具有多个电池单体的电池模块和用于制造这种电池模块的方法

文档序号:307792 发布日期:2021-11-26 浏览:36次 >En<

阅读说明:本技术 具有多个电池单体的电池模块和用于制造这种电池模块的方法 (Battery module having a plurality of battery cells and method for producing such a battery module ) 是由 F·戈特瓦尔德 R·格勒姆泽 于 2021-05-18 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种电池模块,其具有多个电池单体(2)、尤其是锂离子电池单体(20),所述电池单体分别导电地串联和/或并联地相互接线,并且该电池模块具有开关装置(3),所述开关装置具有第一端子(31)和第二端子(32),其中导电地构造的第一连接元件(41)将第一端子(31)导电地与布置在末端的电池单体(2、21)的电压分接头(5)连接,并且导电地构造的第二连接元件(42)将第二端子(32)导电地与电池模块(1)的电压分接头(6)连接,其中第一连接元件(41)和/或第二连接元件(42)导热地容纳在电池模块(1)的壳体(10)的容纳部(7、71、72)中。(The invention relates to a battery module having a plurality of battery cells (2), in particular lithium-ion battery cells (20), which are each electrically conductively connected to one another in series and/or in parallel, and having a switching device (3) having a first terminal (31) and a second terminal (32), wherein an electrically conductively configured first connecting element (41) electrically conductively connects the first terminal (31) to a voltage tap (5) of a battery cell (2, 21) arranged at the end, and an electrically conductively configured second connecting element (42) electrically conductively connects the second terminal (32) to a voltage tap (6) of the battery module (1), wherein the first connecting element (41) and/or the second connecting element (42) are/is thermally conductively accommodated in an accommodation region (7, 7) of a housing (10) of the battery module (1), 71. 72).)

具有多个电池单体的电池模块和用于制造这种电池模块的 方法

技术领域

本发明涉及一种根据独立权利要求的类型的具有多个电池单体的电池模块。本发明的主题还在于一种用于制造这种电池模块的方法。

背景技术

由现有技术已知,电池模块可以由多个单个的电池单体组成,这些电池单体可以串联和/或并联地导电地相互接线(verschalten),从而将单个的电池单体一起连接成电池模块。此外,这种电池模块被一起连接成电池或电池系统。

此外,这样的电池模块经常具有开关装置、像比如继电器,所述开关装置通常应当在电池模块的正极上调节无电压性。因此,这种开关装置引导相应的电池模块的最大电流并且原则上产生相当多的热量。从现有技术中已知的是,待排出的热量例如通过开关装置的表面或者也通过将开关装置与电池单体导电地连接的电流导体的表面借助对流被排出到电池模块的环境空气。

发明内容

具有独立权利要求的特征的、具有多个电池单体的电池模块提供了以下优点,即能够以可靠的方式提供电池模块的开关装置的散热。

为此,提供一种具有多个电池单体的电池模块。在此,电池单体尤其是构造为锂离子电池单体。此外,所述电池单体分别以导电串联和/或并联的方式相互接线。为此,电池单体可以分别具有第一电压分接头(Spannungsabgriff)、尤其是正的电压分接头和第二电压分接头、尤其是负的电压分接头,它们彼此借助单体连接器导电地连接,从而构造电串联和/或并联的接线。

此外,电池模块包括开关装置,该开关装置具有第一端子和第二端子。导电地构造的第一连接元件将第一端子与布置在末端的电池单体的电压分接头导电地连接。尤其地,布置在末端的电池单体的电压分接头在此是第一电压分接头或正的电压分接头。导电地构造的第二连接元件将第二端子与电池模块的电压分接头导电地连接。尤其地,电池模块的电压分接头在此是正的电压分接头。

在此,第一连接元件和/或第二连接元件导热地容纳在电池模块的壳体的容纳部中。

通过在从属权利要求中所列举的措施,可以实现在独立权利要求中所说明的装置的有利的改进方案和改良方案。

在此要注意的是,利用电池模块的根据本发明的实施方式尤其是也可以可靠地给布置在末端的电池单体的正的电压分接头散热,该正的电压分接头经受相当高的热负荷。

总之,由此即使在对电池模块的、比如平均的持续电流为200 A或者最大电流为600 A长达10秒的相当高的要求的情况下,也可以提供对于开关装置的和布置在末端的电池单体的正的电压分接头的可靠的散热。因此,布置在末端的电池单体的正的电压分接头或开关装置处的最大温度可以保持得相对较低,并且尤其是由此也可以提高整个电池模块的使用寿命。

此外,适宜地在所述容纳部中布置有导热的补偿材料。在此要注意的是,补偿材料也作为热界面材料(TIM)而公知。尤其地,补偿材料也可以电绝缘地构造,以便构造电绝缘部。尤其地,该材料优选地选自环氧化物或硅树脂或聚氨酯(PU)。

尤其地,补偿元件可以在将第一连接元件或第二连接元件布置在容纳部中之前被容纳。通过插入第一连接元件或第二连接元件,补偿元件可以在容纳部中分布并且由此构成可靠的热传递。尤其地,补偿材料构造为可弹性或塑性变形的。

有利的是,所述容纳部布置在所述电池模块的壳体的侧面上。此外,也可能有利的是,容纳部构造在电池模块的壳体的底面上。在此要注意的是,“底面”应该理解为所述电池模块的在符合规定的使用期间布置在下方的下侧。与之相应地,所述侧面应该垂直于下侧布置。

根据本发明的一个优选的方面,容纳部包括开口。尤其在此要注意的是,开口构造用于将第一连接元件和/或第二连接元件插入到容纳部中。在此,开口具有如下横截面,该横截面垂直于侧面或平行于底面布置。

在容纳部构造在电池模块的壳体的侧面上的情况下,开口的横截面因此垂直于侧面地构造。在此要注意的是,在容纳部构造在电池模块的壳体的侧面上的情况下,开口不布置在容纳部的最大侧面上。换言之,这意味着,容纳部与其体积相比具有相对小的开口。尤其地,开口具有矩形形状,其中长度比宽度要大数倍。当然,开口也可以具有椭圆形、卵形或圆形的形状。

另外,在此要注意的是,为了将第一连接元件或第二连接元件布置在容纳部中,第一连接元件或第二连接元件沿着侧面平行于该侧面被插入到容纳部中。换言之,这意味着,在电池模块的壳体的侧面上构造的容纳部袋状地构造。

在容纳部构造在电池模块的壳体的底面上的情况下,开口的横截面因此平行于底面地构造。在此要注意的是,在容纳部构造在电池模块的壳体的底面上的情况下,开口布置在容纳部的最大侧面上。换言之,这意味着,容纳部与其体积相比具有相当大的开口。尤其地,开口具有矩形形状,其中长度大致对应于宽度。此外,在此要注意的是,为了将第一连接元件或第二连接元件布置在容纳部中,第一连接元件或第二连接元件垂直于底面地插入到容纳部中。换言之,这意味着,在电池模块的壳体的底面上构造的容纳部被构造为凹陷部。

在容纳部的两种所提及的实施方式中,第一连接元件和/或第二连接元件可以分别从上方在垂直于底面或平行于侧面的方向上插入到电池模块中。在此,尤其可以构造由开关装置、第一连接元件和第二连接元件组成的预装配组(Vorbaugruppe),该预装配组随后被插入到电池模块中。

特别优选地,第一连接元件和第二连接元件由选自铜或铝或陶瓷的材料构成。这提供了如下优点,即由于相当高的导热能力可以提供特别可靠的热导出。

适宜的是,电池模块还包括保持元件,该保持元件布置在容纳部和第一连接元件或第二连接元件之间。尤其地,保持元件可以由聚合物材料构成。特别有利的是,在将第一连接元件或第二连接元件布置在容纳部中之前,将保持元件布置在第一连接元件或第二连接元件上。例如,保持元件可以与第一连接元件或第二连接元件卡夹连接。也可以将保持元件注塑到第一连接元件或第二连接元件上。保持元件满足如下特殊的目的,即,第一连接元件或第二连接元件可以与容纳部间隔开,从而可以防止电短路。此外,由此可以构成限定的间距,补偿材料以该间距进行布置。保持元件尤其用于构成用于空气和爬电距离要求的最小间距。

根据本发明的一个优选的方面,所述开关装置直接与布置在末端的电池单体相邻地布置。在此优选地,电池单体被构造为棱柱形的电池单体。棱柱形的电池单体通常具有六个侧面,其中,相对置的侧面分别基本上彼此平行地布置并且基本上相同大小地构造。直接彼此相邻布置的侧面在此分别基本上彼此垂直地布置。在此,这些电池单体以如下方式布置,从而这些电池单体优选以其各自最大的侧面在电池模块的纵向方向上彼此相邻地布置。开关装置在此尤其直接相邻于在纵向方向上布置在末端的电池单体的最大侧面布置。在此还要注意的是,“布置在末端”也可以意味着在电方面布置在末端。末端的布置方式尤其提供的优点是,在开关装置的第一端子与布置在末端的电池单体的电压分接头之间构造短的导电连接。

特别优选的是,电池模块的壳体包括调温元件。例如,电池模块可以为此构成能被调温流体穿流的调温室。所述调温元件在此优选布置在所述电池模块的下侧上。此外,调温元件也可以构造为调温板,该调温板可以附加于壳体地布置。尤其地,电池模块的壳体和/或调温元件优选可以由铝构成。由此能够构成电池模块的壳体的主动冷却。

有利的是,容纳部直接与调温元件相邻地布置。由此,热量可以特别有效地传递到调温元件上。尤其地,由此可以将热量借助第一连接元件和第二连接元件可靠地传递到调温元件上。

开关装置例如能够构造为半导体开关,所述半导体开关也作为晶体管、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或带有绝缘栅极的双极型晶体管(IGBT)而已知。优选地,开关装置是机械的继电器,在该机械的继电器中接触可以通过电磁力来断开和闭合。

特别有利的是,利用根据本发明的实施方式,尤其是在开关装置内部在运行期间产生的热量可以借助第一连接元件和第二连接元件通过相应的容纳部导出到电池模块的壳体上。由此例如能够提高开关装置的使用寿命和/或开关装置能够尤其在最大的电流流动方面匹配于电池模块的相对较高的要求。

在此要注意的是,开关装置的第一端子和第一连接元件也可以共同地一件式地构造,并且开关装置的第二端子和第二连接元件也可以共同地一件式地构造。

本发明的主题也在于一种用于制造具有多个电池单体的电池模块的方法。在此,电池单体尤其构造为锂离子电池单体。此外,电池单体分别导电串联和/或并联地彼此接线。

在此,导电地构造的第一连接元件导电地与开关装置的第一端子和布置在末端的电池单体的电压分接头连接。

在此,导电地构造的第二连接元件导电地与开关装置的第二端子和电池模块的电压分接头连接。

此外,第一连接元件和/或第二连接元件导热地容纳在电池模块的壳体的容纳部中。

尤其地,该方法是指一种用于制造刚刚所描述的根据本发明的电池模块的方法,从而也能够针对结合根据本发明的电池模块所描述的有利的改进方案来改进根据本发明的方法。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的描述中进行详细解释。其中示出:

图1以透视图示出电池模块的根据本发明的第一实施方式的截取部分(Ausschnitt),

图2a示出电池模块的根据本发明的第一实施方式朝第一连接元件的截取部分,

图2b示出电池模块的根据本发明的第一实施方式的朝第二连接元件的截取部分,

图3a示出保持元件的布置,

图3b示出电池模块的根据本发明的第一实施方式朝保持元件的截取部分,

图4以透视图示出电池模块的根据本发明的第二实施方式的截取部分,

图5示出电池模块的根据本发明的第二实施方式朝连接元件的截取部分,并且

图6a示出保持元件,

图6b示出电池模块的根据本发明的第二实施方式朝保持元件的截取部分。

具体实施方式

图1以透视图示出电池模块1的根据本发明的第一实施方式的截取部分。

电池模块1包括多个电池单体2,其中在图1中示例性地示出电池单体2。在此,电池单体2尤其是被构造为锂离子电池单体20。此外,电池单体2构造为棱柱形的电池单体200。在图1中可看到的电池单体2在此尤其是布置在末端的电池单体21。

在此,电池单体2分别导电地串联和/或并联地彼此互连。

此外,电池模块1包括开关装置3。开关装置3具有第一端子31和第二端子32。

此外,电池模块1包括第一连接元件41和第二连接元件42。第一连接元件41和第二连接元件42在此分别导电地构造。

第一连接元件41将开关装置3的第一端子31导电地与布置在末端的电池单体21的电压分接头5连接。

第二连接元件42将开关装置3的第二端子32与电池模块1的电压分接头6导电地连接。

第一连接元件41和第二连接元件42在此由铜或铝或陶瓷构成。

此外,电池模块1的壳体10包括容纳部7。尤其地,电池模块1具有第一容纳部71和第二容纳部72。

在此,第一连接元件41导热地容纳在第一容纳部71中。此外,第二连接元件42导热地容纳在第二容纳部72中。

此外,该电池模块1包括保险装置(Sicherung)15,该保险装置在第二连接元件42的内部布置在第二端子32和电池模块1的电压分接头6之间。替代地,保险装置15也可以布置在第二连接元件42和电池模块1的电压分接头6之间。

图2a示出电池模块1的根据本发明的第一实施方式朝第一连接元件41的截取部分。

在此,除了开关装置3的第一端子31和第一连接元件41之外,也可以看到电池模块1的壳体10的第一容纳部71。

此外可以看出,在所述第一容纳部71中布置有导热地构造的补偿材料8。

在此,第一容纳部71构造在电池模块1的壳体10的侧面91上。在此,第一容纳部71具有开口73,所述开口具有垂直于侧面91布置的横截面75。

图2b示出电池模块1的依据本发明的第一实施方式朝第二连接元件42的截取部分。

在此,除了开关装置3的第二端子32和第二连接元件42之外也可以看到电池模块1的壳体10的第二容纳部72。

此外可以看出,在所述第二容纳部72中布置有导热地构造的补偿材料8。

第二容纳部72在此构造在电池模块1的壳体10的侧面91上。第二容纳部72在此具有开口73,所述开口具有垂直于侧面91布置的横截面75。

不仅在图2a中而且在图2b中通过箭头绘出在给开关装置3散热时可能的热流。

图3a示出保持元件11的布置并且图3b示出电池模块1的根据本发明的第一实施方式朝保持元件11的截取部分。

在图3a中,在此首先可以看到保持元件11本身。此外,可以在透视图和剖视图中从一侧看到保持元件11在第一连接元件41或第二连接元件42上的布置。

在此,保持元件11例如可以借助卡夹连接固定在第一连接元件41或第二连接元件42上。保持元件11尤其包括如下框架12,所述框架至少部分地在纵向棱边上并且在下棱边上环绕第一连接元件41或第二连接元件42。此外,保持元件11包括如下间隔元件13,所述间隔元件用于在第一连接元件41或第二连接元件42与相应的容纳部7、71、72之间构成间距。

在图3b中可以看到第一连接元件41或者第二连接元件42和保持元件11在容纳部7中的布置。在此可以看出,保持元件11或间隔元件12产生这样的间距,使得补偿元件8可以在容纳部7内容纳在第一连接元件41或第二连接元件42与该容纳部7之间。为了通过补偿材料8获得最佳的连接,第一连接元件41或第二连接元件42以及保持元件11也可以与容纳部7匹配。由此可以提供有效的热导出。

图4以透视图示出电池模块1的根据本发明的第二实施方式的截取部分。

电池模块1的在图4中所示的第二实施方式与电池模块1的已经描述的第一实施方式基本上相对应。区别例如在于第一连接元件41在第一容纳部71中的导热的容纳部以及第二连接元件42在第二容纳部72中的导热的容纳部。

在此,在该电池模块1的第二实施方式中,该电池模块1的壳体10也包括容纳部7。尤其地,电池模块1具有第一容纳部71和第二容纳部72。

在此,第一连接元件41导热地容纳在第一容纳部71中。此外,第二连接元件42导热地容纳在第二容纳部72中。

在图4中通过箭头绘出在散热时可能的热流。

图5示出电池模块1的根据本发明的第二实施方式朝第一连接元件41或第二连接元件42的截取部分。

在此,还可以看到容纳部7或第一容纳部71或第二容纳部72。

在此,容纳部7构造在电池模块1的壳体10的底面92上。在此,容纳部7具有开口74,该开口具有平行于底面92布置的横截面76。

此外可以看出,在所述第二容纳部72中布置有导热地构造的补偿材料8。

图6a示出保持元件11,并且图6b示出电池模块1的根据本发明的第二实施方式朝保持元件11的截取部分。

在此,首先可以看到在电池模块1的壳体10的底面92上的保持元件11,更确切地说,在已经布置第一连接元件41或者第二连接元件42之前就可以看到。保持元件11在此可以由聚合物材料构成。示例性地,保持元件11可以具有在图6a中不能看到的肋部,所述肋部用于使保持元件11在电池模块1的壳体10的容纳部7中定心。这种肋部实现对准并且尤其实现简化的装配。

图6b示出第一连接元件41或第二连接元件42布置在容纳部7中。尤其地,第一连接元件41或第二连接元件42被容纳在保持元件11中。此外,可以看到补偿元件8。

保持元件11尤其是用于第一连接元件41或第二连接元件42相对于容纳部7的可靠的电绝缘。

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