WO2023217474A1 - Support element for battery cells for a high-voltage storage module - Google Patents

Support element for battery cells for a high-voltage storage module Download PDF

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WO2023217474A1
WO2023217474A1 PCT/EP2023/059424 EP2023059424W WO2023217474A1 WO 2023217474 A1 WO2023217474 A1 WO 2023217474A1 EP 2023059424 W EP2023059424 W EP 2023059424W WO 2023217474 A1 WO2023217474 A1 WO 2023217474A1
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battery cells
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Attila Farkas
Felicitas Durozard
Sabrina Schmidt
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Abstract

The invention relates to a carrier element (10) for battery cells (18) for a high-voltage storage module (50), wherein the carrier element (10) is designed to receive a plurality of battery cells (18) and the battery cells (18) can be arranged in a cell row (20), and wherein the carrier element (10) is designed to be connected to at least one further such carrier element (10).

Description

Trägerelement für Batteriezellen für ein Hochvoltspeichermodul Carrier element for battery cells for a high-voltage storage module
Die Erfindung betrifft ein Trägerelement für Batteriezellen für ein Hochvoltspeichermodul, wobei das Trägerelement dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl an Batteriezellen aufzunehmen, wobei die Batteriezellen in einer Zellreihe anordenbar sind, und wobei das Trägerelement eingerichtet ist, mit wenigstens einem weiteren solchen Trägerelement verbunden zu werden. The invention relates to a carrier element for battery cells for a high-voltage storage module, wherein the carrier element is designed to accommodate a plurality of battery cells, wherein the battery cells can be arranged in a cell row, and wherein the carrier element is designed to be connected to at least one further such carrier element.
Zur Bereitstellung elektrischer Energie beim Versorgen elektrischer Antriebe von Fahrzeugen sind Hochvoltspeicher, auch als Antriebsbatterien oder -akkumulatoren bezeichnet, bekannt. Solche Hochvoltspeicher weisen mehrere Energiespeicherzellen oder mehrere Energiespeicherzellen umfassende Energiespeichermodule auf und können beispielsweise im Bereich eines Fahrzeugunterbodens zwischen Achsen eines Kraftfahrzeugs angeordnet sein. High-voltage storage devices, also known as drive batteries or accumulators, are known for providing electrical energy when supplying electric drives in vehicles. Such high-voltage storage devices have several energy storage cells or energy storage modules comprising several energy storage cells and can be arranged, for example, in the area of a vehicle underbody between axles of a motor vehicle.
Um beispielsweise als Teil einer tragenden Struktur einer Fahrzeugkarosserie eingesetzt werden zu können, muss der Hochvoltspeicher bzw. dessen Module eine hohe Festigkeit und Steifigkeit aufweisen. Hierzu können Batteriezellen beispielsweise in einer fahrbahnseitig angeordneten Wanne angeordnet sein, wobei die Batteriezellen in der Wanne und mit einem fahrzeugseitig angeordneten, die Wanne verschließenden Deckel verklebt sein und eine Sandwichstruktur bilden können. Insbesondere wenn die Batteriezellen bei einem Herstellungsprozess reihenweise in einer solchen Wanne oder auf einer T rägerplatte angeordnet werden, kann eine Aushärtezeit eines Klebers die Herstellung verlangsamen und kann gegebenenfalls zusätzlichen Platzbedarf für ein Zwischenlager zur Folge haben, um ein Aushärten des Klebers sicher stellen zu können. In order to be used, for example, as part of a supporting structure of a vehicle body, the high-voltage battery or its modules must have high strength and rigidity. For this purpose, battery cells can be arranged, for example, in a trough arranged on the road side, whereby the battery cells can be glued in the trough and to a lid arranged on the vehicle side and closing the trough and can form a sandwich structure. In particular, if the battery cells are arranged in rows in such a tub or on a carrier plate during a manufacturing process, a curing time for an adhesive can slow down production and may possibly result in additional space being required for an intermediate storage facility in order to ensure that the adhesive can harden.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Herstellungsprozess für ein Hochvoltspeichermodul und ein Hochvoltspeichermodul bzw. einen Hochvoltspeicher zu verbessern. Insbesondere soll ein Hochvoltspeichermodul und ein Herstellungsverfahren dessen dahingehend verbessert werden, dass eine verbesserte Einhaltung Herstellungstoleranzen für eine Batteriezellanordnung eines Hochvoltspeichermoduls zu ermöglichen. Against this background, it is an object of the invention to improve a manufacturing process for a high-voltage storage module and a high-voltage storage module or a high-voltage storage device. In particular, a high-voltage storage module and a manufacturing process of which can be improved to enable improved compliance with manufacturing tolerances for a battery cell arrangement of a high-voltage storage module.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein T rägerelement für Batteriezellen für ein Hochvoltspeichermodul mit den Merkmalen von Anspruch 1 , einen Hochvoltspeicher mit den Merkmalen von Anspruch 11 und ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichermoduls mit den Merkmalen von Anspruch 12. Die abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. This object is achieved by a carrier element for battery cells for a high-voltage storage module with the features of claim 1, a high-voltage storage device with the features of claim 11 and a method for producing a high-voltage storage module with the features of claim 12. The dependent claims relate to advantageous developments of the invention .
Gemäß einem ersten Aspekt wird ein T rägerelement für Batteriezellen für ein Hochvoltspeichermodul angegeben, wobei das Trägerelement dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl an Batteriezellen beabstandet zu deren Stirnseiten aufzunehmen, wobei die Batteriezellen in einer Zellreihe anordenbar sind. Zudem ist das Trägerelement eingerichtet, mit wenigstens einem weiteren solchen Trägerelement verbunden zu werden, wobei das Trägerelement derart mit dem weiteren Trägerelement verbindbar ist, dass die Zellreihen der Trägerelemente versetzt zueinander angeordnet sind. Innerhalb einer mittels der Erfindung ermöglichten Batteriezellanordnung sind die Längsachsen der Batteriezellen einer bzw. aller Zellreihen insbesondere parallel zueinander und in einer Ebene angeordnet bzw. anordenbar. According to a first aspect, a carrier element for battery cells is specified for a high-voltage storage module, wherein the carrier element is designed to accommodate a plurality of battery cells at a distance from their end faces, wherein the battery cells can be arranged in a cell row. In addition, the carrier element is set up to be connected to at least one further such carrier element, wherein the carrier element can be connected to the further carrier element in such a way that the cell rows of the carrier elements are arranged offset from one another. Within a battery cell arrangement made possible by the invention, the longitudinal axes of the battery cells of one or all cell rows are arranged or can be arranged, in particular, parallel to one another and in one plane.
Durch das Trägerelement können die Batteriezellen in einer ersten Richtung in einem vorbestimmten Abstand zueinander aufgenommen, angeordnet und/oder gehalten werden. Eine Zellreihe wird dabei durch die benachbart zueinander angeordneten Batteriezellen gebildet, wobei insbesondere die Längsachsen und/oder geometrischen Schwerpunkte der Batteriezellen auf einer Achse liegen können, um eine gleichförmige Zellreihe zu bilden. Durch die mittels der Ausprägung des Trägerelements ermöglichte Verbindung zweier oder mehrerer solcher mit Batteriezellen bestückten Trägerelemente, können die zwei oder mehr Zellreihen der jeweiligen Trägerelemente zueinander in einer zweiten Richtung in einem vorbestimmten Abstand zueinander angeordnet und/oder gehalten werden. Somit kann eine Anordnung in einer Ebene bzw. räumliche Anordnung von Batteriezellen und/oder Zellreihen zueinander ermöglicht werden. Die Trägerelement ermöglichen eine Vorpositionierung der Batteriezellen, wodurch Toleranzmaße eingehalten und herstellungsprozessbedingte Positionsabweichungen der Batteriezellen und/oder Zellreihen zueinander in der ersten Richtung und in der zweiten Richtung reduziert werden können. The carrier element can be used to accommodate, arrange and/or hold the battery cells in a first direction at a predetermined distance from one another. A row of cells is formed by the battery cells arranged adjacent to one another, with the longitudinal axes and/or geometric centers of gravity of the battery cells in particular being able to lie on one axis in order to form a uniform row of cells. Due to the connection of two or more such carrier elements equipped with battery cells, which is made possible by the shape of the carrier element, the two or more cell rows of the respective carrier elements can be connected to one another in a second direction in a predetermined manner Spaced from each other and / or kept. This makes it possible to arrange battery cells and/or rows of cells in one plane or spatially in relation to one another. The carrier elements enable prepositioning of the battery cells, whereby tolerance dimensions can be maintained and positional deviations of the battery cells and/or cell rows from one another in the first direction and in the second direction due to the manufacturing process can be reduced.
Das Trägerelement weist insbesondere einen Kunststoff auf oder ist aus einem Kunststoff gefertigt und/oder als Spritzgussteil ausgebildet. Insbesondere ermöglicht das Trägerelement eine stabile Halterung bzw. Positionierung für die Batteriezellen, wobei das Trägerelement ein möglichst geringes Volumen und/oder Gewicht zur Bereitstellung dieser Funktion aufweist. The carrier element in particular has a plastic or is made of a plastic and/or designed as an injection molded part. In particular, the carrier element enables a stable holder or positioning for the battery cells, with the carrier element having the lowest possible volume and/or weight to provide this function.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Hochvoltspeichermodul vorgeschlagen, aufweisend wenigstens ein hierin beschriebenes Trägerelement und/oder hergestellt mittels eines hierin beschriebenen Herstellungsverfahrens. According to a further aspect, a high-voltage storage module is proposed, comprising at least one carrier element described herein and/or produced by means of a manufacturing method described herein.
Ein Hochvoltspeicher ist insbesondere ein Energiespeicher bzw. eine Antriebsbatterie bzw. -akkumulator, welcher wenigstens ein Hochvoltspeichermodul, insbesondere mehrere Module bzw. Hochvoltspeichermodule mit parallel und/oder seriell verschalteten Batteriezellen aufweist. Hierbei kommen insbesondere zylindrische Batteriezellen zum Einsatz, welche insbesondere in hexagonalen Packungsanordnungen bereitgestellt werden. Die Batteriezelle weist in diesem Fall einen kreisförmigen Zellquerschnitt und eine senkrecht hierzu angeordnete Längsachse auf und ist in Längsrichtung durch zwei Stirnseiten begrenzt, wobei die Stirnseiten durch einen Zellenmantel verbunden sind. Selbstverständlich können auch Batteriezellen mit anderen Querschnitten, beispielsweise rechteckigen, hexagonalen oder prismatischen Querschnitten eingesetzt werden. A high-voltage storage is in particular an energy storage or a drive battery or accumulator, which has at least one high-voltage storage module, in particular several modules or high-voltage storage modules with battery cells connected in parallel and / or series. In particular, cylindrical battery cells are used here, which are provided in particular in hexagonal packing arrangements. In this case, the battery cell has a circular cell cross-section and a longitudinal axis arranged perpendicular thereto and is delimited in the longitudinal direction by two end faces, the end faces being connected by a cell jacket. Of course, battery cells with other cross sections, for example rectangular, hexagonal or prismatic cross sections, can also be used.
In einer Einbausituation in einen Kraftfahrzeug kann ein Hochvoltspeicher bzw. können Hochvoltspeichermodule und/oder die Batteriezellen derart angeordnet sein, dass die Längsachsen der Batteriezellen parallel zu einer Fahrzeugvertikalen angeordnet sind, wobei durch diese Längsachsen der Batteriezellen eine Z-Rich- tung eines Raumachsensystems festgelegt sein kann. In Bezug auf ein Hochvoltspeichermodul, dessen Hochrichtung parallel zu dieser Z-Achse verläuft, kann eine Zellreihe, welche durch das erfindungsgemäße Trägerelement gehalten bzw. festgelegt ist, eine X-Richtung definieren und eine Verbindungsrichtung mehrerer Trägerelemente kann eine Y-Richtung festlegen, wobei die drei Raumrichtungen (X, Y, Z) wenigstens im Wesentlichen senkrecht aufeinander stehen. In an installation situation in a motor vehicle, a high-voltage storage device or high-voltage storage modules and/or the battery cells can be arranged in this way be that the longitudinal axes of the battery cells are arranged parallel to a vehicle vertical, wherein a Z direction of a spatial axis system can be determined by these longitudinal axes of the battery cells. With respect to a high-voltage storage module whose vertical direction runs parallel to this Z-axis, a cell row, which is held or fixed by the carrier element according to the invention, can define an X-direction and a connection direction of several carrier elements can define a Y-direction, whereby the three spatial directions (X, Y, Z) are at least essentially perpendicular to one another.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines Hochvoltspeichermoduls vorgeschlagen. Dieses Verfahren umfasst dabei Schritte des Bereitstellens eines ersten Trägerelements, welches insbesondere nach einer hierin beschriebenen Ausführungsform ausgebildet ist; des Bestückens des Trägerelements mit Batteriezellen; des Anordnens eines Wärmetauschelements an den Batteriezellen; und des Anordnens eines zweiten Trägerelements an dem ersten Trägerelement. According to a further aspect, a method for producing a high-voltage storage module is proposed. This method includes steps of providing a first carrier element, which is designed in particular according to an embodiment described herein; equipping the carrier element with battery cells; arranging a heat exchange element on the battery cells; and arranging a second support member on the first support member.
Das Trägerelement bildet in seiner Längserstreckung insbesondere eine Ebene (X, Y-Ebene) aus, in welcher die Batteriezellen anordenbar sind bzw. angeordnet werden, wobei deren Längsachsen senkrecht auf der Ebene des Trägerelements stehen. Die Batteriezellen sind insbesondere derart in dem Trägerelement anordenbar bzw. angeordnet, dass das Trägerelement zu beiden Stirnseiten der Batteriezellen beabstandet, insbesondere in gleichem Abstand zu der jeweiligen Stirnseite, angeordnet ist, wodurch eine zentrale Halterung der Batteriezellen in Bezug auf ihre Längsachse ermöglicht ist. Dadurch, dass die Stirnseiten der Batteriezellen nicht von dem Trägerelement bedeckt werden, bzw. das Trägerelement entlang der Längsachse der Batteriezellen in einem mittleren Bereich angeordnet ist, können zusätzliche Funktionskomponenten, wie beispielsweise Wärmetauscheinrichtungen, in den freien Endbereichen der Batteriezellen angeordnet werden. Zudem können die Batteriezellen mittels eines Trägerelements fixiert bzw. positioniert werden, ohne dass diese auf einer Unterlage angeordnet werden müssen bzw. bevor die Batteriezellen verklebt oder vergossen werden. In its longitudinal extent, the carrier element forms in particular a plane (X, Y plane) in which the battery cells can be arranged or will be arranged, with their longitudinal axes being perpendicular to the plane of the carrier element. The battery cells can in particular be arranged or arranged in the carrier element in such a way that the carrier element is arranged at a distance from both end faces of the battery cells, in particular at the same distance from the respective end face, which enables the battery cells to be held centrally with respect to their longitudinal axis. Because the end faces of the battery cells are not covered by the carrier element, or the carrier element is arranged in a central region along the longitudinal axis of the battery cells, additional functional components, such as heat exchange devices, can be arranged in the free end regions of the battery cells. In addition The battery cells can be fixed or positioned using a carrier element without having to be arranged on a base or before the battery cells are glued or cast.
Das Wärmetauschelement kann an einer freien Mantelfläche bzw. Zellenmantel der Batteriezellen angeordnet werden, insbesondere kann zu beiden Seiten des Trägerelements jeweils ein Wärmetauschelement an den Batteriezellen angeordnet werden, wodurch eine Ausnutzung einer zur Verfügung stehenden Mantelfläche für einen Wärmeübergang zwischen Wärmetauschelement und Batteriezellen verbessert sein kann. Zudem ist hierdurch eine Verwendung von Gleichteilen zu beiden Seiten des, insbesondere in Bezug auf eine Zelllängsachse mittig angeordneten, Trägerelements ermöglicht. The heat exchange element can be arranged on a free lateral surface or cell jacket of the battery cells, in particular a heat exchange element can be arranged on the battery cells on both sides of the carrier element, whereby utilization of an available lateral surface for heat transfer between the heat exchange element and battery cells can be improved. In addition, this enables the use of identical parts on both sides of the carrier element, in particular in relation to a cell longitudinal axis.
Ein Wärmetauschelement ist insbesondere zum Heizen und/oder Kühlen von Batteriezellen ausgebildet sein. Insbesondere kann eine das Wärmetauschelement durchströmende Kühlflüssigkeit auch mittels einer Wärmetauschvorrichtung gekühlt und/oder erwärmt werden, um ein Kühlen und/oder Aufheizen der Batteriezellen zu erreichen. Das Wärmetauschelement wird insbesondere mittels eines wärmeleitenden Klebesubstrats, -paste bzw. -schicht an den Batteriezellen, bzw. deren umfangsseitigen Mantelflächen angeordnet und dort positioniert. Dabei kann vorgesehen sein, dass das Wärmeaustauschelement bzw. die Wärmeaustauschelemente an einer Seite einer durch die Batteriezellen gebildeten Zellreihe angeordnet ist, welche zur Anordnung eines weiteren Trägerelements vorgesehen ist. Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass zunächst Trägerelemente mit Batteriezellen bestückt werden, und jeweils zu einer Seite der Zellenreihen ein Wärmetauschelement angeordnet wird, und diese jeweils mit Batteriezellen und Wärmetauschelement ein bestückten Trägerelemente zusammengesetzt bzw. gebunden werden. A heat exchange element is designed in particular for heating and/or cooling battery cells. In particular, a cooling liquid flowing through the heat exchange element can also be cooled and/or heated by means of a heat exchange device in order to achieve cooling and/or heating of the battery cells. The heat exchange element is arranged and positioned on the battery cells, or their peripheral lateral surfaces, in particular by means of a heat-conducting adhesive substrate, paste or layer. It can be provided that the heat exchange element or elements is arranged on one side of a cell row formed by the battery cells, which is intended for the arrangement of a further carrier element. In one embodiment, it can be provided that carrier elements are first equipped with battery cells, and a heat exchange element is arranged on one side of the rows of cells, and these are each assembled or bonded to a carrier element equipped with battery cells and heat exchange element.
Die Erfindung beruht insbesondere auf der Idee, Batteriezellen für die Herstellung eines Hochvoltspeichermoduls vorzupositionieren, um eine definierte Beabstan- dung dieser bereitstellen zu können, welche insbesondere mittels einer freien Anordnung und Befestigung der Batteriezellen mittels Kleber nicht bzw. nicht zuverlässig reproduzierbar bereitstellbar ist. Hierzu wird das Trägerelement als Halterung für die Batteriezellen ausgebildet, welche zum einen eine Festlegung der Batteriezellen in X-Richtung nebeneinander in Zellreihen vorgibt, und zum anderen eine Beabstandung der Zellreihen zueinander, die mittels einer Verbindung eines ersten Trägerelements mit einem zweiten Trägerelement, insbesondere durch deren Verbindungselemente, festgelegt wird. Somit kann beispielsweise ein Verkleben der Batteriezellen mit einer Wanne oder einem anderen Stützelement verbessert werden, insbesondere beschleunigt erfolgen, da ein, insbesondere vollständiges Aushärten einer ersten Reihe an Batteriezellen nicht notwendig ist, da diese mittels des Trägerelements in Position gehalten werden. Somit ist mittels des Trägerelements eine zweite Zellreihe im Wesentlichen zeitlich unmittelbar folgend anordenbar, ohne dass eine räumliche Verschiebung oder Verzerrung der Batteriezellen relativ zueinander zu erwarten ist. Hierdurch kann eine Herstellung eines Hochvoltspeichermoduls, insbesondere unter Verbesserung einer Maßtoleranzeinhaltung, beschleunigt werden, wodurch Kosteneinsparungen und Stückzahlerhöhungen ermöglicht sein können. The invention is based in particular on the idea of prepositioning battery cells for the production of a high-voltage storage module in order to achieve a defined spacing. To be able to provide this, which cannot be provided or cannot be provided in a reliably reproducible manner, in particular by freely arranging and attaching the battery cells using adhesive. For this purpose, the carrier element is designed as a holder for the battery cells, which on the one hand specifies a fixation of the battery cells next to each other in cell rows in the whose connecting elements are determined. Thus, for example, bonding of the battery cells to a trough or other support element can be improved, in particular accelerated, since a, in particular complete, hardening of a first row of battery cells is not necessary since they are held in position by means of the carrier element. Thus, by means of the carrier element, a second row of cells can be arranged essentially immediately following each other, without any spatial displacement or distortion of the battery cells relative to one another being expected. As a result, the production of a high-voltage storage module can be accelerated, in particular while improving dimensional tolerance compliance, which can make cost savings and increases in quantity possible.
Bei einer Ausführungsform ist das Trägerelement derart mit dem weiteren Trägerelement verbindbar, dass zwischen zwei Trägerelementen, insbesondere zwischen zwei durch die Trägerelemente gebildeten Zellreihen, ein wenigstens ein Wärmetauschelement anordenbar ist. Hierbei ist ein Trägerelement bzw. sind die Trägerelemente derart ausgebildet, dass zwischen zwei Zellreihen ein vorbestimmter Abstand bzw. Zwischenraum gebildet wird, um ein Wärmetauschelement insbesondere derart aufzunehmen, dass dieses an jeweils beiden Zellreihen bzw. Mantelflächen der Batteriezellen anliegen kann bzw. ein Wärmeübergang an Kontaktflächen zwischen Batteriezellen und Wärmetauschelement ermöglicht ist. Bei einigen Ausführungsformen kann das Trägerelement zusätzlich wenigstens eine Halteeinrichtung für das Wärmetauschelement aufweisen, um eine verbesserte Anordnung dessen zu ermöglichen. Durch den mittels der Trägerelemente gebildeten Aufnahmeraums für das Wärmetauschelement, kann eine kompakte Anordnung der Batte- riezellen-Wärmetausch-Kombination gebildet werden, um eine Nutzung des zur Verfügung stehenden Bauraum zu verbessern. In one embodiment, the carrier element can be connected to the further carrier element in such a way that at least one heat exchange element can be arranged between two carrier elements, in particular between two rows of cells formed by the carrier elements. Here, a carrier element or carrier elements are designed such that a predetermined distance or gap is formed between two cell rows in order to accommodate a heat exchange element, in particular in such a way that it can rest on both cell rows or lateral surfaces of the battery cells or a heat transfer Contact surfaces between battery cells and heat exchange element are made possible. In some embodiments, the support element may additionally have at least one holding device for the heat exchange element in order to provide an improved arrangement to make this possible. Through the receiving space for the heat exchange element formed by the support elements, a compact arrangement of the battery cell heat exchange combination can be formed in order to improve the use of the available installation space.
Batteriezellen, beispielsweise als Rundzellen ausgebildete Batteriezellen, bzw. Zellreihen solcher Batteriezellen können mittels der Trägerelemente in zueinander versetzt benachbarten Zellreihen angeordnet werden. Unter zwei zueinander versetzt benachbart angeordneten Zellreihen ist hier insbesondere zu verstehen, dass die Batteriezellen der, insbesondere mittels der Trägerelemente benachbart angeordneten Zellreihen - bezogen auf eine Längsachse der Batteriezellen - bei ähnlicher oder identischer Beabstandung untereinander - an unterschiedlichen Positionen angeordnet sind, die sich aus einer hexagonalen Packung ergeben. Dadurch können die Batteriezellen benachbarter Reihen an ihren Mantelseiten näher zueinander angeordnet sein, sodass sich für den Zwischenraum eine wellenförmige und/oder schwach mäandernde Längsform ergibt, weil korrespondierende Zellen der benachbarten Zellreihen einander überschneiden würden, wenn sie nicht zueinander versetzt angeordnet wären. Battery cells, for example battery cells designed as round cells, or cell rows of such battery cells can be arranged in rows of cells that are offset from one another by means of the support elements. Two rows of cells arranged offset from one another are here understood in particular to mean that the battery cells of the rows of cells arranged adjacently, in particular by means of the support elements - with respect to a longitudinal axis of the battery cells - with a similar or identical spacing from one another - are arranged at different positions, which consist of one hexagonal packing. As a result, the battery cells of adjacent rows can be arranged closer to one another on their jacket sides, so that a wavy and/or slightly meandering longitudinal shape results for the gap because corresponding cells of the adjacent cell rows would overlap one another if they were not arranged offset from one another.
Das anzuordnende bzw. angeordnete Wärmetauschelement kann hierbei in seiner Längserstreckung eine mäanderförmige Ausprägung aufweisen, um zwischen zwei derartig angeordneten Zellreihen anordenbar zu sein. Durch eine solche mittels der Trägerelemente ermöglichte Anordnung der Batteriezellen zueinander, kann ein zur Verfügung stehender Bauraum verbessert genutzt werden. Bei anderen Ausführungsformen kann das Trägerelement eingerichtet sein, Batteriezellen derart aufzunehmen und/oder mit einem weiteren Trägerelement derart verbunden zu werden, dass die Zellreihen parallel zueinander angeordnet sind, wobei Batteriezellen benachbarter Zellreihen jeweils auf einer Achse liegen, um beispielsweise anwendungsbedingten Anforderungen entsprechen zu können. The heat exchange element to be arranged or arranged can have a meandering shape in its longitudinal extent in order to be able to be arranged between two rows of cells arranged in this way. By arranging the battery cells relative to one another in this way, which is made possible by means of the support elements, the available installation space can be used in an improved manner. In other embodiments, the carrier element can be set up to accommodate battery cells and/or to be connected to a further carrier element in such a way that the cell rows are arranged parallel to one another, with battery cells of adjacent cell rows each lying on an axis in order to be able to meet application-related requirements, for example.
Bei einer Ausführungsform weist das Trägerelement eine Mehrzahl an Positionierelementen auf, die dazu eingerichtet sind, jeweils eine Batteriezelle aufzunehmen und in wenigstens zwei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen relativ zu einander positionieren. Ein Positionierelement kann beispielsweise eine mittels des Trägerelements gebildete Ausnehmung bzw. ein Halteeinrichtung sein, welche^) eingerichtet ist, die Batteriezellen wenigstens in einer Ebene, insbesondere in der oben beschriebenen X- und Y-Richtung, relativ zu einander zu fixieren bzw. zu halten. Insbesondere ist ein Positionierelement eingerichtet, eine Batteriezelle in drei Raumrichtungen, also auch in einer Längsrichtung der Batteriezellen, zu fixieren bzw. zu positionieren. In one embodiment, the carrier element has a plurality of positioning elements, each of which is designed to accommodate a battery cell and position relative to one another in at least two mutually perpendicular spatial directions. A positioning element can, for example, be a recess or a holding device formed by the carrier element, which is set up to fix or hold the battery cells relative to one another at least in one plane, in particular in the X and Y directions described above . In particular, a positioning element is set up to fix or position a battery cell in three spatial directions, i.e. also in a longitudinal direction of the battery cells.
Dabei sind die Positionierelemente insbesondere gleichförmig ausgebildet und/oder in einer Reihe angeordnet, um eine Anordnung der Batteriezellen in einer Zellreihe zu ermöglichen. Die Positionierelemente weisen insbesondere eine Geometrie auf, die einem Querschnitt der jeweiligen Batteriezellen angepasst ist, um diese aufnehmen und fixieren zu können. Durch die mittels des Trägerelements bereitgestellte räumliche Positionierung bzw. Sicherung kann ein versehentliches oder prozessbedingtes Verrutschen oder Verschieben der Batteriezellen zueinander vermieden werden. Hierdurch kann beispielsweise ein Aufsummieren mehrerer toleranzbedingter Abweichungen in einer Anordnung mehrerer Zellreihen vermieden oder verringert werden, um eine Reduktion positionierbarer Batteriezellreihen in einem vorbestimmten Bauraum zu vermeiden. The positioning elements are in particular designed to be uniform and/or arranged in a row in order to enable the battery cells to be arranged in a row of cells. The positioning elements in particular have a geometry that is adapted to a cross section of the respective battery cells in order to be able to accommodate and fix them. Due to the spatial positioning or securing provided by the carrier element, accidental or process-related slipping or displacement of the battery cells relative to one another can be avoided. In this way, for example, a summation of several tolerance-related deviations in an arrangement of several cell rows can be avoided or reduced in order to avoid a reduction in positionable battery cell rows in a predetermined installation space.
Bei einer Ausführungsform weisen die Positionierelemente jeweils eine zylindrische Aussparung auf, deren Mittelpunkte auf einer Achse liegen, wobei die Aussparung eingerichtet ist eine Batteriezelle aufzunehmen. Die Aussparung ist insbesondere eingerichtet die Batteriezelle umfangsseitig zu halten bzw. zu fixieren, wodurch ein Abstand der Batteriezellen auf einer X-Achse vorgegeben wird. Bei anderen Ausführungsformen kann die Aussparung eine jeweils an den Batteriezellenquerschnitt angepasste Geometrie aufweisen, um diese insbesondere in einer Richtung ihrer Längsachse aufnehmen zu können. Beispielsweise kann die Aussparung auch eine prismatische oder vieleckige Geometrie aufweisen. Die Aussparungen sind dabei insbesondere gleichmäßig zueinander beabstandet angeordnet und weisen jeweils die gleiche Geometrie auf. Bei einer Ausführungsform weist das Positionierelement an ihrem inneren Umfang wenigstens ein Ausgleichsmittel auf. Ein Ausgleichsmittel ist eingerichtet, die Batteriezelle, insbesondere gegenüber dem Trägerelement, gefedert zu lagern und kann insbesondere, Nasen, Bögen oder Vorsprünge aufweisen oder eine Zahnstruktur sein, wobei die Ausgleichsmittel flexibel ausgebildet sind bzw. eine relative Flexibilität gegenüber dem Trägerelement aufweisen können, um Batteriezellen innerhalb eines Toleranzbereichs zu halten, bzw. diese beim Bestücken des Trägerelements nicht zu beschädigen. In one embodiment, the positioning elements each have a cylindrical recess, the centers of which lie on an axis, the recess being designed to accommodate a battery cell. The recess is in particular designed to hold or fix the battery cell on the circumference, whereby a distance between the battery cells on an X-axis is specified. In other embodiments, the recess can have a geometry that is adapted to the battery cell cross section in order to be able to accommodate it in particular in a direction of its longitudinal axis. For example, the recess can also have a prismatic or polygonal geometry. The recesses are in particular arranged evenly spaced apart from one another and each have the same geometry. In one embodiment, the positioning element has at least one compensating means on its inner circumference. A compensating means is set up to mount the battery cell in a spring-loaded manner, in particular relative to the carrier element, and can in particular have noses, arches or projections or be a tooth structure, wherein the compensating means are designed to be flexible or can have a relative flexibility relative to the carrier element in order to accommodate battery cells to keep them within a tolerance range or not to damage them when equipping the carrier element.
Bei einer Ausführungsform weist das Trägerelement wenigstens eine erste Verbindungseinrichtung und wenigstens eine zweite Verbindungseinrichtung auf, die eingerichtet sind, zwei Trägerelemente miteinander zu verbinden. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die erste Verbindungseinrichtung an einer ersten Seite, insbesondere einer Längsseite (in X-Richtung) des Trägerelements angeordnet ist, wobei die zweite Verbindungseinrichtung an der gegenüberliegenden Seite bzw. Längsseite des Trägerelements angeordnet ist, um ein Verbinden dieser zu ermöglichen. Dabei sind die Trägerelemente insbesondere in Bezug auf ihre Längsachse parallel zu einander und/oder in einer Ebene, welche durch ein bzw. die Trägerelemente vorgegeben ist, angeordnet bzw. anordenbar. In one embodiment, the carrier element has at least one first connecting device and at least one second connecting device, which are designed to connect two carrier elements to one another. It can be provided here that the first connecting device is arranged on a first side, in particular a long side (in the . The carrier elements are arranged or can be arranged parallel to one another and/or in a plane which is predetermined by one or more carrier elements, in particular with respect to their longitudinal axis.
Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine erste Verbindungseinrichtung als erste Rasteinrichtung ausgebildet und eingerichtet, mit einer zweiten als zweite Rasteinrichtung ausgebildeten Verbindungseinrichtung des weiteren Trägerelements zusammenzuwirken. Hierbei können die Rasteinrichtungen ausgebildet sein, miteinander eine unlösbare Verbindung einzugehen, wobei die Verbindung insbesondere einen Abstand zwischen zwei Trägerelementen bzw. Zellreihen in Y-Rich- tung zu einander festlegt. Hierzu kann beispielsweise ein Verzahnungsmechanismus mit einer Aufnahmeeinrichtung und einer hierzu korrespondierend ausgebildeten Steckeinrichtung vorgesehen sein. Insbesondere können mehrere solche Rastverbindungen über eine Längserstreckung des Trägerelements vorgesehen sein, um zwei Trägerelemente an mehreren Stellen gegeneinander bzw. miteinander zu fixieren. Hierdurch kann eine gleichmäßige Verbindung zweier Trägerelemente bewirkt werden, wodurch ein vorbestimmter Abstand zweier Zellreihen zueinander festlegbar bzw. festgelegt ist. In one embodiment, the at least one first connecting device is designed as a first latching device and is set up to interact with a second connecting device of the further carrier element, designed as a second latching device. Here, the latching devices can be designed to form an inseparable connection with one another, the connection in particular defining a distance between two support elements or rows of cells in the Y direction. For this purpose, for example, a toothing mechanism with a receiving device and a correspondingly designed plug-in device can be provided. In particular, several such latching connections can be provided over a longitudinal extent of the carrier element in order to lock two carrier elements against each other or with each other at several points fix. In this way, a uniform connection between two support elements can be achieved, whereby a predetermined distance between two rows of cells from one another can be determined or fixed.
Bei einer Ausführungsform ist die wenigstens eine erste Rasteinrichtung an einem äußeren Umfang eines Positionierelements angeordnet und die wenigstens eine zweite Rasteinrichtung an einer Position zwischen zwei Positionierelementen angeordnet. Mittels einer derartigen Anordnung kann eine Fixierung zweier Zellreihen in einer parallel versetzt zueinander ausgebildeten Anordnung ermöglicht werden. Somit kann jeweils ein geometrisch ausgedehnter Bereich eines ersten Trägerelements einem geometrisch verringerten Bereich eines zweiten Trägerelements zugeordnet werden, wodurch eine mäandernde Verbindungsgeometrie bereitgestellt werden kann, welche beispielsweise auch den Aufnahmeraum vorgeben bzw. bilden kann, welcher für das Wärmetauschelement nutzbar ist. In one embodiment, the at least one first latching device is arranged on an outer circumference of a positioning element and the at least one second latching device is arranged at a position between two positioning elements. By means of such an arrangement, it is possible to fix two rows of cells in an arrangement that is offset parallel to one another. A geometrically extended region of a first carrier element can therefore be assigned to a geometrically reduced region of a second carrier element, whereby a meandering connection geometry can be provided, which, for example, can also specify or form the receiving space that can be used for the heat exchange element.
Bei einer Ausführungsform weist das Trägerelement wenigstens eine Zuführöffnung auf. Die Zuführöffnung ist insbesondere in einem Bereich zwischen zwei Positionierelementen, Aussparungen bzw. einem Bereich zweier Batteriezellen angeordnet. Die Zuführöffnung kann eingerichtet sein, ein Werkzeug, beispielsweise eine Düseneinrichtung eines Spritzwerkzeugs aufzunehmen, um eine Zuführung von Spritzgusssubstrat auf eine dem Werkzeug gegenüberliegende Seite des Trägerelements zu ermöglichen. Ferner kann die Zuführöffnung eingerichtet sein, Luft ein- und/oder auszulassen, welche beispielsweise für einen chemischen Prozess, wie eine Aufschäumreaktion eines PU-Schaums benötigt wird oder eine zu verdrängende Luft, welche bei einem Herstellungsprozess abzuführen ist, aus einem Bauraum zu ermöglichen. Es kann vorgesehen sein, dass jeweils eine solche Zuführungsöffnung zwischen zwei benachbarten Positionierelementen vorgesehen ist, um einen umfassenden Zugang zu einem freien, insbesondere zu Befüllen mit einem Substrat vorgesehenen Raum, zu ermöglichen und somit eine gleichmäßige Verteilung des Substrats zu ermöglichen. Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Im Allgemeinen gilt, dass Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen beispielhaften Aspekte und/oder Ausführungsformen miteinander kombiniert werden können, sofern dies im Zusammenhang mit der Offenbarung nicht eindeutig ausgeschlossen ist. In one embodiment, the carrier element has at least one feed opening. The feed opening is arranged in particular in an area between two positioning elements, recesses or an area of two battery cells. The feed opening can be set up to accommodate a tool, for example a nozzle device of an injection mold, in order to enable injection molding substrate to be fed to a side of the carrier element opposite the tool. Furthermore, the supply opening can be set up to let in and/or let out air, which is required, for example, for a chemical process, such as a foaming reaction of a PU foam, or to enable air to be displaced, which is to be removed during a manufacturing process, to be removed from a construction space. It can be provided that such a feed opening is provided between two adjacent positioning elements in order to enable comprehensive access to a free space, in particular intended for filling with a substrate, and thus to enable a uniform distribution of the substrate. Further advantages and possible applications of the invention result from the following description in connection with the figures. In general, features of the various exemplary aspects and/or embodiments described herein may be combined with one another unless clearly excluded in the context of the disclosure.
Im folgenden Teil der Beschreibung wird auf die Figuren Bezug genommen, die zur Veranschaulichung spezifischer Aspekte und Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind. Es versteht sich, dass andere Aspekte verwendet werden können und strukturelle oder logische Änderungen der illustrierten Ausführungsformen möglich sind, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die folgende Beschreibung der Figuren ist daher nicht einschränkend zu verstehen. In the following portion of the description, reference is made to the figures shown to illustrate specific aspects and embodiments of the present invention. It is to be understood that other aspects may be used and structural or logical changes to the illustrated embodiments are possible without departing from the scope of the present invention. The following description of the figures is therefore not to be understood as limiting.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Trägerelements in einer schematischen Darstellung. Fig. 1 shows an exemplary embodiment of a carrier element according to the invention in a schematic representation.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochvoltspeichermoduls in einer schematischen Darstellung. Fig. 2 shows a section of an exemplary embodiment of a high-voltage storage module according to the invention in a schematic representation.
Fig.3a bis 3d zeigen Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zu Herstellung eines Hochvoltspeichermoduls in einer schematischen Darstellung. 3a to 3d show steps of an exemplary embodiment of a method according to the invention for producing a high-voltage storage module in a schematic representation.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Trägerelements aus Fig. 1 in einer schematischen Darstellung. Fig. 4 shows a detail of the exemplary embodiment of the carrier element according to the invention from Fig. 1 in a schematic representation.
Fig. 5 zeigt einen weiteren Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Trägerelements aus Fig. 3a in einer schematischen Darstellung Fig. 6 zeigt einen weiteren Ausschnitt des Ausführungsbeispiels erfindungsgemäßen Hochvoltspeichermoduls aus Fig. 3c in einer schematischen Darstellung Fig. 5 shows a further detail of the exemplary embodiment of the carrier element according to the invention from Fig. 3a in a schematic representation Fig. 6 shows a further section of the exemplary embodiment of the high-voltage storage module according to the invention from Fig. 3c in a schematic representation
Fig. 1 zeigt ein Trägerelement 10 für Batteriezellen für ein Hochvoltspeichermodul gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels in einer schematischen Draufsicht. Das Trägerelement 10 ist dazu eingerichtet, eine Mehrzahl an Batteriezellen, in dem dargestellten Beispiel sechs Batteriezellen, beabstandet zu deren Stirnseiten aufzunehmen, wobei die Batteriezellen in einer Zellreihe anordenbar sind, und wobei das Trägerelement 10 eingerichtet ist, mit wenigstens einem weiteren solchen Trägerelement 10 verbunden zu werden. 1 shows a carrier element 10 for battery cells for a high-voltage storage module according to a first exemplary embodiment in a schematic top view. The carrier element 10 is designed to accommodate a plurality of battery cells, in the example shown six battery cells, at a distance from their end faces, the battery cells being able to be arranged in a row of cells, and the carrier element 10 being designed to be connected to at least one further such carrier element 10 to become.
Zur Aufnahme der Batteriezellen weist das Trägerelement 10 eine Mehrzahl an Positionierelementen 11 auf, die dazu eingerichtet sind, jeweils eine Batteriezelle aufzunehmen und diese in wenigstens zwei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen (in der Zeichnung durch X-Richtung und Y-Richtung charakterisiert) relativ zu einander zu positionieren. Hierbei kann die X-Richtung, in einem Einbauzustand des Hochvoltspeichermoduls in einem Kraftfahrzeug, eine Fahrzeugquerrichtung und die Y-Richtung eine Fahrzeuglängsrichtung sein, wobei eine Ebene, die mittels der X- und Y-Achsen aufgespannt wird senkrecht zu einer Fahrzeugvertikalen liegen kann. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Positionierelemente 11 jeweils eine zylindrische Aussparung 12 auf, wobei die Mittelpunkte M der Aussparungen 12 auf einer Achse, hier X-Achse, liegen, um eine Positionierung der Batteriezellen in einer Zellreihe entlang der X-Richtung zu ermöglichen bzw. vorzugeben. Zwischen diesen Positionierelementen 11 sind Zuführöffnungen 16 ausgebildet, die eingerichtet sind, einen Belüftungs- und/oder Verdrängungspfad für Luft oder eine Befestigungsmasse zu bilden und/oder eine Befülleinrich- tung eines Werkzeugs, beispielsweise zum Einbringen eines PU-Schaums, aufzunehmen. Um die Batteriezellen in einer Längsrichtung der Batteriezellen zu fixieren und/oder um eine Beschädigung der Batteriezellen bei einem Bestücken des Trägerelements 10 zu vermeiden, kann der innere Umfang einer solchen Aussparung 12 wenigstens ein untenstehend zu Fig. 4 und Fig. 5 näher beschriebenes Ausgleichselement 13 aufweisen. Dieses Ausgleichselement 13 ist insbesondere aus flexible Struktur ausgebildet, die eingerichtet ist Bewegungen in einer Ebene des Trägerelements auszugleichen, zu kompensieren bzw. zu dämpfen. To accommodate the battery cells, the carrier element 10 has a plurality of positioning elements 11, which are designed to each accommodate a battery cell and to position these in at least two mutually perpendicular spatial directions (characterized by the X direction and Y direction in the drawing) relative to one another to position. Here, in an installed state of the high-voltage storage module in a motor vehicle, the In the exemplary embodiment shown, the positioning elements 11 each have a cylindrical recess 12, the center points M of the recesses 12 lying on an axis, here the X axis, in order to enable the battery cells to be positioned in a row of cells along the X direction. to pretend. Between these positioning elements 11, feed openings 16 are formed, which are designed to form a ventilation and/or displacement path for air or a fastening compound and/or to accommodate a filling device of a tool, for example for introducing a PU foam. In order to fix the battery cells in a longitudinal direction of the battery cells and/or to avoid damage to the battery cells when the carrier element 10 is fitted, the inner circumference of such a recess 12 can have at least one compensating element 13, described in more detail below in relation to FIGS. 4 and 5 exhibit. This compensating element 13 is in particular formed from a flexible structure which is designed to balance, compensate or dampen movements in a plane of the carrier element.
An einer ersten Längsseite des Trägerelements 10 weist dieses erste Verbindungseinrichtungen 14 und an einer gegenüberliegenden zweiten Längsseite zweite Verbindungseinrichtungen 15 auf, die eingerichtet sind, zwei solche Trägerelemente 10, insbesondere in der Y-Richtung, miteinander zu verbinden. Hierzu kann die erste Verbindungseinrichtung 14 als erste Rasteinrichtung ausgebildet sein und die zweite Verbindungseinrichtung 15 kann als zweite Rasteinrichtung ausgebildet sein, wobei die erste Rasteinrichtung eingerichtet ist, mit einer zweiten Rasteinrichtung eines weiteren Trägerelements 10 zusammenzuwirken und die Trägerelemente 10 insbesondere unlösbar zu verbinden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist erkennbar, dass die ersten Rasteinrichtungen 14 an einem äußeren Umfang eines Positionierelements 11 angeordnet sind und die zweiten Rasteinrichtungen 15 an einer Position zwischen zwei Positionierelementen 11 angeordnet sind. Hierdurch können Zellreihen an Batteriezellen, welche mittels der Trägerelemente 10 gehalten bzw. positioniert sind, parallel versetzt zueinander angeordnet werden bzw. sein. On a first longitudinal side of the carrier element 10, this has first connecting devices 14 and on an opposite second longitudinal side second connecting devices 15, which are designed to connect two such carrier elements 10 to one another, in particular in the Y direction. For this purpose, the first connecting device 14 can be designed as a first latching device and the second connecting device 15 can be designed as a second latching device, the first latching device being set up to cooperate with a second latching device of a further carrier element 10 and to connect the carrier elements 10 in particular in a non-detachable manner. In the illustrated embodiment it can be seen that the first latching devices 14 are arranged on an outer circumference of a positioning element 11 and the second latching devices 15 are arranged at a position between two positioning elements 11. As a result, cell rows of battery cells, which are held or positioned by means of the carrier elements 10, can be arranged parallel to one another and offset from one another.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Hochvoltspeichermoduls 50 in einer schematischen Draufsicht. Fig. 2 shows a section of an exemplary embodiment of a high-voltage storage module 50 according to the invention in a schematic top view.
In der Darstellung der Fig. 2 sind zwei mittels ihrer Verbindungselemente 14, 15 miteinander verbundene Trägerelemente 10 dargestellt, wobei von dem Trägerelement 10 aufgenommene Batteriezellen 18 jeweils in einer Zellreihe 20 angeordnet sind. Dabei sind die Trägerelemente 10 derart miteinander verbunden, dass zwi- sehen den beiden Trägerelementen 10 bzw. zwischen den zwei durch die Trägerelemente 10 gebildeten, sich in X-Richtung erstreckende Zellreihen 20, ein Aufnahmeraum gebildet wird. In diesem Aufnahmeraum ist ein Wärmetauschelement 21 angeordnet, wodurch eine Ausnutzung einer zur Verfügung stehenden Mantelfläche der Batteriezellen 18 für einen Wärmeübergang zwischen Wärmetauschelement 21 und Batteriezellen 18 verbessert sein kann. Ein weiteres Wärmetauschelement 21 ist an der, in der Fig.2 unten dargestellten, Zellreihe 20 angeordnet dargestellt, wobei dies beispielsweise ein Ende einer Trägerelementanordnung sein kann, welche mit einem Wärmetauschelement 21 abschließt oder eine Darstellung eines Herstellungsprozesses illustrieren, bevor ein weiteres Trägerelement 10 angeordnet wird. 2 shows two carrier elements 10 connected to one another by means of their connecting elements 14, 15, with battery cells 18 received by the carrier element 10 each being arranged in a row of cells 20. The support elements 10 are connected to one another in such a way that between see the two support elements 10 or between the two cell rows 20 formed by the support elements 10 and extending in the X direction, a receiving space is formed. A heat exchange element 21 is arranged in this receiving space, whereby utilization of an available lateral surface of the battery cells 18 for heat transfer between the heat exchange element 21 and battery cells 18 can be improved. Another heat exchange element 21 is shown arranged on the cell row 20 shown below in FIG becomes.
Die Fig.3a bis 3d zeigen Schritte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zu Herstellung eines Hochvoltspeichermoduls (50) sowie Herstellungsstufen eines erfindungsgemäßen Hochvoltspeichermoduls (50) in einer schematischen Darstellung. 3a to 3d show steps of an exemplary embodiment of a method 100 according to the invention for producing a high-voltage storage module (50) and production stages of a high-voltage storage module (50) according to the invention in a schematic representation.
In einem in Fig 3a. dargestellten ersten Schritt a) wird ein erstes Trägerelement 10, beispielsweise das in Fig.1 dargestellte und beschriebene Trägerelement 10, bereitgestellt. Dabei ist das Trägerelement 10 eingerichtet, mit wenigstens einem weiteren baugleichen Trägerelement 10 in einer Y-Richtung, welche senkrecht auf einer durch Positionierelemente 11 bzw. Zellreihen 20 vorgegebene X-Achse bzw. - Richtung steht, verbunden zu werden, wodurch eine parallele Anordnung zweier o- der mehrerer Zellreihen 20 ermöglicht ist. In one in Fig. 3a. In the first step a) shown, a first carrier element 10, for example the carrier element 10 shown and described in FIG. 1, is provided. The carrier element 10 is set up to be connected to at least one further identical carrier element 10 in a Y direction, which is perpendicular to an o- the multiple rows of cells 20 is possible.
In einem weiteren Schritt b) wird das Trägerelement 10 mit Batteriezellen 18 bestückt, indem diese entlang ihrer Längsrichtung L in die dafür vorgesehenen Positionierelemente 11 bzw. Aussparungen 12 eingebracht werden. Hierbei können die Aussparungen 12 bzw. Positionierelemente 11 umfangsseitig wenigstens eine Ein- führschräge 111 bzw. Fase aufweisen, um ein Bestücken des Trägerelements 10 zu vereinfachen. Fig. 3b zeigt das Trägerelement 10 in bestücktem Zustand, wobei die Batteriezellen 18 eine Zellreihe 20 ausbilden. Das T rägerelement 10 ist jeweils in gleichem Abstand zu den beiden Stirnseiten 18a, 18b der Batteriezellen 18 angeordnet. Damit bietet eine Mantelfläche der Batteriezellen 18 zu beiden Seiten des Trägerelements 18 (in Z-Richtung bzw. in Batteriezellenlängsrichtung L) eine freie Fläche zur Anordnung eines Wärmetauschelements. In a further step b), the carrier element 10 is equipped with battery cells 18 by inserting them along their longitudinal direction L into the positioning elements 11 or recesses 12 provided for this purpose. Here, the recesses 12 or positioning elements 11 can have at least one insertion bevel 111 or chamfer on the circumference in order to simplify loading of the carrier element 10. 3b shows the carrier element 10 in the populated state, with the battery cells 18 forming a cell row 20. The carrier element 10 is arranged at the same distance from the two end faces 18a, 18b of the battery cells 18. A lateral surface of the battery cells 18 thus offers a free area on both sides of the carrier element 18 (in the Z direction or in the battery cell longitudinal direction L) for arranging a heat exchange element.
In Fig. 3c ist ein Schritt c) dargestellt, bei dem je ein Wärmetauschelement 21 an den Batteriezellen 18 angeordnet wird. Das Wärmetauschelement bzw. die Wärmetauschelemente 21 werden dabei insbesondere benachbart zu dem Trägerelement 10 an der Zellereihe 20 angeordnet. Insbesondere kann das Wärmetauschelement 21 an einer freien Seite der Zellreihe 20 bzw. des Trägerelements 10 angeordnet werden, welche zur Anordnung eines weiteren Trägerelements 10 vorgesehen ist. Das Wärmetauschelement 21 kann insbesondere mittels eines wärmeleitenden Klebers an der Zellreihe 20 bzw. den Batteriezellen angeordnet und dort positioniert werden. In Fig. 3c a step c) is shown, in which a heat exchange element 21 is arranged on the battery cells 18. The heat exchange element or the heat exchange elements 21 are arranged in particular adjacent to the carrier element 10 on the cell row 20. In particular, the heat exchange element 21 can be arranged on a free side of the cell row 20 or the carrier element 10, which is provided for the arrangement of a further carrier element 10. The heat exchange element 21 can be arranged and positioned there in particular by means of a heat-conducting adhesive on the cell row 20 or the battery cells.
Fig. 3d zeigt einen Schritt d) bei dem ein weiteres Trägerelement 10 an dem ersten Trägerelement 10 angeordnet und mittels der Verbindungseinrichtungen 14, 15 miteinander verbunden wird. In der dargestellten Ausführungsform ist das weitere Trägerelement 10 bereits mit Batteriezellen 18 und Wärmetauschelementen 21 bestückt, wobei in anderen Ausführungsbeispielen zunächst ein weiteres Trägerelement 10 an dem ersten Trägerelement 10 angeordnet wird und anschließend mit Batteriezellen 18 bestückt wird und somit die Schritte des hierin beschriebenen Verfahrens wiederholt werden können. Fig. 3d shows a step d) in which a further carrier element 10 is arranged on the first carrier element 10 and connected to one another by means of the connecting devices 14, 15. In the illustrated embodiment, the further carrier element 10 is already equipped with battery cells 18 and heat exchange elements 21, whereby in other exemplary embodiments, a further carrier element 10 is first arranged on the first carrier element 10 and is then equipped with battery cells 18, thus repeating the steps of the method described herein can be.
Mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 kann eine Zellpackung mit einer beliebigen Anzahl hintereinander angeordneter Zellreihen 20 gebildet werden und so beispielsweise eine Länge eines Hochvoltspeichermoduls 50 bzw. eines Hochvoltspeichers festgelegt werden. Das Trägerelement 10 kann eine vorbestimmte Anzahl an Batteriezellen 18 in jeweils einer Zellreihe 20 aufnehmen, wobei eine Breite des Hochvoltspeichermoduls 50 bzw. des Hochvoltspeichers durch diese Anzahl oder eine Anzahl an in der X-Richtung bzw. Trägerelementlängsrichtung nebeneinander angeordneter Trägerelemente 10 festgelegt sein kann. Mittels des ersten Trägerelements 10 kann eine erste Zellreihe 20 mit zueinander in einem vorbestimmten Abstand angeordneten Batteriezellen 18 bereitgestellt werden und durch das Anordnen des zweiten Trägerelements 18 die nachfolgende Zellreihe 20 in einem vorbestimmten Abstand angeordnet werden. Dadurch kann eine Einhaltung von Maßtoleranzen verbessert werden, um eine Ausnutzung eines zur Verfügung stehenden Bauraums zu optimieren. By means of the method 100 according to the invention, a cell pack can be formed with any number of cell rows 20 arranged one behind the other and, for example, a length of a high-voltage storage module 50 or a high-voltage storage device can be determined. The carrier element 10 can accommodate a predetermined number of battery cells 18 in each cell row 20, with a width of the high-voltage storage module 50 or the high-voltage storage device being determined by this Number or a number of support elements 10 arranged next to one another in the X direction or support element longitudinal direction can be determined. By means of the first carrier element 10, a first cell row 20 with battery cells 18 arranged at a predetermined distance from one another can be provided and by arranging the second carrier element 18, the subsequent cell row 20 can be arranged at a predetermined distance. This makes it possible to improve compliance with dimensional tolerances in order to optimize utilization of the available installation space.
Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Trägerelements aus Fig. 1 in einer schematischen Draufsicht. An einer ersten Längsseite des Trägerelements 10 weist dieses erste Verbindungseinrichtungen 14 und an einer gegenüberliegenden zweiten Längsseite zweite Verbindungseinrichtungen 15 auf, die eingerichtet sind, zwei solche Trägerelemente 10, insbesondere in der Y-Richtung, miteinander zu verbinden. Eine Längsseite des Trägerelements verläuft hierbei in Y-Richtung, also in Richtung einer Reihe an benachbart zueinander angeordneten Positionierelementen 11 bz. Aussparungen 12. Die erste Verbindungseinrichtung 14 als erste Rasteinrichtung ausgebildet und eingerichtet, mit einer zweiten als zweite Rasteinrichtung ausgebildeten Verbindungseinrichtung 15 des weiteren Trägerelements 10 zusammenzuwirken. Hierzu ist die erste Rasteinrichtung 14 an einem äußeren Umfang eines Positionierelements 11 angeordnet und die zweite Rasteinrichtung 15 an einer Position zwischen zwei Positionierelementen 11 angeordnet. Die erste Rasteinrichtung 15 ist hierbei als Aufnahmeeinrichtung mit einer Rastverzahnung ausgebildet und dazu einrichtet, mit der korrespondierend ausgebildeten zweiten Rasteinrichtung 14, die als Steckeinrichtung ausgebildet ist, zusammenzuwirken. Fig. 4 shows a detail of the exemplary embodiment of the carrier element according to the invention from Fig. 1 in a schematic top view. On a first longitudinal side of the carrier element 10, this has first connecting devices 14 and on an opposite second longitudinal side second connecting devices 15, which are designed to connect two such carrier elements 10 to one another, in particular in the Y direction. A long side of the carrier element runs in the Y direction, i.e. in the direction of a row of positioning elements 11 or recesses 12 arranged adjacent to one another. The first connecting device 14 is designed and set up as a first latching device, with a second connecting device 15 of the further carrier element, designed as a second latching device 10 to work together. For this purpose, the first latching device 14 is arranged on an outer circumference of a positioning element 11 and the second latching device 15 is arranged at a position between two positioning elements 11. The first locking device 15 is designed as a receiving device with locking teeth and is designed to interact with the correspondingly designed second locking device 14, which is designed as a plug-in device.
Die Aufnahmemittel 13 am inneren Umfang der Aussparung 12 bzw. des Positionierelements 11 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als Härchen bzw. Zahnstruktur ausgebildet und derart flexibel ausgebildet, dass sie einer federnde Lagerung bzw. Halterung für die Batteriezelle 18 ausbilden. Fig. 5 zeigt einen Ausschnitt des Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Trägerelements aus Fig. 3a in einer schematischen Darstellung. An dem inneren Umfang der Aussparung 12 des Positionierelements 11 sind die Ausgleichsmittels 13 in Form einer Zahnstruktur dargestellt, wobei die Ausgleichsmittel 13 flexibel ausgebildet sind, um Batteriezellen innerhalb eines Toleranzbereichs zu halten, bzw. diese beim Bestücken des Trägerelements nicht zu beschädigen. In alternativen Ausführungsbeispielen können die Ausgleichsmittel 13 auch als Nasen, Bögen oder Vorsprünge ausgebildet sein. In axialer Richtung der Aussparung 12, sind jeweils benachbart zu den Ausgleichsmitteln 13 Einführschrägen 17 angeordnet, um ein Einführen der Batteriezellen 18 in die Aussparung 12 zu erleichtern. In manchen Ausführungsbeispielen kann vorgesehen sein, dass nur eine Einführschräge 17 an einer Umfangsseite der Aussparung 12 vorgesehen ist. In the exemplary embodiment shown, the receiving means 13 on the inner circumference of the recess 12 or the positioning element 11 are designed as hairs or tooth structure and are designed to be flexible in such a way that they form a resilient bearing or holder for the battery cell 18. Fig. 5 shows a detail of the exemplary embodiment of the carrier element according to the invention from Fig. 3a in a schematic representation. On the inner circumference of the recess 12 of the positioning element 11, the compensating means 13 are shown in the form of a tooth structure, the compensating means 13 being designed to be flexible in order to keep battery cells within a tolerance range or not to damage them when equipping the carrier element. In alternative exemplary embodiments, the compensating means 13 can also be designed as noses, arches or projections. In the axial direction of the recess 12, insertion bevels 17 are arranged adjacent to the compensating means 13 in order to facilitate insertion of the battery cells 18 into the recess 12. In some exemplary embodiments it can be provided that only one insertion bevel 17 is provided on one peripheral side of the recess 12.
Die erste Rasteinrichtung 14 weist drei Hakenelemente 114 auf, die eingerichtet sind in ein korrespondierend ausgebildetes Aufnahmeelement der zweiten Rasteinrichtung 15 eines weiteren Trägerelements 10 einzugreifen. Dies wird nachfolgend näher erläutert. The first latching device 14 has three hook elements 114, which are set up to engage in a correspondingly designed receiving element of the second latching device 15 of a further carrier element 10. This is explained in more detail below.
Fig. 6 zeigt eine Ansicht einer Schnittdarstellung eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Hochvoltspeichermoduls 50 aus Fig. 3c in einer Schnittebene in X-Richtung durch die Verbindungseinrichtungen 14, 15 bzw. durch den Mittelpunkt der in Fig. 1 dargestellten Zuführöffnung 16 in einer schematischen Darstellung. Hierbei ist ein Schritt c des erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zum Herstellen eines Hochvoltspeichermoduls 50 dargestellt, bei welchem das weitere Trägerelement 10 in einem unbestückten Zustand an ein erstes, bereits mit Batteriezellen 18 bestücktes und mit Wärmetauschelementen 21 versehenes, Trägerelement 10 angeordnet ist. Fig. 6 shows a view of a sectional view of an exemplary embodiment of the high-voltage storage module 50 according to the invention from Fig. 3c in a sectional plane in the X direction through the connecting devices 14, 15 or through the center of the feed opening 16 shown in Fig. 1 in a schematic representation. Here, a step c of the method 100 according to the invention for producing a high-voltage storage module 50 is shown, in which the further carrier element 10 is arranged in an unequipped state on a first carrier element 10 which is already equipped with battery cells 18 and provided with heat exchange elements 21.
Das in Fig. 5 unten dargestellte zentrale Hakenelement 114 der Rasteinrichtung 14 des ersten Trägerelements 10 greift in ein Aufnahmeelement 115 des zweiten Trägerelements 10 ein, um mit diesem zusammenzuwirken, und die zwei Trägerelemente 10 miteinander zu verbinden und zu fixieren. An seiner freien Längsseite weist das zweite Trägerelement 10 ein weiteres Hakenelement 114a auf, welches zur Verbindung mit einem noch weiteren Trägerelement 10 dienen kann. In jeweils einer nicht dargestellten Ebene, die parallel zu der Schnittebene liegt, greifen die beiden in Fig. 5 oben dargestellten Hakenelemente 114 in einer entgegengesetzten Richtung in das Aufnahmeelement 115 ein, um eine stabile Verbindung der T rä- gerelemente 10 zu ermöglichen. The central hook element 114 of the latching device 14 of the first carrier element 10, shown below in FIG. On its free long side the second carrier element 10 has a further hook element 114a, which can be used to connect to a yet further carrier element 10. In each case a plane, not shown, which is parallel to the cutting plane, the two hook elements 114 shown above in FIG. 5 engage in the receiving element 115 in an opposite direction in order to enable a stable connection of the carrier elements 10.
BEZUGSZEICHENLISTE REFERENCE SYMBOL LIST
10 Trägerelement 10 carrier element
11 Positionierelement 11 positioning element
12 Aussparung 12 recess
13 Ausgleichselement 13 compensation element
14 erste Verbindungseinrichtung14 first connection device
15 zweite Verbindungseinrichtung15 second connection device
16 Zuführöffnung 16 feed opening
17 Einführschräge 17 entry bevel
18 Batteriezelle 18 battery cell
18a, 18b Stirnseiten der Batteriezelle18a, 18b end faces of the battery cell
20 Zellreihe 20 cell row
21 Wärmetauschelement 21 heat exchange element
50 Hochvoltspeichermodul 50 high-voltage storage module
100 Verfahren 100 procedures
114 Hakenelement 114 hook element
115 Aufnahmeelement a bis d Schritte 115 recording element a to d steps
X, Y, Z Raumachsen X, Y, Z spatial axes

Claims

ANSPRÜCHE EXPECTATIONS
1 . T rägerelement (10) für Batteriezellen (18) für ein Hochvoltspeichermodul (50), wobei das Trägerelement (10) dazu eingerichtet ist, eine Mehrzahl an Batteriezellen (18) beabstandet zu deren Stirnseiten (18a, 18b) aufzunehmen, wobei die Batteriezellen (18) in einer Zellreihe (20) anordenbar sind, und wobei das Trägerelement (10) eingerichtet ist, mit wenigstens einem weiteren solchen Trägerelement (10) verbunden zu werden, wobei das Trägerelement (10) derart mit dem weiteren Trägerelement (10) verbindbar ist, dass die Zellreihen (20) der Trägerelemente (10) parallel versetzt zueinander angeordnet sind. 1 . Carrier element (10) for battery cells (18) for a high-voltage storage module (50), the carrier element (10) being designed to accommodate a plurality of battery cells (18) at a distance from their end faces (18a, 18b), the battery cells (18 ) can be arranged in a row of cells (20), and wherein the carrier element (10) is set up to be connected to at least one further such carrier element (10), the carrier element (10) being connectable in this way to the further carrier element (10), that the rows of cells (20) of the support elements (10) are arranged parallel and offset from one another.
2. T rägerelement (10) nach Anspruch 1 , wobei das T rägerelement (10) derart mit dem weiteren Trägerelement (10) verbindbar ist, dass zwischen zwei Trägerelementen (10), insbesondere zwischen zwei durch die Trägerelemente (10) gebildete Zellreihen (20), ein wenigstens ein Wärmetauschelement (21) anordenbar ist. 2. Support element (10) according to claim 1, wherein the support element (10) can be connected to the further support element (10) in such a way that between two support elements (10), in particular between two rows of cells (20) formed by the support elements (10). ), at least one heat exchange element (21) can be arranged.
3. Trägerelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (10) eine Mehrzahl an Positionierelementen (11) aufweist, die dazu eingerichtet sind, jeweils eine Batteriezelle (18) aufzunehmen und in wenigstens zwei aufeinander senkrecht stehenden Raumrichtungen (X, Y, Z) relativ zu einander positionieren. 3. Carrier element (10) according to one of the preceding claims, wherein the carrier element (10) has a plurality of positioning elements (11), which are designed to each accommodate a battery cell (18) and in at least two mutually perpendicular spatial directions (X, Y, Z) position relative to each other.
4. Trägerelement (10) nach Anspruch 3, wobei die Positionierelemente (11) jeweils eine zylindrische Aussparung (12) aufweisen, deren Mittelpunkte (M) auf einer Achse liegen. 4. Support element (10) according to claim 3, wherein the positioning elements (11) each have a cylindrical recess (12), the centers (M) of which lie on an axis.
5. T rägerelement (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei das Positionierelement (11 ) an ihrem inneren Umfang wenigstens ein Ausgleichsmittel (13) aufweist. 5. T carrier element (10) according to claim 3 or 4, wherein the positioning element (11) has at least one compensating means (13) on its inner circumference.
6. Trägerelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Trägerelement (10) wenigstens eine erste Verbindungseinrichtung (14) und wenigstens eine zweite Verbindungseinrichtung (15) auf, die eingerichtet sind, zwei Trägerelemente (10) miteinander zu verbinden. Trägerelement (10) nach Anspruch 6, wobei die wenigstens eine erste Verbindungseinrichtung (14) als erste Rasteinrichtung ausgebildet und eingerichtet ist, mit einer zweiten als zweite Rasteinrichtung ausgebildeten Verbindungseinrichtung (15) des weiteren Trägerelements (10) zusammenzuwirken. Trägerelement (10) nach Anspruch 6 oder 7, wobei die wenigstens eine erste Verbindungseinrichtung (14) an einem äußeren Umfang eines Positionierelements (11) angeordnet ist und die wenigstens eine zweite Verbindungseinrichtung (15) an einer Position zwischen zwei Positionierelementen (11) angeordnet ist. Trägerelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend wenigstens eine Zuführöffnung (16). Hochvoltspeichermodul (50), aufweisend wenigstens ein Trägerelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche. Verfahren (100) zum Herstellen eines Hochvoltspeichermoduls (10), insbesondere ausgebildet nach Anspruch 10, aufweisend die folgenden Schritte: a) Bereitstellen eines ersten Trägerelements (10), insbesondere ausgebildet nach einem der Ansprüche 1 bis 9; b) Bestücken des Trägerelements (10) mit Batteriezellen (18); c) Anordnen eines Wärmetauschelements (21) an den Batteriezellen (18); d) Anordnen eines zweiten Trägerelements (10) an dem ersten Trägerelement 6. Carrier element (10) according to one of the preceding claims, wherein the carrier element (10) has at least one first connecting device (14) and at least one second connecting device (15), which are set up to connect two carrier elements (10) to one another. Carrier element (10) according to claim 6, wherein the at least one first connecting device (14) is designed as a first latching device and is set up to cooperate with a second connecting device (15) designed as a second latching device of the further carrier element (10). Carrier element (10) according to claim 6 or 7, wherein the at least one first connecting device (14) is arranged on an outer circumference of a positioning element (11) and the at least one second connecting device (15) is arranged at a position between two positioning elements (11). . Carrier element (10) according to one of the preceding claims, having at least one feed opening (16). High-voltage storage module (50), having at least one carrier element (10) according to one of the preceding claims. Method (100) for producing a high-voltage storage module (10), in particular designed according to claim 10, comprising the following steps: a) providing a first carrier element (10), in particular designed according to one of claims 1 to 9; b) equipping the carrier element (10) with battery cells (18); c) arranging a heat exchange element (21) on the battery cells (18); d) Arranging a second carrier element (10) on the first carrier element
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