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DE102012211653A1 - Energy storage module for power supply device used in motor car, has insulation film whose sides are bonded with adjacent memory cells respectively, and that is arranged parallel to end plate - Google Patents

Energy storage module for power supply device used in motor car, has insulation film whose sides are bonded with adjacent memory cells respectively, and that is arranged parallel to end plate Download PDF

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insulation film
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Abstract

The energy storage module (1) has prismatic memory cells (2) which are stacked on one another between two end plates (3). A double-sided self-adhesive insulation film (8) is arranged between two adjacent memory cells. One side of the insulation film is bonded with memory cell while other side of insulation film is glued with an adjacent memory cell. The insulation film is arranged parallel to end plate.

Description

Die Erfindung betrifft ein Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, aus mehreren prismatischen Speicherzellen, die, zumindest in einer Reihe gestapelt, hintereinander angeordnet sind.The invention relates to an energy storage module for a device for power supply, in particular of a motor vehicle, of a plurality of prismatic memory cells, which are stacked one behind the other, at least stacked in a row.

In einer üblicherweise als Batterie bezeichneten Vorrichtung zur Spannungsversorgung eines Kraftfahrzeugs kommt meist eine Mehrzahl an Energiespeichermodulen zum Antrieb des Fahrzeugs, beispielsweise von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, zum Einsatz. Ein jeweiliges Energiespeichermodul besteht typischerweise aus mehreren gestapelten prismatischen Speicherzellen. Die einzelnen Speicherzellen enthalten elektrochemische Zellen der Batterie. Insbesondere in einem Kraftfahrzeug ist der Energiespeicher unterschiedlichsten thermischen Belastungen ausgesetzt. Im Winter muss je nach Einsatzgebiet die extreme Umgebungstemperatur des Fahrzeugs beachtet werden. Im Sommer addiert sich zu der hohen Umgebungstemperatur die Belastung durch die Abgasanlage. Hier kann es durch einen hohen Strahlungseintrag auf Temperaturen bis über 100°C kommen. Lithium-Ionen-Zellen sollen in einem idealen Betriebstemperaturbereich zwischen 20°C und 40°C betrieben werden. Für eine optimale Betriebsstrategie ist insbesondere ein sehr geringer Temperaturunterschied zwischen den einzelnen Zellen des Energiespeichermoduls notwendig. Darüber hinaus soll das Energiespeichermodul und dessen Gehäuse den anspruchsvollen mechanischen Anforderungen im Automobilbereich standhalten.In a device usually referred to as a battery for supplying power to a motor vehicle, a plurality of energy storage modules are usually used to drive the vehicle, for example electric vehicles or hybrid vehicles. A respective energy storage module typically consists of several stacked prismatic storage cells. The individual memory cells contain electrochemical cells of the battery. In particular, in a motor vehicle, the energy storage is exposed to a variety of thermal loads. In winter, depending on the application, the extreme ambient temperature of the vehicle must be taken into account. In summer, the load on the exhaust system adds up to the high ambient temperature. Here it can come to a temperature of over 100 ° C due to a high radiation input. Lithium-ion cells should be operated in an ideal operating temperature range between 20 ° C and 40 ° C. In particular, a very small temperature difference between the individual cells of the energy storage module is necessary for an optimal operating strategy. In addition, the energy storage module and its housing to withstand the demanding mechanical requirements in the automotive sector.

Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung, ein Energiespeichermodul bereitzustellen, das bei kostengünstiger Herstellung und Montage möglichst effizient betrieben werden kann.It is an object of the present invention to provide an energy storage module that can be operated as efficiently as possible at cost-effective production and assembly.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch den unabhängigen Anspruch 1. Die abhängigen Ansprüche haben bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung zum Gegenstand.The object is achieved by the independent claim 1. The dependent claims have preferred developments of the invention to the subject.

Somit wird die Aufgabe gelöst durch ein Energiespeichermodul für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, vorzugsweise für ein Kraftfahrzeug, umfassend mehrere prismatische Speicherzellen. Die mehreren prismatischen Speicherzellen sind zu mindestens einer Reihe gestapelt, hintereinander angeordnet. Jeweils zwischen zwei benachbarten Speicherzellen wird eine Isolationsfolie eingesetzt. Erfindungsgemäß wird zwischen zwei benachbarten Speicherzellen nur eine Isolationsfolie verwendet. Die Isolationsfolie ist mit einer Seite mit einer ersten Speicherzelle verklebt und ist mit der anderen Seite mit der benachbarten zweiten Speicherzelle verklebt. Die Isolationsfolie dient zur elektrischen Isolation der Speicherzellen untereinander. Entscheidend für den Wirkungsgrad des Energiespeichermoduls ist eine sehr geringe Temperaturspreizung zwischen den einzelnen Speicherzellen. Durch die erfindungsgemäße Verwendung von nur einer Folie zwischen den Speicherzellen, kann die elektrische Isolation äußerst dünn ausgeführt werden. Dies hat wiederum den Vorteil einer sehr guten Wärmeleitung bzw. eines sehr guten Wärmeübergangs zwischen den Speicherzellen. Insbesondere weil die Isolationsfolie mit beiden Speicherzellen verklebt ist, ergibt sich ein sehr guter Wärmeübergang über die Klebestellen und die sehr dünne Isolationsfolie. Im Gegensatz zur herkömmlichen Verwendung von jeweils einer Isolationsfolie pro Seite einer Speicherzelle, was dazu führt, dass zwischen zwei benachbarten Speicherzellen zwei Isolationsfolien angeordnet sind, konnte im Versuch nachgewiesen werden, dass mit der beidseitig verklebten, erfindungsgemäßen Isolationsfolie die Temperaturspreizung zwischen den Speicherzellen um bis zu 25 Prozent reduziert werden kann. Darüber hinaus verbessert die Verklebung der Speicherzellen untereinander auch die mechanischen Eigenschaften des Energiespeichermoduls.Thus, the object is achieved by an energy storage module for a device for power supply, preferably for a motor vehicle, comprising a plurality of prismatic memory cells. The plurality of prismatic memory cells are stacked to at least one row, arranged one behind the other. Between each two adjacent memory cells, an insulating film is used. According to the invention, only one insulation film is used between two adjacent memory cells. The insulating film is glued to one side with a first memory cell and is glued to the other side with the adjacent second memory cell. The insulating film is used for electrical isolation of the memory cells with each other. Decisive for the efficiency of the energy storage module is a very low temperature spread between the individual memory cells. The inventive use of only one film between the memory cells, the electrical insulation can be made extremely thin. This in turn has the advantage of a very good heat conduction or a very good heat transfer between the memory cells. In particular, because the insulating film is bonded to both memory cells, there is a very good heat transfer over the splices and the very thin insulation film. In contrast to the conventional use of one insulation film per side of a memory cell, which results in two insulation foils being arranged between two adjacent memory cells, it could be demonstrated in an experiment that the temperature difference between the memory cells is increased by up to 10% with the insulation film bonded on both sides 25 percent can be reduced. In addition, the bonding of the memory cells with each other also improves the mechanical properties of the energy storage module.

Die Isolationsfolie weist eine erste und eine zweite jeweils zu verklebende Seite auf, wobei die erste Seite mit einer ersten Speicherzelle und die zweite Seite mit einer zu der ersten Speicherzelle benachbarten zweiten Speicherzelle verklebt ist.The insulating film has a first and a second side to be bonded in each case, wherein the first side is glued to a first memory cell and the second side to a second memory cell adjacent to the first memory cell.

Insbesondere ist vorgesehen, dass in dem Energiespeichermodul alle benachbarten Speicherzellen mit jeweils einer beidseitig verklebten Isolationsfolie verbunden sind.In particular, it is provided that in the energy storage module all adjacent memory cells are each connected to an insulating film bonded on both sides.

Für eine kostengünstige und schnelle Montage wird besonders bevorzugt eine doppelseitig selbstklebende Isolationsfolie verwendet.For a cost-effective and fast assembly, a double-sided self-adhesive insulating film is particularly preferably used.

Insbesondere ist die Isolationsfolie höchstens 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,15 mm, dick.In particular, the insulating film is at most 0.2 mm, preferably at most 0.15 mm, thick.

Die Reihe aus gestapelten Speicherzellen wird vorzugsweise zwischen zwei Endplatten verspannt. Die zwei Endplatten sind über Zuganker miteinander verbunden. Die Verspannungsrichtung steht somit senkrecht zu den Endplatten. Die Isolationsfolien werden parallel zu den Endplatten bzw. senkrecht zur Verspannungsrichtung angeordnet.The series of stacked memory cells is preferably clamped between two end plates. The two end plates are connected by tie rods. The bracing is thus perpendicular to the end plates. The insulation films are arranged parallel to the end plates or perpendicular to the stress direction.

Die Endplatten und Zuganker dienen neben der mechanischen Fixierung der Module zueinander insbesondere dazu, eine Verformung durch Gasdruckänderungen, welche beim Betrieb in den im Inneren der Module angeordneten elektrochemischen Zellen auftreten, entgegenzuwirken.The end plates and tie rods are used in addition to the mechanical fixation of the modules to each other in particular to counteract deformation by gas pressure changes, which occur during operation in the arranged inside the modules electrochemical cells.

Für einen möglichst guten Wärmeübergang zwischen den Speicherzellen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Speicherzellen jeweils mit ihrer größten Außenfläche aneinander anliegen. Dementsprechend wird auch auf diese größte Außenfläche die Isolationsfolie aufgeklebt. Besonders bevorzugt wird diese gesamte größte Außenfläche mit einer durchgehenden Isolationsfolie beklebt.For the best possible heat transfer between the memory cells, it is preferably provided that the memory cells abut each other with their largest outer surface. Accordingly, the insulating film is glued to this largest outer surface. Particularly preferably, this entire largest outer surface is covered with a continuous insulating film.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail erläutert. Dabei zeigen:Hereinafter, an embodiment of the invention will be explained in detail with reference to the accompanying drawings. Showing:

1 ein erfindungsgemäßes Energiespeichermodul gemäß einem Ausführungsbeispiel, und 1 an inventive energy storage module according to an embodiment, and

2 eine Speicherzelle des erfindungsgemäßen Energiespeichermoduls gemäß dem Ausführungsbeispiel. 2 a memory cell of the energy storage module according to the invention according to the embodiment.

1 zeigt ein Speichermodul 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel. Das Speichermodul 1 setzt sich zusammen aus zwei Reihen 9. Jede Reihe 9 weist sechs prismatische Speicherzellen 2 auf. Die gestapelten Speicherzellen 2 sind über zwei parallele Endplatten 3 und drei Zuganker 4 miteinander verspannt. Durch die Verspannung wirkt die eingezeichnete Kraft F auf die Speicherzellen 2. Im gezeigten Beispiel umfasst das Energiespeichermodul 1 mehrere Reihen 9. Allerdings kann die Erfindung genau so gut auch an einem Energiespeichermodul 1 mit nur einer Reihe 9 verwirklicht werden. Darüber hinaus kann die jeweilige Reihe 9 auch mehr als oder weniger als sechs Speicherzellen 2 aufweisen. 1 shows a memory module 1 according to the embodiment. The memory module 1 is composed of two rows 9 , Every row 9 has six prismatic memory cells 2 on. The stacked memory cells 2 are about two parallel endplates 3 and three tie rods 4 braced together. Due to the tension, the drawn-in force F acts on the memory cells 2 , In the example shown, the energy storage module comprises 1 several rows 9 , However, the invention can just as well on an energy storage module 1 with only one row 9 be realized. In addition, the respective series 9 also more than or less than six memory cells 2 exhibit.

Jeweils zwischen zwei Speicherzellen 2 einer Reihe 9 befindet sich eine Isolationsfolie 8.In each case between two memory cells 2 a row 9 there is an insulation film 8th ,

2 zeigt im Detail eine der Speicherzellen 2 aus 1. In der linken Darstellung in 2 ist eine Explosionsdarstellung gezeigt. Die rechte Darstellung in 2 zeigt den zusammengesetzten Zustand. Jede Speicherzelle 2 umfasst eine Oberseite 5 mit zwei Anschlusspolen 6. Die beiden größten Außenflächen der Speicherzelle 2 sind in 2 mit Bezugszeichen 7 markiert. Diese größten Außenflächen 7 stehen parallel zu den Endplatten 3. Jeweils zwischen zwei Speicherzellen 2 wird eine Isolationsfolie 8 zur elektrischen Isolierung der Speicherzellen 2 angeordnet. Die Isolationsfolie 8 ist jeweils mit zwei Speicherzellen 2 verklebt. Zur Anwendung kommt hier eine doppelseitig klebende Isolationsfolie mit einer Stärke von 0,125 mm. Wie in 2 zu sehen ist, deckt die Isolationsfolie 8 die vollständige größte Außenfläche 7 der Speicherzelle 2 ab. 2 shows in detail one of the memory cells 2 out 1 , In the left illustration in 2 an exploded view is shown. The right representation in 2 shows the assembled state. Every memory cell 2 includes a top 5 with two connection poles 6 , The two largest outer surfaces of the memory cell 2 are in 2 with reference number 7 marked. These biggest outside surfaces 7 stand parallel to the end plates 3 , In each case between two memory cells 2 becomes an insulation film 8th for electrically insulating the memory cells 2 arranged. The insulation film 8th is each with two memory cells 2 bonded. Here, a double-sided adhesive insulation film with a thickness of 0.125 mm is used. As in 2 can be seen, covers the insulation film 8th the fullest outer surface 7 the memory cell 2 from.

Die doppelseitig selbstklebende Isolationsfolie 8 dient sowohl zur mechanischen Stabilisierung der Anordnung als auch dem optimierten Wärmeübergang zwischen den Speicherzellen 2. Durch die sehr dünne Ausbildung der Isolationsfolie 8 ist ein guter Wärmeaustausch zwischen den Speicherzellen 2 gegeben, wodurch sich die Temperaturspreizung innerhalb des Energiespeichermoduls 1 reduziert.The double-sided self-adhesive insulation film 8th serves both for the mechanical stabilization of the arrangement and for the optimized heat transfer between the storage cells 2 , Due to the very thin design of the insulation film 8th is a good heat exchange between the storage cells 2 given, causing the temperature spread within the energy storage module 1 reduced.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
EnergiespeichermodulEnergy storage module
22
Speicherzellenmemory cells
33
Endplattenendplates
44
Zugankertie rods
55
Oberseitetop
66
Anschlusspoleconnecting poles
77
Größte AußenflächeBiggest outer surface
88th
Isolationsfolieinsulation blanket
99
Reiheline
FF
VerspannkraftClamping force

Claims (7)

Energiespeichermodul (1) für eine Vorrichtung zur Spannungsversorgung, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, umfassend – mehrere prismatische Speicherzellen (2), die, zu mindestens einer Reihe (9) gestapelt, hintereinander angeordnet sind, und – eine Isolationsfolie (8) jeweils zwischen zwei benachbarten Speicherzellen (2), – wobei eine Seite der Isolationsfolie (8) mit einer ersten Speicherzelle (2) verklebt ist und die andere Seite der Isolationsfolie (8) mit einer benachbarten zweiten Speicherzelle (2) verklebt ist.Energy storage module ( 1 ) for a device for power supply, in particular of a motor vehicle, comprising - a plurality of prismatic memory cells ( 2 ), which, at least one row ( 9 ) are stacked, arranged one behind the other, and - an insulating film ( 8th ) in each case between two adjacent memory cells ( 2 ), - one side of the insulating film ( 8th ) with a first memory cell ( 2 ) and the other side of the insulating film ( 8th ) with an adjacent second memory cell ( 2 ) is glued. Energiespeichermodul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen allen benachbarten Speicherzellen (2) jeweils eine beidseitig verklebte Isolationsfolie (8) angeordnet ist.Energy storage module according to claim 1, characterized in that between all adjacent memory cells ( 2 ) each have a double-sided bonded insulation film ( 8th ) is arranged. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (8) zur elektrischen Isolation ausgebildet ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating film ( 8th ) is designed for electrical insulation. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (8) eine doppelseitig selbstklebende Folie ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating film ( 8th ) is a double-sided self-adhesive film. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsfolie (8) höchsten 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,15 mm, dick ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the insulating film ( 8th ) is 0.2 mm thick, preferably at most 0.15 mm thick. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Reihe (9) aus gestapelten Speicherzellen (2) zwischen zwei Endplatten (3) über Zuganker (4) verspannt ist, wobei die Isolationsfolie (8) parallel zu den Endplatten (3) angeordnet ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized in that the row ( 9 ) of stacked memory cells ( 2 ) between two end plates ( 3 ) via tie rods ( 4 ) is clamped, wherein the insulating film ( 8th ) parallel to the end plates ( 3 ) is arranged. Energiespeichermodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen (2) mit ihren größten Außenflächen (7) aneinander anliegen, und dass diese gesamte Außenfläche (7) mit der Isolationsfolie (8) beklebt ist.Energy storage module according to one of the preceding claims, characterized that the memory cells ( 2 ) with their largest external surfaces ( 7 ) abut each other, and that this entire outer surface ( 7 ) with the insulating film ( 8th ) is pasted.
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