DE102022001136A1 - Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul - Google Patents

Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul Download PDF

Info

Publication number
DE102022001136A1
DE102022001136A1 DE102022001136.0A DE102022001136A DE102022001136A1 DE 102022001136 A1 DE102022001136 A1 DE 102022001136A1 DE 102022001136 A DE102022001136 A DE 102022001136A DE 102022001136 A1 DE102022001136 A1 DE 102022001136A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery cells
battery
cell
cooling device
cell holder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102022001136.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Felix Radeck
Robin Böld
Christian Eberdt
Sergey Alyoshin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Priority to DE102022001136.0A priority Critical patent/DE102022001136A1/de
Publication of DE102022001136A1 publication Critical patent/DE102022001136A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6556Solid parts with flow channel passages or pipes for heat exchange
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/262Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks
    • H01M50/264Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders with fastening means, e.g. locks for cells or batteries, e.g. straps, tie rods or peripheral frames
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/507Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing comprising an arrangement of two or more busbars within a container structure, e.g. busbar modules
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00Batteries for particular applications
    • H01M2220/20Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (100) für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einer integrierte Zellverbinder (20) aufweisenden Zellhalterung (30), in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) angeordnet ist, wobei ein Boden (32) der Zellhalterung (30) durch eine Kühleinrichtung (34) gebildet wird, wobei die Batteriezellen (10) an einer ersten Stirnseite (14) elektrische Anschlusselemente (12) aufweisen, welche mit den Zellverbindern (20) elektrisch kontaktiert sind, wobei die Zellverbinder (20) ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung (50) in einer Hochachse (L) auf die Batteriezellen (10) auszuüben, wodurch die Batteriezellen (10) mit einer zweiten Stirnseite (16) auf die Kühleinrichtung (34) gepresst sind.
Die Erfindung betrifft ferner eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul (100) sowie ein Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen (10) in einem Batteriemodul (100).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul sowie ein Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul.
  • Eine homogene Anbindung von Batteriezellen eines Batteriemoduls an eine Kühlfläche ist eine wesentliche Voraussetzung, um eine zuverlässige Kühlung der Batteriezellen im Betrieb einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu erreichen. Die Kühlung der Batteriezellen stellt eine Voraussetzung für eine lange Lebensdauer der Batteriezellen dar.
  • Die DE 10 2013 112 728 A1 offenbart eine Batteriezellengruppe für ein Batteriemodul einer zum rein elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Kraftfahrzeugbatterie vorgesehen mit einer mindestens einen ersten Ableiter aufweisenden ersten Batteriezelle zur Erzeugung elektrischer Energie, einem an einer ersten Vorderstirnseite des ersten Ableiters thermisch angebundenen Kühlkörper, einer mindestens einen zweiten Ableiter aufweisenden zweiten Batteriezelle zur Erzeugung elektrischer Energie, einer an einer ersten Hinterstirnseite des ersten Ableiters und einer zweiten Vorderstirnseite des zweiten Ableiters angreifenden Verspanneinrichtung zum Anpressen des ersten Ableiters an den ersten Kühlkörper.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen, welches eine zuverlässige Kühlung der Batteriezellen erlaubt.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem solchen Batteriemodul zu schaffen, welches eine zuverlässige Kühlung der Batteriezellen erlaubt.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, ein Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem solchen Batteriemodul anzugeben.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, mit einer integrierte Zellverbinder aufweisenden Zellhalterung, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist, wobei ein Boden der Zellhalterung durch eine Kühleinrichtung gebildet wird. Die Batteriezellen weisen an einer ersten Stirnseite elektrische Anschlusselemente auf, welche mit den Zellverbindern elektrisch kontaktiert sind. Dabei sind die Zellverbinder ausgebildet, eine mechanische Vorspannung in einer Hochachse auf die Batteriezellen auszuüben, wodurch die Batteriezellen mit einer zweiten Stirnseite auf die Kühleinrichtung gepresst sind.
  • Eine Ausrichtung von Batteriezellen, insbesondere von runden oder prismatischen sogenannten Hardcase-Zellen, also Batteriezellen mit einem metallischen Zellgehäuse, in einer Hochachse gegenüber einer Kühlfläche ist eine wesentliche Funktionsschnittstelle, um eine homogene Kühlanbindung der Batteriezellen an die Kühlfläche zu erreichen.
  • Das vorgeschlagene Batteriemodul sieht eine Zellhalterung mit integrierten Zellverbindern vor, mittels welcher über eine geeignete Ausbildung der Zellverbinder eine mechanische Vorspannung der Batteriezellen in der Hochachse erreicht wird. Vorteilhaft können die Zellverbinder als Federelemente ausgebildet sein, welche auf einer Seite mit der Zellhalterung fest verbunden sind. Durch die mechanische Vorspannung wird erreicht, dass auf der Kühlungsseite der Batteriezelle Toleranzen der Kühlfläche ausgeglichen werden.
  • In einer weiteren Ausprägung des Batteriemoduls kann, statt dem Ausgleich der Unebenheiten der Kühlfläche, die mechanische Vorspannung genutzt werden, um definierte Abstandsvariationen zur Kühlfläche herzustellen, um so mit verschiedenen Abständen thermische Inhomogenitäten der Kühlfläche, beispielsweise durch Zulauf, Rücklauf bedingt, auszugleichen.
  • Günstigerweise können auf diese Weise bei dem vorgeschlagenen Batteriemodul geometrische Toleranzen und thermische Inhomogenitäten der Kühleinrichtung ausgeglichen werden.
  • Vorteilhaft kann so die Kühlanbindung jeder einzelnen Batteriezelle verbessert werden, da Toleranzen in der Kühlfläche, wie auch Unebenheiten systematisch ausgeglichen werden und jede Batteriezelle eine gleichartige Anbindung an die Kühlfläche erfährt.
  • Durch die Homogenität der Kühlanbindung werden Lebensdauer und Leistung der Batteriezellen verbessert.
  • Das nötige Volumen an Wärmeleitmaterial zum Ausgleich von Toleranzen bei der Kühlanbindung der Batteriezellen kann reduziert werden, wodurch Kosten und Gewicht für das Wärmeleitmaterial gespart werden.
  • Vorteilhaft ist auch eine Ausrichtung der Zellen beim Schweißen an der Seite der Anschlusselemente möglich, wodurch eine bessere Schweißqualität zu erzielen ist, was wiederum zur Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Kontaktierung der Batteriezellen beiträgt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls können die Batteriezellen in der Zellhalterung in einem Schaumeinleger angeordnet sein, wobei die Batteriezellen in der Hochachse verschieblich angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich die Batteriezellen günstig quer zur Hochachse fixieren und bleiben dennoch in der Hochachse beweglich, sodass die Batteriezellen durch die Zellverbinder auf die Kühleinrichtung gepresst werden können und so guten thermischen Kontakt zur Kühleinrichtung haben. Weiter kann der Schaumeinleger vorteilhaft zur elektrischen und thermischen Isolation der Batteriezellen, insbesondere der Zellgehäuse, dienen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls kann ein Wärmeleitmaterial zwischen der zweiten Stirnseite der Batteriezellen und der Kühleinrichtung angeordnet sein. Zum restlichen Ausgleich von Spalttoleranzen zwischen der zweiten Stirnseitenfläche der Batteriezellen und der Kühlfläche der Kühleinrichtung kann noch zusätzlich Wärmeleitmaterial angeordnet werden. Die Menge an nötigem Wärmeleitmaterial ist aber dennoch günstigerweise geringer als ohne mechanisches Anpressen der Batteriezellen an die Kühlfläche.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls kann wenigstens abschnittweise Vergussmasse zwischen den Batteriezellen und/oder der Zellhalterung angeordnet sein. Die Vergussmasse kann eine dauerhafte Fixierung der Batteriezellen in einer Position mit einer günstigen Anbindung an die Kühleinrichtung bewirken. Damit kann die Auswirkung von Vibrationen im Betrieb des Batteriemoduls, beispielsweise im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, vorteilhaft verringert werden, da die Batteriezellen fest gehalten sind. Die Vergussmasse kann vorteilhaft einer Erhöhung der Eigensteifigkeit des Batteriemoduls und zur Übertragung mechanischer Lasten dienen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls können Zellgehäuse der Batteriezellen mit den Zellverbindern elektrisch kontaktiert sein. Auf diese Weise können die Batteriezellen auch über das Zellgehäuse in der Hochachse auf die Kühleinrichtung gepresst werden. Durch die Kontaktierung mit dem Zellverbinder jeweils an dem Zellgehäuse einer Batteriezelle mit und an einem Anschlusselement der Nachbarzelle können die Batteriezellen günstigerweise seriell verschaltet werden. Natürlich ist so auch eine parallele Verschaltung der Batteriezellen möglich, wenn benachbarte Batteriezellen mit zwei Zellverbindern jeweils über die beiden Anschlusselemente und jeweils über die beiden Zellgehäuse kontaktiert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls können die Zellverbinder mit den Anschlusselementen und/oder den Zellgehäusen verschweißt oder vernietet sein. Auf diese Weise ist eine zuverlässige und mechanisch stabile Verbindung zwischen Zellverbinder und Batteriezelle möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Batteriemoduls kann die Zellhalterung als Modulgehäuse ausgebildet sein. Die Zellhalterung kann auch direkt das Modulgehäuse darstellen, sodass die Zellverbinder in das Modulgehäuse integriert sind. Dabei werden die Zellverbinder günstigerweise elektrisch isoliert an dem Modulgehäuse, wie übrigens auch an der Zellhalterung, angeordnet, da sonst Kurzschlüsse über eine elektrisch leitende Zellhalterung oder ein elektrisch leitendes Modulgehäuse möglich wären.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul vorgeschlagen, mit einer integrierte Zellverbinder aufweisenden Zellhalterung, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen angeordnet ist, wobei ein Boden der Zellhalterung durch eine Kühleinrichtung gebildet wird. Die Batteriezellen weisen an einer ersten Stirnseite elektrische Anschlusselemente auf, welche mit den Zellverbindern elektrisch kontaktiert sind. Dabei sind die Zellverbinder ausgebildet, eine mechanische Vorspannung in einer Hochachse auf die Batteriezellen auszuüben, wodurch die Batteriezellen mit einer zweiten Stirnseite auf die Kühleinrichtung gepresst sind.
  • Die vorgeschlagene Traktionsbatterie weist wenigstens ein Batteriemodul wie oben beschrieben auf, bei dem günstigerweise geometrische Toleranzen und thermische Inhomogenitäten der Kühleinrichtung ausgeglichen werden.
  • Vorteilhaft ist die Kühlanbindung jeder einzelnen Batteriezelle verbessert, da Toleranzen in der Kühlfläche, wie auch Unebenheiten systematisch ausgeglichen werden und jede Batteriezelle eine gleichartige Anbindung an die Kühlfläche erfährt.
  • Durch die Homogenität der Kühlanbindung werden Lebensdauer und Leistung der Batteriezellen und damit der Traktionsbatterie verbessert.
  • Das nötige Volumen an Wärmeleitmaterial zum Ausgleich von Toleranzen bei der Kühlanbindung der Batteriezellen kann reduziert werden, wodurch Kosten und Gewicht der Traktionsbatterie gespart werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, wobei das Batteriemodul eine integrierte Zellverbinder aufweisende Zellhalterung aufweist, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen anordenbar ist. Das Verfahren umfasst wenigstens: Anordnen der Batteriezellen in der Zellhalterung in einer Hochachse nebeneinander, insbesondere Anordnen der Batteriezellen in einem Schaumeinleger in der Zellhalterung; Elektrisches Kontaktieren der Batteriezellen mit in die Zellhalterung integrierten Zellverbindern, welche ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung in der Hochachse auf die Batteriezellen auszuüben; und Anordnen der Zellhalterung auf einer Kühleinrichtung, wodurch die Batteriezellen mit einer zweiten Stirnseite auf die Kühleinrichtung gepresst werden.
  • Durch das Anordnen der Batteriezellen in einem Schaumeinleger lassen sich die Batteriezellen günstig quer zur Hochachse fixieren und bleiben dennoch in der Hochachse beweglich, sodass die Batteriezellen später durch die Zellverbinder auf die Kühleinrichtung gepresst werden können und so guten thermischen Kontakt zur Kühleinrichtung haben.
  • Durch die mechanische Vorspannung der als Federelement ausgebildeten Zellverbinder lassen sich die Batteriezellen mit ihrer zweiten Stirnseite auf die Kühleinrichtung pressen. Auf diese Weise können günstigerweise geometrische Toleranzen und thermische Inhomogenitäten der Kühleinrichtung ausgeglichen werden.
  • Vorteilhaft kann so die Kühlanbindung jeder einzelnen Batteriezelle verbessert werden, da Toleranzen in der Kühlfläche, wie auch Unebenheiten systematisch ausgeglichen werden und jede Batteriezelle eine gleichartige Anbindung an die Kühlfläche erfährt.
  • Durch die Homogenität der Kühlanbindung werden Lebensdauer und Leistung der Batteriezellen verbessert.
  • Vorteilhaft ist auch eine günstige Ausrichtung der Zellen beim Schweißen der Zellverbinder an die Terminals und/oder Zellgehäuse möglich, wodurch eine bessere Schweißqualität zu erzielen ist, was wiederum zur Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Kontaktierung der Batteriezellen beiträgt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann zwischen der zweiten Stirnseite der Batteriezellen und der Kühleinrichtung ein Wärmeleitmaterial angeordnet werden und/oder wenigstens abschnittweise Vergussmasse zwischen den Batteriezellen und/oder Zellhalterung angeordnet werden.
  • Wärmeleitmaterial dient zum Ausgleichen eines eventuell noch bestehenden Spalts zwischen der zweiten Stirnseite der Batteriezellen und der Kühlfläche. Mit dem vorgeschlagenen Verfahren kann jedoch das nötige Volumen an Wärmeleitmaterial zum Ausgleich von Toleranzen bei der Kühlanbindung der Batteriezellen reduziert werden, wodurch Kosten und Gewicht für das Wärmeleitmaterial gespart werden.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt einer Zellhalterung eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit montierten Batteriezellen nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor der Montage auf eine Kühleinrichtung;
    • 2 die Zellhalterung nach 1 beim Aufsetzen auf die Kühleinrichtung;
    • 3 die Zellhalterung nach 1 in montiertem Zustand auf der Kühleinrichtung; und
    • 4 ein Batteriemodul in montiertem Zustand mit eingegossenen Batteriezellen nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt einer Zellhalterung 30 eines Batteriemoduls 100 für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit montierten Batteriezellen 10 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor der Montage auf eine Kühleinrichtung 34.
  • Das Batteriemodul 100 weist eine integrierte Zellverbinder 20 aufweisende Zellhalterung 30 auf, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen 10 angeordnet ist. Ein Boden 32 der Zellhalterung 30 wird durch eine Kühleinrichtung 34 gebildet, wie er in 2 erkennbar ist.
  • Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind gleichartige Komponenten jeweils nur einmal mit Bezugszeichen versehen.
  • Die Batteriezellen 10 weisen an einer ersten Stirnseite 14 elektrische Anschlusselemente 12 auf, welche mit den Zellverbindern 20 elektrisch kontaktiert sind. Bei der Nachbarzelle 10 ist der Zellverbinder 20 jeweils mit dem Zellgehäuse 18 elektrisch verbunden, sodass die im Querschnitt dargestellten Batteriezellen 10 dadurch seriell verschaltet sind. In der Mitte ist der Zellverbinder 20 jeweils an der Zellhalterung 30 mechanisch fixiert. Wenn die Zellhalterung 30 elektrisch leitend ist, muss die Verbindung Zellverbinder 20 zu Zellhalterung 30 natürlich elektrisch isoliert ausgebildet sein.
  • Die Zellverbinder 20 sind mit den Anschlusselementen 12 und/oder den Zellgehäusen 18 zweckmäßigerweise verschweißt oder vernietet, um eine zuverlässige und mechanisch stabile Verbindung zwischen Zellverbinder 20 und Anschlusselementen 12 zu bilden.
  • Die Batteriezellen 10 sind in der Zellhalterung 30 in einem Schaumeinleger 36 angeordnet, wobei die Batteriezellen 10 in der Hochachse L in dem Schaumeinleger 36 verschieblich angeordnet sind, während die Batteriezellen 10 quer zur Hochachse L durch den Schaumeinleger 36 fixiert sind. Die Verschieberichtung 52 ist mit Pfeilen dargestellt.
  • Weiter kann der Schaumeinleger 36 vorteilhaft zur elektrischen und thermischen Isolation der Batteriezellen 10, insbesondere der Zellgehäuse 18, dienen.
  • Vorteilhaft kann die Zellhalterung 30 auch direkt als Modulgehäuse 46 ausgebildet sein oder in das Modulgehäuse 46 integriert sein.
  • In 2 ist die Zellhalterung 30 nach 1 beim Aufsetzen auf die Kühleinrichtung 34 dargestellt.
  • Die Zellhalterung 30 mit den kontaktierten Batteriezellen 10 weist noch einen Abstand zu der als Kühlplatte dargestellten Kühleinrichtung 34 auf. Eine mögliche Fluidströmung 44 in der Kühleinrichtung 34 ist schematisch mit einem Pfeil symbolisiert.
  • Auf der Kühleinrichtung 34 ist ein Wärmeleitmaterial 38 mit einer gewissen Dicke aufgetragen, um so einen Spaltausgleich zwischen den zweiten Stirnseiten 16 der Batteriezellen 10 und der Kühleinrichtung 34 beim Aufsetzen der Zellhalterung 30 auf die Kühleinrichtung 34 zu ermöglichen.
  • 3 zeigt die Zellhalterung 30 in montiertem Zustand auf der Kühleinrichtung 34.
  • Dazu wird die Zellhalterung 30 mit den kontaktierten Batteriezellen 10 auf der Kühleinrichtung 34 positioniert und in der Hochachse L auf die Kühleinrichtung 34 gedrückt, bis die Zellhalterung 30 festen Kontakt zu der Kühleinrichtung 34 hat.
  • Die Zellverbinder 20 sind als Federelemente ausgebildet, um eine mechanische Vorspannung 50 in einer Hochachse L auf die Batteriezellen 10 auszuüben. Dadurch werden die Batteriezellen 10 mit einer zweiten Stirnseite 16 auf die Kühleinrichtung 34 gepresst, sodass ein möglichst guter thermischer Kontakt zwischen dem Zellgehäuse 18 und der Kühleinrichtung 34 hergestellt wird. Die Zellverbinder 20 werden dadurch über die Gegenkraft der Batteriezellen 10 gegen die Federspannung gespannt.
  • Auf diese Weise werden Toleranzen in der Hochachse L zwischen der zweiten Stirnseite 16 der Zellgehäuse 18 und der Kühleinrichtung 34 ausgeglichen und nominell ein Nullspalt 42 eingestellt.
  • Die mechanischen Vorspannkräfte 50 sind mit schwarzen Pfeilen dargestellt. Die Verschieberichtung 52 ist nur noch entgegen der Vorspannkraft 50 gerichtet, da die Zellgehäuse 18 auf der Kühleinrichtung aufstehen.
  • Das Wärmeleitmaterial 38, das zunächst zwischen der zweiten Stirnseite 16 der Batteriezellen 10 und der Kühleinrichtung 34 angeordnet ist, wird beim Aufsetzen der Zellhalterung 30 auf die Kühleinrichtung 34 durch die zweiten Stirnseiten 16 der Zellgehäuse 18 verpresst, sodass der größte Teil des Wärmeleitmaterials 38 zwischen die Zellgehäuse 18 gepresst wird und nur ein minimal kleiner Teil des Wärmeleitmaterials 38 einen eventuell noch übriggebliebenen Spalt 42 zwischen der zweiten Stirnseite 16 des Zellgehäuses 18 und der Kühleinrichtung 34 ausfüllt. Dadurch ist eine günstige thermische Anbindung des Zellgehäuses 18 an die Kühleinrichtung 34 gegeben.
  • 4 zeigt ein Batteriemodul 100 in montiertem Zustand mit eingegossenen Batteriezellen 10 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Bei diesem Ausführungsbeispiel ist wenigstens abschnittweise Vergussmasse 40 zwischen den Batteriezellen 10 und/oder der Zellhalterung 30 angeordnet. Die Vergussmasse 40 wird zweckmäßigerweise nach dem Aufsetzen der Zellhalterung 30 auf die Kühleinrichtung 34 in die Zellhalterung 30 zwischen die Batteriezellen 10 eingefüllt. Die Vergussmasse 40 kann eine dauerhafte Fixierung der Batteriezellen 10 in einer Position mit einer günstigen Anbindung an die Kühleinrichtung 34 bewirken. Damit kann die Auswirkung von Vibrationen im Betrieb des Batteriemoduls 100, beispielsweise im Fahrbetrieb des Fahrzeugs, vorteilhaft verringert werden, da die Batteriezellen 10 fest gehalten sind.
  • Die Vergussmasse 40 kann vorteilhaft einer Erhöhung der Eigensteifigkeit des Batteriemoduls 100 und zur Übertragung mechanischer Lasten dienen.
  • Eine Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul 100 nach einem der in den 1 bis 4 dargestellten Ausführungsbeispielen weist durch die Homogenität der Kühlanbindung der Batteriezellen 10 eine verbesserte Lebensdauer und Leistung der Batteriezellen 10 und damit der Traktionsbatterie auf. Außerdem können durch die verringerte Menge an Wärmeleitmaterial 38, welche nötig ist, um einen möglichst günstigen thermischen Kontakt zwischen Batteriezellen 10 und Kühleinrichtung 34 herzustellen, Kosten und Gewicht eingespart werden.
  • Wie in den 1 bis 4 dargestellt, werden nach dem vorgeschlagenen Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen 10 in einem Batteriemodul 100 einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs in einem ersten Schritt Batteriezellen 10 in der Zellhalterung 30 in einer Hochachse L nebeneinander angeordnet. Insbesondere können die Batteriezellen 10 in einem Schaumeinleger 36 in der Zellhalterung 30 angeordnet werden.
  • In einem nächsten Schritt werden die Batteriezellen 10 mit in die Zellhalterung 30 integrierten Zellverbindern 20 elektrisch kontaktiert, wobei die Zellverbinder 20 ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung 50 in der Hochachse L auf die Batteriezellen 10 auszuüben.
  • In einem weiteren Schritt wird die Zellhalterung 30 auf einer Kühleinrichtung 34 angeordnet, wodurch die Batteriezellen 10 mit einer zweiten Stirnseite 16 auf die Kühleinrichtung 34 gepresst werden und so einen günstigen thermischen Kontakt zu der Kühleinrichtung 34 herstellen.
  • Optional kann zwischen der zweiten Stirnseite 16 der Batteriezellen 10 und der Kühleinrichtung 34 ein Wärmeleitmaterial 38 angeordnet werden. Weiter kann optional wenigstens abschnittweise Vergussmasse 40 zwischen den Batteriezellen 10 und/oder Zellhalterung 30 angeordnet werden.
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    Batteriezelle
    12
    Anschlusselement
    14
    erste Stirnseite
    16
    zweite Stirnseite
    18
    Zellgehäuse
    20
    Zellverbinder
    30
    Zellhalterung
    32
    Boden
    34
    Kühleinrichtung
    36
    Schaumeinleger
    38
    Wärmeleitmaterial
    40
    Vergussmasse
    42
    Spalt
    44
    Fluidströmung
    46
    Modulgehäuse
    50
    Vorspannung
    52
    Verschieberichtung
    100
    Batteriemodul
    L
    Hochachse
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013112728 A1 [0003]

Claims (10)

  1. Batteriemodul (100) für eine Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, mit einer integrierte Zellverbinder (20) aufweisenden Zellhalterung (30), in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) angeordnet ist, wobei ein Boden (32) der Zellhalterung (30) durch eine Kühleinrichtung (34) gebildet wird, wobei die Batteriezellen (10) an einer ersten Stirnseite (14) elektrische Anschlusselemente (12) aufweisen, welche mit den Zellverbindern (20) elektrisch kontaktiert sind, wobei die Zellverbinder (20) ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung (50) in einer Hochachse (L) auf die Batteriezellen (10) auszuüben, wodurch die Batteriezellen (10) mit einer zweiten Stirnseite (16) auf die Kühleinrichtung (34) gepresst sind.
  2. Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Batteriezellen (10) in der Zellhalterung (30) in einem Schaumeinleger (36) angeordnet sind, wobei die Batteriezellen (10) in der Hochachse (L) verschieblich angeordnet sind.
  3. Batteriemodul nach Anspruch 1 oder 2, wobei ein Wärmeleitmaterial (38) zwischen der zweiten Stirnseite (16) der Batteriezellen (10) und der Kühleinrichtung (34) angeordnet ist.
  4. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens abschnittweise Vergussmasse (40) zwischen den Batteriezellen (10) und/oder der Zellhalterung (30) angeordnet ist.
  5. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei Zellgehäuse (18) der Batteriezellen (10) mit den Zellverbindern (20) elektrisch kontaktiert sind.
  6. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellverbinder (20) mit den Anschlusselementen (12) und/oder den Zellgehäusen (18) verschweißt oder vernietet sind.
  7. Batteriemodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellhalterung (30) als Modulgehäuse (46) ausgebildet ist.
  8. Traktionsbatterie für ein elektrisch betreibbares Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer integrierte Zellverbinder (20) aufweisenden Zellhalterung (30), in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) angeordnet ist, wobei ein Boden (32) der Zellhalterung (30) durch eine Kühleinrichtung (34) gebildet wird, wobei die Batteriezellen (10) an einer ersten Stirnseite (14) elektrische Anschlusselemente (12) aufweisen, welche mit den Zellverbindern (20) elektrisch kontaktiert sind, wobei die Zellverbinder (20) ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung (50) in einer Hochachse (L) auf die Batteriezellen (10) auszuüben, wodurch die Batteriezellen (10) mit einer zweiten Stirnseite (16) auf die Kühleinrichtung (34) gepresst sind.
  9. Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen (10) in einem Batteriemodul (100) einer Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Batteriemodul (100) eine integrierte Zellverbinder (20) aufweisende Zellhalterung (30) aufweist, in welcher eine Mehrzahl von Batteriezellen (10) anordenbar ist, das Verfahren wenigstens umfassend - Anordnen der Batteriezellen (10) in der Zellhalterung (30) in einer Hochachse (L) nebeneinander, insbesondere Anordnen der Batteriezellen (10) in einem Schaumeinleger (36) in der Zellhalterung (30); - Elektrisches Kontaktieren der Batteriezellen (10) mit in die Zellhalterung (30) integrierten Zellverbindern (20), welche ausgebildet sind, eine mechanische Vorspannung (50) in der Hochachse (L) auf die Batteriezellen (10) auszuüben; - Anordnen der Zellhalterung (30) auf einer Kühleinrichtung (34), wodurch die Batteriezellen (10) mit einer zweiten Stirnseite (16) auf die Kühleinrichtung (34) gepresst werden.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei zwischen der zweiten Stirnseite (16) der Batteriezellen (10) und der Kühleinrichtung (34) ein Wärmeleitmaterial (38) angeordnet wird und/oder wenigstens abschnittweise Vergussmasse (40) zwischen den Batteriezellen (10) und/oder Zellhalterung (30) angeordnet wird.
DE102022001136.0A 2022-04-01 2022-04-01 Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul Pending DE102022001136A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022001136.0A DE102022001136A1 (de) 2022-04-01 2022-04-01 Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022001136.0A DE102022001136A1 (de) 2022-04-01 2022-04-01 Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102022001136A1 true DE102022001136A1 (de) 2022-05-19

Family

ID=81345464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102022001136.0A Pending DE102022001136A1 (de) 2022-04-01 2022-04-01 Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102022001136A1 (de)

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013112728A1 (de) 2013-11-19 2015-05-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezellengruppe für ein Batteriemodul einer zum rein elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Kraftfahrzeugbatterie

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013112728A1 (de) 2013-11-19 2015-05-21 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezellengruppe für ein Batteriemodul einer zum rein elektrischen Antrieb eines Kraftfahrzeugs vorgesehenen Kraftfahrzeugbatterie

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2789029B1 (de) Batterie und zellblock für eine batterie
DE102008034876B4 (de) Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
DE102008034871A1 (de) Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie
DE102008034862A1 (de) Batterie mit einem Zellverbund mehrerer Batteriezellen
DE102008034875A1 (de) Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie
DE102008059947A1 (de) Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte und daran direkt montierten elektronischen Bauelementen zum Temperieren der Batterie
EP3200261A1 (de) Kontaktierungssystem für energiespeicherzellen und energiespeicher
DE102013021549A1 (de) Hochvoltbatterie
DE102017205774A1 (de) Batteriemodul mit Hochstromfederkontakt
WO2022258368A1 (de) Bodenbaugruppe für eine induktive ladevorrichtung
EP3182448A1 (de) Multifunktionale modulverbindungsstruktur
DE112006001282T5 (de) Vorwärmer für ein Fahrzeug
DE102015016599A1 (de) Wärmeleitanordnung und elektrische Batterie
DE102011087035A1 (de) Zellkontaktieranordnung für einen Energiespeicher
DE102022001136A1 (de) Batteriemodul, Traktionsbatterie und Verfahren zur Fixierung von Batteriezellen in einem Batteriemodul
DE102021125355A1 (de) Batteriemodul einer Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102020120778B4 (de) Stromschiene für ein kraftfahrzeug und verfahren zum herstellen einer stromschiene
EP4139988A1 (de) Steckbare hochstromfähige polkontaktierung für batteriezellen
DE102018218356A1 (de) Batteriemodul und Verfahren zum Herstellen desselben
DE102022130226A1 (de) Batterie für ein Kraftfahrzeug
DE102021134339B3 (de) Kraftfahrzeugbatterie mit verbesserter elektrischer Anbindung einer zugehörigen elektronischen Steuer- und/oder Überwachungsschaltung sowie zugehöriges Montageverfahren
DE102014018957A1 (de) Spannungsabgriffeinheit
DE102022127422A1 (de) Traktionsbatterie und Verfahren zur Herstellung einer Traktionsbatterie
DE102016221817A1 (de) Batteriemodul mit einer Mehrzahl an Batteriezellen und Batterie
DE102014019416A1 (de) Zellverbinder, Zellverbindungseinheit und Batterie mit einer Zellverbindungseinheit

Legal Events

Date Code Title Description
R230 Request for early publication