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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriemoduls. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit zumindest einem solchen Batteriemodul.
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Batteriemodule für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug, die mehrere Pouch-Zellen umfassen, sind an sich bekannt. Beispielsweise zeigt die US 2012 / 0 288 745 A1 Pouch-Zellen, deren elektrische Anschlüsse sich durch eine Verbindungsplatte hindurch erstrecken. Ferner zeigt beispielsweise die
DE 10 2018 101 622 A1 eine Lithium-Ionen-Pouch-Batteriezelle, die in einem Rahmen angeordnet ist. Jeweilige als Laschen bezeichnete Zellableiter der betreffenden Pouch-Zelle können zur Parallelschaltung oder auch Reihenschaltung mit weiteren derartigen Laschen von anderen Pouch-Zellen elektrisch leitend verbunden werden.
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Die
DE 10 2017 223 215 A1 zeigt eine Kühlvorrichtung für eine Pouch-Zelle. Die Kühlvorrichtung umfasst eine Kühlplatte, welche überschüssige Wärme von der Pouch-Zelle aufnehmen kann. Die Kühlplatte weist mit jeweiligen Dichtungen versehene Anschlüsse auf, die mit Anschlüssen weiterer Kühlplatten verbunden werden können.
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Aus unterschiedlichsten Gründen kann es passieren, dass Wasser in einen Hochvoltspeicher und somit auch in zugehörige Batteriemodule gelangt, die aus mehreren Pouch-Zellen aufgebaut sein können. Beispielsweise kann es durch Undichtigkeiten in einem Kühlsystem dazu kommen, dass Wasser und/oder Glykol in derartige Batteriemodule eindringt. Ebenso kann Luftfeuchtigkeit dazu führen, dass Feuchtigkeit beziehungsweise Wasser in solche Batteriemodule gelangt. Insbesondere in denjenigen Bereichen solcher Batteriemodule, wo jeweilige Zellableiter der Pouch-Zellen elektrisch leitend miteinander verbunden sind, kann das Eindringen von Wasser beziehungsweise Feuchtigkeit kritisch sein.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher Pouch-Zellen in kritischen Bereichen gegen den Eintritt von Feuchtigkeit und Wasser abgesichert werden können.
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Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug sowie durch ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Batteriemoduls mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Weitere mögliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Figuren angegeben.
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Das erfindungsgemäße Batteriemodul für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug umfasst ein Modulgehäuse und mehrere im Modulgehäuse angeordnete Pouch-Zellen mit jeweiligen Zellableitern. Solche Zellableiter werden oftmals auch als Taps bezeichnet und dienen dazu, jeweilige Kathoden beziehungsweise Anoden von Pouch-Zellen elektrisch leitend miteinander zu verbinden, um so beispielsweise eine Parallelschaltung oder auch eine Reihenschaltung von mehreren Pouch-Zellen zu realisieren. Die Zellableiter der Pouch-Zellen sind durch jeweilige Durchgangsöffnungen eines inneren Gehäuseteils in Richtung eines äußeren Gehäuseteils hindurchgeführt.
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Zwischen dem Inneren Gehäuseteil und dem äußeren Gehäuseteil ist ein Kontaktierungsraum eingeschlossen, in dem jeweilige unisolierte Abschnitte der Zellableiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Dadurch können die jeweiligen Pouch-Zellen des Batteriemoduls in unterschiedlichsten Schaltungsanordnungen, also in Parallelschaltung oder auch in Reihenschaltung miteinander verschaltet werden. Jeweilige in den Durchgangsöffnungen angeordnete isolierte Abschnitte der Zellableiter sind von jeweiligen am inneren Gehäuseteil anliegenden Dichtungen umgeben, welche die Durchgangsöffnungen flüssigkeitsdicht abdichten. Insbesondere erstrecken sich die isolierten Abschnitte der Zellableiter von den jeweiligen Pouchzellen zumindest bis zu den jeweiligen Durchgangsöffnungen des inneren Gehäuseteils. In einem zwischen den Pouch-Zellen und dem inneren Gehäuseteil ausgebildeten Raum sind die Zellableiter somit elektrisch isoliert, also von einer Isolierung umgeben.
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Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul sind also die jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter elektrisch leitend in besagtem Kontaktierungsraum miteinander verbunden. Durch das Vorsehen der jeweiligen Dichtungen kann sichergestellt werden, dass insbesondere der Kontaktierungsraum des Batteriemoduls gegen Wassereintritt geschützt werden kann. Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der Kontaktierungsraum noch durch weitere Maßnahmen gegenüber dem restlichen Inneren des Batteriemoduls und gegenüber dem äußeren des Batteriemoduls flüssigkeitsdicht abgedichtet ist. Selbst wenn beispielsweise Undichtigkeiten in einem Kühlsystem des Batteriemoduls oder einer Batterie, welche mehrere solcher Batteriemodule umfasst, auftreten sollte, kann durch die vorgesehenen Dichtungen zuverlässig verhindert werden, dass Flüssigkeit in Form von Wasser oder beispielsweise auch Glykol in den Kontaktierungsraum des Batteriemoduls gelangen kann, wo die jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Durch das Vorsehen der Dichtungen können also die spannungsführenden Bestandteile des Kontaktierungssystems der Pouch-Zellen, insbesondere die unisolierten Abschnitte der Zellableiter vor Flüssigkeitseintritt und somit vor Flüssigkeit geschützt werden.
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Eine mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtungen flexibel sind. Pouch-Zellen können sich während des Betriebs aufgrund unterschiedlichster Effekte und Einflüsse ausdehnen und zusammenziehen. Dadurch, dass die Dichtungen flexibel sind, können die Dichtungen Ausdehnungsbewegungen der Pouch-Zellen folgen und jederzeit sicherstellen, dass die Durchgangsöffnungen abgedichtet bleiben und somit der Kontaktierungsraum abgedichtet bleibt und kein Wasser an die spannungsführenden Komponenten der Pouch-Zellen, insbesondere an die elektrisch leitend miteinander verbundenen unisolierten Abschnitte der Zellableiter gelangen kann.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Dichtungen ein Klebstoff auf Butylbasis sind. Beispielsweise können die Dichtungen im Verarbeitungszustand eine plastische Masse sein, die zum Beispiel erst durch Luftfeuchtigkeit zu einem elastischen Dichtstoff aushärten. Die Dichtungen können so bei der Herstellung des Batteriemoduls besonders einfach appliziert werden, wonach diese beispielsweise durch chemische Reaktionen anschließend aushärten können.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das innere Gehäuseteil in jeweiligen die Durchgangsöffnungen umgebenden Gehäuseteilbereichen Vertiefungen aufweist, in denen die Dichtungen zumindest teilweise aufgenommen sind. Insbesondere wenn es sich bei den Dichtungen um eine flexible und aushärtende Dichtmasse handelt, kann diese besonders einfach in die besagten Vertiefungen rund um die Durchgangsöffnungen eingebracht werden. Bei den Dichtungen könnte es sich beispielsweise aber auch um O-Ringe oder dergleichen handeln, welche ebenfalls in den besagten Vertiefungen aufgenommen werden können. Die Vertiefungen in den Gehäuseteilbereichen, welche die Durchgangsöffnungen umgeben, erleichtern also das Aufnehmen der Dichtungen und das zuverlässige Abdichten der Durchgangsöffnungen mittels der Dichtungen.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an einer dem äußeren Gehäuseteil zugewandten Seite des inneren Gehäuseteils ein mittleres Gehäuseteil angeordnet ist, mit dem das äußere Gehäuseteil flüssigkeitsdicht verbunden ist, wobei zumindest die jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter durch jeweilige Durchgangsöffnungen des mittleren Gehäuseteils in den Kontaktierungsraum hineinragen. Das mittlere Gehäuseteil kann insbesondere während der Montage des Batteriemoduls dazu verwendet werden, die Dichtungen so zu verformen, dass diese die Durchgangsöffnungen flüssigkeitsdicht abdichten. Werden die Dichtungen während der Montage des Batteriemoduls beispielsweise in Form einer Dichtmasse aufgetragen, so ist es möglich, das mittlere Gehäuseteil gegen die jeweils applizierte Dichtmasse zu drücken, in Folge dessen diese beispielsweise in die besagten Vertiefungen des inneren Gehäuseteils gedrückt wird. Dadurch schmiegt sich die jeweilige Dichtmasse außenumfangsseitig an die Zellableiter an und kann dann aushärten, wonach die Durchgangsöffnungen des inneren Gehäuseteils zuverlässig durch die so hergestellten Dichtungen abgedichtet werden.
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Eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das äußere Gehäuseteil mit dem mittleren Gehäuseteil verschweißt und/oder mit zumindest einer Druckplatte des Batteriemoduls verschraubt ist. Dadurch kann das äußere Gehäuseteil den Kontaktierungsraum besonders zuverlässig nach außen hin flüssigkeitsdicht verschließen.
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In weiterer möglicher Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass im Kontaktierungsraum zumindest eine Sammelschiene angeordnet ist, an der die jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Solche Sammelschienen oder auch aus mehreren solchen Sammelschienen aufgebaute Baugruppen werden häufig auch als Busbar bezeichnet. Die zumindest eine Sammelschiene erleichtert das elektrische Verbinden beziehungsweise Kontaktieren der jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter. Alternativ ist es aber auch möglich, eine derartige Sammelschiene wegzulassen und die unisolierten Abschnitte der Zellableiter direkt elektrisch leitend miteinander zu verbinden.
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Gemäß einer weiteren möglichen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweiligen unisolierten Abschnitte der Zellableiter an die zumindest eine Sammelschiene herangeklappt und mit dieser elektrisch leitend verbunden sind. Dadurch können die unisolierten Abschnitte der Zellableiter besonders zuverlässig elektrisch leitend mit der Sammelschiene und untereinander verbunden werden.
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Das erfindungsgemäße elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug umfasst zumindest ein erfindungsgemäßes Batteriemodul oder zumindest eine mögliche Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Insbesondere kann das elektrisch angetriebene Kraftfahrzeug mehrere solcher Batteriemodule aufweisen, welche zusammen eine Hochvoltbatterie beziehungsweise Traktionsbatterie des elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs bilden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls oder einer möglichen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls werden die jeweiligen Durchgangsöffnungen des inneren Gehäuseteils über die Zellableiter gestülpt und die in den Durchgangsöffnungen angeordneten isolierten Abschnitte der Zellableiter werden unter Vermittlung der jeweiligen Dichtungen gegenüber dem inneren Gehäuseteil abgedichtet, wobei die unisolierten Abschnitte der Zellableiter im Kontaktierungsraum elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sind als mögliche Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens und umgekehrt anzusehen.
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Weitere Merkmale der Erfindung können sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung ergeben. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine Perspektivansicht eines Batteriemoduls für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug, in dessen Modulgehäuse mehrere Pouch-Zellen angeordnet sind;
- 2 eine geschnittene Draufsicht auf einen Ausschnitt des Batteriemoduls, bevor dieses fertig montiert wurde;
- 3 eine geschnittene Ansicht des teilweise dargestellten Batteriemoduls, wiederum ein einer Draufsicht, wobei dieses nun im fertigmontierten Zustand dargestellt ist.
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In den Figuren sind gleiche und funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Ein Batteriemodul 10 für ein elektrisch angetriebenes Kraftfahrzeug ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt, und zwar noch bevor das Batteriemodul 10 fertigmontiert wurde. Das Batteriemodul 10 weist ein hier nicht näher dargestelltes Modulgehäuse auf, in dem mehrere Zellpakete 14 angeordnet sind. Seitlich außen können jeweilige Druckplatten 12 vorgesehen sein, zwischen denen die Zellpakete 14 angeordnet sind. Jedes Zellpaket 14 weist mehrere hier nur teilweise erkennbare Pouch-Zellen 16 auf. Die Pouch-Zellen 16 weisen jeweilige Zellableiter 18 auf, die elektrisch leitend mit hier nicht erkennbaren Kathoden beziehungsweise Anoden der Pouch-Zellen 16 verbunden sind. Über diese Zellableiter 18 können die Pouch-Zellen 16 in unterschiedlichsten Konfigurationen parallel und auch in Reihe miteinander verschaltet werden, je nachdem welche Ströme und Spannungen das Batteriemodul 10 bereitstellen soll.
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Das Batteriemodul 10 umfasst ein als Abstandshalter dienendes inneres Gehäuseteil 20, durch welches die jeweiligen Zellableiter 18 hindurchgeführt sind. Des Weiteren umfasst das Batteriemodul 10 ein als Abstandshalter dienendes mittleres Gehäuseteil 22, in welches jeweilige Sammelschienen 24 eingesetzt werden können, die gemeinsam eine Busbar bilden. Schließich weist das Batteriemodul 10 noch ein äußeres Gehäuseteil 26 auf, mittels welchem das Batteriemodul 10 nach außen hin flüssigkeitsdicht verschlossen werden kann. Das äußere Gehäuseteil 26 dient als eine Art Abdeckplatte, mittels welcher das Batteriemodul 10 verschlossen werden kann.
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In 2 ist das Batteriemodul 10 teilweise in einer geschnittenen Draufsicht gezeigt. Die Zellableiter 18 der Pouch-Zellen 16 sind durch jeweilige Durchgangsöffnungen 28 des inneren Gehäuseteils 20 in Richtung des äußeren als Abdeckplatte dienenden Gehäuseteils 26 hindurchgeführt. Das innere Gehäuseteil 20 weist in jeweiligen die Durchgangsöffnungen 28 umgebenden Gehäuseteilbereichen Vertiefungen 30 auf, in denen Dichtungen 32 aufgenommen sind.
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Vorliegend ist das Batteriemodul 10 im noch nicht fertigmontierten Zustand gezeigt. Die Zellableiter 18 weisen jeweils isolierte Abschnitte 34 und unisolierte Abschnitte 36 auf.
Wie zu erkennen, weisen sowohl das mittlere Gehäuseteil 22 als auch die hier erkennbare Sammelschiene 24 jeweilige Durchgangsöffnungen 38, 40 auf. Die Durchgangsöffnungen 28, 38, 40 sind fluchtend zueinander angeordnet, sodass die Zellableiter 18 insbesondere mit ihren unisolierten Abschnitten 36 durch diese Durchgangsöffnungen 28, 38, 40 hindurchgeführt werden können. Des Weiteren ist noch ein Spacer 42 zu erkennen, der zwischen der hier erkennbaren Druckplatte 12 und einer der Pouch-Zellen 16 angeordnet ist.
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In 3 ist das Batteriemodul 10 aus der gleichen Perspektive wie in 2 gezeigt, wobei es hier im fertigmontierten Zustand dargestellt ist. Wie zu erkennen, sind die jeweiligen Zellableiter 18 durch die hier nicht bezeichneten Durchgangsöffnungen 28, 38, 40 hindurchgeführt worden, wobei die unisolierten Abschnitte 36 der Zellableiter 18 in einem Kontaktierungsraum 44 angeordnet und elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Durch den Montagevorgang wurden die Dichtungen 32 zusammengedrückt, in Folge dessen diese die Zellableiter 18 im Bereich der Durchgangsöffnungen 28 des ersten Gehäuseteils 20 umgeben, sodass die Durchgansöffnungen 28 flüssigkeitsdicht abgedichtet werden. Die isolierten Abschnitte 34 der Zellableiter 18 sind also im Bereich der Durchgangsöffnungen 28 des inneren Gehäuseteils 20 von den Dichtungen 32 umgeben. Im hier nicht näher bezeichneten Raum zwischen den Pouch-Zellen 16 und dem inneren Gehäuseteil 20 sind die Zellableiter 18 somit elektrisch isoliert, also von einer Isolierung umgeben. Die Isolierung kann z.B. durch jeweilige Folien der Pouch-Zellen 16 gebildet sein, die - gemäß der vorliegenden Darstellung - nach rechts zumindest bis zu den Durchgangsöffnungen 28 des inneren Gehäuseteils 20 verlängert sind.
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Die jeweiligen unisolierten Abschnitte 36 der Zellableiter 18 wurden dabei an die Sammelschiene 24 herangeklappt und elektrisch leitend mit dieser verbunden. Wie zu erkennen, dichtet gemäß der vorliegenden Darstellung der als Abdeckplatte dienende äußere Gehäuseteil 26 das Batteriemodul 10 nach außen hin ab, wobei die Dichtungen 32 den Kontaktierungsraum 44 in Richtung der Pouch-Zellen 16 flüssigkeitsdicht abdichten. Weder von außen noch von innen kann also Flüssigkeit beziehungsweise Feuchtigkeit in den Kontaktierungsraum 44 eindringen, in dem die unisolierten Abschnitte 36 der jeweiligen Pouch-Zellen 16 elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
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Zum Herstellen des Batteriemoduls 10 können beispielsweise die jeweiligen Durchgangsöffnungen 28 des inneren Gehäuseteils 20 über die Zellableiter 18 gestülpt werden, wonach die in den Durchgangsöffnungen 28 angeordneten Zellableiter 18 unter Vermittlung der jeweiligen Dichtungen 32 gegenüber dem inneren Gehäuseteil 20 abgedichtet werden. Die unisolierten Abschnitte 36 der Zellableiter 18 können danach im Kontaktierungsraum 44 elektrisch leitend miteinander verbunden werden. Die unisolierten Abschnitte 36 der Zellableiter 18 können insbesondere umgelegt beziehungsweise umgeklappt werden, sodass diese an der betreffenden Sammelschiene 24 anliegen. Danach können die unisolierten Abschnitte 36 der Zellableiter 18 mit der Sammelschiene 24 verschweißt werden. Danach kann das als Abdeckplatte dienende äußere Gehäuseteil 26 angebracht und beispielsweise mit dem Modulgehäuse und/oder dem mittleren Gehäuseteil 22 verschweißt werden, sodass das äußere Gehäuseteil 26 das Batteriemodul 10 nach außen hin abdichtet. Zudem kann das äußere Gehäuseteil 26 beispielsweise mit den jeweiligen Druckplatten 12 verschraubt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Batteriemodul
- 12
- Druckplatte
- 14
- Zellpakete
- 16
- Pouch-Zellen
- 18
- Zellableiter der Pouch-Zellen
- 20
- inneres Gehäuseteil
- 22
- mittleres Gehäuseteil
- 24
- Sammelschiene
- 26
- äußeres Gehäuseteil
- 28
- Durchgangsöffnungen des inneren Gehäuseteils
- 30
- Vertiefungen in den die Durchgangsöffnungen umgebenden Gehäuseteilbereichen des inneren Gehäuseteils
- 32
- Dichtungen
- 34
- isolierte Abschnitte der Zellableiter
- 36
- unisolierte Abschnitte der Zellableiter
- 38
- Durchgangsöffnungen des mittleren Gehäuseteils
- 40
- Durchgangsöffnungen der Sammelschienen
- 42
- Spacer
- 44
- Kontaktierungsraum
