WO2023110140A1 - Batteriezellenanordnung für batteriezellen sowie verfahren zum herstellen einer derartigen batteriezellenanordnung - Google Patents

Batteriezellenanordnung für batteriezellen sowie verfahren zum herstellen einer derartigen batteriezellenanordnung Download PDF

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Definitions

  • the invention relates to a battery cell arrangement with a housing arrangement in which battery cells with a cylindrical outer circumference are arranged, the housing arrangement having a housing part in which a foam holding structure is provided for the battery cells.
  • the invention also relates to a method for producing such a battery cell arrangement.
  • the IIS patent application 2018/0034018 A1 discloses a battery cell arrangement in which several housing parts are provided, in which the cylindrical battery cells are provided and are secured by an injected foam.
  • Such battery cell arrangements are used in particular in electric vehicles, such as electric bicycles, but also electric vehicles, with the foam holding structure on the one hand serving to securely store the individual battery cells, even in the event of a crash, and on the other hand thermally insulating the individual battery cells.
  • the known foam holding structure has the disadvantage that it does not evenly fill all the free spaces, particularly in the case of large battery cell arrangements, and thus secures the battery cells unevenly. In the worst case, individual battery cells can shift or tilt, which in turn can negatively affect functionality or even endanger it.
  • the foam holding structure has at least one vacuum foam pad. This makes it possible in a simple manner to precisely arrange the battery cells in the housing part with the aid of the vacuum foam cushion and then to provide for expansion of the foam, as a result of which the foam is uniform expands and fills in gaps to secure the battery cells.
  • the at least one vacuum foam cushion is tubular in an initial state with a plastic casing and has a width that corresponds to the height of a battery cell. This makes it particularly easy to position the battery cells together with the vacuum foam cushion and then to cause the foam to expand by piercing the plastic sheathing and thus to fix or secure the battery cells.
  • the housing part can have a base element, the base element having form-fitting means for placing the battery cells and the housing part being closable by a cover element.
  • a row of consecutive battery cells is surrounded in a meandering manner by the vacuum foam cushion.
  • the invention is also achieved by a method for producing such a battery cell arrangement, in which the battery cells are arranged in the housing part in a first step, the at least one vacuum foam cushion is placed in the area of the battery cells in a second step and an expansion of the battery cell is carried out in a third step at least one vacuum foam pad is triggered. It is particularly advantageous here if, in the second step, at least one vacuum foam cushion according to claim 2 is placed in a meandering pattern around the battery cells.
  • FIG. 1 shows a plan view of a battery cell arrangement according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view of an advantageous vacuum foam cushion
  • FIG. 3 shows a plan view of the battery cell arrangement before expansion of the vacuum foam cushion.
  • FIG. 1 shows a sectional view of a battery cell arrangement 2 according to the invention, battery cells 4 being arranged in a secured manner in a housing arrangement 6 .
  • the housing arrangement 6 consists of a housing part 8 which has an intermediate wall part 10 and a base part 12 . This housing part 8 is advantageously made in one piece.
  • Form-fitting means 14 are provided on the base element 12, which enable the battery cells to be placed precisely.
  • the battery cells 4 are fixed and held securely by a vacuum foam pad 16, which is shown here in the expanded state.
  • the foam padding 16 surrounds the battery cells 4 in a meandering manner and also in the longitudinal direction.
  • the housing part 8 is additionally surrounded by a protective layer 18, which is intended to provide additional protection in the event of an accident.
  • a protective layer 18 which is intended to provide additional protection in the event of an accident.
  • the present battery cell assembly 2 in vehicles such. As motor vehicles, electric bicycles, etc. of all kinds can be used.
  • the housing arrangement 6 can also contain a cover element, which is not shown in any more detail, which closes the upper side of the housing arrangement 6 .
  • FIG. 2 now shows a sectional view of the vacuum foam pad 16 which is tubular here.
  • a foam pad 20 which has been exposed to a vacuum and reduced in size accordingly is surrounded by a plastic sheath 22 in an airtight manner.
  • FIG. 3 now shows the battery cell arrangement 2 from FIG.
  • a foam pad 20 was placed around each row of battery cells 4 in the longitudinal direction back and forth and meandering around the battery cells 4, so that two foam pads 16 are provided for two rows of battery cells 4, with the two rows also being separated by the partition 10 are separated from each other.
  • the plastic casing 22 is then pierced through the vacuum foam pad 16 simultaneously, for example by a needle device, at as many points as possible, so that the vacuum foam pad 16 expands and that shown in FIG takes shape.
  • the tubular vacuum foam padding 16 has a width in the present exemplary embodiment which corresponds approximately to the height of the respective battery cells 4 .

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Abstract

Batteriezellenanordnung mit einer Gehäuseanordnung (6), in der Batteriezellen (4) mit einem zylindrischen Außenumfang angeordnet sind, wobei die Gehäuseanordnung (6) ein Gehäuseteil (8) aufweist, in dem eine Schaumstoff- Haltestruktur (16) für die Batteriezellen (4) vorgesehen ist, wobei die Schaumstoff- Haltestruktur (16) mindestens ein Vakuum -Schaumstoffpolster (20) aufweist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batteriezellenanordnung (2).

Description

Batteriezellenanordnung für Batteriezellen sowie Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batteriezellenanordnung
Die Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung mit einer Gehäuseanordnung, in der Batteriezellen mit einem zylindrischen Außenumfang angeordnet sind, wobei die Gehäuseanordnung ein Gehäuseteil aufweist, in dem eine Schaumstoff- Haltestruktur für die Batteriezellen vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batteriezellenanordnung.
Derartige Batteriezellenanordnungen sind aus dem Stand der Technik hinlänglich bekannt. So offenbart beispielsweise die IIS-Patentanmeldung 2018/0034018 A1 eine Batteriezellenanordnung, bei der mehrere Gehäuseteile vorgesehen sind, in denen die zylinderförmigen Batteriezellen vorgesehen sind und durch einen eingespritzten Schaum gesichert sind. Derartige Batteriezellenanordnungen, werden insbesondere bei Elektrofahrzeugen, wie zum Beispiel Elektrofahrräder, aber auch Elektrokraftfahrzeuge, eingesetzt, wobei die Schaumstoff-Haltestruktur einerseits der sicheren Lagerung der einzelnen Batteriezellen, auch im Crashfall, dient und andererseits eine thermische Isolierung der einzelnen Batteriezellen bewirkt. Die bekannte Schaumstoff-Haltestruktur weist jedoch den Nachteil auf, dass diese, insbesondere bei großen Batteriezellenanordnungen, nicht gleichmäßig alle Freiräume füllt und damit die Batteriezellen ungleichmäßig sichert. Im schlimmsten Fall kann ein Verschieben oder Verkippen einzelner Batteriezellen auftreten, was wiederum die Funktionalität negativ beeinträchtigt oder gar gefährden kann.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Batteriezellenanordnung bereitzustellen, die die oben genannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Schaumstoff- Haltestruktur mindestens ein Vakuum -Schaumstoffpolster aufweist. Hierdurch ist es auf einfache Weise möglich, die Batteriezellen in dem Gehäuseteil präzise unter Zuhilfenahme des Vakuum -Schaumstoffpolsters anzuordnen und dann eine Expansion des Schaumstoffes vorzusehen, wodurch der Schaumstoff gleichmäßig expandiert, und vorhandene Zwischenräume ausfüllt, um die Batteriezellen zu sichern.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist das mindestens eine Vakuum- Schaumstoffpolster in einem Ausgangszustand schlauchförmig mit einer Kunststoffummantelung ausgebildet, und weist eine Breite auf, die der Höhe einer Batteriezelle entspricht. Hierdurch ist es besonders einfach, die Batteriezellen zusammen mit dem Vakuum -Schaumstoffpolster zu positionieren und dann durch ein Durchstechen der Kunststoffummantelung eine Expansion des Schaumstoffes herbeizuführen und damit die Batteriezellen zu fixieren bzw. zu sichern. Um eine Vorpositionierung noch weiter zu vereinfachen, kann das Gehäuseteil ein Bodenelement aufweisen, wobei das Bodenelement Formschlussmittel zum Platzieren der Batteriezellen aufweist und wobei das Gehäuseteil durch ein Deckelelement verschließbar ist.
In besonders vorteilhafter Weise ist eine Reihe von aufeinderfolgenden Batteriezellen mäanderförmig vom Vakuum -Schaumstoffpolster umschlungen.
Die Erfindung wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zum Herstellen einer derartigen Batteriezellenanordnung, wobei in einem ersten Schritt die Batteriezellen im Gehäuseteil angeordnet werden, in einem zweiten Schritt das mindestens eine Vakuum-Schaumstoffpolster im Bereich der Batteriezellen platziert wird und in einem dritten Schritt eine Expansion des mindestens einen Vakuum -Schaumstoffpolsters ausgelöst wird. Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn im zweiten Schritt mindestens ein Vakuum-Schaumstoffpolster gemäß Anspruch 2 mäanderförmig um die Batteriezellen gelegt wird.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert, hierbei zeigt:
Figur 1 eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung, Figur 2 eine Schnittansicht eines vorteilhaften Vakuum-Schaumstoffpolsters und Figur 3 eine Draufsicht der Batteriezellenanordnung vor einer Expansion des Vakuum-Schaumstoffpolsters. Figur 1 zeigt in einer Schnittansicht eine erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung 2, wobei Batteriezellen 4 in einer Gehäuseanordnung 6 gesichert angeordnet sind. Die Gehäuseanordnung 6 besteht im vorliegenden Ausführungsbeispiel aus einem Gehäuseteil 8 das ein Zwischenwandteil 10 und ein Bodenteil 12 aufweist. In vorteilhafter Weise ist dieses Gehäuseteil 8 einstückig gefertigt. Am Bodenelement 12 sind Formschlussmittel 14 vorgesehen, die eine genaue Platzierung der Batteriezellen ermöglichen. Fixiert und sicher gehalten werden die Batteriezellen 4 durch ein Vakuum -Schaumstoffpolster 16, das hier im expandierten Zustand dargestellt ist. Das Schaumstoffpolster 16 umgibt hierbei die Batteriezellen 4 mäanderförmig und zusätzlich noch in Längsrichtung. Das Gehäuseteil 8 wird zusätzlich noch umgeben durch eine Schutzschicht 18, die einen zusätzlichen Schutz bei Unfällen bieten soll. Hierbei sei angemerkt, dass die vorliegende Batteriezellenanordnung 2 in Fahrzeugen, wie z. B. Kraftfahrzeugen, Elektrofahrrädern, etc. aller Art eingesetzt werden kann. Die Gehäuseanordnung 6 kann desweiteren noch ein nicht weiter dargestelltes Deckelelement beinhalten, das die Oberseite der Gehäuseanordnung 6 verschließt.
Figur 2 zeigt nun in einer Schnittansicht das Vakuum-Schaumstoffpolster 16 das hier schlauchförmig ausgebildet ist. Ein Schaumstoffpolster 20, das einem Vakuum ausgesetzt wurde und dementsprechend verkleinert wurde, ist luftdicht von einer Kunststoffummantelung 22 umgeben.
Figur 3 zeigt nun die Batteriezellenanordnung 2 aus Figur 1 mit einem noch nicht expandierten Vakuum-Schaumstoffpolster 16. Hierbei wurden zunächst in einem ersten Schritt die Batteriezellen 4 im Gehäuseteil 8 angeordnet, in dem sie in die entsprechenden Formschlussmittel 14 eingesetzt wurden. In einem zweiten Schritt wurde um jeweils eine Reihe der Batteriezellen 4 ein Schaumstoffpolster 20 in Längsrichtung vor und zurück und mäanderförmig um die Batteriezellen 4 herum platziert, sodass zwei Schaumstoffpolster 16 für zwei Reihen Batteriezellen 4 vorgesehen sind, wobei die beiden Reihen zusätzlich durch die Zwischenwand 10 voneinander getrennt sind. In einem dritten Schritt, wird dann beispielsweise durch eine Nadelvorrichtung an möglichst vielen Stellen gleichzeitig die Kunststoffummantelung 22 das Vakuum-Schaumstoffpolster 16 durchstochen, sodass das Vakuum-Schaumstoffpolster 16 expandiert und die in Figur 1 gezeigte Gestalt annimmt. Es sei noch angemerkt, dass das schlauchförmige Vakuum- Schaumstoffpolster 16 im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Breite besitzt, die ungefähr der Höhe der jeweiligen Batteriezellen 4 entspricht.

Claims

5 Patentansprüche
1 . Batteriezellenanordnung mit einer Gehäuseanordnung (6), in der Batteriezellen (4) mit einem zylindrischen Außenumfang angeordnet sind, wobei die Gehäuseanordnung (6) ein Gehäuseteil (8) aufweist, in dem eine Schaumstoff- Haltestruktur (16) für die Batteriezellen (4) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Schaumstoff-Haltestruktur (16) mindestens ein Vakuum-Schaumstoffpolster (20) aufweist.
2. Batteriezellenanordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Vakuum-Schaumstoffpolster (20) in einem Ausgangszustand schlauchförmig mit einer Kunststoffummantelung (22) ausgebildet ist, und eine Breite aufweist, die der Höhe einer Batteriezelle (4) entspricht.
3. Batteriezellenanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuseteil (8) ein Bodenelement (12) aufweist, wobei das Bodenelement Formschlussmittel (14) zum Platzieren der Batteriezellen (4) aufweist und wobei das Gehäuseteil (8) durch ein Deckelelement verschließbar ist.
4. Batteriezellenanordnung nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Reihe von aufeinanderfolgenden Batteriezellen (4) mäanderfömig vom Vakuum-Schaumstoffpolster (20) umschlungen sind.
5. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezellenanordnung (2) nach einem der Ansprüche 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Batteriezellen (4) im Gehäuseteil (8) angeordnet werden, in einem zweiten Schritt das mindestens eine Vakuum -Schaumstoffpolster (20) im Bereich der Batteriezellen (4) platziert wird und in einem dritten Schritt eine Expansion des mindestens einen Vakuum-Schaumstoffpolsters (20) ausgelöst wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Schritt mindestens ein Vakuum-Schaumpolster (20) gemäß Anspruch 2 mäanderförmig um die Batteriezellen (4) gelegt wird.
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