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DE102018200608A1 - Cell module for a battery system - Google Patents

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DE102018200608A1
DE102018200608A1 DE102018200608.3A DE102018200608A DE102018200608A1 DE 102018200608 A1 DE102018200608 A1 DE 102018200608A1 DE 102018200608 A DE102018200608 A DE 102018200608A DE 102018200608 A1 DE102018200608 A1 DE 102018200608A1
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Germany
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heating mat
individual cells
module
heating
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Dennis Berner
Jan Tietjen
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Volkswagen AG
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Volkswagen AG
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Abstract

Zellmodul (10) für ein Batteriesystem, aufweisend:
- wenigstens zwei Einzelzellen (20), welche elektrisch miteinander verschaltetet sind, um eine Modulspannung des Zellmoduls (10) bereitzustellen,
- wenigstens eine elektrische Heizmatte (30) zum Erwärmen der Einzelzellen (20), wobei die Heizmatte (30) im Zellmodul (10) integriert ist, und elektrisch mit wenigstens einer der Einzelzellen (20) verbunden ist, um eine Energieversorgung der Heizmatte (30) über die Modulspannung bereitzustellen.

Figure DE102018200608A1_0000
Cell module (10) for a battery system, comprising:
at least two single cells (20), which are electrically interconnected to provide a module voltage of the cell module (10),
- at least one electric heating mat (30) for heating the single cells (20), wherein the heating mat (30) in the cell module (10) is integrated, and is electrically connected to at least one of the individual cells (20) to provide a power supply of the heating mat (30 ) via the module voltage.
Figure DE102018200608A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Zellmodul für ein Batteriesystem. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Batteriesystem mit wenigstens zwei Zellmodulen.The present invention relates to a cell module for a battery system. Furthermore, the invention relates to a battery system with at least two cell modules.

Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass bei Zellmodulen für ein Batteriesystem eine Erhitzung der Einzelzellen durch eine externe Wärmezufuhr durchgeführt werden kann.It is known from the prior art that in cell modules for a battery system heating of the individual cells can be carried out by an external heat supply.

In der DE 10 2013 015 757 A1 ist ein Zellblock für eine Batterie mit einer Mehrzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen und zumindest einer am Zellblock angeordneten Temperiervorrichtung offenbart.In the DE 10 2013 015 757 A1 a cell block for a battery having a plurality of electrically connected in series and / or parallel individual cells and at least one arranged on the cell block temperature control is disclosed.

In der DE 10 2005 022 204 B4 ist ein Verfahren zum Aufheizen einer Batterie in einem Fahrzeug mit einem Batterieheizgerät offenbart.In the DE 10 2005 022 204 B4 a method for heating a battery in a vehicle with a battery heater is disclosed.

Die DE 10 2015 010 983 A1 offenbart eine Batterie mit einer Mehrzahl elektrisch parallel miteinander verschalteter Einzelzellen oder Zellblöcke und eine Grundtemperiervorrichtung zur Grundtemperierung aller Einzelzellen.The DE 10 2015 010 983 A1 discloses a battery having a plurality of individual cells or cell blocks interconnected electrically in parallel with one another and a base temperature control device for the basic temperature control of all individual cells.

Nachteilhaft ist bei den bekannten Lösungen häufig, dass eine aufwendige Verschaltung und ein erhöhter Platzbedarf notwendig ist, um die Erhitzung z. B. über Heizvorrichtungen bereitzustellen. Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die für die Bereitstellung der Erhitzung notwendige Komplexität bei dem Zellmodul zu verringern.A disadvantage of the known solutions is often that a complex interconnection and an increased space requirement is necessary to heat the heating z. B. provide over heaters. It is therefore an object of the present invention to at least partially overcome the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to reduce the complexity of the cell module necessary to provide the heating.

Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch ein Zellmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und durch ein Batteriesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Zellmodul beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem, und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.The above object is achieved by a cell module with the features of claim 1 and by a battery system with the features of claim 10. Further features and details of the invention will become apparent from the respective dependent claims, the description and the drawings. In this case, features and details that are described in connection with the cell module according to the invention apply, of course, also in connection with the battery system according to the invention, and in each case vice versa, so that with respect to the disclosure of the individual aspects of the invention is always reciprocally referred to or can be.

Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Zellmodul für ein Batteriesystem, insbesondere für ein Fahrzeug, aufweisend:

  • - wenigstens zwei Einzelzellen, vorzugsweise Pouch-Zellen, welche elektrisch miteinander verschaltet sind, um eine (elektrische) Modulspannung des Zellmoduls bereitzustellen,
  • - wenigstens eine elektrische Heizmatte zum Erwärmen der Einzelzellen.
The object is achieved in particular by a cell module for a battery system, in particular for a vehicle, comprising:
  • at least two individual cells, preferably pouch cells, which are electrically connected to one another in order to provide a (electrical) module voltage of the cell module,
  • - At least one electric heating mat for heating the individual cells.

Hierbei ist insbesondere vorgesehen, dass die wenigstens eine Heizmatte im Zellmodul integriert ist, und elektrisch mit wenigstens einer der Einzelzellen verbunden ist, um eine Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte über die Modulspannung (d. h. ggf. auch zumindest einen Teil der Modulspannung, z. B. nur über die Spannung der wenigstens einen verbundenen Einzelzelle) bereitzustellen. Dies hat den Vorteil, dass der Betrieb der Heizmatte unabhängig von externen Spannungsquellen ermöglicht werden kann, also vorzugsweise vollständig durch das Zellmodul bereitstellbar ist. Auf diese Weise wird der Verschaltungsaufwand und die Komplexität des Zellmoduls deutlich reduziert.In this case, provision is made in particular for the at least one heating mat to be integrated in the cell module and to be electrically connected to at least one of the individual cells in order to supply the at least one heating mat with energy via the module voltage (ie possibly also at least part of the module voltage, eg. only via the voltage of the at least one connected single cell). This has the advantage that the operation of the heating mat can be made possible independently of external voltage sources, that is to say, it can preferably be provided completely by the cell module. In this way, the Verschaltungsaufwand and the complexity of the cell module is significantly reduced.

Dabei ist es insbesondere auch ein weiterer Vorteil, dass durch die Erwärmung mittels der wenigstens einen Heizmatte ein verbesserter Betrieb des Zellmoduls möglich ist. Dies hängt in erster Linie damit zusammen, dass aufgrund des Einflusses des Elektrolyten auf den Innenwiderstand sich der Innenwiderstand bei Tieftemperaturen verschlechtert. Dieser Effekt hat einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Zellen und damit auch auf die Leistung eines Fahrzeuges, bei welchem das Zellmodul ggf. eingesetzt werden kann.In this case, it is in particular also a further advantage that an improved operation of the cell module is possible by the heating by means of the at least one heating mat. This is primarily due to the fact that due to the influence of the electrolyte on the internal resistance, the internal resistance at low temperatures deteriorates. This effect has an effect on the performance of the cells and thus also on the performance of a vehicle in which the cell module can possibly be used.

Eine Heizmatte kann vorteilhafterweise wenigstens ein Heizelement, z. B. wenigstens einen Heizdraht oder dergleichen, umfassen, welcher zur Erwärmung elektrisch betrieben wird. Die Heizmatte zeichnet sich insbesondere durch eine flache Form auf, und hat somit bevorzugt eine sehr viel größere (bspw. mindestens 10-fache oder mindestens 100-fache) Erstreckung in Längs- und Breitenrichtung als in der Tiefe. Unter einer Heizmatte wird ggf. auch eine Heizfolie verstanden, welche flexibel verform- und/oder biegbar ausgestaltet ist. Aufgrund des elektrischen Stromflusses durch das Heizelement, welcher mittels der Energieversorgung der Heizmatte ermöglicht wird, kann es dabei zu einer Wärmeausstrahlung kommen. Diese kann dafür geeignet sein, die Einzelzellen des Zellmoduls zu erwärmen, und damit den Betrieb der Einzelzellen zu optimieren. Entscheidend kann hierbei sein, dass die Heizmatte primär und gezielt zur Erwärmung der Einzelzellen betrieben wird, es sich also nicht lediglich um eine parasitäre Erwärmung handelt.A heating mat can advantageously at least one heating element, for. B. at least one heating wire or the like, which is electrically operated for heating. The heating mat is characterized in particular by a flat shape, and thus preferably has a much larger (eg at least 10 times or at least 100 times) extent in the longitudinal and width direction than in the depth. Under a heating mat is possibly also understood a heating foil, which is flexibly deformed and / or bendable configured. Due to the electrical current flow through the heating element, which is made possible by means of the energy supply of the heating mat, it can come to a heat radiation. This can be suitable for heating the individual cells of the cell module and thus optimizing the operation of the individual cells. The decisive factor here is that the heating mat is operated primarily and specifically for heating the individual cells, so it is not just a parasitic heating.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass die Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte ausschließlich über die Modulspannung bereitgestellt ist, also eine autarke Energieversorgung der Heizmatte im Sinne eines selbstversorgenden Systems genutzt wird, wobei vorzugsweise hierzu zumindest ein Teil der Modulspannung der Heizmatte zugeführt ist, wobei bevorzugt die Modulspannung durch die Einzelzellen und/oder über einen elektrischen Anschluss des Zellmoduls bereitgestellt ist. Der Anschluss, vorzugsweise ein Hochvolt-Anschluss, wird z. B. zum Abgreifen der Zellenspannung der Einzelzellen, also der Modulspannung, und/oder zum Aufladen der Einzelzellen genutzt. Hierzu ist der Anschluss insbesondere außen am Zellmodul ausgebildet, also von außerhalb des Zellmoduls kontaktierbar ausgestaltet. Bspw. dient dabei der Anschluss zur elektrischen Verbindung mit weiteren Zellmodulen in einem Batteriesystem und/oder zur Verbindung mit einer Fahrzeugelektronik und/oder einem Bordnetz. Zur Bereitstellung des Anschlusses kann bzw. können bspw. wenigstens eine oder zwei Klemmen an einem Gehäuse des Zellmoduls befestigt sein. Über elektrische Leiter im Gehäuse kann der Anschluss intern mit den Einzelzellen und/oder der Heizmatte verbunden sein. Dies hat den Vorteil, dass keine zusätzlichen äußeren Anschlüsse zur Bereitstellung der Energieversorgung der Heizmatte vorgesehen sein müssen.For example, it can be provided that the power supply of the at least one heating mat is provided exclusively via the module voltage, ie a self-sufficient Power supply of the heating mat in the sense of a self-powered system is used, preferably for this purpose at least a portion of the module voltage of the heating mat is supplied, wherein preferably the module voltage is provided by the individual cells and / or via an electrical connection of the cell module. The connection, preferably a high-voltage connection, z. B. for tapping the cell voltage of the individual cells, so the module voltage, and / or used to charge the individual cells. For this purpose, the connection is formed in particular on the outside of the cell module, that is to say made contactable from outside the cell module. For example. serves the connection for electrical connection with other cell modules in a battery system and / or for connection to a vehicle electronics and / or an electrical system. To provide the connection, for example, at least one or two terminals can be fastened to a housing of the cell module. Via electrical conductors in the housing, the connection can be connected internally to the individual cells and / or the heating mat. This has the advantage that no additional external connections for providing the power supply of the heating mat must be provided.

Für die Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte kann diese z. B. einen elektrischen Versorgungsanschluss aufweisen, welcher über einen elektrischen Leiter, wie wenigstens eine Leiterbahn, ein Kabel oder dergleichen, elektrisch mit wenigstens einem Spannungsabgriff wenigstens einer der Einzelzellen verbunden ist. Da die Spannungen der Einzelzellen gemeinsam die Modulspannung bilden kann, ist auf diese Weise wenigstens ein Teil der Modulspannung für die Energieversorgung der Heizmatte abgreifbar. Dies hat den Vorteil, dass die Energieversorgung intern bereitgestellt werden kann, also auf eine dedizierte externe Spannungsversorgung für die Heizmatte verzichtet werden kann. In anderen Worten ist es nicht erforderlich, dass ein separater Heizmatten-Anschluss zur Energieversorgung für eine Inbetriebnahme der wenigstens einen Heizmatte genutzt werden muss. So ist es möglich, dass die Heizmatte „autark“ durch das Zellmodul betrieben wird. Auf diese Weise kann das Zellmodul als ein geschlossenes System bereitgestellt werden. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass die Modulspannung auch extern zugeführt wird, insbesondere über Hochvolt-Anschlüsse des Zellmoduls. Dabei handelt es sich allerdings nicht um eine dedizierte Energieversorgung für die Heizmatte, sondern um eine externe Bereitstellung der Modulspannung. Diese extern bereitgestellte Modulspannung wird insbesondere primär dazu genutzt, die Einzelzellen mit Strom zu versorgen, z. B. aufzuladen. Nur sekundär dient dabei diese Modulspannung in diesem Fall auch zur Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte. Bei vollständig geladenen Einzelzellen kann die Modulspannung und damit auch die Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte auch ausschließlich intern durch die Einzelzellen bereitgestellt werden.For the energy supply of at least one heating mat, this z. B. have an electrical supply connection, which is connected via an electrical conductor, such as at least one conductor, a cable or the like, electrically connected to at least one voltage tap at least one of the individual cells. Since the voltages of the individual cells together can form the module voltage, in this way at least part of the module voltage for the power supply of the heating mat can be tapped off. This has the advantage that the energy supply can be provided internally, that is, a dedicated external power supply for the heating mat can be dispensed with. In other words, it is not necessary for a separate heating mat connection to be used for power supply for commissioning the at least one heating mat. So it is possible that the heating mat is operated "self-sufficient" by the cell module. In this way, the cell module can be provided as a closed system. In addition, it may be provided that the module voltage is also supplied externally, in particular via high-voltage connections of the cell module. However, this is not a dedicated power supply for the heating mat, but an external provision of the module voltage. This externally provided module voltage is primarily used primarily to provide the individual cells with electricity, z. B. to charge. Only secondarily, this module voltage in this case also serves to supply energy to the at least one heating mat. With fully charged individual cells, the module voltage and thus also the power supply of the at least one heating mat can also be provided exclusively internally by the individual cells.

Des Weiteren kann bei dem erfindungsgemäßen Zellmodul vorgesehen sein, dass wenigstens ein Leiterelement vorgesehen ist, welches eine Elektronik des Zellmoduls und die wenigstens eine Heizmatte aufweist. Als Leiterelement wird z. B. eine (insbesondere flexible) Platine oder Schaltung oder auch ein Verbund davon oder dergleichen verstanden. Das Leiterelement weist die wenigstens eine Heizmatte z. B. derart auf, dass zumindest ein Teil der Komponenten der Heizmatte durch elektrische Leiter des Leiterelements gebildet ist. Bspw. kann das Leiterelement Heizdrähte der wenigstens einen Heizmatte aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass eine platzsparende und kostengünstige Integration der Heizmatte im Zellmodul möglich ist.Furthermore, it can be provided in the cell module according to the invention that at least one conductor element is provided, which has electronics of the cell module and the at least one heating mat. As a conductor element z. B. a (in particular flexible) board or circuit or a composite thereof or the like understood. The conductor element has the at least one heating mat z. B. such that at least part of the components of the heating mat is formed by electrical conductors of the conductor element. For example. For example, the conductor element may comprise heating wires of the at least one heating mat. This has the advantage that a space-saving and cost-effective integration of the heating mat in the cell module is possible.

Vorteilhafterweise ist es vorgesehen, dass die Einzelzellen untereinander parallel oder seriell verschaltet sind, und somit die Modulspannung bereitstellen (z. B. je nach Schaltung als Summe der Spannungen an den Einzelzellen oder entsprechend der Spannung einer Einzelzelle). Hierzu kann wenigstens ein Modulspannungsabgriff dieser Verschaltung der Einzelzellen vorgesehen sein, z. B. über wenigstens eine elektrisch leitende Verbindung jeweiliger Anschlüsse der Einzelzellen. Um die wenigstens eine Heizmatte mit Energie zu versorgen, also um einen Heizbetrieb der Heizmatte zu ermöglichen, kann wenigstens eine der Einzelzellen eine Spannungsversorgung für die Heizmatte bereitstellen. In anderen Worten kann die Energieversorgung über die Modulspannung, also die Spannungen der Einzelzellen, bereitgestellt werden. Dabei ist es von Vorteil, wenn der Anteil der Modulspannung, welcher zur Energieversorgung genutzt wird, an eine Spezifikation der Heizmatte angepasst ist (also insbesondere an den Energiebedarf). Hierzu kann eine entsprechende Schaltung des Zellmoduls genutzt werden, welche zumindest teilweise durch ein Elektronik- und/oder Leiterelement bereitgestellt werden kann, bspw. ein Spannungsteiler oder dergleichen.Advantageously, it is provided that the individual cells are interconnected in parallel or in series, and thus provide the module voltage (eg, depending on the circuit, as the sum of the voltages at the individual cells or according to the voltage of a single cell). For this purpose, at least one module voltage tap this interconnection of the individual cells may be provided, for. B. via at least one electrically conductive connection of respective terminals of the individual cells. In order to provide the at least one heating mat with energy, so as to enable a heating operation of the heating mat, at least one of the individual cells can provide a power supply for the heating mat. In other words, the power supply can be provided via the module voltage, that is to say the voltages of the individual cells. It is advantageous if the proportion of the module voltage, which is used for energy supply, is adapted to a specification of the heating mat (ie in particular to the energy requirement). For this purpose, a corresponding circuit of the cell module can be used, which can be provided at least partially by an electronic and / or conductor element, for example a voltage divider or the like.

Vorteilhaft ist es zudem, wenn das Leiterelement als flexible Leiterplatte ausgeführt ist, und vorzugsweise wenigstens ein Teil der Heizmatte, insbesondere wenigstens eine Komponente der Heizmatte, auf einem Trägerelement (des Leiterelements) gedruckt ist. Es ist hierzu bspw. möglich, dass Heiztinte, insbesondere PTC-Heiztinte, auf die Leiterplatte bzw. auf das Trägerelement gedruckt ist, um ein Heizelement bereitzustellen (PTC steht dabei für „positiv temperature coefficient). Damit wird der Vorteil erzielt, dass die Heizmatte platzsparend im Zellmodul untergebracht werden kann.It is also advantageous if the conductor element is designed as a flexible printed circuit board, and preferably at least a portion of the heating mat, in particular at least one component of the heating mat, on a support element (the conductor element) is printed. For this purpose, it is possible, for example, for heating ink, in particular PTC heating ink, to be printed on the printed circuit board or on the carrier element in order to provide a heating element (PTC stands for "positive temperature coefficient"). This provides the advantage that the heating mat can be accommodated in the cell module to save space.

Das Leiterelement kann bspw. als wenigstens eine Leiterplatte, insbesondere flexible Leiterplatte, ausgeführt sein. Unter einer flexiblen Leiterplatte wird insbesondere ein FPC (engl. Flexible Printed Circuit) verstanden, also eine Anordnung mit gedruckten elektrischen Leiterbahnen und/oder Schaltungen, welche bevorzugt auf einem flexiblen Basismaterial gebildet sind. Dies hat den Vorteil, dass die Leiterplatte biegsam ausgestaltet sein kann, und somit ggf. auch in unterschiedliche Formen und Geometrien gebracht werden kann (z. B. gewickelt oder gebogen). Die Leiterbahnen und Schaltungen können dabei z. B. mit einer elektrisch leitenden Farbe auf das Basismaterial gedruckt werden. Das Basismaterial ist z. B. als Trägerelement, insbesondere Trägerfolie, ausgeführt, und vorzugsweise aus Polyimid und/oder Polyester hergestellt. Das Leiterelement kann eine Dicke von maximal 10 Mikrometer aufweisen und/oder einen Biegeradius von maximal 1 mm.The conductor element may, for example, as at least one printed circuit board, in particular flexible PCB, be executed. A flexible printed circuit board is understood in particular to be an FPC (Flexible Printed Circuit), that is to say an arrangement with printed electrical conductor tracks and / or circuits which are preferably formed on a flexible base material. This has the advantage that the printed circuit board can be designed to be flexible, and thus, if necessary, can also be brought into different shapes and geometries (for example, wound or bent). The interconnects and circuits can be z. B. be printed with an electrically conductive paint on the base material. The base material is z. B. as a carrier element, in particular carrier film, running, and preferably made of polyimide and / or polyester. The conductor element can have a maximum thickness of 10 micrometers and / or a maximum bending radius of 1 mm.

Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung optional möglich, dass das Leiterelement zwischen den Einzelzellen angeordnet ist, d. h. zwischen wenigstens zwei Einzelzellen des Zellmoduls, und insbesondere zwischen sämtlichen benachbarten Einzelzellen des Zellmoduls. Dabei kann das Leiterelement eine Biegung aufweisen, sodass die Form des Leiterelements an die Anordnung der Einzelzellen im Zellmodul angepasst ist. Das Leiterelement kann z. B. zumindest teilweise um die Einzelzellen geführt und/oder gewunden und/oder gewickelt sein und/oder schlangenförmig im Zellmodul verlaufen, um vorteilhafterweise so eine Platzersparnis zu bewirken. Weiter kann durch eine Anordnung direkt an den Einzelzellen die Energieeffizienz verbessert werden, da die Wärme nicht erst über mehrere Materialschichten zur Zellen transportiert werden muss.Furthermore, it is optionally possible within the scope of the invention for the conductor element to be arranged between the individual cells, that is to say for the conductor element to be arranged between the individual cells. H. between at least two individual cells of the cell module, and in particular between all adjacent individual cells of the cell module. In this case, the conductor element may have a bend, so that the shape of the conductor element is adapted to the arrangement of the individual cells in the cell module. The conductor element may, for. B. at least partially guided around the individual cells and / or wound and / or wound and / or serpentine in the cell module to advantageously so as to save space. Furthermore, energy efficiency can be improved by arranging directly on the individual cells since the heat does not have to be transported to the cells over several layers of material.

Ferner ist es optional möglich, dass das Leiterelement und/oder die Heizmatte einteilig ausgebildet sind, und/oder ausschließlich ein einziges Leiterelement und/oder ausschließlich eine einzige Heizmatte in einem Zellmodul vorgesehen sind. Es ist hierbei von Vorteil, wenn genau ein Leiterelement und/oder genau eine Heizmatte in einem Zellmodul vorgesehen ist, da dieses aufgrund der Biegsamkeit bzw. Flexibilität zwischen viele oder sämtliche Einzelzellen angeordnet werden kann, also keine weiteren Leiterelemente bzw. Heizmatten für eine umfangreiche und großflächige Erwärmung notwendig sind. Alternativ oder zusätzlich können auch mehrere Leiterelemente und/oder Heizmatten vorgesehen sein, welche jeweils - insbesondere sandwichartig - zwischen Einzelzellen angeordnet sind.Further, it is optionally possible that the conductor element and / or the heating mat are integrally formed, and / or only a single conductor element and / or only a single heating mat are provided in a cell module. It is advantageous if exactly one conductor element and / or exactly one heating mat is provided in a cell module, since this can be arranged due to the flexibility or flexibility between many or all individual cells, so no further conductor elements or heating mats for a comprehensive and large-scale heating are necessary. Alternatively or additionally, a plurality of conductor elements and / or heating mats may be provided, which are each - in particular sandwiched - arranged between individual cells.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass das Leiterelement als ein Flachleiter mit einer flexiblen Trägerfolie als Trägerelement ausgebildet ist, und vorzugsweise als ein Flexible Printed Circuit ausgebildet ist. Dies ermöglicht die flexible und anpassungsfähige Integration im Zellmodul.Preferably, it can be provided that the conductor element is designed as a flat conductor with a flexible carrier film as a carrier element, and is preferably designed as a flexible printed circuit. This enables flexible and adaptable integration in the cell module.

Ein weiterer Vorteil im Rahmen der Erfindung ist erzielbar, wenn eine Elektronik des Zellmoduls wenigstens ein elektronisches Schalterelement aufweist, welches elektrisch die wenigstens eine Heizmatte mit der wenigstens einen Einzelzelle verbindet, um die Energieversorgung der Heizmatte zu schalten, wobei vorzugsweise das Schalterelement extern über einen Anschluss (z. B. einen Pin) aktivierbar ausgeführt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektronik des Zellmoduls eine Temperatursensorik aufweisen, um die Temperatur im Zellmodul und/oder der Einzelzellen zu erfassen. Auf diese Weise kann die Erhitzung der Einzelzellen über die wenigstens eine Heizmatte besonders vorteilhaft reguliert werden, z. B. automatisiert über eine elektronische Steuer- und/oder Regelungseinheit. Bspw. wird durch die Steuer- und/oder Regelungseinheit die erfasste Temperatur ausgewertet, um in Abhängigkeit davon das Schalterelement anzusteuern. Das Schaltelement, wie ein Transistor oder Relais oder dergleichen, steuert dabei z. B. einen Stromfluss zu der wenigstens einen Heizmatte, um die Erhitzung zu regeln und damit auf die Temperatur der Einzelzellen einzuwirken.A further advantage within the scope of the invention can be achieved if an electronics of the cell module has at least one electronic switch element which electrically connects the at least one heating mat to the at least one individual cell in order to switch the energy supply of the heating mat, wherein preferably the switch element is connected externally via a connection (eg a pin) can be activated. Alternatively or additionally, the electronics of the cell module may include a temperature sensor to detect the temperature in the cell module and / or the individual cells. In this way, the heating of the individual cells via the at least one heating mat can be regulated particularly advantageous, for. B. automated via an electronic control and / or regulating unit. For example. the detected temperature is evaluated by the control and / or regulating unit in order to control the switch element in dependence thereon. The switching element, such as a transistor or relay or the like, controls z. B. a flow of current to the at least one heating mat to control the heating and thus act on the temperature of the individual cells.

In einer weiteren Möglichkeit kann vorgesehen sein, dass die wenigstens eine Heizmatte jeweils zwischen jedem Paar benachbarter Einzelzellen angeordnet ist, und vorzugsweise die jeweiligen Einzelzellen direkt kontaktiert, wobei bevorzugt wenigstens vier oder wenigstens acht oder wenigstens 10 Einzelzellen im Zellmodul integriert sind. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Heizung, insbesondere durch eine sandwichartige Anordnung der Heizmatte.In a further possibility, it may be provided that the at least one heating mat is arranged in each case between each pair of adjacent individual cells, and preferably directly contacts the respective individual cells, wherein preferably at least four or at least eight or at least ten individual cells are integrated in the cell module. This allows a particularly efficient heating, in particular by a sandwich-like arrangement of the heating mat.

Optional ist es in Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zellmoduls vorgesehen, dass ein elektrischer Anschluss, insbesondere Hochvolt-Anschluss, zur elektrischen Verbindung mit einer externen Elektrik an einem Gehäuse des Zellmoduls angeordnet ist, wodurch die Modulspannung extern bereitstellbar und/oder beeinflussbar ist. Die externe Elektrik ist z. B. eine Fahrzeugelektronik oder eine Komponente eines Bordnetzes, insbesondere Hochvolt-Bordnetzes, des Fahrzeuges und/oder eine Spannungsquelle oder ein Batteriemanagementsystem oder dergleichen.Optionally, it is provided in embodiments of the cell module according to the invention that an electrical connection, in particular high-voltage connection, is arranged for electrical connection to an external electrical system on a housing of the cell module, whereby the module voltage can be externally provided and / or influenced. The external electrical system is z. As a vehicle electronics or a component of a vehicle electrical system, in particular high-voltage vehicle electrical system, the vehicle and / or a voltage source or a battery management system or the like.

Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist ein Batteriesystem für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Zellmodulen, vorzugsweise erfindungsgemäßen Zellmodulen, jeweils aufweisend:

  • - wenigstens zwei Einzelzellen, welche elektrisch miteinander verschaltet sind, um eine Modulspannung des Zellmoduls bereitzustellen,
  • - wenigstens eine elektrische Heizmatte zum Erwärmen der Einzelzellen.
Likewise provided by the invention is a battery system for a vehicle having at least two cell modules, preferably cell modules according to the invention, each comprising:
  • at least two individual cells, which are electrically interconnected to provide a module voltage of the cell module,
  • - At least one electric heating mat for heating the individual cells.

Hierbei ist vorgesehen, dass die Heizmatte im Zellmodul integriert ist, und elektrisch mit wenigstens einer der Einzelzellen verbunden ist, um die Energieversorgung der Heizmatte über die Spannung dieser wenigstens einen Einzelzelle, also über die Modulspannung, bereitzustellen. Damit bringt das erfindungsgemäße Batteriesystem die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf ein erfindungsgemäßes Zellmodul beschrieben worden sind. Das Batteriesystem und die Einzelzellen können dabei wiederaufladbar ausgeführt sein, und somit z. B. einen wiederaufladbaren Energiespeicher (Akkumulator) für ein Fahrzeug bilden. It is provided that the heating mat is integrated in the cell module, and is electrically connected to at least one of the individual cells to provide the power supply of the heating mat on the voltage of this at least one single cell, so on the module voltage. Thus, the battery system according to the invention brings the same advantages as have been described in detail with reference to a cell module according to the invention. The battery system and the individual cells can be designed to be rechargeable, and thus z. B. form a rechargeable energy storage (accumulator) for a vehicle.

Das Fahrzeug ist bspw. als gleisloses Landkraftfahrzeug ausgebildet, vorzugsweise mit einem Hochvolt-Bordnetz und/oder einem Elektromotor. Insbesondere ist das Fahrzeug als ein Personenkraftfahrzeug und/oder Elektrofahrzeug und/oder Hybridfahrzeug ausgebildet. Bevorzugt ist dabei bei Ausführungsformen von Elektrofahrzeugen kein Verbrennungsmotor beim Fahrzeug vorgesehen, es wird dann ausschließlich durch elektrische Energie angetrieben.The vehicle is, for example, designed as a trackless land vehicle, preferably with a high-voltage electrical system and / or an electric motor. In particular, the vehicle is designed as a passenger vehicle and / or electric vehicle and / or hybrid vehicle. Preferably, in embodiments of electric vehicles, no internal combustion engine is provided in the vehicle, it is then driven exclusively by electrical energy.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen jeweils schematisch:

  • 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zellmoduls,
  • 2 eine weitere perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Zellmoduls,
  • 3 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls,
  • 4 eine weitere Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäßen Zellmoduls,
  • 5 eine Elektronik des Zellmoduls.
Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description in which, with reference to the drawings, embodiments of the invention are described in detail. The features mentioned in the claims and in the description may each be essential to the invention individually or in any desired combination. Each show schematically:
  • 1 a perspective view of a cell module according to the invention,
  • 2 another perspective view of a cell module according to the invention,
  • 3 an exploded view of a cell module according to the invention,
  • 4 a further exploded view of a cell module according to the invention,
  • 5 an electronics of the cell module.

In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet.In the following figures, the identical reference numerals are used for the same technical features of different embodiments.

In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßes Zellmodul 10 gezeigt, bei welchem ein Gehäuse 40 des Zellmoduls 10 im montierten Zustand zu sehen ist. Von außen nicht erkennbar ist wenigstens eine Heizmatte 30, welche zur Erhitzung von Einzelzellen 20 des Zellmoduls 10 dient. Somit ist die wenigstens eine Heizmatte 30 vollständig im Zellmodul 10 integriert. Das Gehäuse 40 weist dabei zumindest eine vordere Endplatte 41, einen Boden 42 und wenigstens eine Seitenwand 43 auf. An jeder dieser Gehäuseelemente 41, 42, 43 kann ggf. eine Heizmatte 30 vorgesehen sein. Dies ermöglicht eine auf die Anordnung der Einzelzellen 20 angepasste Erhitzung mit hoher Heizeffizienz.In 1 schematically is a cell module according to the invention 10 shown in which a housing 40 of the cell module 10 can be seen in the assembled state. Not visible from the outside is at least one heating mat 30 , which is used to heat single cells 20 of the cell module 10 serves. Thus, the at least one heating mat 30 completely in the cell module 10 integrated. The housing 40 has at least one front end plate 41 , a floor 42 and at least one sidewall 43 on. On each of these housing elements 41 . 42 . 43 If necessary, a heating mat 30 be provided. This allows one to the arrangement of the individual cells 20 adapted heating with high heating efficiency.

Weiter ist erkennbar, dass ein Anschluss 50, also ein Terminal des Zellmoduls 10, am Gehäuse 40 angeordnet ist. Dieses ermöglicht es, eine elektrisch leitende Verbindung zu den Einzelzellen 20 herzustellen und dadurch die Modulspannung abzugreifen.Next is recognizable that a connection 50 , that is a terminal of the cell module 10 , on the housing 40 is arranged. This allows an electrically conductive connection to the single cells 20 manufacture and thereby tap the module voltage.

Ein besonderer Vorteil ergibt sich dadurch, dass diese Modulspannung auch zur Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte 30 genutzt wird. Somit ist kein weiterer äußerer Anschluss für die Energieversorgung der Heizmatte 30 notwendig.A particular advantage results from the fact that this module voltage also for supplying energy to the at least one heating mat 30 is being used. Thus, there is no further external connection for the power supply of the heating mat 30 necessary.

In 2 ist zu sehen, dass die Heizmatte 30 großflächig an einer Gehäuseseite (z. B. einem Gehäuseelement 41, 42, 43) angeordnet sein kann, sich insbesondere vollständig oder überwiegend oder zumindest zu 90 % an dieser Gehäuseseite bzw. an diesem Gehäuseelement 41, 42, 43 erstreckt. Dabei kann sich die Heizmatte 30 gemäß 2 an der Oberseite oder (alternativ oder zusätzlich) gemäß 3 am Boden 42 des Gehäuses 40 erstrecken, um eine möglichst effiziente Erhitzung der Einzelzellen 20 bereitzustellen.In 2 you can see that the heating mat 30 large area on one side of the housing (eg a housing element 41 . 42 . 43 ), in particular completely or predominantly or at least 90% of this housing side or on this housing element 41 . 42 . 43 extends. This can cause the heating mat 30 according to 2 at the top or (alternatively or additionally) according to 3 on the ground 42 of the housing 40 extend to the most efficient heating of the individual cells 20 provide.

Gemäß 3 ist anhand der darin gezeigten schematischen Darstellung erkennbar, dass die Heizmatte 30 in einem Leiterelement 60, z. B. einer flexiblen Leiterplatte, integriert sein kann. Diese kann neben den Komponenten der Heizmatte 30 auch Leiterbahnen und/oder eine Elektronik 61 des Zellmoduls 10 aufweisen. Die Elektronik 61 ist in 5 beispielhaft mit einem Schalterelement 63 und einer Temperatursensorik 64 gezeigt. Ferner ist erkennbar, dass die Leiterplatte als Basismaterial ein Trägerelement 62 aufweisen kann, welches insbesondere flexibel und biegbar ausgestaltet ist.According to 3 can be seen from the schematic diagram shown therein that the heating mat 30 in a ladder element 60 , z. B. a flexible circuit board, can be integrated. This can be in addition to the components of the heating mat 30 also strip conductors and / or electronics 61 of the cell module 10 respectively. The Electronic 61 is in 5 by way of example with a switch element 63 and a temperature sensor 64 shown. Furthermore, it can be seen that the circuit board as a base material is a carrier element 62 may have, which is designed in particular flexible and flexible.

Ein Vorteil der flexiblen Ausgestaltung des Trägerelements 62 und damit auch der Heizmatte 30 wird anhand 4 deutlich. So kann die Heizmatte 30 flexibel und gleichmäßig zwischen den Einzelzellen 20 verlegt und/oder gewickelt werden, um möglichst platzsparend die Wärme an die Einzelzellen 20 zu übertragen. Auch ist es ggf. möglich, dass mehrere Heizmatten 30 vorgesehen sind, welche ggf. separat und/oder beabstandet voneinander ausgebildet sind. So können bspw. mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens 5 Heizmatten 30 oder mindestens eine Heizmatte 30 pro Einzelzelle 20 vorgesehen sein. Abgebildet ist in 4 beispielhaft eine erste Heizmatte 31 und eine zweite Heizmatte 32 sowie eine n-te Heizmatte 34, wobei n eine beliebige positive ganze Zahl sein kann. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Heizmatte 30 im Bereich eines Gehäuseelements 44 angeordnet sein.An advantage of the flexible design of the carrier element 62 and thus also the heating mat 30 is based 4 clear. So the heating mat can 30 flexible and even between the individual cells 20 be laid and / or wound in order to save space, the heat to the individual cells 20 transferred to. Also, it may be possible that multiple heating mats 30 are provided, which are optionally formed separately and / or spaced from each other. Thus, for example, at least two or at least three or at least 5 heating mats 30 or at least one heating mat 30 per single cell 20 be provided. Pictured is in 4 by way of example a first heating mat 31 and a second heating mat 32 as well as an nth heating mat 34 where n can be any positive integer. Alternatively or In addition, a heating mat can also be used 30 in the region of a housing element 44 be arranged.

Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.The above explanation of the embodiments describes the present invention solely by way of example. Of course, individual features of the embodiments, if technically feasible, can be combined freely with one another, without departing from the scope of the present invention.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010
Zellmodul cell module
2020
Einzelzelle single cell
3030
Heizmatteheating mat
3131
erste Heizmattefirst heating mat
3232
zweite Heizmattesecond heating mat
3434
n-te Heizmatte nth heating mat
4040
Gehäusecasing
4141
Endplatteendplate
4242
Bodenground
4343
SeitenwandSide wall
4444
weiteres Gehäuseelement another housing element
5050
Anschluss, Terminal Connection, terminal
6060
Leiterelement, flexible LeiterplatteConductor element, flexible printed circuit board
6161
Elektronikelectronics
6262
Trägerelementsupport element
6363
Schalterelementswitching element
6464
Temperatursensoriktemperature sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (10)

Zellmodul (10) für ein Batteriesystem, aufweisend: - wenigstens zwei Einzelzellen (20), welche elektrisch miteinander verschaltet sind, um eine Modulspannung des Zellmoduls (10) bereitzustellen, - wenigstens eine elektrische Heizmatte (30) zum Erwärmen der Einzelzellen (20), wobei die Heizmatte (30) im Zellmodul (10) integriert ist, und elektrisch mit wenigstens einer der Einzelzellen (20) verbunden ist, um eine Energieversorgung der Heizmatte (30) über die Modulspannung bereitzustellen.Cell module (10) for a battery system, comprising: at least two individual cells (20), which are electrically interconnected to provide a module voltage of the cell module (10), - at least one electric heating mat (30) for heating the single cells (20), wherein the heating mat (30) in the cell module (10) is integrated, and is electrically connected to at least one of the individual cells (20) to provide a power supply of the heating mat (30 ) via the module voltage. Zellmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieversorgung der wenigstens einen Heizmatte (30) ausschließlich über die Modulspannung bereitgestellt ist, wobei hierzu zumindest ein Teil der Modulspannung der Heizmatte (30) zugeführt ist, wobei die Modulspannung durch die Einzelzellen (20) und/oder über einen elektrischen Anschluss (50) des Zellmoduls (10) bereitgestellt ist.Cell module (10) after Claim 1 , characterized in that the power supply of the at least one heating mat (30) is provided exclusively via the module voltage, for which purpose at least a part of the module voltage of the heating mat (30) is supplied, wherein the module voltage through the individual cells (20) and / or via a electrical connection (50) of the cell module (10) is provided. Zellmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Leiterelement (60) vorgesehen ist, welches eine Elektronik (61) des Zellmoduls (10) und die wenigstens eine Heizmatte (30) aufweist.Cell module (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that at least one conductor element (60) is provided, which has an electronics (61) of the cell module (10) and the at least one heating mat (30). Zellmodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (60) als flexible Leiterplatte ausgeführt ist, und wenigstens eine Komponente der Heizmatte (30) auf einem Trägerelement (62) der Leiterplatte gedruckt ist.Cell module (10) after Claim 3 , characterized in that the conductor element (60) is designed as a flexible printed circuit board, and at least one component of the heating mat (30) is printed on a carrier element (62) of the printed circuit board. Zellmodul (10) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (60) zwischen den Einzelzellen (20) angeordnet ist, und eine Biegung aufweist, sodass die Form des Leiterelements (60) an die Anordnung der Einzelzellen (20) im Zellmodul (10) angepasst ist.Cell module (10) after Claim 3 or 4 , characterized in that the conductor element (60) between the individual cells (20) is arranged, and having a bend, so that the shape of the conductor element (60) is adapted to the arrangement of the individual cells (20) in the cell module (10). Zellmodul (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterelement (60) als ein Flachleiter mit einer flexiblen Trägerfolie als Trägerelement (62) ausgebildet ist, und vorzugsweise als ein Flexible Printed Circuit ausgebildet ist.Cell module (10) according to one of Claims 3 to 5 , characterized in that the conductor element (60) is designed as a flat conductor with a flexible carrier film as a carrier element (62), and is preferably designed as a flexible printed circuit. Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik (61) des Zellmoduls (10) wenigstens ein elektronisches Schalterelement (63) aufweist, welches elektrisch die wenigstens eine Heizmatte (30) mit der wenigstens einen Einzelzelle (20) verbindet, um die Energieversorgung der Heizmatte (30) zu schalten, wobei vorzugsweise das Schalterelement (63) extern über einen Anschluss (50) aktivierbar ausgeführt ist.Cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an electronics (61) of the cell module (10) has at least one electronic switch element (63) which electrically connects the at least one heating mat (30) to the at least one individual cell (20). connects to switch the power supply of the heating mat (30), wherein preferably the switch element (63) externally via a connection (50) is designed to be activated. Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizmatte (30) zwischen jedem Paar benachbarter Einzelzellen (20) angeordnet ist, und vorzugsweise die jeweiligen Einzelzellen (20) direkt kontaktiert, wobei bevorzugt wenigstens vier oder wenigstens acht oder wenigstens 10 Einzelzellen (20) im Zellmodul (10) integriert sind.Cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the at least one heating mat (30) between each pair of adjacent individual cells (20) is arranged, and preferably the respective individual cells (20) contacted directly, preferably at least four or at least eight or at least 10 individual cells (20) are integrated in the cell module (10). Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Hochvolt-Anschluss zur elektrischen Verbindung mit einer externen Elektrik an einem Gehäuse (40) des Zellmoduls (10) vorgesehen ist, wodurch die Modulspannung extern bereitstellbar und/oder beeinflussbar ist.Cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that an electrical high-voltage connection for electrical connection to an external electrical system is provided on a housing (40) of the cell module (10), whereby the module voltage can be externally provided and / or influenced , Batteriesystem für ein Fahrzeug mit wenigstens zwei Zellmodulen (10), jeweils aufweisend: - wenigstens zwei Einzelzellen (20), welche elektrisch miteinander verschaltet sind, um eine Modulspannung des Zellmoduls (10) bereitzustellen, - wenigstens eine elektrische Heizmatte (30) zum Erwärmen der Einzelzellen (20), wobei die Heizmatte (30) im Zellmodul (10) integriert ist, und elektrisch mit wenigstens einer der Einzelzellen (20) verbunden ist, um die Energieversorgung der Heizmatte (30) über die Modulspannung bereitzustellen.Battery system for a vehicle having at least two cell modules (10), each comprising: at least two individual cells (20), which are electrically interconnected to provide a module voltage of the cell module (10), - At least one electric heating mat (30) for heating the single cells (20), wherein the heating mat (30) in the cell module (10) is integrated, and is electrically connected to at least one of the individual cells (20) to the power supply of the heating mat (30 ) via the module voltage.
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