DE102022004087A1

DE102022004087A1 - Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher, elektrischer Energiespeicher sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102022004087A1
Application number: DE102022004087.5A
Authority: DE
Inventors: Dirk Steffens
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2022-10-31
Filing date: 2022-10-31
Publication date: 2024-05-02

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (14, 16) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einer ersten Batteriezelle (18) mit einem ersten Pol (20) und mit einer zweiten Batteriezelle (40) mit einem zweiten Pol (24), wobei der erste Pol (20) und der zweite Pol (24) mit einem Zellverbinder (30) elektrisch kontaktiert sind, wobei der Zellverbinder (30) in einer Draufsicht betrachtet H-förmig ausgebildet ist und in einer Seitenansicht betrachtet bogenförmig ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher (12) sowie ein Kraftfahrzeug (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass Batteriezellen über das Verschweißen von Zellverbindern elektrisch zu Batteriemodulen kontaktiert werden. Hierzu verbinden die Schweißnähte, insbesondere bei prismatischen Hardcase-Zellen, jeweils die einzelnen Terminals der Plus- und Minus-Pole miteinander. Diese weisen jedoch bauartbedingt stets eine ebenfalls angeschweißte Anbindestelle für die sich im Zellinneren befindlichen Elektroden auf. Aufgrund von Fertigungstoleranzen hinsichtlich Positionierung und Schweißnahtüberhöhung oder dergleichen kann keine ebene Oberfläche der Elektrodenanbindung und der umliegenden Terminals und somit eine spaltfreie Auflage eines herkömmlichen Zellverbinders nicht gewährleistet werden. Somit werden die Auflagebereiche von Zellverbinder und Terminal und gleichzeitig die Schweißbereiche stark eingeschränkt.
Die DE 10 2013 019 468 A1 betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, wobei die Pole wenigstens zweier Batteriezellen mittels eines Verbindungselements elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Der Pol einer jeweiligen Batteriezelle ist durch ein Kontaktelement gebildet, welches eine Kontaktfläche und eine aus der Kontaktfläche hervorstehende Erhebung aufweist. Das Verbindungselement ist in einem Verbindungsbereich mit dem Kontaktelement stoffschlüssig verbunden. Das Verbindungselement weist im Verbindungsbereich eine Ausnehmung auf, wobei die Erhebung im Bereich der Ausnehmung angeordnet ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte elektrische Verbindung bereitgestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Batteriemodul, einen elektrischen Energiespeicher sowie ein Kraftfahrzeug gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einer ersten Batteriezelle mit einem ersten Pol und mit einer zweiten Batteriezelle mit einem zweiten Pol, wobei der erste Pol und der zweite Pol mit einem Zellverbinder elektrisch kontaktiert sind.
Es ist vorgesehen, dass der Zellverbinder in einer Breitenrichtung betrachtet H-förmig ausgebildet ist, und in einer Höhenrichtung betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.
Insbesondere ist somit vorgesehen, dass ein Batteriemodul aus prismatischen Hardcase-Zellen mit einer zentralen Elektrodenanbindungsstelle auf den Terminals und dem Zellverbinder in H-Form und bogenartig ausgeführt bereitgestellt wird und entsprechende Schweißbereiche aufweist. Je nach Ausführung eines Batteriemoduls können damit entsprechende Schweißnähte direkt geschweißt werden, insbesondere falls dies aufgrund des Stromflusses benötigt wird, oder aber zunächst lediglich auch nur zwei Schweißnähte jeweils auf einem Terminal, so dass der verbleibende, ungeschweißte Auflage- und Schweißbereich als Reparatur dienen kann. Insbesondere kann dadurch ein verbesserter Stromfluss durch einen erfindungsgemäßen Modulaufbau realisiert werden. Des Weiteren können Kehlnähte in linienförmiger Anbindung bereitgestellt werden. Des Weiteren ist eine Eignung für sowohl artgleiche Verbindungen als auch Mischverbindungen ermöglicht (beispielsweise Aluminium - Aluminium, Kupfer - Aluminium). Es ist ferner eine verbesserte Produktqualität und die Reduzierung von Ausschuss durch Toleranzausgleich mittels Zellverbinder realisiert, wodurch die Herstellung eines technischen Nullspaltes bei einer Auflage auf den Terminals bei maximaler Größe des Zellverbinders realisiert werden kann. Des Weiteren können große Toleranzen bei der Positionierung des Zellverbinders in dem Produkt erlaubt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform liegt der Zellverbinder mit den jeweiligen Schenkelenden der H-Form auf dem jeweiligen Pol auf. Insbesondere ist somit zumindest an einem Schenkelende eine entsprechende Schweißnaht ausgebildet, welche wiederum an dem Pol anliegt oder aufliegt. Somit kann eine feste elektrische Verbindung zwischen den Polen und dem Zellverbinder realisiert werden.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass der Zellverbinder mittels einer jeweiligen Kehlnaht mit dem jeweiligen Pol verschweißt ist. Insbesondere kann die Kehlnaht dabei mittels Laserschweißens erzeugt werden. Dadurch ist es ermöglicht, dass ein zuverlässiger Halt des Zellverbinders an den Polen sowie eine korrekte elektrische Kontaktierung zwischen dem Zellverbinder und dem Polen realisiert werden kann. Insbesondere ist dabei die Kehlnaht linienförmig ausgebildet, insbesondere entlang eines Schenkels der H-Form.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Bogenform auf Basis von zumindest vier Stufen für einen jeweiligen Pol erzeugt ist. Insbesondere ist somit der Zellverbinder stufenartig ausgebildet. Insbesondere sind vier Auflagen mittels der Abstufung realisiert. Durch die Stufung kann insbesondere die Bogenform erzeugt werden beziehungsweise eine Höhendifferenz erzeugt werden, welche einen Bauteilversatz in Höhenrichtung, insbesondere in der sogenannten Z-Richtung, ausgleichen kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn die Batteriezellen als prismatische Batteriezellen ausgebildet sind. Insbesondere handelt es sich bei den Batteriezellen um so genannte Hardcase-Zellen.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die jeweilige Auflagefläche des Zellverbinders auf einem jeweiligen Pol außerhalb einer jeweiligen Elektrodenanbindungsstelle des Pols liegt. Insbesondere ist beispielsweise das Zellinnere an der Elektrodenanbindungsstelle kontaktiert. Es ist nun vorgesehen, dass der Zellverbinder außerhalb dieser Elektrodenanbindungsstelle den Pol kontaktiert, so dass eine verbesserte Kontaktierung und insbesondere eine spaltfreie Auflage realisiert werden kann.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einem Batteriemodul nach dem vorhergehenden Aspekt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist dabei insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Batteriemoduls sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen des elektrischen Energiespeichers sowie des Kraftfahrzeugs anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers mit einer Ausführungsform eines Batteriemoduls; und
2 eine schematische Darstellung in unterschiedlichen Richtungen eines Batteriemoduls gemäß 1.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10 mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers 12. Das Kraftfahrzeug 10 ist insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet. Der elektrische Energiespeicher 12 weist zumindest ein erstes Batteriemodul 14 sowie im vorliegenden Ausführungsbeispiel ein zweites Batteriemodul 16 auf. Die Batteriemodule 14, 16 können dabei im Wesentlichen gleich ausgebildet sein.
2 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Ausführungsform eines Batteriemoduls 14, 16. Das Batteriemodul 14, 16 weist zumindest eine erste Batteriezelle 18 sowie eine zweite Batteriezelle 40 auf. Die erste Batteriezelle 18 weist zumindest einen ersten Pol 20 sowie einen weiteren Pol 22 auf. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Pol 20 als Plus-Pol ausgebildet und der weitere Pol 22 als Minus-Pol ausgebildet. Die zweite Batteriezelle 20 weist einen zweiten Pol 24 auf, welcher im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Minus-Pol ausgebildet ist. Ferner weist die zweite Batteriezelle einen nochmals weiteren Pol 26 auf, welcher als Plus-Pol dargestellt ist.
Ferner weisen die Batteriezellen 18, 40 im vorliegenden Ausführungsbeispiel jeweils eine Berstscheibe 28 auf.
Die 2 zeigt ferner auf der linken Seite die Batteriemodule 14, 16 in einer x-Richtung beziehungsweise y-Richtung. Die x-Richtung und die y-Richtung entsprechen dabei insbesondere einer Breitenrichtung beziehungsweise Längsrichtung. Auf der rechten Seite im unteren Teil der 2 ist insbesondere eine z-Richtung sowie die y-Richtung gezeigt, wobei die z-Richtung insbesondere einer Höhenrichtung entspricht. Dies ist insbesondere im verbauten Zustand im Kraftfahrzeug anzusehen. Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass der erste Pol 20 und der zweite Pol 24 über einen Zellverbinder 30 miteinander kontaktiert sind, wobei der Zellverbinder 30 in einer Draufsicht (xy-Ebene, y-Richtung) H-förmig ausgebildet ist und in einer Seitenansicht (yz-Ebene) betrachtet bogenförmig ausgebildet ist. Die 2 zeigt insbesondere auf der linken Seite, dass der Zellverbinder 30 mit den jeweiligen Schenkelenden 32 der H-Form auf dem jeweiligen Pol 20, 24 anliegt.
Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass der Zellverbinder 30 mit einer jeweiligen Kehlnaht 34 mit dem jeweiligen Pol 20, 24 verschweißt ist. Die Kehlnaht 34 ist dabei insbesondere linienförmig ausgebildet. Des Weiteren ist gezeigt, dass die Bogenform insbesondere auf Basis von zumindest vier Stufen 36 erzeugt ist. Die 2 zeigt ferner, dass eine Elektrodenanbindungsstelle 38 vorgesehen ist, wobei die Auflagefläche des Zellverbinders 30 außerhalb der Elektrodenanbindungsstelle 38 liegt.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine erste Länge b_a ≥ einer zweiten Länge b_e entspricht. Eine dritte Länge b_z ist dabei insbesondere größer oder gleich einer vierten Länge a_t + 0,5 x einer fünften Länge b_t. Ferner ist eine sechste Länge i_z ≥ der doppelten Länge einer siebten Länge i_s + 0,25 x der ersten Länge b_a. Insbesondere zeigen somit die Figuren, dass das Batteriemodul 14, 16 für prismatische Hardcase-Zellen mit zentraler Elektrodenanbindungsstelle bereitgestellt wird, wobei auf den jeweiligen Polen 20, 24 der Zellverbinder 30 in H-Form mit einer Abstufung mit vier Auflagen- und Schweißbereichen bereitgestellt wird, wobei jeweils zwei in einer Linie auf einem Pol 20, 24 und entsprechend zwei der gegenüberliegend auf den benachbarten Pol 20, 24 mit definierten Abmessungen bereitgestellt wird. Es werden insbesondere linienförmige Auflage- und Schweißbereiche des Zellverbinders 30 derart bereitgestellt, dass diese nicht auf den Elektrodenanbindungsstellen 38 aufliegen, so dass beidseitig jeweils zwei Kehlnähte der Länge i_s geschweißt werden können. Der Zellverbinder 30 weist durch die Stufung eine Höhendifferenz auf, welche einen Bauteilversatz in der Höhenrichtung (z-Richtung) ausgleichen kann. Der Zellverbinder 30 ermöglicht ein flexibles Laserschweißen von beispielsweise vier gleichen Kehlnähten 34. Ferner kann durch die Verteilung der Schweißnähte ein verbesserter Stromfluss realisiert werden.
Bezugszeichenliste

10: Kraftfahrzeug
12: elektrischer Energiespeicher
14: erstes Batteriemodul
16: zweites Batteriemodul
18: erste Batteriezelle
20: erster Pol
22: weiterer Pol
24: zweiter Pol
26: nochmals weiterer Pol
28: Berstscheibe
30: Zellverbinder
32: Schenkelende
34: Kehlnaht
36: Stufe
38: Elektrodenanbindungsstelle
40: zweite Batteriezelle
ba: erste Länge
be: zweite Länge
bz: dritte Länge
at: vierte Länge
bt: fünfte Länge
iz: sechste Länge
is: siebte Länge

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 102013019468 A1 [0003]

Claims

Batteriemodul (14, 16) für einen elektrischen Energiespeicher (12) eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs (10), mit zumindest einer ersten Batteriezelle (18) mit einem ersten Pol (20) und mit einer zweiten Batteriezelle (40) mit einem zweiten Pol (24), wobei der erste Pol (20) und der zweite Pol (24) mit einem Zellverbinder (30) elektrisch kontaktiert sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (30) in einer Draufsicht betrachtet H-förmig ausgebildet ist und in einer Seitenansicht betrachtet bogenförmig ausgebildet ist.
Batteriemodul (14, 16) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (30) mit den jeweiligen Schenkelenden (32) der H-Form auf dem jeweiligen Pol (20 ,24) anliegt oder aufliegt.
Batteriemodul (14, 16) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (30) mit einer jeweiligen Kehlnaht (34) mit dem jeweiligen Pol (20, 24) verschweißt ist.
Batteriemodul (14, 16) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kehlnaht (34) linienförmig ausgebildet.
Batteriemodul (14, 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenform des Zellverbinders auf Basis von zumindest vier Stufen (36) zur Auflage auf dem jeweiligen Pol (20, 24) erzeugt ist.
Batteriemodul (14, 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (18, 40) als prismatische Batteriezellen (18, 40) ausgebildet sind.
Batteriemodul (14, 16) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine jeweilige Auflagefläche des Zellverbinders (30) auf einem jeweiligen Pol (18, 40) außerhalb einer jeweiligen Elektrodenanbindungsstelle (38) des Pols (18, 24) liegt.
Elektrischer Energiespeicher (12) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (10) mit zumindest einem Batteriemodul (14, 16) nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
Kraftfahrzeug (10) mit einem elektrischen Energiespeicher (12) nach Anspruch 8.