JP2023530000A - バッテリーモジュール、バッテリーモジュールの製造方法、およびバッテリーモジュールの使用 - Google Patents
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Abstract
本発明は、複数の円筒形に形成されたバッテリーセル(2)、とりわけリチウムイオンバッテリーセル(20)と、第1の複数(21)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている複数の円筒形に形成された第1の収容部(41)を備えた第1のハウジング要素(31)と、第2の複数(22)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている複数の円筒形に形成された第2の収容部(42)を備えた第2のハウジング要素(32)とを備えたバッテリーモジュールであって、第1のハウジング要素(31)が、第1の収容部(41)が配置されている第1の基体(51)を有し、かつ第2のハウジング要素(32)が、第2の収容部(42)が配置されている第2の基体(52)を有し、第1の基体(51)と第2の基体(52)とが、バッテリーモジュール(1)の制御機構(10)が収容されている収容空間(6)を形成しながら相互に接合されている、バッテリーモジュールに関する。【選択図】図1
Description
本発明は、独立請求項の分野に基づく、複数の円筒形に形成されたバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールを出発点とする。このようなバッテリーモジュールの製造方法およびこのようなバッテリーモジュールの使用も本発明の対象である。
先行技術から、バッテリーモジュールは、直列および/または並列に導電性に相互に接続されていてもよい複数の個々のバッテリーセルからなり得、つまりこれらの個々のバッテリーセルがバッテリーモジュールへと相互接続されていることが知られている。
このようなバッテリーモジュールはさらに、バッテリーまたはトータルバッテリーシステムへと相互接続される。
とりわけ軽量電動車両(英語でlight electric vehicle(LEV)としても知られている)のために、比較的軽く、好ましくはスケーリング可能なバッテリーシステムが形成され得る。これに関しては、多数の比較的小さく、通常は円筒形に形成されるバッテリーセルが、バッテリーモジュールまたはさらにバッテリーへと相互接続され得る。
バッテリーモジュールのバッテリーセルを監視するため、通常は、バッテリーマネジメントシステム(BMS)としても知られる制御ユニットが利用される。これらの制御ユニットは、例えば電圧測定または温度測定のために、ケーブルハーネスを使ってバッテリーセルに配置されたセンサーと接合される。ケーブルハーネスは、製作においてどうしてもリスクを抱えており、なぜなら電圧源としてのバッテリーセルを切断できないからである。ケーブルハーネスの電線が損傷していると、例えば、事情によってはバッテリーセルの安全性に関わる挙動を引き起こし得る短絡が差し迫る。
例えば欧州特許出願公開第3472877号明細書および米国特許出願公開第2014/0234668号がそれぞれ、複数のバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールを開示している。
独立請求項の特徴を有する複数の円筒形に形成されたバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールは、例えば、先行技術から知られたケーブルハーネスがいらないという利点を提供する。これにより、とりわけ短絡のリスクが軽減または完全に排除され得る。とりわけ、接続は専らセルコネクターと制御ユニットとの間の接点を介してまたは制御ユニットに組み込まれたセンサーを介して形成され得る。
このために、複数の円筒形に形成されたバッテリーセルを備えたバッテリーモジュールが提供される。とりわけ、これらのバッテリーセルはリチウムイオンバッテリーセルとして形成されている。
バッテリーモジュールが第1のハウジング要素を含み、第1のハウジング要素は複数の円筒形に形成された第1の収容部を有する。これらの第1の収容部内に、第1の複数のバッテリーセルが収容されており、これらのバッテリーセルは導電性に直列および/または並列に相互に接続されている。
バッテリーモジュールが第2のハウジング要素を含み、第2のハウジング要素は複数の円筒形に形成された第2の収容部を有する。これらの第2の収容部内に、第2の複数のバッテリーセルが収容されており、これらのバッテリーセルは導電性に直列および/または並列に相互に接続されている。
第1のハウジング要素はさらに、第1の収容部が配置されている第1の基体を含み、第2のハウジング要素は、第2の収容部が配置されている第2の基体を含む。
この第1の基体と第2の基体とは、収容空間を形成しながら相互に接合されている。この収容空間内には、とりわけ、第1の複数のバッテリーセルおよび第2の複数のバッテリーセルを導電性に直列および/または並列に接続するためのセルコネクターが配置されていてもよい。収容空間内にはさらにバッテリーモジュールの制御機構が収容されている。
従属請求項に挙げた措置により、独立請求項で提示した装置の有利な変形および改善が可能である。
バッテリーモジュールの本発明による一実施形態は、円筒形に形成されたバッテリーセルが第1のハウジング要素または第2のハウジング要素によって直接的に収容され得るという特別な利点を提供し、これにより例えば追加的なセルホルダー要素をなくし得る。ここで、第1のハウジング要素および第2のハウジング要素は、とりわけ、バッテリーモジュールのハウジングの、このハウジングを共に形成している半体とも呼ばれ得ることに留意されたい。
バッテリーモジュールの本発明による一実施形態は、円筒形に形成されたバッテリーセルが第1のハウジング要素または第2のハウジング要素によって直接的に収容され得るという特別な利点を提供し、これにより例えば追加的なセルホルダー要素をなくし得る。ここで、第1のハウジング要素および第2のハウジング要素は、とりわけ、バッテリーモジュールのハウジングの、このハウジングを共に形成している半体とも呼ばれ得ることに留意されたい。
ここで、円筒形のバッテリーセルは丸型セルとも呼ばれ得ることに留意されたい。円筒形のバッテリーセルは、実質的に、断面が円形の円筒形の側面を有し、この側面がその両方の向かい合う側でそれぞれ円形の底面または蓋面によって閉じられている。例えばプラスチックから形成された外被をもたず、かつ例えば金属素材からなる導電性に形成されたハウジングを含む円筒形のバッテリーセルが、それぞれ、約18mmの直径および約65mmの高さ、または約21mmの直径および約70mmの高さを有する18650タイプまたは21700タイプの丸型セルであることが特に好ましい。この円筒形に形成されたバッテリーセルのハウジングは、通常は負に帯電しており、かつそれぞれのバッテリーセルの負の電圧タップを形成する。さらに蓋面には、バッテリーセルの正の電圧タップが配置されており、この正の電圧タップは、ハウジング、したがって負の電圧タップに対して電気絶縁されている。
総括すると、この場合、第1の複数のバッテリーセルおよび第2の複数のバッテリーセルの電気接続が形成され得、第1の基体または第2の基体内にセルコネクターが配置されていてもよい。収容空間内にはさらにバッテリーモジュールの制御機構も収容されている。このバッテリーモジュールの制御機構は、とりわけバッテリーマネジメントシステム(BMS)である。このバッテリーモジュールの制御機構は、第1の複数のバッテリーセルと第2の複数のバッテリーセルとの間、したがってとりわけ第1の収容部と第2の収容部との間にも配置されている。
バッテリーモジュールの制御機構を位置決めするため、バッテリーモジュールはさらにガイド要素を有してもよく、このガイド要素は、バッテリーモジュールの制御機構を第1のハウジング要素または第2のハウジング要素において相応に位置決めするために、とりわけ規定通りに位置決めするために役立つ。
円筒形の収容部は、ここではそれぞれ、断面が円形の円筒形の側面によって少なくとも部分的に画定されている中空体である。円筒形の収容部はさらに、円筒形の収容部を底側で同様に画定する底面を有する。底側に向かい合う側では、円筒形の中空体が開口部を有し、この開口部を通ってバッテリーセルが収容部に嵌め込まれ得る。これに関し、ここで、バッテリーセルが、直接的に、例えば絶縁層を配置することなく、また例えば空気なしに、それぞれの収容部に収容され得ることに留意されたい。
これに関し、1つの収容部には、とりわけそれぞれ正確に1つのバッテリーセルが収容されている。
ハウジング要素の基体に収容部を配置するとは、収容部が、例えば基体と一体的に接合されて形成されているということであり、基体は、収容部の円筒形の中空体の開口部に対応する開口部を有する。これにより、1つのバッテリーセルが、基体の開口部または収容部の開口部を通ってそれぞれの収容部に嵌め込まれ得る。これに関し、バッテリーセルの例えば円形の断面が、収容部の円筒形の中空体のそれぞれの円形の断面と直接接触して配置されていることが好ましい。これに加え、それぞれのバッテリーセルのハウジングと収容部との間に材料結合式の接合が形成されていることが特に有利である。このような材料結合式の接合は、例えば付着剤またはペーストによって実現可能であり、かつそれぞれのバッテリーセルとそれぞれの収容部との間の最適な熱結合を形成し得る。
ハウジング要素の基体に収容部を配置するとは、収容部が、例えば基体と一体的に接合されて形成されているということであり、基体は、収容部の円筒形の中空体の開口部に対応する開口部を有する。これにより、1つのバッテリーセルが、基体の開口部または収容部の開口部を通ってそれぞれの収容部に嵌め込まれ得る。これに関し、バッテリーセルの例えば円形の断面が、収容部の円筒形の中空体のそれぞれの円形の断面と直接接触して配置されていることが好ましい。これに加え、それぞれのバッテリーセルのハウジングと収容部との間に材料結合式の接合が形成されていることが特に有利である。このような材料結合式の接合は、例えば付着剤またはペーストによって実現可能であり、かつそれぞれのバッテリーセルとそれぞれの収容部との間の最適な熱結合を形成し得る。
本発明の好ましい一態様によれば、第1の基体と第2の基体が形状の一致による結合方式によって互いに接合されている。このような接合は、特に簡単に形成され得る。もちろん、第1の基体と第2の基体とが力結合式に、とりわけ力および形状による結合方式によって互いに接合されていてもよい。このような接合は、例えばネジ留めによって追加的に形成され得る。第1の基体と第2の基体とを材料結合式に相互に接合することもできる。このような材料結合式の接合は、例えばポリマー素材のプラスチック溶接によって形成され得る。
第1の基体と第2の基体とがシーミング接合によって相互に接合されていることが特に好ましい。これに関してはとりわけ、シーミング接合が、第1の基体と第2の基体との間の接合部全体を取り囲むように形成されている場合が好ましい。このために、例えば第1の基体は第1のシーミング要素を有してもよく、かつ第2の基体は第2のシーミング要素を有してもよく、これらのシーミング要素が、相応のシーミング接合によって形状の一致による結合方式によって、または形状および力結合式に接合され得る。これについて、シーミング接合を形成するため、例えば第1のシーミング要素が第2のシーミング要素に差し込まれ得る。特に確実な接合を形成するため、第1のシーミング要素および/または第2のシーミング要素が、差込み後にさらに変形されてもよい。
総括すると、これにより、第1のハウジング要素と第2のハウジング要素との間の密に形成された接合を形成することができ、この接合は、例えば緊密性に関する相応の基準も満たし得る。このためにとりわけ、第1のシーミング要素および/または第2のシーミング要素が、緊密性をさらに一層高められるよう相応の封止要素を含み得る。例えば、封止要素がシーミング要素に組み込まれていてもよい。
このようなシーミング接合が、同時に少なくとも1つのガイドレールも形成し得ることが特に好ましく、このガイドレールは、車両内でバッテリーモジュールを収容するために形成されている。これにより、車両内へのバッテリーの比較的簡単な挿入が提供でき、この場合にはシーミング接合が、車両内でのバッテリーの確実な固定をさらに提供し得る。総括すると、これにより車両のバッテリーが簡単に交換され得る。
さらに、シーミング接合に保持用ハンドルまたは運搬用ハンドルが組み込まれていてもよい。保持用ハンドルまたは運搬用ハンドルは、保持用バンドまたは運搬用バンドとして形成されていてもよい。シーミング接合が、例えば、保持用ハンドルもしくは運搬用ハンドルが簡単に付けられ得るかまたは保持用バンドもしくは運搬用バンドが簡単に配置され得るように形成されることも可能である。その際、とりわけ緊密性は損なわれない。
バッテリーモジュールが、第1の基体および/または第2の基体に組み込まれた電子端子を含むことが有利である。この電子端子は、バッテリーモジュールの制御機構に接触するために形成されている。この電子端子はバッテリーモジュールの制御機構と、調節技術的に接合されている。これは、例えば電子端子だけがバッテリーモジュールの制御機構と接続され得るようにして、電気配線または電子配線を減らし得るという利点を提供する。とりわけ、電子端子は差込み接合部として形成されている。
本発明の好ましい一態様によれば、バッテリーモジュールが電気端子を含む。この電気端子は、第1の基体および/または第2の基体に組み込まれている。電気端子は、とりわけ、バッテリーモジュールから電圧を取り出すためにまたは複数のバッテリーセルを充電し得るために形成されている。バッテリーモジュールが、2つの電気端子、例えば1つの正の電気端子および1つの負の電気端子を含むことが特に好ましい。とりわけ、1つまたは複数の電気端子はそれぞれ差込み接合部として形成されている。総括すると、これにより、バッテリーモジュールを例えば車両に電気接続することが可能である。差込み接合の利点は、非常に簡単な接続にある。ここで、シーミング接合が、電気端子の箇所では比較的大きな幅で実施されているようにして、電気端子がシーミング接合に組み込まれ得ることが好ましいことにさらに留意されたい。
車両内へのバッテリーモジュールの挿入方向が、差込み方向も決定することが好ましいことに留意されたい。組立プロセスの最後になってから、電子端子の最終的な配置を決められる形成形態が有利である。これにより、1つのデザインで様々な挿入方向が可能なので、このバッテリーモジュールの設計が、デザインの変更なく非常に様々な車両タイプにより良く適合され得る。
電気端子および/または電子端子は、第1の基体および/または第2の基体のうち、ガイドレールとして形成されたシーミング接合に対して垂直に配置されている側に配置されていることが特に好ましい。これにより、車両または充電機器への特に確実な接続が形成され得る。
第1の複数のバッテリーセルが、第1の基体の最長の広がりの方向において、並列の第1の系統内で相互に並列に接続されており、かつ/または第2の複数のバッテリーセルが、第2の基体の最長の広がりの方向において、並列の第2の系統内で相互に並列に接続されていることが有利である。これに関し制御機構は、各々個々の並列の第1の系統および並列の第2の系統を監視するよう形成されている。
このために例えば、1つの並列の第1の系統または1つの並列の第2の系統のバッテリーセルがそれぞれ、第1の基体または第2の基体の最長の広がりの方向において互いに直接隣接して配置されているように、第1の複数のバッテリーセルまたは第2の複数のバッテリーセルが配置されており、バッテリーセルの長手方向はすべて、1つの同じ平面内に配置されている。この場合、第1の基体の最長の広がりまたは第2の基体の最長の広がりに垂直に配置された第1の基体または第2の基体の最短の広がりにおいては、複数の並列の第1の系統または複数の並列の第2の系統が相並んで配置されている。バッテリーモジュールの制御機構の配置は、この場合、とりわけ第1のハウジング要素および/または第2のハウジング要素に方向を合わせられてもよい。バッテリーモジュールの制御機構は、とりわけ、第1の基体の最短の広がりのまたは第2の基体の最短の広がりの実質的に全長にわたって延びる。これにより、すべての並列の第1の系統およびすべての並列の第2の系統を監視できる。
とりわけ、第1の基体の最長の広がりまたは第2の基体の最長の広がりに沿ったバッテリーモジュールの制御機構の延びは、監視への要求に相応に適合され得る。
言い換えれば、これは、バッテリーモジュールの制御機構の大きさが、所望の機能に応じて選択され得ることを意味する。
制御機構が、第1の複数のバッテリーセルの1つのバッテリーセルの状態変数を捕捉するために形成されている少なくとも1つの第1のセンサー要素を含む場合、および/または制御機構が、第2の複数のバッテリーセルの1つのバッテリーセルの状態変数を捕捉するために形成されている少なくとも1つの第2のセンサー要素を含む場合が特に有利である。この1つのバッテリーセルの状態変数は、例えば温度、電圧、または老朽化状態であり得る。
ここで第1のセンサー要素および/または第2のセンサー要素は、第1のハウジング要素および/または第2のハウジング要素と接合されている第1のクランプ接合部または第2のクランプ接合部と、電気的および機械的に接合され得る。これにより、バッテリーモジュールの制御機構を、バッテリーモジュール内で機械的に固定することもできる。
第1のセンサー要素が、第1の複数のバッテリーセルの2つのバッテリーセルを導電性に接続するセルコネクターと接合されており、かつ/または第2のセンサー要素が、第2の複数のバッテリーセルの2つのバッテリーセルを導電性に接続するセルコネクターと接合されていることが好ましい。この第1のセンサー要素および/または第2のセンサー要素が、スプリング式コンタクトピンとして、バッテリーモジュールの制御機構の基板上にハンダ付けでき、かつセルコネクターに直接的に機械的および電気的に接触できることが好ましい。
これによりとりわけ、第1の並列の系統または第2の並列の系統の電圧が捕捉され得る。
例えば、セルコネクターはそれぞれ、それぞれの接続領域の間に配置されている少なくとも1つのシャフトも含み得る。さらに、第1のセンサー要素または第2のセンサー要素が、それぞれのセルコネクターの少なくとも1つシャフトに機械的および電気的に接触し得る。とりわけ、セルコネクターのシャフトは追加的に、第1のセンサー要素または第2のセンサー要素を押すバネ要素として形成されていてもよい。
例えば、セルコネクターはそれぞれ、それぞれの接続領域の間に配置されている少なくとも1つのシャフトも含み得る。さらに、第1のセンサー要素または第2のセンサー要素が、それぞれのセルコネクターの少なくとも1つシャフトに機械的および電気的に接触し得る。とりわけ、セルコネクターのシャフトは追加的に、第1のセンサー要素または第2のセンサー要素を押すバネ要素として形成されていてもよい。
ここで、第1のハウジング要素の各々の第1の収容部および第2のハウジング要素の各々の第2の収容部の円筒形に形成された側面が、温度調節流体によって環流可能に配置されていることが有利であることに留意されたい。この温度調節流体は、温度調節ガス、例えば空気であることが好ましい。言い換えれば、これは、それぞれのバッテリーセルが収容されている収容部の内部空間に向かい合って配置された収容部の外側が、周囲環境に直接隣接して配置されていることを意味する。総括すると、第1のハウジング要素および第2のハウジング要素が比較的大きな表面積をもっているので、これにより各バッテリーセルがパッシブ冷却され得る。これにより、真ん中に配置されたバッテリーセルも確実に温度調節され得ることが特に好ましい。
ここで、第1のハウジング要素の1つの第1の収容部の円筒形の側面と、第2のハウジング要素の1つの第2の収容部の円筒形の側面との間に、さらなる補填材料が配置され得ることが有利であることに留意されたい。これにより、例えばバッテリーセルと周囲環境との間の比較的大きな温度勾配に基づいて、低い電流に基づいて、または内部抵抗が低いバッテリーセルの使用に基づいて熱的な要求が比較的低い適用形態の場合、バッテリーセルは、それぞれの収容部の円形の底面だけを介して温度調節され得る。言い換えれば、つまり、それぞれの円筒形の側面を介した例えば追加的な温度調節の代わりに、それぞれの収容部の円形の底面を介して温度調節できよう。このために、それぞれの収容部の円筒形の側面の間の隙間が、さらなる補填材料素材で埋められていてもよい。これによりモジュールを、機械的に非常にロバスト性に実施する、簡単に製作する、および2つの収容部の間隔をさらに減らすという可能性が生じる。
第1のハウジング要素および第2のハウジング要素がポリマー素材から形成されている場合が得策である。例えば、ポリマー素材はポリアミド(PA)、例えばPA66として選択されていてもよい。これにより、バッテリーモジュールの重量を最小限に抑え、同時に十分な機械的強度を提供することが可能である。さらに、第1のハウジング要素および第2のハウジング要素がガラス繊維を含んでもよく、ガラス繊維は、例えばポリマー素材に埋め込まれていてもよい。第1のハウジング要素および第2のハウジング要素、とりわけ複数の第1の収容部および複数の第2の収容部が、2mm未満、とりわけ1mmの肉厚を有することが好ましい。これにより、十分な機械的強度の場合に同時に、バッテリーモジュールの重量が、複数の円筒形に形成されたバッテリーセルの確実な温度調節もさらに可能であるように減らされ得る。
第1のハウジング要素および第2のハウジング要素は、様々な製作技術、例えば深絞りによって安価に形成され得る。
第1の複数のバッテリーセルと第2の複数のバッテリーセルとが直接的に向かい合って配置されている場合が特に有利である。これは、円筒形に形成されたバッテリーセルがそれぞれ長手方向を有し、第1の複数のバッテリーセルの長手方向と第2の複数のバッテリーセルの長手方向とが互いに平行に配置されているということである。さらに、第1の複数のバッテリーセルの長手方向および第2の複数のバッテリーセルの長手方向も互いに平行に配置されている。とりわけ、この場合、第1のハウジング要素および第2のハウジング要素も直接的に向かい合って配置されている。本発明の特別な利点はさらに、これによって小さな設置スペースだけでなく、個々のバッテリーセルの電気接続が比較的短いセルコネクターによって形成され得ることにある。
軽量電動車両(light electric vehicle;LEV)内での先述の本発明によるバッテリーモジュールの使用も本発明の対象である。これにより、軽量電動車両(LEV)のためのバッテリーモジュールの、熱的に最適化された、かつスケーリング可能な全体コンセプトが提供され得る。
これに加え、複数の円筒形に形成されたバッテリーセル、とりわけリチウムイオンバッテリーセルを備えた先述のバッテリーモジュールの製造方法も本発明の対象である。これに関しては、第1の複数の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセルが収容されている複数の円筒形に形成された第1の収容部を備えた第1のハウジング要素の第1の基体と、第2の複数の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセルが収容されている複数の円筒形に形成された第2の収容部を備えた第2のハウジング要素の第2の基体とが、例えば第1の複数のバッテリーセルおよび第2の複数のバッテリーセルを導電性に直列および/または並列に接続するためのセルコネクターならびにバッテリーモジュールの制御機構が収容されている収容空間を形成しながら相互に接合される。
本発明の例示的実施形態を図面に示しており、以下の説明においてより詳しく解説する。
本発明の例示的実施形態を図面に示しており、以下の説明においてより詳しく解説する。
図1は、バッテリーモジュール1の本発明による一実施形態を示す。
バッテリーモジュール1は、図1では認識できないとりわけリチウムイオンバッテリーセル20として形成されている複数の円筒形に形成されたバッテリーセル2を含む。
バッテリーモジュール1は、図1では認識できないとりわけリチウムイオンバッテリーセル20として形成されている複数の円筒形に形成されたバッテリーセル2を含む。
バッテリーモジュール1は、第1のハウジング要素31および第2のハウジング要素32を有する。この第1のハウジング要素31および第2のハウジング要素32は、ポリマー素材、例えばポリアミドから形成されている。
第1のハウジング要素31は、この場合、複数の円筒形に形成された第1の収容部41を有し、かつ第2のハウジング要素32は、この場合、複数の円筒形に形成された第2の収容部42を有する。第1のハウジング要素31の各々の第1の収容部41は、この場合、円筒形に形成された側面91を含み、側面91はどれも、温度調節流体によって環流可能に配置されている。第2のハウジング要素32の各々の第2の収容部42は、この場合、円筒形に形成された側面92を含み、側面92はどれも、温度調節流体によって環流可能に配置されている。ここで、第1の収容部41の円筒形に形成された側面91および第2の収容部42の円筒形に形成された側面92が、完全に、しかし少なくとも部分的には温度調節流体によって環流可能に配置されていることが好ましいことに留意されたい。とりわけ、円筒形に形成された側面91同士または円筒形に形成された側面92同士は互いに触れ合い得る。
第1の収容部41は、この場合、電気的に直列および/または並列に相互に接続されている第1の複数21のバッテリーセル2を収容する。第2の収容部42は、この場合、電気的に直列および/または並列に相互に接続されている第2の複数22のバッテリーセル2を収容する。
これに関し例えばこれらのバッテリーセル2は、それぞれ、より長い側に沿って相互に並列接続されていてもよい。直列接続はより短い側に沿って行われ得る。
第1のハウジング要素31はさらに、第1の収容部41が配置されている第1の基体51を含む。
第2のハウジング要素32はさらに、第2の収容部52が配置されている第2の基体52を含む。
第1のハウジング要素31はさらに、第1の収容部41が配置されている第1の基体51を含む。
第2のハウジング要素32はさらに、第2の収容部52が配置されている第2の基体52を含む。
とりわけ、第1の基体31および/または第2の基体32は、実質的に直方体形の基本形状を有する。
この第1の基体51と第2の基体52は、図1では認識できない収容空間6を形成しながら相互に接合されている。これに関し、第1の基体31と第2の基体32とは、シーミング接合8によって形状の一致による結合方式によって互いに接合されている。このシーミング接合8は、第1の基体31と第2の基体32との間の接合部を取り囲むように配置されており、かつバッテリーモジュール1を、バッテリーモジュール1の周囲環境に対して密閉している。収容空間6内には、この場合、これも図1では認識できないセルコネクター7が配置されている。セルコネクター7は、第1の複数21のバッテリーセル2または第2の複数22のバッテリーセル22を、電気的に直列および/または並列に相互に接続する。
この第1の基体51と第2の基体52は、図1では認識できない収容空間6を形成しながら相互に接合されている。これに関し、第1の基体31と第2の基体32とは、シーミング接合8によって形状の一致による結合方式によって互いに接合されている。このシーミング接合8は、第1の基体31と第2の基体32との間の接合部を取り囲むように配置されており、かつバッテリーモジュール1を、バッテリーモジュール1の周囲環境に対して密閉している。収容空間6内には、この場合、これも図1では認識できないセルコネクター7が配置されている。セルコネクター7は、第1の複数21のバッテリーセル2または第2の複数22のバッテリーセル22を、電気的に直列および/または並列に相互に接続する。
収容空間6にはさらにバッテリーモジュール1の制御機構10が収容されている。
これに加え、第1の複数21のバッテリーセル2が、第1の基体31の最長の広がり161の方向において、並列の第1の系統171内で相互に並列に接続されていることが図1から認識され得る。
これに加え、第2の複数22のバッテリーセル2が、第2の基体32の最長の広がり162の方向において、並列の第2の系統172内で相互に並列に接続されていることも図1から認識され得る。
これに加え、第1の複数21のバッテリーセル2が、第1の基体31の最長の広がり161の方向において、並列の第1の系統171内で相互に並列に接続されていることが図1から認識され得る。
これに加え、第2の複数22のバッテリーセル2が、第2の基体32の最長の広がり162の方向において、並列の第2の系統172内で相互に並列に接続されていることも図1から認識され得る。
図2は、本発明によるバッテリーモジュール1の一実施形態の概略的な側面図を分解図で示す。
この場合最初に、第1の収容部41および第2の収容部42ならびに第1の基体31および第2の基体32を備えた第1のハウジング要素31および第2のハウジング要素32が認識され得る。
この場合最初に、第1の収容部41および第2の収容部42ならびに第1の基体31および第2の基体32を備えた第1のハウジング要素31および第2のハウジング要素32が認識され得る。
ここではとりわけ、第1の基体51および第2の基体52がまだ、例えばシーミング接合8のような形状の一致による結合方式に係る接合によって相互に接合していない。
図2はさらにセルコネクター7を概略的に示し、セルコネクター7は、第1の複数21のバッテリーセル2および/または第2の複数22のバッテリーセル2を、導電性に直列および/または並列に相互に接続する。
バッテリーモジュール1を形成するため、第1の基体51と第2の基体52が、セルコネクター7が収容されている収容空間6を形成しながら相互に接合される。
さらに、第1のハウジング要素31および/または第2のハウジング要素32がガイドピン70を含み得ることが認識でき、ガイドピン70は、第1のハウジング要素31もしくは第2のハウジング要素32またはさらにセルコネクター7の位置決めに役立ち得る。
さらに、第1のハウジング要素31および/または第2のハウジング要素32がガイドピン70を含み得ることが認識でき、ガイドピン70は、第1のハウジング要素31もしくは第2のハウジング要素32またはさらにセルコネクター7の位置決めに役立ち得る。
図3は、運搬用ハンドル11を備えたバッテリーモジュール1の本発明による一実施形態を透視図で示す。
図3に示されたバッテリーモジュール1の実施形態は、図1に示した実施形態とは、とりわけバッテリーモジュール1が運搬用ハンドル11を含むことによって異なり、運搬用ハンドル11は、第1の基体51と第2の基体52との間のシーミング接合8に組み込まれている。バッテリーモジュール1はさらに、シーミング接合8によって形成されているガイドレール12を有する。このガイド平面12は、とりわけ、運搬用ハンドル11が配置されている側に対して垂直に配置されている側に配置されている。
図3に示されたバッテリーモジュール1の実施形態は、図1に示した実施形態とは、とりわけバッテリーモジュール1が運搬用ハンドル11を含むことによって異なり、運搬用ハンドル11は、第1の基体51と第2の基体52との間のシーミング接合8に組み込まれている。バッテリーモジュール1はさらに、シーミング接合8によって形成されているガイドレール12を有する。このガイド平面12は、とりわけ、運搬用ハンドル11が配置されている側に対して垂直に配置されている側に配置されている。
図4は、バッテリーモジュール1の制御機構10の第1の配置を示す。
バッテリーモジュール1は、この場合、バッテリーモジュール1の制御機構10に接触するために形成されている電子端子13を含む。この電子端子13は、第1の基体31および/または第2の基体32に組み込まれている。電子端子13は、とりわけプラグとして形成されていてもよい。このようなプラグは、例えば車両または充電機器に対する高電流経路の接触を可能にし、かつ例えば示していない制御機構の制御信号を転送し得る。
バッテリーモジュール1は、この場合、バッテリーモジュール1の制御機構10に接触するために形成されている電子端子13を含む。この電子端子13は、第1の基体31および/または第2の基体32に組み込まれている。電子端子13は、とりわけプラグとして形成されていてもよい。このようなプラグは、例えば車両または充電機器に対する高電流経路の接触を可能にし、かつ例えば示していない制御機構の制御信号を転送し得る。
バッテリーモジュール1は、この場合、電気端子14を含む。この電気端子14は、バッテリーモジュール1のバッテリーセル2を放電または充電するために形成されている。とりわけ、バッテリーモジュール1は第1の電気端子141および第2の電気端子142を有する。第1の電気端子141は、この場合、とりわけ正の電気端子であってよく、第2の電気端子142は、この場合、とりわけ負の電気端子であってよい。
この第1の電気端子141により、例えば第1の基体31のバッテリーセル2への電気接合が形成され得、この第2の電気端子142により、例えば第2の基体32のバッテリーセル2への電気接合が形成され得る。
制御機構10は、電子端子13と第1の基体31のバッテリーセル2との間の接合または電子端子13と第2の基体32との間の接合を切り離すことができる。これにより、切断経路が形成されている。
このために、図4では認識できないいくつかの半導体の複数が制御ユニット10上に配置されていることが好ましい。これにより、とりわけ収容空間6が比較的平たく形成され得る。第1の電気端子141または第2の端子142は、第1の基体31または第2の基体32の側面で、第1の電気端子141または第2の端子142が制御ユニット10に垂直に配置されているように配置されている。第1の電気端子141または第2の端子142はさらに、並列接続された第1の複数21のバッテリーセル2または並列接続された第2の複数22のバッテリーセル2を制御ユニット10に接触させるそれぞれの全体セルコネクターと導電性に接合されていてもよい。
切断経路は、とりわけ、制御ユニット10上で、バッテリーモジュール1の両方の側面の近くに配置されているのが理想的であり、これにより、電子端子13と、電気端子14、とりわけ第1の電気端子141または第2の電気端子142との間の高電流接合の電流経路が比較的短く形成されている。
このことから、とりわけ、電子端子13が複数の側面に配置され得るという利点が生じる。とりわけ、電子端子13が第1の側面に配置されており、かつ第1の電気端子141および第2の電気端子142が、第1の側面に垂直に配置された第2の側面に配置されている。
電子端子13はさらに、制御ユニット10の変更なく、短い方の側面にも長い方の側面にも配置されていてもよい。
電気端子14は、この場合、第1の基体31および/または第2の基体32に組み込まれている。
電気端子14は、この場合、第1の基体31および/または第2の基体32に組み込まれている。
バッテリーモジュール1の制御機構10はさらに第1のセンサー要素151を含む。これに関し、1つの第1のセンサー要素151は、第1の複数21のバッテリーセル2の1つのバッテリーセル2の状態変数を捕捉するために形成されている。
バッテリーモジュール1の制御機構10はさらに第2のセンサー要素152を含む。これに関し、1つの第2のセンサー要素152は、第2の複数22のバッテリーセル2の1つのバッテリーセル2の状態変数を捕捉するために形成されている。
ここで、第1のセンサー要素151および第2のセンサー要素152は、制御機構10の向かい合う側に配置されていることに留意されたい。制御機構10は、第2のセンサー要素152が認識できるよう、ここでは透き通っているように描かれている。
バッテリーモジュール1の制御機構10は、この場合、各々の並列の第1の系統171および/または各々の並列の第2の系統172を監視するために形成されている。図4に基づく実施形態では、とりわけ、各々の第1のセンサー要素151が1つの並列の第1の系統171を監視するために形成されており、各々の第2のセンサー要素152が1つの並列の第2の系統172を監視するために形成されている。この制御機構10は、第1のハウジング要素31の最大の広がり161または第2のハウジング要素32の最大の広がり162の方向には、第1の複数21のバッテリーセル2または第2の複数22のバッテリーセル2を部分的にしか覆わない。これに垂直に配置された広がり163の方向には、制御機構10は、第1の複数21のバッテリーセル2または第2の複数のバッテリーセル2を完全に覆う。
図5は、バッテリーモジュール1の制御機構10の第2の配置を示す。
図5に示された実施形態は、図4に示された実施形態とは、電子端子13が第1の電気端子141と第2の電気端子142との間に配置されていることによって異なる。
図5に示された実施形態は、図4に示された実施形態とは、電子端子13が第1の電気端子141と第2の電気端子142との間に配置されていることによって異なる。
Claims (13)
- 複数の円筒形に形成されたバッテリーセル(2)、
とりわけリチウムイオンバッテリーセル(20)と、
第1の複数(21)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている
複数の円筒形に形成された第1の収容部(41)を備えた第1のハウジング要素(31)と、
第2の複数(22)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている
複数の円筒形に形成された第2の収容部(42)を備えた第2のハウジング要素(32)とを備えたバッテリーモジュールであって、
前記第1のハウジング要素(31)が、前記第1の収容部(41)が配置されている第1の基体(51)を有し、かつ
前記第2のハウジング要素(32)が、前記第2の収容部(42)が配置されている第2の基体(52)を有し、
前記第1の基体(51)と前記第2の基体(52)とが、前記バッテリーモジュール(1)の制御機構(10)が収容されている収容空間(6)を形成しながら相互に接合されている、バッテリーモジュール。 - 前記第1の基体(31)と前記第2の基体(32)とが、
形状の一致による結合方式によって互いに接合されていることを特徴とする、請求項1に記載のバッテリーモジュール。 - 前記第1の基体(31)と前記第2の基体(32)とが、
シーミング接合(8)によって相互に接合されていることを特徴とする、請求項2に記載のバッテリーモジュール。 - 前記バッテリーモジュール(1)が、前記第1の基体(31)および/または前記第2の基体(32)に組み込まれた電子端子(13)を含み、前記電子端子(13)が、
前記バッテリーモジュール(1)の前記制御機構(10)に接触するために形成されていることを特徴とする、請求項1から3のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記バッテリーモジュール(1)が、前記第1の基体(31)および/または前記第2の基体(32)に組み込まれた電気端子(14、141、142)を含むことを特徴とする、請求項1から4のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。
- 前記第1の複数(21)のバッテリーセル(2)が、前記第1の基体(31)の最長の広がり(161)の方向において、並列の第1の系統(171)内で相互に並列に接続されており、かつ/または
前記第2の複数(22)のバッテリーセル(2)が、前記第2の基体(32)の最長の広がり(162)の方向において、並列の第2の系統(172)内で相互に並列に接続されており、
前記バッテリーモジュール(1)の前記制御機構(10)が、
各々の並列の第1の系統(171)および/または
各々の並列の第2の系統(172)を監視するよう形成されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記バッテリーモジュール(1)の前記制御機構(10)が、
前記第1の複数(21)のバッテリーセル(2)の1つのバッテリーセル(2)の状態変数を捕捉するよう形成されている少なくとも1つの第1のセンサー要素(151)を含み、かつ/または
前記バッテリーモジュール(1)の前記制御機構(10)が、
前記第2の複数(22)のバッテリーセル(2)の1つのバッテリーセル(2)の状態変数を捕捉するよう形成されている少なくとも1つの第2のセンサー要素(152)を含むことを特徴とする、請求項1から6のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記第1のセンサー要素(151)が、前記第1の複数(21)のバッテリーセル(2)の2つのバッテリーセル(2)を電気的に接合するセルコネクター(7)と接合されており、かつ/または
前記第2のセンサー要素(152)が、前記第2の複数(22)のバッテリーセル(2)の2つのバッテリーセル(2)を電気的に接合するセルコネクター(7)と接合されていることを特徴とする、請求項7に記載のバッテリーモジュール。 - 前記第1のハウジング要素(31)および前記第2のハウジング要素(32)が、
ポリマー素材から形成されていることを特徴とする、請求項1から5のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記第1の複数(21)のバッテリーセル(2)と
前記第2の複数(22)のバッテリーセル(2)とが、
直接的に向かい合って配置されていることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 前記制御機構(10)が、
前記第1の電気端子(141)または
前記第2の電気端子(142)と
前記電子端子(13)との間の接合を切り離し得ることを特徴とする、請求項1から10のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール。 - 複数の円筒形に形成されたバッテリーセル(2)、とりわけリチウムイオンバッテリーセル(20)を備えた請求項1から11のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール(1)の製造方法であって、
第1の複数(21)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている
複数の円筒形に形成された第1の収容部(41)を備えた第1のハウジング要素(31)の第1の基体(51)と、
第2の複数(22)の電気的に直列および/または並列に相互に接続されるバッテリーセル(2)が収容されている
複数の円筒形に形成された第2の収容部(42)を備えた第2のハウジング要素(32)の第2の基体(52)とが、
前記バッテリーモジュール(1)の制御機構(10)が収容されている、
収容空間(6)を形成しながら相互に接合される、方法。 - 軽量電動車両(light electric vehicle)内での請求項1から11のいずれか1項に記載のバッテリーモジュール(1)の使用。
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