DE102024002246A1

DE102024002246A1 - Battery module for a traction battery, method for manufacturing a battery module and traction battery

Info

Publication number: DE102024002246A1
Application number: DE102024002246.5A
Authority: DE
Inventors: Akramullah Aminy; Daniel Brändle
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2024-07-10
Filing date: 2024-07-10
Publication date: 2026-01-15

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (10) für eine Traktionsbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle (12), die mit einem einen Innenraum (14) umschließenden Gehäuse (16), das entlang der Längserstreckungsrichtung (18) ein eine Mantelfläche (20) ausbildenden Wandung (22) aufweist, wobei der Innenraum in Längserstreckungsrichtung einends von einem Boden und anderends von einem Deckel (24) begrenzt ist, und durch den Deckel zumindest ein Anschlusselement (26) ragt, welches mit einer ersten Elektrode eines im Innenraum (14) angeordneten galvanischen Elements verbunden ist, und der Deckel (24) einstückig mit wenigstens einem Zellverbinder (28) ausgebildet ist, der über den Deckel (24) hinausragt und ein Kontaktende (30) aufweist. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstelle eines Batteriemoduls (10) sowie eine ein Batteriemodul (10) aufweisende Traktionsbatterie. The invention relates to a battery module (10) for a traction battery with at least one battery cell (12), comprising a housing (16) enclosing an interior space (14) which has a wall (22) forming a lateral surface (20) along its longitudinal direction (18), wherein the interior space is bounded in its longitudinal direction at one end by a base and at the other by a cover (24), and through which at least one connection element (26) projects, which is connected to a first electrode of a galvanic cell arranged in the interior space (14), and the cover (24) is integrally formed with at least one cell connector (28) which projects beyond the cover (24) and has a contact end (30). The invention further relates to a method for manufacturing a battery module (10) and to a traction battery comprising a battery module (10).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle gemäß dem Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle gemäß dem Patentanspruch 6. Schließlich betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul gemäß dem Patentanspruch 10.The invention relates to a battery module for a traction battery with at least one battery cell according to claim 1. Furthermore, the invention relates to a method for manufacturing a battery module for a traction battery with at least one battery cell according to claim 6. Finally, the invention relates to a traction battery for a motor vehicle with at least one battery module according to claim 10.

Bei der Fertigung von Batterien, insbesondere Traktionsbatterien für Kraftfahrzeuge, werden sowohl prismatische Zellen beziehungsweise prismatisch geformte Zellen als auch Rundzellen als Batteriezellen innerhalb eines Batteriemoduls verwendet. Dabei werden diese zunächst angeordnet. Nach der erfolgten Anordnung werden die Batteriezellen im Anschluss daran parallel und/oder seriell verschaltet, wobei dies in der Regel durch sogenannte Zellverbinder geschieht. Diese Zellverbinder sind eigenständige Bauteile und müssen daher gesondert positioniert und kontaktiert werden, was zu umfangreichen Prozessen und hohen Kosten führen kann.In the production of batteries, especially traction batteries for motor vehicles, both prismatic cells and cylindrical cells are used within a battery module. These cells are first arranged. After this arrangement, the battery cells are then connected in parallel and/or series, usually using cell connectors. These cell connectors are separate components and therefore require individual positioning and contacting, which can lead to complex processes and high costs.

So sind Zellverbinder häufig Biege- und Stanzteile. Ferner zeigt die DE 10 2020 104 573 A1 eine Batteriezellenanordnung umfassend ein Gerüst und mehrere Batteriezellen jeweils zueinander in einer Hochrichtung gegenüberliegend und durch wenigstens eine Hochrichtung erstreckende Mantelfläche verbundene Stirnseite aufweisen, wobei die Batteriezellen in zellindividuellen Ausnehmungen des Gerüsts gehalten sind und zwischen den Mantelflächen und einer diesen zugewandte Innenseite der Ausnehmung jeweils ein Lückenfüller angeordnet ist.Cell connectors are often bent and stamped parts. Furthermore, the DE 10 2020 104 573 A1 a battery cell arrangement comprising a frame and several battery cells each opposite each other in a vertical direction and having an end face connected by at least one vertically extending cladding surface, wherein the battery cells are held in cell-individual recesses of the frame and a gap filler is arranged between the cladding surfaces and an inner side of the recess facing them.

Ferner zeigt die EP 1 883 126 A1 eine Zell-zu-Zell-Verbindungsplattform mit einem Schweißteil, das so geformt ist, dass es in ein kreisförmiges Ende eines Batteriegehäuses passt, und ein Verbindungsteil, das sich von dem Schweißteil aus erstreckt.Furthermore, the EP 1 883 126 A1 a cell-to-cell interconnect platform comprising a weld part shaped to fit into a circular end of a battery casing, and a connecting part extending from the weld part.

Ferner zeigt die WO 2012/063 381 A1 ein Batteriemodul mit mehreren zylindrischen Batteriezellen, wobei Elektronen der einzelnen Batteriezellen elektrisch verbunden sind und eine Verbindungsplatte an einer Position angeordnet ist, die ein Endteil der zylindrischen Batterie auf der einen Seite ist und auf der ein vorstehender Teil einer positiven Elektrode angeordnet ist.Furthermore, the WO 2012/063 381 A1 a battery module with several cylindrical battery cells, wherein electrons of the individual battery cells are electrically connected and a connecting plate is arranged at a position which is an end part of the cylindrical battery on one side and on which a protruding part of a positive electrode is arranged.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Batteriemodul beziehungsweise eine diesem zugrundeliegende Batteriezelle, ein Verfahren zur Herstellung der selbigen als auch eine Traktionsbatterie bereitzustellen, welche besonders einfach und somit kostengünstig beziehungsweise mit wenigen Prozessschritten gefertigt werden können.The object of the present invention is to provide a battery module or an underlying battery cell, a method for manufacturing the same, and a traction battery, which can be manufactured particularly simply and therefore cost-effectively or with few process steps.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Zeichnung.This problem is solved according to the invention by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments with further developments of the invention are the subject matter of the dependent claims, the description, and the drawings.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Batteriemodul für eine Traktionsbatterie, welches wenigstens eine Batteriezelle aufweist. Die wenigstens eine Batteriezelle des erfindungsgemäßen Batteriemoduls weist ein einen Innenraum umschließendes Gehäuse auf, das entlang der Längserstreckungsrichtung beziehungsweise Extrusionsrichtung ein eine Mantelfläche ausbildende Wandung aufweist, wobei der Innenraum in Längserstreckungsrichtung einenends von einem Boden und anderenends von einem Deckel begrenzt ist beziehungsweise verschlossen wird. Der Deckel ist so ausgebildet, dass durch diesen zumindest ein Anschlusselement ragt, welches mit einer ersten Elektrode eines im Innenraum angeordneten galvanischen Elements verbunden ist, wobei der Deckel einstückig beziehungsweise einteilig mit wenigstens einem Zellverbinder ausgebildet ist, der über den Deckel hinausragt und der Zellverbinder ein Kontaktende aufweist, welches insbesondere der Kontaktierung mit einem Anschluss einer weiteren Batteriezelle dient.A first aspect of the invention relates to a battery module for a traction battery, comprising at least one battery cell. The at least one battery cell of the battery module according to the invention has a housing enclosing an interior space, which has a wall forming a lateral surface along the longitudinal direction or extrusion direction, wherein the interior space is bounded or closed at one end in the longitudinal direction by a base and at the other end by a cover. The cover is designed such that at least one connection element projects through it, which is connected to a first electrode of a galvanic cell arranged in the interior space, wherein the cover is formed integrally with at least one cell connector that projects beyond the cover and the cell connector has a contact end which serves in particular for contacting a terminal of another battery cell.

Das galvanische Element der jeweiligen Zelle umfasst insbesondere die erste Elektrode und eine zweite Elektrode und einen mit diesen korrespondierenden Elektrolyten und basiert beispielsweise auf Lithium-Ionen-Basis. Die Wandung als auch der Deckel zusammen mit dem Boden bilden das Gehäuse und umschließen den Innenraum. Dass der Deckel einstückig beziehungsweise einteilig mit dem Zellverbinder ausgebildet ist, bedeutet, dass der Deckel und der Zellverbinder zusammen nur ein einziges Bauteil bilden und aus einem zugrundeliegenden Halbzeug gefertigt sind, beziehungsweise sind sie vor dem Zusammensetzen der Batteriezelle miteinander, insbesondere irreversibel, verbunden, und somit als ein Bauteil ausgebildet. Dabei ist eine Länge des Zellverbinders beziehungsweise insbesondere der Bereich, der über den Deckel hinausragt, an die Größe einer zur Mantelfläche senkrecht stehende Grundfläche, welche somit insbesondere die Größe des Deckels und/oder des Bodens beschreibt, der Batteriezelle und an die Position des in dem Deckel der jeweiligen Zelle angeordneten Anschlusselement abgestimmt. So kann bei einer Rundzelle die Länge des über den Deckel hinausragenden Zellverbinders im Wesentlichen dem Radius der Grundfläche entsprechen.The galvanic cell of each cell comprises, in particular, the first and second electrodes and a corresponding electrolyte, and is based, for example, on lithium-ion. The cell wall, the lid, and the base together form the housing and enclose the interior. The fact that the lid is formed as a single unit with the cell connector means that the lid and the cell connector together form a single component and are manufactured from a single base material. Alternatively, they are joined together, particularly irreversibly, before the battery cell is assembled, and thus formed as a single component. The length of the cell connector, or in particular the portion extending beyond the lid, is determined by the size of a base perpendicular to the cell's surface, which thus defines the size of the lid and/or the base, and by the position of the terminal element located in the lid of the respective cell. For example, in a cylindrical cell, the length of the cell connector extending beyond the lid can essentially correspond to the radius of the base.

Mit anderen Worten ist eine Batteriezelle für ein Batteriemodul so ausgebildet, unabhängig davon, ob es sich um eine prismatische Zelle oder eine Rundzelle handelt, an deren Deckel bereits ein oder insbesondere auch mehrere Zellverbinder vorgesehen sind. Dies eignet sich sowohl zu Serien-, parallel oder einer kombinierten Zellverschaltung. Dabei ist im einfachsten Fall, dass nur eine Batteriezelle vorgesehen ist, das Batteriemodul lediglich durch diese eine Batteriezelle gebildet. In der Regel umfasst das Batteriemodul jedoch mehrere Batteriezellen, wobei diese insbesondere bei der Fertigung des Batteriemoduls besonders einfach aufgrund der Zellverbinder miteinander kontaktiert werden können. Durch das vorgestellte Batteriemodul ergibt sich der Vorteil, dass zusätzlich Komponenten auf Batterieebene wegfallen können. Dies kann beispielsweise zu einer besonders bauteilarmen und somit ausfallsicheren Ausbildung des Batteriemoduls führen. Zusätzlich oder alternativ können dadurch Kosten eingespart werden, da beispielsweise eine besonders einfache Herstellung ermöglicht wird. So kann sich eine Zeitersparnis ergeben, da Zellverbinder nicht gesondert positioniert werden müssen. Darüber hinaus ergibt sich ein verringerter Übergangswiderstand durch Wegfall wenigstens einer Schweißung beziehungsweise eines Schweißpunktes.In other words, a battery cell for a battery module, regardless of whether it is a prismatic or cylindrical cell, is designed with one or more cell connectors already integrated into its lid. This is suitable for series, parallel, or combined cell connections. In the simplest case, where only one battery cell is used, the battery module consists solely of this single cell. However, the battery module typically comprises several battery cells, which can be easily connected to each other during manufacturing thanks to the cell connectors. The presented battery module offers the advantage of eliminating additional components at the battery level. This can lead, for example, to a particularly component-free and therefore more reliable battery module design. Additionally or alternatively, this can result in cost savings, as it enables significantly simpler manufacturing. Time savings can occur because cell connectors do not need to be positioned separately. Furthermore, the reduced contact resistance results from the elimination of at least one weld or spot weld.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung weist der Deckel eine, insbesondere napfförmige, Mulde auf. Zusätzlich oder alternativ weist der Deckel gegenüber der Wandung ein Übermaß auf. Mit anderen Worten weist der Deckel eine sich in Längserstreckungsrichtung zum Innenraum orientierte Vertiefung auf. Zusätzlich oder alternativ ist der Deckel etwas größer als die Wandung beziehungsweise die Öffnung, welche durch die Wandung beziehungsweise die Mantelfläche begrenzt wird und mittels des Deckels verschlossen werden soll. Sowohl durch die Ausgestaltung mit der Mulde als auch durch das Übermaß an der Wandung kann eine besonders einfache Kontaktierung beziehungsweise Verbindung zwischen Wandung und Deckel beispielsweise durch eine umlaufende Verschweißung ausgeführt werden.In an advantageous embodiment of the invention, the lid has a recess, in particular a cup-shaped one. Additionally or alternatively, the lid has an oversize relative to the wall. In other words, the lid has a depression oriented longitudinally towards the interior. Additionally or alternatively, the lid is slightly larger than the wall or the opening that is bounded by the wall or the outer surface and is to be closed by means of the lid. Both the design with the recess and the oversize of the wall allow for particularly simple contact or connection between the wall and the lid, for example, by circumferential welding.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der Deckel mittels einer Überlappverbindung mit der Wandung verbunden. Mit anderen Worten weist der Deckel zumindest eine Größe auf, sodass der Deckel bis zur Mantelfläche ragt, und mit dieser insbesondere bündig abschließt, wobei der Deckel im Wesentlichen flach, das heißt ohne Napf oder Mulde ausgebildet sein kann. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass eine besonders einfache Herstellung der Batteriezelle des Batteriemoduls ermöglicht wird.In a further advantageous embodiment of the invention, the lid is connected to the wall by means of an overlapping connection. In other words, the lid has at least one size such that it extends to the outer surface and, in particular, is flush with it, and the lid can be essentially flat, i.e., without a cup or recess. This offers the advantage of enabling particularly simple manufacturing of the battery cell of the battery module.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist das Anschlusselement von dem Deckel durch einen Isolator getrennt oder das Anschlusselement ist mit dem Deckel elektrisch leitend verbunden. Zusätzlich oder alternativ dient das Gehäuse als Kontakt für die zweite Elektrode des sich in dem Innenraum befindenden galvanischen Elements, indem es mit dieser elektrisch leitend verbunden ist. Mit anderen Worten kann die jeweilige Batteriezelle so ausgebildet sein, dass das Gehäuse im Wesentlichen als insbesondere negative Elektrode fungiert. Alternativ ist das Gehäuse als positive Elektrode beziehungsweise Pluspol ausgebildet. So kann je nach Anwendungsfall beziehungsweise Ausgestaltung des Batteriemoduls die eine oder die andere Variante gegebenenfalls von Vorteil sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the connecting element is separated from the cover by an insulator, or the connecting element is electrically connected to the cover. Additionally or alternatively, the housing serves as a contact for the second electrode of the galvanic cell located inside, by being electrically connected to it. In other words, the respective battery cell can be designed such that the housing essentially functions as the negative electrode. Alternatively, the housing can be designed as the positive electrode or positive terminal. Thus, depending on the application or design of the battery module, one or the other variant may be advantageous.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist die jeweilige Batteriezelle als prismatische Zelle oder als Rundzelle ausgebildet. Zusätzlich oder alternativ ist der Boden der Batteriezelle anlog ihrem Deckel ausgebildet, und somit insbesondere ebenfalls wenigstens einen Zellverbinder aufweist. Mit anderen Worten kann es sich bei der Batteriezelle um eine Rundzelle handeln, welche als senkrecht zu der Mantelfläche stehende Grundfläche einen Kreis aufweist oder die Zelle ist als prismatische Zelle ausgebildet, wobei die Grundfläche somit ein Prisma, im Wesentlichen beispielsweise ein Rechteck, bildet. Ferner kann der Deckel gleich beziehungsweise analog dem Boden ausgeführt sein, das heißt, dass in dem Boden ebenfalls ein Anschlusselement angeordnet sein kann, beziehungsweise das Anschlusselement durch diesen ragt und/oder der Boden darüber hinaus selbst einen weiteren Zellverbinder aufweist. Insbesondere kann der Boden selbst als Anschlusselement ausgeführt sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass sowohl die Form der Batteriezelle als auch deren Anschlussmöglichkeiten besonders vorteilhaft an das Batteriemodul angepasst werden können.In a further advantageous embodiment of the invention, the respective battery cell is designed as a prismatic cell or as a cylindrical cell. Additionally or alternatively, the base of the battery cell is designed analogously to its lid, and thus, in particular, also has at least one cell connector. In other words, the battery cell can be a cylindrical cell whose base, perpendicular to the lateral surface, is a circle, or the cell can be designed as a prismatic cell, in which case the base forms a prism, essentially, for example, a rectangle. Furthermore, the lid can be designed identically to or analogously with the base, meaning that a connection element can also be arranged in the base, or the connection element can project through it, and/or the base itself can also have another cell connector. In particular, the base itself can be designed as a connection element. This offers the advantage that both the shape of the battery cell and its connection options can be particularly advantageously adapted to the battery module.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls für eine Traktionsbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung. Bei dem Verfahren wird das galvanische Element über eine Öffnung in eine durch eine Wandung begrenzten Innenraum eingebracht und die Öffnung wird mit einem Deckel, der einstückig mit einem Zellverbinder ausgebildet ist, verschlossen. Bei dem Verschließen mittels des Deckels wird eine Elektrode des galvanischen Elements beziehungsweise die erste Elektrode des galvanischen Elements in Kontakt mit einem Anschlusselement kommen, welches durch den Deckel ragt. Im Anschluss wird der positionierte Deckel mit der Wandung verbunden. So wird durch das Verfahren die Batteriezelle in einem extra Arbeitsschritt mit dem zugehörigen Zellverbinder ausgebildet.A second aspect of the invention relates to a method for manufacturing a battery module for a traction battery with at least one battery cell according to the first aspect of the invention. In this method, the galvanic cell is inserted through an opening into an interior enclosed by a wall, and the opening is closed with a cover that is integrally formed with a cell connector. During closure by means of the cover, an electrode of the galvanic cell, or the first electrode of the galvanic cell, comes into contact with a connecting element that projects through the cover. Subsequently, the positioned cover is connected to the wall. Thus, in a separate step, the battery cell is formed with the associated cell connector.

Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des ersten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.Advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the first aspect of the invention, are to be regarded as advantageous embodiments and further developments, as well as advantages of the second aspect of the invention, and vice versa.

In vorteilhafter Ausgestaltung des Verfahrens werden wenigstens zwei verschlossene beziehungsweise fertig hergestellte Batteriezellen so zueinander positioniert, dass der Zellverbinder der einen Batteriezelle der wenigstens zwei Batteriezellen in Kontakt mit dem Anschluss der anderen beziehungsweise einer zweiten der wenigstens zwei Batteriezellen kommt und daraufhin mit diesem verbunden wird, das heißt das Anschlusselement der einen Zelle wird mit dem Zellverbinder der anderen Zelle kontaktiert und insbesondere fixiert verbunden. Alternativ dazu können bei dem Verfahren die zwei Batteriezellen so zueinander positioniert werden, dass der Zellverbinder der einen Batteriezelle in Kontakt mit dem Gehäuse der anderen Batteriezelle kommt und mit diesem verbunden wird. So können je nach Bedarf serielle und/oder parallele Verschaltungen mittels der wenigstens zwei Batteriezellen realisiert werden. So ergibt sich hierdurch der Vorteil, dass alleine durch die Positionierung der Zellen zueinander eine Schaltung aufgrund der an den Batteriezellen angeordneten Zellverbinder ausgebildet werden kann. So müssen nicht, wie im Stand der Technik, erst die Zellen positioniert und dann zusätzlich dazu die Zellverbinder in einem weiteren Schritt positioniert werden.In an advantageous embodiment of the method, at least two sealed or fully manufactured battery cells are positioned relative to each other such that the cell connector of one of the at least two battery cells comes into contact with the terminal of the other or a second of the at least two battery cells and is then connected to it; that is, the terminal element of one cell is contacted with the cell connector of the other cell and, in particular, securely connected. Alternatively, in the method, the two battery cells can be positioned relative to each other such that the cell connector of one battery cell comes into contact with the housing of the other battery cell and is connected to it. Thus, series and/or parallel circuits can be implemented using the at least two battery cells, as required. This offers the advantage that a circuit can be formed solely by positioning the cells relative to each other, based on the cell connectors arranged on the battery cells. Thus, unlike in the prior art, it is not necessary to first position the cells and then, in a further step, to position the cell connectors separately.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung werden das Verbinden von Wandung und Deckel und/oder das Verbinden von dem Zellverbinder mit dem Anschlusselement (der benachbarten Batteriezelle) beziehungsweise mit dem Gehäuse (der benachbarten Batteriezelle) mittels Schweißens und/oder mittels Klebens durchgeführt. Mit anderen Worten werden Wandung und Deckel zusammengeschweißt, insbesondere mittels Laserschweißens. Zusätzlich oder alternativ wird der Zellverbinder mit dem Anschluss einer benachbarten Batteriezelle oder deren Gehäuse insbesondere mittels Punktschweißens verschweißt. Zusätzlich oder alternativ können diese Komponenten entsprechend geklebt werden, wobei spezielle elektrisch leitende oder nicht leitende Kleber, welche insbesondere im ersten Fall einen besonders niedrigen Übergangswiderstand ausbilden, verwendet werden können. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer besonders einfachen Herstellung.In a further advantageous embodiment of the invention, the wall and lid are joined, and/or the cell connector is joined to the terminal element (of the adjacent battery cell) or to the housing (of the adjacent battery cell), by welding and/or by bonding. In other words, the wall and lid are welded together, particularly by laser welding. Additionally or alternatively, the cell connector is welded to the terminal of an adjacent battery cell or its housing, particularly by spot welding. These components can also be bonded accordingly, using special electrically conductive or non-conductive adhesives, which, in the first case, exhibit particularly low contact resistance. This offers the advantage of particularly simple manufacturing.

In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung wird der Deckel zusammen mit dem Zellverbinder als Tiefziehteil oder Stanzteil hergestellt. Mit anderen Worten wird die einstückige Deckel-Zellverbinder-Kombination tiefgezogen oder gestanzt. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass auf besonders einfache Weise eine Herstellung des Deckels mit dem Zellverbinder möglich ist, wodurch das Herstellen des Batteriemoduls besonders einfach erfolgen kann.In a further advantageous embodiment of the invention, the lid is manufactured together with the cell connector as a deep-drawn or stamped part. In other words, the one-piece lid-cell connector combination is deep-drawn or stamped. This offers the advantage that the lid and cell connector can be manufactured in a particularly simple manner, thus simplifying the production of the battery module.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Traktionsbatterie für ein Fahrzeug mit wenigstens einem Batteriemodul gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder mit einem Batteriemodul, welches gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung hergestellt ist.A third aspect of the invention relates to a traction battery for a vehicle with at least one battery module according to the first aspect of the invention and/or with a battery module manufactured according to the second aspect of the invention.

Dabei sind vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen sowie Vorteile des ersten und zweiten Aspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie Vorteile des dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.Advantageous embodiments, further developments and advantages of the first and second aspects are to be regarded as advantageous embodiments and further developments and advantages of the third aspect of the invention and vice versa.

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 den Figuren 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.Further advantages, features, and details of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment and from the drawing. The features and combinations of features mentioned above in the description, as well as those mentioned below in the figure description and/or shown in the figures alone, can be used not only in the combinations specified, but also in other combinations or individually, without departing from the scope of the invention.

Es zeigt:

1 eine schematische Schnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Batteriemoduls, welches mehrere Batteriezellen umfasst;
2 eine schematische Draufsicht auf einen Teil des Batteriemoduls gemäß 1; und
3 eine zweite Ausführungsform einer Batteriezelle für ein Batteriemodul in einer geschnittenen Seitenansicht.

It shows:

1 a schematic sectional view of a first embodiment of a battery module comprising several battery cells;
2 a schematic top view of part of the battery module according to 1 ; and
3 A second embodiment of a battery cell for a battery module in a cutaway side view.

Die 1 zeig in einer schematischen Schnittansicht ein Batteriemodul 10 für eine Traktionsbatterie mit wenigstens einer Batteriezelle 12, die mit einem einen Innenraum 14 umschließenden Gehäuse 16, das entlang einer Längserstreckungsrichtung 18 eine Mantelfläche 20 ausbildende Wandung 22 aufweist. Der Innenraum 14 in Längserstreckungsrichtung 18 ist einenends von einem Boden, welcher hier nicht gezeigt ist, und anderenends von einem Deckel 24 begrenzt. Durch den Deckel ragt zumindest ein Anschlusselement 26, welches mit einer nicht gezeigten ersten Elektrode eines im Innenraum 14 angeordneten galvanischen Elements verbunden ist. Der Deckel 24 ist einstückig beziehungsweise einteilig mit wenigstens einem Zellverbinder 28 ausgebildet, der über den Deckel 24 beziehungsweise die Grundfläche der jeweiligen Batteriezelle 12 hinausragt und dessen Länge insbesondere auf die Größe der Batteriezelle 12 zum Kontaktieren eines weiteren Anschlusselements 26 an einer weiteren Batteriezelle 12 ausgebildet ist. Dazu weist der Zellverbinder 28 am Ende des herausragenden Teils ein Kontaktelement 30 auf.The 1 Figure 1 shows a schematic sectional view of a battery module 10 for a traction battery with at least one battery cell 12, which is enclosed in a housing 16 surrounding an interior space 14 and has a wall 22 forming a lateral surface 20 along a longitudinal direction 18. The interior space 14 in the longitudinal direction 18 is bounded at one end by a base (not shown) and at the other end by a cover 24. At least one terminal element 26 projects through the cover and is connected to a first electrode (not shown) of a galvanic cell arranged in the interior space 14. The cover 24 is formed integrally with at least one cell connector 28, which projects beyond the cover 24 or the base of the respective battery cell 12 and whose length is determined, in particular, by the size of the battery cell 12. The cell connector 28 is formed by connecting a further connecting element 26 to a further battery cell 12. For this purpose, the cell connector 28 has a contact element 30 at the end of the protruding part.

Die Schnittansicht der 1 zeigt, dass der jeweilige Deckel 24 muldenförmig ausgebildet sein kann, wobei die Mulde insbesondere die Form eines Napfs hat, sodass der Deckel 24 insbesondere napfförmig ausgebildet ist. Zusätzlich kann der Deckel 24 gegenüber der Wandung 22 ein Übermaß aufweisen.The sectional view of the 1 This shows that the respective lid 24 can be trough-shaped, the trough being in particular the shape of a bowl, so that the lid 24 is in particular bowl-shaped. In addition, the lid 24 can have an excess dimension relative to the wall 22.

Anhand der Figuren. soll ferner ein Verfahren zum Herstellen eines entsprechenden Batteriemoduls 10 beziehungsweise der wenigstens zugehörigen Batteriezelle 12 gezeigt werden. The figures will also be used to show a method for manufacturing a corresponding battery module 10 or at least the associated battery cell 12.

So wird bei dem Verfahren in den von der Wandung 22 begrenzten Innenraum 14 durch eine Öffnung die galvanische Zelle eingebracht und anschließend wird die Öffnung mit dem Deckel 24 verschlossen, wobei eine erste Elektrode des galvanischen Elements in Kontakt mit dem Anschlusselement 26 kommt, welches durch den Deckel 24 ragt. Im Anschluss daran wird bei dem Verfahren der positionierte Deckel 24 mit der Wandung 22 verbunden, sodass die Batteriezelle 12 ohne einen extra Arbeitsschritt zusammen mit dem Zellverbinder 28 ausgebildet wird.In this process, the galvanic cell is inserted through an opening into the interior space 14, which is bounded by the wall 22. The opening is then closed with the cover 24, whereby a first electrode of the galvanic cell comes into contact with the terminal element 26, which protrudes through the cover 24. Subsequently, the positioned cover 24 is connected to the wall 22, so that the battery cell 12 is formed together with the cell connector 28 without any additional steps.

Dabei werden, wie sowohl die 1 als auch die Draufsicht der 2 zeigen, wenigstens zwei verschlossene beziehungsweise fertige Batteriezellen 12 so zueinander positioniert, dass die Zellverbinder 28 der einen Batteriezelle 12 in Kontakt mit dem Anschlusselement 26 der benachbarten Batteriezelle 12 kommt und mit dieser verbunden wird. Dabei können das Verbinden sowohl der Wandung 22 mit dem Deckel 24 als auch das Verbinden von Zellverbinder 28 mit dem Anschlusselement 26 mittels Schweißens, insbesondere Laserschweißens beziehungsweise Punktschweißens, erfolgen. Zusätzlich oder alternativ könnten die hier genannten Komponenten mittels Kleben verbunden werden.In this process, as both the 1 as well as the top view of the 2 The diagram shows that at least two sealed or completed battery cells 12 are positioned relative to each other such that the cell connector 28 of one battery cell 12 comes into contact with the terminal element 26 of the adjacent battery cell 12 and is connected to it. The connection of both the wall 22 to the cover 24 and the connection of the cell connector 28 to the terminal element 26 can be achieved by welding, in particular laser welding or spot welding. Additionally or alternatively, the components mentioned here could be joined by adhesive bonding.

Der Deckel 24 ist in einfacher Form mit dem wenigstens einen Zellverbinder 28 einstückig durch Tiefziehen oder als Stanzteil hergestellt.The lid 24 is manufactured in a simple form with at least one cell connector 28 in one piece by deep drawing or as a stamped part.

3 zeigt eine Batteriezelle 12 mit einer alternativen Ausführung, in der der Deckel 24 nicht napfförmig ausgebildet ist, sondern der Deckel 24 mittels einer Überlappungsverbindung mit der Wandung 22 verbunden ist. In den gezeigten Ausführungsbeispielen der Figuren ist die jeweilige Batteriezelle 12 als Rundzelle ausgebildet. Alternativ könnte die jeweilige Batteriezelle 12 auch als prismatische Zelle ausgebildet sein. Darüber hinaus könnte der Boden analog dem Deckel 24 ausgebildet sein, sodass dieser ebenfalls zumindest einen Zellverbinder 28 aufweist. 3 Figure 1 shows a battery cell 12 with an alternative embodiment in which the cover 24 is not cup-shaped, but rather connected to the wall 22 by means of an overlapping connection. In the embodiments shown in the figures, each battery cell 12 is designed as a cylindrical cell. Alternatively, each battery cell 12 could also be designed as a prismatic cell. Furthermore, the base could be designed analogously to the cover 24, so that it also has at least one cell connector 28.

Das Anschlusselement 26 ist in den Ausführungsbeispielen mittels eines Isolators 32 vom Deckel 24 getrennt. Alternativ könnte es auch mit diesem elektrisch leitend verbunden werden. In vorteilhafter Weise ist jedoch das Gehäuse 16 mit der zweiten Elektrode des galvanischen Elements verbunden.In the exemplary embodiments, the connecting element 26 is separated from the cover 24 by means of an insulator 32. Alternatively, it could also be electrically connected to the cover. Advantageously, however, the housing 16 is connected to the second electrode of the galvanic cell.

Anhand des hier vorgestellten Verfahrens sowie des hier vorgestellten Batteriemoduls 10 soll ferner eine Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug vorgestellt werden, welche wenigstens aus einem Batteriemodul gebildet ist, wobei sie insbesondere mehrere der gezeigten Batteriemodule 10 umfasst, welche mittels einer Verschaltung miteinander seriell und/oder parallel verschaltet werden können. Durch die Zellverbinder 28 im jeweiligen Batteriemodul 10 können die einzelnen Batteriezellen 12 sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltet werden.Based on the method and battery module 10 presented here, a traction battery for a motor vehicle is to be introduced, which is formed from at least one battery module, and in particular comprises several of the battery modules 10 shown, which can be connected to each other in series and/or parallel by means of a connection. The individual battery cells 12 can be connected to each other in both series and parallel by means of the cell connectors 28 in the respective battery module 10.

Durch das hier vorgestellte Batteriemodul 10 ergibt sich die Möglichkeit, dass in einem Deckel 24 einer prismatischen Zelle oder einer Rundzelle bereits eine oder mehrere Zellverbinder 28 vorgesehen sind, welche sich je nach Ausrichtung und Geometrie sowohl zur seriellen als auch zur parallelen oder einer kombinierten Zellverschaltung eignen. Aufgrund der napfförmigen Ausgestaltung des Deckels 24, insbesondere in Kombination mit einem leichten Übermaß gegenüber dem Zellgehäuse, kann auf besonders vorteilhafte Weise bei der Herstellung des Batteriemoduls eine umlaufende Laserverschweißung durchgeführt werden (siehe 1). Alternativ kann der Deckel 24 aber durch die Überlappungsverbindung ebenfalls einfach ausgebildet werden (siehe 3).The battery module 10 presented here offers the possibility of incorporating one or more cell connectors 28 in the cover 24 of a prismatic or cylindrical cell. Depending on their orientation and geometry, these connectors are suitable for series, parallel, or combined cell connections. Due to the cup-shaped design of the cover 24, particularly in combination with a slight oversize relative to the cell housing, a circumferential laser welding process can be advantageously performed during the manufacturing of the battery module (see [reference]). 1 Alternatively, the cover 24 can also be easily formed by means of the overlap connection (see 3 ).

Durch das hier vorgestellte Batteriemodul 10 und das korrespondierende Verfahren sowie die Traktionsbatterie ergeben sich Kostenvorteile durch Wegfall zusätzlicher Komponenten auf Batterieebene. Darüber hinaus kann eine Zeitersparnis erreicht werden, da Zellverbinder nicht mehr gesondert positioniert werden. Darüber hinaus ist ein besonders geringer Übergangswiderstand durch Wegfall einer Schweißung ermöglicht. So ist ein Zelldeckel mit inkludierten Zellverbinder 28 vorgestellt.The battery module 10 presented here, along with the corresponding process and the traction battery, offers cost advantages by eliminating additional components at the battery level. Furthermore, time savings are achieved because cell connectors no longer need to be positioned separately. In addition, a particularly low contact resistance is possible by eliminating welding. A cell cover with integrated cell connector 28 is presented.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010: BatteriemodulBattery module
1212: BatteriezelleBattery cell
1414: Innenrauminterior
1616: GehäuseHousing
1818: LängserstreckungsrichtungLongitudinal direction
2020: MantelflächeSurface area
2222: Wandungwall
2424: DeckelLid
2626: AnschlusselementConnection element
2828: ZellverbinderCell connectors
3030: KontaktendeEnd of contact
3232: Isolatorinsulator

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10 2020 104 573 A1 [0003]
EP 1 883 126 A1 [0004]
WO 2012/063 381 A1 [0005]

Claims

Battery module (10) for a traction battery with at least one battery cell (12), comprising a housing (16) enclosing an interior space (14), which has a wall (22) forming a lateral surface (20) along the longitudinal direction (18), wherein the interior space is bounded in the longitudinal direction on one side by a bottom and on the other side by a cover (24), and through the cover at least one terminal element (26) projects, which is connected to a first electrode of a galvanic cell arranged in the interior space (14), and the cover (24) is formed integrally with at least one cell connector (28) which projects beyond the cover (24) and has a contact end (30).

Battery module (10) according to claim 1, characterized in that the cover (24) has a recess and/or the cover (24) has an excess relative to the wall (22).

Battery module (10) after Claim 1 or 2 , characterized in that the lid (24) is connected to the wall (22) by means of an overlap connection.

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the connecting element (26) is separated from the cover (24) by an insulator (32) or the connecting element (26) is electrically connected to the cover (24) and/or the housing (16) is designed as a contact for a second electrode by being electrically connected to it.

Battery module (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the respective battery cell (12) is designed as a prismatic cell or as a cylindrical cell and/or that the bottom of the battery cell (12) is designed analogously to its lid (24).

Method for manufacturing a battery module (10) for a traction battery with at least one battery cell (12) according to one of the preceding claims, wherein a galvanic cell is introduced through an opening into an interior space (14) bounded by a wall (22) and the opening is closed with a cover (24) which is integrally formed with a cell connector (28), wherein a first electrode of the galvanic cell comes into contact with a connecting element (26) which projects through the cover (24) and the positioned cover (24) is connected to the wall (22).

Procedure according to Claim 6 , characterized in that at least two battery cells (12) are positioned relative to each other such that the cell connector (28) of one battery cell (12) comes into contact with the terminal element (26) of the other battery cell (12) or the housing (16) of the other battery cell (12) and is connected to it.

Procedure according to Claim 6 or 7 , characterized in that the joining of the wall (22) and the cover (24) and/or the joining of the cell connector (28) to the connecting element (26) or to the housing (16) is carried out by welding and/or by gluing.

Procedure according to Claim 6 , 7 or 8 , characterized in that the lid (24) together with the cell connector (28) is manufactured as a deep-drawn part or a stamped part.

Traction battery for a motor vehicle with at least one battery module (10) according to one of the Claims 1 until 5 and/or with a battery module (10) which is connected by a method according to one of the Claims 6 until 9 is manufactured.