DE102011089298A1

DE102011089298A1 - Batteriemodul für eim Hochspannungs-Batteriepack

Info

Publication number: DE102011089298A1
Application number: DE201110089298
Authority: DE
Inventors: Hae Kyu LIM
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2011-08-10
Filing date: 2011-12-20
Publication date: 2013-02-14
Also published as: KR20130017289A; US20130040180A1; JP2013038054A; CN102931364A

Abstract

Ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack ist offenbart. Das Batteriemodul ist derart ausgebildet so dass eine Vielzahl von Halterungsplatten und eine Vielzahl von Batteriezellen in einer vertikalen Richtung gestapelt werden und infolgedessen verhindert wird, dass ein fehlerhaftes Produkt durch einen falschen Zusammenbau hergestellt wird, und eine benötigte Anzahl von Batteriezellen aufweist, die modular gestapelt werden, was in Bezug auf eine Packung und das Verbessern der Kühlungseigenschaft der Batteriezellen infolgedessen von Vorteil ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Batteriemodule, welche ein Hochspannungs-Batteriepack bilden und insbesondere ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack, in welchem eine Vielzahl von Batteriezellen gestapelt oder geschichtet sind, um ein Modul zu bilden.
2. Beschreibung des Hintergrunds
Im Allgemeinen sind Hybrid-Elektro Fahrzeuge, Brennstoffzellen-Fahrzeuge und Elektrofahrzeuge Fahrzeuge, welche durch den Einsatz eines Elektromotors angetrieben werden und sie sind im Wesentlichen mit einem Hochspannungs-Batteriepack ausgestattet, um eine Antriebsenergie für den Elektromotor bereitzustellen. Der Hochspannungs-Batteriepack ist ausgebildet, um die benötigte Energie zu liefern, durch ein wiederholtes Laden und Entladen während das Fahrzeug läuft. Solche Hochspannungs-Batteriepacks weisen üblicherweise ein Batteriegehäuse, eine Vielzahl von Batteriemodulen, die in dem Batteriegehäuse installiert sind, und ein Batteriemanagementsystem (BMS) auf, das derart ausgebildet ist die Spannung, den Strom und die Temperatur der entsprechenden Zelleinheiten die das Batteriemodul bilden zu erfassen, so dass ihr Betrieb gesteuert werden kann.
Wie in 1 gezeigt ist, weist ein herkömmliches Batteriemodul eine Vielzahl von Batteriezellen 1, und eine obere Platte 2 und eine untere Platte 3 auf, die die oberen und unteren Abschnitte der Batteriezellen 1 halten oder unterstützen. Jede Batteriezelle 1 ist in die untere Platte 3 derart eingeführt, dass sie sich nach oben erstreckt. Der obere Abschnitt der Batteriezelle 1 ist in die obere Platte 2 eingeführt. Für den Zusammenbau der Batteriezelle 1 weisen die oberen und unteren Platten 2 und 3 Einführschlitze 2a und 3a auf, in welchen die Batterie 1 eingepasst ist.
Jedoch ist es sehr wahrscheinlich, dass wenn die Zellen zusammengebaut werden diese in der herkömmlichen Form falsch zusammengebaut werden, wenn die oberen und unteren Enden jeder Batteriezelle 1 in die Einführschlitze 2a und 3a der oberen und unteren Platten 2 und 3 eingepasst werden. Insbesondere ist lediglich die Anzahl von Batteriezellen 1 modular ausgebildet entsprechend der Einführschlitze 2a und 3a, so dass die Packungsnatur – oder Eigenschaft des Batteriemoduls nachteilig ist.
Das Vorgenannte ist im Wesentlichen dazu gedacht, das Verständnis des Hintergrunds der Erfindung zu erleichtern und nicht dazu gedacht, dass die vorliegende Erfindung in einen Bereich eines verwandten Gebiets fällt, welches dem Fachmann allgemein bekannt ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Dem entsprechend wurde die vorliegende Erfindung vor dem Hintergrund der vorgenannten Probleme gemacht, welche im Stand der Technik auftreten und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack bereitzustellen, das dazu gedacht ist die Herstellung eines fehlerhaften Produkts aufgrund eines falschen Zusammenbaus von Batteriezellen zu verhindern und ein Modul zu bilden, durch Stapel oder Schichten einer benötigten Anzahl von Batteriezellen, was bezüglich der Packung ebenfalls vorteilhaft ist.
Um das oben genannte Ziel zu erreichen, stellt die vorliegende Erfindung ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack für ein Fahrzeug bereit, welches eine Vielzahl von Halteplatten, welche in vertikaler Richtung gestapelt oder geschichtet und zusammengebaut sind, um voneinander in vorbestimmten Abständen beabstandet zu sein; eine Vielzahl von Batteriezellen, die gehalten werden und derart auf Halterplatten sitzen, dass eine Batteriezelle zwischen den Halterplatten angeordnet ist und ein Befestigungselement aufweist, das die Halterplatten integral miteinander verbindet.
Jede der Halterplatten kann eine Metallplattenelement aufweisen, auf welchem jede der Batteriezellen gesetzt ist, so dass das Metallplattenelement die Batteriezelle hält und dazu dient die Batteriezelle zu kühlen; und ein Gehäuseelement, das mit dem Metallplattenelement integriert ist, um einen Rahmen des Metallplattenelement zu bilden und die linken und rechten Enden der Batteriezelle zu halten oder zu stützen.
Die Batteriezellen können Elektroden aufweisen bzw. die Elektroden stehen von den linken und rechten Enden der entsprechenden Batteriezelle hervor und die Elektroden können miteinander in einer zickzack-Art verbunden sein, so dass die unterste Elektrode mit einer obersten Elektrode verbunden ist, wenn die Batteriezellen in den Halterungsplatten aufgestapelt oder aufgeschichtet werden.
Das Gehäuseteil kann an gegenüberliegenden Enden Elektrodenbefestigungsvertiefungen aufweisen, um den Elektroden jeder der Batteriezellen zu erlauben, in die Elektrodenbefestigungsvertiefungen eingeführt und eingesetzt zu werden.
Eine Vielzahl von hervorstehenden Abschnitten kann integral auf dem Metallplattenelement ausgebildet sein und in Kontakt mit der Batteriezelle gebracht werden, die unter dem Metallplattenelement angeordnet ist, um die Batteriezelle zu halten.
Das Metallplattenelement kann aus Aluminium hergestellt sein, um die Kühleigenschaft der Batteriezelle zu verbessern und das Gehäuseteil kann aus Kunststoff hergestellt sein. Das Befestigungsteil kann eine Vielzahl von langen Bolzen aufweisen, die integral durch Ecken oder Corner (engl. corners) der gestapelten oder geschichteten Halterungsteile verlaufen und Muttern, die auf den langen Bolzen entsprechend befestigt sind.
Vorzugsweise sind Luftkanäle oder Luftführungen zwischen den gestapelten Halterungsplatten und Batteriezellen ausgebildet, um einer Kühlluft ein Strömen zu erlauben. Jede der Halterungsplatten kann integral mit einem Plattenvorsprung und einer Plattenvertiefung ausgebildet sein, um die Position, an welcher die Halterungsplatte befestigt wird, wenn die Halterungsplatten gestapelt und zusammengebaut werden, zu kontrollieren. Die Plattenvorsprünge bzw. die Plattenvertiefungen können auf einer Oberfläche oder Oberseite und einer unteren Fläche oder Unterseite des Gehäuseteils der Halterungsplatten derart ausgebildet sein, dass sie in einer Reihe ausgerichtet sind.
Ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack gemäß der vorliegenden Erfindung ist darin vorteilhaft, dass eine Vielzahl von Halterungsplatten und eine Vielzahl von Batteriezellen in einer vertikalen Richtung gestapelt sind und dadurch verhindert wird, dass ein fehlerhaftes Produkt durch eine falsche Montage hergestellt wird und eine notwendige Anzahl von Batteriezellen gestapelt ist, um modular aufgebaut zu werden, was vorteilhaft im Sinne einer Packung ist und die Kühlungseigenschaft der Batteriezellen verbessert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die oben genannten und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer verständlich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, in welchen:
1 eine Ansicht ist, welche ein herkömmliches Batteriemodul darstellt;
2 eine Perspektivansicht ist, welche ein zusammengebautes Batteriemodul gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 eine Zusammenbaudarstellung ist, welche einen Montageprozess des Batteriemoduls gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt; und;
4 bis 6 Schnittansichten sind entlang der Linien I-I, Linie II-II bzw. Linie III-III von 2.
BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHUNGSFORMEN
Im Nachfolgenden wird ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Es ist so zu verstehen, dass der Begriff „Fahrzeug” oder „Wagen” oder andere ähnliche Begriffe, wie sie hierin verwendet werden, Motorfahrzeuge im Allgemeinen, wie Passagierfahrzeuge, einschließlich Geländewagen (SUV), Busse, Trucks, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge, einschließlich verschiedener Boote und Schiffe, Flugzeuge und dergleichen und einschließlich Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Plug-In Hybridfahrzeuge, wasserstoffbetriebene Fahrzeuge und anderen alternative Kraftstofffahrzeuge (z. B. Kraftstoffe dies aus anderen als Erdölquellen gewonnen werden) umfassen. Wie hierin Bezug genommen wird, ist ein Hybrid-Fahrzeug ein Fahrzeug das zwei oder mehr Energiequellen aufweist, beispielsweise sowohl mit Gas betriebene als auch elektrisch betriebene Fahrzeuge.
Wie in den 2 bis 6 gezeigt ist, weist das Batteriemodul für das Hochspannungs-Batteriepack der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Halterungsplatten 10, eine Vielzahl von Batteriezellen 20 und ein Befestigungsteil 30 auf. Die Halterungsplatten 10 sind in vertikaler oder senkrechter Richtung gestapelt oder geschichtet und so zusammengebaut, dass sie voneinander durch einen vorbestimmten Abstand beabstandet sind. Die Batteriezellen 20 werden gehalten und sitzen auf den Halterungsplatten 10 derart, dass eine Batteriezelle 20 zwischen den Halterungsplatten 10 angeordnet ist. Das Befestigungsteil 30 verbindet die Halterungsplatten 10 integral miteinander.
Hier weist jede Halterungsplatte 10 ein Metallplattenelement 11 und ein Gehäuseteil 12 auf. Die Batteriezelle 20 sitzt auf dem Metallplattenelement 11, so dass das Teil 11 die Batteriezelle 20 hält oder stützt und als Kühlung für die Batteriezelle 20 funktioniert. Das Gehäuseteil 12 ist mit dem Metallplattenelement 11 integriert, um einen Rahmen für das Metallplattenelement 11 zu bilden und linke und rechte Ende der Batteriezelle 20 zu halten oder zu stützen.
Ferner weisen die Batteriezellen 20 entsprechende Elektroden 21 auf. Die Elektroden 21 stehen von den linken und rechten Enden der korrespondierenden Batteriezelle 20 hervor. Die Elektroden 21 sind in zickzack-Form miteinander verbunden, wie in 4 gezeigt ist, so dass die unterste Elektrode 21 mit der obersten Elektrode 21 verbunden ist, wenn die Batteriezellen 20 aufgestapelt oder aufgeschichtet sind unter Verwendung der Halterungsplatten 10. Die Elektrodenbefestigungsvertiefungen 13 sind an gegenüberliegenden Enden des Gehäuseteiles 12 ausgebildet, so dass die Elektroden 21 jeder Batteriezelle 20 in die Elektrodenbefestigungsvertiefungen 13 eingeführt werden und darin sitzen.
Eine Vielzahl von vorspringenden Abschnitten 14 sind integral auf jedem Metallplattenelement 11 ausgebildet und werden in Kontakt mit der oberen Seite oder Oberfläche der Batteriezelle 20 gebracht, die unter dem Metallplattenelement 11 angeordnet ist, um die Batteriezelle 20 zu halten oder zu stützen und eine Bewegung der Batteriezelle 20 zu unterdrücken.
Das Metallplattenelement 11 kann aus Aluminium (Al) hergestellt sein, um die Kühlungseigenschaften der Batteriezelle 20 zu verbessern. Das Gehäuseteil 12 kann aus Kunststoff hergestellt sein. Durch das Herstellen des Metallplattenelements 11 aus Aluminium kann das Plattenteil 11 weiter die Kühlungseigenschaft der Batteriezelle 20 verbessern, da Aluminium eine gute thermische Leitfähigkeit aufweist. Ferner noch kann die Beständigkeit verbessert werden. Indem das Gehäuseteil 12 aus Kunststoff hergestellt wird kann die dargestellte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung den Aufbau leichter machen, die Haltbarkeit verbessern und eine elektrische Isolierung bereitstellen. Zusätzlich können das Metallplattenelement 11 und das Gehäuseteil 12 in eine einzelne Struktur durch Insert-Moulding oder Umspritzen integriert werden.
Das Befestigungsteil 30 weist eine Vielzahl von langen Bolzen oder Langbolzen 31 (engl. long bolts) auf, die durch Ecken der geschichteten oder gestapelten Halterungsplatten 10 verlaufen und Mutter 32 werden an den langen Bolzen 31 entsprechend befestigt.
Ferner weist jede Halterungsplatte 10 einen integralen Plattenvorsprung 15 und eine integrale Plattenvertiefung 16 auf, um die Position an welcher die Halterungsplatte 10 zusammengebaut wird zu kontrollieren oder zu steuern, wenn die Halterungsplatten 10 gestapelt und zusammengebaut werden. Hier sind der Plattenvorsprung 15 und die Plattenvertiefung 16 in dem Gehäuseteil 12 ausgebildet. Der Plattenvorsprung 15 und die Plattenvertiefung 16 können auf einer Oberfläche der Oberseite und einer unteren Fläche oder Unterseite des Gehäuseteils 12 ausgebildet sein derart, dass sie in einer Reihe angeordnet vorgesehen werden können.
Vorzugsweise sind Luftführungen oder Luftkanäle 17 zwischen den Halterungsplatten 10 und der Batteriezellen 20, die aufgestapelt sind, ausgebildet, um das Hindurchführen von Luft zu erlauben, welche eine Kühlung durchführt. Im Anschluss wird der Prozess des Zusammenbaus des Batteriemoduls nach der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Eine Halterungsplatte 10, welche ein Metallplattenelement 11 und ein Gehäuseteil 12 aufweist, wird auf einen Untergrund oder Boden gestellt. Danach wird, wie in 3 gezeigt ist, eine Batteriezelle 20 auf die Halterungsplatte 10 gesetzt. Die Batteriezellen 20 können miteinander in einer Reihe verbunden werden und ausgebildet werden, so dass die Elektroden 21 davon miteinander verbunden werden. Wenn eine Batteriezelle 20 auf der Halterungsplatte 10 sitzt, wird die Batteriezelle 20 auf das metallische Plattenteil 11 gesetzt, die Kante der Batteriezelle 20 wird auf das Gehäuseteil 12 gesetzt und die Elektroden 21 werden in die Elektrodenbefestigungsvertiefungen 13, die in linken und rechten Ende des Gehäuseteils 20 ausgebildet sind, eingeführt.
Nachdem eine Batteriezelle 20 auf einer Halterungsplatte 10 gesetzt wurde, wird eine andere Halterungsplatte 10 auf die Batteriezelle 20 gesetzt. Anschließend wird eine andere Batteriezelle 20 gedreht und, wie mit dem Pfeil R1 in 3 gezeigt ist, gesetzt. Anschließend wird eine andere Halterungsplatte 10 auf die Batteriezelle 20 gesetzt und eine andere Batteriezelle 20 wird gedreht und auf der Halterungsplatte 10 gesetzt, wie mit dem Pfeil R2 in 3 gezeigt ist. Auf diese Weise werden eine Vielzahl von Halterungsplatten 10 und eine Vielzahl von Batteriezellen 20 vertikal gestapelt oder geschichtet, wie in 4 gezeigt ist. Ferner werden die Batteriezellen 20 miteinander durch die Elektroden 21 verbunden, die miteinander in einer Zickzack-Form verbunden sind.
Die Halterungsplatten 10 und die Batteriezellen 20 sind aufgestapelt oder aufgeschichtet und am Platz oder vor Ort gesichert und dabei jede durch das Befestigungsteil 30, welches zum Beispiel die langen Bolzen 31 und die Mutter 32 aufweist.
Die gestapelten oder geschichteten Batteriezellen 20 werden durch hervorstehende Abschnitte 14 des Metallplattenelements 11 gehalten, um zu verhindern, dass die Batteriezellen 20 sich bewegen. Ferner, wenn die Halterungsplatten 10 und die Batteriezellen 20 vertikal gestapelt werden, werden Luftkanäle 17 zwischen den Halterungsplatten 10 und den Batteriezellen 20 gebildet, welche eine Leitung von Luft erlaubt, die eine Kühlfunktion ausführt. Dem entsprechend ist das Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung von Vorteil, da die Vielzahl von Batteriezellen 20 vertikal gestapelt werden und infolgedessen die Herstellung von fehlerhaften Produkten, die falsch zusammengebaut worden sind, verhindert wird. Ferner wird eine gewünschte Anzahl von Batteriezellen 20 gestapelt oder geschichtet, um ein Modul zu bilden, so dass es in Bezug auf die Packung oder Packungsdichte ebenfalls vorteilhaft ist. Zusätzlich wird ein hervorstehender Abschnitt 14 eines Metallplattenelements 11 welches aus Aluminium hergestellt sein kann, in Kontakt oder Verbindung mit einer Batteriezelle 2 während des Zusammenbaus gebracht, so dass die Kühleigenschaft der Batteriezelle 20, durch die hohe thermische Leitfähigkeit des Aluminiums, weiter verbessert wird. Ferner werden Luftkanäle 17 über und unter den gespalteten Batteriezellen 20 gebildet, um die Leitung von Luft zur Kühlung zu erlauben und infolgedessen die Kühleigenschaft der Batteriezelle 20 verbessert. Zusätzlich, wenn eine Vielzahl von Halterungsplatten 10 aufgestapelt oder aufgeschichtet werden, werden Plattenvorsprünge 15 in entsprechende Plattenvertiefungen 16 eingepasst oder eingeführt und infolgedessen der falsche Zusammenbau der Halterungsplatten 10 verhindert und die Zusammenbaupositionen gesteuert oder kontrolliert. Mehr noch ist das Batteriemodul gemäß der vorliegenden Erfindung vorteilhaft, da ein Gehäuseteil 12 einer Halterungsplatte 10 aus Kunststoff hergestellt ist und infolgedessen ein leichtes Gewicht aufweist, eine erhöhte Beständigkeit aufweist und eine Wärmezufuhr von außen verhindert und eine elektrische Isolierung bereitstellt.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für illustrative Zwecke offenbart wurden soll davon ausgegangen werden, dass für den Fachmann verschiedene Modifikationen, Zusätze und Ersetzungen möglich sind, ohne von den Prinzipien und dem Geist der Erfindung, wie er in den beigefügten Ansprüchen beschrieben ist, abzuweichen.

Claims

Ein Batteriemodul für ein Hochspannungs-Batteriepack für ein Fahrzeug, aufweisend: eine Vielzahl von Halterungsplatten, die in vertikaler Richtung gestapelt sind und derart zusammengebaut sind, dass sie voneinander in vorbestimmten Abständen beabstandet sind; eine Vielzahl von Batteriezellen, die gehalten werden durch und sitzen auf den Halterungsplatten, wobei eine Batteriezelle zwischen den Halterungsplatten angeordnet ist; und ein Befestigungsteil, das die Halterungsplatten integral miteinander verbindet.
Das Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei jede der Halterungsplatten aufweist: ein Metallplattenelement auf welches jede der Batteriezellen gesetzt wird, wobei das Metallplattenelement die Batteriezelle hält und als Kühlung für die Batteriezelle dient; und ein Gehäuseteil das mit dem Metallplattenelement intergiert ist, um einen Rahmen des Metallplattenelement zu bilden und linke und rechte Enden der Batteriezelle zu halten.
Das Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei die Batteriezellen entsprechende Elektroden aufweisen, wobei die Elektroden von den linken und rechten Enden der entsprechenden Batteriezelle hervorstehen, und die Elektroden miteinander in einer Zickzack-Anordnung verbunden sind, wobei eine unterste Elektrode mit einer obersten Elektrode verbunden ist, wenn die Batteriezellen durch die Halterungsplatten aufgestapelt sind.
Das Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei das Gehäuseteile auf gegenüberliegenden Enden davon Elektrodenbefestigungsvertiefungen aufweist, die erlauben, dass die Elektroden jeder der Batteriezellen in die Elektrodenbefestigungsvertiefungen eingeführt und eingesetzt werden können.
Das Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei eine Vielzahl von hervorstehenden Abschnitten integral auf dem Metallplattenelement ausgebildet sind und in Verbindung mit der Batteriezelle gebracht werden, die unter dem Metallplattenelement angeordnet ist, um die Batteriezelle zu halten.
Das Batteriemodul nach Anspruch 2, wobei das Metallplattenelement aus Aluminium hergestellt ist, um die Kühlungseigenschaft der Batteriezelle zu verbessern, und das Gehäuseteil aus Kunststoff hergestellt ist.
Das Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei das Befestigungsteil aufweist: eine Vielzahl von Langbolzen, die integral durch Ecken der gestapelten Halterungsplatten verlaufen, und Mutter, die an den entsprechenden Langbolzen befestigt sind.
Das Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei Luftführungen zwischen den gestapelten Halterungsplatten und den Batteriezellen gebildet sind, um Kühlluft hindurchströmen zu lassen.
Das Batteriemodul nach Anspruch 1, wobei jede der Halterungsplatten integral einen Plattenvorsprung und eine Plattenvertiefungen aufweisen, um die Position, an welcher die Halterungsplatte angebracht wird, zu steuern, wenn die Halterungsplatten gestapelt und zusammengebaut werden.
Das Batteriemodul nach Anspruch 9, wobei die Plattenvorsprünge bzw. die Plattenvertiefungen auf einer Oberseite und einer Unterseite des Gehäuseteils auf der Halterungsplatte gebildet sind derart, dass sie in einer Reihe ausgerichtet sind.