 of the cell stack 3 opposite the first side region 15.
  • the battery module 1 has a first, front-side pressure plate 17, which is arranged on the front side 1 1 of the cell stack 3, and a second, rear-side pressure plate 18, which is arranged on the back 12 of the cell stack 3.
  • the pressure plates 17, 18 are pressed together and connected by tie rods 19, 20 with each other.
  • the pressure plates 17, 18 and the tie rods 19, 20 are glued or welded at their respective joints.
  • the pressure plates 17, 18 and the tie rods 19, 20 thereby form a cell module frame, through which the battery cells 2 are pressed against each other and the cell stack 3 is kept in shape.
  • a first tie rod 19 is adhesively bonded to the first side region 15 of the cell stack 3 via an adhesive bond 21, and a second tie rod 20 is adhesively bonded via the adhesive bond 21 to the second side region 16 of the cell stack 3. Due to the adhesive bonds 21 between the tie rods 19, 20 and the cell stack 3, the battery module 1 has a particularly high mechanical stability. Also, the pressure plates 17, 18 by means of an adhesive bond with the front side 11 and the back 12 of the cell stack 3 can be materially connected. Thus, the entire cell module frame is adhesively connected by means of the adhesive connection 21 with the cell stack 3.
  • the adhesive joint 21 may comprise an epoxy adhesive, a polyurethane adhesive or an acrylic adhesive.
  • the battery module 1 here also has a cooler 22, which is designed to cool the cell stack 3.
  • the cooler 22 is arranged on the underside 14 of the cell stack 3.
  • the cooler 22 has, in particular, a metallic, highly thermally conductive material, for example aluminum.
  • at least the underside 8 of the cell housing 4 is coated with an electrically insulating, UV-curable lacquer 23. Due to the isolation provided by the lacquer 23, it is possible to dispense with further objective insulation components between the cell stack 3 and the cooler 22.
  • the underside 15 of the cell stack 3 and the cooler 22 may be materially connected to each other via a further, thermally highly conductive adhesive bond.
  • the lacquer 23 can be arranged on the front sides 5 and / or the rear sides 6 of the cell housing 4 in a U-shaped region 24.
  • both the front sides 5 and the rear sides 6 of the cell housings 4 of the battery cells 2 are coated with the lacquer 23 only in the U-shaped area 24.
  • To produce the electrical insulation is between adjacent battery cells 2 and between the battery cells 2 and the respective pressure plates 17, 18 each have an insulating layer 25, for example, an insulating plastic film which is connected via adhesive strips 26 to the cell housings 4 and the pressure plates 17, 18, arranged.
  • the insulating layer 25 between the battery cells 2 can be omitted.
  • the battery cells 2 have respective cell terminals 27, 28.
  • a first cell connection 27, for example a positive cell terminal a battery cell 2 with a second cell connection 28, for example a negative cell terminal, of a previous battery cell 2 in the cell stack 3 is electrically connected.
  • a cell contacting system 29 can be placed on the upper side 13 of the cell stack 3, which has electrical connection elements.
  • a cover 30 can be set to cover the battery module 1.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Batteriezellen (2), mit zwei Druckplatten (17, 18), zwischen welchen die Batteriezellen (2) angeordnet sind, und mit zumindest zwei Zugankern (19, 20), welche entlang von gegenüberliegenden Seitenbereichen (9, 10) der zumindest zwei Batteriezellen (2) geführt sind und welche mit den Druckplatten (17, 18) unter Ausbildung eines die Batteriezellen (2) umgebenden und die Batteriezellen (2) aneinanderpressenden Zellmodulrahmens verbunden sind, wobei die Zuganker (19, 20) mittels einer Klebeverbindung (21) mit den jeweiligen Seitenbereichen (9, 10) der Batteriezellen (2) stoffschlüssig verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug.

Description

Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs, Hochvoltbatterie sowie Kraftfahrzeug
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Batteriezellen, mit zwei Druckplatten, zwischen welchen die Batteriezellen angeordnet sind, und mit zumindest zwei Zugankern, welche entlang von gegenüberliegenden Seitenbereichen der zumindest zwei Batteriezellen geführt sind und welche mit den Druckplatten unter Ausbildung eines die Batteriezellen umgebenden und die Batteriezellen aneinanderpressenden Zellmodulrahmens verbunden sind. Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug.
Vorliegend richtet sich das Interesse auf Hochvoltbatterien, welche beispielsweise zur Energieversorgung einer elektrischen Antriebmaschine eines als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs dienen. Solche Hochvoltbatterien umfassen üblicherweise eine Vielzahl von zu Batteriemodulen bzw. Zellpaketen verschalteten, prismatischen Batteriezellen. Bei der Herstellung des Batteriemoduls werden die Batteriezellen üblicherweise weggesteuert und kraftüberwacht verpresst und durch einen umlaufenden Zellmodulrahmen verspannt und in Form gehalten. Ein solcher Zellmodulrahmen kann beispielsweise ein Aluminiumrahmen sein, welcher aus zwei Druckplatten sowie zumindest zwei Zugankern gebildet ist und welcher beispielsweise in der DE 10 2014 219 353 A1 beschrieben ist. Dabei werden die prismatischen Batteriezellen zwischen den Druckplatten angeordnet und zusammengepresst. An den Druckplatten werden die Zuganker befestigt, um die Druckplatten miteinander zu verbinden und um den zusammengepressten Zustand aufrechtzuerhalten. Eine Hochvoltisolation zwischen den Batteriezellen und dem Aluminiumrahmen erfolgt beispielsweise durch zusätzliche Kunststoffisolationsmäntel. Eine Niedervoltisolierung zwischen den einzelnen Batteriezellen kann beispielsweise über Klebefolien aus Kunststoff realisiert werden. Eine derartige Anordnung von Batteriezellen erzeugt üblicherweise Wärme, welche zum Vermeiden einer Überhitzung des Batteriemoduls abgeführt werden muss. Dazu kann unterhalb des Batteriemoduls eine Kühleinrichtung zum Kühlen der Batteriezellen vorgesehen sein. Zwischen dem Batteriemodul und der Kühleinrichtung ist ebenfalls eine elektrische Hochvoltisolation notwendig, welche beispielsweise durch eine weitere Kunststofffolie realisiert werden kann. Aus der DE 10 2015 205 481 A1 ist es bekannt, zumindest diejenige Außenfläche eines metallischen Zellgehäuses der Batteriezellen mit einem UV-Strahlung aushärtbaren Lack zu versehen, welche der Kühleinrichtung zugewandt ist. Dieser Lack, durch welchen die Kunststofffolie entfallen kann, bewirkt außerdem eine hohe Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Batteriemodul und der Kühleinrichtung und damit eine zuverlässige Wärmeabfuhr.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein hinsichtlich der mechanischen Stabilität und der elektrischen Isolierung optimiertes Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Batteriemodul, eine Hochvoltbatterie sowie ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung sowie der Figur.
Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs weist zumindest zwei Batteriezellen, zwei Druckplatten, zwischen welchen die Batteriezellen angeordnet sind, und zumindest zwei Zuganker, welche entlang von gegenüberliegenden Seitenbereichen der zumindest zwei Batteriezellen geführt sind und welche mit den Druckplatten unter Ausbildung eines die Batteriezellen umgebenden und die Batteriezellen aneinanderpressenden Zellmodulrahmens verbunden sind, auf. Darüber hinaus sind die Zuganker mittels einer Klebeverbindung mit den jeweiligen Seitenbereichen der Batteriezellen stoffschlüssig verbunden.
Die Hochvoltbatterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie für ein elektrisch antreibbares Kraftfahrzeug. Dazu kann die Hochvoltbatterie mehrere zusammengeschaltete Batteriemodule aufweisen. Jedes Batteriemodul weist insbesondere eine Vielzahl von, beispielsweise seriell, verschalteten Batteriezellen auf. Die Batteriezellen sind insbesondere prismatische Batteriezellen, welche ein quaderförmiges Zellgehäuse in Flachbauweise aufweisen. Das Zellgehäuse der Batteriezellen weist dabei eine Unterseite, eine Oberseite, eine Frontseite, eine Rückseite sowie zwei Seitenbereiche auf. Unter Ausbildung eines quaderförmigen Zellstapels wird jeweils eine Frontseite des Zellgehäuses einer Batteriezelle an der Rückseite des Zellgehäuses einer weiteren Batteriezelle angeordnet. Die Batteriezellen werden also gestapelt bzw. hintereinander aufgereiht, wobei eine Frontseite des Zellstapels durch die Frontseite des Zellgehäuses einer ersten Batteriezelle in dem Zellstapel und eine Rückseite des Zellstapels durch die Rückseite des Zellgehäuses einer letzten Batteriezelle in dem Zellstapel gebildet wird. Die Seitenbereiche der Zellgehäuse der gestapelten Batteriezellen bilden einander gegenüberliegende Seitenbereiche des Zellstapels aus, die Oberseiten der Zellgehäuse der aneinander gestapelten Batteriezellen bilden eine Oberseite des Zellstapels aus und die Unterseiten der Zellgehäuse der aneinander gestapelten Batteriezellen bilden eine Unterseite des Zellstapels aus. Die Batteriezellen weisen an der Oberseite des jeweiligen Zellgehäuses insbesondere ein Zellanschlusspaar mit einem positiven Zellanschluss und einem negativen Zellanschluss auf. Über ein Zellkontaktiersystem, welches beispielsweise auf die Oberseite des Zellstapels aufgesetzt wird und welches elektrische Verbindungselemente zum Verbinden der Zellanschlüsse bzw. Zellterminals benachbarter Batteriezellen aufweist, können die Batteriezellen miteinander verschaltet werden.
An der Frontseite des Zellstapels wird eine erste Druckplatte angeordnet und an der der Frontseite gegenüberliegenden Rückseite des Zellstapels wird eine zweite Druckplatte angeordnet. Die Druckplatten werden zusammengepresst, sodass die Batteriezellen aneinander gepresst werden. Die die Batteriezellen zusammenpressenden Druckplatten werden über die jeweiligen Zuganker miteinander verbunden, sodass die Batteriezellen in dem zusammengepressten Zustand verbleiben bzw. der Zellstapel in Form gehalten wird. Dabei werden die Zuganker außerdem an die einander gegenüberliegenden Seitenbereiche des Zellstapels angeklebt und somit mit dem Zellstapel stoffschlüssig verbunden. Insbesondere umfasst die Klebeverbindung zum stoffschlüssigen Verbinden des Zugankers mit dem Zellstapel einen Polyurethanklebstoff und/oder einen Epoxidklebstoff und/oder einen Acrylklebstoff. Die durch den Zellmodulrahmen bereitgestellte mechanische Stabilisierung des Batteriemoduls wird durch das zusätzliche Ankleben der Zuganker an den Zellstapel in vorteilhafter Weise weiter erhöht. Durch den zumindest bereichsweise verklebten Zellmodulrahmen kann somit in vorteilhafter Weise eine Verformung der Zellgehäuse der Batteriezellen im Betrieb der Hochvoltbatterie verhindert werden.
Vorzugsweise sind zusätzlich die Druckplatten mittels der Klebeverbindung mit der an die jeweilige Druckplatte angrenzenden Batteriezelle stoffschlüssig verbunden. Die erste Druckplatte ist also an die Frontseite des Zellstapels und die zweite Druckplatte ist an die Rückseite des Zellstapels geklebt. Verbindungsstellen zwischen den Druckplatten und den Zugankern, also Ecken des rechteckförmigen Zellmodulrahmens, werden beispielsweise verschweißt und/oder verklebt. Durch das stoffschlüssige Verbinden des gesamten Zellmodulrahmens mit dem Zellstapel über die Klebeverbindung kann ein mechanisch besonders stabiles Batteriemodul bereitgestellt werden.
Dabei kann vorgesehen sein, dass die Batteriezellen ein metallisches Zellgehäuse aufweisen, welches zumindest bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Lack beschichtet ist. Der elektrisch isolierende Lack ist insbesondere ein durch UV- Strahlung aushärtbarer Lack. Durch den elektrisch isolierenden Lack kann eine Isolation des metallischen Zellgehäuses erreicht werden, sodass beispielsweise die in dem Zellstapel benachbarten Batteriezellen, die Batteriezellen und die Druckplatten sowie die Batteriezellen und die Zuganker ohne ein weiteres gegenständliches Isolationselement angrenzend aneinander angeordnet werden können. Dadurch kann ein besonders gewichtssparendes und bauraumoptimiertes Batteriemodul bereitgestellt werden.
Es erweist sich als vorteilhaft, wenn zumindest Unterseiten der Batteriezellen zum Verbinden der Unterseiten mit einem metallischen Kühler vollständig mit dem Lack beschichtet sind. Insbesondere sind die Unterseiten über eine weitere Klebeverbindung mit dem metallischen Kühler zum Kühlen des Batteriemoduls stoffschlüssig verbunden, wobei die weitere Klebeverbindung zur thermischen Kopplung zwischen dem Batteriemodul und dem Kühler ein wärmeleitfähiges Material aufweist. Der Kühler kann aus einem gut wärmeleitfähigen, metallischen Material, beispielsweise Aluminium, ausgebildet sein. Dabei wird die Unterseite des Zellstapels mit dem elektrisch isolierenden Lack beschichtet, sodass der Zellstapel direkt, ohne ein weiteres gegenständliches Isolationselement zwischen dem Zellstapel und dem Kühler, mit dem Kühler verbunden werden kann. Der Lack sowie die weitere, thermisch leitfähige Klebeverbindung zwischen dem Lack und dem Kühler bewirken insbesondere eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass die im Betrieb der Batteriezellen erzeugte Abwärme besonders zuverlässig an den Kühler angeführt werden kann.
Besonders bevorzugt ist ein U-förmiger Bereich einer rechteckförmigen Frontseite und/oder Rückseite der jeweiligen Zellgehäuse mit dem Lack beschichtet, wobei der U- förmige Bereich durch an Ränder der rechtförmigen Oberseite angrenzende Randbereiche der Frontseite und/oder Rückseite ausgebildet ist. Der Lack ist also nur bereichsweise auf der Frontseite und/oder Rückseite der Zellgehäuse angeordnet. Dabei ist insbesondere der Randbereich von zwei, an die Seitenbereiche der Zellgehäuse angrenzenden Kurzseiten der Frontseite und/oder Rückseite sowie ein Randbereich einer an die Unterseite der Zellgehäuse angrenzende Langseite der Frontseite und/oder Rückseite mit dem Lack beschichtet. Ein Randbereich einer an die Oberseite der Zellgehäuse angrenzenden Langseite der Frontseite und/oder Rückseite ist zumindest bereichsweise nicht mit dem Lack beschichtet. Es ist also die Lackierung der Unterseite und der Seitenbereiche der Zellgehäuse der Batteriezellen teilweise über den Rand hinausgezogen und läuft somit an der Frontseite und/oder der Rückseite aus. Im Falle, dass die Frontseite und die Rückseite in dem U-förmigen Bereich mit dem Lack beschichtet sind, kann zwischen der Frontseite einer Batteriezelle und der Rückseite einer daran angrenzenden Batteriezelle eine elektrisch isolierende Folie, beispielsweise eine selbstklebende Kunststofffolie, angeordnet werden. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass beispielsweise nur die Frontseiten der Zellgehäuse in dem U-förmigen Bereich mit dem Lack beschichtet sind, während hingegen die Rückseiten der Zellgehäuse vollständig mit dem Lack beschichtet sind. So kann beim Aneinanderreihen der Batteriezellen, bei welchen die teilweise beschichtete Frontseite auf eine vollständig beschichtete Rückseite trifft, auf ein gegenständliches Isolationselement zwischen den Batteriezellen verzichtet werden. Dadurch können in vorteilhafter Weise Fertigungs-, Montage- und Materialkosten gesenkt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem eine Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem erfindungsgemäßen Batteriemodul oder einer Ausführungsform davon. Die Hochvoltbatterie ist insbesondere eine Traktionsbatterie zum Bereitstellen von elektrischer Energie für einen elektrischen Antrieb des Kraftfahrzeugs. Ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug umfasst eine erfindungsgemäße Hochvoltbatterie. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere als ein Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Batteriemodul vorgestellten Ausführungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Hochvoltbatterie sowie für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der Figur und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.
Es zeigt die einzige Fig. eine schematische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.
Die Fig. zeigt ein Batteriemodul 1 für eine hier nicht dargestellte Hochvoltbatterie eines hier ebenfalls nicht dargestellten Kraftfahrzeugs. Die Hochvoltbatterie kann beispielsweise elektrische Energie für einen Antrieb des als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildeten Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das Batteriemodul 1 weist eine Vielzahl von Batteriezellen 2 auf, welche unter Ausbildung eines Zellstapels 3 aneinander gestapelt bzw. hintereinander gereiht werden. Jede Batteriezelle 2 weist ein flachquaderförmiges, metallisches Zellgehäuse 4 mit einer Frontseite 5, einer Rückseite 6, einer Oberseite 7, einer Unterseite 8 und zwei einander gegenüberliegenden Seitenbereichen 9, 10 auf. Zum Ausbilden des Zellstapels 3 wird jeweils eine Frontseite 5 des Zellgehäuses 4 einer Batteriezelle 2 an der Rückseite 6 des Zellgehäuses 4 einer anderen Batteriezelle 2 angeordnet. Die Frontseite 5 des Zellgehäuses 4 einer ersten Batteriezelle 2 in dem Zellstapel 3 bildet eine Frontseite 1 1 des Zellstapels 3 und die Rückseite 6 des Zellgehäuses 4 einer letzten Batteriezelle 2 in dem Zellstapel 3 bildet eine Rückseite 12 des Zellstapels 3. Die Oberseiten 7 der Zellgehäuse 4 bilden eine Oberseite 13 des Zellstapels 3 und die Unterseiten 8 der Zellgehäuse 4 bilden eine Unterseite 14 des Zellstapels 3. Erste Seitenbereiche 9 der Zellgehäuse 4 bilden einen ersten Seitenbereich 15 des Zellstapels 3 und zweite Seitenbereiche 10 bilden einen dem ersten Seitenbereich 15 gegenüberliegenden zweiten Seitenbereich 16 des Zellstapels 3.
Außerdem weist das Batteriemodul 1 eine erste, frontseitige Druckplatte 17 auf, welche an der Frontseite 1 1 des Zellstapels 3 angeordnet wird, und eine zweite, rückseitige Druckplatte 18 auf, welche an der Rückseite 12 des Zellstapels 3 angeordnet wird. Die Druckplatten 17, 18 werden zusammengepresst und über Zuganker 19, 20 miteinander verbunden. Beispielsweise können die Druckplatten 17, 18 und die Zuganker 19, 20 an ihren jeweiligen Verbindungsstellen verklebt oder verschweißt werden. Die Druckplatten 17, 18 und die Zuganker 19, 20 bilden dabei einen Zellmodulrahmen aus, durch welchen die Batteriezellen 2 aneinander gepresst werden und der Zellstapel 3 in Form gehalten wird. Ein erster Zuganker 19 wird dabei über eine Klebeverbindung 21 stoffschlüssig mit dem ersten Seitenbereich 15 des Zellstapels 3 verbunden und ein zweiter Zuganker 20 wird über die Klebeverbindung 21 stoffschlüssig mit dem zweiten Seitenbereich 16 des Zellstapels 3 verbunden. Durch die Klebeverbindungen 21 zwischen den Zugankern 19, 20 und dem Zellstapel 3 weist das Batteriemodul 1 eine besonders hohe mechanische Stabilität auf. Auch können die Druckplatten 17, 18 mittels einer Klebeverbindung mit der Frontseite 11 und der Rückseite 12 des Zellstapels 3 stoffschlüssig verbunden sein. Somit ist der gesamte Zellmodulrahmen mittels der Klebeverbindung 21 mit dem Zellstapel 3 stoffschlüssig verbunden. Die Klebeverbindung 21 kann einen Epoxidklebstoff, einen Polyurethanklebstoff oder einen Acrylklebstoff aufweisen.
Das Batteriemodul 1 weist hier außerdem einen Kühler 22 auf, welcher zum Kühlen des Zellstapels 3 ausgelegt ist. Dazu wird der Kühler 22 an der Unterseite 14 des Zellstapels 3 angeordnet. Der Kühler 22 weist insbesondere ein metallisches, gut wärmeleitfähiges Material, beispielsweise Aluminium, auf. Zur elektrischen Isolierung zwischen dem Kühler 22 und den Batteriezellen 2 ist zumindest die Unterseite 8 der Zellgehäuse 4 mit einen elektrisch isolierenden, UV-aushärtbarem Lack 23 beschichtet. Aufgrund der durch den Lack 23 bereitgestellten Isolierung kann auf weitere gegenständliche Isolationskomponenten zwischen dem Zellstapel 3 und dem Kühler 22 verzichtet werden. Zum Befestigen des Kühlers 22 an dem Zellstapel 3 können die Unterseite 15 des Zellstapels 3 und der Kühler 22 über eine weitere, thermisch gut leitfähige Klebeverbindung stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Der Lack 23 kann dabei an den Frontseiten 5 und/oder den Rückseiten 6 der Zellgehäuse 4 in einem U-förmigen Bereich 24 angeordnet sein. Vorliegend sind sowohl die Frontseiten 5 als auch die Rückseiten 6 der Zellgehäuse 4 der Batteriezellen 2 lediglich in dem U-förmigen Bereich 24 mit dem Lack 23 beschichtet. Zum Herstellen der elektrischen Isolierung ist zwischen benachbarten Batteriezellen 2 sowie zwischen den Batteriezellen 2 und den jeweiligen Druckplatten 17, 18 jeweils eine Isolierschicht 25, beispielsweise eine isolierende Kunststofffolie, welche über Klebestreifen 26 mit den Zellgehäusen 4 bzw. den Druckplatten 17, 18 verbunden ist, angeordnet. Es kann aber auch sein, dass nur die Frontseite 5 der Zellgehäuse 4 in dem U-förmigen Bereich 24 mit Lack 23 beschichtet sind, während hingegen die Rückseiten 6 vollständig mit dem Lack 23 beschichtet sind. In diesem Fall kann die Isolierschicht 25 zwischen den Batteriezellen 2 entfallen.
An der Oberseite 7 weisen die Batteriezellen 2 jeweilige Zellanschlüsse 27, 28 auf. Zum seriellen Verschalten der Batteriezellen 2 wird jeweils ein erster Zellanschluss 27, beispielsweise ein positives Zellterminal, einer Batteriezelle 2 mit einem zweiten Zellanschluss 28, beispielsweise einem negativen Zellterminal, einer vorherigen Batteriezelle 2 in dem Zellstapel 3 elektrisch verbunden. Zum Herstellen der elektrischen Verbindung kann ein Zellkontaktiersystem 29 auf die Oberseite 13 des Zellstapels 3 gesetzt werden, welches elektrische Verbindungselemente aufweist. Auf das Zellkontaktiersystem 29 kann ein Abdeckelement 30 zum Abdecken des Batteriemoduls 1 gesetzt werden.
Bezugszeichenliste
1 Batteriemodul
2 Batteriezelle
3 Zellstapel
4 Zellgehäuse
5 Frontseite des Zellgehäuses
6 Rückseite des Zellgehäuses
7 Oberseite des Zellgehäuses
8 Unterseite des Zellgehäuses
9 erster Seitenbereich des Zellgehäuses
10 zweiter Seitenbereich des Zellgehäuses 1 1 Frontseite des Zellstapels
12 Rückseite des Zellstapels
13 Oberseite des Zellstapels
14 Unterseite des Zellstapels
15 erster Seitenbereich des Zellstapels
16 zweiter Seitenbereich des Zellstapels
17 erste Druckplatte
18 zweite Druckplatte
19 erster Zuganker
20 zweiter Zuganker
21 Klebeverbindung
22 Kühler
23 Lack
24 U-förmiger Bereich
25 Isolierschicht
26 Klebestreifen
27 erster Zellanschluss
28 zweiter Zellanschluss
29 Zellkontaktiersystem
30 Abdeckelement

Claims

Patentansprüche
1. Batteriemodul (1 ) für eine Hochvoltbatterie eines Kraftfahrzeugs mit zumindest zwei Batteriezellen (2), mit zwei Druckplatten (17, 18), zwischen welchen die Batteriezellen (2) angeordnet sind, und mit zumindest zwei Zugankern (19, 20), welche entlang von gegenüberliegenden Seitenbereichen (9, 10) der zumindest zwei Batteriezellen (2) geführt sind und welche mit den Druckplatten (17, 18) unter Ausbildung eines die Batteriezellen (2) umgebenden und die Batteriezellen (2) aneinanderpressenden Zellmodulrahmens verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Zuganker (19, 20) mittels einer Klebeverbindung (21 ) mit den jeweiligen Seitenbereichen (9, 10) der Batteriezellen (2) stoffschlüssig verbunden sind.
2. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
zusätzlich die Druckplatten (17, 18) mittels der Klebeverbindung (21 ) mit der an die jeweilige Druckplatte (17, 18) angrenzenden Batteriezelle (2) stoffschlüssig verbunden sind.
3. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Klebeverbindung (21 ) einen Polyurethanklebstoff und/oder einen
Epoxidklebstoff und/oder einen Acrylklebstoff umfasst.
4. Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriezellen (2) ein metallisches Zellgehäuse (4) aufweisen, welches zumindest bereichsweise mit einem elektrisch isolierenden Lack (23) beschichtet ist.
5. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest Unterseiten (8) der Batteriezellen (2) zum Verbinden der Unterseiten (8) mit einem metallischen Kühler (22) vollständig mit dem Lack (23) beschichtet sind.
6. Batteriemodul (1 ) nach Anspruch 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Unterseiten (8) über eine weitere Klebeverbindung mit dem metallischen Kühler zum Kühlen des Batteriemoduls (1 ) stoffschlüssig verbunden sind, wobei die weitere Klebeverbindung zur thermischen Kopplung zwischen dem
Batteriemodul (1 ) und dem Kühler ein wärmeleitfähiges Material aufweist.
7. Batteriemodul (1 ) nach einem Ansprüche 4 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein U-förmiger Bereich (24) einer rechteckförmigen Frontseite (5) und/oder Rückseite (6) der jeweiligen Zellgehäuse (2) mit dem Lack (23) beschichtet ist, wobei der U-förmige Bereich (24) durch an Ränder der rechtförmigen Frontseite (5) und/oder Rückseite (6) angrenzende Randbereiche der Frontseite (5) und/oder Rückseite (6) ausgebildet ist.
8. Hochvoltbatterie für ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
9. Kraftfahrzeug mit einer Hochvoltbatterie nach Anspruch 8.
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