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WO2018132857A1 - Batteriemodul - Google Patents

Batteriemodul Download PDF

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WO2018132857A1
WO2018132857A1 PCT/AT2018/060014 AT2018060014W WO2018132857A1 WO 2018132857 A1 WO2018132857 A1 WO 2018132857A1 AT 2018060014 W AT2018060014 W AT 2018060014W WO 2018132857 A1 WO2018132857 A1 WO 2018132857A1
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WO
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battery module
layer
housing
battery
compensation element
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Ceased
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PCT/AT2018/060014
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English (en)
French (fr)
Inventor
Theo VOLCK
Wolfgang Fritz
Volker Hennige
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AVL List GmbH
Original Assignee
AVL List GmbH
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Publication date
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0481—Compression means other than compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/653—Means for temperature control structurally associated with the cells characterised by electrically insulating or thermally conductive materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a battery module, in particular a secondary battery, having a housing, in which at least one stack of battery cells arranged one behind the other is arranged, wherein at least one volume compensation element consisting of a composite material is arranged between at least one outer battery cell and the housing.
  • battery modules must be able to withstand, among other things, certain mechanical loads during standardized tests. For example, in some standardized tests, we dictate that the battery module must withstand 1000 times its own weight or be compressible to 50% of its original dimensions.
  • the battery module is usually not allowed to show dangerous reactions (eg fire, leakage, ).
  • Inside the module housing are the battery cells, which are to be protected from the occurring loads and deformations in order to prevent dangerous conditions of the battery cells.
  • So-called pouch cells ie battery cells without a fixed housing, have to be protected particularly well against mechanical loads.
  • Compression Pads Another function of the Compression Pads is the mechanical fixation of the stacked battery cells. In order to ensure the function over the entire service life, the Compression Pads often have a volume requirement that has a negative influence on the achievable energy density of the battery module, since less usable space for the installation of battery cells is available.
  • the object of the invention is to avoid the disadvantages mentioned and to increase the energy density in a battery module of the type mentioned.
  • volume compensation element is designed in sandwich construction and has multiple layers with different physical and / or chemical properties.
  • sandwich construction materials with different properties are assembled in layers to form a component or semi-finished product.
  • the use of composite materials in a battery module in the sandwich construction allows a low weight with a high strength of the housing.
  • the volume compensation element has at least a first, a second and a third layer, wherein the between the first and third layer - the so-called cover layers - arranged second layer - the so-called core - has a lower tensile strength than the first and / or third layer.
  • the core transmits occurring shear forces and supports the cover layers.
  • the first and / or third layer may be formed by a metallic structure, for example of aluminum.
  • the first and / or third layer may have a non-porous structure.
  • the weight and the required volume of the module housing can be proportionately kept low and thus high gravimetric and volumetric power densities of the battery module can be implemented.
  • a core of lighter and less solid material eg: polyurethane foam
  • a shear stress carrier between the cover layers of a material with a high tensile strength (eg: aluminum).
  • the structure of the core is chosen so that it can perform a certain elastic and / or plastic volume change under pressure load.
  • the resulting wall thickness reduction of the housing provides space within the battery module in which the volume increase of the battery cells can be accommodated.
  • An appropriate design of the elastic core material ensures that the required bias voltage of the battery cells remains in the specified range over the entire service life.
  • a housing of a battery module can be realized, which has a high mechanical strength at a low weight. Furthermore, given given outer dimensions of the battery module, there is an advantage in terms of usable volume.
  • At least one volume compensation element is integrated in an end wall of the housing, which is arranged essentially perpendicular to the stacking direction of the stack of battery cells. This results in the advantage that more usable space for the installation of battery cells in a housing is available. The volumetric energy density of the battery module is thus advantageously increased.
  • the housing of the battery module is not executed in sandwich construction.
  • at least one normal to the stacking direction of the volume compensation element adjacent region of the end wall of the housing is not designed in sandwich construction - ie, for example, in single-layer construction - and / or with a smaller wall thickness than the volume compensation element.
  • the thinning of the material results in a predetermined bending point, which absorbs energy during deformation over a defined deformation path, before the solid structure of the housing and the battery cells has to absorb further energy.
  • the material of the second layer is made electrically insulating, which is true for most elastic core materials, then a separate electrical insulation between the battery cells and the module housing at least partially omitted. This allows the battery module to be made very compact.
  • the inventive design of the battery module and the combination of the housing of the battery module in sandwich construction with a system for compensating the change in volume of the battery cells and for biasing and fixing the battery cells during operation the space required for a separate bias and volume compensation system can be completely or partially saved.
  • more usable space is available for the installation of battery cells, which makes it possible to increase the volumetric energy density of the battery module.
  • This very advantageous weight saving also increases the gravimetric energy density.
  • the local absence of a sandwich-type solid structure provides an advantage in path-controlled stress testing because the solid structure is partially protected from high loads and hence collapse.
  • FIG. 1a shows a battery module according to the invention against a volume change of the battery cells
  • FIG. 1b shows the battery module after a volume change of the battery cells
  • Fig. 5 is a force / displacement diagram during the crash test.
  • FIGS. 1 to 4 schematically show a battery module 1 with a housing 2, in which a stack 3 of battery cells 4 is arranged, the arrow 5 indicating the stacking direction of the battery cells 4.
  • the volume compensation element 7 is designed in sandwich construction and has a plurality of layers 8, 9, 10 with different physical and / or chemical properties.
  • the volume compensation element 7 with a to the Battery cell 4 adjacent first layer 8 (cover layer), a second layer 9 (core layer) and a battery cell 4 facing away from the third layer 10 (cover layer), wherein the arranged between the cover layers 8, 10 second layer 9 has a lower tensile strength than that other two layers 8, 10.
  • the first layer 8 and the third layer 10 may for example consist of aluminum.
  • the second layer 9 has a porous electrically non-conductive structure, for example of PU foam (polyurethane foam) on.
  • PU foam polyurethane foam
  • the core layer 9 locally takes over the electrical insulation between the battery cells 4 and the housing 2. On a separate insulation can be omitted.
  • the volume compensation element 7 is integrated into the end wall 6 of the housing 2 arranged substantially normal to the stacking direction 5 of the stack 3 on the battery cells 4. In this case, however, not the entire housing 2, but only the areas 6a of the two end walls 6 adjacent to the battery cells 4 in the stacking direction 5 are designed in sandwich construction. In particular, areas 6b of the end wall 6 of the housing 2 which follow the stacking direction 5 perpendicular to the stacking direction 5 are not realized in sandwich construction and / or as material dilution with a smaller wall thickness S than the volume compensation element 7, as in FIG. 1a, FIG. 1b and FIG is apparent.
  • the wall thickness of the volume compensation element 7 in the non-deformed state is denoted by Si (FIG.
  • FIGS. 2 to 4 show, by way of example, a crash test of the battery module 1, with a force F being exerted on the battery module 1 normal to the stacking direction 5.
  • 2 shows the battery module 1 in the undeformed state
  • FIG. 3 shows the battery module 1 under the action of the force F, the housing 2 collapsing in the region of the predetermined buckling point 11 formed by the material dilution.
  • FIG. 4 shows the battery module 1 with a housing 2 completely collapsed in the region of the predetermined bending point 11.
  • Fig. 5 shows a force F - way X - diagram.
  • the energy consumption during the crash test is composed of a path-controlled first region Xi and a force-controlled second region.
  • the energy absorption takes place by deformation of the housing.
  • the energy is absorbed by the fixed structure of the volume compensation element 7 of the housing 2 and by the battery cells 4 in the region of the predetermined buckling point 11, in the second travel range X 2 .
  • the transition between the first region Xi and the second region X 2 is denoted by A.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul (1), insbesondere einer Sekundärbatterie, mit einem Gehäuse (2), in welchem zumindest ein Stapel (3) aneinandergereihter Batteriezellen (4) angeordnet ist, wobei zwischen zumindest einer äußeren Batteriezelle (4) und dem Gehäuse (2) zumindest ein aus einem Verbundwerkstoff bestehendes Volumenausgleichselement (7) angeordnet ist. Um die Energiedichte zu erhöhen ist vorgesehen, dass das Volumenausgleichelement (7) in Sandwichbauweise ausgebildet ist und mehrere Schichten (8, 9, 10) mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.

Description

Batteriemodul
Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul, insbesondere einer Sekundärbatterie, mit einem Gehäuse, in welchem zumindest ein Stapel aneinandergereihter Batteriezellen angeordnet ist, wobei zwischen zumindest einer äußeren Batteriezelle und dem Gehäuse zumindest ein aus einem Verbundwerkstoff bestehendes Volumenausgleichselement angeordnet ist.
Um heutigen Sicherheitsanforderungen gerecht zu werden, müssen Batteriemodule im Rahmen standardisierter Tests unter Anderem gewisse mechanische Lasten ertragen können. Beispielsweise wir in manchen standardisierten Tests vorgegeben, dass das Batteriemodul das 1000-fache Eigengewicht ertragen muss oder auf 50% der ursprünglichen Abmessungen zusammendrückbar ist. Das Batteriemodul darf dabei meist keine gefährlichen Reaktionen (z.B. : Brand, Leckage, ...) zeigen. Im Inneren des Modulgehäuses befinden sich die Batteriezellen, welche vor den auftretenden Lasten und Verformungen geschützt werden sollen, um gefährliche Zustände der Batteriezellen zu verhindern.
Um die extremen mechanischen Lasten ertragen zu können erfordert es sehr feste Strukturen, die das Gehäuse des Batteriemodules bilden. Dies erfordert, wie heute üblich, den Einsatz von metallischen Werkstoffen, meist Aluminium oder Stahl. Die dazu notwendigen Wandstärken benötigen einerseits Bauraum und haben dadurch andererseits einen beträchtlichen Anteil am Modulgewicht.
Besonders gut vor mechanischen Lasten geschützt werden müssen sogenannte Pouch-Zellen, also Batteriezellen ohne festes Gehäuse.
Eine weitere Besonderheit von Pouch-Zellen resultiert ebenfalls aus dem Fehlen eines festen Gehäuses. Viele heutige Lithium-Ionen Zellen, so auch die Pouch- Zellen, weisen beim Laden/Entladen sowie durch Alterungseffekte über die Lebensdauer eine gewisse Volumenvergrößerung auf.
Des Weiteren empfehlen viele Zellhersteller eine gewisse Vorspannung der Batteriezellen, da diese in gewissem Maß einen positiven Effekt auf die Eigenschaften der Batteriezellen hat. Im Gegenzug dazu führt eine zu hohe Vorspannung der Batteriezellen zum gegenteiligen Effekt. Es kommt zu einer beschleunigten Alterung und damit zum Ausfall der Batteriezellen. Um eine möglichst gleichmäßige Vorspannung unter Berücksichtigung der Volumenänderung zu gewährleisten ist es meist nicht ausreichend die Batteriezellen ohne weitere Maßnahmen in einem Modulgehäuse zu verbauen. Dazu werden heute meist sogenannte Compression Pads, also elastische Elemente am Ende bzw. zwischen den gestapelten Batteriezellen in einem Batteriemodul verbaut. Diese elastischen Elemente gewährleisten bei dementsprechender Auslegung ein Einhalten der Vorspannung auf die Batteriezellen innerhalb des spezifizierten Bereichs auch bei einer Volumenänderung der Batteriezellen. Als weitere Funktion der Compression Pads ist die mechanische Fixierung der gestapelten Batteriezellen zu nennen. Um die Funktion über die gesamte Lebensdauer gewährleisten zu können weisen die Compression Pads oft einen Volumenbedarf auf, der einen negativen Einfluss auf die erreichbare Energiedichte des Batteriemodules hat, da weniger nutzbarer Raum für den Einbau von Batteriezellen zur Verfügung steht.
Aufgabe der Erfindung ist es die genannten Nachteile zu vermeiden und bei einem Batteriemodul der eingangs genannten Art die Energiedichte zu erhöhen.
Ausgehend von einem Batteriemodul der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Volumenausgleichelement in Sandwichbauweise ausgebildet ist und mehrere Schichten mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.
Bei der sogenannten Sandwichbauweise werden Werkstoffe mit verschiedenen Eigenschaften in Schichten zu einem Bauteil oder Halbzeug zusammengesetzt. Der Einsatz von Verbundwerkstoffen bei einem Batteriemodul in der Sandwichbauweise ermöglicht ein geringes Gewicht bei einer hohen Festigkeit des Gehäuses.
Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, dass das Volumenausgleichelement zumindest eine erste, eine zweite und eine dritte Schicht aufweist, wobei die zwischen erster und dritter Schicht - den sogenannten Deckschichten - angeordnete zweite Schicht - dem sogenannten Kern - eine geringere Zugfestigkeit aufweist, als die erste und/oder dritte Schicht. Der Kern überträgt auftretende Schubkräfte und stützt die Deckschichten.
Die erste und/oder dritte Schicht kann durch eine metallische Struktur, beispielsweise aus Aluminium, gebildet sein. Insbesondere kann die erste und/oder dritte Schicht eine nichtporöse Struktur aufweisen.
Dadurch kann das Gewicht und das erforderliche Volumen des Modulgehäuses anteilsmäßig geringgehalten und somit hohe gravimetrische und volumetrische Leistungsdichten des Batteriemodules umgesetzt werden. Dabei wird zwischen den Deckschichten aus einem Material mit einer hohen Zugfestigkeit (z.B. : Aluminium) ein Kern aus leichterem und weniger festem Material (z. B. : Polyurethan-Schaum) als Schubspannungsüberträger eingebracht.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird die Struktur des Kerns so gewählt, dass dieser eine gewisse elastische und/oder plastische Volumenänderung unter Druckbelastung ausführen kann. Die daraus resultierende Wandstärkenreduktion des Gehäuses stellt innerhalb des Batteriemodules Raum zur Verfügung, in dem die Volumenzunahme der Batteriezellen aufgenommen werden kann. Eine entsprechende Auslegung des elastischen Kernmaterials gewährleistet dabei, dass die erforderliche Vorspannung der Batteriezellen über die gesamte Lebensdauer im spezifizierten Bereich bleibt.
Durch die Kombination dieser Eigenschaften kann ein Gehäuse eines Batteriemoduls realisiert werden, welches eine hohe mechanische Festigkeit bei einem geringen Gewicht aufweist. Des Weiteren ergibt sich bei vorgegebenen Außenabmessungen des Batteriemodules ein Vorteil bezüglich des nutzbaren Volumens.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest ein Volumenausgleichselement in eine - im Wesentlichen normal zur Stapelrichtung des Stapels an Batteriezellen angeordnete - Stirnwand des Gehäuses integriert ist. Daraus resultiert der Vorteil, dass so mehr nutzbarer Raum für den Einbau von Batteriezellen in einem Gehäuse zur Verfügung steht. Die volumetrische Energiedichte des Batteriemoduls wird somit vorteilhaft erhöht.
Um das Gehäuse des Batteriemoduls bei Tests, bei denen eine gewisse Vorverformung erforderlich ist, vor dem Kollabieren zu schützen, ist es vorteilhaft einen Teil der Struktur etwas schwächer auszuführen. Das kann beim vorgeschlagenen Konzept leicht integriert werden, indem zumindest ein Teil des Gehäuses des Batteriemoduls nicht in Sandwichbauweise ausgeführt wird. Beispielsweise ist dabei in einer Ausführungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass zumindest ein normal zur Stapelrichtung an das Volumenausgleichselement anschließender Bereich der Stirnwand des Gehäuses nicht in Sandwichbauweise - also beispielsweise in Einschichtbauweise - und/oder mit geringerer Wandstärke als das Volumenausgleichselement ausgeführt ist. Durch die Materialverdünnung ergibt sich eine Sollknickstelle, welche bei Verformung über eine definierte Verformungswegstrecke Energie aufnimmt, bevor die feste Struktur des Gehäuses und der Batteriezellen weitere Energie aufnehmen muss.
Wird das Material der zweiten Schicht elektrisch isolierend ausgeführt, was für die meisten elastischen Kernmaterialien zutrifft, so kann eine separate elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen und dem Modulgehäuse zumindest teilweise entfallen. Dies erlaubt es, das Batteriemodul sehr kompakt auszuführen.
Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Batteriemoduls und die Kombination des Gehäuses des Batteriemoduls in Sandwichbauweise mit einem System zur Kompensation der Volumenänderung der Batteriezellen und zur Vorspannung und Fixierung der Batteriezellen im Betrieb kann der Platzbedarf für ein separates Vorspann- und Volumenkompensationssystem vollständig oder teilweise eingespart werden. Dadurch steht mehr nutzbarer Raum für den Einbau von Batteriezellen zur Verfügung, was es ermöglicht die volumetrische Energiedichte des Batteriemoduls zu erhöhen. Durch diese sehr vorteilhafte Gewichtsersparnis erhöht sich auch die gravimetrische Energiedichte. Durch den lokalen Verzicht auf eine feste Struktur in Sandwich-Bauweise ergibt sich ein Vorteil bei weggesteuerten Belastungstests, da die feste Struktur teilweise vor hohen Lasten und somit dem Kollabieren geschützt wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand des in den Figuren gezeigten nicht einschränkenden Ausführungsbeispiels näher erläutert. Darin zeigen schematisch :
Fig. la ein erfindungsgemäßes Batteriemodul vor einer Volumenänderung der Batteriezellen;
Fig. lb das Batteriemodul nach einer Volumenänderung der Batteriezellen;
Fig. 2 das Batteriemodul im unverformten Zustand;
Fig. 3 das Batteriemodul in einem teilweise verformten Zustand während eines Crashtests;
Fig. 4 das Batteriemodul in einem überwiegend verformten Zustand während eines Crashtests; und
Fig. 5 ein Kraft/Weg-Diagramm während des Crashtests.
In den Fig. 1 bis Fig. 4 ist schematisch ein Batteriemodul 1 mit einem Gehäuse 2 dargestellt, in welchem ein Stapel 3 von Batteriezellen 4 angeordnet ist, wobei mit dem Pfeil 5 die Stapelrichtung der Batteriezellen 4 angedeutet ist.
Zwischen dem Gehäuse 2 und den äußeren, das heißt in Stapelrichtung 5 der Stirnwand 6 des Gehäuses 2, am nächsten liegenden Batteriezellen 4 ist jeweils zumindest ein Volumenausgleichselement 7 angeordnet. Das Volumenausgleichelement 7 ist in Sandwichbauweise ausgebildet und weist mehrere Schichten 8, 9, 10 mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften auf. Im Ausführungsbeispiel ist das Volumenausgleichselement 7 mit einer an die Batteriezelle 4 grenzenden ersten Schicht 8 (Deckschicht), einer zweiten Schicht 9 (Kernschicht) und einer der Batteriezelle 4 abgewandten dritten Schicht 10 (Deckschicht) ausgebildet, wobei die zwischen den Deckschichten 8, 10 angeordnete zweite Schicht 9 eine geringere Zugfestigkeit aufweist, als die anderen beiden Schichten 8, 10. Die erste Schicht 8 und die dritte Schicht 10 können beispielsweise aus Aluminium bestehen. Die zweite Schicht 9 weist eine poröse elektrisch nichtleitende Struktur, beispielsweise aus PU-Schaum (Polyurethane- Schaum), auf. Somit übernimmt die Kernschicht 9 lokal die elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen 4 und dem Gehäuse 2. Auf eine separate Isolierung kann verzichtet werden.
Das Volumenausgleichselement 7 ist in die - im Wesentlichen normal zur Stapelrichtung 5 des Stapels 3 an Batteriezellen 4 angeordnete - Stirnwand 6 des Gehäuses 2 integriert. Dabei sind aber nicht das ganze Gehäuse 2, sondern nur die an die Batteriezellen 4 in Stapelrichtung 5 angrenzenden Bereiche 6a der beiden Stirnwänden 6 in Sandwichbauweise ausgeführt. Insbesondere sind normal zur Stapelrichtung 5 an das Volumenausgleichselement 7 anschließende Bereiche 6b der Stirnwand 6 des Gehäuses 2 nicht in Sandwichbauweise und/oder als Materialverdünnung mit geringerer Wandstärke S als das Volumenausgleichselement 7 ausgeführt, wie in Fig. la, Fig. lb und Fig. 2 ersichtlich ist. Dabei ist die Wandstärke des Volumenausgleichselementes 7 im nichtdeform ierten Zustand mit Si (Fig. la) und im deformierten Zustand mit S2 (Fig. lb) bezeichnet. Dadurch, dass in den an das Volumenausgleichselement 7 anschließenden Bereichen des Gehäuses 2 die Stirnwand 6 mit geringerer Wandstärke S ausgeführt ist, als in Bereichen des Volumenausgleichelements 7, ergibt sich bei einer Krafteinwirkung F normal zur Stapelrichtung 5 eine Sollknickstelle 11, welche bei Verformung über einen definierten ersten Wegbereich Xi der Verformungswegstrecke X Energie aufnimmt, bevor die feste Struktur des Gehäuses 2 und der Batteriezellen 4 weitere Energie aufnehmen muss.
Die Fig. 2 bis Fig. 4 zeigen exemplarisch einen Crashtest des Batteriemoduls 1, wobei eine Kraft F normal zur Stapelrichtung 5 auf den Batteriemodul 1 ausgeübt wird. Fig. 2 zeigt dabei das Batteriemodul 1 im nicht verformten Zustand, Fig. 3 das Batteriemodul 1 bei Einwirkung der Kraft F, wobei das Gehäuse 2 im Bereich der durch die Materialverdünnung gebildeten Sollknickstelle 11 kollabiert. Fig. 4 zeigt das Batteriemodul 1 mit einem im Bereich der Sollknickstelle 11 vollständig kollabierten Gehäuse 2.
Fig. 5 zeigt dazu ein Kraft F - Weg X - Diagramm . Wie daraus ersichtlich ist, setzt sich die Energieaufnahme während des Crashtests aus einem weggesteuerten ersten Bereich Xi und einem kraftgesteuerten zweiten Bereich zusammen. Im ersten Wegbereich Xi erfolgt die Energieaufnahme durch Verformung des Gehäu- ses 2 im Bereich der Sollknickstelle 11, im zweiten Wegbereich X2 hingegen wird die Energie durch die feste Struktur des Volumenausgleichelementes 7 des Gehäuses 2 und durch die Batteriezellen 4 aufgenommen. Der Übergang zwischen dem ersten Bereich Xi und dem zweiten Bereich X2 ist mit A bezeichnet.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E
1. Batteriemodul (1), insbesondere einer Sekundärbatterie, mit einem Gehäuse (2), in welchem zumindest ein Stapel (3) aneinandergereihter Batteriezellen (4) angeordnet ist, wobei zwischen zumindest einer äußeren Batteriezelle (4) und dem Gehäuse (2) zumindest ein aus einem Verbundwerkstoff bestehendes Volumenausgleichselement (7) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenausgleichelement (7) in Sandwichbauweise ausgebildet ist und mehrere Schichten (8, 9, 10) mit unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften aufweist.
2. Batteriemodul (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumenausgleichselement (7) zumindest eine erste (8), eine zweite (9) und eine dritte Schicht (10) aufweist, wobei die zwischen erster (1) und dritter Schicht (10) angeordnete zweite Schicht (8) eine geringere Zugfestigkeit aufweist, als die erste (8) und/oder dritte Schicht (10).
3. Batteriemodul (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8) und/oder dritte Schicht (10) eine nichtporöse Struktur aufweist.
4. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (8) und/oder dritte Schicht (10) eine metallische Struktur, vorzugsweise aus Aluminium, aufweist.
5. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Schicht (9) eine elastische und/oder poröse Struktur, vorzugsweise aus PU-Schaum, aufweist.
6. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Volumenausgleichselement (7) in eine - im Wesentlichen normal zur Stapelrichtung (5) des Stapels (3) an Batteriezellen (4) angeordnete - Stirnwand (6) des Gehäuses (2) integriert ist.
7. Batteriemodul (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein normal zur Stapelrichtung (5) an das Volumenausgleichselement (7) anschließender Bereich der Stirnwand (6) des Gehäuses (2) nicht in Sandwichbauweise und/oder mit geringerer Wandstärke (s) als das Volumenausgleichselement (7) ausgeführt ist.
8. Batteriemodul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Schicht, vorzugsweise die zweite Schicht (9), aus einem elektrisch isolierendem Material besteht.
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