具有端子冷却的电池模块和用于制造电池模块的方法与流程

本发明涉及一种用于机动车的电池模块，其中，该电池模块包括电芯堆，电芯堆具有第一堆侧面和多个在第一方向上并排布置的电芯，多个电芯分别具有第一电芯侧面，第一电芯侧面在第二方向上界定相应的电芯，在第一电芯侧面上分别布置有相应的电芯的至少一个第一极端子，该第一极端子是电芯堆的第一堆侧面的一部分或者面向第一堆侧面。此外，电池模块包括模块壳体，电芯堆布置在该模块壳体中，其中，模块壳体具有可被冷却剂穿流的冷却盖，冷却盖布置成与第一堆侧面对置，其中，在第一堆侧面和冷却盖之间形成间隙，在该间隙中布置有导热物质。此外，本发明还涉及一种用于制造电池模块的方法。

背景技术：

1、电池模块、特别是用于高压电池的电池模块通常通过冷却装置进行冷却。在此，高压电池通常包括多个电池模块，其中，这种电池模块又可以包括多个以电芯包或电芯垛或电芯堆的形式布置的电芯、例如棱柱形的单电芯。这些电池-单电芯的过度发热对其使用寿命产生负面影响，因为这加速了电芯的老化。相应值得期望的是，如果可能的话，始终将这种电芯的温度保持在对电芯的使用寿命的负面影响程度最低并且进而对于电芯的运行最优的期望的温度范围内。通常用于冷却电池模块的冷却装置常常布置在这种电池模块的下侧，也就是说布置在电池模块的与各个电芯的极相对地布置的侧上。在该区域中，能最简单地例如通过可被冷却剂穿流的冷却板提供大面积的冷却。但是，这种冷却装置一般也可以布置在电池模块的其他侧上，并且也可以布置在电池模块的各个电芯之间。但在某些情况下可能出现的是，这种冷却装置能提供的冷却功率不足以将电芯保持在期望的温度范围内。例如，这种情况可能在在行驶期间高的功率要求时出现，或者也在用于给高压电池充电的充电过程中出现。相应地，在这种情况下，为了仍然能够将电芯保持在期望的温度范围内，限制可用于行驶运行的功率或限制用于给高压电池充电的充电功率。由此，在行驶时，这不利地降低了机动车能提供的最大功率，并且在给高压电池充电时，这导致充电时间显著变长。

2、因此值得期望的是，能够实现尽可能有效地冷却电池模块。

3、de 10 2020 133 255 a1描述了一种具有电池壳体的电池装置，电池壳体具有壳体下部件和布置在壳体下部件上的壳体盖。此外，电池装置包括布置在电池壳体中的电池模块，电池模块包括至少一个电芯，其中，电池模块的上侧面向壳体盖，并且在上侧的至少一个区域中与壳体盖保持距离。此外，在电池模块的上侧和壳体盖之间布置有完全填充在上侧的区域和壳体盖之间的间隙的导热物质，其中，电池装置具有至少一个密封元件，该密封元件至少部分密封至少该间隙。

4、此外，在电池模块的上侧和壳体盖(其同时可以形成冷却盖)之间的间隙应该完全被灌注物质或导热物质填充，以使得热连接尽可能有效并避免形成隔热的空气夹杂。由此，可以实现在壳体盖和电池模块之间良好的热连接。此外，可以补偿由于公差造成的电芯上侧的不同区域的高度差异。

5、然而，在填充这种间隙时，又出现其他问题：必须在该间隙中设置足够的导热物质，以确保壳体盖通过导热物质与电芯极电绝缘。另一方面，大量的导热物质又具有的缺点是，其增大了电池模块的总重量，导致导热物质层的厚度大，这又降低了从电池模块到冷却盖的热传递路径的热阻，并且此外，大的间隙高度导致结构空间需求增加，等。

技术实现思路

1、本发明的目的是，提供一种电池模块和一种方法，其实现电池模块在模块壳体的冷却盖上的尽可能有效的热连接。

2、该目的通过具有根据相应的独立权利要求所述的特征的电池模块和方法来实现。本发明的有利的设计方案是从属权利要求、说明书以及附图的主题。

3、根据本发明的用于机动车的电池模块包括电芯堆，电芯堆具有第一堆侧面和多个在第一方向上并排布置的电芯，多个电芯分别具有第一电芯侧面，第一电芯侧面在第二方向上界定相应的电芯，在第一电芯侧面上分别布置有相应的电芯的至少一个第一极端子，该第一极端子是电芯堆的第一堆侧面的一部分或者面向第一堆侧面。此外，电池模块包括模块壳体，电芯堆布置在该模块壳体中，其中，模块壳体具有可被冷却剂穿流的冷却盖，冷却盖布置成与第一堆侧面对置，其中，在第一堆侧面和冷却盖之间形成间隙，在该间隙中布置有导热物质。在此，间隙仅仅部分地被导热物质填充，从而间隙的至少一个位于第一极端子和冷却盖之间的连续的第一部分区域完全被导热物质填充，间隙的第二部分区域形成用于导热物质的收集区域，该第二部分区域以第三方向为基准连接在第一部分区域上并且最多仅仅部分地被导热物质填充。

4、在此，本发明基于以下认识：在电芯发热时，主要导致在极端子的区域中发热。因此，如果冷却装置(如当前通过冷却盖提供)尽可能好地连接在极端子处，即通过当前至少布置在第一极端子和冷却盖之间的第一部分区域中并且完全填充该部分区域的导热物质连接，则因此已经可以实现非常高的冷却效率。由此，可以提供第一极端子在冷却盖上的特别好的热连接。由此，不需要热连接第一电芯侧面的在其中未布置有极端子的区域，因为总归无法借此实现冷却效率的显著提升。现在，这一认识可以以特别有利的方式再次用于设计邻接在第一部分区域处的第二部分区域，使得第二部分区域不被或仅仅部分地被导热物质填充。可以说，间隙的该邻接的第二部分区域可以用作在制造电池模块期间的收集区域或收集盆，以用于在将冷却盖压向电池模块的方向时收集因为这种按压过程从第一部分区域中流出的多余的且还为粘性的导热物质。由此又获得其他优点，因为例如这还能够实现在第一极端子和冷却盖之间特别小的间隙高度、更确切地说被导热物质填充的第一部分区域的特别小的高度，第一部分区域的高度可通过所描述的按压过程调整至期望的高度。因此，这例如不需要额外将恰好合适的导热物质量布置在该第一部分区域中，因为多余的导热物质可以简单地被排挤到收集区域中。因此，即一方面可实现以第二方向为基准的高度公差的最优公差补偿，提供尽可能小的间隙高度和尽可能小的导热物质层的层厚度，在第二方向上特别小的电池模块结构高度，并且可实现电池模块在冷却盖上的特别有效的热连接。

5、例如，电芯是锂离子电芯。此外，电芯例如可以构造成棱柱形的电芯。在此，电芯中的每个包括两个极端子。在此可选地，如后面更详细地说明的那样，不仅第一极端子而且第二极端子都布置在电芯的相应的第一电芯侧面上。在这种情况下，极端子彼此具有一定的距离，特别是在第三方向上具有距离，由此可以提供收集区域。此外，第一极端子可以通过电芯连接器导电地彼此连接，同样第二极端子可以通过电芯连接器导电地彼此连接。因此，电芯连接器同样可以是后面说明的第一堆侧面的端子区域。

6、优选地，导热物质设计为电绝缘的。由此，导热物质同时可以用作在极端子或位于极端子上的电芯连接器与例如冷却盖之间的电绝缘件。但也可设想，设置附加的电绝缘元件、例如绝缘薄膜，如后面将更详细地说明的那样。例如，导热物质是所谓的间隙填料、也就是说具有尽可能好的导热性能的间隙填充物。导热物质一般也可以被称为热界面材料。原则上，也可设想使用导热粘合剂作为导热物质。然而，在此这不是优选的。在电池模块的制造期间，当导热物质被引入待制造的电池模块的相应区域中或被施加到该区域上时，导热物质是粘性的，并且紧接着，在将应布置在导热物质上的构件引入其正确的位置中时，导热物质硬化。在电池模块完成制造时，导热物质是固态的并且不再是粘性的。

7、优选地，电芯堆的电芯构造成相同形式。优选地，电芯的极端子也位于相同位置上。于是，例如第一极端子布置在直线伸延的线上。这简化了在冷却盖上的热连接。由此，间隙的第一部分区域同样可以直线地越过所有第一极端子延伸，特别是连续地延伸。

8、至少第一极端子或与其连接的电芯连接器是电芯堆的第一堆侧面的一部分。因此，如果电芯连接器在第二方向上位于极端子上方，则也可以认为仅仅电芯连接器是第一堆侧面的一部分，并且这样的话，极端子则相应地面向第一堆侧面。但电芯连接器也可以不同地实施和定位，例如在极端子旁边，以侧向接触极端子的方式。可选地，第一电芯侧面，特别是包括所述的电芯连接器，也可以完全是第一堆侧面的一部分。在此，电芯堆的第一堆侧面也可以完全通过包括在电芯堆中的电芯的第一电芯侧面形成。但也可以规定，仅仅是布置在第一电芯侧面上的极端子、即第一极端子，和可选地后面描述的第二极端子是第一堆侧面的一部分。在第一电芯侧面的不同于极端子的剩余区域上，例如包括在相应电芯的两个极端子之间的区域，可以存在覆盖件，该覆盖件是第一堆侧面的一部分。于是，例如第一堆侧面可以通过该覆盖件和例如穿过该覆盖件的凹口伸出的极端子形成，或者可以包括覆盖件和极端子。

9、在此优选地，第一方向垂直于第二方向，并且优选地，第三方向垂直于第一方向和第二方向。因此，第一、第二和第三方向基本上成对地彼此垂直。

10、冷却盖构造成可被冷却剂穿流。为了这个目的，冷却盖例如可以具有冷却通道或冷却通道的冷却通道区段。优选地，冷却盖自身由金属材料形成，因为由此可以优化热传导。但同样可设想由塑料、特别是纤维增强的塑料形成的方案。除了冷却盖之外，模块壳体还可以具有其他壳体构件、例如包围电芯堆的框架。例如，冷却盖可以布置在该框架上。此外可选地，模块壳体也可以包括壳体底部，但不必一定是这种情况。电池模块也可以作为整体布置在通过整个电池壳体的底部提供的冷却底部上，在整个电池壳体中接纳有多个所述电池模块。但优选地，电池模块中的每个具有自己的冷却盖，由此，冷却盖是相应的模块壳体的一部分，因为由此能够实现精确配合。

11、通过多个这种电池模块特别可以提供机动车电池、优选高压电池。换句话说，电池模块是机动车的高压电池的电池模块。在此，相对于电池模块在机动车中的优选的安装位置，第二方向特别可以与机动车的车辆竖轴的车辆竖向对应。相应地，模块壳体的形成冷却盖的冷却壁也被称为盖部。尽管这样，也可以设想在机动车中的任意其他安装位置。

12、在第一堆侧面和冷却盖之间的间隙至少部分地具有空腔。原则上也可设想，以其他方式填充间隙的未被导热物质填充的部分区域。但利用灌注物质灌注不是优选的，从而相应优选的是，间隙至少部分地包括空腔、例如空气填充的空腔。这又具有重量技术方面的优点。

13、根据本发明的另一个有利的设计方案，电芯分别在其第一电芯侧面上具有第二极端子，其中，间隙包括第三部分区域，该第三部分区域位于第二极端子和冷却盖之间，并且完全被导热物质填充，更确切地说被另一导热物质填充。但在此优选的是与同样填充第一部分区域的导热物质相同类型的或相同的导热物质。特别是，相同的也应该适用于还将参考本发明的其他实施例阐述的并且例如填充后面更详细地说明的间隙的可选的第四和第六部分区域以及最多部分地填充间隙的第五部分区域的导热物质。

14、即由此有利地，同样位于相应的电芯的第一侧上的电芯的第二极端子也可以有效地连接在冷却盖上。

15、在本发明的另一个有利的设计方案中，第一堆侧面包括第一端子区域，第一端子区域在第一方向上直线地延伸并且包括电芯的第一极端子，其中，第一堆侧面包括第二端子区域，第二端子区域在第一方向上直线地延伸并且包括电芯的第二极端子，其中，第一和第二端子区域在第三方向上彼此具有距离，其中，收集区域布置在第一端子区域和第二端子区域之间。因此有利地，收集区域可以在两个端子区域之间形成。极端子通常稍微超出第一电芯侧面的剩余区域。由此，在电芯的两个极端子之间产生一定的凹部，有利地，该凹部可以在电芯堆上用作用于在制造过程中多余的导热物质的收集区域。

16、在本发明的另一个有利的设计方案中，电池模块具有密封框架，密封框架布置成环绕间隙或被间隙所包括的部分间隙，特别是沿着第一堆侧面的边缘区域布置。在此，该密封框架可以沿着第一堆侧面的整个边缘区域环绕地布置。通过该密封框架可以有利地确保，导热物质在制造过程中不能从在冷却盖和电芯堆之间形成的间隙中溢出、更确切地说从该间隙中流出或被压出。由此，在制造过程中，可以有目的地将多余的导热物质引导到收集区域中。这简化了制造过程。

17、在此，密封框架可以设计为不可压缩的，也就是说可以设计为抬高的、刚性的侧壁，或者也可以包括弹性的密封件或构造成这种弹性的密封件。密封框架也可以设计为两件式的，并具有第一不可压缩的第一框架部分，密封件在第二方向上布置在该第一框架部分上。即，由此密封框架也可以构造成至少以第二方向为基准具有一定的柔性或可弹性变形。例如，密封框架可以一方面贴在或布置在电芯堆的边缘区域上，并且另一方面贴靠在冷却盖上，优选地通过软的或弹性的密封部分。替代地，密封框架也可以仅利用其密封部分贴靠在后面更详细地说明的导热板上。密封件可以通过位于环绕的框架、也就是说第一框架部分上的泡沫密封件提供。也可设想，该密封框架通过模块壳体的伸出的侧壁提供，该侧壁在上侧配设有密封件、例如泡沫密封件。

18、根据本发明的另一个有利的设计方案，电池模块具有导热板，该导热板布置在间隙中并且在第二方向上将间隙分成第一部分间隙和第二部分间隙，其中，第一和第二部分区域以及特别是还有第三部分区域布置在导热板和第一堆侧面之间的第一部分间隙中。可以说，导热板用作中间板，该中间板将间隙分成两个部分间隙、即第一部分间隙和第二部分间隙。于是，相应地以第二方向为基准，第二部分间隙布置在第一部分间隙上方。在此，导热板也可以具有开口，从而第一和第二部分间隙原则上可以通过该开口连接。但优选地，导热板设计为封闭的板，也就是说，导热板优选地没有开口。必要时，在导热板中可以设置通风开口，以使得在按压过程中能够实现空气从第一部分间隙中漏出。但这种类型的通风开口也可以设置在其他部位处。可以说作为中间平面位于电芯堆的第一堆侧面和冷却盖之间的这种附加的导热板具有多个优点：最重要的是，由此显著简化了可能的电池模块拆卸。如果出于任何原因、例如在维修情况下应该将冷却盖从电池模块上取下，则通过附加的导热板显著简化这种情况。由此，简化了例如同样通过导热物质连接在导热板上的冷却盖的刮平，并且同时防止了电芯堆的可能的机械损伤或损坏。由此，导热板用作用于电芯堆的附加保护。例如，在液体或灰尘等渗入电池模块中方面，此时导热板也承担附加的保护功能。因此优选的是，导热板设计为没有开口，因为由此也附加地妨碍液体的渗入。优选地，导热板由金属材料形成，由此，通过导热板又提供特别好的导热能力。例如，导热板可以由铝和/或钢制成。

19、原则上，也可设想没有这种导热板的实施方案。于是，在这种情况下，例如间隙的第一部分区域和/或第三部分区域从第一堆侧面延伸到冷却盖。因此，在这种情况下，完全填充第一部分区域或第三部分区域的导热物质一方面直接接触第一堆侧面，特别是也直接接触第一极端子或第二极端子或者说布置在该处的电芯连接器，而且另一方面直接接触冷却盖。现在，通过导热板将第一和第三部分区域分别限制在导热板和电芯堆之间的第一部分间隙上。

20、但为了改善导热板在冷却盖上的热连接，在这里也再次优选的是，第二部分间隙至少部分地被导热物质填充。因此，本发明的另一个非常有利的设计方案规定，在第二部分间隙中，在第二方向上直接在被导热物质填充的第一部分区域上方布置有第四部分区域，特别是其中，第四部分区域从导热板延伸到冷却盖，和/或在第二方向上直接在最多仅仅部分地被导热物质填充的第二部分区域上方布置有第五部分区域，和/或在第二方向上直接在被导热物质填充的第三部分区域上方布置有第六部分区域，特别是其中，第六部分区域从导热板延伸到冷却盖。在此，第五部分区域可以再次用作在制造过程中用于多余的间隙填料或多余的导热物质的收集区域。现在有利地，导热板通过第四部分区域和第六部分区域连接在冷却盖上。该第四部分区域和第六部分区域此时直接位于第一部分区域和第三部分区域上方，第一部分区域和第三部分区域又直接布置在极端子上方。由此，通过导热板提供从极端子到冷却盖的导热特别好的路径。

21、根据本发明的另一个有利的设计方案，电池模块包括至少一个电绝缘薄膜，该电绝缘薄膜布置在间隙中，并且优选地至少在第一堆侧面的第一端子区域上布置在第一端子区域和位于第一部分区域中的导热物质之间，并且特别是也在第一堆侧面的第二端子区域上布置在第二端子区域和位于第三端子中的导热物质之间。

22、通过这种电绝缘薄膜，可选地可以在电芯堆和冷却盖和/或导热板之间提供附加的绝缘。由此可以进一步提高安全性。此外，在其电绝缘性能方面对导热物质的要求由此可以显著降低或者完全取消。也不需要导热物质的最小厚度来确保电绝缘。这还能够实现更小的间隙高度或导热物质层的层厚度。在此优选的是，这种薄膜例如连续地布置在第一端子区域上。另一薄膜可以布置在第二端子区域上，并且由此相应地覆盖所有第二端子。虽然并不优选，原则上也可设想，薄膜覆盖整个第一堆侧面。这需要耗费更多地利用这种电绝缘薄膜形成第一堆侧面的外衬。薄膜可以在第三方向上稍微超出第一和第二端子区域。由此，给出一定的安全公差范围，该安全公差范围确保利用相应的薄膜可靠地覆盖第一和第二端子。

23、但替代地或附加地也可设想，这种电绝缘薄膜布置在冷却盖和/或导热板的背离电芯堆的侧面上。由此，也可以提供在一方面冷却盖或导热板以及另一方面电芯堆之间的可靠的电绝缘。如果存在导热板，则在冷却盖和导热板之间不需要以这种薄膜的形式的附加的电绝缘。冷却盖和导热板也可以导电接触，而不带来任何短路风险，因为这两个构件不是引导电压的构件。

24、薄膜可以是塑料薄膜。这实现了电绝缘薄膜的非常简单且成本适宜的设计方案。

25、根据本发明的另一个有利的设计方案，模块壳体具有两个侧壁，这两个侧壁布置成基本上垂直于第三方向，并且分别与导热板材料锁合地连接，特别是焊接在导热板上。由此，在导热板和侧壁之间可以建立特别稳定的连接。除了两个侧壁之外，模块壳体也可以具有两个端板，这两个端板在第一方向上并且与第一方向相反地界定电芯堆，并且将两个侧壁相互连接。端板与侧壁一起形成围绕电芯堆的框架。端板不一定必须被紧固在导热板上。

26、根据本发明的另一个有利的设计方案，电池模块具有至少一个由电绝缘的材料制成的间隔垫片，间隔垫片布置在第一堆侧面上，特别是布置在第二部分区域中。在此，至少一个间隔垫片优选地在第二方向上比极端子更高地伸出。通过这种间隔垫片可以有利地确保，在极端子和冷却盖或——如果存在的话——导热板之间始终存在一定的最小距离。由此可以确保在极端子上的导热物质的一定的最小层厚度。这不仅在没有用于可靠的电绝缘(其原则上也可通过附加的绝缘薄膜实现)的导热板的情况下是有利的，而且这特别出于稳定性原因也是有利的，并且在像运行中特别是在行驶期间出现的机械应力和运动的情况下，这也能够实现在冷却盖处的可靠的热连接。

27、至少一个间隔垫片可以设计为点状的间隔垫片或设计为空间上彼此分离的间隔点，这些间隔点在相应的第一电芯侧面或第一堆侧面上布置在不存在端子的区域中。但间隔垫片也可以构造成框架的形式，并且越过电芯的所有第一电芯侧面或电芯堆的第一堆侧面延伸。例如，该框架可以在邻接于极端子或以第三方向为基准与极端子相邻地布置的区域中设计为具有凹口或凹部，也就是说，在第二方向上构造成更低，以使得能够实现在制造期间多余的导热物质进入收集区域中，因为该收集区域可以位于间隔框架之内。框架或其他间隔结构也可以通过以上描述的间隔点和将间隔点相互连接的连接牵杆形成，其中，以第二方向为基准，连接牵杆可以比间隔点低。通过这种间隔框架或这种间隔结构，简化了在电芯堆上的布置，因为不必将大量单个的间隔垫片施加到电芯堆上。

28、根据本发明的另一个有利的设计方案，电池模块包括至少一个补偿高度公差的紧固件，借助于该紧固件将冷却盖紧固在模块壳体的壳体构件上，例如紧固在以上所述的端板之一上。这种补偿高度公差的紧固件可以设计成，使通过该紧固件将冷却盖紧固在模块壳体的剩余部分上的紧固过程可逆，也就是说，可无破坏地逆转。例如，可以拧紧冷却盖，或者紧固件可以通过在其卡锁位置方面可在第二方向上调整的卡扣或卡锁元件的形式提供。由此，特别在维修情况下，实现更简单地从电池模块的剩余部分中拆下冷却盖。

29、此外，本发明还涉及一种用于机动车的高压电池，该高压电池具有根据本发明的电池模块或其实施方式之一。优选地，这种高压电池包括多个根据本发明的电池模块或多个根据本发明的实施例的电池模块。

30、此外，本发明还涉及一种机动车，其具有根据本发明的电池模块或其设计方案之一。

31、根据本发明的机动车优选地设计为汽车，特别设计为乘用汽车或商用汽车，或者设计为大客车或摩托车。

32、此外，本发明还涉及一种用于制造用于机动车的电池模块的方法，其中，提供布置在接纳部中的电芯堆，电芯堆具有第一堆侧面和多个在第一方向上并排布置的电芯，电芯分别具有第一电芯侧面，第一电芯侧面在第二方向上界定相应的电芯，在第一电芯侧面上分别布置有相应的电芯的至少一个第一极端子，该第一极端子是电芯堆的第一堆侧面的一部分。此外，提供可被冷却剂穿流的冷却盖以及导热物质。此外，将导热物质、电芯堆和冷却盖相对于彼此这样布置，使得冷却盖与第一堆侧面对置，并且在第一堆侧面和冷却盖之间形成间隙，导热物质的至少一部分布置在该间隙中。在此，这样布置导热物质、电芯堆和冷却盖，使得间隙仅仅部分地被导热物质填充，从而间隙的至少一个位于第一极端子和冷却盖之间的连续的第一部分区域完全被导热物质填充，其中，间隙的第二部分区域形成用于导热物质的收集区域，该第二部分区域以第三方向为基准连接在第一部分区域上并且最多仅仅部分地被导热物质填充。

33、对于根据本发明的电池模块及其实施方式描述的优点以相同的方式适用于根据本发明的方法。

34、本发明还包括根据本发明的方法的改进方案，其具有如已经结合根据本发明的电池模块的改进方案所描述的特征。出于这个原因，在这里不再描述根据本发明的方法的相应的改进方案。

35、本发明还包括所述实施方式的特征组合。因此，本发明还包括以下实现方案，这些实现方案分别具有多个所述实施方式的特征组合，只要这些实施方式没有被描述为相互排斥的。