WO2021254849A1 - 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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WO2021254849A1
WO2021254849A1 PCT/EP2021/065477 EP2021065477W WO2021254849A1 WO 2021254849 A1 WO2021254849 A1 WO 2021254849A1 EP 2021065477 W EP2021065477 W EP 2021065477W WO 2021254849 A1 WO2021254849 A1 WO 2021254849A1
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battery cells
cell
battery module
housing
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Alexander Goerzen
Daniel Manka
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Robert Bosch Gmbh
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Definitions

  • the invention is based on a battery module with a plurality of 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.
  • Such an electrically serial and / or parallel connection of the plurality of battery cells is usually formed by means of cell connectors. This allows both the energy and the power to be scaled.
  • 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.
  • cell connectors are materially connected to the battery cells, for example such a material connection can be formed by resistance welding or by bonding.
  • resistance welding also has the disadvantage that, due to the surfaces required for this, one-sided contact can only be made with great effort.
  • 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 battery cells with the features of the independent claim offers the advantage that, due to the formation of a cell connector, flexible scaling of the battery module can be implemented. Furthermore, the effort for the manufacturing process and also its costs can be reduced.
  • a battery module with a plurality of battery cells is made available.
  • the battery cells are designed in particular as lithium-ion battery cells.
  • the battery cells each include a housing in which electrochemical components of the respective battery cell are accommodated.
  • the housing of a battery cell forms a first voltage tap of the battery cell.
  • the first voltage tap is a negative voltage tap.
  • each battery cell has a second voltage tap which is designed to be electrically insulated from the housing of the battery cell.
  • the second voltage tap is a positive voltage tap.
  • the battery module includes at least one cell connector.
  • the cell connector has a first section and a second section.
  • the first section of the cell connector is electrically conductively connected to the housings of at least two battery cells of a first plurality of battery cells.
  • the first section is arranged between the housings of the at least two battery cells.
  • the second section of the cell connector is electrically conductively connected to the second voltage taps of at least two battery cells of a second plurality of battery cells.
  • the interconnection of the battery module according to the invention is designed to be interrupted with a plurality of cell connectors, so that the number of contacted battery cells can be varied flexibly.
  • a cell connector can connect at least two battery cells of the first plurality of battery cells and two battery cells of the second plurality of battery cells in an electrically conductive manner.
  • the battery cells are formed as cylindrical battery cells. It should be noted at this point that cylindrical battery cells or 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 surface, which is closed off on the opposite sides by a circular base or cover surface.
  • the cylindrical battery cells are particularly preferably round cells of the 18650 type, which have a diameter of 18 mm and a height of 65 mm.
  • the housing of the cylindrically formed battery cells is usually negatively charged and forms the negative voltage tap of the respective battery cell.
  • the positive voltage tap of the battery cell is arranged on a cover surface, wel cher is electrically isolated from the housing and thus the negative voltage tap.
  • the first section of the cell connector and the second section of the cell connector are particularly preferably arranged at right angles to one another.
  • the cell connector is at least partially T-shaped and particularly preferably T-shaped.
  • the first section of the cell connector can be arranged at a central position of the second section of the cell connector.
  • the cell connector has a plane of symmetry, where the plane of symmetry is arranged parallel to the longitudinal direction of the first section of the cell connector and furthermore, in particular, the second section is perpendicular to the plane of symmetry.
  • the battery module comprises at least one further cell connector.
  • the further cell connector is electrically conductively connected to the housing of a further battery cell of the first plurality of battery cells and the second voltage tap of a battery cell of the first plurality of battery cells. This makes it possible to connect the first voltage tap of the battery cell formed by the housing of a battery cell in an electrically conductive series to the second voltage tap of a further battery cell.
  • the first plurality of battery cells can be connected to one another in series by means of a plurality of further cell connectors.
  • the further cell connector is arranged between the housings of two further battery cells of the first plurality of battery cells. This enables a particularly reliable mechanical connection of the further cell connector to the housing of the two further battery cells.
  • an electrically insulating insulating element is arranged between the cell connector and the first voltage tap of a battery cell of the first plurality of battery cells.
  • this can prevent the first voltage tap of a battery cell and the second voltage tap of the battery cell from being connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the cell connectors and also the further cell connectors are made from an electrically conductive material, the Material is selected in particular from copper, aluminum and / or nickel.
  • the housing of the battery cells is made of an electrically conductive material, the material being selected in particular from Kup fer, aluminum and / or nickel.
  • the housing of the Batteriezel can be made of stainless steel. The particular advantage of the invention is that, for example, the housing of the battery cells can be used as a current-conducting connection.
  • the battery module comprises a first housing element which has a plurality of first receptacles, which are preferably cylindrical.
  • the first plurality of battery cells is included in the first recordings.
  • the battery module comprises a second housing element which has a plurality of second receptacles, which are preferably cylindrical.
  • the second plurality of battery cells is received in the second recordings.
  • the cell connector is preferably received in the first housing element and / or in the second housing element.
  • cell connectors could be inserted or plugged into the first housing element and / or into the second housing element.
  • the cell connectors could be integrated into the first housing element and / or into the second housing element, for example by a molding process during manufacture.
  • the further cell connector is accommodated in the first housing element and / or in the second housing element.
  • further cell connectors could be inserted or plugged into the first housing element and / or into the second housing element.
  • the further cell connectors could be integrated into the first housing element and / or into the second housing element, for example by a molding process during manufacture.
  • the further cell connectors are arranged in such a way that an electrically conductive connection is formed by arranging the first plurality of battery cells or the second plurality of battery cells, the further cell connectors preferably being mechanically deformed for this purpose.
  • the 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.
  • 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.
  • 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.
  • a mechanical contact force can be formed which ensures that a reliable, electrically conductive connection is formed between the cell connector and the second voltage taps of the battery cells of the second plurality of battery cells and between the further cell connector and the second voltage taps of the battery cells of the second plurality of battery cells.
  • Cell connectors and in particular also further cell connectors for electrically conductive interconnection of the first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells are at least partially accommodated in the receiving space.
  • Such an embodiment of the battery module can, for example, offer the particular advantage that preferably cylindrical battery cells can be accommodated directly by the first housing element or the second housing element and thus, for example, additional cell holder elements can be dispensed with.
  • 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.
  • an electrical interconnection of the first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells can be formed, wherein the cell connectors and the further cell connectors can be arranged within the first base body or the second base body.
  • a control device of the battery module such as a battery management system, can also be accommodated in the receiving space.
  • the connection of the first base body and the second base body can be formed, for example, by means of a screw connection or by means of a Falzverbin.
  • Cylindrical recordings are at this point each hollow body, which are at least partially limited by a cylindrical outer surface with a circular cross-sectional area. 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. In particular, exactly one battery cell is recorded in each recording.
  • 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 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 joint.
  • 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 connected positively or positively and non-positively by means of a corresponding folded connection.
  • the first folding element can be inserted into the second folding element to form a Falzver connection.
  • the first folding element and / or the second folding element can still 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 rabbet connection can also be designed, for example, in such a way that a handle or a handle can be plugged in in a simple manner or that a retaining strap or a carrying 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.
  • a plug connection is that it is 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. As a result, a particularly reliable connection to the vehicle can 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.
  • first plurality of battery cells and the second plurality of battery cells are arranged directly opposite one another.
  • the preferably cylindrical battery cells each have a longitudinal direction, the longitudinal direction 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 arranged parallel to one another.
  • the first housing element and the second hous seelement are arranged directly opposite one another.
  • the second voltage taps of the first plurality of battery cells and the second voltage taps of the second plurality of battery cells are directly opposite.
  • the battery cells can be arranged, for example, in a first plurality and in a second plurality, which are also received in a respective receptacle, wherein the battery cells can be electrically interconnected with 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 battery cells, in particular lithium-ion battery cells, is the subject of the present invention.
  • the battery cells each include a housing in which electrochemical components of the battery cell are accommodated and which in each case forms a first voltage tap of the battery cell.
  • Each battery cell has a second voltage tap which is electrically insulated from the housing of the battery cell.
  • the housings of at least two battery cells of a first plurality of battery cells are electrically conductively connected to a first section of a cell connector, the first section being arranged between the housings of the at least two battery cells of the first plurality of battery cells.
  • the second voltage taps of at least two battery cells of a second plurality of battery cells are electrically conductively connected to a second section of the cell connector.
  • Figure 1 shows a parallel connection of two battery cells of a first plurality of battery cells
  • FIG. 2 shows a parallel connection of three battery cells of a first plurality of battery cells
  • FIG. 3 shows an interconnection of a first plurality of battery cells with a second plurality of battery cells
  • FIG. 4 shows a serial connection of two battery cells of a first plurality of battery cells
  • FIG. 5 shows a serial connection of a plurality of battery cells of a first plurality of battery cells
  • FIG. 6 shows a section of a battery module according to the invention and FIG. 7 shows a battery module according to the invention in an exploded view.
  • FIG. 1 shows a parallel connection of two battery cells 2 of a first plurality 21 of battery cells 2.
  • two battery cells 2 can be seen, which are designed in particular as lithium-ion battery cells 20. Furthermore, the battery cells 2 are designed as cylindrical battery cells 200.
  • the battery cells 2 each have a housing 3. Electrochemical components of the respective battery cell 2, which cannot be seen in FIG. 1, are accommodated in the housing 3.
  • the housing 3 is designed as a first voltage tap 41 of the battery cell 2. In particular, the first voltage tap 41 is a negative voltage tap.
  • the battery cells 2 also have a second voltage tap 42.
  • the second voltage tap 42 is a positive voltage tap.
  • the second voltage tap 42 is electrically isolated from the housing 3 of the battery 2 riezelle.
  • a cell connector 5 can also be seen in FIG.
  • the cell connector 5 comprises a first section 51 and a second section 52.
  • the first section 51 of the cell connector 5 is connected in an electrically conductive manner to the housings 3 of the two battery cells 2, which are battery cells 2 of the first number 21 of battery cells 2. It can also be seen from FIG. 1 that the first section 51 of the cell connector 5 is arranged between the housings 3 of the two battery cells 2.
  • the first voltage taps 41 of the two battery cells 2 are connected to one another in an electrically conductive manner and the two battery cells 2 of the first plurality 21 of battery cells 2 are connected to one another in parallel.
  • the second section 52 of the cell connector 5 is designed to be electrically conductively connected to the second voltage taps 42 of at least two battery cells 2 of a second plurality 22 of battery cells 2.
  • the first section 51 of the cell connector 5 and the second section 52 of the cell connector 5 are arranged at right angles to one another.
  • the cell connector 5 is T-shaped.
  • FIG. 2 shows a parallel connection of three battery cells 2 of a first plurality 21 of battery cells 2.
  • the embodiment of the cell connector 5 according to FIG. 2 differs from the embodiment of the cell connector 5 shown in FIG of the first plurality 21 of battery cells 2 are connected. Furthermore, it can be seen from FIG. 1 that the first section 51 of the cell connector 5 is arranged between the housings 3 of the two battery cells 2. As a result, the first voltage taps 41 of the three battery cells 2 are connected to one another in an electrically conductive manner and the three battery cells 2 are connected to one another in parallel.
  • the first sections 51 of the cell connector 5 and the second section 52 of the cell connector 5 are arranged at right angles to one another.
  • the cell connector 5 is at least partially T-shaped.
  • FIG. 3 shows an interconnection of a first plurality 21 of battery cells 2 with a second plurality 22 of battery cells 2.
  • the second section 52 of the cell connector 5 is electrically conductively connected to the second voltage taps 42 of three battery cells 2 of a second plurality 22 of battery cells 2.
  • the first voltage taps 41 of the three battery cells 2 of the first plurality 21 of battery cells 2 are electrically conductively connected to the second voltage taps 42 of the three battery cells 2 of the second plurality 42 of battery cells 2.
  • FIG. 4 shows a series connection of two battery cells 2 of a first plurality 21 of battery cells 2.
  • battery cells 2 of the first plurality 21 of battery cells 2 can be seen.
  • Another cell connector 10 can also be seen.
  • the further cell connector 10 is electrically conductively connected to the second voltage tap 42 of a battery cell 2 of the first plurality 21 of battery cells 2.
  • the further cell connector 10 is connected in an electrically conductive manner to the housing 3 of a further battery cell 23.
  • the second voltage tap 42 of the battery cell 2 and the first voltage tap 41 of the further battery cell 23 are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the battery cell 2 and further battery cell 23 are electrically connected in series with one another.
  • the further cell connector 10 is arranged between the housings 3 of two further battery cells 23 of the first plurality 21 of battery cells 2.
  • FIG. 5 shows a series connection of a plurality of battery cells 2 of a first plurality 21 of battery cells 2. It can be seen in FIG. 5 that the further cell connector 10 is between the housings 3 of two further battery cells 23 of the first plurality 21 of battery cells 2 is arranged.
  • FIG. 6 shows a section of a battery module 1 according to the invention.
  • a plurality of battery cells 2 of a first plurality 21 of battery cells 2 can be seen. Furthermore, the positive voltage taps 42 of the respective battery cell 2 can be seen. In addition, the housing 3, which form the first voltage tap 41 of the respective battery cell 2, can also be seen.
  • FIG. 6 also shows a cell connector 5 which is connected in an electrically conductive manner to the housings 3 of three battery cells 2.
  • Further cell connectors 10 are also shown, which are electrically conductively connected to the positive voltage taps 42 of the three battery cells 2 of the first plurality 21 of battery cells 2 and are furthermore electrically conductively connected to the housings 3 of further battery cells 23.
  • An electrically insulating insulation element 6 is arranged between the cell connector 5 and the first voltage tap 41 of the battery cell 2.
  • the insulation element 6 is arranged between the cell connector 5 and the further cell connector 10.
  • FIG. 7 shows a battery module 1 according to the invention in an exploded view.
  • the first plurality 21 of battery cells 2 and the second plurality of battery cells 22 are indicated.
  • the battery module 1 has a first housing element 61 and a second housing element 62.
  • the first housing element 61 and the second housing element 62 are formed from a polymeric material such as a polyamide.
  • the first housing element 61 has a plurality of preferably cylindrical first receptacles 71 and the second housing element 62 has a plurality of preferably cylindrical second receptacles 72.
  • Each first receptacle 71 of the first housing element 61 comprises a cylindrically designed outer surface 91, all of which are arranged so that temperature control fluid can flow around them.
  • Each second receptacle 72 of the second housing element 62 comprises a cylindrically shaped Man tel components 92, all of which are arranged so that temperature control fluid can flow around them.
  • cylindrical outer surfaces 91 of the first receptacles 71 and the cylindrical outer surfaces 92 of the second receptacles 72 are preferably arranged so that temperature control fluid can flow around them completely, but at least in part.
  • cylindrically shaped jacket surfaces 91 or cylindrically shaped jacket surfaces 92 can touch one another.
  • the first receptacles 71 hold the first plurality 21 of battery cells 2 and the second receptacles 2 hold the second plurality 22 of battery cells 2.
  • the first housing element 61 furthermore comprises a first base body
  • the second housing element 62 furthermore comprises a second base body
  • first base body 81 and / or the second base body 82 essentially have a cuboid basic shape.
  • the first base body 81 and the second base body 82 are connected to one another to form a receiving space 9.
  • the first base body 81 and the second base body 82 are connected to one another in a form-fitting manner by means of a folded joint 11.
  • the folded joint 8 is arranged circumferentially on the connection between the first base body 81 and the second base body 82 and seals the battery module 1 from the surroundings of the battery module 1.
  • the Zellver binder 5 and the further cell connector 10 are added.
  • first plurality 21 of battery cells 2 and the second plurality 22 of battery cells 2 are arranged directly opposite one another.
  • the second voltage taps 42 of the first plurality 21 of battery cells 2 and the second voltage taps 42 of the second plurality 22 of battery cells 2 are directly opposite one another.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen (20), wobei ein Gehäuse (3) einer Batteriezelle (2), in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle (2) aufgenommen sind, jeweils einen ersten Spannungsabgriff (41) der Batteriezelle (2) ausbildet, und eine Batteriezelle (2) jeweils einen von dem Gehäuse (3) der Batteriezelle (2) elektrisch isoliert ausgebildeten zweiten Spannungsabgriff (42) aufweist, wobei das Batteriemodul (1) zumindest einen Zellverbinder (5) umfasst, wobei ein erster Abschnitt (51) des Zellverbinders (5) elektrisch leitend mit den Gehäusen (3) zumindest zweier Batteriezellen (2) einer ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) verbunden ist, wobei der erste Abschnitt (51) zwischen den Gehäusen (3) der zumindest zwei Batteriezellen (2) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) angeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt (52) des Zellverbinders (5) elektrisch leitend mit den zweiten Spannungsabgriffen (42) zumindest zweier Batteriezellen (2) einer zweiten Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) verbunden ist.

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 Batterie zellen nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegen den Erfindung sind auch ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batte riemoduls und die Verwendung eines solchen Batteriemoduls.
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.
Eine solche elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung der Mehrzahl an Batteriezellen wird üblicherweise mittels Zellverbindern ausgebildet. Dadurch können sowohl die Energie als auch die Leistung skaliert werden.
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. Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass Zellverbinder stoffschlüssig mit den Batteriezellen verbunden sind, bspw. kann eine solche stoffschlüssige Verbin dung durch Widerstandsschweißen oder durch Bonden ausgebildet werden. Ins besondere bei einer elektrisch leitenden Verbindung einer vergleichbar großen Anzahl an Batteriezellen miteinander, können längere Fertigungsdauern notwen dig sein. Widerstandsschweißen hat weiterhin den Nachteil, dass aufgrund der hierfür erforderlichen Flächen eine einseitige Kontaktierung nur aufwändig dar stellbar ist. 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 Batteriezellen mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass aufgrund der Ausbildung eines Zellverbinders eine flexible Skalierung des Batteriemoduls ausbildbar ist. Weiter hin können der Aufwand für den Herstellungsprozess und auch dessen Kosten reduziert werden.
Dazu wird ein Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen zur Verfügung gestellt. Die Batteriezellen sind dabei insbesondere als Lithium-Ionen- Batteriezellen ausgebildet.
Die Batteriezellen umfassen jeweils ein Gehäuse, in welchem elektrochemische Komponenten der jeweiligen Batteriezelle aufgenommen sind. Das Gehäuse ei ner Batteriezelle bildet jeweils einen ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle aus. Insbesondere ist der erste Spannungsabgriff dabei ein negativer Span nungsabgriff.
Weiterhin weist eine Batteriezelle jeweils einen zweiten Spannungsabgriff auf, welcher von dem Gehäuse der Batteriezelle elektrisch isoliert ausgebildet ist. Insbesondere ist der zweite Spannungsabgriff dabei ein positiver Spannungsab griff.
Das Batteriemodul umfasst dabei zumindest einen Zellverbinder.
Der Zellverbinder weist dabei einen ersten Abschnitt und einen zweiten Abschnitt auf.
Der erste Abschnitt des Zellverbinders ist dabei elektrisch leitend mit den Gehäu sen zumindest zweier Batteriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen ver bunden. Dabei ist der erste Abschnitt zwischen den Gehäusen der zumindest zwei Batteriezellen angeordnet. Der zweite Abschnitt des Zellverbinders ist dabei elektrisch leitend mit den zwei ten Spannungsabgriffen zumindest zweier Batteriezellen einer zweiten Mehrzahl an Batteriezellen verbunden.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteil hafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch an gegebenen Vorrichtung möglich.
Insbesondere ist es mit einer erfindungsgemäßen Ausführungsform eines Batte riemoduls möglich, dass eine Skalierung unabhängig von einer Fertigungsdauer erfolgen kann. Die Verschaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sind dabei unterbrochen mit mehreren Zellverbindern ausgebildet, sodass die Anzahl der kontaktierten Batteriezellen flexibel variierbar ist.
Ein Zellverbinder kann dabei zumindest zwei Batteriezellen der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und zwei Batteriezellen der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend verbinden. Insbesondere ist es dabei möglich, die zumindest zwei Batteriezellen der ersten Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend paral lel miteinander zu verschalten.
Es ist zweckmäßig, wenn die Batteriezellen als zylindrische Batteriezellen aus gebildet sind. An dieser Stelle sei angemerkt, dass zylindrisch ausgebildete Bat teriezellen bzw. zylindrische Batteriezellen auch als Rundzellen bezeichnet sein können. Zylindrische Batteriezellen weisen im Wesentlichen eine zylindrische Mantelfläche mit einer kreisrunden Querschnittsfläche auf, welche an ihren bei den gegenüberliegenden Seiten jeweils von einer kreisrunden Boden- bzw. De ckelfläche abgeschlossen ist. Besonders bevorzugt sind die zylindrischen Batte riezellen jeweils Rundzellen vom Typ 18650, welche einen Durchmesser von 18 mm und eine Höhe von 65 mm aufweisen. Das Gehäuse der zylindrisch ausge bildeten Batteriezellen ist dabei üblicherweise negativ geladen und bildet den ne gativen Spannungsabgriff der jeweiligen Batteriezelle aus. Weiterhin ist an einer Deckelfläche der positive Spannungsabgriff der Batteriezelle angeordnet, wel cher gegen das Gehäuse und damit den negativen Spannungsabgriff elektrisch isoliert ist. Besonders bevorzugt sind der erste Abschnitt des Zellverbinders und der zweite Abschnitt des Zellverbinders rechtwinklig zueinander angeordnet. Insbesondere ist der Zellverbinder zumindest teilweise T-förmig und besonders bevorzugt T- förmig ausgebildet. Dazu kann beispielsweise der erste Abschnitt des Zellverbin ders an einer mittleren Position des zweiten Abschnitts des Zellverbinders ange ordnet sein. Insbesondere weist der Zellverbinder eine Symmetrieebene auf, wo bei die Symmetrieebene parallel der Längsrichtung des ersten Abschnitts des Zellverbinders angeordnet ist und weiterhin insbesondere der zweite Abschnitt senkrecht auf der Symmetrieebene steht.
Weiterhin ist es bevorzugt, wenn das Batteriemodul zumindest einen weiteren Zellverbinder umfasst. Der weitere Zellverbinder ist dabei elektrisch leitend mit dem Gehäuse einer weiteren Batteriezelle der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und dem zweiten Spannungsabgriff einer Batteriezelle der ersten Mehrzahl an Batteriezellen verbunden. Dadurch ist es möglich, den durch das Gehäuse einer Batteriezelle ausgebildeten ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle elektrisch leitend seriell mit dem zweiten Spannungsabgriff einer weiteren Batteriezelle zu verbinden. Insbesondere kann mittels einer Mehrzahl an weiteren Zellverbindern die erste Mehrzahl an Batteriezellen seriell miteinander verschaltet werden.
Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der weitere Zellverbinder zwischen den Gehäusen zweier weiterer Batteriezellen der ersten Mehrzahl an Batteriezellen angeordnet ist. Dadurch kann eine besonders zuverlässige mechanische Anbin dung des weiteren Zellverbinders jeweils an das Gehäuse der zwei weiteren Bat teriezellen erfolgen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist zwischen dem Zellverbinder und dem ersten Spannungsabgriff einer Batteriezelle der ersten Mehrzahl an Bat teriezellen ein elektrisch isolierend ausgebildetes Isolationselement angeordnet. Insbesondere kann dadurch verhindert werden, dass der erste Spannungsabgriff einer Batteriezelle und der zweite Spannungsabgriff der Batteriezelle elektrisch leitend miteinander verbunden werden könnten.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Zellverbinder und auch die weiteren Zellverbinder aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sind, wobei das Material insbesondere ausgewählt ist aus Kupfer, Aluminium und/oder Nickel. Ferner ist auch das Gehäuse der Batteriezellen aus einem elektrisch leitenden Material ausgebildet, wobei das Material insbesondere ausgewählt ist aus Kup fer, Aluminium und/oder Nickel. Insbesondere kann das Gehäuse der Batteriezel len aus Edelstahl ausgebildet sein. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt da rin, dass beispielsweise das Gehäuse der Batteriezellen als stromleitende Ver bindung nutzbar ist.
Das Batteriemodul umfasst ein erstes Gehäuseelement, welches eine Mehrzahl an ersten Aufnahmen, die bevorzugt zylindrisch ausgebildet sind, aufweist. In den ersten Aufnahmen ist dabei die erste Mehrzahl an Batteriezellen aufgenom men. Das Batteriemodul umfasst ein zweites Gehäuseelement, welches eine Mehrzahl an zweiten Aufnahmen, die bevorzugt zylindrisch ausgebildet sind, aufweist. In den zweiten Aufnahmen ist dabei die zweite Mehrzahl an Batteriezel len aufgenommen. Dabei ist der Zellverbinder bevorzugt in dem ersten Gehäu seelement und/oder in dem zweiten Gehäuseelement aufgenommen. Insbeson dere könnten Zellverbinder dabei in das erste Gehäuseelement und/oder in das zweite Gehäuseelement eingelegt oder eingesteckt werden. Weiterhin könnten die Zellverbinder dabei in das erste Gehäuseelement und/oder in das zweite Ge häuseelement integriert sein, wie beispielsweise durch ein Molding-Verfahren während der Herstellung.
Dadurch kann durch die Aufnahme der ersten Mehrzahl an Batteriezellen in den ersten Aufnahmen bzw. der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen in den zweiten Aufnahmen eine Kontaktkraft zwischen dem Zellverbinder und dem Gehäuse der jeweiligen Batteriezelle der ersten Mehrzahl an Batteriezellen bzw. der jeweiligen Batteriezelle der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet werden, wobei beispielsweise der Zellverbinder einen gewisse mechanische Vorspannung auf weisen kann und/oder die erste Aufnahme bzw. die zweite Aufnahme eine Ge genkraft auf das Gehäuse der jeweiligen Batteriezelle ausbilden kann.
Es ist auch zweckmäßig, wenn der weitere Zellverbinder in dem ersten Gehäu seelement und/oder in dem zweiten Gehäuseelement aufgenommen ist. Insbe sondere könnten weitere Zellverbinder dabei in das erste Gehäuseelement und/oder in das zweite Gehäuseelement eingelegt oder eingesteckt werden. Wei- terhin könnten die weiteren Zellverbinder dabei in das erste Gehäuseelement und/oder in das zweite Gehäuseelement integriert sein, wie beispielsweise durch ein Molding-Verfahren während der Herstellung. Dabei sind die weiteren Zellver binder derart angeordnet, dass durch eine Anordnung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen bzw. der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen eine elektrisch leiten de Verbindung ausgebildet wird, wobei dazu die weiteren Zellverbinder bevorzugt mechanisch verformt werden.
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.
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.
Durch eine Verbindung des ersten Grundkörpers und des zweiten Grundkörpers miteinander kann eine mechanische Kontaktkraft ausgebildet werden, welche da- für sorgt, dass eine zuverlässige, elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Zellverbinder und den zweiten Spannungsabgriffen der Batteriezellen der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen sowie zwischen dem weiteren Zellverbinder und den zweiten Spannungsabgriff der Batteriezellen der zweiten Mehrzahl an Batterie zellen ausgebildet wird. In dem Aufnahmeraum sind dabei also Zellverbinder und insbesondere auch weitere Zellverbinder zu einer elektrisch leitenden Verschal tung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und der zweiten Mehrzahl an Batte riezellen zumindest teilweise aufgenommen. Eine solche Ausführungsform des Batteriemoduls kann bspw. den besonderen Vorteil bieten, dass bevorzugt zy lindrisch ausgebildete Batteriezellen unmittelbar durch das erste Gehäuseele ment bzw. das zweite Gehäuseelement aufgenommen werden können und dadurch beispielsweise auf zusätzliche Zellhalterelemente verzichtet werden kann. An dieser Stelle sei bemerkt, dass das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäuseelement insbesondere auch als Halbschalen eines Gehäuses des Batteriemoduls bezeichnet sein können, die gemeinsam das Gehäuse aus bilden. Insgesamt kann dabei eine elektrische Verschaltung der ersten Mehrzahl an Batteriezellen und der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen ausgebildet wer den, wobei die Zellverbinder und die weiteren Zellverbinder innerhalb des ersten Grundkörpers bzw. des zweiten Grundkörpers angeordnet sein können. Weiter hin kann in dem Aufnahmeraum auch eine Steuerungseinrichtung des Batte riemoduls, wie bspw. ein Batteriemanagementsystem, aufgenommen sein. Die Verbindung des ersten Grundkörpers und des zweiten Grundkörpers kann dabei beispielsweise mittels einer Schraubverbindung oder mittels einer Falzverbin dung ausgebildet werden.
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, 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.
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 erste Grundkörper und der zweite Grundkörper mittels einer Falzverbindung miteinander verbunden. Insbesondere ist dabei bevorzugt, wenn die Falzverbindung umlaufend über die gesamte Verbindung zwischen dem ersten Grundkörper und dem zweiten Grundkörper ausgebildet ist. Dazu kann beispielsweise der erste Grundkörper ein erstes Falzelement aufweisen und der zweite Grundkörper kann ein zweites Falzelement aufweisen, welche mittels einer entsprechenden Falzverbindung formschlüssig oder form- und kraft schlüssig verbunden werden können. Dazu kann zur Ausbildung einer Falzver bindung beispielsweise das erste Falzelement in das zweite Falzelement einge steckt werden. Zur Ausbildung einer besonders zuverlässigen Verbindung kann weiterhin das erste Falzelement und/oder das zweite Falzelement nach dem Ein stecken 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.
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 bevorzugt zylindrisch ausgebil deten Batteriezellen jeweils eine Längsrichtung aufweisen, wobei die Längsrich tungen 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 Längsrich tung der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen parallel zueinander angeordnet. Ins besondere sind dabei auch das erste Gehäuseelement und das zweite Gehäu seelement unmittelbar gegenüberliegend angeordnet. Der besondere Vorteil der Erfindung liegt weiterhin darin, dass dadurch neben einem geringen Bauraum ei- ne elektrische Verschaltung der einzelnen Batteriezellen mittels vergleichbar kur zen Zellverbindern ausgebildet werden kann.
Insbesondere sind dabei auch die zweiten Spannungsabgriffe der ersten Mehr zahl an Batteriezellen und die zweiten Spannungsabgriffe der zweiten Mehrzahl an Batteriezellen unmittelbar gegenüberliegend. Dies bietet den besonderen Vor teil, dass die Batteriezellen beispielsweise in einer ersten Mehrzahl und in einer zweiten Mehrzahl angeordnet werden können, welche weiterhin in jeweils einer Aufnahme aufgenommen sind, wobei die Batteriezellen elektrisch miteinander verschaltet werden können.
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 Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen- Batteriezellen, Gegenstand der vorliegenden Erfindung.
Die Batteriezellen umfassen jeweils ein Gehäuse, in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle aufgenommen sind, und welches jeweils einen ersten Spannungsabgriff der Batteriezelle ausbildet. Eine Batteriezelle weist je weils einen von dem Gehäuse der Batteriezelle elektrisch isoliert ausgebildeten zweiten Spannungsabgriff auf. Dabei werden die Gehäuse zumindest zweier Bat teriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend mit einem ersten Abschnitt eines Zellverbinders verbunden, wobei der erste Abschnitt zwi schen den Gehäusen der zumindest zwei Batteriezellen der ersten Mehrzahl an Batteriezellen angeordnet wird. Ferner werden die zweiten Spannungsabgriffe zumindest zweier Batteriezellen einer zweiten Mehrzahl an Batteriezellen elektrisch leitend mit einem zweiten Abschnitt des Zellverbinders verbunden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist mit allem in Zusammenhang mit dem erfin dungsgemäßen Batteriemodul beschriebenen vorteilhaften Weiterbildungen wei terbildbar.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigt:
Figur 1 eine parallele Verschaltung zweier Batteriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen,
Figur 2 eine parallele Verschaltung dreier Batteriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen,
Figur 3 eine Verschaltung einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen mit ei ner zweiten Mehrzahl an Batteriezellen,
Figur 4 eine serielle Verschaltung zweier Batteriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen, Figur 5 eine serielle Verschaltung einer Mehrzahl an Batteriezellen einer ersten Mehrzahl an Batteriezellen,
Figur 6 einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls und Figur 7 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul in einer Explosionsdarstel lung.
Die Figur 1 zeigt eine parallele Verschaltung zweier Batteriezellen 2 einer ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2.
In der Figur 1 sind zwei Batteriezellen 2 zu erkennen, welche insbesondere als Lithium-Ionen-Batteriezellen 20 ausgebildet sind. Weiterhin sind die Batteriezel len 2 als zylindrische Batteriezellen 200 ausgebildet. Die Batteriezellen 2 weisen jeweils ein Gehäuse 3 auf. In dem Gehäuse 3 sind dabei in der Figur 1 nicht zu erkennende elektrochemischen Komponenten der jeweiligen Batteriezelle 2 aufgenommen. Das Gehäuse 3 ist dabei als erster Spannungsabgriff 41 der Batteriezelle 2 ausgebildet. Insbesondere ist der erste Spannungsabgriff 41 dabei ein negativer Spannungsabgriff.
Weiterhin weisen die Batteriezellen 2 einen zweiten Spannungsabgriff 42 auf. Insbesondere ist der zweite Spannungsabgriff 42 dabei ein positiver Spannungs abgriff. Der zweite Spannungsabgriff 42 ist dabei von dem Gehäuse 3 des Batte riezelle 2 elektrisch isoliert.
In der Figur 1 ist zudem ein Zellverbinder 5 zu erkennen. Der Zellverbinder 5 um fasst dabei einen ersten Abschnitt 51 und einen zweiten Abschnitt 52.
Der erste Abschnitt 51 des Zellverbinders 5 ist dabei elektrisch leitend mit den Gehäusen 3 der zwei Batteriezellen 2, welche Batteriezellen 2 der ersten Anzahl 21 an Batteriezellen 2 sind, verbunden. Weiterhin ist aus der Figur 1 zu erken nen, dass der erste Abschnitt 51 des Zellverbinders 5 zwischen den Gehäusen 3 der zwei Batteriezellen 2 angeordnet ist.
Dadurch sind die ersten Spannungsabgriff 41 der zwei Batteriezellen 2 elektrisch leitend miteinander verbunden und die zwei Batteriezellen 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 sind parallel miteinander verbunden.
Der zweite Abschnitt 52 des Zellverbinders 5 ist dabei dazu ausgebildet, elektrisch leitend mit den zweiten Spannungsabgriffen 42 zumindest zweier Bat teriezellen 2 einer zweiten Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2 verbunden zu wer den.
Dabei ist aus der Figur 1 zu erkennen, dass der erste Abschnitt 51 des Zellver binders 5 und der zweite Abschnitt 52 des Zellverbinders 5 rechtwinklig zueinan der angeordnet sind. Insbesondere ist der Zellverbinder 5 T-förmig ausgebildet.
Die Figur 2 zeigt eine parallele Verschaltung dreier Batteriezellen 2 einer ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2. Die Ausführungsform des Zellverbinders 5 gemäß Figur 2 unterscheidet sich von der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform des Zellverbinders 5 dadurch, dass der Zellverbinder 5 zwei erste Abschnitte 51 aufweist, welche jeweils elektrisch leitend mit den Gehäusen 3 zweier Batteriezellen 2, welche insbesondere Batte riezellen 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 sind, verbunden sind. Wei terhin ist aus der Figur 1 zu erkennen, dass der erste Abschnitt 51 des Zellver binders 5 zwischen den Gehäusen 3 der zwei Batteriezellen 2 angeordnet ist. Dadurch sind die ersten Spannungsabgriff 41 der drei Batteriezellen 2 elektrisch leitend miteinander verbunden und die drei Batteriezellen 2 sind parallel mitei nander verbunden.
Dabei ist aus der Figur 2 zu erkennen, dass die ersten Abschnitte 51 des Zell verbinders 5 und der zweite Abschnitt 52 des Zellverbinders 5 rechtwinklig zuei nander angeordnet sind. Insbesondere ist der Zellverbinder 5 zumindest teilweise T-förmig ausgebildet.
Die Figur 3 zeigt eine Verschaltung einer ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 mit einer zweiten Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2.
Dabei ist der zweite Abschnitt 52 des Zellverbinders 5 mit den zweiten Span nungsabgriffen 42 dreier Batteriezellen 2 einer zweiten Mehrzahl 22 an Batterie zellen 2 elektrisch leitend verbunden.
Dadurch sind die ersten Spannungsabgriff 41 der drei Batteriezellen 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 elektrisch leitend mit den zweiten Spannungsab griffen 42 der drei Batteriezellen 2 der zweiten Mehrzahl 42 an Batteriezellen 2 verbunden.
Die Figur 4 zeigt eine serielle Verschaltung zweier Batteriezellen 2 einer ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2.
Dabei sind zunächst Batteriezellen 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 zu erkennen. Ferner ist ein weiterer Zellverbinder 10 zu erkennen. Der weitere Zellverbinder 10 ist dabei elektrisch leitend mit dem zweiten Span nungsabgriff 42 einer Batteriezelle 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 verbunden.
Weiterhin ist der weitere Zellverbinder 10 dabei elektrisch leitend mit dem Ge häuse 3 einer weiteren Batteriezelle 23 verbunden. Dadurch sind der zweite Spannungsabgriff 42 der Batteriezelle 2 und der erste Spannungsabgriff 41 der weiteren Batteriezelle 23 elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Batterie zelle 2 und weitere Batteriezelle 23 sind elektrisch seriell miteinander verschaltet. Zudem ist in der Figur 4 angedeutet, dass der weitere Zellverbinder 10 zwischen den Gehäusen 3 zweier weiterer Batteriezellen 23 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 angeordnet ist.
Die Figur 5 zeigt eine serielle Verschaltung einer Mehrzahl an Batteriezellen 2 einer ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2. Dabei ist in der Figur 5 zu erken nen, dass der weitere Zellverbinder 10 zwischen den Gehäusen 3 zweier weite rer Batteriezellen 23 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 angeordnet ist.
Die Figur 6 zeigt einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1.
Dabei ist eine Mehrzahl an Batteriezellen 2 einer ersten Mehrzahl 21 an Batterie zellen 2 zu erkennen. Weiterhin sind die positiven Spannungsabgriffe 42 der je weiligen Batteriezelle 2 zu erkennen. Zudem sind auch die Gehäuse 3, welche den ersten Spannungsabgriff 41 der jeweiligen Batteriezelle 2 ausbilden, zu er kennen.
In der Figur 6 ist auch ein Zellverbinder 5 gezeigt, der elektrisch leitend mit den Gehäusen 3 dreier Batteriezellen 2 verbunden ist.
Ferner sind auch weitere Zellverbinder 10 gezeigt, die elektrisch leitend mit den positiven Spannungsabgriffen 42 der drei Batteriezellen 2 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 verbunden sind und weiterhin elektrisch leitend mit den Ge häusen 3 weiterer Batteriezellen 23 verbunden sind. Zwischen dem Zellverbinder 5 und dem ersten Spannungsabgriff 41 der Batterie zelle 2 ist dabei ein elektrisch isolierendes Isolationselement 6 angeordnet. Ins besondere ist das Isolationselement 6 zwischen dem Zellverbinder 5 und dem weiteren Zellverbinder 10 angeordnet.
Die Figur 7 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 1 in einer Explosionsdar stellung.
Dabei sind die erste Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 und die zweite Mehrzahl an Batteriezellen 22 angedeutet.
Das Batteriemodul 1 weist ein erstes Gehäuseelement 61 und ein zweites Ge häuseelement 62 auf. Das erste Gehäuseelement 61 und das zweite Gehäusee lement 62 sind dabei aus einem polymeren Werkstoff, wie beispielsweise einem Polyamid, ausgebildet.
Das erste Gehäuseelement 61 weist dabei eine Mehrzahl an bevorzugt zylind risch ausgebildeten ersten Aufnahmen 71 auf und das zweite Gehäuseelement 62 weist dabei eine Mehrzahl an bevorzugt zylindrisch ausgebildeten zweiten Aufnahmen 72 auf. Jede erste Aufnahme 71 des ersten Gehäuseelements 61 umfasst dabei eine zylindrisch ausgebildete Mantelfläche 91, welche allesamt von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind. Jede zweite Aufnahme 72 des zweiten Gehäuseelements 62 umfasst dabei eine zylindrisch ausgebildete Man telfläche 92, welche allesamt von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass bevorzugt die zylindrisch ausgebildeten Mantelflächen 91 der ersten Aufnahmen 71 und die zylindrisch ausgebildeten Mantelflächen 92 der zweiten Aufnahmen 72 vollständig, zumindest aber teilwei se von Temperierfluid umströmbar angeordnet sind. Insbesondere können sich zylindrisch ausgebildete Mantelflächen 91 bzw. zylindrisch ausgebildete Mantel flächen 92 untereinander berühren.
Die ersten Aufnahmen 71 nehmen dabei die erste Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 auf und die zweiten Aufnahmen ,2 nehmen dabei die zweite Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2 auf. Das erste Gehäuseelement 61 umfasst des Weiteren einen ersten Grundkörper
81, an welchen die ersten Aufnahmen 71 angeordnet sind.
Das zweite Gehäuseelement 62 umfasst des Weiteren ein zweiten Grundkörper
82, an welchem die zweiten Aufnahmen 72 angeordnet sind.
Insbesondere weisen der erste Grundkörper 81 und/oder der zweite Grundkörper 82 im Wesentlichen eine quaderförmige Grundform auf.
Der erste Grundkörper 81 und der zweite Grundkörper 82 sind dabei unter Aus bildung eines Aufnahmeraums 9 miteinander verbunden. Der erste Grundkörper 81 und der zweite Grundkörper 82 sind dabei mittels einer Falzverbindung 11 formschlüssig miteinander verbunden. Die Falzverbindung 8 ist dabei umlaufend an der Verbindung zwischen dem ersten Grundkörper 81 und dem zweiten Grundkörper 82 angeordnet und dichtet das Batteriemodul 1 gegenüber einer Umgebung des Batteriemoduls 1 ab. In dem Aufnahmeraum 9 sind die Zellver binder 5 und die weiteren Zellverbinder 10 aufgenommen.
Dabei ist zu erkennen, dass die erste Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 und die zweite Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2 unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind. Insbesondere sind dabei auch die zweiten Spannungsabgriffe 42 der ersten Mehrzahl 21 an Batteriezellen 2 und die zweiten Spannungsabgriffe 42 der zwei ten Mehrzahl 22 an Batteriezellen 2 unmittelbar gegenüberliegend.

Claims

Ansprüche
1. Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen (20), wobei ein Gehäuse (3) einer Batteriezelle (2), in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle (2) aufgenommen sind, jeweils einen ersten Spannungsabgriff (41) der Batteriezelle (2) ausbildet, und eine Batteriezelle (2) jeweils einen von dem Gehäuse (3) der Batteriezelle (2) elektrisch isoliert ausgebildeten zweiten Spannungsabgriff (42) aufweist, wobei das Batteriemodul (1) zumindest einen Zellverbinder (5) umfasst, wobei ein erster Abschnitt (51) des Zellverbinders (5) elektrisch leitend mit den Gehäusen (3) zumindest zweier Batteriezellen (2) einer ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) verbunden ist, wobei der erste Abschnitt (51) zwischen den Gehäusen (3) der zumindest zwei Bat teriezellen (2) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) angeordnet ist, und ein zweiter Abschnitt (52) des Zellverbinders (5) elektrisch leitend mit den zweiten Spannungsabgriffen (42) zumindest zweier Batteriezellen (2) ei ner zweiten Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) verbunden ist.
2. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (2) als zylindrische Batteriezellen (200) ausgebildet sind.
3. Batteriemodul nach einem vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Abschnitt (51) des Zellverbinders (5) und der zweite Abschnitt (52) des Zellverbinders (5) rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wobei der Zellverbinder (5) insbesondere zumindest teilweise T-förmig ausgebildet ist.
4. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) zumindest einen weiteren Zellverbinder (10) umfasst, welcher elektrisch leitend mit dem Gehäuse (3) einer weiteren Batteriezelle (23) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und dem zweiten Spannungsabgriff (2) einer Batteriezelle (2) der ersten Mehr zahl (21) an Batteriezellen (2) verbunden ist.
5. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Zellverbinder (10) zwischen den Gehäusen (3) zweier weiterer Batteriezellen (23) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) angeordnet ist.
6. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zellverbinder (5) und dem ersten Spannungsabgriff (41) einer Batteriezelle (2) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) ein elektrisch isolierend ausgebildetes Isolationselement (6) angeordnet ist.
7. Batteriemodul nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) ein, insbesondere aus einem polymeren Werkstoff ausgebildetes, erstes Gehäuseelement (61) mit einer Mehrzahl an ersten Aufnahmen (71) aufweist, in welchen die erste Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) aufgenommen ist, und das Batteriemodul (1) ein, insbesondere aus einem polymeren Werkstoff ausgebildetes, zweites Gehäuseelement (62) mit einer Mehrzahl an zweiten Aufnahmen (72) aufweist, in welchen die zweite Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) aufgenommen ist, wobei der Zellverbinder (5) bevorzugt in dem ersten Gehäuseelement (61) und/oder in dem zweiten Gehäuseelement (62) aufgenommen ist.
8. Batteriemodul nach dem vorherigen Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseelement (61) einen ersten Grundkörper (81) aufweist, an welchem die ersten Aufnahmen (71) angeordnet sind und das zweite Gehäuseelement (32) einen zweiten Grundkörper (52) aufweist, an welchem die zweiten Aufnahmen (42) angeordnet sind, wobei der erste Grundkörper (81) und der zweite Grundkörper (82) unter Ausbil dung eines Aufnahmeraumes (9), in welchem der Zellverbinder (5) zu einer elektrisch leitenden Verschaltung der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und der zweiten Mehrzahl (22) an Batte riezellen (2) zumindest teilweise aufgenommen ist, miteinander verbunden sind.
9. Batteriemodul nach dem vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Grundkörper (81) und der zweite Grundkörper (82), insbesondere mittels einer Falzverbindung (11), formschlüssig miteinander verbunden sind.
10. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) und die zweite Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) unmittelbar gegenüberliegend angeordnet sind.
11. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriemodul (1) eine Mehrzahl an Zellverbindern (5) aufweist und ins besondere eine Mehrzahl an weiteren Zellverbindern (10) aufweist.
12. Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (1) nach einem der vorher gehenden Ansprüche 1 bis 11 mit einer Mehrzahl an Batteriezellen (2), insbesondere Lithium-Ionen- Batteriezellen (20), wobei ein Gehäuse (3) einer Batteriezelle (2), in welchem elektrochemische Komponenten der Batteriezelle (2) aufgenommen sind, jeweils einen ersten Spannungsabgriff (41) der Batteriezelle (2) ausbildet, und eine Batteriezelle (2) jeweils einen von dem Gehäuse (3) der Batteriezelle (2) elektrisch isoliert ausgebildeten zweiten Spannungsabgriff (42) aufweist, wobei die Gehäuse (3) zumindest zweier Batteriezellen (2) einer ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) elektrisch leitend mit einem ersten Abschnitt (51) eines Zellverbinders (5) verbunden werden, wobei der erste Abschnitt (51) zwischen den Gehäusen (3) der zumindest zwei Bat teriezellen (2) der ersten Mehrzahl (21) an Batteriezellen (2) angeordnet wird, und die zweiten Spannungsabgriffe (42) zumindest zweier Batteriezel- len (2) einer zweiten Mehrzahl (22) an Batteriezellen (2) elektrisch leitend mit einem zweiten Abschnitt (52) des Zellverbinders (5) verbunden werden.
13. Verwendung eines Batteriemoduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 in einem leichten elektrisch angetriebenen Fahrzeug (light electric vehicle).
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