WO2021239363A1 - Haltevorrichtung für batteriezellen - Google Patents

Haltevorrichtung für batteriezellen Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a holding device for battery cells, which are installed in large numbers to form a battery module of a high-voltage storage system, in particular for an electric vehicle or for a hybrid vehicle.
  • Storage batteries also known as batteries or accumulators, are known for providing electrical energy.
  • electrical energy with a comparatively high voltage of, for example, 400 V is required and the storage batteries used for this purpose are also referred to as high-voltage storage devices or drive batteries.
  • high-voltage storage devices are generally not constructed as monoblocks, but in a modular fashion from a large number of battery cells. This increases the freedom of design and enables the use of comparatively inexpensive standard cells, which can be mass-produced, instead of individual custom-made products.
  • the number of battery cells used is directly related to the range of the electric or hybrid vehicles. In practice, for example, round cells or prismatic battery cells are used as battery cells for high-voltage storage.
  • the high-voltage batteries are often installed in the area of the passenger cell or the trunk of a vehicle and take up considerable space. There is therefore a challenge for the accommodation of the To find a high-voltage storage system in such a way that passenger comfort and cargo space are restricted as little as possible. It is therefore desirable to use such spaces for accommodating the battery cells as far as possible that would otherwise have no further use and thereby achieve a high packing density of the battery cells.
  • a holding device is known, for example, from DE 102016206463 A1, which is formed in particular by a plastic frame for insertion into the spaces between the battery cells.
  • the object of the present invention is to create a holding device for battery cells which is reduced in terms of cost and space requirements.
  • the invention relates to a holding device for battery cells for building a high-voltage storage module that can be used for electrically powered motor vehicles, comprising an insulating plate provided with a recess pattern for each battery cell, the recess pattern having both positioning supports for the battery cell and flow joints for introducing an electrically insulating adhesive .
  • the invention is based on the following considerations:
  • Known holders for battery cells are mostly complex plug-in devices. If a module is constructed from a large number of battery cells, these must be protected from overheating using cooling plates. The battery cells must be electrically isolated from the cooling plates. According to the invention, an electrically insulating adhesive and a specially designed insulating plate are initially intended to be used as a “holder” in a simplified manner, with reliable positioning, in particular with respect to the vertical axis, being intended at the same time. Furthermore, a maximum possible adhesive force between the battery cells and the cooling plate must be established during the manufacturing process. The glue flow must be even and without air bubbles. Both the mechanical connection strength and the dissipation of heat should therefore be optimized.
  • the holding device therefore essentially comprises an insulating plate provided with a recess pattern for each battery cell, the recess pattern having both positioning supports for the battery cell and flow joints for the introduction of an adhesive.
  • the positioning supports prevent contact between the battery cell and the cooling plate and thus also have an electrically insulating effect.
  • the flow joints are designed in such a way that they at least allow the cavity to be completely filled with electrically insulating adhesive between the battery cell surface resting on the positioning support and the cooling plate.
  • the river joints also allow a lateral support, at least partially viewed in the vertical axis.
  • the use with round battery cells is particularly advantageous, but not limited to it.
  • FIG. 1 shows a plan view of the overall arrangement according to the invention with a held battery cell
  • FIG. 2 shows a cross section of FIG. 1 through the vertical axis (z-axis) at an angle of 120 ° (section AA) and 3 shows a plan view of the recess pattern according to the invention in the insulating plate without the battery cell.
  • FIG. 1 shows a battery cell 1 in an insulating plate 3 (detail) provided with a recess pattern.
  • FIG. 1 viewed from above, only the flow joints 4 for the introduction of an adhesive 6 (FIG. 2) can be seen.
  • Fig. 2 shows Fig. 1 viewed in section A-A.
  • the battery cell 1 rests on a positioning support 5 of the insulating mat 6 and is thus spaced from a cooling plate 2 provided below the insulating mat 3.
  • the positioning supports 5 is thus designed in such a way that contact between the battery cell 1 and the cooling plate 2 is prevented.
  • a flow joint 4 can also be seen, which is designed in such a way that it ensures at least a complete filling of the flea space between the battery cells 1 resting on the positioning supports 5 and the cooling plate 2 with adhesive 6.
  • the adhesive should be chosen to be electrically insulating.
  • the flow joints 4 are designed as evenly distributed recess knobs, so that the adhesive 6 can preferably emerge in a laterally supporting manner.
  • the positioning supports 5 are designed as evenly distributed depressions in the form of spacers in the insulating plate 3 (in one piece).
  • the number of flow joints 4 is preferably twice as large as the number of positioning supports 5.
  • Each positioning support 5 can be directly adjacent to every second flow joint 4.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Batteriezellen zum Aufbau eines für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge einsetzbaren Hochvoltspeicher-Moduls, die eine mit einem Ausnehmungsmuster für jede Batteriezelle versehene Isolierplatte umfasst, wobei das Ausnehmungsmuster sowohl Positionierstützen für die Batteriezelle als auch Flussfugen für das Einbringen einer elektrisch isolierenden Klebemasse aufweist.

Description

HALTEVORRICHTUNG FÜR BATTERIEZELLEN
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Batteriezellen, die in einer Vielzahl zu einem Batteriemodul eines Hochvoltspeichers insbesondere für ein Elektrofahrzeug oder für ein Hybridfahrzeug verbaut werden.
STAND DER TECHNIK
Zur Bereitstellung elektrischer Energie sind Speicherbatterien, auch als Batterien oder Akkus bezeichnet, bekannt. Zur Versorgung elektrischer Antriebe von Fahrzeugen wird elektrische Energie einer vergleichsweise hohen Spannung von beispielsweise 400 V benötigt und die hierfür verwendeten Speicherbatterien werden auch als Hochvoltspeicher oder Antriebsbatterien bezeichnet. Derartige Hochvoltspeicher sind heute im Allgemeinen nicht als Monoblocks, sondern modular aus einer Vielzahl von Batteriezellen aufgebaut. Dies erhöht die Gestaltungsfreiheit und ermöglicht die Verwendung vergleichsweise kostengünstiger Standardzellen, die als Massenprodukte hergestellt werden können, anstelle von individuellen Spezialanfertigungen. Die Anzahl der eingesetzten Batteriezellen steht in direktem Zusammenhang mit der Reichweite der Elektro- oder Hybridfahrzeuge. In der Praxis kommen als Batteriezellen für die Hochvoltspeicher beispielsweise Rundzellen oder prismatische Batteriezellen zum Einsatz.
Ferner werden die Hochvoltspeicher oft im Bereich der Fahrgastzelle oder des Kofferraums eines Fahrzeugs verbaut und nehmen beträchtlichen Raum ein. Es besteht daher eine Herausforderung darin, für die Unterbringung des Hochvoltspeichers eine Gestaltung derart zu finden, dass Fahrgastkomfort und Laderaum möglichst wenig eingeschränkt werden. Es ist daher anzustreben, möglichst derartige Räume zur Unterbringung der Batteriezellen zu verwenden, die sonst keine weitere Verwendung haben und dabei eine große Packungsdichte der Batteriezellen zu erreichen. Eine derartige Haltevorrichtung ist beispielweise aus der DE 102016206463 A1 bekannt, die insbesondere durch ein Kunststoffgerüst zum Einstecken in die Zwischenräume der Batteriezellen gebildet wird.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Haltevorrichtung für Batteriezellen zu schaffen, die hinsichtlich Kostenaufwand und Bauraumbedarf reduziert ist.
Die Erfindung wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen bilden die Gegenstände der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für Batteriezellen zum Aufbau eines für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge einsetzbaren Hochvoltspeicher- Moduls, die eine mit einem Ausnehmungsmuster für jede Batteriezelle versehene Isolierplatte umfasst, wobei das Ausnehmungsmuster sowohl Positionierstützen für die Batteriezelle als auch Flussfugen für das Einbringen einer elektrisch isolierenden Klebemasse aufweist.
Der Erfindung liegen folgende Überlegungen zugrunde:
Bekannte Halterungen für Batteriezellen sind meistens aufwändige Steckvorrichtungen. Bei einem Aufbau eines Moduls aus einer Vielzahl von Batteriezellen sind diese über Kühlplatten vor Überhitzung zu schützen. Dabei sind die Batteriezellen von den Kühlplatten elektrisch zu isolieren. Erfindungsgemäß soll zunächst vereinfachend ein elektrisch isolierender Kleber und eine besonders ausgestaltete Isolierplatte als „Halterung“ verwendet werden, wobei gleichzeitig eine zuverlässige Positionierung insbesondere bezüglich der Hochachse erfolgen soll. Weiterhin muss während des Herstellungsprozesses eine maximal mögliche Klebekraft zwischen den Batteriezellen und der Kühlplatte hergestellt werden. Der Kleberfluss muss gleichmäßig und ohne Luftblasen erfolgen. Es soll also sowohl die mechanische Verbindungsfestigkeit als auch die Ableitung von Wärme optimiert werden.
Daher umfasst die erfindungsgemäße Haltevorrichtung im Wesentlichen eine mit einem Ausnehmungsmuster für jede Batteriezelle versehene Isolierplatte, wobei das Ausnehmungsmuster sowohl Positionierstützen für die Batteriezelle als auch Flussfugen für das Einbringen eines Klebers aufweist. Die Positionierstützen verhindern einen Kontakt zwischen der Batteriezelle und der Kühlplatte und wirken damit auch elektrisch isolierend. Die Flussfugen sind derart ausgestaltet, dass sie zumindest ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraumes mit elektrisch isolierendem Kleber zwischen der auf der Positionierstütze aufliegenden Batteriezellen-Fläche und der Kühlplatte ermöglicht. Vorzugsweise ermöglichen die Flussfugen aber auch eine zumindest teilweise in Hochachse betrachtete seitliche Stütze. Dabei ist die Anwendung bei runden Batteriezellen besonders vorteilhaft, aber nicht darauf beschränkt.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben werden. Die Darstellung in den Figuren ist rein schematisch zu verstehen. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 eine Draufsicht auf die erfindungsgemäße Gesamtanordnung mit einer gehaltenen Batteriezelle,
Fig. 2 einen Querschnitt der Fig. 1 durch die Hochachse (z-Achse) im 120° Winkel (Schnitt A-A) und Fig. 3 eine Draufsicht auf das erfindungsgemäße Ausnehmungsmuster in der Isolierplatte ohne Batteriezelle.
Fig. 1 zeigt eine Batteriezelle 1 in einer mit einem Ausnehmungsmuster versehenen Isolierplatte 3 (Ausschnitt). In Fig. 1 sind von oben gesehen nur die Flussfugen 4 für das Einbringen einer Klebemasse 6 (Fig. 2) zu sehen.
Fig. 2 zeigt Fig. 1 im Schnitt A-A betrachtet. Die Batteriezelle 1 sitzt auf einer Positionierstütze 5 der Isoliermatte 6 auf und ist somit von einer unterhalb der Isoliermatte 3 vorgesehenen Kühlplatte 2 beabstandet. Die Positionierstützen 5 ist also derart ausgestaltet, dass ein Kontakt zwischen der Batteriezelle 1 und der Kühlplatte 2 verhindert wird.
In Fig. 2 ist zudem eine Flussfuge 4 zu sehen, die derart ausgestaltet ist, dass sie zumindest ein vollständiges Ausfüllen des Flohlraumes zwischen der auf den Positionierstützen 5 aufliegenden Batteriezellen 1 und der Kühlplatte 2 mit Klebemasse 6 sicherstellt. Die Klebemasse ist elektrisch isolierend zu wählen.
Fig. 3 zeigt alle Positionierstützen 5 (hier 3 bei einer Rundzellenform) und alle Flussfugen 4 (hier 6 bei einer Rundzellenform).
Die Flussfugen 4 sind als gleichmäßig verteilte Ausnehmungsnoppen ausgebildet, so dass vorzugsweise ein seitlich stützendes Austreten der Klebemasse 6 vorgenommen werden kann.
Die Positionierstützen 5 sind als gleichmäßig verteilte Vertiefungen in Form von Abstandshaltern in der Isolierplatte 3 (einstückig) ausgebildet.
Die Anzahl der Flussfugen 4 ist hier vorzugsweise doppelt so groß wie die Anzahl der Positionierstützen 5. Jede Positionierstütze 5 kann zu jeder zweiten Flussfuge 4 unmittelbar benachbart sein.

Claims

Patentansprüche
1. Haltevorrichtung für Batteriezellen zum Aufbau eines für elektrisch betriebene Kraftfahrzeuge einsetzbaren Hochvoltspeicher-Moduls umfassend eine mit einem Ausnehmungsmuster für jede Batteriezelle (1) versehene Isolierplatte (3), wobei das Ausnehmungsmuster sowohl Positionierstützen (5) für die Batteriezelle (1) als auch Flussfugen (4) für das Einbringen einer Klebemasse (6) aufweist.
2. Haltevorrichtung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstützen (5) derart ausgestaltet sind, dass ein Kontakt zwischen der Batteriezelle (1) und einer Kühlplatte (2) verhindert wird.
3. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussfugen (4) derart ausgestaltet sind, dass sie zumindest ein vollständiges Ausfüllen des Hohlraumes zwischen der auf den Positionierstützen (5) aufliegenden Batteriezellen (1) und der Kühlplatte (2) mit Klebemasse (6) sicherstellt.
4. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Flussfugen (4) als gleichmäßig verteilte Ausnehmungsnoppen ausgebildet sind.
5. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstützen (5) als gleichmäßig verteilte Vertiefungen in Form von Abstandshaltern in der Isolierplatte (3) ausgebildet sind.
6. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Flussfugen (4) ein Vielfaches der Anzahl der Positionierstützen (5) sind.
7. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierstützen (5) und die Flussfugen (4) jeweils in gleicher Anzahl abwechselnd im Ausnehmungsmuster angeordnet sind.
8. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede Positionierstütze (5) zu einer Flussfuge (4) unmittelbar benachbart ist.
9. Haltevorrichtung gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klebemasse (6) über die Flussfugen (4) mit einem zu einer seitlichen Stütze beitragenden Überschuss eingebracht ist.
10. Fahrzeug mit einem Hochvoltspeicher, der eine Haltevorrichtung für Batteriezellen nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist.
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