DE102009040128A1

DE102009040128A1 - Batteriepack und Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks

Info

Publication number: DE102009040128A1
Application number: DE102009040128A
Authority: DE
Inventors: Jürgen Jäkel; John Dr. de Roche; Robert Karg
Original assignee: Clean Mobile AG
Current assignee: Tq-Systems De GmbH
Priority date: 2009-09-04
Filing date: 2009-09-04
Publication date: 2011-03-10
Anticipated expiration: 2029-09-05
Also published as: EP2474057A4; DE102009040128B4; WO2011027328A3; WO2011027328A2; DE202010017245U1; EP2474057A2

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Baugruppe bereitgestellt, die eine Vielzahl von länglich geformten Batteriezellen (6) aufweist. Jede der Batteriezellen (6) weist eine Oberseite (61), eine Längsseite (62) und eine Unterseite (63) auf. Einer der Pole Pluspol und Minuspol der Batteriezelle (6) ist an der Oberseite und der jeweils andere der Pole Pluspol und Minuspol ist an der Unterseite der Batteriezelle (6) vorgesehen. Zudem weisen die Batteriezellen jeweils an ihrer Oberseite eine Öffnung (64) zum Entgasen der Batteriezelle im Fehlerfall auf. Ein erster Ableiter (17) ist zum elektrischen Verbinden des an der Oberseite vorgesehenen Pols von mindestens einer der Batteriezellen vorgesehen. Eine elastische erste Matte (4) mit einer Oberseite und einer Unterseite ist ebenfalls Teil der Baugruppe. Die erste Matte (4) weist Löcher (140), die von der Oberseite zu der Unterseite reichen, auf. Die Oberseiten (61) der Batteriezellen sind auf der Oberseite (41) der ersten Matte (4) positioniert. Eine Vergussmasse (17) füllt die Löcher der ersten Matte aus und umfasst zumindest teilweise die Längsseite der Batteriezellen (6).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriepack und ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks.
Batteriepacks werden in einer Vielzahl von mobilen Geräten wie z. B. Mobiltelefonen, tragbaren Computern und Fahrzeugen verwendet. Batteriepacks enthalten eine Vielzahl von Batteriezellen, die mechanisch fest zusammengefügt werden. Die Batteriezellen sind in Reihe und/oder parallel geschaltet, damit sie zusammen genügend Energie für den Betrieb des tragbaren Geräts zur Verfügung stellen. Besondere Anforderungen werden an Batteriepacks für Fahrzeuge gestellt. Sie müssen mechanisch sehr stabil sein, so dass sie auch auf Schotterstraßen oder Kopfsteinpflaster nicht auseinander brechen. Zudem dürfen bei Unfällen, bei denen beispielsweise ein anderes Fahrzeug mit einem starken mechanischen Impuls auf den Batteriepack wirkt, die Batteriezellen nicht brennen oder explodieren. Ähnliche Anforderungen an Batteriepacks werden auch an solche gestellt, die in Geräten betrieben werden, die großen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind. Dies können beispielsweise Elektrowerkzeuge oder Windkraftanlagen sein.
Eine besondere Schwierigkeit besteht darin, die Pole der Batteriezellen auch vor Feuchtigkeit zu schützen. Es besteht grundsätzlich die Möglichkeit, die Pole mit in eine Vergussmasse einzugießen. Allerdings ist dies besonders bei üblichen Akkumulatoren mit besonderen Gefahren verbunden. Üblicherweise ist an dem Pluspol der Batteriezelle eine Öffnung vorgesehen, durch die in einem Fehlerfall Gas aus der Batterie entweichen kann. Dies ist besonders wichtig, falls eine Batteriezelle überladen wird. Das Entweichen des Gases verhindert, dass die Batteriezelle zu brennen anfängt. Wird der Pol auch vergossen, so ist unsicher, ob das Gas entweichen kann.
Es ist somit Aufgabe der Erfindung, einen Batteriepack und ein entsprechendes Herstellungsverfahren für einen Batteriepack zur Verfügung zu stellen, wobei der Batteriepack gleichzeitig mechanisch stabil sein soll und die Gefahr von Bränden vermindert werden soll.
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Die DE 10 2007 063 187 B3 zeigt einen Batteriepack, insbesondere für hybridbetriebene Kraftfahrzeuge, wobei mehrere Batteriezellen nebeneinander angeordnet sind. Die Zellen sind durch eine Vergussmasse miteinander verbunden. In der Darstellung ragen Pole der Batteriezellen aus der Vergussmasse heraus. Dabei bleibt allerdings fraglich, wie die Pole vor Korrosion geschützt werden.
Erfindungsgemäß wird eine Baugruppe bereitgestellt, die eine Vielzahl von länglich geformten Batteriezellen aufweist. Jede der Batteriezellen weist eine Oberseite, eine Längsseite und eine Unterseite auf. Einer der Pole Pluspol und Minuspol der Batteriezelle ist an der Oberseite und der jeweils andere der Pole Pluspol und Minuspol ist an der Unterseite der Batteriezelle vorgesehen. Zudem weisen die Batteriezellen jeweils an ihrer Oberseite eine Öffnung zum Entgasen der Batteriezelle im Fehlerfall auf. Ein erster Ableiter ist zum elektrischen Verbinden des an der Oberseite vorgesehenen Pols von mindestens einer der Batteriezellen vorgesehen.
Eine elastische erste Matte mit einer Oberseite und einer Unterseite ist ebenfalls Teil der Baugruppe. Die erste Matte weist Löcher, die von der Oberseite zu der Unterseite reichen, auf. Die Oberseiten der Batteriezellen sind auf der Oberseite der ersten Matte positioniert. Eine Vergussmasse füllt die Löcher der ersten Matte aus und umfasst zumindest teilweise die Längsseite der Batteriezellen. Wenn aus der Öffnung an der Oberseite einer der Batteriezellen Gas austritt, kann die erste Matte zusammengedrückt werden, damit das zusätzliche Volumen des Gases aufgenommen wird.
Dadurch, dass Löcher in der ersten Matte durch Vergussmasse aufgefüllt werden, bleibt der Pack insgesamt weiterhin stabil. Hätten die ersten Matten keine Löcher, würde bei Erschütterungen des Batteriepacks die Batteriezellen schwingen. Dadurch, dass die erste Matte von der Vergussmasse durchsetzt ist und die Vergussmasse auch zumindest einen Teil der Längsseite der Batteriezelle umfasst, werden die Batteriezellen fest gehalten, so dass sie nicht schwingen können.
Vorzugsweise ist eine erste Wanne vorgesehen, die die erste Matte aufnimmt und mit der Vergussmasse stoffschlüssig verbunden ist. Eine solche Wanne schützt die Umgebung vor scharfen Kanten der Vergussmasse und stellt sicher, dass die Vergussmasse nicht zerstört wird.
Vorzugsweise ist der erste Ableiter als durchlöcherte Platte ausgebildet. Dadurch wird auch der erste Ableiter von Vergussmasse durchsetzt, so dass auch er festgehalten wird. Zudem kann die Vergussmasse bei der Herstellung von unten durch die Löcher der ersten Matte und des ersten Ableiters nach oben zu den Längsseiten der Batteriezellen steigen und somit eine von unten nach oben durchgehend verlaufende Masse bilden.
In einer Ausführungsform ist der erste Ableiter mit Hilfe einer Schweißverbindung mit einem Pluspol mindestens einer der Batteriezellen verbunden. Eine solche Schweißverbindung hat sich als besonders robust erwiesen.
Die Shorehärte 00 gemäß den Normen DIN 53505 und DIN 7868 liegt in einer Ausführungsform in dem Bereich zwischen 15° und 45°. Es hat sich herausgestellt, dass eine Matte mit einer solchen Shorehärte besonders geeignet ist, um das zusätzliche Volumen des Gases aufzunehmen, gleichzeitig aber noch stabil genug ist, damit die Batteriezellen nicht im Batteriepack schwingen.
In einer weiteren Ausführungsform ist zusätzlich ein zweiter Ableiter zum elektrischen Verbinden des an der Unterseite vorgesehenen Pols mindestens einer der Batteriezellen vorgesehen.
Eine zweite elastische Matte mit einer Oberseite und einer Unterseite ist in der Baugruppe vorgesehen, wobei die zweite Matte Löcher, die von ihrer Oberseite zu ihrer Unterseite reichen, aufweist. Die Unterseiten der Batteriezellen sind auf der Oberseite der zweiten Matte positioniert. Die Baugruppe enthält zudem eine weitere Vergussmasse, die die Löcher der zweiten Matte ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseiten der Batteriezellen umfasst.
Gemäß dieser Ausführungsform ist die Befestigung der Unterseiten der Batteriezellen im Wesentlichen symmetrisch zu der Befestigung der Oberseiten der Batteriezellen. Dies gewährleistet, dass die Batteriezellen an Ober- und Unterseite gleichmäßig mechanisch belastet werden. Dadurch sinkt das Risiko, dass Risse in den Vergussmassen entstehen.
Im Betrieb werden Batteriezellen nicht nur nach oben und unten mechanisch belastet. Es kommt auch zu Drehbelastungen, die von den Vergussmassen aufgefangen werden müssen.
Es ist bevorzugt, dass eine zweite Wanne vorgesehen ist, die die zweite Matte aufnimmt und mit der zweiten Vergussmasse stoffschlüssig verbunden ist. Damit wird die zweite Vergussmasse geschützt.
Mit einer Halterung zum Pressen der ersten Wanne in Richtung zweiter Wanne wird für zusätzliche Stabilität des Batteriepacks gesorgt.
Falls die Längsseiten der Batteriezellen zwischen erster Vergussmasse und zweiter Vergussmasse frei von Vergussmasse sind, wird so das Gesamtgewicht des Batteriepacks gegenüber einem vollständigen Vergießen vermindert. Zudem erhöht das die mechanische Stabilität des Batteriepacks auch bei Alterung der Batteriezellen. Wenn Batteriezellen altern, zeigt sich oft der Effekt, dass das Volumen sich ausdehnt. Dadurch, dass die Längsseiten frei bleiben, kann der Durchmesser der Batteriezellen in diesem freien Bereich erhöht werden, wodurch die mechanische Belastung auf Batteriezellen und Vergussmasse verringert wird.
Üblicherweise ist an der Oberseite der Batteriezellen jeweils der Pluspol vorgesehen, da die Öffnungen für das Entgasen üblicherweise am Pluspol angebracht sind.
Besonders geeignet hat sich die Baugruppe erwiesen, wenn die Batteriezellen Lithium-Ionen-Akkumulatoren enthalten. Alternativ kann der Batteriepack auch für andere Typen von Batteriezellen eingesetzt werden, beispielsweise für Nickel-Metallhydrid (NiMH) Akkumulatoren oder Doppelschicht-Kondensatoren, auch Supercaps oder EDLC genannt, die die entsprechende Form aufweisen. Die Form kann nicht nur zylinderförmig, sondern auch prismatisch sein.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks. Zunächst wird eine erste Wanne mit einer Öffnung nach oben vorgesehen. Anschließend wird eine elastische erste Matte in die erste Wanne gelegt. Die erste Matte weist eine Oberseite und eine Unterseite auf, wobei Löcher in der ersten Matte von der Oberseite zu der Unterseite reichen. Batteriezellen werden nebeneinander in einer Halterung angeordnet. Die Batteriezellen sind länglich geformt und weisen jeweils eine Oberseite, eine Längsseite und einer Unterseite auf. Einer der Pole Pluspol und Minuspol ist an der Oberseite und der andere der beiden Pole an der Unterseite der Batteriezelle vorgesehen.
In einem der nächsten Herstellungsschritte wird ein erster Ableiter mit den an der Oberseite vorgesehenen Polen der Batteriezellen verbunden. In die erste Wanne wird Vergussmasse eingefüllt. Die Halterung mit den Batteriezellen wird derart gesenkt, dass der erste Ableiter auf der ersten Matte aufliegt. Die erste Vergussmasse wird trocknen gelassen, wonach die erste Vergussmasse die Löcher der ersten Matte ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite der Batteriezellen umfasst.
Mit dem beschriebenen Verfahren wird es möglich, dass die Batteriezellen einerseits auf der ersten Matte gelagert werden, so dass diese zusätzliches Volumen beim Entgasen der Batteriezellen aufnehmen können. Andererseits sorgt die erste Vergussmasse, die auch die Löcher der ersten Matte füllt sowie teilweise die Längsseiten der Batteriezellen umfasst, für Stabilität. Damit wird dafür gesorgt, dass die Batteriezellen nicht schwingen können.
Falls der Schritt des Einfüllens der ersten Vergussmasse zumindest teilweise vor dem Schritt des Senkens der Halterung erfolgt, kann sich die Vergussmasse bereits in die Löcher der ersten Matte verteilen, bevor die Halterung der Batteriezellen gesenkt wird. Dadurch ist eine bessere Verteilung der Vergussmasse möglich.
Der erste Ableiter kann als durchlöcherte Platte geformt sein. Dabei wird auch er durch die Vergussmasse, die sich dadurch auch in die Löcher des ersten Ableiters ergießt, stabilisiert werden. Außerdem erleichtert dies den Fluss der Vergussmasse von unten nach oben zu den Längsseiten der Batteriezellen.
Durch Schweißen des ersten Ableiters auf den Pol auf der Oberseite der Batteriezelle wird eine besonders stabile mechanische und elektrische Verbindung zwischen dem Ableiter und dem Pol gewährleistet.
Vorzugsweise sind die erste Wanne und die Halterung so geformt, dass das Senken der Halterung selbst-justierend in horizontaler Richtung ist. Durch die Form der ersten Wanne und der Halterung sind die Batteriezellen so nebeneinander vorgesehen, dass das Senken der Batteriezellen und der Halterung dafür sorgt, dass diese nur in einer Position in die erste Wanne passen. Die äußeren Batteriezellen sind beispielsweise so angeordnet, dass sie jeweils seitlich an den Wänden der Wanne anliegen. Dadurch ist sichergestellt, dass sämtliche Batteriepacks gleich aufgebaut sind.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens sind weitere folgende Schritte vorgesehen. Eine zweite Wanne wird mit einer Öffnung nach oben vorgesehen. Anschließend wird eine elastische zweite Matte in die zweite Wanne gelegt, wobei die zweite Matte mit einer Oberseite und einer Unterseite versehen ist. Die zweite Matte weist Löcher auf, die von der Oberseite zu der Unterseite reichen. Ein zweiter Ableiter wird mit an der Unterseite vorgesehenen Polen elektrisch verbunden. Anschließend wird eine zweite Vergussmasse in die erste Wanne eingefüllt.
Die Halterung mit den Batteriezellen wird derart gesenkt, dass der zweite Ableiter auf der zweiten Matte aufliegt. Anschließend wird die zweite Vergussmasse trocknen gelassen. Wonach die zweite Vergussmasse die Löcher der zweiten Matte ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite der Batteriezellen umfasst.
Durch dieses Herstellungsverfahren wird gewährleistet, dass die Oberseite und die Unterseite der Batteriezellen jeweils symmetrisch aufgebaut sind.
Vorzugsweise wird anschließend noch eine Halterung zum Pressen der ersten Wanne in Richtung der zweiten Wanne vorgesehen, wodurch der Batteriepack zusätzlich stabilisiert wird.
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen gemäß den beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
1 eine Explosionszeichnung eines erfindungsgemäßen Batteriepacks;
2 eine Wanne aus einem Batteriepack gemäß 1;
3 eine Matte zum Einlegen in die Wanne gemäß 2;
4 eine Halterung für Batterien;
5 einen Ausschnitt aus dem Batteriepack gemäß 1;
6 einen weiteren Ausschnitt aus dem Batteriepack gemäß 1;
7 einen Ableiter für einen Batteriepack gemäß 1;
8 ein Ablaufdiagramm für ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriepacks in einer Explosionsdarstellung. Der Batteriepack weist eine Grundplatte aus Aluminium 2 auf, auf der eine Wanne 3 mit einer Öffnung nach oben gelegt ist. In dieser Wanne 3 befindet sich eine Matte 4, auf die die Oberseiten von länglich geformten Batteriezellen 6 gestellt werden. Die Batteriezellen 6 sind auf dem Kopf stehend gezeichnet. Die Oberseiten 61 der Batteriezellen 6 sind in der 1 unten eingezeichnet, während die Unterseiten 63 oben eingezeichnet sind. An den Oberseiten 61 sind jeweils die Pluspole vorgesehen, während an der Unterseite 63 jeweils die Minuspole vorgesehen sind. Die Seiten der zylinderförmig ausgebildeten Batteriezellen werden als Längsseiten 62 bezeichnet.
In der 1 sind zwei Halterungen 5 und 7 jeweils unterhalb und oberhalb der Batterien 6 eingezeichnet. Im zusammengebauten Zustand sind die Batteriezellen 6 so in diese Halterungen 5 und 7 eingesteckt, dass die Halterungen 5 und 7 auf Höhe der Längsseiten 62 angebracht sind. Die Batterien werden beim Zusammenbau des Batteriepacks von diesen Halterungen 5 und 7 gehalten und verbleiben vorzugsweise auch nach dem Zusammenbau im Batteriepack 1.
Oberhalb der Unterseite 63 der Zellen 6 ist eine Matte 8 vorgesehen, die von der Wanne 9 eingebettet wird, deren Öffnung nach unten zeigt. Nicht eingezeichnet sind so genannte Ableiter 17 und 87. Die Ableiter 17 werden unterhalb der Oberseite 61 der Batteriezellen 6 vorgesehen, um die Pluspole miteinander zu verbinden. Diese Ableiter 17 sind in einer Ausführungsform als Kupfer-Platten ausgeführt. Diese Platten sind durchlöchert und werden auf die Pluspole geschweißt. Die Ableiter 87 werden auf den Minuspolen an der Unterseite 63 der Batteriezellen 6 vorgesehen, wobei sie jeweils mit den Minuspolen verschweißt sind.
An den Ableitern 17 und 87 sind jeweils Kabel angelötet, die zu den Platinen 100 und 110 führen. Auf den Platinen 100 und 110 werden Spannungswandler und Steuerungschips vorgesehen. Diese Spannungswandler und Steuerungschips sind auch mit einem Stecker 13 verbunden, der an einer Öffnung 130 des Batteriepacks 1 angebracht ist. Somit können die Spannungswandler und die Steuerung auf den Platinen 100 und 110 von außerhalb des Batteriepacks 1 kontaktiert werden.
Es ist ferner eine Halterung bestehend aus Hülsen 14, Längsstreben 12, Querstreben 11 und Schrauben 15 vorgesehen. Die Hülsen verlaufen parallel zu den Batteriezellen 6, wobei sie in Einbuchtungen 30 der Wanne 3 und Einbuchtungen 90 der Wanne 9 eingepasst sind. Die Schrauben 15, von denen der Übersicht halber nur eine eingezeichnet ist, werden durch die Querstreben 11, die Längsstreben 12, die Hülsen 14 zu Muttern 16 geführt, mit denen sie verschraubt werden. Die Muttern 16 sind mit der Grundplatte 2 fest verbunden. Mit Hilfe der Halterung werden die Wannen 3 und 9 gegeneinander gepresst, was zusätzliche Stabilität für den Batteriepack bedeutet.
Eine Abdeckung 10 ist vorgesehen, die mit der Platte 2 verschraubt wird, so dass die Platte 2 mit der Abdeckung 10 und einer Seitenabdeckung 120 ein Gehäuse bildet, in deren Inneren sich sämtliche anderen bisher genannten Komponenten befinden.
In die Darstellung von 1 sind eine erste Vergussmasse, mit der jeweils die Wanne 3, die Matte 4 sowie die Batterien 6 miteinander verbunden sind, sowie eine zweite Vergussmasse, die die Batterien 6, die Matte 8 und die Wanne 9 miteinander verbindet, nicht eingezeichnet. Die Lage der Vergussmassen wird anhand der 6 und 7 erläutert werden.
2 zeigt die Wanne 3 in einer Seitenansicht, in einer Draufsicht und in einer Schrägansicht. Die Wanne 3 hat Außenmaße von etwa 16 cm × 20 cm × 1,6 cm. Wie anhand der Seitenansicht erkennbar ist, enthält die Wanne 3 eine Stufe derart, dass die Öffnung breiter als die Grundfläche der Wanne ist. Die Einbuchtungen 30 haben einen Radius von 7,5 mm. Es versteht sich, dass von den Größenangaben abgewichen werden kann.
3 zeigt die Matte 4 in einer Draufsicht. Die Matte 4 hat Außenmaße von etwa 14,4 cm × 18,6 cm. Sie ist so dimensioniert, dass sie in die Wanne 3 eingelegt werden kann. Die Matte 4 ist durchlöchert, wobei der Durchmesser der Löcher 12 mm beträgt. Die Löcher sind in Reihen angeordnet, wobei der Reihenabstand etwa 17 mm beträgt. Die Reihen sind so gegeneinander versetzt, dass der Abstand zwischen zwei Löchern unterschiedlicher Reihen 20 mm beträgt. Der Abstand zwischen Löchern der gleichen Reihe beträgt ebenfalls 20 mm. Die Abstände beziehen sich jeweils auf die Mittelpunkte der kreisförmig ausgebildeten Löcher.
4 zeigt die Halterung 5 zur Aufnahme der Batterien 6. Die Halterung 5 hat Außendurchmesser von 194 mm × 161 mm. Die Matte 5 ist durchlöchert. Die Löcher sind in 12 Reihen vorgesehen, sie weisen jeweils einen Durchmesser von 17,6 mm auf. Der Abstand zwischen zwei Löchern der gleichen Reihe sowie zwischen benachbarten Löchern der unterschiedlichen Reihen beträgt jeweils 20 mm. Die Halterung 5 hat nicht nur die Aufgabe, den Abstand zwischen den Batteriezellen 6 zu definieren, sondern auch die Aufgabe, Zellen vor anderen Zellen, die explodieren oder den thermischen Zusammenbruch erleben, zu schützen. Dazu besteht die Halterung vorzugsweise aus einem nicht flammbarem Material.
5 zeigt einen Ausschnitt aus dem Batteriepack im zusammengebauten Zustand gemäß dem Batteriepack aus 1. Die Anordnung ist im Querschnitt dargestellt. Es sind zwei Batteriezellen 6 gezeigt, die so angeordnet sind, dass deren Oberseiten 61 nach unten zeigen. An der Oberseite 61 ist in der eine Elektrode 65 für den Pluspol in der Mitte vorgesehen. Rechts und links dieser Elektrode 65 befinden sich Öffnungen 64. Diese Öffnungen 64 dienen dazu, dass im Fehlerfall der Batterie Gas entweichen kann. Im Inneren der Batteriezellen 6 befinden sich hinter diesen Öffnungen 64 Membranen, die im Fehlerfall das Gas durchlassen.
Rechts und links der Öffnungen 64 ist eine Schutzfolie vorgesehen, die sich zunächst an der Oberseite 61 und dann entlang den Längsseiten 62 erstreckt. Unterhalb der Elektroden 65 befindet sich der Ableiter 17, der mit den Elektroden 65 verschweißt ist. Somit sind die Elektroden und der Ableiter 17 auch elektrisch verbunden.
In der Schnittebene weist der Ableiter 17 eine Öffnung 170 auf. Außerhalb der Schnittebene ist allerdings der Teil des Ableiters 17, der unter der linken Batteriezelle 6 gezeigt ist, elektrisch und mechanisch mit dem Teil des Ableiters 17, der unter der rechten Batteriezelle vorgesehen ist, verbunden. Somit ist in der 6 nur ein Ableiter 17 gezeigt. Die Teile des Ableiters 17 sind in der Schnittebene jeweils so breit wie der Durchmesser der Batteriezellen 6. Der Ableiter 17 liegt auf der Matte 4 auf. Die Matte 4 weist in der Schnittebene ebenfalls ein Loch 140 auf. Unterhalb der Matte 4 befindet sich die Wanne 3. Eine Vergussmasse 18 ist vorgesehen, die sich von der Oberseite der Wanne 3 nach oben erstreckt und die Batteriezellen 6 in einem Bereich 630 auch seitlich umfasst. Der Bereich 630 ist z. B. 10 mm hoch.
Die Löcher 170 und 140 sind durch die Vergussmasse gefüllt. Es befindet sich auch Vergussmasse 18 zwischen der Matte 4 und der Wanne 3 dort, wo sie übereinander liegen. Teile der Vergussmasse befinden sich auch zwischen dem Ableiter 17 und dem horizontal geführten Teil der Isolationsfolie 66. Allerdings ist der Abstand zwischen der Isolationsfolie 66 und dem Ableiter 17 jeweils nur 100 nm oder einige 100 nm dick.
Ein Vorteil der Anordnung ist, dass im Fehlerfall das Gas aus den Batteriezellen leichter als bei im Stand der Technik bekannten Maßnahmen entweichen kann. Das entweichende Gas erzeugt soviel Druck, dass es das kleine Volumen der Vergussmasse zwischen dem Ableiter 17 und der Isolationsfolie 66 wegdrücken kann. Zumindest einen Teil der Verformung nimmt die Matte 4 auf. Somit kann das Gas aus der Zelle 6 entweichen, wodurch die Brandgefahr für den Batteriepack 1 verringert wird.
6 zeigt zwei Batteriezellen 6, wobei allerdings der Ausschnitt der Unterseite 63, der sich an der Wanne 9 befindet, gezeigt ist. Die Batterien stehen anders herum als in 5, da anhand dieser 6 das Vergießen der Unterseiten 63 veranschaulicht wird. Die Unterseite 63 der Wanne weist eine Elektrode 68 auf, die mit dem darunter liegenden Ableiter 87 verbunden ist. Der Ableiter 87 liegt auf der Matte 8 auf, die sich ihrerseits oberhalb der Wanne 9 befindet. Die Vergussmasse 88 erstreckt sich von der Wanne 9 nach oben, so dass sie die Batteriezellen 6 auch teilweise seitlich, und zwar in dem Bereich 631, erfasst. An der Unterseite 63 sind keine Öffnungen 64 vorgesehen. Allerdings ist aus Symmetriegründen der Aufbau an den Minuspolen der gleiche wie an den Pluspolen der Batteriezellen 6. Somit erfahren Plus- und Minuspole gleichartige Befestigungen an den Ableitern und den jeweiligen Wannen und werden mechanisch gleich belastet.
Wenn die Bereiche 630 und 631 nur jeweils 1 cm hoch sind, verbleiben 4 cm in der Mitte der Längsseiten 62 frei von Vergussmasse. Die Batteriezellen 6, die vorzugsweise zylindrische Form haben, können sich in diesem freien Bereich ausdehnen.
7 zeigt einen Ableiter 17 in einer Draufsicht. Der Ableiter 17 ist als eine Platte ausgeformt, die mehrere kreisförmige Löcher 170 und mehrere H-förmige Löcher 171 aufweist. Die kreisförmigen Löcher 170 werden vorzugsweise senkrecht oberhalb der Löcher 140 der Matte 4 vorgesehen. Damit kann sich die Vergussmasse 18 in den Löchern 140 und 170 so ausdehnen, dass senkrechte Säulen entstehen, die jeweils durch die Löcher 140 und 170 kontinuierlich hindurchgehen. Die H-förmigen Löcher 171 sind dort vorgesehen, wo der Ableiter 17 auf die Batteriezellen geschweißt wird. Ingesamt werden 11 Ableiter 17 für den Batteriepack 1 vorgesehen. Die Ableiter 87 für die Unterseite der Batteriezellen 6 sind so wie die Ableiter 17 aufgebaut. In der gezeigten Ausführungsform sind die Ableiter 17 sämtlich mit Pluspolen der Batteriezellen 6 verbunden. In weiteren, nicht in den Figuren gezeigten Ausführungsformen, sind die Ableiter 17 mit Pluspolen und Minuspolen verbunden, da die Batteriezellen 6 teilweise in Reihe geschaltet sind.
8 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks nach 1 anhand eines Flussdiagramms. In einem ersten Schritt 800 werden Batteriezellen 6 in eine Halterung 5 eingeführt. Anschließend wird in dem Schritt 810 der Ableiter 17 auf den Polen der Oberseiten 61 und der Ableiter 87 auf die Pole der Unterseiten 63 der Batteriezellen 6 geschweißt. Eine Wanne 3 wird mit der Öffnung nach oben gelegt (Schritt 820).
Die Matte 4 wird in die Wanne 3 gelegt und Vergussmasse 18 wird in Wanne 3 gegossen. Die Batteriezellen mit der Halterung 5 werden auf die Haltematte 4 gesenkt, wobei die Oberseiten der Batteriezellen 6 nach unten zeigen. Anschließend wird weiter Vergussmasse in die Wanne 3 gegossen.
Es wird auf das Erhärten der Vergussmasse 17 gewartet. Nach diesem Schritt ist die gehärtete Vergussmasse 17 auf der Innenseite der Wanne 3, in den Löchern der Matte 4, in den Löcher der Ableiter 17 und seitlich der Längsseiten 63 der Batteriezellen 6 angebracht.
Nach dem Härten gemäß Schritt 850 wird eine zweite Wanne 9 mit einer Öffnung nach oben gelegt. Anschließend wird eine Matte 8 in die Wanne 9 gelegt. Vergussmasse 88 wird in die Wanne 9 in Schritt 870 gegossen. Der Block mit Batteriezellen 6 wird umgedreht und mit der bisher unvergossenen Seite auf die Matte 8 gesenkt. Anschließend wird weitere Vergussmasse 87 in die Wanne 3 gegossen und darauf gewartet, dass die Vergussmasse 88 härtet. Es ist möglich, dass entweder das Gießen in Schritt 820 oder in Schritt 840 wegzulassen. Bevorzugt wird aber, das in Schritt 820 gegossen wir, damit sich die Vergussmasse 17 möglichst gut in der Wanne 3 und den Löchern der Matte 4 verteilt.
Bezugszeichenliste

1: Batteriepack
2: Grundplatte
3: erste Wanne
4: erste Matte
5: Halterung
6: Batteriezelle
7: Halterung
8: zweite Matte
9: zweite Wanne
10: Abdeckung
11: Querstreben
12: Längsstreben
13: Stecker
14: Hülsen
15: Schrauben
16: Muttern
17: Ableiter
18: Vergussmasse
23: Halterung
30: Einbuchtung der Wanne 3
41: Oberseite
42: Unterseite
43: Löcher
61: Oberseite
62: Längsseite
63: Unterseite
64: Öffnung
65: Pluspol-Elektrode
66: Isolationsfolie
68: Minuspol-Elektrode
81: Oberseite
82: Unterseite
83: Löcher
84: Ableiter
87: Ableiter
88: Vergussmasse
90: Einbuchtung der Wanne 9
100: Platine
110: Platine
120: Seitenwand bzw. Seitenabdeckung
130: Öffnung
140: Loch
170: Loch

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007063187 B3 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

DIN 53505 [0013]
DIN 7868 [0013]

Claims

Baugruppe, enthaltend: – eine Vielzahl von länglich geformten Batteriezellen (6), jeweils mit einer Oberseite (61), eine Längsseite (62) und einer Unterseite (63), wobei einer der Pole Pluspol (+) und Minuspol (–) der Batteriezelle (6) an der Oberseite (61), und der andere der Pole Pluspol (+) und Minuspol (–) an der Unterseite (63er Batteriezelle (6) vorgesehen ist, wobei die Batteriezellen (6) jeweils an der Oberseite (61) eine Öffnung (64) zum Entgasen der Batteriezelle (6) im Fehlerfall aufweisen, – einen ersten Ableiter (17) zum elektrischen Verbinden des an der Oberseite (61) vorgesehenen Pols von mindestens einer der Batteriezellen (6), eine elastische erste Matte (4) mit einer Oberseite (41) und einer Unterseite (42), wobei die erste Matte Löcher (43), die von der Oberseite (41) zu der Unterseite (42) reichen, aufweist, wobei die Oberseiten (61) der Batteriezellen auf der Oberseite (41) auf der ersten Matte (4) positioniert sind, eine Vergussmasse (18), die die Löcher (43) der ersten Matte (4) ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite (62) der Batteriezellen (6) umfasst.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Wanne (3) vorgesehen ist, die die erste Matte (4) aufnimmt und mit der Vergussmasse stoffschlüssig verbunden ist.
Baugruppe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ableiter (17) als durchlöcherte Platte ausgebildet ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ableiter (17) mit einer Schweißverbindung mit einem Pluspol mindestens einer der Batteriezellen (6) verbunden ist.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Shorehärte 00 der ersten Matte (4) im Bereich von 15° bis 45° liegt.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin vorgesehen sind: – ein zweiter Ableiter (17) zum elektrischen Verbinden des an der Unterseite (63) vorgesehenen Pols mindestens einer der Batteriezellen (6), – eine elastische zweite Matte (8) mit einer Oberseite (81) und einer Unterseite (82), wobei die zweite Matte (8) Löcher (83), die von der Oberseite (81) zu der Unterseite (82) reichen, aufweist, wobei die Unterseiten (63) der Batteriezellen (6) auf der Oberseite (81) der zweiten Matte (8) positioniert sind, – eine weitere Vergussmasse (88), die die Löcher (83) der zweiten Matte (8) ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite (62) der Batteriezellen (6) umfasst.
Baugruppe nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Wanne (9) vorgesehen ist, die die zweite Matte (8) aufnimmt und mit der zweiten Vergussmasse (88) stoffschlüssig verbunden ist.
Baugruppe nach einem der Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Halterung (11, 12, 14) vorgesehen ist zum Pressen der ersten Wanne (3) in Richtung zweiter Wanne (9).
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsseiten (63) der Batteriezellen (6) zwischen erster Vergussmasse (18) und zweiter Vergussmasse (88) frei von Vergussmasse sind.
Baugruppe nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite (61) der Batteriezellen (6) jeweils der Pluspol (+) der Batteriezelle (6) vorgesehen ist.
Baugruppe nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen jeweils Lithium-Ionen-Akkumulatoren enthalten.
Verfahren zum Herstellen eines Batteriepacks mit folgenden Schritten: – Vorsehen einer ersten Wanne (3) mit einer Öffnung nach oben, – Legen einer elastischen ersten Matte (4) in die erste Wanne (3), wobei die erste Matte (4) mit einer Oberseite (41) und einer Unterseite (42), wobei die erste Matte (4) Löcher (43), die von der Oberseite (41) zu der Unterseite (42) reichen, aufweist, – Nebeneinander Anordnen von Batteriezellen (6) in einer Halterung, wobei Batteriezellen (6) länglich geformt sind und jeweils mit einer Oberseite (61), eine Längsseite (62) und einer Unterseite (63) aufweisen, wobei einer der Pole Pluspol (+) und Minuspol (–) der Batteriezelle (6) an der Oberseite (61), und der andere der Pole Pluspol (+) und Minuspol (–) an der Unterseite (63) der Batteriezelle (6) vorgesehen ist, – elektrisches Verbinden eines ersten Ableiters (17) mit dem an der Oberseite (61) vorgesehenen Polen der Batteriezellen (6), – Einfüllen von einer ersten Vergussmasse (18) in die erste Wanne (3), – Senken der Halterung mit Batteriezellen derart, dass der erste Ableiter (17) auf der ersten Matte (4) aufliegt, – Trocknen lassen der ersten Vergussmasse (18), wonach die erste Vergussmasse (18) die Löcher (43) der ersten Matte (4) ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite (62) der Batteriezellen (6) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt des Einfüllens der ersten Vergussmasse (18) zumindest teilweise vor dem Schritt des Senkens der Halterung erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ableiter (17) als durchlöcherte Platte geformt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ableiter (17) auf den Pol geschweißt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Wanne (3) und die Halterung (5) so geformt sind, dass das Senken der Halterung selbst-justierend in horizontaler Richtung ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass weitere Schritte vorgesehen werden: – Vorsehen einer zweiten Wanne (9) mit einer Öffnung nach oben, – Legen einer elastischen zweiten Matte (8) in die zweite Wanne (9), wobei die zweite Matte (8) mit einer Oberseite (81) und einer Unterseite (82), wobei die zweite Matte Löcher (83), die von der Oberseite (81) zu der Unterseite (82) reichen, aufweist, – elektrisches Verbinden eines zweiten Ableiters (87) mit den an der Unterseite (63) vorgesehenen Polen der Batteriezellen (6), – Einfüllen von einer zweiten Vergussmasse (88) in die zweite Wanne (9), – Senken der Halterung (5) mit Batteriezellen (6) derart, dass der zweite Ableiter (87) auf der zweiten Matte (8) aufliegt, – Trocknen lassen der zweiten Vergussmasse (88), wonach die zweite Vergussmasse (88) die Löcher (83) der zweiten Matte (8) ausfüllt und zumindest teilweise die Längsseite (62) der Batteriezellen (6) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Schritt des – Anbringen einer Halterung (11, 23, 14) zum Pressen der ersten Wanne (3) in Richtung zweiter Wanne (9) vorgesehen ist.