DE102024003167B3

DE102024003167B3 - Battery module

Info

Publication number: DE102024003167B3
Application number: DE102024003167.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Elsner
Original assignee: Mercedes Benz Group AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2024-09-27
Filing date: 2024-09-27
Publication date: 2026-01-29
Anticipated expiration: 2044-09-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1) mit mehreren Batterieeinzelzellen (3, 5), zwischen welchen Zwischenbleche (2, 4, 6, 14) angeordnet sind. Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (3, 5) als Rundzellen ausgebildet sind, wobei die Zwischenbleche (2, 4, 6, 14) quer zu einer Längsrichtung (L) verlaufende Einbuchtungen aufweisen, in welchen jeweils wenigstens eine der Batterieeinzelzellen (3, 5) mit einem Teil ihres Umfangs angeordnet ist und die Zwischenbleche (2, 4, 6, 14) entlang ihrer Stirnkanten parallel zur Längsrichtung (L) mit einem Deckblech (15) verbunden sind, wobei die Verbindungen als Schweißverbindungen, insbesondere als Laserschweißnähte (9, 13, 16), ausgebildet sind. The invention relates to a battery module (1) with several individual battery cells (3, 5) between which intermediate plates (2, 4, 6, 14) are arranged. The battery module according to the invention is characterized in that the individual battery cells (3, 5) are designed as cylindrical cells, wherein the intermediate plates (2, 4, 6, 14) have indentations extending transversely to a longitudinal direction (L), in which at least one of the individual battery cells (3, 5) is arranged with a portion of its circumference, and the intermediate plates (2, 4, 6, 14) are connected along their end edges parallel to the longitudinal direction (L) to a cover plate (15), wherein the connections are designed as welded joints, in particular as laser welds (9, 13, 16).

Description

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul mit mehreren Batterieeinzelzellen, zwischen welchen Zwischenbleche angeordnet sind.The invention relates to a battery module with several individual battery cells, between which intermediate sheets are arranged.

Batterien mit einem oder mehreren Batteriemodulen, insbesondere Hochvoltbatterien im Sinne der ECE R100, sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden häufig in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Neben den eigentlichen Eigenschaften zur Speicherung von elektrischer Antriebsenergie sind die Batterien oder Batteriemodule häufig auch in die tragende Konstruktion des Fahrzeugs mit eingebunden. Sie bilden dabei entweder direkt tragende Bauteile aus oder weisen eine ausreichende Festigkeit auf, um im Falle eines Unfalls die Gefahr einer Beschädigung des Batteriemoduls zu minimieren. Wichtig ist hier auch eine sehr hohe Steifigkeit des Gesamtmoduls, da es die Steifigkeit und Fahreigenschaften des Fahrzeugs massiv beeinflusst. Daher sind dort aktuell sehr aufwändige Rahmenkonstruktionen um die eigentlichen Batteriezellen beispielsweise aus Strangpressprofilen oder Umformteilen üblich. In der Regel muss auch das eigentliche Fach der Batterien zur Steifigkeit beitragen, um einen Kompromiss zwischen Batteriekapazität und Steifigkeit des Fahrzeugs zu erzielen.Batteries with one or more battery modules, especially high-voltage batteries as defined by ECE R100, are known from the prior art. They are frequently used in vehicles with at least partial electric drive. Besides their actual function of storing electrical drive energy, the batteries or battery modules are often integrated into the vehicle's load-bearing structure. They either form load-bearing components themselves or possess sufficient strength to minimize the risk of damage to the battery module in the event of an accident. A very high rigidity of the overall module is also crucial, as it significantly influences the vehicle's stiffness and handling characteristics. Therefore, currently, very complex frame structures around the actual battery cells, made of extruded profiles or formed parts, are common. As a rule, the battery compartment itself must also contribute to the vehicle's stiffness in order to achieve a compromise between battery capacity and overall vehicle rigidity.

In der Praxis werden beispielsweise bei Batteriemodulen mit sogenannten Rundzellen, also Batterieeinzelzellen mit einem zylindrischen Gehäuse, Schäume oder Vergussmassen eingesetzt um innerhalb eines Gehäuses den gesamten Freiraum um die Batterieeinzelzellen mit der Vergussmasse auszufüllen. Hierdurch sind die Zellen sicher fixiert und der gesamte Blocke der Batteriezellen auch ausreichend steif. Dies ist einerseits aufwändig und teuer und verursacht bei einem eventuellen Recycling der Batterie häufig Probleme, da einerseits der Kleber bzw. die Vergussmasse nicht recycelt werden können und andererseits durch das Einbetten der Batterieeinzelzellen in den Kleber Aufbauten entstehen, welche nur sehr schwer demontiert werden können. Auch in der Fertigung sind derartige Klebstoffe und/oder Vergussmassen kritisch, da sie oftmals gesundheitsgefährdend sind. Ferner ist der Auftrag des Klebers beispielsweise über Klebepistolen entsprechend aufwändig und erfordert einen hohen Zeitaufwand für die Reinigung. Rest des Klebers sind außerdem oft sehr aufwändig in der Entsorgung.In practice, for example, in battery modules with so-called cylindrical cells (individual battery cells with a cylindrical housing), foams or potting compounds are used to fill the entire space around the individual battery cells within the housing. This securely fixes the cells and ensures sufficient rigidity for the entire battery cell block. However, this process is both complex and expensive, and often causes problems when the battery is recycled. This is because the adhesive or potting compound cannot be recycled, and the embedding of the individual battery cells in the adhesive creates structures that are very difficult to disassemble. Such adhesives and/or potting compounds are also problematic in manufacturing, as they are often hazardous to health. Furthermore, applying the adhesive, for example with glue guns, is quite laborious and requires significant cleanup time. Disposing of the remaining adhesive is also often very difficult.

Die DE 10 2013 020 942 A1 beschreibt einen Aufbau eines Batteriemoduls mit Flachzellen, welche zwischengelegte Rahmen beispielsweise aus Blechen aufweisen, welche gleichzeitig die Zellverbinder darstellen und zur elektrischen Kontaktierung miteinander verschweißt sind. Einen ähnlichen Aufbau beschreibt die gattungsgemäße DE 10 2021 131 506 A1 auch für Rundzellen.The DE 10 2013 020 942 A1 This describes a battery module structure with flat cells, which have intermediate frames, for example made of sheet metal, that simultaneously serve as cell connectors and are welded together for electrical contact. A similar structure is described by the generic term... DE 10 2021 131 506 A1 also for round cells.

Weitere ähnliche Aufbauten mit Rundzellen, bei denen auf eine Schweißverbindung von Boden, Zwischenbelchen und Deckel, anders als in der gattungsgemäßen Schrift, jedoch verzichtet wird, sind aus der DE 10 2022 128 743 A1 und der DE 10 2022 103 690 A1 bekannt.Other similar structures with round cells, in which, unlike in the generic description, a welded connection between the base, intermediate plates and lid is omitted, are from the DE 10 2022 128 743 A1 and the DE 10 2022 103 690 A1 known.

Zum weiteren allgemeinen Stand der Technik bezüglich der Verwendung von Rundzellen kann auf die DE 10 2021 124 360 A1 verwiesen werden, welche im Wesentlichen Zellverbinder beschreibt, welche auf die Enden von Rundzellen aufgesteckt werden können, um sich mit dem den einen Batteriepol der Rundzelle ausbildenden Teil des Gehäuses zu verbinden.For further general information on the state of the art regarding the use of cylindrical cells, reference can be made to the following: DE 10 2021 124 360 A1 Reference is made to cell connectors, which essentially describe cell connectors that can be attached to the ends of cylindrical cells to connect to the part of the housing that forms one battery terminal of the cylindrical cell.

In Anbetracht des oben Gesagten wäre es nun wünschenswert ein Batteriemodul mit hoher mechanischer Steifigkeit und Stabilität bereitzustellen, welches dennoch einfach im Aufbau ist und bei Bedarf auch gut recycelt werden kann.In light of the above, it would now be desirable to provide a battery module with high mechanical stiffness and stability, which is nevertheless easy to construct and can also be easily recycled if necessary.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen im Anspruch 1, und hier insbesondere im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1, gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this problem is solved by a battery module having the features of claim 1, and in particular those of the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments are described in the dependent claims.

Bei dem erfindungsgemäßen Batteriemodul ist es vorgesehen, dass die Batterieeinzelzellen als Rundzellen ausgebildet sind. Sie sind zwischen Zwischenblechen angeordnet, wobei die Zwischenbleche quer zu einer Längsrichtung verlaufende Einbuchtungen aufweisen, in welchen jeweils wenigstens eine der Batterieeinzelzellen mit einem Teil ihres Umfangs angeordnet ist. Idealerweise ist dabei eine der Batterieeinzelzellen in die jeweilige Einbuchtung gelegt, es können jedoch auch mehrere sein. Vorzugsweise sind diese dann mit ihren Mittelachsen fluchtend angeordnet.In the battery module according to the invention, the individual battery cells are designed as cylindrical cells. They are arranged between intermediate plates, the intermediate plates having indentations extending transversely to a longitudinal direction, in each of which at least one of the individual battery cells is arranged with a portion of its circumference. Ideally, one of the individual battery cells is placed in the respective indentation, but there can also be several. Preferably, these are then arranged with their central axes aligned.

Die Rundzellen werden also zwischen Zwischenblechen aufgenommen, welche Einbuchtungen für jeweils einen Teil des Umfangs der Batterieeinzelzelle aufweisen. Die Rundzellen können so in den Einbuchtungen positioniert und von einem weiteren Zwischenblech abgedeckt werden. Dieses weist ebenfalls mit den Batterieeinzelzellen korrespondierende Einbuchtungen auf, um die Batterieeinzelzellen so zwischen den Einbuchtungen benachbarter Zwischenbleche aufnehmen zu können. Hierin können die Batterieeinzelzellen beispielsweise mechanisch durch Kanten, Vorsprünge oder dergleichen gehalten sein. Auch eine Halterung über Kraftschluss bzw. Reibschluss, durch das Verpressen der Zwischenbleche untereinander, ist denkbar. Durch diese Anordnung kann auf aufwändige Klebemassen oder das Ausschäumen von Zwischenräumen verzichtet werden. Vielmehr sind die Batterieeinzelzellen zwischen ihren Zwischenblechen fest aufgenommen. Die Zwischenbleche sorgen dabei für eine hohe Stabilität des Batteriemoduls, welches beispielsweise in einem Batteriegehäuse angeordnet werden kann, wobei die Zwischenbleche mit dem Batteriegehäuse verbunden werden können.The cylindrical cells are thus held between intermediate plates, each of which has indentations corresponding to a portion of the circumference of the individual battery cell. The cylindrical cells can be positioned in these indentations and covered by another intermediate plate. This second plate also has indentations corresponding to the individual battery cells, allowing the individual battery cells to be held between the indentations of adjacent intermediate plates. The individual battery cells can be held in place mechanically, for example, by edges, protrusions, or similar features. A holding mechanism based on force or friction, achieved by pressing the intermediate plates together, is also conceivable. This arrangement eliminates the need for complex adhesives or foam filling of gaps. Instead, the individual battery cells are securely held between their intermediate plates. These intermediate plates ensure high stability for the battery module, which can, for example, be housed in a battery casing, with the intermediate plates being connected to the casing.

Erfindungsgemäß sind die Zwischenbleche und/oder die Zellgehäuse der Batterieeinzelzellen elektrisch isolierend beschichtet. Über eine solche elektrisch isolierende Beschichtung kann gewährleistet werden, dass die Zwischenbleche primär die Aufgabe einer Stabilisierung des Batteriemoduls übernehmen und nur dann in elektrischen Kontakt mit den Batterieeinzelzellen kommen, wenn dies explizit gewünscht ist. Hierfür können dann einzelne Bereiche hinsichtlich der elektrisch isolierenden Beschichtung ausgespart werden oder diese Bereiche werden bei der Montage von der elektrisch isolierenden Beschichtung befreit, sei es beispielsweise mechanisch durch ein Schleifen oder Abtragen der Beschichtung mittels abrasiven Werkzeugen und/oder Materialien oder beispielsweise bei einem ohnehin zur Montage eingesetzten Laserschweißen auch ein Abtragen der Beschichtung durch Lasereinwirkung.According to the invention, the intermediate sheets and/or the cell housings of the individual battery cells are coated with an electrically insulating layer. Such an electrically insulating coating ensures that the intermediate sheets primarily serve to stabilize the battery module and only come into electrical contact with the individual battery cells when explicitly desired. For this purpose, specific areas can be left uncoated with regard to the electrically insulating layer, or these areas can be freed from the electrically insulating layer during assembly, for example, mechanically by grinding or removing the coating using abrasive tools and/or materials, or, for example, by laser welding, which is already used for assembly.

Ein solcher Aufbau kann hinsichtlich der Verbindung der Zwischenbleche und des Gehäuses beispielsweise mit mechanischen Verbindungen oder insbesondere Schweißverbindungen realisiert werden. Die zum Einsatz kommenden Materialien wie beispielsweise Stahl und/oder Aluminium für die Bleche sind kostengünstig verfügbar und lassen sich gut verarbeiten, indem die entsprechenden Einbuchtungen beispielsweise durch Abkanten und /oder Tiefziehen und/oder Prägen eingebracht werden. Die Zwischenbleche lassen sich auch sehr gut wieder demontieren, indem beispielsweise die entsprechenden Schweißpunkte durch mechanische Mittel wie Schleifen, Sägen oder Auseinanderreißen wieder gelöst werden. Es liegen dann weitgehend sortenreine Materialien vor, welche sich, wie beispielsweise Stahl und/oder Aluminium, ideal für ein Recycling eignen.Such a structure can be implemented, for example, with mechanical connections or, in particular, welded joints, to join the intermediate sheets and the housing. The materials used, such as steel and/or aluminum for the sheets, are readily available and inexpensive, and can be easily processed by creating the necessary indentations through methods such as bending, deep drawing, and/or embossing. The intermediate sheets can also be easily disassembled by removing the corresponding weld points using mechanical means such as grinding, sawing, or prying. This results in largely homogeneous materials, such as steel and/or aluminum, which are ideally suited for recycling.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es dabei vorsehen, dass die Batterieeinzelzellen in mehreren jeweils in der Längsrichtung verlaufende Reihen beabstandet zueinander angeordnet sind, wobei die Zwischenbleche zwischen den Reihen angeordnet sind. Hierdurch entsteht ein Aufbau, bei welchem die einzelnen Reihen der Batterieeinzelzellen und die Zwischenbleche sich abwechseln, sodass insgesamt ein mechanisch sehr stabiler Verbund realisiert werden kann.Another very advantageous embodiment of the battery module according to the invention can provide that the individual battery cells are arranged at intervals from one another in several longitudinally extending rows, with the intermediate plates arranged between the rows. This creates a structure in which the individual rows of battery cells and the intermediate plates alternate, so that an overall mechanically very stable assembly can be achieved.

Eine weitere sehr günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es ferner vorsehen, dass die Zwischenbleche in Längsrichtung alternierend aufeinanderfolgende Einbuchtungen an ihrer einen und ihrer anderen Oberfläche aufweisen. Die Bleche können also beispielsweise wellenartig gebogen sein, sodass sich jeweils eine Einbuchtung in die eine Querrichtung und in die andere Querrichtung in Längsrichtung abwechseln. Dieser Aufbau eignet sich besonders gut, um einen guten Kontakt zwischen den Rundzellen und den Zwischenblechen zu realisieren, was zur Steifigkeit des Aufbaus beiträgt.Another very advantageous embodiment of the battery module according to the invention can further provide that the intermediate sheets have alternating successive indentations on one and then the other surface in the longitudinal direction. The sheets can thus, for example, be bent in a wave-like manner, so that an indentation in one transverse direction alternates with one indentation in the other transverse direction in the longitudinal direction. This design is particularly well suited to achieving good contact between the cylindrical cells and the intermediate sheets, which contributes to the rigidity of the structure.

Gemäß einer weiteren außerordentlich vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls kann es außerdem vorgesehen sein, dass die Einbuchtungen als Halbwaben ausgebildet sind. Die Einbuchtungen können also insbesondere in der Art von Waben realisiert werden. Jede der Einbuchtungen kann dabei die Hälfte einer vorzugsweise sechseckigen Wabe ausbilden. Kommen die Einbuchtungen benachbarter Zwischenbleche dann gegeneinander zu liegen, dann entsteht ein Aufbau mit zahlreichen sechseckigen Waben, welche die Fläche komplett ausfüllen. In jede einzelne Wabe kann dann eine runde Batterieeinzelzelle eingebracht werden, wobei nur wenig Freiraum verbleibt, wenn der Abstand der Wabenflächen zueinander mit dem Durchmesser der Batterieeinzelzelle konstruktiv abgestimmt ist.According to a further exceptionally advantageous embodiment of the battery module according to the invention, the indentations can also be designed as half-honeycombs. The indentations can thus be implemented in a honeycomb-like manner. Each indentation can form half of a preferably hexagonal honeycomb. If the indentations of adjacent intermediate plates then lie against each other, a structure with numerous hexagonal honeycombs is created, which completely fill the area. A round battery cell can then be inserted into each individual honeycomb, leaving only a small amount of free space if the distance between the honeycomb surfaces is structurally matched to the diameter of the battery cell.

Die Zwischenbleche können dabei gemäß einer sehr günstigen Ausgestaltung entlang ihrer Stirnkanten parallel zur Längsrichtung mit einer Bodenplatte verbunden sein. Diese Verbindung kann prinzipiell in beliebiger Art realisiert werden. Da die Bodenplatte häufig als gekühlte Bodenplatte ausgeführt ist oder die Bodenplatte unmittelbar einen Kühlwärmetauscher ausbildet, kann es von entscheidendem Vorteil sein, hier eine sehr gut wärmeleitende Verbindung zu realisieren. Insbesondere kann hier eine Schweißverbindung über verschiedene Schweißverfahren wie beispielsweise Laserschweißen, EB-Schweißen, Reibrühr- oder KE-Schweißen realisiert werden. Auch eine mechanische Verbindung beispielsweise durch Nieten oder prinzipiell auch durch Schrauben oder Stecken wäre grundsätzlich denkbar. Eine weitere geeignete Verbindungstechnik könnte auch das Kleben sein, wobei hier dann wiederum das Problem des eigentlich nicht gewünschten Klebers auftritt, wobei dessen Menge bei einer derartigen Verbindung so viel kleiner als beim Verguss gemäß dem eingangs genannten Stand der Technik ist, dass dies durchaus zu tolerieren wäre.The intermediate plates can be connected to a base plate along their end edges parallel to the longitudinal direction, according to a very advantageous design. This connection can, in principle, be implemented in any manner. Since the base plate is often designed as a cooled base plate or directly forms a cooling heat exchanger, it can be crucial to achieve a highly thermally conductive connection. In particular, a welded connection can be achieved using various welding processes such as laser welding, arc welding, friction stir welding, or arc welding. A mechanical connection, for example by riveting, or even by bolting or plugging, would also be conceivable. Adhesive bonding could also be a suitable joining technique, although this presents the problem of the undesirable adhesive. However, the amount of adhesive used in such a connection is so much smaller than in the potting process described above that it would be quite acceptable.

Eine ähnliche Verbindung kann auch mit einem Deckblech im Bereich der gegenüberliegenden Stirnkanten realisiert werden.A similar connection can also be achieved with a cover plate in the area of the opposite end faces.

Die Zwischenbleche selbst können dabei gemäß einer sehr vorteilhaften Weiterbildung auch untereinander verbunden werden. Auch hier eignen sich die oben beschriebenen Varianten zum Verbinden der Zwischenbleche, insbesondere können diese mit den Batterieeinzelzellen verpresst und dann im Bereich der Stirnkanten nachträglich verschweißt werden.According to a highly advantageous further development, the intermediate plates themselves can also be connected to each other. Here, too, the variants described above are suitable for connecting the intermediate plates; in particular, they can be pressed onto the individual battery cells and then subsequently welded in the area of the end edges.

Eine weitere außerordentlich günstige Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriemoduls sieht es außerdem vor, dass die Zwischenbleche an ihren Stirnkanten parallel zu der Längsrichtung abgekantete oder für das Abkanten geeignete Laschen aufweisen. Solche Laschen, welche vorzugsweise unmittelbar an den Zwischenblechen angeordnet und einteilig mit diesen ausgeführt sind, können beispielsweise vorab bereits, vorzugsweise um 90°, abgekantet werden, um so das Zwischenblech beispielsweise senkrecht auf einer Bodenplatte oder Kühlplatte des Batteriemoduls aufstellen zu können. Beispielsweise können die abgekanteten Laschen mit der Bodenplatte verschweißt werden. Die Zwischenbleche bilden dann einen vergleichsweise stabilen Aufbau, wobei in die vorzugsweise als Halbwaben ausgebildeten Einbuchtungen nun seitlich Batterieeinzelzellen eingelegt werden können, bevor das nächste Zwischenblech aufgelegt und mit dem ersten Zwischenblech verspannt wird. Dann können auch dessen abgekantete Laschen mit dem Bodenblech verschweißt werden. Auch ein Verschweißen der Zwischenbleche untereinander ist zusätzlich denkbar.A further exceptionally advantageous embodiment of the battery module according to the invention provides that the intermediate sheets have tabs on their end edges that are bent parallel to the longitudinal direction or are suitable for bending. Such tabs, which are preferably arranged directly on the intermediate sheets and formed integrally with them, can, for example, be pre-bent, preferably by 90°, in order to allow the intermediate sheet to be positioned vertically, for example, on a base plate or cooling plate of the battery module. The bent tabs can then be welded to the base plate. The intermediate sheets then form a comparatively stable structure, in which individual battery cells can now be inserted laterally into the recesses, which are preferably designed as honeycombs, before the next intermediate sheet is placed on top and clamped to the first intermediate sheet. Its bent tabs can then also be welded to the base plate. Welding the intermediate sheets to one another is also conceivable.

Ergänzend zur Befestigung der Zwischenbleche über die Laschen an einem Boden oder auch an einem Deckblech eines Gehäuses für das Batteriemodul ist es auch denkbar die Laschen erst während der Herstellung des Batteriemoduls abzukanten. In diesem Fall können beispielsweise mehrere Zwischenbleche bereits mit der Bodenplatte verschweißt ausgebildet sein, sodass insgesamt ein Wabenmuster durch die senkrecht auf der Bodenplatte stehenden Zwischenbleche realisiert ist. In jede einzelne Wabe kann nun von oben eine der als Rundzellen ausgebildeten Batterieeinzelzellen eingeschoben werden. Nach oben über die Oberkante der Batterieeinzelzelle hinausragende Laschen an den Zwischenblechen lassen sich dann sehr einfach und effizient umbördeln bzw. umbiegen, um die Batterieeinzelzelle so mechanisch innerhalb ihrer jeweiligen Wabe zu halten. Falls die Höhe der Zwischenbleche größer ist, könnten prinzipiell auch zwei - oder mehr - fluchtend angeordnete Rundzellen in die selbe Wabe eingeschoben und zusammen werden.In addition to attaching the intermediate plates to a base or top plate of a housing for the battery module using the tabs, it is also possible to bend the tabs during the manufacturing of the battery module. In this case, for example, several intermediate plates can already be welded to the base plate, creating a honeycomb pattern with the intermediate plates positioned vertically on the base plate. One of the individual battery cells, designed as cylindrical cells, can then be inserted into each individual cell from above. The tabs on the intermediate plates that extend upwards above the top edge of the individual battery cell can then be easily and efficiently crimped or bent over to mechanically hold the individual battery cell within its respective cell. If the height of the intermediate plates is greater, two or more cylindrical cells arranged in a straight line could, in principle, be inserted into the same cell and joined together.

Wie oben bereits erwähnt, kann dabei je nach Anordnung bedarfsweise ein zusätzliches Verschweißen der Zwischenbleche und/oder Laschen erfolgen. Insbesondere kann der Aufbau nach oben hin auch noch durch Deckblech abgeschlossen werden, welches mit den abgekanteten Laschen verschweißt werden kann.As mentioned above, depending on the arrangement, the intermediate plates and/or tabs can be additionally welded as needed. In particular, the structure can also be closed off at the top with a cover plate, which can be welded to the bent tabs.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Batteriemoduls gemäß der Erfindung ergeben sich auch aus dem Ausführungsbeispiel, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the battery module according to the invention also result from the exemplary embodiment, which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Schnittdarstellung durch ein erfindungsgemäßes Batteriemodul;
2 eine schematische Draufsicht auf mehrere Zwischenbleche eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls, welche mit einer Bodenplatte verbunden sind;
3 eine schematische Schnittdarstellung gemäß der Linie III - III in 1;
4 eine Darstellung analog zu der in 3 in einer alternativen Ausführungsform;
5 eine Ansicht analog zu der in 3 am Beispiel einer Parallelverschaltung der Batterieeinzelzellen;
6 einen Aufbau analog zu dem in 3 vor der Befestigung der Batterieeinzelzellen;
7 der Aufbau gemäß 6 nach dem Befestigen der Batterieeinzelzellen;
8 der Aufbau gemäß 7 mit mehreren Batterieeinzelzellen;
9 der Aufbau gemäß 8 mit einer aufgebrachten Deckplatte; und
10 eine Draufsicht auf einen Aufbau eines Batteriemoduls gemäß 8.

This shows:

1 a schematic sectional view through a battery module according to the invention;
2 a schematic top view of several intermediate plates of a battery module according to the invention, which are connected to a base plate;
3 a schematic sectional view according to line III - III in 1 ;
4 a representation analogous to the one in 3 in an alternative embodiment;
5 a view analogous to the one in 3 using the example of a parallel connection of the individual battery cells;
6 a structure analogous to the one in 3 before the mounting of the individual battery cells;
7 the structure according to 6 after the individual battery cells have been attached;
8 the structure according to 7 with multiple individual battery cells;
9 the structure according to 8 with an attached cover plate; and
10 a top view of the structure of a battery module according to 8 .

In der Darstellung der 1 sind in einem schematischen Schnitt die wesentlichen Komponenten für den Aufbau einer möglichen Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 1 dargestellt.In the presentation of the 1 The essential components for the construction of a possible embodiment of a battery module 1 according to the invention are shown in a schematic section.

Der Aufbau beginnt in der Darstellung der 1 von unten nach oben mit einem ersten Zwischenblech 2, welches im Wesentlichen wellenförmig ausgebildet ist und alternierend nach oben und unten gerichtete Einbuchtungen aufweist, welche jeweils eine halbe sechseckige Wabe ausbilden. In die nach oben offenen Einbuchtungen dieses ersten Zwischenblechs 2 werden nun Batterieeinzelzellen 3 eingelegt. Sie bilden eine erste Reihe in einer quer zur Zeichenebene und entlang der größten Ausdehnung des ersten Zwischenblechs 2 verlaufenden Längsrichtung L. Auf diese erste Reihe der Batterieeinzelzellen 3 wird dann ein zweites Zwischenblech 4 aufgelegt, sodass dessen nach unten offene Einbuchtungen die Batterieeinzelzellen 3 nun vollständig einschließen. Es ist also in Längsrichtung L um eine Einbuchtung versetzt zu dem ersten Zwischenblech 2 angeordnet. In dem Bereich, in dem die nach oben offenen Einbuchtungen des zweiten Zwischenblechs 4 angeordnet sind, berühren sich die Zwischenbleche 2 und 4. Sie können bei Bedarf in diesem Bereich miteinander verbunden werden.The structure begins with the presentation of the 1 From bottom to top, a first intermediate plate 2, which is essentially corrugated and has alternating upward and downward directed indentations, each forming half a hexagonal honeycomb. Individual battery cells 3 are now inserted into the upward-facing indentations of this first intermediate plate 2. They form a first row in a direction perpendicular to the plane of the drawing and along the greatest extent The first intermediate plate 2 is positioned longitudinally L. A second intermediate plate 4 is then placed on top of this first row of individual battery cells 3, so that its downward-facing indentations now completely enclose the individual battery cells 3. It is thus offset in the longitudinal direction L by one indentation relative to the first intermediate plate 2. In the area where the upward-facing indentations of the second intermediate plate 4 are located, the intermediate plates 2 and 4 touch. They can be joined together in this area if necessary.

In die nach oben offenen Einbuchtungen des zweiten Zwischenblechs 4 werden nun mit 5 bezeichnete Batterieeinzelzellen einer zweiten hier oberen Reihe von Batterieeinzelzellen 5 eingelegt. Die Batterieeinzelzellen 3 der unteren Reihe und 5 der oberen Reihe sind dabei so weit voneinander beabstandet, dass sie zwischen sich jeweils die Hälfte der Batterieeinzelzellen 3, 5 der anderen Reihe aufnehmen können. Dieser Aufbau wird nun durch ein drittes Zwischenblech 6 abgeschlossen, welches im Wesentlichen wie das erste Zwischenblech 2 ausgebildet und angeordnet ist. Dieser Aufbau erstreckt sich in der Breite, hier also der Längsrichtung L in der Darstellung der 1 entsprechend der gewünschten Größe des Batteriemoduls 1, sodass jede der Reihen der Batterieeinzelzellen 3, 5 in der Praxis sicherlich mehr als die hier dargestellten drei exemplarischen Batterieeinzelzellen 3, 5 aufweisen wird. In der Höhenrichtung wird sich dieser Aufbau typischerweise auch über mehrere derartige Reihen von Batterieeinzelzellen 3, 5 erstrecken, zwischen welchen dann jeweils eines der Zwischenbleche 2, 4, 6 angeordnet ist.Battery cells 5, designated as such, from a second upper row of battery cells 5 are now inserted into the upward-facing recesses of the second intermediate plate 4. The battery cells 3 of the lower row and 5 of the upper row are spaced apart from each other so that they can each accommodate half of the battery cells 3 and 5 of the other row. This assembly is then completed by a third intermediate plate 6, which is essentially designed and arranged like the first intermediate plate 2. This assembly extends in width, i.e., in the longitudinal direction L in the representation of the 1 According to the desired size of the battery module 1, each of the rows of individual battery cells 3, 5 will in practice certainly have more than the three exemplary individual battery cells 3, 5 shown here. In the vertical direction, this structure will typically also extend over several such rows of individual battery cells 3, 5, between which one of the intermediate plates 2, 4, 6 is then arranged.

Alle oder einige der Zwischenbleche 2, 4, 6 können nun in der Darstellung der 2 erkennbare und mit 7 bezeichnete Laschen aufweisen, welche aus dem Material der Zwischenbleche 2, 4, 6 hergestellt und typischerweise einstückig mit diesen ausgebildet sind. Sie können dann abgekantet werden, beispielsweise um einen Winkel von 90°, um die Zwischenbleche 2, 4, 6, wie es in der Darstellung der 2 zu erkennen ist, auf einer Bodenplatte 8 aufstellen zu können. Über angedeutete Laserschweißnähte 9 sind alle oder einige der Laschen 7 dann mit dieser Bodenplatte 8 verschweißt, um so einen stabilen Aufbau aus der Bodenplatte und dem entsprechend angeordneten Zwischenblechen 2, 4, 6 herzustellen. In die offenen Waben zwischen den einzelnen Zwischenblechen 2, 4, 6, welche durch die Einbuchtungen in den jeweiligen Zwischenblechen 2, 4, 6 ausgebildet werden, lassen sich dann die Batterieeinzelzellen 3, 5 einschieben.All or some of the intermediate plates 2, 4, 6 can now be shown in the representation of the 2 have recognizable tabs, designated 7, which are made of the same material as the intermediate plates 2, 4, 6 and are typically formed integrally with them. They can then be bent, for example at an angle of 90°, to fit the intermediate plates 2, 4, 6, as shown in the illustration of the 2 It can be seen that it can be erected on a base plate 8. All or some of the tabs 7 are then welded to this base plate 8 via indicated laser welds 9, in order to create a stable structure consisting of the base plate and the correspondingly arranged intermediate plates 2, 4, 6. The individual battery cells 3, 5 can then be inserted into the open honeycomb spaces between the individual intermediate plates 2, 4, 6, which are formed by the indentations in the respective intermediate plates 2, 4, 6.

In der Darstellung der 3 ist dieser Aufbau anhand eines schematischen Schnitts gemäß der Linie III - III in 1 dargestellt. Ganz unten ist das Bodenblech 8 erkennbar, auf welchem in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ganz links das Zwischenblech 2, dann das Zwischenblech 4 und ganz rechts das Zwischenblech 6 mit den jeweiligen Abkantungen 7 aufgestellt ist. Über die schwarzen Dreiecke sind dabei die Laserschweißnähte 9 zwischen den entsprechenden Zwischenblechen 2, 4, 6 und der Bodenplatte 8, welche insbesondere als gekühlte Bodenplatte 8 ausgebildet sein kann, angedeutet.In the presentation of the 3 This structure is shown in a schematic section along line III - III in 1 The base plate 8 is shown at the very bottom. In the embodiment shown here, the intermediate plate 2, then the intermediate plate 4, and the intermediate plate 6 with their respective bends 7 are positioned on this plate at the far left. The laser welds 9 between the corresponding intermediate plates 2, 4, 6 and the base plate 8, which can be designed as a cooled base plate 8, are indicated by the black triangles.

Ferner ist es so, dass zur elektrischen Isolierung eines Zellgehäuses 10 der Batterieeinzelzelle 3 (was für die Batterieeinzelzellen 5 der anderen Reihe analog gilt) eine Wärmeleitpaste 11 oder ein Wärmeleitpad zwischen dem Boden des Zellgehäuses 10 und den Laschen 7 bzw. der gekühlten Bodenplatte 8 angeordnet ist. Ferner sind die Zwischenbleche 2, 4, 6 hier jeweils mit einer kreuzschraffiert dargestellten elektrisch isolierenden Beschichtung 12 versehen. Der Aufbau gewährleistet so, dass es keine unerwünschten elektrischen Verbindungen gibt. In denjenigen Bereichen, in denen die Zwischenbleche 2, 4, 6 verschweißt werden müssen, muss diese Beschichtung 12 jedoch vorab abgetragen werden. Zur Steigerung der mechanischen Stabilität sind beispielsweise auch die in der 3 rechts oben dargestellten Stirnkanten der Zwischenbleche 4 und 6 miteinander verschweißt. Auch diese Schweißnaht ist durch ein schwarzes Dreieck, analog zu den Schweißnähten 9 angedeutet und mit dem Bezugszeichen 13 versehen.Furthermore, for electrical insulation of a cell housing 10 of the battery cell 3 (which applies analogously to the battery cells 5 of the other row), a thermal paste 11 or a thermal pad is arranged between the bottom of the cell housing 10 and the tabs 7 or the cooled base plate 8. Additionally, the intermediate sheets 2, 4, 6 are each provided with an electrically insulating coating 12, shown here with cross-hatching. This design ensures that there are no unwanted electrical connections. However, in those areas where the intermediate sheets 2, 4, 6 must be welded, this coating 12 must be removed beforehand. To increase mechanical stability, for example, the [missing information] are also [missing information]. 3 The end faces of intermediate plates 4 and 6, shown in the upper right, are welded together. This weld is also indicated by a black triangle, analogous to welds 9, and is marked with reference numeral 13.

Noch einfacher und effizienter lässt sich der Aufbau umsetzen, wenn, wie es in der Darstellung der 4 zu erkennen ist, das Zellgehäuse 10 selbst die elektrisch isolierende Beschichtung 12 aufweist. Diese elektrische Isolierung ist hier mantelförmig um das Zellgehäuse 10 der Batterieeinzelzelle 3, 5 dargestellt. In diesem Fall kann auf eine elektrisch isolierende Beschichtung 12 der Zwischenbleche, hier der Zwischenbleche 4 und 6, verzichtet werden, sodass diese unmittelbar und ohne Vorbereitung miteinander und mit der Bodenplatte 8 verschweißt werden können. Auch hier ist dabei eine Wärmeleitpaste 11 zwischen dem Boden des Zellgehäuses 10 und der Auflage auf der Lasche 7 bzw. der Bodenplatte 8 schematisch angedeutet. In der Darstellung der 4 ist dabei im Bereich des Zwischenblechs 6 auch oben eine optionale Lasche 7 zu erkennen, welche über eine weitere Schweißverbindung 16 mit einer in 9 noch näher erläuterten Deckplatte 15 verbunden werden kann.The setup can be implemented even more easily and efficiently if, as shown in the illustration of the 4 As can be seen, the cell housing 10 itself has the electrically insulating coating 12. This electrical insulation is shown here as a sheath around the cell housing 10 of the individual battery cell 3, 5. In this case, an electrically insulating coating 12 of the intermediate sheets, here intermediate sheets 4 and 6, can be omitted, so that they can be welded directly to each other and to the base plate 8 without preparation. Here, too, a thermal paste 11 is schematically indicated between the bottom of the cell housing 10 and the contact on the tab 7 or the base plate 8. In the illustration of the 4 In the area of the intermediate plate 6, an optional tab 7 can also be seen at the top, which is connected via a further welded connection 16 to a 9 The cover plate 15, which is explained in more detail below, can be connected.

Eine andere Möglichkeit sowohl auf die elektrische isolierende Beschichtung 12 der Zwischenbleche 2, 4, 6 als auch auf die elektrische Isolierung des Zellgehäuses 10 zu verzichten besteht dann, wenn, wie es in der Darstellung der 5 angedeutet ist, eine Parallelverschaltung benachbarter Batterieeinzelzellen 3, 5 erfolgen soll. In diesem Fall können die Materialien unmittelbar miteinander verschweißt werden, wie es in der schematischen Darstellung der 5 angedeutet ist. Damit sind dann die typischerweise den Negativen Zellpol ausbildenden Zellgehäuse 10 über die Zwischenbleche 4, 6 elektrisch leitend verbunden. Außerdem ist in 5 ein Zellverbinder 19 zu erkennen, welcher die nach oben aus dem Zellgehäuse 10 der Batterieeinzelzellen 3, 5 herausragenden Zellpole 18 über Schweißnähte 20 elektrisch verbindet.Another possibility of dispensing with both the electrically insulating coating 12 of the intermediate sheets 2, 4, 6 and the electrical insulation of the cell housing 10 exists if, as shown in the illustration of the 5 It is indicated that a parallel connection of adjacent batteries is possible. cell cells 3, 5 should be welded together. In this case, the materials can be welded directly together, as shown in the schematic representation of the 5 This is indicated. The cell housings 10, which typically form the negative cell pole, are then electrically connected via the intermediate plates 4, 6. Furthermore, in 5 A cell connector 19 can be seen, which electrically connects the cell poles 18 protruding upwards from the cell housing 10 of the battery individual cells 3, 5 via welds 20.

Die Batterieeinzelzellen 3, 5 können nun zwischen die Zwischenbleche 2, 4, 6 eingebracht und mit diesen verpresst werden, wie es oben bereits beschrieben worden ist. Sie können alleine durch das Verpressen, also kraftschlüssig, zwischen den Zwischenblechen 2, 4, 6 gehalten werden oder sie können mit diesen prinzipiell auch verklebt oder verschweißt sein. Eine alternative Ausgestaltung ist in der Darstellung der 6 und 7 angedeutet. Auch hier soll analog zur Darstellung in 2 die entsprechende Wabe aus den korrespondierenden Einbuchtungen der beiden Zwischenblechen 2, 4 hergestellt sein, indem deren untere Laschen 7 über die Schweißnaht 9 mit der Bodenplatte 8 verschweißt sind. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist dabei wieder die elektrische isolierende Beschichtung 12 auf jeweils beiden mit den Zellgehäuse 10 der Batterieeinzelzelle 5, 3 in Kontakt stehenden Oberflächen der Zwischenbleche 2, 4 angedeutet. Nach dem Einsetzen der Batterieeinzelzelle 3, 5 in die entsprechende Wabe zwischen den Zwischenblechen 2, 4 werden weitere nach oben überstehende Laschen 7 dieser beiden Zwischenbleche nach innen über das Zellgehäuse 10 der Batterieeinzelzelle 3, 5 gebogen, wie es nach Abschluss des Verfahrens in der Darstellung der 7 zu erkennen ist. Die Batterieeinzelzelle 3, 5 ist nun mechanisch innerhalb ihrer Wabe in dem Aufbau fixiert.The individual battery cells 3, 5 can now be inserted between the intermediate plates 2, 4, 6 and pressed into place, as described above. They can be held between the intermediate plates 2, 4, 6 solely by pressing, i.e., by frictional connection, or they can also be bonded or welded to them. An alternative embodiment is shown in the illustration of the 6 and 7 as indicated. Here too, analogous to the representation in 2 The corresponding honeycomb structure is formed from the corresponding indentations of the two intermediate plates 2, 4 by welding their lower tabs 7 to the base plate 8 via the weld seam 9. In the illustrated embodiment, the electrically insulating coating 12 is again indicated on both surfaces of the intermediate plates 2, 4 that are in contact with the cell housings 10 of the individual battery cell 5, 3. After the individual battery cell 3, 5 is inserted into the corresponding honeycomb structure between the intermediate plates 2, 4, further upwardly projecting tabs 7 of these two intermediate plates are bent inwards over the cell housing 10 of the individual battery cell 3, 5, as shown in the illustration after completion of the process. 7 This can be seen. The individual battery cell 3, 5 is now mechanically fixed within its honeycomb structure.

8 zeigt denselben Aufbau nochmals am Beispiel von 2 benachbarten Batterieeinzelzellen 3, 5, wobei hier für das nachfolgende Verschweißen die isolierende Beschichtung 12 auf den nach oben weisenden Teilen der umgebördelten Laschen 7 abgetragen ist. Der Aufbau gemäß 8 ist analog zur Darstellung in 1 auch nochmals in der Darstellung der 10 in einer Draufsicht zu erkennen, wobei hier deutlich zu sehen ist, dass jeweils drei der umgebördelten Laschen 7 die jeweilige Batterieeinzelzelle 3,5 in der aus den Einbuchtungen ausgebildeten Wabe halten. Auch hier sind die beiden benachbarten Zwischenbleche 4, 6, welche hier zwischen den beiden dargestellten Batterieeinzelzellen 3, 5 liegen, über die mit 13 bezeichnete Schweißnaht miteinander verbunden. 8 The same structure is shown again using the example of two adjacent battery cells 3, 5, where here the insulating coating 12 on the upward-facing parts of the crimped tabs 7 has been removed for subsequent welding. The structure according to 8 is analogous to the representation in 1 also again in the presentation of the 10 This can be seen in a top view, where it is clearly visible that three of the crimped tabs 7 hold the respective individual battery cell 3, 5 in the honeycomb structure formed by the indentations. Here too, the two adjacent intermediate plates 4, 6, which lie between the two individual battery cells 3, 5 shown, are connected to each other via the weld seam designated 13.

Außerdem sind, wie oben bereits erwähnt, die nach oben weisenden Teile der Zwischenbleche 2, 4, 6 und des hier ganz rechts dargestellten mit 14 bezeichneten Zwischenblechs nach oben blank ausgeführt. Auf diesen Aufbau lässt sich nun, wie es in 9 dargestellt ist, eine Deckplatte 15 aufsetzen, welche über Schweißnähte 16 mit dem jeweiligen oben umgebördelten Laschen 7 der Zwischenbleche 2, 4, 6, 14 verschweißt werden kann. Die Deckplatte 15 weist dabei entsprechende Ausnehmungen 17 auf, um die Batterieeinzelzellen 3, 5 elektrisch kontaktieren zu können.Furthermore, as mentioned above, the upward-facing parts of intermediate plates 2, 4, 6 and the intermediate plate shown on the far right, labeled 14, are finished with a bare metal surface. This structure can now be used as described in 9 As shown, a cover plate 15 is placed on top, which can be welded to the respective folded-over tabs 7 of the intermediate plates 2, 4, 6, 14 via welds 16. The cover plate 15 has corresponding recesses 17 to allow electrical contact between the individual battery cells 3, 5.

Claims

Battery module (1) with several individual battery cells (3, 5) between which intermediate sheets (2, 4, 6, 14) are arranged, wherein the individual battery cells (3, 5) are designed as cylindrical cells, wherein the intermediate sheets (2, 4, 6, 14) have indentations extending transversely to a longitudinal direction (L), in which at least one of the individual battery cells (3, 5) is arranged with a part of its circumference, and the intermediate sheets (2, 4, 6, 14) are connected along their end edges parallel to the longitudinal direction (L) to a cover sheet (15), wherein the connections are designed as welded connections, characterized in that the intermediate sheets (2, 4, 6, 14) and/or the cell housings (10) of the individual battery cells (3, 5) have an electrically insulating coating (12).

Battery module (1) after Claim 1 , characterized in that the individual battery cells (3, 5) are arranged spaced apart from each other in several rows extending in the longitudinal direction (L), wherein the intermediate plates (2, 4, 6, 14) are arranged between the rows.

Battery module (1) after Claim 1 or 2 , characterized in that the intermediate plates (2, 4, 6, 14) have alternating successive indentations in the longitudinal direction (L) on one and their other surface.

Battery module (1) after Claim 1 , 2 or 3 characterized by the fact that the indentations are formed as half-honeycombs.

Battery module (1) according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that the connections are formed as laser welds (9, 13, 16),

Battery module (1) according to one of the Claims 1 until 5 , characterized in that the intermediate plates (2, 4, 6, 14) have tabs (7) on their end edges which are bent or suitable for bending parallel to the longitudinal direction (L).

Battery module (1) according to one of the Claims 1 until 6 characterized by the fact that the The sheet metal plates (2, 4, 6, 14) are connected along their end edges parallel to the longitudinal direction (L) to a base plate (8).

Battery module (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the intermediate plates (2, 4, 6, 14) are connected to each other by means of welded connections, in particular by means of laser welds (9, 13, 16).