DE102018200608B4 - Cell module for a battery system - Google Patents
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Abstract
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,
wobei wenigstens ein Leiterelement (60) vorgesehen ist, welches eine Elektronik (61) des Zellmoduls (10) und die wenigstens eine Heizmatte (30) aufweist ,
wobei 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) 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 individual cells (20), wherein the heating mat (30) is integrated in the cell module (10) and is electrically connected to at least one of the individual cells (20) in order to provide a power supply to the heating mat (30) via the module voltage,
wherein at least one conductor element (60) is provided, which comprises an electronics (61) of the cell module (10) and the at least one heating mat (30),
wherein the conductor element (60) is arranged between the individual cells (20) and has 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).
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, the individual cells can be heated by an external heat supply.
In der
In der
Die
Weitere Batterien mit Temperiervorrichtungen sind in der
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 that complex wiring and increased space requirements are often required to provide the heating, for example, via heating devices. Therefore, it is an object of the present invention to at least partially remedy the disadvantages described above. In particular, it is an object of the present invention to reduce the complexity of the cell module required 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 8. 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 having the features of claim 1 and by a battery system having the features of claim 8. Further features and details of the invention emerge from the respective subclaims, the description, and the drawings. Features and details described in connection with the cell module according to the invention naturally also apply in connection with the battery system according to the invention, and vice versa, so that with regard to the disclosure of the individual aspects of the invention, reciprocal reference is or can always be made.
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.
- - at least two individual cells, preferably pouch cells, which are electrically interconnected to provide an (electrical) module voltage of the cell module,
- - at least one electric heating mat to heat the individual cells.
Hierbei ist 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.Here, it is provided that the at least one heating mat is integrated in the cell module and is electrically connected to at least one of the individual cells in order to provide energy to the at least one heating mat via the module voltage (i.e., possibly also at least a portion of the module voltage, e.g., only via the voltage of the at least one connected individual cell). This has the advantage that the heating mat can be operated independently of external voltage sources, i.e., it can preferably be provided entirely by the cell module. In this way, the wiring effort and complexity of the cell module are 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.Another particular advantage is that heating by means of at least one heating mat enables improved operation of the cell module. This is primarily due to the fact that the electrolyte's influence on the internal resistance deteriorates at low temperatures. This effect influences the performance of the cells and thus also the performance of a vehicle in which the cell module may 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 comprise at least one heating element, e.g., 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 greater extension (e.g., at least 10 times or at least 100 times) in the longitudinal and width directions than in the depth. A heating mat may also be understood to mean a heating foil that is flexibly deformable and/or bendable. Due to the electrical current flow through the heating element, which is enabled by the energy supply to the heating mat, heat radiation can occur. This can be suitable for heating the individual cells of the cell module and thus optimizing the operation of the individual cells. It can be crucial here that the heating mat is operated primarily and specifically to heat the individual cells, i.e., it is not merely 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 energy supply of the at least one heating mat is provided exclusively via the module voltage, i.e., an autonomous energy supply of the heating mat is used in the sense of a self-sufficient system, wherein preferably at least part of the module voltage is supplied to the heating mat for this purpose, wherein the module voltage is preferably provided by the individual cells and/or via an electrical connection of the cell module. The connection, preferably a high-voltage connection, is used, for example, to tap the cell voltage of the individual cells, i.e., the module voltage, and/or to charge the individual cells. For this purpose, the connection is formed in particular on the outside of the cell module, i.e., is designed to be contactable from outside the cell module. For example, the connection serves for the electrical connection to other cell modules in a battery system and/or for the connection to vehicle electronics and/or an on-board electrical system. To provide the connection, at least one or two terminals can be attached to a housing of the cell module, for example. The connection can be connected internally to the individual cells and/or the heating mat via electrical conductors in the housing. This has the advantage that no additional external connections are required to provide the energy supply to the heating mat.
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.To supply power to the at least one heating mat, the mat can, for example, have an electrical supply connection which is electrically connected to at least one voltage tap of at least one of the individual cells via an electrical conductor, such as at least one conductor track, a cable, or the like. Since the voltages of the individual cells can jointly form the module voltage, at least part of the module voltage can be tapped for the power supply of the heating mat. This has the advantage that the power supply can be provided internally, thus eliminating the need for a dedicated external power supply for the heating mat. In other words, it is not necessary to use a separate heating mat connection to supply power for commissioning the at least one heating mat. This makes it possible for the heating mat to be operated "autonomously" by the cell module. In this way, the cell module can be provided as a closed system. In addition, it can 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 rather an external supply of the module voltage. This externally supplied module voltage is primarily used to supply the individual cells with power, e.g., for charging. In this case, this module voltage only serves secondarily to supply power to at least one heating mat. When the individual cells are fully charged, the module voltage and thus also the power supply to at least one heating mat can also be provided exclusively internally by the individual cells.
Des Weiteren ist bei dem erfindungsgemäßen Zellmodul wenigstens ein Leiterelement vorgesehen, 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, the cell module according to the invention provides at least one conductor element, which comprises electronics of the cell module and the at least one heating mat. A conductor element is understood to be, for example, a (particularly flexible) circuit board or circuit, or a composite thereof, or the like. The conductor element comprises the at least one heating mat, for example, in such a way that at least some of the components of the heating mat are formed by electrical conductors of the conductor element. For example, the conductor element can 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, the individual cells are interconnected in parallel or series, thus providing the module voltage (e.g., depending on the circuit, as the sum of the voltages across the individual cells or corresponding to the voltage of an individual cell). For this purpose, at least one module voltage tap can be provided for this interconnection of the individual cells, e.g., via at least one electrically conductive connection between the respective terminals of the individual cells. In order to supply the at least one heating mat with energy, i.e., to enable heating operation of the heating mat, at least one of the individual cells can provide a voltage supply for the heating mat. In other words, the energy supply can be provided via the module voltage, i.e., the voltages of the individual cells. It is advantageous if the portion of the module voltage used for energy supply is adapted to a specification of the heating mat (i.e., 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, e.g., 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 part of the heating mat, in particular at least one component of the heating mat, is printed on a carrier element (of the conductor element). 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 (which stands for "positive temperature coefficient"). This has the advantage that the heating mat can be accommodated in the cell module in a space-saving manner.
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 can, for example, be designed as at least one printed circuit board, in particular a flexible printed circuit board. A flexible printed circuit board is understood in particular to be an FPC (Flexible Printed Circuit), i.e. 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 circuit board can be designed to be flexible and can therefore, if necessary, also be formed into different shapes and geometries (e.g., wound or bent). The conductor tracks and circuits can, for example, be printed onto the base material using an electrically conductive ink. The base material is designed, for example, as a carrier element, in particular a carrier film, and is 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 vorgesehen, 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 weist das Leiterelement eine Biegung auf, 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, within the scope of the invention, it is provided that the conductor element is arranged between the individual cells, i.e. 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 has 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 can, for example, be guided at least partially around the individual cells and/or wound and/or wound and/or run in a serpentine manner within the cell module in order to advantageously save space. Furthermore, energy efficiency can be improved by arranging it directly on the individual cells, since the heat does not first have to be transported to the cells via 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.Furthermore, it is optionally possible for the conductor element and/or the heating mat to be formed as a single piece, and/or for only a single conductor element and/or only a single heating mat to be provided in a cell module. It is advantageous in this case if exactly one conductor element and/or exactly one heating mat is provided in a cell module, since due to its bendability or flexibility it can be arranged between many or all of the individual cells, meaning that no further conductor elements or heating mats are necessary for extensive and large-area heating. Alternatively or additionally, several conductor elements and/or heating mats can be provided, each of which is arranged - in particular in a sandwich-like manner - 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, the conductor element can be designed as a flat conductor with a flexible carrier foil as the carrier element, and preferably as a flexible printed circuit. This enables flexible and adaptable integration into 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 the electronics of the cell module have 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 power supply of the heating mat, wherein the switch element is preferably designed to be activated externally via a connection (e.g., a pin). Alternatively or additionally, the electronics of the cell module can have 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 particularly advantageously regulated, e.g., automatically via an electronic control and/or regulating unit. For example, the control and/or regulating unit evaluates the detected temperature in order to actuate the switch element accordingly. The switching element, such as a transistor, relay, or the like, controls, for example, a current flow to the at least one heating mat in order to regulate the heating and thus influence 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 embodiment, the at least one heating mat can be arranged between each pair of adjacent individual cells, preferably directly contacting the respective individual cells, with preferably at least four, at least eight, or at least 10 individual cells being integrated into the cell module. This enables particularly efficient heating, in particular through 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, embodiments of the cell module according to the invention provide for an electrical connection, in particular a high-voltage connection, for electrical connection to an external electrical system to be arranged on a housing of the cell module, whereby the module voltage can be provided and/or influenced externally. The external electrical system is, for example, vehicle electronics or a component of an on-board electrical system, in particular a high-voltage on-board electrical system, of 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.
- - at least two individual cells which are electrically interconnected to provide a module voltage of the cell module,
- - at least one electric heating mat to heat 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.Here, the heating mat is integrated into the cell module and electrically connected to at least one of the individual cells in order to provide the energy supply to the heating mat via the voltage of this at least one individual cell, i.e., via the module voltage. Thus, the battery system according to the invention offers the same advantages as those 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 form, for example, a rechargeable energy storage device (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 designed, for example, 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 car and/or electric vehicle and/or hybrid vehicle. In embodiments of electric vehicles, the vehicle is preferably not provided with an internal combustion engine; it is then powered 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.
-
1 a perspective view of a cell module according to the invention, -
2 a further 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, identical reference numerals are used for the same technical features, even in different embodiments.
In
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.It can also be seen that a
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 is that this module voltage is also used to supply power to at least one
In
Gemäß
Ein Vorteil der flexiblen Ausgestaltung des Trägerelements 62 und damit auch der Heizmatte 30 wird anhand
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 exclusively within the scope of examples. Of course, individual features of the embodiments can be freely combined with one another, provided they are technically feasible, without departing from the scope of the present invention.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- ZellmodulCell module
- 2020
- Einzelzellesingle cell
- 3030
- Heizmatteheating mat
- 3131
- erste Heizmattefirst heating mat
- 3232
- zweite Heizmattesecond heating mat
- 3434
- n-te Heizmattenth heating mat
- 4040
- GehäuseHousing
- 4141
- EndplatteEnd plate
- 4242
- BodenFloor
- 4343
- Seitenwandside wall
- 4444
- weiteres Gehäuseelementadditional housing element
- 5050
- Anschluss, Terminalconnection, terminal
- 6060
- Leiterelement, flexible LeiterplatteConductor element, flexible printed circuit board
- 6161
- Elektronikelectronics
- 6262
- TrägerelementSupport element
- 6363
- SchalterelementSwitch element
- 6464
- TemperatursensorikTemperature sensors
Claims (8)
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|---|---|---|---|
| DE102018200608.3A DE102018200608B4 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Cell module for a battery system |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102018200608.3A DE102018200608B4 (en) | 2018-01-16 | 2018-01-16 | Cell module for a battery system |
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| DE102018200608A1 DE102018200608A1 (en) | 2019-07-18 |
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-
2018
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