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DE102024000647A1 - Cell module for a high-voltage battery and process - Google Patents

Cell module for a high-voltage battery and process

Info

Publication number
DE102024000647A1
DE102024000647A1 DE102024000647.8A DE102024000647A DE102024000647A1 DE 102024000647 A1 DE102024000647 A1 DE 102024000647A1 DE 102024000647 A DE102024000647 A DE 102024000647A DE 102024000647 A1 DE102024000647 A1 DE 102024000647A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
crash absorber
cell
cell module
connectors
cell connectors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024000647.8A
Other languages
German (de)
Inventor
Andreas Schurz
Fatih Engin
Julian Schmeiler
Stefan Riedlinger
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Priority to DE102024000647.8A priority Critical patent/DE102024000647A1/en
Publication of DE102024000647A1 publication Critical patent/DE102024000647A1/en
Pending legal-status Critical Current

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    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Zellmodul (10) für eine Hochvoltbatterie, mit einer Vielzahl von einseitig gepolten Rundzellen (12) in einem gemeinsamen Zellrahmen (14) und mit jeweiligen Zellverbindern (16), durch welche die Rundzellen (12) in einer vorgegebenen Anordnung verbunden sind, wobei die jeweiligen Zellverbinder (16) für eine jeweilige Kontaktierung (18) der Rundzellen (12) eingerichtet sind, wobei an dem Zellmodul (10) eine Crashabsorber-Struktur (20) ausgebildet ist, die durch an den jeweiligen Zellverbindern (16) angeordneten Crashabsorber-Elemente (22) der Crashabsorber-Struktur (20) zusammengesetzt ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren. The invention relates to a cell module (10) for a high-voltage battery, comprising a plurality of unilaterally polarized round cells (12) in a common cell frame (14) and having respective cell connectors (16) by which the round cells (12) are connected in a predetermined arrangement, wherein the respective cell connectors (16) are configured for a respective contact (18) of the round cells (12), wherein a crash absorber structure (20) is formed on the cell module (10), which crash absorber structure is composed of crash absorber elements (22) of the crash absorber structure (20) arranged on the respective cell connectors (16). The invention further relates to a method.

Description

Die Erfindung betrifft ein Zellmodul für eine Hochvoltbatterie gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Zellmoduls.The invention relates to a cell module for a high-voltage battery according to the preamble of patent claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for producing such a cell module.

Aus der DE 10 2020 121 878 A1 ist ein Zellmodul für eine Hochvoltbatterie offenbart, welche einseitig gepolte Rundzellen und einen gemeinsamen Zellrahmen mit Zellverbindern umfasst, wobei der Zellrahmen die Zellverbinder in einer vorgegebenen Anordnung verbindet und die Zellverbinder für eine Niedervoltkontaktierung der Rundzellen eingerichtet sind.From the DE 10 2020 121 878 A1 A cell module for a high-voltage battery is disclosed, which comprises single-sidedly polarized round cells and a common cell frame with cell connectors, wherein the cell frame connects the cell connectors in a predetermined arrangement and the cell connectors are configured for low-voltage contacting of the round cells.

Das Problem an solchen durch den Stand der Technik bekannten Zellmodul-Gehäusen von Rundzellenbatterien ist die Montage, bei welcher mehrere einzelne Bauteile in der Montagelinie aufgebaut werden müssen und wodurch es entsprechend zu Nachteilen kommt, wie beispielsweise der hohe Montageaufwand durch viele Montageschritte oder eine Toleranzproblematik beim Fügen beispielsweise der Zellspannungsabgriffe. Ferner kann eine Gesamtstruktursteifigkeit nicht optimal ausgenutzt werden und zudem werden hohe Kosten durch Schnittstellen, Fügestellen und Materialeinsatz erzeugt.The problem with such state-of-the-art cell module housings for round-cell batteries is the assembly process, which requires multiple individual components to be assembled on the assembly line. This leads to disadvantages such as high assembly effort due to multiple assembly steps or tolerance issues when joining cell voltage taps, for example. Furthermore, the overall structural rigidity cannot be optimally utilized, and high costs are generated by interfaces, joints, and material usage.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Zellmodul und ein Verfahren zu schaffen, durch welche eine Steifigkeitsverbesserung des Zellmoduls bereitgestellt wird und dabei insbesondere Montageschritte eingespart werden.The object of the invention is to provide a cell module and a method by which an improvement in the rigidity of the cell module is provided and, in particular, assembly steps are saved.

Diese Aufgabe wird mittels eines Zellmoduls mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mittels eines erfindungsgemäßen Verfahrens gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Zellmoduls sind als vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens anzusehen, wobei die Mittel des Zellmoduls zur Durchführung der Verfahrensschritte eingesetzt sind. Ferner sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung durch die abhängigen Patentansprüche, die folgende Beschreibung sowie durch die Figur beschrieben.This object is achieved by means of a cell module having the features of claim 1 and by means of a method according to the invention. Advantageous refinements of the cell module according to the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the method according to the invention, wherein the means of the cell module are used to carry out the method steps. Furthermore, advantageous developments of the invention are described by the dependent claims, the following description, and the figure.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Zellmodul für eine Hochvoltbatterie, insbesondere für einen wenigstens teilautonomen Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, mit einer Vielzahl von einseitig gepolten Rundzellen in einem gemeinsamen Zellrahmen. Ferner umfass das Zellmodul jeweilige Zellverbinder, durch welche die Rundzellen in einer vorgegebenen Anordnung verbunden sind, wobei die jeweiligen Zellverbinder für eine jeweilige Kontaktierung, insbesondere Niedervoltkontaktierung der jeweiligen Rundzellen eingerichtet sind.A first aspect of the invention relates to a cell module for a high-voltage battery, in particular for an at least partially autonomous motor vehicle, in particular a passenger car, comprising a plurality of single-ended round cells in a common cell frame. Furthermore, the cell module comprises respective cell connectors by which the round cells are connected in a predetermined arrangement, wherein the respective cell connectors are configured for a respective contact, in particular a low-voltage contact, of the respective round cells.

Um die Aufgabe der Erfindung zu lösen und somit eine Steifigkeitsverbesserung des Zellmoduls bereitzustellen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass an dem Zellmodul eine Crashabsorber-Struktur beziehungsweise Crashabsorptions-Struktur beziehungsweise Knautschzonen-Struktur ausgebildet ist, die durch an den jeweiligen Zellverbindern angeordneten Crashabsorber-Elementen der Crashabsorber-Struktur zusammengesetzt ist. Demnach ist es vorgesehen, dass insbesondere zur Reduzierung der zuvor erwähnten Montagekomplexität und der bereits bekannten Steifigkeitsmängel herkömmlicher Zellmodul-Gehäuse, die vorliegende Erfindung, die Anordnung der Crashabsorber- oder Knautschzonenstruktur bereitstellt. Diese Struktur besteht aus Crashabsorber-Elementen und umfasst demnach eine Vielzahl an solchen Crashabsorber-Elementen, die an den jeweiligen Zellverbindern des Zellmoduls angeordnet sind. Durch diese Integration soll die Steifigkeit des Zellmoduls verbessert werden, insbesondere soll eine robustere und somit auch stabilere Ausgestaltung bzw. Bauweise bereitgestellt werden. Darüber hinaus ermöglicht die Crashabsorber-Struktur eine Reduzierung der Montageschritte, da die sonst komplex aufzubauende Crashabsorber-Struktur durch die Vielzahl der bereits gebildeten Crashabsorber-Elemente bereitgestellt wird. Somit muss nicht nachträglich eine weitere Struktur eingefügt bzw. angeordnet werden, wodurch es zu einer insbesondere schnelleren, effizienteren und somit auch kostengünstigeren Herstellung kommt.In order to achieve the object of the invention and thus provide an improvement in the rigidity of the cell module, the invention provides that a crash absorber structure or crash absorption structure or crumple zone structure is formed on the cell module, which is composed of crash absorber elements of the crash absorber structure arranged on the respective cell connectors. Accordingly, it is provided that the present invention provides the arrangement of the crash absorber or crumple zone structure, particularly to reduce the aforementioned assembly complexity and the already known rigidity deficiencies of conventional cell module housings. This structure consists of crash absorber elements and accordingly comprises a plurality of such crash absorber elements arranged on the respective cell connectors of the cell module. This integration is intended to improve the rigidity of the cell module, in particular to provide a more robust and thus also more stable design or construction. Furthermore, the crash absorber structure enables a reduction in assembly steps, as the otherwise complex crash absorber structure is provided by the multitude of pre-formed crash absorber elements. This eliminates the need to subsequently insert or arrange an additional structure, resulting in faster, more efficient, and therefore more cost-effective production.

Somit wird ein Schutz bei Unfällen und/oder Kollisionen der die Hochvoltbatterie aufweisenden Kraftwagen ermöglicht, insbesondere indem die Energieabsorption und somit auch die korrespondierende Energieverteilung verbessert werden.This enables protection in the event of accidents and/or collisions involving motor vehicles equipped with the high-voltage battery, in particular by improving energy absorption and thus also the corresponding energy distribution.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweiligen einzelnen Crashabsorber-Elemente der Crashabsorber-Struktur mit den jeweiligen Zellverbindern einteilig ausgebildet sind. Durch diese einteilige Ausbildung der jeweiligen Zellverbinder mit dem Crashabsorber-Element kann eine Montage ermöglicht werden, bei welcher sowohl die Kontaktierung der Rundzellen als auch der Aufbau und somit die Funktion der Crashabsorber-Struktur gleichzeitig ermöglicht wird. In anderen Worten wird die Crashabsorber-Struktur während der Montage des Zellmoduls bereits hergestellt, ohne dass zusätzliche Schritte für die Anordnung oder Montage erforderlich sind.In an advantageous embodiment of the invention, the respective individual crash absorber elements of the crash absorber structure are formed integrally with the respective cell connectors. This integral design of the respective cell connectors with the crash absorber element enables assembly in which both the contacting of the round cells and the construction and thus the function of the crash absorber structure are simultaneously enabled. In other words, the crash absorber structure is already manufactured during assembly of the cell module, without the need for additional assembly or assembly steps.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Crashabsorber-Struktur eine Führungsstruktur mit Kanälen zur Führung von Leitungen ausgebildet ist, die durch an den jeweiligen Zellverbindern angeordneten Führungselemente der Führungsstruktur ausgebildet sind. Diese Führungsstruktur wird somit durch die Führungselemente gebildet, die an den Zellverbindern angebracht sind. Die Leitungen, beispielsweise für Zellspannungsabgriffe, werden anschließend bevorzugt mittels Drahtfädeltechnik oder mehrlagigen Flexfolien durch die insbesondere schmalen Kanäle oder durch andere geometrische Strukturen geführt. Sie werden direkt oder indirekt mit den umspritzten Zellverbindern kontaktiert. Diese Anordnung ermöglicht insbesondere eine geordnete Verkabelung innerhalb des Zellmoduls.In a further advantageous embodiment of the invention, it is provided that a guide structure with channels for guiding lines is formed on the crash absorber structure, which are formed by guide elements of the guide structure arranged on the respective cell connectors. This guide structure is thus The guide elements are formed, which are attached to the cell connectors. The cables, for example, for cell voltage taps, are then routed through the particularly narrow channels or other geometric structures, preferably using wire threading or multilayer flexible foils. They are contacted directly or indirectly with the overmolded cell connectors. This arrangement enables, in particular, orderly cabling within the cell module.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die jeweiligen einzelnen Führungselemente der Führungsstruktur mit den jeweiligen Zellverbindern einteilig ausgebildet sind. Dadurch wird auch hier während des Kontaktierungsprozesses gleichzeitig die Führungsstruktur aufgebaut. Dies bedeutet, dass die Führungselemente bereits während der Montage der Zellverbindungen bereitgestellt und somit die Leitungen direkt und gezielt zu den entsprechenden Anschlusspunkten geführt werden können.In another advantageous embodiment of the invention, the individual guide elements of the guide structure are formed integrally with the respective cell connectors. This also allows the guide structure to be constructed simultaneously during the contacting process. This means that the guide elements are already provided during the assembly of the cell connections, allowing the cables to be routed directly and precisely to the corresponding connection points.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass an der Crashabsorber-Struktur jeweilige Aufnahmebereiche zur Aufnahme von jeweiligen Sensoreinrichtungen und/oder weiteren anordenbaren Komponenten ausgebildet ist. Diese Aufnahmebereiche ermöglichen es, Sensoreinrichtungen bzw. Sensoren wie beispielsweise Temperatursensoren direkt mit dem Zellmodul zu verbinden und/oder elektrisch zu kontaktieren. Demnach wird eine direkte Anordnung bzw. Integration der Sensoreinrichtungen in das Zellmodul während des Kontaktierungsprozesses ermöglicht. Insbesondere ist diese Anordnung von Vorteil, wenn im Anschlussprozess eine Fixierung, beispielsweise durch ein Pottingmaterial wie Silikon, thermisch erfolgt. Dadurch werden die jeweiligen Sensoreinrichtungen direkt stabil fixiert.In another advantageous embodiment of the invention, the crash absorber structure is provided with respective receiving areas for receiving respective sensor devices and/or other arrangeable components. These receiving areas make it possible to directly connect and/or electrically contact sensor devices or sensors, such as temperature sensors, to the cell module. Accordingly, a direct arrangement or integration of the sensor devices into the cell module during the contacting process is enabled. This arrangement is particularly advantageous if, during the connection process, thermal fixation, for example, using a potting material such as silicone, is carried out. This ensures that the respective sensor devices are directly and stably fixed.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Crashabsorber-Struktur an einer zu einer zu den Rundzellen gerichteten ersten Seite entgegengesetzten zweiten Seite der Zellverbinder angeordnet ist. Diese Anordnung ermöglicht es, die Crashabsorber-Struktur gezielt in Richtung potenzieller Kollisionen auszurichten. Dadurch wird der verfügbare Bauraum effizient genutzt, ohne Platz zu verschwenden, der für die Anordnung der Rundzellen benötigt wird. Diese Bauweise verbessert die Gesamtleistung des Zellmoduls, da die Crashabsorber-Struktur so positioniert ist, dass bei einem Aufprall eine verbesserte Schutzwirkung bereitgestellt wird.In another advantageous embodiment of the invention, the crash absorber structure is arranged on a second side of the cell connectors, opposite a first side facing the round cells. This arrangement allows the crash absorber structure to be specifically aligned in the direction of potential collisions. This allows for efficient use of the available installation space without wasting the space required for arranging the round cells. This design improves the overall performance of the cell module because the crash absorber structure is positioned to provide improved protection in the event of an impact.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Crashabsorber-Struktur an einem Zellmodul für eine Hochvoltbatterie nach dem vorherigen Aspekt, wobei die Crashabsorber-Struktur durch jeweilige Crashabsorber-Elemente an jeweiligen Zellverbindern hergestellt wird. Dieses Verfahren ermöglicht es somit, einzelne Zellverbinder herzustellen bzw. bereitzustellen, die während des Kontaktierungsprozesses angewendet werden können, um direkt eine Crashabsorber-Struktur zu schaffen und somit Zeit bei der Montage einzusparen. Das Verfahren beginnt bspw. mit der Formgebung der Zellverbinder gemäß den spezifischen Anforderungen des Zellmoduls. Dabei ist es vorgesehen, dass die Zellverbinder derart hergestellt werden, dass sie sowohl die elektrische Verbindung der Rundzellen ermöglichen als auch die Funktion der Crashabsorber-Struktur bereitstellen können.A further aspect of the invention relates to a method for producing a crash absorber structure on a cell module for a high-voltage battery according to the previous aspect, wherein the crash absorber structure is produced by respective crash absorber elements on respective cell connectors. This method thus makes it possible to produce or provide individual cell connectors that can be used during the contacting process to directly create a crash absorber structure and thus save time during assembly. The method begins, for example, with the shaping of the cell connectors according to the specific requirements of the cell module. It is provided that the cell connectors are produced in such a way that they both enable the electrical connection of the round cells and can provide the function of the crash absorber structure.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Crashabsorber-Elemente und die jeweiligen Zellverbinder in einem Spritzgussverfahren einteilig ausgebildet werden. Dadurch erfolgt die Integration der Crashabsorber-Struktur direkt während des Spritzgusses des Zellmoduls. Dies bedeutet, dass während des Spritzgussverfahrens sowohl die Zellverbinder als auch die Crashabsorber-Elemente gleichzeitig geformt werden. Durch diese Fertigungstechnik entsteht eine Verbindung zwischen den Zellverbindern und der Crashabsorber-Struktur und somit die Einteiligkeit, wodurch es zu einer verbesserten strukturellen Integrität kommt.In an advantageous embodiment of the invention, the crash absorber elements and the respective cell connectors are formed as a single piece in an injection molding process. This allows the integration of the crash absorber structure directly during the injection molding of the cell module. This means that both the cell connectors and the crash absorber elements are formed simultaneously during the injection molding process. This manufacturing technique creates a connection between the cell connectors and the crash absorber structure, thus ensuring a single-piece design, resulting in improved structural integrity.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass Führungselemente einer Führungsstruktur mit Kanälen zur Führung von Leitungen und die jeweiligen Zellverbinder in einem Spritzgussverfahren einteilig ausgebildet werden. Ferner ist es auch möglich, die Zellverbinder und die Verbindungs- bzw. Anschluss-Stromschienen in den Spritzguss einzubetten. Somit ist möglich, nicht nur die Führungselemente und Zellverbinder gleichzeitig zu formen, sondern auch die Verbindungs- bzw. Anschluss-Stromschienen direkt in das Zellmodul zu integrieren.In another advantageous embodiment of the invention, it is provided that guide elements of a guide structure with channels for guiding cables and the respective cell connectors are formed as a single piece in an injection molding process. Furthermore, it is also possible to embed the cell connectors and the connecting or connecting busbars in the injection molding. This makes it possible not only to mold the guide elements and cell connectors simultaneously, but also to integrate the connecting or connecting busbars directly into the cell module.

In noch einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass in der Herstellung der Crashabsorber-Struktur jeweilige Aufnahmebereiche zur Aufnahme von jeweiligen Sensoreinrichtungen und/oder von weiteren anordenbaren Komponenten außerhalb jeweiliger von der Crashabsorber-Struktur benötigten Bereiche ausgebildet werden. Durch die Integration dieser Aufnahmebereiche während der Herstellung der Crashabsorber-Struktur wird ermöglicht, dass genügend Platz für die Installation von Sensoreinrichtungen und/oder den anderen Komponenten vorhanden ist.In another advantageous embodiment of the invention, during the manufacture of the crash absorber structure, respective receiving areas for accommodating respective sensor devices and/or other components that can be arranged are formed outside the respective areas required by the crash absorber structure. The integration of these receiving areas during the manufacture of the crash absorber structure ensures that sufficient space is available for the installation of sensor devices and/or the other components.

In anderen Worten soll eine Möglichkeit bereitgestellt werden, um eine Erweiterung des Zellrahmens für Rundzellen bzw. der Zellrahmen eines Rundzellensegments durch eine direkte Integration im Spritzgusswerkzeug zu realisieren bzw. bereitzustellen, wodurch weitere vorhandene Funktionen, die normalerweise durch separate Bauteile dargestellt werden, hinzugefügt werden können. Der Zellrahmen trägt dabei mehrere wichtige Funktionen, darunter das Halten der Rundzellen in Position, die Erhöhung der Struktursteifigkeit durch eine Verbindung zur Vergussmasse sowie die Verbindung der Zellen durch direkt umspritzte oder eingelegte Zellverbinder.In other words, a possibility should be provided to extend the cell frame for round cells or the cell frame of a round cell segment by direct integration to be realized or provided in the injection molding tool, allowing the addition of additional existing functions that are normally represented by separate components. The cell frame performs several important functions, including holding the round cells in position, increasing structural rigidity by connecting them to the potting compound, and connecting the cells via directly overmolded or inserted cell connectors.

Zusätzlich werden weitere Funktionen direkt in den Spritzguss integriert, wie zum Beispiel die Crashabsorber-Struktur, Sensorik wie Temperatursensoren, Spannungsabgriffe, die idealerweise mittels Drahtfädeltechnik oder mehrlagiger Flexfolien direkt an die Zellverbinder angebracht werden, Verbindungsstromschienen zu benachbarten Zellsegmenten oder Stromschienenanschlüssen, Daisychain-Anschlüsse und Leitungen sowie CSE-Anschlüsse.In addition, other functions are integrated directly into the injection molding, such as the crash absorber structure, sensors such as temperature sensors, voltage taps, which are ideally attached directly to the cell connectors using wire threading technology or multi-layer flex films, connecting busbars to neighboring cell segments or busbar connections, daisy chain connections and cables, and CSE connections.

Demnach sind idealerweise alle Funktionen in dem Zellmodul integriert.Therefore, ideally all functions are integrated into the cell module.

Ferner ist es noch möglich, das Einführen von Daisychain-Leitungen direkt auf der Spritzguss-Geometrie durchzuführen. Hierbei können die Leitungen ebenfalls in Drahtfädeltechnik oder mehrlagigen Flexleitern umgesetzt werden. Für den Anschluss an die Gesamtbatterie können dann anschließend Stecker angebracht werden. Das ist dadurch vorteilhaft, dass teure Daisychain Leitungssätze eingespart werden können, bzw. Doppelverlegungswege vermieden werden können und Steckerpositionen für eine Montage ideal ausgelegt werden können.It is also possible to insert daisy chain cables directly into the injection-molded geometry. The cables can also be implemented using wire threading technology or multilayer flexible conductors. Connectors can then be attached for connection to the overall battery. This is advantageous because expensive daisy chain cable sets can be eliminated, duplicate routing paths can be avoided, and connector positions can be ideally designed for assembly.

Beispielsweise ist eine Steckerposition an der Batterie/Hochvoltbatterie außen von großem Vorteil in der Montage, da sich der Werker nicht über die Hochvolt-Kontakte beugen muss, bzw. die Batterie/Hochvoltbatterie nicht umständlich mittels Anlagentechnik aufgerichtet werden muss. Es wird demnach auch eine gute Ergonomie im Hochvolt-Umfeld bereitgestellt.For example, an external connector position on the battery/high-voltage battery is a great advantage during assembly, as the worker doesn't have to bend over the high-voltage contacts or laboriously raise the battery/high-voltage battery using equipment. This also provides good ergonomics in the high-voltage environment.

Für die Umsetzung der CSE Anschlüsse wird beispielsweise ein separates Steuergerät integriert, insbesondere angeschraubt, eingegossen, gesteckt oder geclipst. Die Verbindung von Wickeldrähten oder Flexleitern erfolgt direkt an die Anschlüsse der CSE, idealerweise mit einer Verbindungstechnik, die robust und kostengünstig ist, beispielsweise durch Löten oder Schweißen. Somit sind lösbare oder steckbare Verbindungen nicht weiter Notwendig.For example, to implement the CSE connections, a separate control unit is integrated, particularly by screwing, molding, plugging, or clipping. Winding wires or flexible conductors are connected directly to the CSE connections, ideally using a robust and cost-effective connection technology, such as soldering or welding. This eliminates the need for detachable or pluggable connections.

Schließlich ermöglicht eine offene Crashabsorber-Struktur eine Kontaktierung von Zellbrücken zu für eine Reparaturlösung.Finally, an open crash absorber structure enables contact between cell bridges for a repair solution.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

  • Dabei zeigt die einzige 1 eine schematische Perspektivansicht auf ein Zellmodul mit einer integrierten Crashabsorber-Struktur.
Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawings. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as the features and combinations of features mentioned below in the description of the figures and/or shown alone in the figure, can be used not only in the respective combinations specified, but also in other combinations or on their own, without departing from the scope of the invention.
  • The only 1 a schematic perspective view of a cell module with an integrated crash absorber structure.

In der 1 sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.In the 1 Identical or functionally equivalent elements are provided with the same reference symbols.

1 zeigt eine schematische Perspektivansicht auf ein Zellmodul 10 für eine Hochvoltbatterie insbesondere für einen wenigstens teilautonomen Kraftwagen, welche eine Vielzahl von einseitig gepolten Rundzellen 12 darstellt, die in einem gemeinsamen Zellrahmen 14 angeordnet sind. Die Rundzellen 12 sind durch jeweilige Zellverbinder 16 verbunden, die insbesondere für eine Kontaktierung 18 insbesondere Niedervoltkontaktierung der Rundzellen 12 eingerichtet sind. An dem Zellmodul 10 ist eine Crashabsorber-Struktur 20 ausgebildet, die durch an den jeweiligen Zellverbindern 16 angeordnete Crashabsorber-Elemente 22 zusammengesetzt ist. Diese Crashabsorber-Elemente 22 sind hierbei einteilig mit den jeweiligen Zellverbindern 16 ausgebildet. 1 shows a schematic perspective view of a cell module 10 for a high-voltage battery, in particular for an at least partially autonomous motor vehicle, which represents a plurality of unilaterally polarized round cells 12 arranged in a common cell frame 14. The round cells 12 are connected by respective cell connectors 16, which are configured in particular for contacting 18, in particular low-voltage contacting, of the round cells 12. A crash absorber structure 20 is formed on the cell module 10 and is composed of crash absorber elements 22 arranged on the respective cell connectors 16. These crash absorber elements 22 are formed integrally with the respective cell connectors 16.

Des Weiteren ist an der Crashabsorber-Struktur 20 eine Führungsstruktur 24 mit Kanälen zur Führung von Leitungen 26 ausgebildet, die durch an den jeweiligen Zellverbindern 16 angeordnete Führungselemente 28 gebildet wird. Auch diese Führungselemente 28 sind einteilig mit den Zellverbindern 16 ausgebildet. Zusätzlich sind an der Crashabsorber-Struktur 20 Aufnahmebereiche 30 vorgesehen, die zur Aufnahme von Sensoreinrichtungen 32 und/oder weiteren Komponenten dienen.Furthermore, a guide structure 24 with channels for guiding lines 26 is formed on the crash absorber structure 20. This guide structure is formed by guide elements 28 arranged on the respective cell connectors 16. These guide elements 28 are also formed integrally with the cell connectors 16. In addition, receiving areas 30 are provided on the crash absorber structure 20, which serve to accommodate sensor devices 32 and/or other components.

Die Crashabsorber-Struktur 20 ist an einer zweiten Seite S2 der Zellverbinder 16 angeordnet, die der ersten Seite S1 entgegengesetzt ist. Diese Anordnung ermöglicht eine gezielte Ausrichtung der Crashabsorber-Struktur 20 in Richtung potenzieller Kollisionen des Kraftwagens. Dadurch wird der verfügbare Bauraum effizient genutzt, ohne Platz zu verschwenden, der für die Anordnung der jeweiligen Rundzellen 12 benötigt wird. Diese Ausrichtung ermöglicht eine hohe Schutzwirkung im Falle eines Aufpralls.The crash absorber structure 20 is arranged on a second side S2 of the cell connectors 16, which is opposite the first side S1. This arrangement enables a targeted orientation of the crash absorber structure 20 in the direction of potential collisions of the motor vehicle. This allows for efficient use of the available installation space without wasting the space required for the arrangement of the respective round cells 12. This orientation enables a high level of protection in the event of an impact.

Die Integration der Crashabsorber-Struktur 20 erfolgt direkt im Spritzgussverfahren des Zellmoduls 10. Idealweise werden auch die Zellverbinder 16 und die Verbindungs-/Anschluss-Stromschienen in den Spritzguss eingebettet.The integration of the crash absorber structure 20 takes place directly in the injection molding process of the cell module 10. Ideally, the cell connectors 16 and the connecting/terminal busbars are also embedded in the injection molding.

Des Weiteren können Sensoreinrichtungen 32, wie zum Beispiel Temperatursensoren, direkt mit dem Zellmodul 10 verbunden und elektrisch kontaktiert werden. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn im Anschlussprozess eine Fixierung mittels eines Pottingmaterials erfolgt. Die Leitungen der Zellpannungsabgriffe werden ebenfalls in den Spritzguss geführt und direkt oder indirekt an die umspritzten Zellverbinder 16 kontaktiert.Furthermore, sensor devices 32, such as temperature sensors, can be directly connected to the cell module 10 and electrically contacted. This is particularly advantageous if fixation is carried out using a potting material during the connection process. The lines of the cell voltage taps are also routed into the injection mold and contacted directly or indirectly to the overmolded cell connectors 16.

Schließlich ist es vorgesehen, ein Verfahren zum Herstellen des Zellmoduls 10 anzuwenden, bei welchem die Bereitstellung der Crashabsorber-Struktur 20 durch das Anbringen der entsprechenden Crashabsorber-Elemente 22 an den jeweiligen Zellverbindern 16 ermöglicht wird. Dies geschieht durch ein Spritzgussverfahren, bei dem die Crashabsorber-Elemente 22 und die Zellverbinder 16 in einem einzigen Schritt einteilig ausgebildet werden. Des Weiteren werden die Führungselemente 28 der Führungsstruktur 24 mit Kanälen zur Führung von Leitungen 26 und die Zellverbinder 16 ebenfalls im Spritzgussverfahren integriert. Ein zusätzlicher Schritt des Verfahrens kann darin bestehen, die Aufnahmebereiche 30 in der Crashabsorber-Struktur 20 zu schaffen, die zur Montage von Sensoreinrichtungen 32 oder anderen Komponenten notwendig sind.Finally, it is envisaged to use a method for manufacturing the cell module 10 in which the provision of the crash absorber structure 20 is enabled by attaching the corresponding crash absorber elements 22 to the respective cell connectors 16. This is done by an injection molding process in which the crash absorber elements 22 and the cell connectors 16 are formed as one piece in a single step. Furthermore, the guide elements 28 of the guide structure 24 with channels for guiding lines 26 and the cell connectors 16 are also integrated in the injection molding process. An additional step of the method can consist of creating the receiving areas 30 in the crash absorber structure 20, which are necessary for mounting sensor devices 32 or other components.

Zusammenfassend bietet diese Konstruktion des Zellmoduls 10 einen hohen Kostenvorteil durch Einsparung von Schnittstellen und Material, eine optimale Ausnutzung der Bauräume zur Erhöhung der Gesamtstruktursteifigkeit und ein robustes Produkt unter Einhaltung von einfachen Fertigungsprozessen für eine hohe Produktqualität.In summary, this design of the cell module 10 offers a high cost advantage by saving interfaces and material, optimal use of the installation space to increase the overall structural rigidity and a robust product while adhering to simple manufacturing processes for high product quality.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

1010
ZellmodulCell module
1212
RundzelleRound cell
1414
ZellrahmenCell frame
1616
ZellverbinderCell connectors
2020
Crashabsorber-StrukturCrash absorber structure
2222
Crashabsorber-ElementCrash absorber element
2424
FührungsstrukturManagement structure
2626
Leitungenlines
2828
FührungselementGuide element
3030
AufnahmebereichRecording area
3232
SensoreinrichtungSensor device
S1S1
erste Seitefirst page
S2S2
zweite Seitesecond page

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES CONTAINED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 10 2020 121 878 A1 [0002]DE 10 2020 121 878 A1 [0002]

Claims (10)

Zellmodul (10) für eine Hochvoltbatterie, mit einer Vielzahl von einseitig gepolten Rundzellen (12) in einem gemeinsamen Zellrahmen (14) und mit jeweiligen Zellverbindern (16), durch welche die Rundzellen (12) in einer vorgegebenen Anordnung verbunden sind, wobei die jeweiligen Zellverbinder (16) für eine jeweilige Kontaktierung (18) der Rundzellen (12) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Zellmodul (10) eine Crashabsorber-Struktur (20) ausgebildet ist, die durch an den jeweiligen Zellverbindern (16) angeordneten Crashabsorber-Elemente (22) der Crashabsorber-Struktur (20) zusammengesetzt ist.Cell module (10) for a high-voltage battery, with a plurality of round cells (12) with single-sided polarity in a common cell frame (14) and with respective cell connectors (16) by means of which the round cells (12) are connected in a predetermined arrangement, wherein the respective cell connectors (16) are designed for a respective contact (18) of the round cells (12), characterized in that a crash absorber structure (20) is formed on the cell module (10), which is composed of crash absorber elements (22) of the crash absorber structure (20) arranged on the respective cell connectors (16). Zellmodul (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen einzelnen Crashabsorber-Elemente (22) der Crashabsorber-Struktur (20) mit den jeweiligen Zellverbindern (16) einteilig ausgebildet sind.Cell module (10) according to Claim 1 , characterized in that the respective individual crash absorber elements (22) of the crash absorber structure (20) are formed in one piece with the respective cell connectors (16). Zellmodul (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass an der Crashabsorber-Struktur (20) eine Führungsstruktur (24) mit Kanälen zur Führung von Leitungen (26) ausgebildet ist, die durch an den jeweiligen Zellverbindern (16) angeordneten Führungselemente (28) der Führungsstruktur (24) ausgebildet sind.Cell module (10) according to Claim 1 or 2 , characterized in that a guide structure (24) with channels for guiding lines (26) is formed on the crash absorber structure (20), which are formed by guide elements (28) of the guide structure (24) arranged on the respective cell connectors (16). Zellmodul (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweiligen einzelnen Führungselemente (28) der Führungsstruktur (24) mit den jeweiligen Zellverbindern (16) einteilig ausgebildet sind.Cell module (10) according to Claim 3 , characterized in that the respective individual guide elements (28) of the guide structure (24) are formed in one piece with the respective cell connectors (16). Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der Crashabsorber-Struktur (20) jeweilige Aufnahmebereiche (30) zur Aufnahme von jeweiligen Sensoreinrichtungen (32) und/oder weiteren anordenbaren Komponenten ausgebildet ist.Cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that respective receiving areas (30) for receiving respective sensor devices (32) and/or further components that can be arranged are formed on the crash absorber structure (20). Zellmodul (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashabsorber-Struktur (20) an einer zu einer zu den Rundzellen (12) gerichteten ersten Seite (S1) entgegengesetzten zweiten Seite (S2) der Zellverbinder (16) angeordnet ist.Cell module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the crash absorber structure (20) is arranged on a second side (S2) of the cell connectors (16) opposite a first side (S1) directed towards the round cells (12). Verfahren zum Herstellen einer Crashabsorber-Struktur (20) an einem Zellmodul (10) für eine Hochvoltbatterie, welches eine Vielzahl von einseitig gepolten Rundzellen (12) in einem gemeinsamen Zellrahmen (14) umfasst und bei welchem mittels jeweiliger Zellverbinder (16) die Rundzellen (12) in einer vorgegebenen Anordnung verbunden sind, wobei die Zellverbinder (16) für eine Kontaktierung (18) der Rundzellen (12) eingerichtet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashabsorber-Struktur (20) durch jeweilige Crashabsorber-Elemente (22) an jeweiligen Zellverbindern (16) hergestellt wird.Method for producing a crash absorber structure (20) on a cell module (10) for a high-voltage battery, which comprises a plurality of single-sidedly polarized round cells (12) in a common cell frame (14) and in which the round cells (12) are connected in a predetermined arrangement by means of respective cell connectors (16), wherein the cell connectors (16) are designed for contacting (18) the round cells (12), characterized in that the crash absorber structure (20) is produced by respective crash absorber elements (22) on respective cell connectors (16). Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Crashabsorber-Elemente (22) und die jeweiligen Zellverbinder (16) in einem Spritzgussverfahren einteilig ausgebildet werden.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the crash absorber elements (22) and the respective cell connectors (16) are formed in one piece in an injection molding process. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass Führungselemente (28) einer Führungsstruktur (24) mit Kanälen zur Führung von Leitungen (26) und die jeweiligen Zellverbinder (16) in einem Spritzgussverfahren einteilig ausgebildet werden.Procedure according to Claim 7 or 8 , characterized in that guide elements (28) of a guide structure (24) with channels for guiding lines (26) and the respective cell connectors (16) are formed in one piece in an injection molding process. Verfahren nach Anspruch 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in der Herstellung der Crashabsorber-Struktur (20) jeweilige Aufnahmebereiche (30) zur Aufnahme von jeweiligen Sensoreinrichtungen (32) und/oder von weiteren anordenbaren Komponenten außerhalb jeweiliger von der Crashabsorber-Struktur (20) benötigten Bereiche ausgebildet werden.Procedure according to Claim 7 until 9 , characterized in that in the manufacture of the crash absorber structure (20) respective receiving areas (30) for receiving respective sensor devices (32) and/or further arrangeable components are formed outside respective areas required by the crash absorber structure (20).
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DE102020208836A1 (en) * 2020-07-15 2022-01-20 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung battery arrangement

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