WO2021254845A1 - Batteriemodul, verfahren zur herstellung eines solchen und verwendung eines solchen - Google Patents

Batteriemodul, verfahren zur herstellung eines solchen und verwendung eines solchen Download PDF

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WO2021254845A1
WO2021254845A1 PCT/EP2021/065472 EP2021065472W WO2021254845A1 WO 2021254845 A1 WO2021254845 A1 WO 2021254845A1 EP 2021065472 W EP2021065472 W EP 2021065472W WO 2021254845 A1 WO2021254845 A1 WO 2021254845A1
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battery cells
base body
housing element
battery module
battery
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PCT/EP2021/065472
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Andy Tiefenbach
Andreas Gleiter
Daniel Manka
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/643—Cylindrical cells
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    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention is based on a battery module with a plurality of cylindrically designed battery cells according to the preamble of the independent claim.
  • the present invention also relates to a method for producing such a battery module and the use of such a battery module.
  • battery modules can consist of a plurality of individual battery cells, which can be connected to one another in series and / or parallel in an electrically conductive manner, so that the individual battery cells are interconnected to form the battery module.
  • battery modules are interconnected to form batteries or entire battery systems.
  • comparably light and preferably scalable battery systems are to be designed.
  • a large number of comparably small and usually cylindrical battery cells can be interconnected to form the battery module or the battery.
  • battery cells During operation, due to their electrical internal resistance, battery cells generate heat when a current flows; ability to provide. Lithium-ion battery cells, for example, may only be operated in certain, limited temperature windows, since otherwise there is a risk of battery cell failures that are critical to safety.
  • battery modules in electrically powered vehicles are passively cooled, since active cooling is often not feasible for reasons of space and cost. Particularly in comparably warm countries with ambient temperatures that can often be above 30 ° C, this can severely limit the availability of the battery modules and thus also of the electrically powered vehicle.
  • recharging the individual battery cells of the battery modules after a journey can be comparably difficult under certain circumstances and longer waiting times may be necessary before the charging process can be started.
  • the publications EP 3472877 A1 and US 2014/0234668 each open a battery module with a plurality of battery cells.
  • a battery module with a plurality of cylindrically designed battery cells with the features of the independent claim offers the advantage that a reliable design of a passive temperature control of the plurality of cylindrically designed battery cells can be made available.
  • a battery module with a plurality of cylindrically shaped battery cells is made available.
  • the battery cells are designed as lithium-ion battery cells.
  • the battery module comprises a first housing element which has a plurality of cylindrical first receptacles. A first plurality of battery cells is received in the first recording, which are electrically conductively connected in series and / or in parallel with one another.
  • the battery module comprises a second housing element which has a plurality of cylindrically designed second receptacles.
  • a second plurality of battery cells is included, which are electrically conductively connected in series and / or in parallel with one another.
  • the first housing element comprises a first base body on which the first receptacles are arranged
  • the second housing element comprises a second base body on which the second receptacles are arranged.
  • the first base body and the second base body are connected to one another to form a receiving space.
  • Cell connectors are arranged in the receiving space to form an electrically conductive serial and / or parallel connection of the first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells.
  • An embodiment of the battery module according to the invention offers the particular advantage that the cylindrically designed battery cells can be received directly by the first housing element or the second housing element and thus, for example, additional cell holder elements can be dispensed with.
  • the first housing element and the second housing element can in particular also be referred to as half-shells of a housing of the battery module, which together form the housing.
  • cylindrical battery cells can also be referred to as round cells.
  • Cylindrical battery cells essentially have a cylindrical jacket surface with a circular cross-sectional area, which is closed off on its two opposite sides by a circular base or cover surface.
  • the cylindrical battery cells which, for example, do not have a casing made of plastic and which, for example, comprise an electrically conductive housing made of a metallic material, each round cells of the type 18650 or type 21700, which have a diameter of approx mm and a height of approx. 65 mm or a diameter of approx. 21 mm and a height of approx. 70 mm.
  • the housing of the cylindrically designed battery cells is usually negatively charged and forms the negative voltage from the respective battery cell.
  • the positive voltage tap of the battery cell is arranged on a cover surface, which is electrically isolated from the housing and thus the negative voltage tap.
  • an electrical interconnection of the first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells can be formed, in which case the cell connectors can be arranged within the first base body or the second base body.
  • a control device of the battery module such as, for example, a battery management system, can also be accommodated in the accommodation space.
  • Cylindrical recordings are hollow bodies at this point, which are at least partially covered by a cylindrical outer surface with a circular transverse cutting area are limited. Furthermore, the cylindrical receptacles have a bottom surface which also limits the cylindrical receptacle on a bottom side if. On the side opposite the bottom side, the cylindrical hollow body has an opening through which a battery cell can be inserted into the receptacle. At this point it should be noted that the battery cells can be accommodated directly in the respective receptacle, for example without the arrangement of an insulating layer, such as air.
  • An arrangement of a receptacle on a base body of a housing element should be understood to mean that the receptacle is, for example, integrally connected to the base body, the base body having an opening which corresponds to the opening of the cylindrical hollow body of the receptacle.
  • a battery cell can thus be inserted into the respective receptacle through the opening in the base body or the opening in the receptacle.
  • The, for example, circular cross-sectional area of a battery cell is preferably arranged in direct contact with the respective circular cross-sectional area of the cylindrical hollow body of the receptacle.
  • a material connection between the housing of the respective battery cell and the receptacle is particularly advantageous. This material connection of this type can be implemented, for example, by adhesives or pastes and can form an optimal thermal connection between the respective battery cell and the respective receptacle.
  • the first base body and the second base body are positively connected to one another.
  • Such connec tions can be formed in a particularly simple manner.
  • the first base body and the second base body can be non-positively and, in particular, non-positively and positively connected to one another.
  • such a connection can be formed by means of screwing.
  • materially connect the first base body and the second base body can be formed, for example, by means of plastic welding of the polymeric materials.
  • the first base body and the second base body are particularly preferably connected to one another by means of a folded seam connection.
  • the folded seam connection is formed circumferentially over the entire connection between the first base body and the second base body.
  • the first base body can have a first rebate element and the second base body can have a second rebate element, which can be positively or positively and non-positively connected by means of a corresponding rebate connection.
  • the first folding element can be inserted into the second folding element to form a folding connection.
  • the first folding element and / or the second folding element can furthermore be deformed after insertion.
  • first rebate element and / or the second rebate element could for this purpose comprise a corresponding sealing element in order to be able to increase the tightness even further.
  • the sealing element can be integrated into the folding element.
  • such a folded joint can simultaneously also form at least one guide rail which is designed to accommodate the battery module in a vehicle.
  • a comparably simple introduction of the battery into a vehicle can be made available, the folded seam connection still being able to provide a reliable fixation of the battery in the vehicle.
  • the battery of a vehicle can thus be changed in a simple manner.
  • a handle or a handle can be integrated into the folded joint.
  • the handle or the handle can also be designed as a holding band or a carrying strap.
  • the seam connection can also be designed so that a handle or a handle can be plugged in a simple way or that a holding band or a strap can be arranged in a simple manner. In particular, the tightness is not impaired.
  • the battery module comprises an electrical connection.
  • the electrical connection is integrated in the first base body and / or in the second base body.
  • the first connection is designed to tap a voltage from the battery module or to be able to electrically charge the plurality of battery cells.
  • the battery module particularly preferably comprises two electrical connections, such as, for example, a positive electrical connection and a negative electrical connection.
  • the electrical connection or the electrical connections are each designed as a plug connection.
  • the advantage of a plug connection is a particularly simple connection.
  • the electrical connection can preferably be integrated into the folded seam connection in such a way that the folded seam connection is designed with a larger width at the point of the electrical connection.
  • the electrical connection is arranged on one side of the first base body and / or the second base body, which side is arranged perpendicular to a folded joint in the form of a guide rail. This enables a particularly reliable connection to the vehicle to be formed.
  • each first receptacle of the first housing element and of each second receptacle of the second housing element is arranged so that temperature control fluid can flow around it.
  • the temperature control fluid is preferably a temperature control gas, such as air.
  • a temperature control gas such as air.
  • a further compensating material can advantageously be arranged between a cylindrical jacket surface of a first receptacle of the first housing element and a cylindrical jacket surface of a second receptacle of the second housing element.
  • the battery cells could therefore also be temperature-controlled exclusively via the circular bottom surface of the respective receptacle will.
  • the temperature control could be via the circular bottom surface of the respective receptacle instead of, for example, additional temperature control via the respective cylindrical outer surfaces.
  • first housing element and the second housing element are formed from a polymer material.
  • the polymeric material can be selected as a polyamide (PA), such as PA 66. This makes it possible to minimize the weight of the battery module and at the same time to provide sufficient mechanical strength.
  • PA polyamide
  • the first housing element and the second housing element can comprise glass fibers, which can for example be embedded in the polymeric material.
  • the first housing element and the second housing element, in particular the plurality of first receptacles and the plurality of second receptacles preferably have a wall thickness less than 2 mm and in particular 1 mm.
  • the weight of the battery module can thus be reduced with sufficient mechanical strength at the same time in such a way that reliable temperature control of the plurality of cylindrically designed battery cells is also possible.
  • the first housing element and the second housing element can be formed inexpensively by un ferent manufacturing technologies, such as deep drawing.
  • first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells are arranged directly opposite one another.
  • the cylindrical battery cells each have a longitudinal direction, the longitudinal directions of the first plurality of battery cells and the longitudinal direction of the second plurality of battery cells being arranged parallel to one another.
  • the longitudinal direction of the first plurality of battery cells and the longitudinal direction of the second plurality of battery cells are also arranged parallel to one another.
  • the first housing element and the second housing element are also arranged directly opposite one another.
  • the present invention also relates to the use of a battery module according to the invention just described in a light electric vehicle (light electric vehicle; LEV).
  • LEV light electric vehicle
  • a method for producing a battery module just described with a plurality of cylindrically shaped battery cells, in particular special lithium-ion battery cells is the subject of the present invention.
  • a reliable thermal cooling of the plurality of battery cells can be made available by means of an embodiment of a battery module according to the invention with a plurality of cylindrical battery cells.
  • the battery module can be used worldwide in almost all markets and in almost all environmental conditions.
  • the battery module is easily scalable. Overall, an easy-to-manufacture battery module that is optimized in terms of weight and installation space can be made available.
  • Figure 1 shows an embodiment of the invention of a battery module in a perspective view
  • Figure 2 is a schematic side view of an embodiment of a battery module according to the invention in an exploded view and development
  • Figure 3 shows another embodiment of the invention of a battery riemoduls with a handle in a perspective view.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a battery module according to the invention
  • the battery module 1 comprises a plurality of the cylindrically designed battery cells 2, which cannot be seen in FIG. 1, which are designed in particular as lithium-ion battery cells 20.
  • the battery module 1 has a first housing element 31 and a second housing element 32.
  • the first housing element 31 and the second housing element 32 are made of a polymer material, such as a polyamide.
  • the first housing element 31 has a plurality of cylindrically formed first receptacles 41 and the second housing element 32 has a plurality of cylindrically formed second receptacles 42.
  • Each first receptacle 41 of the first housing element 31 comprises a cylindrically designed jacket surface 91, all of which are arranged so that temperature control fluid can flow around them.
  • Every second receptacle 42 of the second housing element ments 32 comprises a cylindrically designed jacket surface 92, all of which are arranged so that temperature control fluid can flow around them.
  • cylindrical outer surfaces 91 of the first receptacles 41 and the cylindrically shaped outer surfaces 92 of the second receptacles 42 are preferably arranged so that temperature control fluid can flow around them completely, but at least partially.
  • cylindrical outer surfaces 91 or cylindrical outer surfaces 92 can touch one another.
  • the first receptacles 41 take a first plurality 21 of Batteriezel len 2, which are electrically connected in series and / or in parallel with one another.
  • the second receptacles 42 hold a second plurality 22 of battery cells 2, which are electrically connected in series and / or in parallel with one another.
  • the battery cells 2 can be connected in parallel to one another along the longer sides.
  • the serial connection can be made along a shorter side.
  • the first housing element 31 furthermore comprises a first base body
  • the second housing element 32 furthermore comprises a second base body
  • first base body 31 and / or the second base body 32 essentially have a cuboid basic shape.
  • the first base body 51 and the second base body 52 are connected to one another to form a receiving space 6 which cannot be seen in FIG.
  • the first base body 31 and the second base body 32 are connected to one another in a form-fitting manner by means of a folded seam connection 8.
  • the rabbet connection 8 is arranged circumferentially on the connection between the first base body 31 and the second base body 32 and seals the battery module 1 from the surroundings of the battery module 1.
  • Cell connectors 7, which also cannot be seen in FIG. 1 are arranged in the receiving space 6.
  • the cell connectors 7 electrically connect the first plurality 21 of battery cells 2 and the second plurality 22 of battery cells 22 to one another in series and / or in parallel.
  • FIG. 2 shows schematically in a side view an embodiment of a battery module 1 according to the invention in an exploded view.
  • first housing element 31 and the second housing element 32 with the first receptacles 41 and the second receptacles 42 as well as the first base body 31 and the second base body 32 can be seen.
  • first base body 51 and the second base body 52 are not yet connected to one another by means of a form-fitting connection, such as a folded seam connection 8, for example.
  • FIG. 2 schematically shows cell connectors 7 which interconnect the first plurality 21 of battery cells 2 or the second plurality 22 of battery cells 2 in an electrically conductive manner in series and / or in parallel.
  • the first base body 51 and the second base body 52 are connected to one another to form a receiving space 6 in which the cell connectors 7 are received.
  • first housing element 31 and / or the second housing element 32 can include guide pins 70 which can serve to position the first housing element 31 or the second housing element 32 or the cell connector 7.
  • FIG. 3 shows an embodiment according to the invention of a battery module 1 with a handle 11 in a perspective view.
  • the embodiment of the battery module 1 shown in FIG. 3 differs from the embodiment shown in FIG. 1 in particular in that the battery module 1 comprises a handle 11 which is inserted into the folded joint fertil 8 is integrated between the first base body 51 and the second base body 52.
  • the battery module 1 also has a guide rail 12 which is formed by the folded seam connection 8.
  • the guide plane 12 is arranged on a side which is arranged perpendicular to the side on which the handle 11 is arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen (2) und einem ersten Gehäuseelement (31) mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten ersten Aufnahmen (41), in welchen eine erste Mehrzahl (21) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist und einem zweiten Gehäuseelement (32) mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen (42), in welchen eine zweite Mehrzahl (22) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist, wobei das erste Gehäuseelement (31) einen ersten Grundkörper (51) aufweist, an welchem die ersten Aufnahmen (41) angeordnet sind und das zweite Gehäuseelement (32) einen zweiten Grundkörper (52) aufweist, an welchen die zweiten Aufnahmen (42) angeordnet sind, wobei der erste Grundkörper (51) und der zweite Grundkörper (52) unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes (6), in welchem Zellverbinder (7) zu einer elektrisch seriellen und/oder parallelen Verschaltung der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und der zweiten Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) aufgenommen sind, miteinander verbunden sind.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriemodul, Verfahren zur Herstellung eines solchen und Verwendung eines solchen
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Batteriemodul mit einer Mehrzahl an zylind risch ausgebildeten Batteriezellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriemoduls und die Verwendung eines solchen Batteriemo duls.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Batteriemodule aus einer Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen bestehen können, welche seriell und/oder parallel elektrisch leitend miteinander verschaltet sein können, so dass die einzelnen Bat teriezellen zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet sind.
Weiterhin werden solche Batteriemodule zu Batterien bzw. zu gesamten Batte riesystemen zusammengeschaltet.
Insbesondere für leichte elektrisch angetriebene Fahrzeuge, zu Englisch auch als light electric vehicle (LEV) bekannt, sind vergleichbar leichte und bevorzugt ska lierbare Batteriesysteme auszubilden. Dabei kann eine Vielzahl an vergleichbar kleinen und üblicherweise zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen zu dem Batte riemodul bzw. auch zu der Batterie zusammengeschaltet werden.
Batteriezellen erzeugen während eines Betriebes aufgrund ihres elektrischen In nerwiderstandes bei einem Stromfluss Wärme, welche abzuführen ist, um Schä digungen der Batteriezellen zu verhindern und auch um eine optimale Leistungs- fähigkeit zur Verfügung stellen zu können. Lithium-Ionen-Batteriezellen dürfen beispielsweise nur in bestimmten, begrenzten Temperaturfenstern betrieben werden, da ansonsten sicherheitskritische Ausfälle der Batteriezellen drohen. Typischerweise sind Batteriemodule in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen passiv gekühlt, da eine aktive Kühlung oft aus Platz- und Kostengründen nicht darstellbar ist. Besonders in vergleichbar warmen Ländern mit Umgebungstem peraturen, die häufig über 30 °C liegen können, kann hierdurch die Verfügbarkeit der Batteriemodule und somit auch des elektrisch angetriebenen Fahrzeuges massiv eingeschränkt sein. Insbesondere das Wiederaufladen der einzelnen Bat teriezellen der Batteriemodule im Anschluss an eine Fahrt gestaltet sich unter Umständen vergleichbar schwierig und längere Wartezeiten könnten nötig sein, bevor der Ladeprozess gestartet werden darf. Beispielsweise die Druckschriften EP 3472877 Al und US 2014/0234668 offen baren jeweils ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen.
Offenbarung der Erfindung
Ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass eine zuverlässige Ausbildung einer passiven Temperierung der Mehrzahl an zylind risch ausgebildeten Batteriezellen zur Verfügung gestellt werden kann.
Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Bat teriezellen zur Verfügung gestellt. Insbesondere sind die Batteriezellen dabei als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet.
Das Batteriemodul umfasst ein erstes Gehäuseelement, welches eine Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten ersten Aufnahmen aufweist. In den ersten Aufnah men ist dabei eine erste Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen, welche elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
Das Batteriemodul umfasst ein zweites Gehäuseelement, welches eine Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen aufweist. In den zweiten Auf nahmen ist dabei eine zweite Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen, welche elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
Weiterhin umfasst das erste Gehäuseelement einen ersten Grundkörper, an wel chem die ersten Aufnahmen angeordnet sind und umfasst das zweite Gehäusee lement einen zweiten Grundkörper, an welchem die zweiten Aufnahmen ange ordnet sind.
Der erste Grundkörper und der zweite Grundkörper sind dabei unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes miteinander verbunden. In dem Aufnahmeraum sind da bei Zellverbinder zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Ver schaltung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen angeordnet.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch an gegebenen Vorrichtung möglich. Eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Batteriemoduls bietet den beson deren Vorteil, dass die zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen unmittelbar durch das erste Gehäuseelement bzw. das zweite Gehäuseelement aufgenommen werden können und dadurch beispielsweise auf zusätzliche Zellhalterelemente verzichtet werden kann. An dieser Stelle sei bemerkt, dass das erste Gehäusee lement und das zweite Gehäuseelement insbesondere auch als Halbschalen ei nes Gehäuses des Batteriemoduls bezeichnet sein können, die gemeinsam das Gehäuse ausbilden.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass zylindrische Batteriezellen auch als Rund zellen bezeichnet sein können. Zylindrische Batteriezellen weisen Im Wesentli chen eine zylindrische Mantelfläche mit einer kreisrunden Querschnittsfläche auf, welche an ihren beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils von einer kreisrunden Boden- bzw. Deckelfläche abgeschlossen ist. Besonders bevorzugt sind die zy lindrischen Batteriezellen, welche bspw. keine aus Kunststoff ausgebildete Um mantelung aufweisen und welche bspw. ein elektrisch leitfähig ausgebildetes Gehäuse aus einem metallischen Werkstoff umfassen, jeweils Rundzellen vom Typ 18650 bzw. Typ 21700, welche einen Durchmesser von ca. 18 mm und eine Höhe von ca. 65 mm bzw. einen Durchmesser von ca. 21 mm und eine Höhe von ca. 70 mm aufweisen. Das Gehäuse der zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen ist dabei üblicherweise negativ geladen und bildet den negativen Spannungsab griff der jeweiligen Batteriezelle aus. Weiterhin ist an einer Deckelfläche der posi tive Spannungsabgriff der Batteriezelle angeordnet, welcher gegen das Gehäuse und damit den negativen Spannungsabgriff elektrisch isoliert ist.
Insgesamt kann dabei eine elektrische Verschaltung der ersten Mehrzahl an Bat teriezellen und der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet werden, wo bei die Zellverbinder innerhalb des ersten Grundkörpers bzw. des zweiten Grundkörpers angeordnet sein können. Weiterhin kann in dem Aufnahmeraum auch eine Steuerungseinrichtung des Batteriemoduls, wie bspw. ein Batteriema nagementsystem, aufgenommen sein.
Zylindrische Aufnahmen sind an dieser Stelle jeweils Hohlkörper, welche zumin dest teilweise durch eine zylindrische Mantelfläche mit einer kreisrunden Quer- schnittsfläche begrenzt sind. Weiterhin weisen die zylindrischen Aufnahmen eine Bodenfläche auf, welche die zylindrische Aufnahme an einer Bodenseite eben falls begrenzt. An der der Bodenseite gegenüberliegenden Seite weist der zylind rische Hohlkörper eine Öffnung auf, durch welche eine Batteriezelle in die Auf nahme eingesetzt werden kann. An dieser Stelle sei dabei bemerkt, dass die Bat teriezellen unmittelbar, wie beispielsweise ohne die Anordnung einer isolierenden Schicht, wie auch z.B. Luft, in der jeweiligen Aufnahme aufgenommen werden können.
In einer Aufnahme ist dabei insbesondere jeweils genau eine Batteriezelle auf genommen.
Unter einer Anordnung einer Aufnahme an einem Grundkörper eines Gehäusee lements soll verstanden sein, dass die Aufnahme bspw. mit dem Grundkörper einteilig verbunden ausgebildet ist, wobei der Grundkörper eine Öffnung auf weist, welche der Öffnung des zylindrischen Hohlkörpers der Aufnahme ent spricht. Damit kann eine Batteriezelle durch die Öffnung des Grundkörpers bzw. der Öffnung der Aufnahme in die jeweilige Aufnahme eingesetzt werden. Die bspw. kreisrunde Querschnittsfläche einer Batteriezelle ist dabei bevorzugt in di rektem Kontakt mit der jeweiligen kreisrunden Querschnittsfläche des zylindri schen Hohlkörpers der Aufnahme angeordnet. Besonders vorteilhaft ist zudem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Gehäuse der jeweiligen Batterie zelle und der Aufnahme ausgebildet. Diese solche stoffschlüssige Verbindung ist bspw. durch Adhäsive oder Pasten realisierbar und kann eine optimale thermi sche Anbindung zwischen der jeweiligen Batteriezelle und der jeweiligen Auf nahme ausbilden.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung sind der erste Grundkörper und der zweite Grundkörper formschlüssig miteinander verbunden. Solche Verbin dungen können auf besonders einfache Weise ausgebildet werden. Selbstver ständlich ist es auch möglich, dass der erste Grundkörper und der zweite Grund körper kraftschlüssig und insbesondere kraft- und formschlüssig miteinander ver bunden sind. Beispielsweise kann eine solche Verbindung mittels Schraubens ausgebildet werden. Es ist auch möglich, den ersten Grundkörper und den zwei ten Grundkörper stoffschlüssig miteinander zu verbinden. Eine solche stoff- schlüssige Verbindung kann beispielsweise mittels Kunststoffschweißens der po lymeren Werkstoffe ausgebildet werden.
Besonders bevorzugt sind der erste Grundkörper und der zweite Grundkörper mittels einer Falzverbindung miteinander verbunden. Insbesondere ist dabei be vorzugt, wenn die Falzverbindung umlaufend über die gesamte Verbindung zwi schen dem ersten Grundkörper und dem zweiten Grundkörper ausgebildet ist. Dazu kann beispielsweise der erste Grundkörper ein erstes Falzelement aufwei sen und der zweite Grundkörper kann ein zweites Falzelement aufweisen, wel che mittels einer entsprechenden Falzverbindung formschlüssig oder form- und kraftschlüssig verbunden werden können. Dazu kann zur Ausbildung einer Falz verbindung beispielsweise das erste Falzelement in das zweite Falzelement ein gesteckt werden. Zur Ausbildung einer besonders zuverlässigen Verbindung kann weiterhin das erste Falzelement und/oder das zweite Falzelement nach dem Einstecken verformt werden.
Insgesamt ist es dadurch möglich, eine dicht ausgebildete Verbindung zwischen dem ersten Gehäuseelement und dem zweiten Gehäuseelement auszubilden, welche zum Beispiel auch entsprechende Normen hinsichtlich einer Dichtheit er füllen kann. Insbesondere könnten dazu das erste Falzelement und/oder das zweite Falzelement ein entsprechendes Dichtelement umfassen, um die Dichtheit noch weiter erhöhen zu können. Bspw. kann das Dichtelement in das Falzele ment integriert sein.
Besonders bevorzugt kann eine solche Falzverbindung gleichzeitig auch zumin dest eine Führungsschiene ausbilden, welche dazu ausgebildet ist, das Batte riemodul in einem Fahrzeug aufzunehmen. Dadurch kann eine vergleichbar ein fache Einführung der Batterie in ein Fahrzeug zur Verfügung gestellt werden, wobei die Falzverbindung weiterhin eine zuverlässige Fixierung der Batterie in dem Fahrzeug zur Verfügung stellen kann. Insgesamt kann die Batterie eines Fahrzeuges somit auf einfache Weise gewechselt werden.
Ferner ist es auch möglich, dass in die Falzverbindung ein Haltegriff bzw. ein Tragegriff integriert ist. Der Haltegriff bzw. der Tragegriff kann auch als ein Halte band bzw. ein Trageband ausgebildet sein. Auch kann die Falzverbindung bei- spielsweise so ausgebildet werden, dass auf einfache Weise ein Haltegriff bzw. ein Tragegriff angesteckt werden kann oder dass auf einfache Weise ein Halte band bzw. ein Trageband angeordnet werden kann. Insbesondere wird dabei die Dichtheit nicht beeinträchtigt.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung, umfasst das Batteriemodul ei nen elektrischen Anschluss. Der elektrische Anschluss ist dabei in den ersten Grundkörper und/oder in den zweiten Grundkörper integriert. Insbesondere ist der erste Anschluss dazu ausgebildet, eine Spannung von dem Batteriemodul abzugreifen oder die Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch laden zu können. Be sonders bevorzugt umfasst das Batteriemodul zwei elektrische Anschlüsse, wie beispielsweise einen positiven elektrischen Anschluss und einen negativen elektrischen Anschluss. Insbesondere ist der elektrische Anschluss bzw. sind die elektrischen Anschlüsse jeweils als Steckverbindung ausgebildet. Dadurch ist es insgesamt möglich, das Batteriemodul elektrisch beispielsweise an ein Fahrzeug anzubinden. Der Vorteil einer Steckverbindung besteht in einer besonders einfa chen Anbindung. An dieser Stelle sei weiterhin angemerkt, dass der elektrische Anschluss bevorzugt in der Art in die Falzverbindung integriert sein kann, dass die Falzverbindung an der Stelle des elektrischen Anschlusses mit einer größe ren Breite ausgeführt ist.
Besonders bevorzugt ist der elektrische Anschluss an einer Seite des ersten Grundkörpers und/oder des zweiten Grundkörpers angeordnet, welche senkrecht zu einer als Führungsschiene ausgebildeten Falzverbindung angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders zuverlässige Anbindung an das Fahrzeug ausge bildet werden.
Vorteilhafterweiße ist die zylindrische Mantelfläche einer jeden ersten Aufnahme des ersten Gehäuseelements und einer jeden zweiten Aufnahme des zweiten Gehäuseelements von Temperierfluid umströmbar angeordnet. Das Temperier fluids ist dabei bevorzugt ein Temperiergas, wie beispielsweise Luft. Mit anderen Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die einem Innenraum der Aufnahme, in welchem die jeweilige Batteriezelle aufgenommen ist, gegenüberliegend ange ordnete Außenseite der Aufnahme unmittelbar benachbart zu einer Umgebung angeordnet ist. Dadurch kann insgesamt jede Batteriezelle passiv gekühlt wer- den, da das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement über eine vergleichbar große Oberfläche verfügen. Besonders bevorzugt können dadurch auch mittig angeordnete Batteriezellen zuverlässig temperiert werden.
Vorteilhafterweise kann zwischen einer zylindrischen Mantelfläche einer ersten Aufnahme des ersten Gehäuseelements und einer zylindrischen Mantelfläche ei ner zweiten Aufnahme des zweiten Gehäuseelements eine weiteres Ausgleichs material angeordnet sein. Bei Anwendungsformen mit geringeren thermischen Anforderungen bspw. aufgrund vergleichbar großer Temperaturgradienten zwi schen der Batteriezelle und der Umgebung, aufgrund von geringen elektrischen Strömen oder aufgrund der Verwendung von Batteriezellen mit geringem Innen widerstand könnten die Batteriezellen somit auch ausschließlich über die kreis runde Bodenfläche der jeweiligen Aufnahme temperiert werden. Mit anderen Worten ausgedrückt, könnte die Temperierung also über die kreisrunde Boden fläche der jeweiligen Aufnahme anstelle einer bspw. zusätzlichen Temperierung über die jeweiligen zylindrischen Mantelflächen. Dazu könnten Freiräume zwi schen den zylindrischen Mantelflächen der jeweiligen Aufnahme mit einem weite ren Ausgleichsmaterial Werkstoff aufgefüllt sein. Dadurch ergeben sich Möglich keiten das Modul mechanisch äußerst robust auszuführen, vereinfacht zu ferti gen und den Abstand zwischen zwei Aufnahmen weiter zu reduzieren.
Es ist zweckmäßig, wenn das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäusee lement aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet sind. Beispielsweise kann der polymere Werkstoff ausgewählt sein als ein Polyamid (PA), wie beispielswei se PA 66. Dadurch ist es möglich, das Gewicht des Batteriemoduls zu minimie ren und gleichzeitig eine ausreichende mechanische Festigkeit zur Verfügung zu stellen. Weiterhin können das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäusee lement Glasfasern umfassen, welche beispielsweise in den polymeren Werkstoff eingebettet sein können. Bevorzugt weisen das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement, insbesondere die Mehrzahl an ersten Aufnahmen und die Mehrzahl an zweiten Aufnahmen, eine Wandstärke kleiner als 2 mm und ins besondere von 1 mm auf. Somit kann das Gewicht des Batteriemoduls bei einer gleichzeitig ausreichenden mechanischen Festigkeit in der Art reduziert werden, dass weiterhin auch eine zuverlässige Temperierung der Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen möglich ist. Das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement können durch un terschiedliche Fertigungstechnologien, wie beispielsweise Tiefziehen, kosten günstig ausgebildet werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die erste Mehrzahl an Batteriezellen und die zweite Mehrzahl an Batteriezellen unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind. Darunter soll verstanden werden, dass die zylindrisch ausgebildeten Batte riezellen jeweils eine Längsrichtung aufweisen, wobei die Längsrichtungen der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und die Längsrichtung der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen parallel zueinander angeordnet sind. Weiterhin sind auch die Längsrichtung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und die Längsrichtung der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen parallel zueinander angeordnet. Insbesonde re sind dabei auch das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement unmittelbar gegenüberliegend angeordnet. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt weiterhin darin, dass dadurch neben einem geringen Bauraum eine elektri sche Verschaltung der einzelnen Batteriezellen mittels vergleichbar kurzen Zell verbindern ausgebildet werden kann.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch die Verwendung eines eben be schriebenen erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einem leicht elektrisch ange triebenen Fahrzeug (light electric vehicle; LEV). Damit kann ein thermisch opti miertes und skalierbares Gesamtkonzept eines Batteriemoduls für ein leicht elektrisch angetriebenes Fahrzeug (LEV) zur Verfügung gestellt werden.
Zudem ist auch ein Verfahren zur Herstellung eines eben beschriebenen Batte riemoduls mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen, insbe sondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Dabei wird ein erster Grundkörper eines ersten Gehäuseelement mit einer Mehr zahl an zylindrisch ausgebildeten ersten Aufnahmen, in welchen eine erste Mehrzahl an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batte riezellen aufgenommen ist und ein zweiter Grundkörper eines zweiten Gehäu seelement mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen, in welchen eine zweite Mehrzahl an elektrisch seriell und/oder parallel miteinan der verschalteten Batteriezellen aufgenommen ist unter Ausbildung eines Auf nahmeraumes, in welchem Zellverbinder zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verschaltung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen aufgenommen sind, miteinander verbunden werden. Insbesondere sei an dieser Stelle bemerkt, dass mittels einer erfindungsgemä ßen Ausführung eines Batteriemoduls mit einer Mehrzahl an zylindrischen Batte riezellen eine zuverlässige thermische Entwärmung der Mehrzahl an Batteriezel len zur Verfügung gestellt werden kann. Dadurch ist das Batteriemodul weltweit in nahezu allen Märkten bzw. bei nahezu allen Umgebungsbedingungen einsetz- bar. Ferner ist das Batteriemodul auf einfache Weise skalierbar. Insgesamt kann ein bezüglich Gewicht und Bauraum optimiertes, einfach zu fertigendes Batte riemodul zur Verfügung gestellt werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls in einer perspektivischen Ansicht,
Figur 2 schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls in einer Explosionsdarstel lung und
Figur 3 eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batte riemoduls mit einem Tragegriff in einer perspektivischen Ansicht.
Die Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls
1.
Das Batteriemodul 1 umfasst eine Mehrzahl an in der Figur 1 nicht zu erkennen den zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen 2, welche insbesondere als Lithium- lonen-Batteriezellen 20 ausgebildet sind.
Das Batteriemodul 1 weist ein erstes Gehäuseelement 31 und ein zweites Ge häuseelement 32 auf. Das erste Gehäuseelement 31 und das zweite Gehäusee lement 32 sind dabei aus einem polymeren Werkstoff, wie beispielsweise einem Polyamid, ausgebildet.
Das erste Gehäuseelement 31 weist dabei eine Mehrzahl an zylindrisch ausge bildeten ersten Aufnahmen 41 auf und das zweite Gehäuseelement 32 weist da bei eine Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen 42 auf. Jede erste Aufnahme 41 des ersten Gehäuseelements 31 umfasst dabei eine zylind risch ausgebildete Mantelfläche 91, welche allesamt von Temperierfluid um- strömbar angeordnet sind. Jede zweite Aufnahme 42 des zweiten Gehäuseele- ments 32 umfasst dabei eine zylindrisch ausgebildete Mantelfläche 92, welche allesamt von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass bevorzugt die zylindrisch ausgebildeten Mantelflächen 91 der ersten Aufnahmen 41 und die zylindrisch ausgebildeten Mantelflächen 92 der zweiten Aufnahmen 42 vollständig, zumindest aber teilweise von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind. Insbesondere können sich zylindrisch ausgebildete Mantelflächen 91 bzw. zylindrisch ausgebildete Mantelflächen 92 untereinander berühren.
Die ersten Aufnahmen 41 nehmen dabei eine erste Mehrzahl 21 an Batteriezel len 2 auf, welche elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Die zweiten Aufnahmen 42 nehmen dabei eine zweite Mehrzahl 22 an Batterie zellen 2 auf, welche elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind.
Beispielsweise können die Batteriezellen 2 dabei jeweils entlang der längeren Seiten parallel miteinander geschaltet sein. Die serielle Verschaltung kann ent lang einer kürzeren Seite erfolgen.
Das erste Gehäuseelement 31 umfasst des Weiteren einen ersten Grundkörper
51, an welchen die ersten Aufnahmen 41 angeordnet sind.
Das zweite Gehäuseelement 32 umfasst des Weiteren ein zweiten Grundkörper
52, an welchem die zweiten Aufnahmen 52 angeordnet sind.
Insbesondere weisen der erste Grundkörper 31 und/oder der zweite Grundkörper 32 im Wesentlichen eine quaderförmige Grundform auf.
Der erste Grundkörper 51 und der zweite Grundkörper 52 sind dabei unter Aus bildung eines in der Figur 1 nicht zu erkennenden Aufnahmeraums 6 miteinander verbunden. Der erste Grundkörper 31 und der zweite Grundkörper 32 sind dabei mittels einer Falzverbindung 8 formschlüssig miteinander verbunden. Die Falz verbindung 8 ist dabei umlaufend an der Verbindung zwischen dem ersten Grundkörper 31 und dem zweiten Grundkörper 32 angeordnet und dichtet das Batteriemodul 1 gegenüber einer Umgebung des Batteriemoduls 1 ab. In dem Aufnahmeraum 6 sind dabei Zellverbinder 7, welche in der Figur 1 auch nicht zu erkennen sind, angeordnet. Die Zellverbinder 7 verbinden die erste Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 bzw. die zweite Mehrzahl 22 an Batteriezellen 22 elektrisch seriell und/oder parallel miteinander.
Die Figur 2 zeigt schematisch in einer Seitenansicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 in einer Explosionsdarstellung.
Dabei sind zunächst das erste Gehäuseelement 31 und das zweite Gehäusee lement 32 mit den ersten Aufnahmen 41 und den zweiten Aufnahmen 42 sowie dem ersten Grundkörper 31 und dem zweiten Grundkörper 32 zu erkennen.
Dabei sind insbesondere der erste Grundkörper 51 und der zweite Grundkörper 52 noch nicht mittels einer formschlüssigen Verbindung, wie beispielsweise einer Falzverbindung 8, miteinander verbunden.
Weiterhin zeigt die Figur 2 schematisch Zellverbinder 7, welche die erste Mehr zahl 21 an Batteriezellen 2 oder die zweite Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2 elektrisch leitend seriell und/oder parallel miteinander verschalten.
Zur Ausbildung des Batteriemoduls 1 werden der erste Grundkörper 51 und der zweite Grundkörper 52 unter Ausbildung eines Aufnahmeraums 6, in welchem die Zellverbinder 7 aufgenommen sind, miteinander verbunden.
Weiterhin ist zu erkennen, dass das erste Gehäuseelement 31 und/oder das zweite Gehäuseelement 32 Führungsstifte 70 umfassen können, welche zu einer Positionierung des ersten Gehäuseelements 31 bzw. des zweiten Gehäuseele ments 32 oder auch der Zellverbinder 7 dienen können.
Die Figur 3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform eines Batteriemoduls 1 mit einem Tragegriff 11 in einer perspektivischen Ansicht.
Die in der Figur 3 gezeigte Ausführungsform des Batteriemoduls 1 unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform insbesondere dadurch, dass das Batteriemodul 1 einen Tragegriff 11 umfasst, welcher in die Falzverbin- düng 8 zwischen dem ersten Grundkörper 51 und den zweiten Grundkörper 52 integriert ist. Weiterhin weist das Batteriemodul 1 eine Führungsschiene 12 auf, welche durch die Falzverbindung 8 ausgebildet ist. Insbesondere ist die Füh rungsebene 12 dabei an einer Seite angeordnet, welche senkrecht zu der Seite angeordnet ist, an welcher der Tragegriff 11 angeordnet ist.

Claims

Ansprüche
1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen (20), und einem ersten Gehäuseelement (31) mit einer Mehrzahl an zylindrisch aus gebildeten ersten Aufnahmen (41), in welchen eine erste Mehrzahl (21) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist und einem zweiten Gehäuseelement (32) mit einer Mehrzahl an zylindrisch aus gebildeten zweiten Aufnahmen (42), in welchen eine zweite Mehrzahl (22) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist, wobei das erste Gehäuseelement (31) einen ersten Grundkörper (51) aufweist, an welchem die ersten Aufnahmen (41) angeordnet sind und das zweite Gehäuseelement (32) einen zweiten Grundkörper (52) aufweist, an welchem die zweiten Aufnahmen (42) angeordnet sind, wobei der erste Grundkörper (51) und der zweite Grundkörper (52) unter Ausbil dung eines Aufnahmeraumes (6), in welchem
Zellverbinder (7) zu einer elektrisch seriellen und/oder parallelen Verschal tung der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und der zweiten Mehr zahl (22) an Batteriezellen (2) aufgenommen sind, miteinander verbunden sind.
2. Batteriemodul nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grundkörper (31) und der zweite Grundkörper (32) formschlüssig miteinander verbunden sind.
3. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grundkörper (31) und der zweite Grundkörper (32) mittels einer Falzverbindung (8) miteinander verbunden sind.
4. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) einen in den ersten Grundkörper (31) und/oder den zweiten Grundkörper (32) integrierten elektrischen Anschluss umfasst.
5. Batteriemodul nach einem der vorgehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine zylindrische Mantelfläche (91) einer jeden ersten Aufnahme (41) des ersten Gehäuseelements (31) und eine zylindrische Mantelfläche (92) einer jeden zweiten Aufnahme (42) des zweiten Gehäuseelements (32) von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind.
6. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer zylindrischen Mantelfläche (91) einer ersten Aufnahme (41) des ersten Gehäuseelements (31) und einer zylindrischen Mantelfläche (92) einer zweiten Aufnahme (42) des zwei ten Gehäuseelements (32) eine weiteres Ausgleichsmaterial angeordnet ist.
7. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (31) und das zweite Gehäuseelement (32) aus einem polymeren Werkstoff ausgebildet sind.
8. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und die zweite Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind.
9. Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 7 mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen (20), wobei ein erster Grundkörper (51) eines ersten Gehäuseelement (31) mit einer
Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten ersten Aufnahmen (41), in welchen eine erste Mehrzahl (21) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist und ein zweiter Grundkörper (52) eines zweiten Gehäuseelement (32) mit einer Mehrzahl an zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen (42), in welchen eine zweite Mehrzahl (22) an elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Batteriezellen (2) aufgenommen ist unter Ausbildung eines Aufnahmeraumes (6), in welchem Zellverbinder (7) zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verschaltung der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und der zweiten Mehrzahl (22) an
Batteriezellen (2) aufgenommen sind, miteinander verbunden werden.
10. Verwendung eines Batteriemoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem leichten elektrisch angetriebenen Fahrzeug (light electric vehicle).
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