DE102021110895A1 - Battery module for a motor vehicle and method for its manufacture - Google Patents

Battery module for a motor vehicle and method for its manufacture Download PDF

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Philipp Kellner
Sascha Mostofi
Christopher Volkmer
Dieter Schiebel
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Abstract

Batteriemodul (100) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriemodulgehäuse (102) mit einer Einschuböffnung (104) und wenigstens ein in dem Batteriemodulgehäuse angeordnetes Batteriezellenpaket (106). Das Batteriezellenpaket weist wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Batteriezellen (108) und wenigstens ein parallel zu den Batteriezellen (108) angeordnetes Kompressionspad (112) auf, welche in beliebiger Reihenfolge in einer Dickenrichtung (D) aufeinandergestapelt sind. Das Batteriezellenpaket (106) ist in einer Einschubrichtung (E) durch die Einschuböffnung in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben und weist zwei orthogonal zu ihrer Haupterstreckungsfläche elastisch verformbare Einschiebehilfsschichten (114) auf, welche in Dickenrichtung (D) gegenüberliegende Außenseiten des Batteriezellenpakets (106) bilden. Die Einschiebehilfsschichten können eine in oder entlang ihrer Haupterstreckungsfläche wirkende Kraft übertragen. Eine von den Batteriezellen beabstandet abgeordnete, sich orthogonal zu der Einschubrichtung (E) des Batteriezellenpakets erstreckende Trägerplatte (116) ist mit sich über das Batteriezellenpaket hinaus erstreckenden Enden der Einschiebehilfsschichten so verbunden, dass eine in Einschubrichtung (E) auf die Trägerplatte wirkende Kraft auf bzw. in die Einschiebehilfsschichten übertragen wird.Battery module (100) for a motor vehicle, comprising a battery module housing (102) with an insertion opening (104) and at least one battery cell pack (106) arranged in the battery module housing. The battery cell pack has at least two battery cells (108) arranged parallel to one another and at least one compression pad (112) arranged parallel to the battery cells (108), which are stacked on top of one another in any order in a thickness direction (D). The battery cell pack (106) is inserted through the insertion opening into the battery module housing in an insertion direction (E) and has two insertion aid layers (114) that are elastically deformable orthogonally to their main extension surface and form opposite outer sides of the battery cell pack (106) in the thickness direction (D). The insertion aid layers can transfer a force acting in or along their main extension surface. A carrier plate (116) that is spaced apart from the battery cells and extends orthogonally to the insertion direction (E) of the battery cell pack is connected to ends of the insertion aid layers that extend beyond the battery cell pack in such a way that a force acting on or in the insertion direction (E) on the carrier plate .is transferred into the insertion aid layers.

Description

TECHNISCHES GEBIETTECHNICAL AREA

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zu dessen Herstellung.The invention relates to a battery module for a motor vehicle and a method for its production.

HINTERGRUNDBACKGROUND

Elektrisch oder teilelektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge benötigen eine ein oder mehrere Batteriemodule umfassende Batterie mit einer ausreichenden Kapazität, um zumindest eine gewisse Strecke batterieelektrisch zurücklegen zu können. Die Batteriemodule umfassen in der Regel mehrere Batteriezellen, welche in geeigneter Weise zusammengeschaltet sind, um eine höhere Kapazität und/oder eine höhere Batteriemodulspannung bereitstellen zu können. Die Batteriezellen des Batteriemoduls sind üblicherweise in einem Gehäuse zusammengefasst.Electrically or partially electrically driven motor vehicles require a battery comprising one or more battery modules with sufficient capacity to be able to cover at least a certain distance using battery power. The battery modules generally include a number of battery cells which are connected together in a suitable manner in order to be able to provide a higher capacity and/or a higher battery module voltage. The battery cells of the battery module are usually combined in a housing.

Bei in einem Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug typischerweise genutzten Batteriezellen unterscheidet man zwischen drei unterschiedlichen Zelltypen: Zellen mit festem zylindrischem Gehäuse, sogenannte Rundzellen, Zellen mit quaderförmigem festem Gehäuse, sogenannte prismatische Zellen, und flache Zellen ohne festes Gehäuse, sogenannte Pouch-Zellen.In the case of battery cells typically used in a battery module for a motor vehicle, a distinction is made between three different cell types: cells with a fixed cylindrical housing, so-called round cells, cells with a cuboid fixed housing, so-called prismatic cells, and flat cells without a fixed housing, so-called pouch cells.

Pouch-Zellen besitzen potenziell die höchste volumetrische und gravimetrische Energiedichte, da sie ohne ein eigenes festes Gehäuse auskommen. Da Pouch-Zellen nachgiebig sind, müssen sie stets durch ein festes Gehäuse geschützt werden. Um darüber hinaus eine lange Lebensdauer aufzuweisen, müssen die Pouch-Zellen dauerhaft mit einem Druck von außen beaufschlagt werden. Das Gehäuse für Pouch-Zellen muss daher diesen Druck bzw. eine entsprechende mechanische Vorspannung bereitstellen können.Pouch cells potentially have the highest volumetric and gravimetric energy density because they do not have their own rigid housing. Since pouch cells are flexible, they must always be protected by a rigid housing. In order to also have a long service life, the pouch cells must be constantly subjected to external pressure. The housing for pouch cells must therefore be able to provide this pressure or a corresponding mechanical preload.

Aus dem Stand der Technik, bspw. aus der Druckschrift US 4,55 4,226 , ist es dazu bekannt, Pouch-Zellen in Dickenrichtung mithilfe von Kompressionspads aus elastischem Schaum mit hohem Gasanteil und damit hoher Komprimierbarkeit bei zugleich kleinem Restblockmaß bei vollständiger Komprimierung in einem Gehäuse zu verspannen.From the prior art, for example from the publication U.S. 4,55 4,226 , it is known to brace pouch cells in the thickness direction with the help of compression pads made of elastic foam with a high gas content and thus high compressibility with at the same time a small remaining block size with complete compression in a housing.

Um das Einführen eines komprimierten Stapels von Batteriezellen in ein festes Gehäuse zu erleichtern ist es bspw. aus der Druckschrift AT 519 968 A4 bekannt, den Stapel von Batteriezellen zwischen Gleitschienen einer Manipulationseinrichtung zu komprimieren, die Gleitschienen mit dem komprimierten Zellstapel in ein Gehäuse einzuführen, und anschließend die Gleitschienen aus dem Gehäuse herauszuziehen.In order to facilitate the introduction of a compressed stack of battery cells into a fixed housing, it is known, for example, from publication AT 519 968 A4 It is known to compress the stack of battery cells between slide rails of a manipulation device, to introduce the slide rails with the compressed cell stack into a housing, and then to pull the slide rails out of the housing.

Aus der Druckschrift US 9 941 542 B1 ist die Verwendung eines reibungsmindernden Bands zwischen Batteriezellenstapel und Gehäuseinnenseite zum Einführen eines vorkomprimierten Batteriezellstapels in ein Gehäuse bekannt.From the pamphlet U.S. 9,941,542 B1 the use of a friction-reducing band between the battery cell stack and the inside of the housing for introducing a pre-compressed battery cell stack into a housing is known.

Aus der Druckschrift AT 519 967 A4 ist ferner bekannt, mindestens ein Gleitelement zwischen einem Stapel von Batteriezellen und einer inneren Gehäusefläche eines Gehäuses vorzusehen, die Anordnung von Batteriezellen und mindestens einem Gleitelement außerhalb des Gehäuses mittels eines Stempels zu komprimieren, und die komprimierte Anordnung mittels einer durch das an zwei Seiten offene Gehäuse hindurch an dem Gleitelement angreifenden Zugvorrichtung in das Gehäuse hineinzuziehen.From the pamphlet AT 519 967 A4 is also known to provide at least one sliding element between a stack of battery cells and an inner housing surface of a housing, to compress the arrangement of battery cells and at least one sliding element outside the housing by means of a stamp, and the compressed arrangement by means of a through the housing open on two sides pull through into the housing acting on the sliding element pulling device.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Batteriemodul sowie ein Verfahren zu dessen Herstellung vorzuschlagen, bei welchem ein Batteriezellenpaket auf einfache Weise von einer offenen Seite eines Gehäuses aus in dieses eingeschoben werden kann.It is the object of the present invention to propose a battery module and a method for its production, in which a battery cell pack can be pushed into a housing from an open side of the latter in a simple manner.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Aufgabe wird durch ein Batteriemodul nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Batteriemoduls nach Anspruch 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind in den jeweiligen abhängigen Ansprüchen angegeben.The object is achieved by a battery module according to claim 1 and a method for producing such a battery module according to claim 9. Advantageous refinements and developments are specified in the respective dependent claims.

Ein erfindungsgemäßes Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug umfasst ein Batteriemodulgehäuse mit einer Einschuböffnung und wenigstens ein in dem Batteriemodulgehäuse angeordnetes Batteriezellenpaket. Das Batteriemodulgehäuse kann bspw. aus einem röhrenförmigen Strangpressprofil mit geschlossenem, rechteckigem Querschnitt bestehen, das an zumindest einem Ende eine Einschuböffnung für das Batteriezellenpaket aufweist. Geeignete Materialien für das Profil sind bspw. Aluminium, Aluminium-Magnesium-Legierungen oder hochfeste Kunststoffe. Das Batteriezellenpaket weist wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Batteriezellen, vorzugsweise Pouch-Zellen, und wenigstens ein parallel zu den Batteriezellen angeordnetes Kompressionspad auf. Die wenigstens zwei Batteriezellen und das wenigstens eine Kompressionspad sind in beliebiger Reihenfolge in einer Dickenrichtung aufeinander gestapelt. Das Batteriezellenpaket ist in einer Einschubrichtung durch die Einschuböffnung in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben. Das Batteriezellenpaket weist ferner zwei Einschiebehilfsschichten auf, welche in Dickenrichtung gegenüberliegende Außenseiten des Batteriezellenpakets bilden, und welche orthogonal zu ihrer Haupterstreckungsfläche elastisch verformbar sind und dazu ausgelegt sind, eine in oder entlang ihrer Haupterstreckungsfläche wirkende Kraft zu übertragen. Die Einschiebehilfsschichten, welche im Wesentlichen plattenartig ausgeführt sein können, weisen demnach in oder entlang ihrer Haupterstreckungsfläche, also in Einschubrichtung, eine gewisse erste Steifigkeit auf, welche ein Schieben der Einschiebehilfsschichten parallel zu der Ebene der Haupterstreckungsfläche erlaubt, während sie orthogonal zu ihrer Haupterstreckungsebene, z.B. in Dickenrichtung, eine geringere zweite Steifigkeit als in der Ebene aufweisen, so dass sie durch eine nicht in der Ebene der Haupterstreckungsfläche wirkende Kraft aus der Ebene herausgebogen werden können. Gleichwohl kann auch eine auf einen aus der Ebene der Haupterstreckungsfläche herausgebogenen Bereich der Einschiebehilfsschicht wirkende Kraft ein Schieben der der Einschiebehilfsschichten parallel zu der Ebene der Haupterstreckungsfläche erlauben, wenn zumindest eine Kraftkomponente parallel zu der Haupterstreckungsfläche wirkt. Von den Batteriezellen beabstandet ist eine sich orthogonal zu der Einschubrichtung und somit auch orthogonal zu der Ebene der Haupterstreckungsfläche der Einschiebehilfsschichten erstreckende Trägerplatte angeordnet, welche mit sich über das Batteriezellenpaket hinaus erstreckenden Enden der Einschiebehilfsschichten so verbunden ist, dass eine in Einschubrichtung auf die Trägerplatte wirkende Kraft auf bzw. in die Einschiebehilfsschichten übertragen wird. Die Verbindung ist vorzugsweise scherfest und schiebesteif, so dass eine Verschiebung von Trägerplatte und Einschiebehilfsschicht zueinander in Einschubrichtung begrenzt oder unterbunden ist. Die Trägerplatte kann bspw. aus einem Kunststoff gebildet sein. Die Einschiebehilfsschichten können aus einem Faserverbundwerkstoff, vorzugsweise aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK) ausgeführt sein. Es ist jedoch auch möglich, aus Metallblech oder anderen Materialien gefertigte Einschiebehilfsschichten zu verwenden, welche eine entlang oder in der Ebene der Haupterstreckungsfläche wirkende Kräfte übertragen können. In Ausgestaltungen, bei denen die Einschiebehilfsschichten aus einem faserverstärkten Kunststoff gebildet sind, kann der faserverstärkte Kunststoff sich parallel zur Einschubrichtung erstreckende Fasern umfassen.A battery module according to the invention for a motor vehicle comprises a battery module housing with an insertion opening and at least one battery cell pack arranged in the battery module housing. The battery module housing can consist, for example, of a tubular extruded profile with a closed, rectangular cross section, which has an insertion opening for the battery cell pack at at least one end. Suitable materials for the profile are, for example, aluminium, aluminum-magnesium alloys or high-strength plastics. The battery cell pack has at least two battery cells arranged parallel to one another, preferably pouch cells, and at least one compression pad arranged parallel to the battery cells. The at least two battery cells and the at least one compression pad are stacked in any order in a thickness direction. The battery cell pack is inserted in an insertion direction through the insertion opening into the battery module housing. The battery cell pack also has two insertion aid layers, which form opposite outer sides of the battery cell pack in the thickness direction, and which are elastically deformable orthogonally to their main extension surface and thereto are designed to transmit a force acting in or along its main extension surface. The insertion aid layers, which can be essentially plate-like, therefore have a certain first rigidity in or along their main extension surface, i.e. in the direction of insertion, which allows the insertion aid layers to be pushed parallel to the plane of the main extension surface, while they are orthogonal to their main extension plane, e.g in the thickness direction, have a lower second rigidity than in the plane, so that they can be bent out of the plane by a force not acting in the plane of the main extension surface. A force acting on a region of the insertion aid layer bent out of the plane of the main extension surface can also allow the insertion aid layers to be pushed parallel to the plane of the main extension surface if at least one force component acts parallel to the main extension surface. Spaced from the battery cells is a carrier plate that extends orthogonally to the insertion direction and thus also orthogonally to the plane of the main extension surface of the insertion aid layers, which is connected to the ends of the insertion aid layers that extend beyond the battery cell pack in such a way that a force acts on the carrier plate in the insertion direction is transferred to or into the insertion aid layers. The connection is preferably shear-resistant and slip-resistant, so that a displacement of the carrier plate and the insertion aid layer relative to one another in the direction of insertion is limited or prevented. The carrier plate can be formed from a plastic, for example. The insertion aid layers can be made of a fiber composite material, preferably made of glass fiber reinforced plastic (GRP). However, it is also possible to use insertion aid layers made of sheet metal or other materials, which can transmit forces acting along or in the plane of the main extension surface. In configurations in which the insertion aid layers are formed from a fiber-reinforced plastic, the fiber-reinforced plastic can comprise fibers extending parallel to the direction of insertion.

Die Abmessungen der Trägerplatte sind so gewählt, dass die Trägerplatte zusammen mit den damit verbundenen Einschiebehilfsschichten durch die Einführöffnung in das Batteriemodulgehäuse einführbar ist. Da das Batteriezellenpaket und das mindestens eine Kompressionspad in unkomprimiertem Zustand in Dickenrichtung größere Abmessungen als die Einführöffnung aufweist, müssen die sich über das Batteriezellenpaket hinaus erstreckenden Enden der außen an dem Batteriezellenpaket liegenden Einschiebehilfsschichten, die zunächst flache Platten sein können, zu der Trägerplatte bzw. zu deren Rand hin gebogen werden. Dazu können die Einschiebehilfsschichten eine entsprechende Krümmung bzw. Biegung oder einen sogenannten S-Schlag aufweisen.The dimensions of the carrier plate are selected in such a way that the carrier plate can be inserted through the insertion opening into the battery module housing together with the auxiliary insertion layers connected thereto. Since the battery cell pack and the at least one compression pad have larger dimensions than the insertion opening in the uncompressed state in the thickness direction, the ends of the auxiliary push-in layers on the outside of the battery cell pack, which can initially be flat plates, must extend beyond the battery cell pack to the carrier plate or to whose edges are bent. For this purpose, the insertion aid layers can have a corresponding curvature or bend or a so-called S-curve.

Die Verbindung der Einschiebehilfsschichten mit der Trägerplatte kann stoffschlüssig, bspw. durch Kleben, Löten, Schweißen, insbesondere Laserschweißen oder Laserdurchschweißen, erfolgen. Beim Laserdurchschweißen werden die Einschiebehilfsschicht und die darunter liegende Trägerplatte mittels eines Lasers soweit erhitzt, dass sich beide Materialien miteinander unlösbar verbinden. Es ist aber auch möglich, die Einschiebehilfsschichten mit der Trägerplatte mittels einer formschlüssigen Verbindung mit ineinandergreifenden Elementen herzustellen, bspw. mittels Schmelzdomen, Rasthaken oder in Nuten oder Schlitze der Trägerplatte eingreifenden Kanten der Einschiebehilfsschichten. Die Nuten oder Schlitze können in Einschubrichtung oder quer dazu in der Trägerplatte verlaufen, wobei bei quer zu der Einschubrichtung verlaufenden Nuten oder Schlitzen die Kanten der Einschiebehilfsschichten entsprechend abgebogen sind. Eine zusätzliche stoffschlüssige Befestigung ist selbstverständlich ebenfalls möglich.The connection of the insertion aid layers to the carrier plate can be materially bonded, for example by gluing, soldering, welding, in particular laser welding or laser welding through. During laser full penetration welding, the insertion aid layer and the underlying carrier plate are heated by a laser to such an extent that the two materials are permanently bonded to one another. However, it is also possible to produce the insertion aid layers with the carrier plate by means of a positive connection with interlocking elements, e.g. The grooves or slits can run in the direction of insertion or transversely thereto in the carrier plate, the edges of the insertion aid layers being bent accordingly in the case of grooves or slits running transversely to the direction of insertion. An additional material connection is of course also possible.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen ist mindestens eine der Einschiebehilfsschichten zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets und der Trägerplatte mit Strukturen versehen, welche ein Ausknicken der Einschiebehilfsschicht bei Anliegen einer in Einschubrichtung wirkenden Kraft verhindern. Die Strukturen können in die Einschiebehilfsschicht eingeformt sein, bspw. geprägt, oder zusätzlich aufgebracht sein. Es ist alternativ oder zusätzlich auch möglich, die Dicke der Einschiebehilfsschicht in einem Bereich zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets und der Trägerplatte gegenüber der Haupterstreckungsfläche, also der Fläche der Einschiebehilfsschicht, welche an dem Batteriezellenpaket flächig anliegt, zu erhöhen. Die Art und Anzahl der Strukturen bzw. die Änderung der Dicke der Einschiebehilfsschichten ergibt sich jeweils aus dem Abstand zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets und der Trägerplatte sowie der Biegesteifigkeit der Einschiebehilfsschicht. Der Abstand zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets und der Trägerplatte wird wiederum von der nötigen Kompression des Batteriezellenpakets abhängig.In one or more configurations, at least one of the insertion aid layers between the end of the battery cell pack and the carrier plate is provided with structures which prevent the insertion aid layer from buckling when a force acting in the insertion direction is applied. The structures can be formed into the insertion aid layer, for example embossed, or additionally applied. Alternatively or additionally, it is also possible to increase the thickness of the insertion aid layer in an area between the end of the battery cell pack and the carrier plate compared to the main extension surface, i.e. the area of the insertion aid layer which lies flat against the battery cell pack. The type and number of structures or the change in the thickness of the insertion aid layers results in each case from the distance between the end of the battery cell pack and the carrier plate and the flexural rigidity of the insertion aid layer. The distance between the end of the battery cell pack and the carrier plate is in turn dependent on the necessary compression of the battery cell pack.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen ist die Einschiebehilfsschicht an einer unmittelbar daran anliegenden Batteriezelle oder einem unmittelbar daran anliegenden Kompressionspad mittels Kleben fixiert. Dadurch kann auch eine dünne Einschiebehilfsschicht eine größere Kraft in oder entlang ihrer Haupterstreckungsfläche übertragen, und ein Gleiten der Einschiebehilfsschichten an den Batteriezellen oder den Kompressionspads wird vermieden. Eine Verklebung aller Batteriezellen und mit diesen zusammen in dem Batteriezellepaket angeordneter Kompressionspads ist ebenfalls denkbar.In one or more configurations, the insertion aid layer is fixed by means of gluing to a battery cell directly adjacent thereto or to a compression pad directly adjacent thereto. As a result, even a thin insertion aid layer can transmit a greater force in or along its main extension surface, and sliding of the insertion aid layers on the battery cells or the compression pads is avoided. Gluing all the battery cells and the compression pads arranged together with them in the battery cell pack is also conceivable.

Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen sind elektrische Kontakte der Batteriezellen kraftfrei durch die Trägerplatte hindurch geführt und von der den Batteriezellen abgewandten Seite der Trägerplatte her zugänglich. Bei Weiterentwicklungen dieser Ausgestaltungen sind auf der von den Batteriezellen abgewandten Seite der Trägerplatte elektrisch leitfähige Elemente in Einschubrichtung beweglich gelagert, bspw. Sammelschienen zum Verbinden jeweils zweier elektrischer Kontakte von Batteriezellen. Die kraftfreie Durchführung der elektrischen Kontakte und die bewegliche Lagerung kann eine durch die Kompression des Batteriezellenpakets bei der Montage in das Batteriemodulgehäuse verursachte Veränderung des Abstands zwischen Batteriezellenpaket und Trägerplatte kompensieren, so dass keine mechanische Belastung auf die elektrischen Kontakte der Batteriezellen wirkt. Die bewegliche Lagerung kann bspw. an Führungsstiften oder entsprechend verlängerten Stegen von Rasthaken oder dergleichen erfolgen.In one or more configurations, electrical contacts of the battery cells are passed through the carrier plate without force and are accessible from the side of the carrier plate facing away from the battery cells. In further developments of these configurations, electrically conductive elements are movably mounted in the insertion direction on the side of the carrier plate facing away from the battery cells, for example busbars for connecting two electrical contacts of battery cells in each case. The force-free implementation of the electrical contacts and the movable mounting can compensate for a change in the distance between the battery cell pack and the carrier plate caused by the compression of the battery cell pack during assembly in the battery module housing, so that no mechanical stress acts on the electrical contacts of the battery cells. The moveable mounting can take place, for example, on guide pins or correspondingly lengthened webs of latching hooks or the like.

Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batteriemoduls können Gewicht, Kosten und Bauraumbedarf reduziert werden, was gerade in Kraftfahrzeugen von großer Bedeutung ist. Durch die mechanischen Eigenschaften der Einschiebehilfsschichten können ferner eine hohe Prozesssicherheit und niedrige Ausschussquoten erreicht werden. Ferner kann der Einsatz von Bauteilen vermieden werden, die nach dem Zusammenbau der Batterie aus dem Batteriegehäuse entfernt werden müssen.The design of the battery module according to the invention makes it possible to reduce weight, costs and installation space requirements, which is particularly important in motor vehicles. Due to the mechanical properties of the insertion aid layers, a high level of process reliability and low reject rates can also be achieved. Furthermore, the use of components that have to be removed from the battery case after the assembly of the battery can be avoided.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines mit einer Einschuböffnung versehenen Batteriemodulgehäuses und eines Batteriezellenpakets, das wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Batteriezellen und wenigstens ein parallel zu den Batteriezellen angeordnetes Kompressionspad aufweist, wobei die wenigstens zwei Batteriezellen und das wenigstens eine Kompressionspad in beliebiger Reihenfolge in einer Dickenrichtung aufeinander gestapelt sind, wobei das Batteriezellenpaket ferner zwei Einschiebehilfsschichten aufweist, welche jeweils in Dickenrichtung gegenüberliegende Außenseiten des Batteriezellenpakets bilden, und welche an sich über das Batteriezellenpaket hinaus erstreckenden Enden mit einer Trägerplatte so verbunden sind, dass eine in Einschubrichtung auf die Trägerplatte wirkende Kraft in die Einschiebehilfsschichten übertragen wird. Das Batteriezellenpaket wird vor oder beim Einführen in das Batteriemodulgehäuse in Dickenrichtung komprimiert. Das Batteriezellenpaket wird in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben, wobei zum Einschieben des Batteriezellenpaktes in einer Einschubrichtung durch die Einschuböffnung in das Batteriemodulgehäuse eine entsprechende Kraft ausschließlich auf die Trägerplatte ausgeübt wird.The invention also relates to a method for producing a battery module according to the invention. The method includes providing a battery module housing provided with an insertion opening and a battery cell pack, which has at least two battery cells arranged parallel to one another and at least one compression pad arranged parallel to the battery cells, the at least two battery cells and the at least one compression pad being placed one on top of the other in any order in a thickness direction are stacked, the battery cell pack also having two insertion aid layers, which each form opposite outer sides of the battery cell pack in the thickness direction, and which are connected to a carrier plate at ends extending beyond the battery cell pack in such a way that a force acting on the carrier plate in the direction of insertion penetrates the insertion aid layers is transferred. The battery cell pack is compressed in the thickness direction before or during insertion into the battery module housing. The battery cell pack is pushed into the battery module housing, with a corresponding force being exerted exclusively on the carrier plate in order to push the battery cell pack in a push-in direction through the push-in opening into the battery module housing.

Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt das Komprimieren des Batteriezellenpakets in Dickenrichtung während des Einschiebens des Batteriezellenpakets durch eine sich in Richtung der Einschuböffnung trichterförmig verjüngende Vorrichtung. Die Verjüngung verläuft dabei vorzugsweise in einem flachen Winkel, so dass die Komprimierung beim Einschieben allmählich erfolgt.In one embodiment of the method, the battery cell pack is compressed in the thickness direction while the battery cell pack is being pushed in by a device that tapers in the shape of a funnel in the direction of the push-in opening. The taper preferably runs at a flat angle, so that the compression occurs gradually when it is pushed in.

Die Innenseiten der sich trichterförmig verjüngenden Vorrichtung können mit einer reibungsreduzierenden Oberfläche versehen sein, bspw. mit einer Schicht aus Polytetrafluorethlyen (PTFE). Alternativ oder zusätzlich können die Außenseiten der Einschiebehilfsschichten mit einer reibungsreduzierenden Oberfläche versehen sein. Auch die Innenseiten des Batteriemodulgehäuses können mit einer reibungsreduzierenden Oberfläche versehen sein. Um das Einschieben nicht unnötig zu erschweren verlaufen die die Einschubrichtung und die Dickenrichtung vorzugsweise annähernd orthogonal zueinanderThe inner surfaces of the funnel-shaped tapering device can be provided with a friction-reducing surface, for example with a layer of polytetrafluoroethylene (PTFE). Alternatively or additionally, the outer sides of the insertion aid layers can be provided with a friction-reducing surface. The insides of the battery module housing can also be provided with a friction-reducing surface. In order not to make insertion unnecessarily difficult, the direction of insertion and the direction of thickness preferably run approximately orthogonally to one another

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul und dessen Herstellung wird die zum Einschieben des Batteriezellpakets erforderliche Kraft gleichmäßig auf die Einschiebehilfsschichten übertragen, während auf die in Einschubrichtung liegenden Enden der Batteriezellen selbst keine Kraft wirkt. Dadurch wird das Einschieben des komprimierten Batteriezellenpakets vereinfacht und die Batteriezellen werden nicht unnötig mechanisch belastet. Zugleich ist durch die Verbindung von Trägerplatte und Einschiebehilfsschicht sowie die elastische Verformbarkeit der Einschiebehilfsschicht gewährleistet, dass eine sich durch die Kompression des Batteriezellenpakets ergebende Veränderung des Abstands zwischen Trägerplatte und Batteriezellenpaket ermöglicht ist. Die Trägerplatte, welche in dem Batteriemodul verbleibt, stellt zugleich einen Schutz der zu der Einschuböffnung weisenden Enden der Zellen des Batteriezellenpakets vor Berührung und mechanischer Beschädigung während der weiteren Handhabungsschritte bei der Herstellung des Batteriemoduls dar und kann zudem die elektrischen Kontakte der Batteriezellen so führen, dass sie von der von den Batteriezellen abgewandten Seite der Trägerplatte zugänglich sind. In the battery module according to the invention and its production, the force required to insert the battery cell pack is transmitted evenly to the insertion aid layers, while no force acts on the ends of the battery cells themselves in the insertion direction. This simplifies the insertion of the compressed battery cell pack and the battery cells are not subjected to unnecessary mechanical stress. At the same time, the connection of the support plate and the insertion aid layer and the elastic deformability of the insertion aid layer ensure that the distance between the support plate and the battery cell pack can be changed as a result of the compression of the battery cell pack. The carrier plate, which remains in the battery module, also protects the ends of the cells of the battery cell pack pointing towards the insertion opening from contact and mechanical damage during the further handling steps in the production of the battery module and can also guide the electrical contacts of the battery cells in such a way that they are accessible from the side of the carrier plate facing away from the battery cells.

Letzteres erlaubt es, die elektrischen Kontakte der Batteriezellen erst nach dem Einführen des Batteriezellenpakets in ein Gehäuse miteinander zu verbinden, so dass die Verbindung beim Einführen des Batteriezellenpakets keinerlei mechanischer Belastung ausgesetzt ist.The latter allows the electrical contacts of the battery cells to be connected to one another only after the battery cell pack has been inserted into a housing, so that the connection can be made during insertion the battery cell pack is not exposed to any mechanical stress.

Figurenlistecharacter list

Einzelheiten und weitere Vorteile des erfindungsgemäßen Batteriemoduls und des erfindungsgemäßen Verfahrens werden anhand der Figuren der Zeichnung erläutert. Dabei veranschaulicht:

  • 1: eine schematische Schnittansicht eines Batteriemodulgehäuses und eines Batteriezellenpakets eines Batteriemoduls vor dem Zusammenbau,
  • 2: eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Batteriezellenpakets des Batteriemoduls,
  • 3: eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
  • 4 und 5: eine schematische Darstellung von alternativen Verfahrensschritten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls,
  • 6: eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Batteriemodul nach dem Einschieben des Batteriezellenpakets in das Batteriemodulgehäuse,
  • 7: ein Detail eines erfindungsgemäßen Batteriezellenpakets,
  • 8: Detailansichten unterschiedlicher beispielhafter Formen des Übergangsbereichs der Einschiebehilfsschichten zwischen den Batteriezellen und der Trägerplatte,
  • 9: eine Schnittdarstellung einer exemplarischen beweglichen Lagerung eines elektrisch leitfähigen Elements an der Trägerplatte, und
  • 10: eine Frontalansicht der Trägerplatte des Batteriezellenpakets aus 9.
Details and further advantages of the battery module according to the invention and the method according to the invention are explained with reference to the figures of the drawing. It illustrates:
  • 1 : a schematic sectional view of a battery module housing and a battery cell pack of a battery module before assembly,
  • 2 : a schematic sectional view of a battery cell pack according to the invention of the battery module,
  • 3 : a schematic representation of process steps for the production of the battery module according to the invention,
  • 4 and 5 : a schematic representation of alternative method steps for the production of the battery module according to the invention,
  • 6 : a sectional view through an exemplary battery module according to the invention after the battery cell pack has been pushed into the battery module housing,
  • 7 : a detail of a battery cell pack according to the invention,
  • 8th : Detailed views of different exemplary shapes of the transition area of the insertion aid layers between the battery cells and the carrier plate,
  • 9 : a sectional view of an exemplary movable mounting of an electrically conductive element on the carrier plate, and
  • 10 : a front view of the battery cell pack support plate 9 .

In den Figuren sind gleiche oder ähnliche Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.In the figures, identical or similar elements are denoted by the same reference symbols.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS

1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines Batteriemodulgehäuses 102 und eines Batteriezellenpakets 106 eines Batteriemoduls 100 vor dem Zusammenbau. Das Batteriemodulgehäuse 102 ist nur teilweise gezeigt. Es kann bspw. aus einem röhrenförmigen Strangpressprofil mit geschlossenem, rechteckigem Querschnitt bestehen das an zumindest einem Ende eine Einschuböffnung 104 für das Batteriezellenpaket 106 aufweist. Die Wände des Batteriemodulgehäuses weisen eine ausreichende Festigkeit auf, um ein darin gelagertes Batteriezellenpaket 106 in einem komprimierten Zustand halten zu können. Das Batteriezellenpaket 106 umfasst mehrere aufeinander geschichtete Batteriezellen 108, deren elektrische Anschlüsse 110 an den Enden seriell verschaltet sind. An den beiden Außenseiten der aufeinander geschichteten Batteriezellen 110 ist jeweils ein Kompressionspad 112 angeordnet. In der Figur ist leicht zu erkennen, dass das Batteriezellenpaket nicht in das Batteriemodulgehäuse eingeschoben werden kann, ohne es zuvor in einer Dickenrichtung D zu komprimieren. Zur Verdeutlichung ist die Weite der Einschuböffnung 104 mit strichpunktierten Linien bis zu dem Batteriezellenpaket 106 verlängert. 1 shows a schematic sectional view of a battery module housing 102 and a battery cell pack 106 of a battery module 100 before assembly. The battery module housing 102 is only partially shown. It can consist, for example, of a tubular extruded profile with a closed, rectangular cross section, which has an insertion opening 104 for the battery cell pack 106 at at least one end. The walls of the battery module housing have sufficient strength to be able to hold a battery cell pack 106 stored therein in a compressed state. The battery cell pack 106 comprises a plurality of battery cells 108 stacked on top of one another, the electrical connections 110 of which are connected in series at the ends. A compression pad 112 is arranged on each of the two outer sides of the battery cells 110 stacked on top of one another. It is easy to see in the figure that the battery cell pack cannot be pushed into the battery module housing without first compressing it in a thickness direction D. For clarification, the width of the insertion opening 104 is extended with dash-dotted lines up to the battery cell pack 106 .

2 zeigt eine schematische Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Batteriezellenpakets 106 des Batteriemoduls 100. Das Batteriezellenpaket entspricht in weiten Teilen dem mit Bezug zu 1 beschriebenen Batteriezellenpaket 106. Im Unterschied dazu ist an den gegenüberliegenden Außenseiten des Batteriezellenpakets 106, an denen die Kompressionspads 112 angeordnet sind, jeweils eine Einschiebehilfsschicht 114 angeordnet. Über die Batteriezellen 108 hinausstehende Enden der Einschiebehilfsschicht 114 sind mit Trägerplatten 116 so verbunden, dass eine parallel zu der Schichtung der Batteriezellen auf eine Trägerplatte 116 wirkende Kraft auf bzw. in die Einschiebehilfsschichten 114 übertragen wird. Die elektrischen Anschlüsse 110 der Batteriezellen sind kraftfrei durch die Trägerplatten 116 hindurchgeführt und erst auf der von den Batteriezellen 108 abgewandten Seite der Trägerplatten 116 miteinander verbunden. Da die Trägerplatten 116 in dem Batteriemodulgehäuse 102 aufgenommen werden sollen, weisen sie entsprechend Abmessungen auf, welche kleiner sind als diejenigen der Einschuböffnung 104 des Batteriemodulgehäuses 102. Um die Verbindung der Enden der Einschiebehilfsschichten 114, die mit ihrer Haupterstreckungsfläche außen an dem Batteriezellenpaket 106 anliegen und daher im unkomprimierten Zustand desselben einen größeren Abstand aufweisen als die gegenüberliegenden Ränder der Trägerplatte 116, mit der Trägerplatte 116 zu ermöglichen, sind die Enden der Einschiebehilfsschichten 114 zu der Trägerplatte 116 hin abgebogen. In der Figur folgt die Biegung der Enden der Einschiebehilfsschichten 114 einer S-Form, auch als S-Schlag bezeichnet. 2 shows a schematic sectional view of a battery cell pack 106 of the battery module 100 according to the invention. The battery cell pack largely corresponds to that referred to in FIG 1 described battery cell pack 106. In contrast to this, an insertion aid layer 114 is arranged on the opposite outer sides of the battery cell pack 106, on which the compression pads 112 are arranged. Ends of the insertion aid layer 114 protruding beyond the battery cells 108 are connected to carrier plates 116 in such a way that a force acting on a carrier plate 116 parallel to the stacking of the battery cells is transmitted onto or into the insertion aid layers 114 . The electrical connections 110 of the battery cells are fed through the support plates 116 without force and are only connected to one another on the side of the support plates 116 facing away from the battery cells 108 . Since the support plates 116 are to be accommodated in the battery module housing 102, they have corresponding dimensions which are smaller than those of the insertion opening 104 of the battery module housing 102. In order to connect the ends of the insertion aid layers 114, which bear with their main extension surface on the outside of the battery cell pack 106 and therefore, in the uncompressed state thereof, have a greater spacing than the opposite edges of the carrier plate 116 with the carrier plate 116, the ends of the insertion aid layers 114 are bent towards the carrier plate 116. In the figure, the bending of the ends of the insertion aid layers 114 follows an S-shape, also referred to as an S-fold.

3 zeigt eine schematische Darstellung von Verfahrensschritten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 100. Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit sind die einzelnen Elemente des Batteriezellenpakets in der Figur nicht bezeichnet. Zunächst werden das Batteriemodulgehäuse 102 und das Batteriezellenpaket 106 bereitgestellt. In der Figur ist das Batteriezellenpaket 106 bereits zu der Einschuböffnung 104 ausgerichtet. Anschließend wird das Batteriezellenpaket 106 in Dickenrichtung D komprimiert, dargestellt durch die zueinander weisenden Pfeile K, welche auf Kompressionsplatten 118 wirken. Wenn die gegenüberliegenden Außenseiten des Batteriezellenpakets 106 einen Abstand voneinander aufweisen, welcher höchstens genauso groß, vorzugsweise kleiner ist, als die Weite der Einschuböffnung 104, wird eine Kraft in Einschubrichtung E, dargestellt durch den nach links weisenden schwarzen Pfeil, auf die Trägerplatte 116 ausgeübt, welche das komprimierte Batteriezellenpaket 106 in das Batteriemodulgehäuse 102 einschiebt. 3 shows a schematic representation of method steps for producing the battery module 100 according to the invention. For reasons of better clarity, the individual elements of the battery cell pack are not identified in the figure. First, the battery module housing 102 and the battery cell pack 106 are provided. The battery cell pack 106 is already aligned with the insertion opening 104 in the figure. Then the battery cell pack 106 in Compressed in the direction of thickness D, represented by the arrows K pointing towards one another, which act on compression plates 118 . If the opposite outer sides of the battery cell pack 106 are at a distance from one another which is at most as large, preferably smaller, than the width of the insertion opening 104, a force is exerted on the carrier plate 116 in the insertion direction E, represented by the black arrow pointing to the left. which pushes the compressed battery cell pack 106 into the battery module housing 102 .

4 und 5 zeigen eine schematische Darstellung von alternativen Verfahrensschritten zur Herstellung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls 100. Wie zuvor in 3 sind die einzelnen Elemente des Batteriezellenpaketes 106 aus Gründen der Übersichtlichkeit in den 4 und 5 nicht bezeichnet. Ein bislang nicht in Dickenrichtung D komprimiertes Batteriezellenpaket 106 ist zwischen zwei Kompressionsplatten 118 vor der Einschuböffnung 104 des Batteriemodulgehäuses 102 positioniert. Die Kompressionsplatten 118 weisen einen sich zur Einschuböffnung 104 verringernden Abstand auf, wobei der kleinste Abstand zwischen den Kompressionsplatten 118 gleich groß wie oder kleiner ist als die Weite der Einschuböffnung 104. Das Batteriezellenpaket 106 liegt mit seinen Einschiebehilfsschichten gerade an den zueinander weisenden Innenseiten der Kompressionsplatten 118 an. In 5 ist wirkt eine Kraft auf die dem Batteriemodulgehäuse abgewandte Trägerplatte 116 des Batteriezellenpakets 106 und hat dieses bereits ein Stück weit in das Batteriemodulgehäuse 102 hineingeschoben. Dabei wurde das Batteriezellenpaket 106 durch den abnehmenden Abstand zwischen den beiden Kompressionsplatten 118 komprimiert. Die Kompression des Batteriezellenpakets 106 wird im Wesentlichen von den Kompressionspads 112 aufgenommen, wie in der 5 durch die verringerte Dicke des Kompressionspads in dem Bereich angedeutet, der bereits in dem Batteriemodulgehäuse 102 aufgenommen ist. Durch die Kompression ist der S-förmige Bereich der Einschiebehilfsschichten 114 gerade gebogen worden, was zu einer Längenausdehnung geführt hat. Der Abstand zwischen der bereits in dem Batteriemodulgehäuse 102 befindlichen Trägerplatte 116 und den Batteriezellen 108 hat sich vergrößert. Da die elektrischen Anschlüsse 110 der Batteriezellen 108 kraftfrei durch die Trägerplatten 116 hindurchgeführt sind, hat sich die Trägerplatte 116 lediglich etwas relativ dazu verschoben, ohne dass eine Kraft auf die elektrischen Anschlüsse 110 wirkt. 4 and 5 show a schematic representation of alternative method steps for producing the battery module 100 according to the invention. As previously in 3 are the individual elements of the battery cell pack 106 for reasons of clarity in the 4 and 5 not designated. A battery cell pack 106 that has not yet been compressed in the thickness direction D is positioned between two compression plates 118 in front of the insertion opening 104 of the battery module housing 102 . The compression plates 118 are at a decreasing distance from the insertion opening 104, the smallest distance between the compression plates 118 being equal to or smaller than the width of the insertion opening 104. The battery cell pack 106 lies with its insertion aid layers precisely on the inner sides of the compression plates 118 facing one another on. In 5 A force is acting on the carrier plate 116 of the battery cell pack 106 facing away from the battery module housing and this has already been pushed a little way into the battery module housing 102 . In the process, the battery cell pack 106 was compressed by the decreasing distance between the two compression plates 118 . The compression of the battery cell pack 106 is essentially taken up by the compression pads 112, as shown in FIG 5 indicated by the reduced thickness of the compression pad in the area that is already accommodated in the battery module housing 102 . As a result of the compression, the S-shaped area of the insertion aid layers 114 has been straightened, which has led to an expansion in length. The distance between the support plate 116 already located in the battery module housing 102 and the battery cells 108 has increased. Since the electrical connections 110 of the battery cells 108 are guided through the carrier plates 116 without any force, the carrier plate 116 has only been displaced slightly relative thereto, without a force acting on the electrical connections 110 .

6 zeigt eine Schnittdarstellung durch ein beispielhaftes erfindungsgemäßes Batteriemodul 100 nach dem Einschieben des Batteriezellenpakets 106 in das Batteriemodulgehäuse 102. Wie zuvor in den 3 bis 5 sind einzelne Elemente des Batteriezellenpaketes 106 aus Gründen der Übersichtlichkeit in der Figur nicht bezeichnet. In der Figur ist gut erkennbar, dass die Einschiebehilfsschichten 114 nunmehr plan an den Innenseiten des Batteriemodulgehäuses 102 anliegen, und die Kompressionspads 112 über ihre gesamte Länge gleichmäßig komprimiert sind. Zur Komplettierung des Batteriemoduls 100 können nun noch in der Figur nicht gezeigte Elektronikkomponenten in die verbleibenden Freiräume eingebracht werden, bspw. zur Überwachung und Ladesteuerung, und die Öffnungen in dem Batteriemodulgehäuse 102 müssen verschlossen werden. 6 shows a sectional view through an exemplary battery module 100 according to the invention after the insertion of the battery cell pack 106 into the battery module housing 102. As previously in FIGS 3 until 5 individual elements of the battery cell pack 106 are not identified in the figure for reasons of clarity. The figure clearly shows that the insertion aid layers 114 now rest flat against the insides of the battery module housing 102 and the compression pads 112 are evenly compressed over their entire length. To complete the battery module 100, electronic components not shown in the figure can now be introduced into the remaining free spaces, for example for monitoring and charging control, and the openings in the battery module housing 102 must be closed.

7 zeigt ein Detail einer Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Batteriezellenpakets 106. In dem Detail ist die Verbindung einer Einschiebehilfsschicht 114 mit der Trägerplatte 116 durch einen Schmelzdom 120 gezeigt. Ebenfalls gut erkennbar ist die kraftfreie Durchleitung der elektrischen Anschlüsse 110 der durch Kompressionspads 112 voneinander getrennten Batteriezellen 108 durch die Trägerplatte 116. Die elektrischen Anschlüsse 110 jeweils zweier benachbarter Batteriezellen 108 sind an elektrisch leitfähige Elemente 122 angeschlossen, bspw. an Sammelschienen aus Kupfer oder Aluminium. 7 12 shows a detail of an embodiment of a battery cell pack 106 according to the invention. The force-free passage of the electrical connections 110 of the battery cells 108, which are separated from one another by compression pads 112, through the carrier plate 116 is also clearly visible. The electrical connections 110 of each two adjacent battery cells 108 are connected to electrically conductive elements 122, e.g. to busbars made of copper or aluminum.

8 zeigt Detailansichten unterschiedlicher beispielhafter Formen des Übergangsbereichs der Einschiebehilfsschichten zwischen den Batteriezellen 108 und der Trägerplatte 116. In 8 a) weist die Trägerplatte 116 einen leicht konisch zulaufenden Rand mit abgerundeter Vorderkante auf. Die Einschiebehilfsschicht 114 ist noch nicht an den konisch zulaufenden Rand angelegt. Der Verlauf der Einschiebehilfsschicht 114 im mit dem Rand verbundenen Zustand ist durch die gestrichelte Linie angedeutet. Es ist gut erkennbar, dass die der Kontur des Rands der Trägerplatte 116 folgende Form der Einschiebehilfsschicht 114 ein Einführen des Batteriezellenpakets 106 in das Batteriemodulgehäuse 102 erleichtern wird. In 8 b) ist die Einschiebehilfsschicht 114 S-förmig gebogen, so dass deren vorderes Ende plan an dem Rand der Trägerplatte 116 anliegt. Es ergibt sich somit ein paralleler Flansch im Bereich der Verbindung mit der Trägerplatte 116. In 8 c) ist die Einschiebehilfsschicht 114 um 90° abgebogen und erstreckt sich über den Rand der Trägerplatte 116 hinaus bis zu deren Vorderseite. Die Einschiebehilfsschicht 114 kann in den Beispielen der 8 a) bis c) mittels Kleben, Löten, Schweißen oder mittels geeigneter formschlüssiger Strukturen mit der Trägerplatte 116 so verbunden werden, dass eine auf die Trägerplatte 116 wirkende Kraft in bzw. auf die Einschiebehilfsschicht 114 übertragen wird. In 8 d) ist die S-förmig gebogene Einschiebehilfsschicht 114 in einer Nut bzw. einem Schlitz der Trägerplatte aufgenommen. Dort kann sie bspw. mittels einer formschlüssigen Struktur fixiert sein, wobei alternativ oder zusätzlich eine stoffschlüssige Fixierung vorgesehen sein kann. Anstelle der Nut bzw. des Schlitzes kann auch eine kraftschlüssige Fixierung der Einschiebehilfsschicht 114 an der Trägerplatte erfolgen, bspw. durch Klemmung über eine von außen an dem Rand der Trägerplatte 116 befestigte Leiste (nicht in den Figuren gezeigt). In 8 e) ist eine am Ende um 90° abgebogene Einschiebehilfsschicht 114 in einer Nut bzw. einem Schlitz im Rand der Trägerplatte 116 aufgenommen. Wie bei dem Beispiel aus 8 d) kann hier eine stoff-, form- und/oder kraftschlüssige Fixierung der Einschiebehilfsschicht 114 an der Trägerplatte 116 vorgesehen sein. 8th shows detailed views of different exemplary shapes of the transition area of the insertion aid layers between the battery cells 108 and the carrier plate 116. In 8 a) the carrier plate 116 has a slightly tapered edge with a rounded front edge. The Einschiebehilfeschicht 114 is not applied to the tapered edge. The course of the insertion aid layer 114 in the state connected to the edge is indicated by the dashed line. It is clearly evident that the shape of the insertion aid layer 114 following the contour of the edge of the carrier plate 116 will make it easier to insert the battery cell pack 106 into the battery module housing 102 . In 8 b) the insertion aid layer 114 is bent in an S-shape, so that its front end lies flat against the edge of the carrier plate 116 . This results in a parallel flange in the area of the connection to the support plate 116. In 8 c) the insertion aid layer 114 is bent by 90° and extends beyond the edge of the carrier plate 116 to the front side thereof. The insertion assist layer 114 can be used in the examples of FIG 8 a) until c ) are connected to the carrier plate 116 by means of gluing, soldering, welding or by means of suitable form-fitting structures in such a way that a force acting on the carrier plate 116 is transferred into or onto the insertion aid layer 114 . In 8d) the S-shaped insertion aid layer 114 is accommodated in a groove or slot in the carrier plate. There can they can be fixed, for example, by means of a form-fitting structure, wherein alternatively or additionally a material-fitting fixation can be provided. Instead of the groove or the slot, the insertion aid layer 114 can also be fixed to the carrier plate with a non-positive fit, for example by clamping via a strip fastened from the outside to the edge of the carrier plate 116 (not shown in the figures). In 8e) an insertion aid layer 114 bent at the end by 90° is accommodated in a groove or slot in the edge of the carrier plate 116 . As with the example below 8d) a material, positive and/or non-positive fixing of the insertion aid layer 114 on the carrier plate 116 can be provided here.

9 zeigt eine Schnittdarstellung einer exemplarischen beweglichen Lagerung eines elektrisch leitfähigen Elements 122 an der Trägerplatte 116. Die Vorderseite der Trägerplatte 116 ist beabstandet zu den Batteriezellen 108 abgeordnet, und die elektrischen Anschlüsse 110 der Batteriezellen 108, die hier als flächige Leiter ausgeführt sind, sind durch entsprechende Aussparungen in der Trägerplatte 116 hindurchgeführt und mit einem elektrisch leitfähigen Element 122 verbunden, bspw. einer Stromschiene aus Aluminium oder Kupfer. Das elektrisch leitfähige Element 122 ist zwischen zwei gegenüberliegenden Rasthaken 124 aufgenommen. Dabei sind die Stiele der Rasthaken 124 verlängert ausgeführt, so dass das elektrisch leitfähige Element 122 sich in der Einschubrichtung E um eine kurze Distanz bewegen kann, um durch Kompression in Dickenrichtung D hervorgerufene Änderungen des Abstands zwischen dem Batteriezellenpaket 106 und der Trägerplatte 116 zu kompensieren. In der 9 verläuft die Dickenrichtung D orthogonal zu der Zeichnungsebene. 9 shows a sectional view of an exemplary movable mounting of an electrically conductive element 122 on the carrier plate 116. The front side of the carrier plate 116 is spaced apart from the battery cells 108, and the electrical connections 110 of the battery cells 108, which are designed here as flat conductors, are connected by corresponding Passed through recesses in the support plate 116 and connected to an electrically conductive element 122, for example a busbar made of aluminum or copper. The electrically conductive element 122 is held between two opposing latching hooks 124 . The stems of the latching hooks 124 are extended so that the electrically conductive element 122 can move a short distance in the insertion direction E in order to compensate for changes in the distance between the battery cell pack 106 and the carrier plate 116 caused by compression in the thickness direction D. In the 9 the thickness direction D runs orthogonally to the plane of the drawing.

10 zeigt eine Frontalansicht der Trägerplatte 116 des Batteriezellenpakets 106 aus 9. In dieser Darstellung sind die mit den elektrisch leitfähigen Elementen 122 verbundenen, durch Aussparungen in der Trägerplatte 116 hindurchgeführten elektrischen Kontakte 110 der in der Figur nicht sichtbaren Batteriezellen 108 erkennbar, sowie die Rasthaken 124, welche die leitfähigen Elemente 122 beweglich lagern. 10 FIG. 12 shows a front view of the carrier plate 116 of the battery cell pack 106. FIG 9 . In this representation, the electrical contacts 110, which are connected to the electrically conductive elements 122 and passed through cutouts in the carrier plate 116, of the battery cells 108 (not visible in the figure) can be seen, as well as the latching hooks 124, which movably mount the conductive elements 122.

Bezugszeichenlistereference list

100100
Batteriemodulbattery module
102102
Batteriemodulgehäusebattery module housing
104104
Einschuböffnunginsertion opening
106106
Batteriezellenpaketbattery cell pack
108108
Batteriezellebattery cell
110110
elektrischer Anschlusselectrical connection
112112
Kompressionspadcompression pad
114114
Einschiebehilfsschichtinsertion aid layer
116116
Trägerplattebacking plate
118118
Kompressionsplattencompression plates
120120
Schmelzdommelting dome
122122
elektrisch leitfähiges Elementelectrically conductive element
124124
Rasthakenlatch hook
DD
Dickenrichtungthickness direction
EE
Einschubrichtunginsertion direction
KK
Kompressioncompression

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 4554226 [0005]US4554226 [0005]
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  • AT 519967 A4 [0008]AT 519967 A4 [0008]

Claims (11)

Batteriemodul (100) für ein Kraftfahrzeug, umfassend ein Batteriemodulgehäuse (102) mit einer Einschuböffnung (104) und wenigstens ein in dem Batteriemodulgehäuse (102) angeordnetes Batteriezellenpaket (106), wobei das Batteriezellenpaket (106) wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Batteriezellen (108) und wenigstens ein parallel zu den Batteriezellen (108) angeordnetes Kompressionspad (112) aufweist, welche in beliebiger Reihenfolge in einer Dickenrichtung (D) aufeinander gestapelt sind, wobei das Batteriezellenpaket (106) in einer Einschubrichtung (E) durch die Einschuböffnung (104) in das Batteriemodulgehäuse (102) eingeschoben ist, wobei das Batteriezellenpaket (106) zwei Einschiebehilfsschichten (114) aufweist, welche in Dickenrichtung (D) gegenüberliegende Außenseiten des Batteriezellenpakets (106) bilden, und welche orthogonal zu ihrer Haupterstreckungsfläche elastisch verformbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschiebehilfsschichten (114) dazu ausgelegt sind, eine in oder entlang ihrer Haupterstreckungsfläche wirkende Kraft zu übertragen, dass eine von den Batteriezellen beabstandet angeordnete, sich orthogonal zu der Einschubrichtung (E) des Batteriezellenpakets (106) erstreckende Trägerplatte (116) vorgesehen ist, welche mit sich über das Batteriezellenpaket (106) hinaus erstreckenden Enden der Einschiebehilfsschichten (114) so verbunden ist, dass eine in Einschubrichtung (E) auf die Trägerplatte (116) wirkende Kraft auf bzw. in die Einschiebehilfsschichten (114) übertragen wird.Battery module (100) for a motor vehicle, comprising a battery module housing (102) with an insertion opening (104) and at least one battery cell pack (106) arranged in the battery module housing (102), the battery cell pack (106) having at least two battery cells (108) arranged parallel to one another and has at least one compression pad (112) arranged parallel to the battery cells (108), which are stacked on top of one another in any order in a thickness direction (D), the battery cell pack (106) in an insertion direction (E) through the insertion opening (104) in the battery module housing (102) is pushed in, the battery cell pack (106) having two push-in auxiliary layers (114) which form opposite outer sides of the battery cell pack (106) in the thickness direction (D) and which are elastically deformable orthogonally to their main extension surface, characterized in that the insertion aid layers (114) are designed for this , to transmit a force acting in or along its main extension surface, that a carrier plate (116) is provided which is spaced apart from the battery cells and extends orthogonally to the insertion direction (E) of the battery cell pack (106), which carrier plate (116) extends over the battery cell pack (106) addition extending ends of the insertion aid layers (114) is connected in such a way that a force acting on the carrier plate (116) in the direction of insertion (E) is transmitted to or into the insertion aid layers (114). Batteriemodul (100) nach Anspruch 1, wobei die sich über das Batteriezellenpaket (116) hinaus erstreckenden Enden der sich beiderseits des Batteriezellenpakets (106) gegenüberliegenden Einschiebehilfsschichten (114) eine zu der Trägerplatte (116) bzw. zu einem Rand der Trägerplatte (116) weisende Krümmung bzw. Biegung oder einen S-Schlag aufweisen.Battery module (100) after claim 1 , wherein the ends of the insertion aid layers (114) lying opposite one another on both sides of the battery cell pack (116) and extending beyond the battery cell pack (116) have a curvature or bend pointing towards the carrier plate (116) or towards an edge of the carrier plate (116) or a have S-beat. Batteriemodul (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trägerplatte (116) jeweils an gegenüberliegenden Rändern einen Schlitz bzw. eine Nut aufweist, in welche eine Kante einer jeweiligen Einschiebehilfsschicht (114) eingreift.Battery module (100) after claim 1 or 2 , wherein the carrier plate (116) has a slot or a groove on opposite edges, in which an edge of a respective insertion aid layer (114) engages. Batteriemodul (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Einschiebehilfsschichten (114) stoffschlüssig und/oder formschlüssig mit der Trägerplatte (116) verbunden sind.Battery module (100) according to one of Claims 1 until 3 , wherein the insertion aid layers (114) are materially and/or positively connected to the carrier plate (116). Batteriemodul (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschiebehilfsschichten (114) zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets (106) und der Trägerplatte (116) mit Strukturen versehen sind und/oder wobei die Dicke der Einschiebehilfsschicht (114) zwischen dem Ende des Batteriezellenpakets (106) und der Trägerplatte (116) gegenüber der Dicke der Haupterstreckungsfläche vergrößert ist, um ein Ausknicken der Einschiebehilfsschichten (114) bei Anliegen einer in Einschubrichtung (E) wirkenden Kraft zu verhindern.Battery module (100) according to one or more of the preceding claims, wherein the insertion aid layers (114) between the end of the battery cell pack (106) and the carrier plate (116) are provided with structures and/or wherein the thickness of the insertion aid layer (114) between the end of the battery cell pack (106) and the carrier plate (116) is increased compared to the thickness of the main extension surface, in order to prevent the insertion aid layers (114) from buckling when a force acting in the insertion direction (E) is applied. Batteriemodul (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Einschiebehilfsschicht (114) an einer unmittelbar daran anliegenden Batteriezelle (108) oder einem unmittelbar daran anliegenden Kompressionspad (112) mittels Kleben fixiert ist.Battery module (100) according to one or more of the preceding claims, wherein the insertion aid layer (114) is fixed by means of adhesive to a battery cell (108) directly adjacent thereto or to a compression pad (112) directly adjacent thereto. Batteriemodul (100) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei elektrische Kontakte (110) der Batteriezellen (108) kraftfrei durch die Trägerplatte (116) hindurch geführt und von der den Batteriezellen (108) abgewandten Seite der Trägerplatte (116) her zugänglich sind.Battery module (100) according to one or more of the preceding claims, wherein electrical contacts (110) of the battery cells (108) are guided through the carrier plate (116) without force and are accessible from the side of the carrier plate (116) facing away from the battery cells (108). . Batteriemodul (100) nach Anspruch 7, wobei auf der von den Batteriezellen (108) abgewandten Seite der Trägerplatte (116) elektrisch leitfähige Elemente (122) in Einschubrichtung (E) beweglich gelagert sind, welche mit elektrischen Kontakten (110) der Batteriezellen (108) verbunden sind.Battery module (100) after claim 7 , wherein on the side of the carrier plate (116) facing away from the battery cells (108) electrically conductive elements (122) are movably mounted in the insertion direction (E), which are connected to electrical contacts (110) of the battery cells (108). Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend folgende Verfahrensschritte: - Bereitstellen eines mit einer Einschuböffnung (104) versehenen Batteriemodulgehäuses (102), - Bereitstellen eines Batteriezellenpakets (106), das wenigstens zwei parallel zueinander angeordnete Batteriezellen (108) und wenigstens ein parallel zu den Batteriezellen (108) angeordnetes Kompressionspad (112) aufweist, wobei die wenigstens zwei Batteriezellen (108) und das wenigstens eine Kompressionspad (112) in beliebiger Reihenfolge in einer Dickenrichtung (D) aufeinander gestapelt sind, wobei das Batteriezellenpaket (106) ferner zwei Einschiebehilfsschichten (114) aufweist, welche jeweils in Dickenrichtung (D) gegenüberliegende Außenseiten des Batteriezellenpakets (106) bilden, und welche an sich über das Batteriezellenpaket (106) hinaus erstreckenden Enden mit einer Trägerplatte (116) so verbunden sind, dass eine in Einschubrichtung (E) auf die Trägerplatte (116) wirkende Kraft in die Einschiebehilfsschichten (114) übertragen wird, und - Komprimieren des Batteriezellenpakets (106) in Dickenrichtung (D) vor oder beim Einführen in das Batteriemodulgehäuse (102), dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriezellenpaket (106) in das Batteriemodulgehäuse (102) eingeschoben wird, und zum Einschieben des Batteriezellenpakets (106) in einer Einschubrichtung (E) durch die Einschuböffnung (104) in das Batteriemodulgehäuse (102) eine entsprechende Kraft auf die Trägerplatte (116) ausgeübt wird.Method for producing a battery module (100) according to one of Claims 1 until 8th , comprising the following method steps: - providing a battery module housing (102) provided with an insertion opening (104), - providing a battery cell pack (106), which has at least two battery cells (108) arranged parallel to one another and at least one compression pad arranged parallel to the battery cells (108). (112), wherein the at least two battery cells (108) and the at least one compression pad (112) are stacked on top of one another in any order in a thickness direction (D), wherein the battery cell pack (106) also has two insertion aid layers (114), which each form opposite outer sides of the battery cell pack (106) in the direction of thickness (D), and which are connected to a carrier plate (116) at ends extending beyond the battery cell pack (106) in such a way that in the insertion direction (E) on the carrier plate (116) acting force is transmitted to the insertion aid layers (114), and - Compr Imaging of the battery cell pack (106) in the thickness direction (D) before or during insertion into the battery module housing (102), characterized in that the battery cell pack (106) is pushed into the battery module housing (102), and for pushing in the battery cell pack (106) in a Insertion direction (E) through the insertion opening (104) in the battery module housing (102) a corresponding force is exerted on the carrier plate (116). Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Komprimieren des Batteriezellenpakets (106) in Dickenrichtung (D) während des Einschiebens des Batteriezellenpakets (106) durch eine sich in Richtung der Einschuböffnung (104) trichterförmig verjüngende Vorrichtung erfolgt.procedure after claim 9 , wherein the compression of the battery cell pack (106) in the direction of thickness (D) during the insertion of the battery cell pack (106) by means of a funnel-shaped tapering device in the direction of the insertion opening (104). Kraftfahrzeug mit einem oder mehreren Batteriemodulen nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8.Motor vehicle with one or more battery modules according to one or more of Claims 1 until 8th .
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