WO2024008558A1 - Battery module having multiple individual battery cells - Google Patents

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WO2024008558A1
WO2024008558A1 PCT/EP2023/067903 EP2023067903W WO2024008558A1 WO 2024008558 A1 WO2024008558 A1 WO 2024008558A1 EP 2023067903 W EP2023067903 W EP 2023067903W WO 2024008558 A1 WO2024008558 A1 WO 2024008558A1
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tabs
individual battery
battery cells
cell
battery module
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Dirk Steffens
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Mercedes-Benz Group AG
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    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
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    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells

Definitions

  • the invention relates to a battery module with several individual battery cells, which are electrically contacted via at least one cell connector.
  • the invention further relates to a method for assembling such a battery module.
  • connection of several individual battery cells to form a battery module and the electrical contact of the individual battery cells with one another is often carried out via weld seams, which create the corresponding connection.
  • this can be critical in that different materials must be used for the different battery poles of the individual battery cells, for example a copper-containing material on the one hand and an aluminum-containing material on the other. These materials can cause problems when welded together.
  • a cell connector suitable for this is known, for example, from utility model DE 202018 106 375 U1.
  • CN 110 707276 A It describes a contact element in which an annular sleeve is used instead of the spring ring.
  • the DE 102020203 873 A1 shows a battery module and a manufacturing process for it. It describes a thermally conductive potting compound as an alternative fastening option to mechanical clamp fastening.
  • the object of the present invention is therefore to provide an improved battery module with several individual battery cells, which are electrically contacted via at least one cell connector.
  • this object is achieved by a battery module with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1.
  • Advantageous refinements and further developments result from the dependent claims.
  • claim 8 specifies a method for assembling such a battery module.
  • an advantageous embodiment results from the dependent claim.
  • the cell connector has tabs projecting in the direction of the individual battery cell to be contacted, with a fixing unit surrounding the tabs in contact with one of the individual battery cells and the housing of the individual battery cell at its end facing the tabs.
  • the fixing unit is designed to loosely enclose the tabs and the housing in a first loose state and to tightly enclose the tabs and the housing in a second fixed state.
  • the tabs in the cell connector, into which the individual battery cells are inserted during assembly, in particular with the aid of gravity, are able to compensate for manufacturing tolerances to a certain extent due to their elasticity.
  • a fixing unit can be positioned around some of the tabs and holds them in a loose state. The individual battery cell can then be inserted therein and the fixing unit is brought into its second fixed state and fixed thus, on the one hand, the housing of the individual battery cell in its position and, on the other hand, the tabs.
  • the fixing unit can, for example, consist of a band or the like, which in its first state is loosely placed around the housing of the individual battery cell and the tabs and then tensioned in its second state in order to fix the corresponding components to one another.
  • the fixing unit can be designed in different variants depending on the shape and size of the individual battery cells and the tabs designed to contact the respective individual battery cell.
  • Appropriate bands or hoses come into question here, which can be shortened, for example by the action of force or heat, in order to change from the first state to the second state.
  • mechanical options for shortening the circumference of the fixing unit would also be conceivable, for example in the manner of a hose clamp or the like.
  • a casting compound or an adhesive is arranged on the cell connector between the adjacent fixing units of several individual battery cells.
  • a casting compound serves to additionally fix the structure. It will be applied like an adhesive between the individual fixing units. If a casting compound or an adhesive is used, this can in particular be provided with heat-conducting particles, fibers or the like in order to create a good thermal connection of the individual battery cells to the cell connector, which, according to an extremely favorable development, is in heat-conducting contact with one Cooling medium can stand, for example the cooling medium can flow directly on one of its sides.
  • the fixing unit itself which surrounds the end of the battery housing facing the tabs and the tabs themselves, has the advantage that it seals the area between the battery housing and the tabs from the outside, so that the adhesive or the casting compound does not get between the cells contacting the individual battery cell Tabs and the individual battery cell can reach. This ensures safe and reliable contacting of the individual battery cell. This is particularly true when different materials are used, for example aluminum or hilumin on the one hand and copper on the other.
  • the mechanical connection of the cell connector to the housing of the individual battery cell by pressing the individual battery cell into the tabs can be easily achieved even with different material combinations.
  • the fixing is then carried out by the fixing unit as well optionally by the subsequently applied casting compound or the subsequently applied adhesive, which is prevented by the fixing unit from reaching the area of electrical contacting.
  • the fixing unit is designed as a heat shrink tube.
  • the heat shrink tube can also be implemented as a so-called low-temperature heat shrink tube, which shrinks accordingly at temperatures in the order of 60 to 70 ° C, so that the thermal load on the individual battery cells during assembly can be kept low.
  • Corresponding cylindrical sections of such a heat shrink tube can then, for example, be placed around a ring of tabs when using cylindrical individual battery cells, into which the individual battery cell is then inserted.
  • the temperature is then increased, for example, to 65 ° C in order to activate the low-temperature heat shrink tube as a fixing unit, so that it lies firmly around the end of the individual battery cell or its housing facing the tabs on the one hand and the ring of tabs on the other hand, and mechanically fixes the components together.
  • Such a ring of tabs or a tab arrangement that matches any other basic shape of the individual battery cell can be designed in such a way that each of the tabs has a section which is formed obliquely to the direction of force when the individual battery cells are placed on the tabs.
  • the tabs can therefore, for example, have sections which are at an angle of 30 to 60° obliquely to the direction in which the individual battery cell is inserted onto the tabs. This achieves a relatively high elasticity of the tabs in order to ensure ideal tolerance compensation with reliable and reproducible electrical contacting.
  • the assembly takes place in such a way that the fixing units are positioned around the tabs, the individual battery cells are inserted and the fixing units are brought into their second fixed state.
  • the structure is then further stabilized using an adhesive or a casting compound and in this way, in particular, a heat-conducting connection can be realized between the individual battery cells and the cell connector, so that it forms part of a cooling circuit
  • a liquid or gaseous cooling medium can flow directly against it in order to cool the individual battery cells accordingly.
  • this structure of a battery module is suitable for any type of battery module. It is particularly suitable for high-performance battery modules, such as those designed as traction batteries for driving at least partially electrically powered vehicles.
  • FIG. 1 shows the placement of two fixing units on an exemplary cell connector of a battery module according to the invention
  • FIG. 2 shows the insertion of a single battery cell into the structure created according to FIG. 1;
  • Fig. 4 shows the application of a heat-conducting casting compound
  • Fig. 5 shows an alternative form of tabs on the cutout of a cell connector.
  • a cell connector 1 can be seen in a schematic cross section. It essentially consists of a base plate 2 and tabs 3 arranged thereon, which here form two adjacent tab rings, with the tabs being marked with the reference number 3 in only one of these tab rings, here the tab ring shown on the left.
  • Each of these two side-by-side lug rings is later used to insert a single battery cell 4, as indicated in Figures 2 ff.
  • a fixing unit 5 is placed on each of the two bracket rings.
  • the fixing unit 5 can consist, for example, of a low-temperature heat shrink tube. It is placed in its loose, i.e.
  • the tabs can be made of a copper-containing alloy, while the housing 6 is made of an aluminum alloy, for example.
  • the housing 6 is reliably electrically contacted when it is inserted into the tabs 3 due to the mechanical contacting of the housing 6 of the individual battery cell 4.
  • two individual battery cells 4 can now be seen, which are inserted with their respective base 7 and housing 6, not again designated here, into the tabs 3 of the respective tab ring.
  • the material of the low-temperature shrink tubes used as fixing units 5 is now heated accordingly, for example to a temperature of 65 ° C, in order to shrink the low-temperature heat shrink tube accordingly. 3, it lies firmly around the structure of the respective lug ring and the end of the housing 6 of the individual battery cells 4 facing the lugs 3. This results in a mechanical fixation of the cell connector 1 and the Individual battery cells 4 together while maintaining the electrical contact between the tabs 3, which are flexible to compensate for manufacturing tolerances, and the battery housing 6.
  • an adhesive or a casting compound preferably a thermally conductive casting compound
  • a thermally conductive casting compound 9 is applied between the fixing units 5, which on the one hand serves to additionally fix the structure and is applied at a correspondingly high level can, so that it connects both the cell connector 1 and the housing 6 of the individual battery cells with each other.
  • thermal conductivity can be established between the housing 6 of the individual battery cells 4 and the cell connector 1 in addition to the electrically conductive and thermally conductive connection via the tabs 3.
  • the cell connector 1 can then be cooled directly, for example by having a cooling medium flow against it on its side facing away from the tabs 3 or by being mounted on a cooling plate or the like through which a cooling medium flows.
  • the heat-conducting casting compound 9 thus supports cooling. Due to the fixing unit 5, it cannot penetrate between the individual tabs 3 and the corresponding housings 6 of the individual battery cells 4 and hinder the electrical contacting, since the fixing units 5 sufficiently seal and protect this area.

Abstract

The invention relates to a battery module having multiple individual battery cells (4) which are electrically contacted via at least one cell connector (1). The cell connector (1) has lugs (3) which protrude in the direction of the individual battery cells (4) to be contacted, and a fixing unit (5) surrounds the lugs (3), which are in contact with one of the individual battery cells (4), and the housing (6) of said individual battery cell at the battery cell end facing the lugs (3), The invention is characterized in that the fixing unit (5) is designed to surround the lugs (3) and the housing (4) in a loose manner in a first loose state and to surround the lugs (3) and the housing (4) in a tight manner in a second fixed state, wherein a potting compound (9) is arranged between the adjacent fixing units (5) of multiple individual battery cells (4) or an adhesive is arranged between the cell connector (1) and the individual battery cells (4). The invention additionally relates to a method for assembling such a battery module.

Description

Batteriemodul mit mehreren Batterieeinzelzellen Battery module with several individual battery cells
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Batterieeinzelzellen, welche über wenigstens einen Zellverbinder elektrisch kontaktiert sind. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Montage eines derartigen Batteriemoduls. The invention relates to a battery module with several individual battery cells, which are electrically contacted via at least one cell connector. The invention further relates to a method for assembling such a battery module.
Das Verbinden von mehreren Batterieeinzelzellen zu einem Batteriemodul und das elektrische Kontaktieren der Batterieeinzelzellen untereinander erfolgt gemäß dem allgemeinen Stand der Technik sehr häufig über Schweißnähte, welche die entsprechende Verbindung schaffen. Dies kann je nach elektrischer Verschaltung der Batterieeinzelzellen jedoch dahingehend kritisch sein, dass unterschiedliche Materialien für die unterschiedlichen Batteriepole der Batterieeinzelzellen eingesetzt werden müssen, beispielsweise ein kupferhaltiges Material einerseits und ein aluminiumhaltiges Material andererseits. Diese Materialien können beim Verschweißen untereinander zu entsprechenden Problemen führen. According to the general state of the art, the connection of several individual battery cells to form a battery module and the electrical contact of the individual battery cells with one another is often carried out via weld seams, which create the corresponding connection. However, depending on the electrical connection of the individual battery cells, this can be critical in that different materials must be used for the different battery poles of the individual battery cells, for example a copper-containing material on the one hand and an aluminum-containing material on the other. These materials can cause problems when welded together.
Neben dem Verschweißen hat sich außerdem ein mechanisches Kontaktieren der Batterieeinzelzellen untereinander etabliert. Ein hierfür geeigneter Zellverbinder ist beispielsweise aus dem Gebrauchsmuster DE 202018 106 375 U1 bekannt. In addition to welding, mechanical contact between the individual battery cells has also become established. A cell connector suitable for this is known, for example, from utility model DE 202018 106 375 U1.
Problematisch bei den dort beschriebenen mechanischen Steckverbindungen zwischen den Batterieeinzelzellen und den Bauteilen des Zellverbinders sind dabei auftretende Fertigungstoleranzen, welche nicht kompensiert werden können und zu partiell Undefinierten und inhomogenen Kontaktwiderständen in der elektrischen Verbindung führen. Bei einem zusätzlichen Aufträgen von Verguss- und/oder Klebestoffmassen kann es außerdem passieren, dass selbige in den Bereich der Kontaktierung eindringen und die Steckverbindung elektrisch eventuell sogar unterbrechen oder zumindest für einen Undefinierten und inhomogenen Übergangswiderstand sorgen. The problem with the mechanical plug connections described there between the individual battery cells and the components of the cell connector are the manufacturing tolerances that occur, which cannot be compensated for and lead to partially undefined and inhomogeneous contact resistances in the electrical connection. If potting and/or adhesive compounds are additionally applied, it can also happen that they penetrate into the area of the contacting and may even electrically interrupt the plug connection or at least cause an undefined and inhomogeneous contact resistance.
Ein weiteres Problem aktueller mechanischer Steckverbindungen liegt in ihrer relativ niedrigen mechanischen Eigenfestigkeit, sodass diese sich nur bei relativ geringen Durchmessern der Batterieeinzelzellen bzw. relativ geringen Zellgrößen bei von der zylindrischen Form abweichenden Batterieeinzelzellen überhaupt einsetzen lassen. Another problem with current mechanical plug connections is their relatively low inherent mechanical strength, so that they are only relatively low Diameters of the individual battery cells or relatively small cell sizes can be used at all for individual battery cells that deviate from the cylindrical shape.
Die DE 102019210 766 A1 zeigt eine Kontaktfeder, bei welcher durch einen zusätzlichen Federring der Andruck verstärkt wird. Ein ähnliches Konzept zeigt auch die DE 102019210 766 A1 shows a contact spring in which the pressure is increased by an additional spring ring. This also shows a similar concept
CN 110 707276 A. Darin wird ein Kontaktelement beschrieben, bei dem anstelle des Federrings eine Ringhülse zum Einsatz kommt. CN 110 707276 A. It describes a contact element in which an annular sleeve is used instead of the spring ring.
Die DE 102020203 873 A1 zeigt eine Batteriemodul sowie eine Herstellungsverfahren hierfür. Darin wird eine wärmeleitfähige Vergussmasse als alternative Befestigungsoption zur mechanischen Klemmbefestigung beschreiben. The DE 102020203 873 A1 shows a battery module and a manufacturing process for it. It describes a thermally conductive potting compound as an alternative fastening option to mechanical clamp fastening.
Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, ein verbessertes Batteriemodul mit mehreren Batterieeinzelzellen anzugeben, welche über wenigstens einen Zellverbinder elektrisch kontaktiert sind. The object of the present invention is therefore to provide an improved battery module with several individual battery cells, which are electrically contacted via at least one cell connector.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen. Außerdem ist im Anspruch 8 ein Verfahren zur Montage eines derartigen Batteriemoduls angegeben. Auch hier ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung aus dem hiervon abhängigen Unteranspruch. According to the invention, this object is achieved by a battery module with the features in claim 1, and here in particular in the characterizing part of claim 1. Advantageous refinements and further developments result from the dependent claims. In addition, claim 8 specifies a method for assembling such a battery module. Here too, an advantageous embodiment results from the dependent claim.
Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ist es vorgesehen, dass der Zellverbinder in Richtung der zu kontaktierenden Batterieeinzelzelle überstehende Laschen aufweist, wobei eine Fixiereinheit die mit einer der Batterieeinzelzellen in Kontakt stehenden Laschen sowie das Gehäuse der Batterieeinzelzelle an ihrem den Laschen zugewandten Ende umgibt. Die Fixiereinheit ist dazu eingerichtet, in einem ersten losen Zustand die Laschen und das Gehäuse locker zu umfassen und in einem zweiten fixierten Zustand die Laschen und das Gehäuse fest zu umschließen. In the battery module according to the invention, it is provided that the cell connector has tabs projecting in the direction of the individual battery cell to be contacted, with a fixing unit surrounding the tabs in contact with one of the individual battery cells and the housing of the individual battery cell at its end facing the tabs. The fixing unit is designed to loosely enclose the tabs and the housing in a first loose state and to tightly enclose the tabs and the housing in a second fixed state.
Die Laschen in dem Zellverbinder, in welche bei der Montage, insbesondere unter Zuhilfenahme der Schwerkraft, die Batterieeinzelzellen eingesetzt werden, sind durch ihre Elastizität in der Lage Fertigungstoleranzen bis zu einem gewissen Grad auszugleichen. Eine Fixiereinheit lässt sich dabei um einige der Laschen herum positionieren und umfasst diese in einem losen Zustand. Die Batterieeinzelzelle kann dann darin eingesetzt werden und die Fixiereinheit wird in ihren zweiten fixierten Zustand verbracht und fixiert somit einerseits das Gehäuse der Batterieeinzelzelle in seiner Position und andererseits die Laschen. Die Fixiereinheit kann beispielsweise aus einem Band oder dergleichen bestehen, welches locker in seinem ersten Zustand um das Gehäuse der Batterieeinzelzelle und die Laschen herumgelegt und in seinem zweiten Zustand dann angespannt wird, um die entsprechenden Bauteile aneinander zu fixieren. The tabs in the cell connector, into which the individual battery cells are inserted during assembly, in particular with the aid of gravity, are able to compensate for manufacturing tolerances to a certain extent due to their elasticity. A fixing unit can be positioned around some of the tabs and holds them in a loose state. The individual battery cell can then be inserted therein and the fixing unit is brought into its second fixed state and fixed thus, on the one hand, the housing of the individual battery cell in its position and, on the other hand, the tabs. The fixing unit can, for example, consist of a band or the like, which in its first state is loosely placed around the housing of the individual battery cell and the tabs and then tensioned in its second state in order to fix the corresponding components to one another.
Die Fixiereinheit kann dabei in verschiedenen Varianten je nach Form und Größe der Batterieeinzelzellen und der zu Kontaktierung der jeweiligen Batterieeinzelzelle ausgebildeten Laschen ausgestaltet sein. Infrage kommen hier entsprechende Bänder oder Schläuche, welche beispielsweise durch Einwirkung von Kraft oder Wärme gekürzt werden können, um vom ersten Zustand in den zweiten Zustand zu wechseln. Alternativ dazu wären auch mechanische Möglichkeiten zur Verkürzung des Umfangs der Fixiereinheit denkbar, beispielsweise in der Art einer Schlauchschelle oder dergleichen. The fixing unit can be designed in different variants depending on the shape and size of the individual battery cells and the tabs designed to contact the respective individual battery cell. Appropriate bands or hoses come into question here, which can be shortened, for example by the action of force or heat, in order to change from the first state to the second state. Alternatively, mechanical options for shortening the circumference of the fixing unit would also be conceivable, for example in the manner of a hose clamp or the like.
Erfindungsgemäß ist es ferner vorgesehen, dass zwischen den benachbarten Fixiereinheiten mehrerer Batterieeinzelzellen eine Vergussmasse oder ein Klebstoff auf dem Zellverbinder angeordnet ist. Eine solche Vergussmasse dient zur zusätzlichen Fixierung des Aufbaus. Sie wird wie ein Klebstoff zwischen die einzelnen Fixiereinheiten aufgebracht werden. Im Fall der Verwendung einer Vergussmasse oder eines Klebstoffs kann diese bzw. dieser insbesondere mit wärmeleitenden Partikeln, Fasern oder dergleichen versehen sein, um so eine gute thermische Anbindung der Batterieeinzelzellen an dem Zellverbinder zu schaffen, welcher gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung in wärmeleitendem Kontakt mit einem Kühlmedium stehen kann, beispielsweise auf einer seiner Seiten direkt von dem Kühlmedium angeströmt werden kann. According to the invention, it is further provided that a casting compound or an adhesive is arranged on the cell connector between the adjacent fixing units of several individual battery cells. Such a casting compound serves to additionally fix the structure. It will be applied like an adhesive between the individual fixing units. If a casting compound or an adhesive is used, this can in particular be provided with heat-conducting particles, fibers or the like in order to create a good thermal connection of the individual battery cells to the cell connector, which, according to an extremely favorable development, is in heat-conducting contact with one Cooling medium can stand, for example the cooling medium can flow directly on one of its sides.
Die Fixiereinheit selbst, welche das den Laschen zugewandte Ende des Batteriegehäuses sowie die Laschen selbst umgibt, hat dabei den Vorteil, dass sie den Bereich zwischen dem Batteriegehäuse und den Laschen nach außen hin abdichtet, sodass der Klebstoff oder die Vergussmasse nicht zwischen die die Batterieeinzelzelle kontaktierenden Laschen und die Batterieeinzelzelle gelangen kann. Hierdurch ist eine sichere und zuverlässige Kontaktierung der Batterieeinzelzelle gewährleistet. Dies gilt insbesondere auch dann, wenn verschiedene Materialien zum Einsatz kommen, beispielsweise Aluminium oder Hilumin einerseits und Kupfer andererseits. Das mechanische Verbinden des Zellverbinders mit dem Gehäuse der Batterieeinzelzelle durch das Einpressen der Batterieeinzelzelle in die Laschen kann auch bei unterschiedlichen Materialkombinationen problemlos realisiert werden. Das Fixieren erfolgt dann durch die Fixiereinheit sowie gegebenenfalls durch die nachträglich aufgebrachte Vergussmasse bzw. den nachträglich aufgebrachten Klebstoff, welcher durch die Fixiereinheit daran gehindert wird, in den Bereich der elektrischen Kontaktierung zu gelangen. The fixing unit itself, which surrounds the end of the battery housing facing the tabs and the tabs themselves, has the advantage that it seals the area between the battery housing and the tabs from the outside, so that the adhesive or the casting compound does not get between the cells contacting the individual battery cell Tabs and the individual battery cell can reach. This ensures safe and reliable contacting of the individual battery cell. This is particularly true when different materials are used, for example aluminum or hilumin on the one hand and copper on the other. The mechanical connection of the cell connector to the housing of the individual battery cell by pressing the individual battery cell into the tabs can be easily achieved even with different material combinations. The fixing is then carried out by the fixing unit as well optionally by the subsequently applied casting compound or the subsequently applied adhesive, which is prevented by the fixing unit from reaching the area of electrical contacting.
Gemäß einer außerordentlich günstigen Weiterbildung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es dabei vorgesehen sein, dass die Fixiereinheit als ein Wärmeschrumpfschlauch ausgebildet ist. Insbesondere kann der Wärmeschrumpfschlauch auch als sogenannter Niedertemperaturwärmeschrumpfschlauch realisiert werden, welcher bereits bei Temperaturen in der Größenordnung von 60 bis 70°C entsprechend schrumpft, sodass die thermische Belastung der Batterieeinzelzellen bei der Montage gering gehalten werden kann. Entsprechende zylindrische Abschnitte eines solchen Wärmeschrumpfschlauchs können dann beispielsweise beim Einsatz von zylindrischen Batterieeinzelzellen um jeweils einen Laschenkranz gelegt werden, in welchen die Batterieeinzelzelle dann eingesetzt wird. Anschließend wird die Temperatur beispielsweise auf 65°C erhöht, um den Niedertemperaturwärmeschrumpfschlauch als Fixiereinheit entsprechend zu aktivieren, sodass dieser sich fest um das den Laschen zugewandte Ende der Batterieeinzelzelle bzw. ihres Gehäuses einerseits und den Laschenkranz andererseits legt und die Bauteile mechanisch miteinander fixiert. According to an extremely favorable development of the battery module according to the invention, it can be provided that the fixing unit is designed as a heat shrink tube. In particular, the heat shrink tube can also be implemented as a so-called low-temperature heat shrink tube, which shrinks accordingly at temperatures in the order of 60 to 70 ° C, so that the thermal load on the individual battery cells during assembly can be kept low. Corresponding cylindrical sections of such a heat shrink tube can then, for example, be placed around a ring of tabs when using cylindrical individual battery cells, into which the individual battery cell is then inserted. The temperature is then increased, for example, to 65 ° C in order to activate the low-temperature heat shrink tube as a fixing unit, so that it lies firmly around the end of the individual battery cell or its housing facing the tabs on the one hand and the ring of tabs on the other hand, and mechanically fixes the components together.
Ein solcher Laschenkranz oder auch eine zu jeder anderen Grundform der Batterieeinzelzelle passende Laschenanordnung kann dabei in der Art ausgebildet sein, dass jede der Laschen einen Abschnitt aufweist, welcher schräg zur Kraftrichtung beim Aufsetzen der Batterieeinzelzellen auf die Laschen ausgebildet ist. Die Laschen können also beispielsweise Abschnitte aufweisen, welche in einem Winkel von 30 bis 60° schräg zur Richtung, in welcher die Batterieeinzelzelle auf die Laschen eingesetzt wird, stehen. Hierdurch wird eine relativ hohe Elastizität der Laschen erreicht, um so einen idealen Toleranzausgleich bei zuverlässiger und reproduzierbarer elektrischer Kontaktierung zu gewährleisten. Such a ring of tabs or a tab arrangement that matches any other basic shape of the individual battery cell can be designed in such a way that each of the tabs has a section which is formed obliquely to the direction of force when the individual battery cells are placed on the tabs. The tabs can therefore, for example, have sections which are at an angle of 30 to 60° obliquely to the direction in which the individual battery cell is inserted onto the tabs. This achieves a relatively high elasticity of the tabs in order to ensure ideal tolerance compensation with reliable and reproducible electrical contacting.
Die Montage erfolgt dabei wie oben bereits erwähnt in der Art, dass die Fixiereinheiten um die Laschen positioniert, die Batterieeinzelzellen eingesetzt und die Fixiereinheiten in ihren zweiten fixierten Zustand verbracht werden. Anschließend wird über einen Klebstoff oder eine Vergussmasse der Aufbau weiter stabilisiert und es kann auf diese Art insbesondere auch eine wärmeleitende Verbindung zwischen den Batterieeinzelzellen und dem Zellverbinder realisiert werden, sodass dieser als Teil eines Kühlkreislaufs beispielsweise von einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium direkt angeströmt werden kann, um die Batterieeinzelzellen entsprechend zu kühlen. As already mentioned above, the assembly takes place in such a way that the fixing units are positioned around the tabs, the individual battery cells are inserted and the fixing units are brought into their second fixed state. The structure is then further stabilized using an adhesive or a casting compound and in this way, in particular, a heat-conducting connection can be realized between the individual battery cells and the cell connector, so that it forms part of a cooling circuit For example, a liquid or gaseous cooling medium can flow directly against it in order to cool the individual battery cells accordingly.
Grundlegend eignet sich dieser Aufbau eines Batteriemoduls für jede Art von Batteriemodul. Insbesondere eignet er sich für leistungsstarke Batteriemodule, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterien zum Antreiben von zumindest teilweise elektrisch betriebenen Fahrzeugen ausgebildet sind. Basically, this structure of a battery module is suitable for any type of battery module. It is particularly suitable for high-performance battery modules, such as those designed as traction batteries for driving at least partially electrically powered vehicles.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sowie des Verfahrens zur Montage eines solchen Batteriemoduls ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher dargestellt ist. Further advantageous refinements and developments of the battery module according to the invention and the method for assembling such a battery module also result from the exemplary embodiment, which is shown in more detail below with reference to the figures.
Dabei zeigen: Show:
Fig. 1 das Aufsetzen von zwei Fixiereinheiten auf einen beispielhaften Zellverbinder eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls; 1 shows the placement of two fixing units on an exemplary cell connector of a battery module according to the invention;
Fig. 2 das Einsetzen einer Batterieeinzelzelle in den gemäß Figur 1 geschaffenen Aufbau; 2 shows the insertion of a single battery cell into the structure created according to FIG. 1;
Fig. 3 das Verbringen der Fixiereinheiten in ihren fixierten Zustand am Beispiel von zwei in den Aufbau des Zellverbinders eingesetzten Batterieeinzelzellen;3 shows the bringing of the fixing units into their fixed state using the example of two individual battery cells inserted into the structure of the cell connector;
Fig. 4 das Aufbringen einer wärmeleitenden Vergussmasse; und Fig. 4 shows the application of a heat-conducting casting compound; and
Fig. 5 eine alternative Form von Laschen auf dem Ausschnitt eines Zellverbinders. Fig. 5 shows an alternative form of tabs on the cutout of a cell connector.
In der Darstellung der Figur 1 ist ein Zellverbinder 1 in einem schematischen Querschnitt zu erkennen. Er besteht im Wesentlichen aus einer Grundplatte 2 sowie darauf angeordneten Laschen 3, welche hier zwei benachbarte Laschenkränze ausbilden, wobei nur bei einem dieser Laschenkränze, hier dem links dargestellten Laschenkranz, die Laschen mit dem Bezugszeichen 3 gekennzeichnet sind. Jeder dieser beiden nebeneinanderliegenden Laschenkränze dient später zum Einsetzen einer Batterieeinzelzelle 4, wie es in den Figuren 2 ff. angedeutet ist. In einem ersten Verfahrensschritt der Montage werden dazu auf jeden der beiden Laschenkränze jeweils eine Fixiereinheit 5 aufgesetzt. Die Fixiereinheit 5 kann beispielsweise aus einem Niedertemperatur-Wärmeschrumpfschlauch bestehen. Er wird in seinem losen, also nicht geschrumpften Zustand auf die Laschen 3 des jeweiligen Laschenkranzes aufgesetzt, wie es in den Figuren 1 und 2 entsprechend angedeutet ist. In der Darstellung der Figur 2 verdecken die beiden Fixiereinheiten 5 die direkte Sicht auf die Laschen 3 der beiden Laschenkränze, sodass diese nur noch gestrichelt dargestellt sind. In jeden der Laschenkränze, in der Darstellung der Figur 2 rein beispielhaft beginnend mit dem links dargestellten Laschenkranz, wird nun die Batterieeinzelzelle 4 entsprechend eingesetzt. Ihr Gehäuse 6 kommt mit einem Gehäuseboden 7 am Ende dieses Einsetzens in den entsprechenden Laschen 3 zu liegen. Durch die Elastizität der Laschen 3 und ihr in diesem Fall leicht abgekröpftes Ende lassen sich Fertigungstoleranzen ausgleichen und es kann, unabhängig vom Material der Laschen 3 und dem Gehäuse 6 eine gute Kontaktierung zwischen den Laschen 3 und dem Gehäuseboden 7 realisiert werden. Beispielsweise können die Laschen aus einer kupferhaltigen Legierung hergestellt sein, während das Gehäuse 6 beispielsweise aus einer Aluminiumlegierung ausgebildet ist. Auch ein Gehäuse 6 aus Hilumin und die Ausgestaltung des Zellverbinders 1 beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium wären denkbar, ebenso die Ausgestaltung aus einem identischen Werkstoff. In the illustration in Figure 1, a cell connector 1 can be seen in a schematic cross section. It essentially consists of a base plate 2 and tabs 3 arranged thereon, which here form two adjacent tab rings, with the tabs being marked with the reference number 3 in only one of these tab rings, here the tab ring shown on the left. Each of these two side-by-side lug rings is later used to insert a single battery cell 4, as indicated in Figures 2 ff. In a first step of the assembly process, a fixing unit 5 is placed on each of the two bracket rings. The fixing unit 5 can consist, for example, of a low-temperature heat shrink tube. It is placed in its loose, i.e. not shrunk, state onto the tabs 3 of the respective tab ring, as indicated in Figures 1 and 2. In the representation of Figure 2 The two fixing units 5 cover the direct view of the tabs 3 of the two tab rings, so that they are only shown in dashed lines. The individual battery cell 4 is now inserted accordingly into each of the lug rings, purely as an example in the illustration in FIG. 2 starting with the lug ring shown on the left. Your housing 6 comes with a housing base 7 to rest in the corresponding tabs 3 at the end of this insertion. Due to the elasticity of the tabs 3 and their slightly bent end in this case, manufacturing tolerances can be compensated for and good contact between the tabs 3 and the housing base 7 can be achieved, regardless of the material of the tabs 3 and the housing 6. For example, the tabs can be made of a copper-containing alloy, while the housing 6 is made of an aluminum alloy, for example. A housing 6 made of Hilumin and the design of the cell connector 1, for example made of copper or aluminum, would also be conceivable, as would a design made of an identical material.
Unabhängig von den Werkstoffen wird durch die mechanische Kontaktierung des Gehäuses 6 der Batterieeinzelzelle 4 das Gehäuse 6 beim Einsetzen in die Laschen 3 zuverlässig elektrisch kontaktiert. In der Darstellung der Figur 3 sind nun zwei Batterieeinzelzellen 4 zu erkennen, welche mit ihrem jeweiligen hier nicht erneut bezeichneten Boden 7 sowie Gehäuse 6 in die Laschen 3 des jeweiligen Laschenkranzes eingesetzt sind. Das Material der als Fixiereinheiten 5 genutzten Niedertemperatur- Schrumpfschläuche wird nun entsprechend erwärmt, beispielsweise auf eine Temperatur von 65°C, um den Niedertemperatur-Wärmeschrumpfschlauch entsprechend zu schrumpfen. Er legt sich, wie es in der Darstellung der Figur 3 durch die Pfeile angedeutet ist, dabei fest um den Aufbau des jeweiligen Laschenkranzes und das den Laschen 3 zugewandte Ende des Gehäuses 6 der Batterieeinzelzellen 4. Hierdurch erfolgt eine mechanische Fixierung des Zellverbinders 1 und der Batterieeinzelzellen 4 aneinander unter Aufrechterhalten der elektrischen Kontaktierung zwischen den zum Ausgleich von Fertigungstoleranzen flexiblen Laschen 3 und dem Batteriegehäuse 6. Regardless of the materials, the housing 6 is reliably electrically contacted when it is inserted into the tabs 3 due to the mechanical contacting of the housing 6 of the individual battery cell 4. In the illustration in Figure 3, two individual battery cells 4 can now be seen, which are inserted with their respective base 7 and housing 6, not again designated here, into the tabs 3 of the respective tab ring. The material of the low-temperature shrink tubes used as fixing units 5 is now heated accordingly, for example to a temperature of 65 ° C, in order to shrink the low-temperature heat shrink tube accordingly. 3, it lies firmly around the structure of the respective lug ring and the end of the housing 6 of the individual battery cells 4 facing the lugs 3. This results in a mechanical fixation of the cell connector 1 and the Individual battery cells 4 together while maintaining the electrical contact between the tabs 3, which are flexible to compensate for manufacturing tolerances, and the battery housing 6.
An sich ist damit die Fixierung und elektrische Kontaktierung der beiden Batterieeinzelzellen 4 mit dem Zellverbinder 1 abgeschlossen. Optional lässt sich nun außerdem ein Klebstoff oder eine Vergussmasse, bevorzugt eine Wärmeleitvergussmasse applizieren. In der Darstellung der Figur 4 wird der in Figur 3 beschriebene Aufbau nochmals aufgegriffen. Über einen Applikator 8 wird hier zwischen den Fixiereinheiten 5 eine Wärmeleitvergussmasse 9 aufgebracht, welche einerseits zur zusätzlichen Fixierung des Aufbaus dient und entsprechend hoch aufgebracht werden kann, sodass sie sowohl den Zellverbinder 1 als auch die Gehäuse 6 der Batterieeinzelzellen miteinander verbindet. This essentially completes the fixation and electrical contacting of the two individual battery cells 4 with the cell connector 1. Optionally, an adhesive or a casting compound, preferably a thermally conductive casting compound, can now also be applied. In the illustration in FIG. 4, the structure described in FIG. 3 is taken up again. Using an applicator 8, a thermally conductive casting compound 9 is applied between the fixing units 5, which on the one hand serves to additionally fix the structure and is applied at a correspondingly high level can, so that it connects both the cell connector 1 and the housing 6 of the individual battery cells with each other.
Außerdem kann beim Einsatz einer Wärmeleitvergussmasse 9 eine Wärmeleitfähigkeit zwischen dem Gehäuse 6 der Batterieeinzelzellen 4 und dem Zellverbinder 1 zusätzlich zu der elektrisch leitenden und wärmeleitenden Verbindung über die Laschen 3 hergestellt werden. Der Zellverbinder 1 kann dann unmittelbar gekühlt werden, beispielsweise indem er auf seiner den Laschen 3 abgewandten Seite von einem Kühlmedium angeströmt wird oder auf einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlplatte oder dergleichen montiert wird. Die Wärmeleitvergussmasse 9 unterstützt so die Kühlung. Durch die Fixiereinheit 5 kann sie nicht zwischen die einzelnen Laschen 3 und die entsprechenden Gehäuse 6 der Batterieeinzelzellen 4 eindringen und die elektrische Kontaktierung behindern, da die Fixiereinheiten 5 diesen Bereich ausreichend abdichten und schützen. In addition, when using a thermally conductive casting compound 9, thermal conductivity can be established between the housing 6 of the individual battery cells 4 and the cell connector 1 in addition to the electrically conductive and thermally conductive connection via the tabs 3. The cell connector 1 can then be cooled directly, for example by having a cooling medium flow against it on its side facing away from the tabs 3 or by being mounted on a cooling plate or the like through which a cooling medium flows. The heat-conducting casting compound 9 thus supports cooling. Due to the fixing unit 5, it cannot penetrate between the individual tabs 3 and the corresponding housings 6 of the individual battery cells 4 and hinder the electrical contacting, since the fixing units 5 sufficiently seal and protect this area.
In der Darstellung der Figur 5 ist abschließend ein alternativer Aufbau eines Laschenkranzes mit mehreren Laschen 3 auf der Grundplatte 2 des Zellverbinders 1 zu erkennen. Anders als die bisher gezeigten Laschen 3, welche im Wesentlichen senkrecht zur Oberfläche der Grundplatte 2 standen und an ihren Enden leicht abgekröpft sind, werden hier nun sogenannte geschwungene Laschen eingesetzt, welche also über einen größeren Teil ihrer Länge schräg zur Oberfläche der Grundplatte 2 und zu der darauf senkrecht stehenden Aufsetzrichtung der Batterieeinzelzellen 4 auf die Laschen 3 verlaufen. Die Laschen 3 werden dadurch besonders elastisch und können eventuelle Fertigungstoleranzen noch besser ausgleichen sowie eine vergrößerte Kontaktierungsfläche zum Gehäuse 6 der Batteriezelle 4 ausbilden. Finally, in the illustration in FIG. 5, an alternative structure of a lug ring with several lugs 3 on the base plate 2 of the cell connector 1 can be seen. Unlike the tabs 3 shown previously, which were essentially perpendicular to the surface of the base plate 2 and are slightly bent at their ends, so-called curved tabs are now used here, which are oblique to the surface of the base plate 2 and over a larger part of their length in the perpendicular positioning direction of the individual battery cells 4 on the tabs 3. This makes the tabs 3 particularly elastic and can even better compensate for any manufacturing tolerances and form an enlarged contact area to the housing 6 of the battery cell 4.

Claims

Patentansprüche Batteriemodul mit mehreren Batterieeinzelzellen (4), welche über wenigstens einen Zellverbinder (1) elektrisch kontaktiert sind, wobei der Zellverbinder (1) in Richtung der zu kontaktierenden Batterieeinzelzelle (4) überstehende Laschen (3) aufweist, wobei eine Fixiereinheit (5) die mit einer der Batterieeinzelzellen (4) in Kontakt stehenden Laschen (3) sowie das Gehäuse (6) dieser Batterieeinzelzelle an ihrem den Laschen (3) zugewandten Ende umgibt, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheit (5) dazu eingerichtet ist, in einem ersten losen Zustand die Laschen (3) und das Gehäuse (4) locker zu umfassen und in einem zweiten fixierten Zustand die Laschen (3) und das Gehäuse (4) fest zu umschließen, wobei zwischen den benachbarten Fixiereinheiten (5) mehrerer Batterieeinzelzellen (4) eine Vergussmasse (9) oder ein Klebstoff zwischen dem Zellverbinder (1) und den Batterieeinzelzellen (4) angeordnet ist. Batteriemodul nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff oder die Vergussmasse (9) wärmeleitfähig ist. Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fixiereinheiten (5) durch einen Wärmeschrumpfschlauch ausgebildet sind. Batteriemodul nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeschrumpfschlauch als Niedertemperatur-Wärmeschrumpfschlauch ausgebildet ist. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (4) als Rundzellen ausgebildet sind, wobei die jeder der Batterieeinzelzellen (4) zugeordneten Laschen (3) des Zellverbinders (1) als ein Laschenkranz ausgebildet sind. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Laschen (3) wenigstens einen Abschnitt aufweist, welcher schräg zur Kraftrichtung beim Aufsetzen der Batterieeinzelzellen (4) auf die Laschen (3) verläuft. Batteriemodul nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (1) direkt oder indirekt, insbesondere über einen Kühler, in wärmeleitendem Kontakt mit einem flüssigen oder gasförmigen Kühlmedium ausgebildet ist. Verfahren zur Montage eines Batteriemoduls nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fixiereinheit (5) in einem ersten losen Zustand für jede der Batterieeinzelzellen (4) um die der jeweiligen Batterieeinzelzelle (4) zugeordneten Laschen (3) auf den Zellverbinder (1) aufgesetzt wird, wonach die jeweilige Batterieeinzelzelle (4) in die Laschen (3) eingesetzt wird, und wonach die Fixiereinheiten (5) in den zweiten fixierten Zustand gebracht werden, wonach zwischen den Fixiereinheiten (5) in ihrem fixierten Zustand eine Vergussmasse (9) oder ein Klebstoff auf den Zellverbinder (1) appliziert wird. Claims Battery module with several individual battery cells (4), which are electrically contacted via at least one cell connector (1), the cell connector (1) having tabs (3) that protrude in the direction of the individual battery cell (4) to be contacted, a fixing unit (5) which with one of the individual battery cells (4) in contact with tabs (3) and surrounds the housing (6) of this individual battery cell at its end facing the tabs (3), characterized in that the fixing unit (5) is set up to be in a first loose State to loosely encompass the tabs (3) and the housing (4) and in a second fixed state to tightly enclose the tabs (3) and the housing (4), with one between the adjacent fixing units (5) of several individual battery cells (4). Potting compound (9) or an adhesive is arranged between the cell connector (1) and the individual battery cells (4). Battery module according to claim 1, characterized in that the adhesive or the casting compound (9) is thermally conductive. Battery module according to claim 1 or 2, characterized in that the fixing units (5) are formed by a heat shrink tube. Battery module according to claim 3, characterized in that the heat shrink tube is designed as a low temperature heat shrink tube. Battery module according to one of claims 1 to 4, characterized in that the individual battery cells (4) are designed as round cells, the tabs (3) of the cell connector (1) assigned to each of the individual battery cells (4) being designed as a tab ring. Battery module according to one of claims 1 to 5, characterized in that each of the tabs (3) has at least one section which runs obliquely to the direction of force when the individual battery cells (4) are placed on the tabs (3). Battery module according to one of claims 1 to 6, characterized in that the cell connector (1) is designed directly or indirectly, in particular via a cooler, in heat-conducting contact with a liquid or gaseous cooling medium. Method for assembling a battery module according to one of claims 1 to 7, characterized in that a fixing unit (5) in a first loose state for each of the individual battery cells (4) around the tabs (3) assigned to the respective individual battery cell (4) on the cell connector (1) is placed, after which the respective individual battery cell (4) is inserted into the tabs (3), and after which the fixing units (5) are brought into the second fixed state, after which a casting compound is placed between the fixing units (5) in their fixed state (9) or an adhesive is applied to the cell connector (1).
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