Die Erfindung betrifft ein Batteriemodul insbesondere für Akkumulatoren auf Lithium- Basis.

Akkumulatoren auf Lithium-Basis sind zunehmend interessant, beispielsweise aufgrund der hohen Energiedichte. Gerade für große Energiespeicher gibt es jedoch zwei grundlegende Unterschiede beispielsweise zum Blei-Schwefelsäure-Akkumulator. Zum einen können die einzelnen Zellen nicht einfach beliebig vergrößert werden. Dieses führt dazu, dass regelmäßig eine Vielzahl von Akkumulatoren zu einem größeren Modul zusammengestellt wird. Zum anderen ist gerade bei diesen Akkumulatoren das Problem des thermischen Durchgehens gegeben. Da hierbei auch eine große Menge an Gas entsteht, bedeutet dieses ein großes Risiko, insbesondere in kritischen Umgebungen, wie sich beispielsweise an Akkumulatoren in Luftfahrzeugen gezeigt hat.

Unterseeboote haben traditionell für die Fahrt unter Wasser Batterien mit großer Kapazität, die dadurch eine lebenswichtige Energieversorgung darstellen. Es muss auch im Notfall immer sichergestellt sein, dass Energie bereitgestellt wird, um die Besatzung am Leben zu erhalten und aufzutauchen. Daher ist gerade im Bereich Unterseeboot wichtig, dass alle wichtigen Bauteile schockfest ausgelegt sind, also eine Schockwelle ausgelöst durch eine Detonation in unmittelbarer Nähe überstehen und danach noch funktionsfähig sein. Hierbei treten kurzfristig extrem hohe Kräfte auf.

Gleichzeitig ist die Sicherheit gerade von Lithiumzellen in einem Unterseeboot sehr viel wichtiger als beispielsweise in einem Personenkraftwagen. Während dort Personen das Fahrzeug praktisch sofort und ungefährdet verlassen können, ist dieses bei einem getauchten Unterseeboot unmöglich. Erschwerend kommt hinzu, dass ein getauchtes Unterseeboot auch nur eine sehr kleine atembare Atmosphäre zur Verfügung stellt, Schadstoffe also nicht schnell abgegeben und verdünnt werden.

Aus der US 2012/0003508 A1 ist eine Batterie mit Lithiumzellen mit einem flammenhemmenden Füllschaum zwischen den Lithiumzellen bekannt.

Bestätigungskopie Aus der DE 102017214289 A1 ist ein Batteriemodul mit mindestens zwei Batteriezellen und jeweils mindestens einem Sicherheitsventil bekannt.

Aus der DE 102015 219 280 A1 ist ein mit einer Vergussmasse vergossenes Batteriesystem mit mehreren Batteriezellen bekannt.

Aus der DE 102008 013 188 A1 ist ein elektrochemischer Akkumulator mit einem Entgasungsraum zur Aufnahme eines in einem Störfall aus den Zellen austretenden Gasen bekannt.

Aus der JP 02 174 077 A ist eine Festkörper-Sekundärbatterie bekannt.

Aus der DE 10 2016 001 287 A1 ist ein Akkublock mit mehreren Akkuzellen und einer Vergussmasse bekannt, wobei die Akkuzellen von einer Polyimidschicht umgeben sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Batteriemodul zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Sicherheit selbst beim thermischen Durchgehen eines einzelnen Akkumulators gewährleistet.

Gelöst wird diese Aufgabe durch das Batteriemodul mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen, das Batteriegroßmodul mit den in Anspruch 11 angegebenen Merkmalen sowie durch das Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls mit den in Anspruch 14 angegebenen Merkmalen. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der nachfolgenden Beschreibung sowie den Zeichnungen.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul ist ein schockfestes Batteriemodul, welches insbesondere für den Einsatz in einem Unterseeboot geeignet ist. Das Batteriemodul weist wenigstens einen ersten Akkumulator und einen zweiten Akkumulator auf. Bevorzugt weist das Batteriemodul 20 bis 500, besonders bevorzugt 50 bis 200, Akkumulatoren auf. Alle Akkumulatoren weisen eine zylindrische Bauform auf. Das bedeutet, die einzelnen Akkumulatoren sind nicht als Pouch-Zellen ausgeführt, die üblicherweise eine größere Volumenveränderung kompensieren können. Dafür können Akkumulatoren in zylindrischer Form leicht hergestellt und auch in großer Anzahl zu einem Modul verbunden werden. Alle Akkumulatoren weisen wenigstens zwei elektrische Kontakte auf, bevorzugt genau zwei, einen für die Anode und einen für die Kathode. Alle Akkumulatoren weisen auf einer ersten Zylinderstirnfläche wenigstens einen elektrischen Kontakt auf. Beispielsweise kann der andere elektrische Kontakt über die Mantelfläche kontaktiert werden. Weiter weisen alle Akkumulatoren auf einer zweiten Zylinderstirnfläche eine Berstmembran auf.

Im Batteriemodul sind alle Akkumulatoren parallel zueinander angeordnet, wobei alle ersten Zylinderstirnflächen in die gleiche Richtung angeordnet sind. Hierdurch kann die elektrische Energie zentral auf einer Seite abgeführt werden. Alle Akkumulatoren sind in einem Modulgehäuse angeordnet.

Das Modulgehäuse weist ein erstes Modulgehäuseteil und ein zweites Modulgehäuseteil auf. Das erste Modulgehäuseteil ist flächig ausgeführt und senkrecht zur Längsrichtung der Akkumulatoren angeordnet. Auch das zweite Modulgehäuseteil ist flächig ausgeführt und senkrecht zur Längsrichtung der Akkumulatoren angeordnet.

Das erste Modulgehäuseteil weist erste Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Teils der Akkumulatoren im Bereich der ersten Zylinderstirnflächen auf. Das erste Modulgehäuseteil weist im Bereich der ersten Ausnehmungen Öffnungen zur Durchführung der elektrischen Verbindungen auf. Dieses ist notwendig, um die Akkumulatoren elektrisch kontaktieren und die Leistung abführen zu können. Das zweite Modulgehäuseteil weist zweite Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Teils der Akkumulatoren im Bereich der zweiten Zylinderstirnflächen auf.

Zwischen dem ersten Modulgehäuseteil, den zweiten Modulgehäuseteil und den Akkumulatoren ist eine Vergussmasse angeordnet. Durch die Vergussmasse ist eine schocksichere Positionierung der Akkumulatoren zueinander sichergestellt.

Das zweite Modulgehäuseteil weist im Bereich der zweiten Ausnehmungen Berststellen auf. Zwischen den Berststellen des zweiten Modulgehäuseteils und den Berstmembranen der zweiten Zylinderstirnflächen ist jeweils ein Hohlraum angeordnet. Der Hohlraum kann beispielsweise und bevorzugt gasgefüllt, insbesondere luftgefüllt oder Schutzgas-gefüllt, insbesondere mit Stickstoff oder Argon gefüllt, sein.

Durch die Anordnung aller Akkumulatoren in dem Modulgehäuse sind alle Akkumulatoren gegenüber der Umgebung geschützt. Kommt es nun zum thermischen Durchgehen eines Akkumulators, so produziert dieser großen Mengen heißer Gase, welche bei direkten Kontakt leicht dazu führen können, dass benachbarte Akkumulatoren ebenfalls kritisch werden und selber thermischen durchgehen. Da die Akkumulatoren jedoch innerhalb des Modulgehäuses geschützt sind, kann ein einzelner durchgehender Akkumulator nicht benachbarte Akkumulatoren ebenfalls kritisch werden lassen. Ein einfaches und vollständiges Einbauen würde jedoch dazu führen, dass der entstehende Druck nicht abgeführt werden kann. Kommt es bei einem einzelnen Akkumulator nun zu einem thermischen Durchgehen, so entsteht im Inneren des Akkumulators ein Druck dieser lässt die Berstmembran an der zweiten Zylinderstirnfläche bersten. Hierdurch steigt der Druck im Hohlraum, welcher zu dem Akkumulator benachbart ist ansteigen. Dieser Druckanstieg führt dazu, dass auch die Berststelle im Bereich der zweiten Ausnehmungen des zweiten Modulgehäuse Teils birst, sodass die entstehenden Gase nach außen abgeführt werden und der Druck abgebaut wird, ohne dass weiterer Schaden erzeugt wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen alle Akkumulatoren wenigstens zwei elektrische Kontakte auf der ersten Zylinderstirnfläche auf.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem ersten Modulgehäuseteil und den Akkumulatoren jeweils eine Abdichtung angeordnet. Die Abdichtungen führen dazu, dass das zwischen der Gussmasse und den Öffnungen der ersten Ausnehmungen des ersten Modulgehäuseteils sowie den elektrischen Kontakten Akkumulatoren es zu keinem Kontakt kommen kann. Insbesondere wird dadurch verhindert, dass die Öffnungen oder Kontakte durch die Vergussmasse selbst verschlossen oder unzugänglich werden und so eine elektrische Kontaktierung verhindert wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden auf die durch die Öffnungen führenden elektrischen Kontakte eine oder mehrere Verschlüsse aufgesetzt. Diese dienen dazu, ein Eindringen beispielsweise von Feuchtigkeit und somit Korrosion zu verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand zwischen dem zweiten Modulgehäuseteil und den Mantelflächen der Akkumulatoren 0,1 mm bis 5 mm, bevorzugt von 0,2 mm bis 2 mm. Diese Spaltbreite ist optimal, da die Vergussmasse ein wenig in den Spalt eindringen kann, um die mechanische Verbindung zwischen den Akkumulatoren und dem zweiten Modulgehäuseteil herzustellen, jedoch nicht vollständig einzudringen und somit die Bildung des Hohlraums zu verhindern.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ragen die elektrischen Kontakte der Akkumulatoren durch die Öffnungen der ersten Ausnehmungen in dem ersten Modulgehäuseteil aus dem Batteriemodul heraus.

In einer weiteren alternativen Ausführungsform der Erfindung werden die elektrische Kontakte mittels einer in dem ersten Modulgehäuseteil liegenden Sammelschienen elektrisch verbunden und so die Leistung aus dem Batteriemodul abgeführt. Hierzu weist das erste Modulgehäuseteil beispielsweise wenigstens eine erste Sammelschiene um einen der beiden Kontakte an jedem Akkumulator zu kontaktieren. Vorzugsweise weißt das erste Modulgehäuse weiter wenigstens eine zweite Sammelschiene auf, um den anderen der beiden Kontakte an jedem Akkumulator zu kontaktieren. Dieses entspricht einer elektrischen Parallelschaltung. Alternativ können die Akkumulatoren auch in Reihe geschaltet werden, um eine höhere Ausgangsspannung zu erzielen. Nachteil hierbei ist, dass der Ausfall eines Akkumulators die elektrische Funktionalität unterbrechen würde. Es kann auch eine Kombination aus Reihenschaltung und Parallelschaltung vorgenommen sein.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird jeweils ein Kontakt über eine erste Sammelschiene kontaktiert und der zweite Kontakt herausgeführt und außerhalb des Batteriemoduls kontaktiert. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bestehen das erste Modulgehäuseteil und das zweite Modulgehäuseteil aus einem faserverstärktem Kunststoff, bevorzugt einem faserverstärkten Epoxid, insbesondere aus glasfaserverstärkten Epoxid.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vergussmasse ein Duroplast, bevorzugt ein Epoxid.

Bevorzugt weist die Vergussmasse ein Elastizitätsmodul von 25 bis 200 MPa, weiter bevorzugt von 50 bis 125 MPa, besonders bevorzugt von 60 bis 90 MPa, nach ISO 527 auf.

Bevorzugt weist die Vergussmasse eine Zugfestigkeit von 2 bis 20 MPa, weiter bevorzugt von 3 bis 15 MPa, besonders bevorzugt von 4 bis 9 MPa, nach ISO 527 auf.

Bevorzugt weist die Vergussmasse eine Härte von 20 bis 100 Shore D nach ISO 53505 auf, bevorzugt von 35 bis 80, besonders bevorzugt von 50 bis 75.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die Akkumulatoren durch eine Polyimidfolie, insbesondere einer Folie aus einem Polykondensat aus 1, 2,4,5- Benzoltetracarbonsäuredianhydrid und 4,4'-Diaminodiphenylether, von der Vergussmasse getrennt. Polyimid ist besonders durchschlagsfest und führt somit zu einerweiteren Trennung und somit Sicherung der Akkumulatoren gegeneinander.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse größer ist als 0,03 W / (m K), bevorzugt größer als 0,2 W / (m K), weiter bevorzugt größer als 0,5 W / (m · K), besonders bevorzugt größer als 0,8 W / (m K). Auch wenn eine beliebig hohe Wärmeleitfähigkeit wünschenswert wäre, so weist jedoch realistisch die Vergussmasse eine Wärmeleitfähigkeit auf, welche kleiner ist als 20 W / (m K), wahrscheinlicher kleiner als 5 W / (m · K), noch wahrscheinlicher kleiner als 2 W / (m · K). Insbesondere wird die Wärmeleitfähigkeit gemäß ISO 8894-1 bestimmt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beträgt der Abstand zwischen den Berststellen des zweiten Modulgehäuseteils und den Berstmembranen der zweiten Zylinderstirnflächen 0,5 mm bis 2 mm.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen die Berststellen des zweiten Modulgehäuseteils eine Dicke von 0,1 mm bis 0,4 mm auf. Besonders bevorzugt bestehen die Berststellen des zweiten Modulgehäuseteils aus dem gleichen Material, aus dem auch das zweite Modulgehäuseteil besteht. Besonders bevorzugt sind die Berststellen durch eine Verringerung der Wandstärke in diesem Bereich des zweiten Modulgehäuseteils erzeugt. In einer Weiterbildung der Ausführungsform ist eine kreisförmige Nut um die Berststelle angeordnet.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das zweite Modulgehäuseteil wenigstens einen ersten Gaskanal auf, wobei der erste Gaskanal wenigsten die Berststelle des zweiten Modulgehäuseteils, welche hinter dem ersten Akkumulator angeordnet ist, und die Berststelle des zweiten Modulgehäuseteils, welche hinter dem zweiten Akkumulator angeordnet ist auf der den Hohlräumen gegenüberliegenden Seite miteinander verbindet. Durch den ersten Gaskanal können somit Gase, welche bei einem thermischen Durchgehen oder anderer exothermen chemischen Reaktion eines Akkumulators entstehen, gezielt abgeführt werden, beispielsweise nach oben abgeführt werden. Dieses ist besonders bevorzugt, wenn mehrere Batteriemodule nebeneinander aufgestellt werden sollen, damit die entstehenden Gase nicht mit den elektrischen Kontakten eines anderen Batteriemoduls in Kontakt kommen, da sie diese beschädigen könnten.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird aus zwei Batteriemodulen ein Batteriegroßmodul gebildet. Die Batteriemodule sind dabei vorzugsweise entsprechend einer der vorstehenden Ausführungsformen ausgestaltet. Die beiden Batteriemodule sind in dem Batteriegroßmodul derart angeordnet, dass die ersten Zylinderstirnflächen aller Akkumulatoren zur Mitte des Batteriegroßmoduls und damit einander direkt gegenüberliegend angeordnet sind. Der Abstand der Batteriemodule zueinander ist dabei zwischen 1/20 und 1/1 der Ausdehnung des Batteriemoduls in Richtung der Längsachse der Akkumulatoren, also beispielsweise zwischen 10 cm und 20 cm. Hierdurch verlaufen alle elektrischen Leitungen in der Mitte, vorzugsweise spiegelsymmetrisch von beiden Seiten. Hierdurch ist eine Verkabelung möglich, welche eine sehr geringe elektromagnetische Signatur aufweist und somit die Entdeckungswahrscheinlichkeit für ein Unterseeboot mit einem solchen Batteriegroßmodul verringert. In einem Zwischenraum zwischen den beiden Batteriemodulen ist daher wenigstens die elektrische Kontaktierung angeordnet. Weiter ist der Zwischenraum mit der Vergussmasse vergossen und ausgehärtet. Es kann vorteilhaft sein, vor dem Verguss eine Begrenzung um den Zwischenraum anzubringen, um ein Auslaufen der Vergussmasse zu verhindern. Die Begrenzung kann anschließend wieder entfernt werden. Zwar ist es hierdurch praktisch unmöglich, Wartungsarbeiten oder Reparaturen vorzunehmen, vorteilhaft ist jedoch, dass dadurch alle Kontakte innerhalb der Vergussmasse stabilisiert und damit schocksicher sind. Die Kontakte können sich also nicht oder kaum von der Kontaktierung lösen und die Vergussmasse verhindert, dass sich ein gelöster Kontakt im Zwischenraum frei bewegen kann. Ein Kurzschluss durch einen gelösten Kontakt ist damit praktisch ausgeschlossen.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist das Batteriegroßmodul eine Bodenplatte auf, wobei die Bodenplatte mit den beiden Batteriemodulen verklebt und/oder vergossen ist. Die beiden Batteriemodule können zusätzlich verschraubt sein, beispielsweise auch zu einer ersten Fixierung vor dem Vergießen.. Durch das Verkleben und/oder Vergießen wird eine großflächige Verbindung zwischen der Bodenplatte und den Batteriemodulen hergestellt, sodass die im Schockfall auftretenden Kräfte sicher und zerstörungsfrei übertragen werden können. Über die Bodenplatte kann beispielsweise die Verbindung zu einer Führungsschiene hergestellt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist eine Kühlwasserzuführung und eine Kühlwasserabführung im Zwischenraum in der Vergussmasse vergossen angeordnet.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines ersten Modulgehäuseteils, wobei das erste Modulgehäuseteil erste Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Teils der Akkumulatoren im Bereich der ersten Stirnflächen aufweist, wobei das erste Modulgehäuseteil im Bereich der ersten Ausnehmungen Öffnungen zur Durchführung wenigstens einer elektrischen Verbindung aufweist, b) Bereitstellen eines zweiten Modulgehäuseteils, wobei das zweite Modulgehäuseteil zweite Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines Teils der Akkumulatoren im Bereich der zweiten Stirnflächen aufweist, wobei das zweite Modulgehäuseteil im Bereich der zweiten Ausnehmungen Berststellen aufweist, c) Anordnen des ersten Modulgehäuseteils derart, dass die ersten Ausnehmungen nach oben angeordnet, wobei die Öffnungen nach unten angeordnet sind, d) Anordnen von Akkumulatoren in den ersten Ausnehmungen, wobei die ersten Zylinderstirnflächen mit dem jeweils wenigstens einen elektrischen Kontakt nach unten angeordnet werden, e) Anordnen des zweiten Modulgehäuseteils derart, dass die Akkumulatoren mit den zweiten Stirnflächen in die zweiten Ausnehmungen des zweiten Modulgehäuseteils eingefügt werden, f) Einbringen eines Gemisches aus Epoxidharz und Härter in den Bereich zwischen dem ersten Modulgehäuseteil und dem zweiten Modulgehäuseteil, g) Aushärten des Gemisches zur Vergussmasse.

Das Einbringen des Gemisches aus Epoxidharz und Härter in den Bereich zwischen dem ersten Modulgehäuseteil und dem zweiten Modulgehäuseteil erfolgt insbesondere derart, dass im Bereich zwischen den Berststellen des zweiten Modulgehäuseteils und den Berstmembranen des Akkumulators ein Gaseinschluss entsteht.

Anders ausgedrückt wird zunächst das erste Modulgehäuseteil so hingelegt, dass die ersten Ausnehmungen nach oben zeigen, in welche dann die Akkumulatoren so eingesetzt werden, dass die elektrischen Kontakte nach unten zeigen. Anschließend wird das zweite Modulgehäuseteil oben auf die Akkumulatoren aufgesetzt und der Bereich zwischen den Modulgehäuseteil mit einem Gemisch aus Epoxidharze und Härter verfällt und dieses anschließend ausgehärtet. Hierdurch entsteht dann das fertige Batteriemodul. io

Diese Vorgehensweise und insbesondere auch die räumliche Anordnung führen dazu, dass sich beim Verfüllen in den zweiten Ausnehmungen des zweiten Modulgehäuseteils Gaseinschlüsse bilden, welche dann nach dem Aushärten des Materials, gewünschte Hohlräume bilden, die Teile der Akkumulatoren unbedeckt lassen. Durch das partielle Eindringen des Epoxid-Materials von unten in die zweiten Ausnehmungen kann das Gas in diesen Bereichen nicht entweichen, sodass der Druck langsam ansteigt und eine Gegenkraft gegen das Eindringen des Epoxid-Materials erzeugt. Hierdurch wird ein Eindringen von Vergussmasse zwischen die Berstmembranen und Berststellen verhindert und die Sicherheit des Batteriemoduls gewährleistet. Für den Betrieb des Batteriemoduls würde man üblicherweise dieses Batteriemodul anschließend um 90° drehen, sodass die einzelnen Akkumulatoren nicht senkrecht stehen, sondern waagerecht liegend angeordnet sind. Würde man das Batteriemodul jedoch in dieser Orientierung hersteilen, so würden sich die Hohlräume nicht oder wenigstens nicht mit der gleichen Zuverlässigkeit ausbilden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird zwischen Schritt d) und Schritt e) ein Abdichtkleber in den Spalt zwischen den Mantelflächen der Akkumulatoren und dem ersten Modulgehäuseteile eingebracht. Der Abdichtkleber soll verhindern, dass das flüssige Gemisch aus Epoxidharze und Härter die Öffnungen des ersten Modulgehäuseteils und oder die elektrischen Kontakte der Akkumulatoren erreicht und blockiert. Als weiterer positiver Nebeneffekt wird gleichzeitig erreicht, dass die Akkumulatoren relativ zum ersten Modulgehäuseteil fixiert werden und somit bereits für Stabilität gesorgt ist. Hierdurch ist es einfacher, das zweite Modulgehäuseteil aufzusetzen, da alle Akkumulatoren ihre relative Position halten.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung wird vor Schritt d) ein O-Ring auf jeden Akkumulator aufgebracht, welcher in Schritt d) in dem Spalt zwischen den Mantelflächen der Akkumulatoren und dem ersten Modulgehäuse angeordnet wird.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird vor Schritt f) eine Gießform angeordnet, welche nach Schritt g) wieder entfernt wird. Beispielsweise und insbesondere wird nach Schritt e) eine äußere seitliche Umrandung als Gießform für das Batteriemodul angebracht, welche ein seitliches rausbringen der Vergussmasse verhindert. Bevorzugter Weise weist diese dies Form zusätzlich eine Einbringvorrichtung zum Einbringen der Vergussmasse auf. Alternativ kann vor Schritt c) eine beispielsweise wannenförmige Gießform bereitgestellt werden, in welche dann in Schritt c) das erste Modulgehäuseteil eingelegt wird. Anschließend erfolgt der weitere Aufbau und das Aushärten des Gemisches sowie das anschließende Entfernen der Gießform.

Eine seitliche Abdichtung des Gehäuses wird alternativ auch dadurch erreicht, dass die Modulgehäuseteile sich umfänglich berühren oder vorrübergehend an der Seite durch Abdeckungen geschlossen werden, wobei die Abdeckungen nach dem Verguss wieder entfernt werden.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden vor Schritt d) die Akkumulatoren mit einer Polyimidfolie, insbesondere einer Folie aus einem Polykondensat aus 1 ,2,4,5-Benzoltetracarbonsäuredianhydrid und 4,4'- Diaminodiphenylether, umwickelt.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriegroßmoduls. Zusätzlich zu den Schritten des Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls werden nach Schritt g) folgende Schritte durchgeführt werden: h) Bereitstellen eines zweiten Batteriemoduls das gemäß den Verfahrensschritten a) bis g) hergestellt wurde, i) Anordnen der zwei Batteriemodule mit der ersten Zylinderstirnfläche zueinander, so dass ein Zwischenraum zwischen den zwei Batteriemodulen entsteht, j) Einbringen eines Gemisches aus Epoxidharz und Härter in den Zwischenraum zwischen den zwei Batteriemodulen und Aushärten des Gemisches.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Anbringen von elektrischen Verbindungen an den Kontakten der Akkumulatoren. Dieses kann vor Schritt h), nach Schritt i) oder teilweise vor Schritt h) und nach Schritt i) erfolgen. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung erfolgt ein Anbringen von Kühlwasseranschlüssen an die Batteriemodule. Dieses kann vor Schritt h), nach Schritt i) oder teilweise vor Schritt h) und nach Schritt i) erfolgen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung eine Energiespeichervorrichtung. Die Energiespeichervorrichtung weist einen Lastausgang zur Übergabe elektrischer Energie an wenigstens einen Verbraucher auf. Beispielsweise handelt es sich hierbei um eine Sammelschiene, welche die elektrische Energie von verschiedenen Akkumulatoren sammelt und an das Bordnetz beispielsweise eines Unterseebootes übergibt. Die Energiespeichervorrichtung weist wenigstens ein erstes erfindungsgemäßes Batteriemodul auf. Bevorzugt sind mehrere Module in Strängen gruppiert angeordnet. Weiter bevorzugt sind mehrere Stränge angeordnet. Ein Unterseeboot weist beispielsweise üblicherweise eine Energiespeichervorrichtung auf, welche etwa 10 bis 50 Stränge aufweist, wobei jeder Strang etwa 4 bis 10 Module aufweist. Ein Modul kann beispielsweise 20 bis 500 Akkumulatoren aufweisen.

In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung mit Wasserfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Energiespeichervorrichtung. Bevorzugt handelt es sich bei dem Wasserfahrzeug um ein militärisches Wasserfahrzeug. Insbesondere ist das militärische Wasserfahrzeug ausgewählt aus der Gruppe umfassend Unterseeboot, Flugzeugträger, Hubschrauberträger, Kreuzer, Zerstörer, Fregatte, Korvette, Landungsschiffe, Minenleger, Minenräumfahrzeug, Minenjagdfahrzeug, Patrouillenboot, Schnellboot, Geleitboot, Luftkissenboot und Aufklärungsschiff. Besonders bevorzugt ist das militärische Wasserfahrzeug ausgewählt aus der Gruppe umfassend Unterseeboot, Kreuzer, Zerstörer, Fregatte, Korvette, Schnellboot und Geleitboot. Ganz besonders bevorzugt ist das militärische Wasserfahrzeug ein Unterseeboot.

Nachfolgend ist das erfindungsgemäße Batteriemodul anhand eines in den

Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Fig. 1 Batteriemodul

Fig. 2 Batteriemodul mit Abdichtung

Fig. 3 Batteriemodul mit Gaskanal Fig. 4 Batteriemodul mit Sammelschiene Fig. 5 Schritt c)

Fig. 6 Schritt d)

Fig. 7 Einbringung der Abdichtung

Fig. 8 Schritt e)

Fig. 9 Anbringung der Gießform

Fig. 10 Schritt f)

Fig. 11 Batteriegroßmodul

In Fig. 1 ist das Batteriemodul 10 schematischen Querschnitt gezeigt. Das Batteriemodul 10 weist beispielhaft gezeigte sechs Akkumulatoren 20 auf. Die Akkumulatoren 20 weisen jeweils zwei elektrische Kontakte 24 auf, über die elektrische Energie abgegeben werden kann. Auf der gegenüberliegenden Seite der zylindrisch aufgebauten Akkumulatoren ist jeweils eine Berstmembran 20 des Akkumulators 20 angeordnet. Die Akkumulatoren 20 befinden sich in einem Modulgehäuse, welches aus einem ersten Modulgehäuseteil 30, einem zweiten Modulgehäuseteil 40 und einer Vergussmasse 50 besteht. Das erste Modulgehäuseteil 30 weist erste Ausnehmungen auf, welche in Fig. 1 als nach unten jene Vertiefungen zu erkennen sind. In diese ersten Ausnehmungen ragen die Akkumulatoren 20 jeweils ein Stück hinein. Die elektrischen Kontakte 24 der Akkumulatoren 20 ragen durch Öffnungen in den ersten Ausnehmungen an die Außenseite, sodass eine elektrische Kontaktierung des gesamten Batteriemoduls 10 über die einzelnen elektrischen Kontakte 24 an einer Seite möglich ist. Alternativ kann selbstständig die elektrische Kontaktierung innerhalb des ersten Modulgehäuseteil 30 erfolgen, ohne dass die elektrischen Kontakte 24 aus dem ersten Modulgehäuseteil 30 herausragen, um so eine geschlossene Oberfläche bereitzustellen. In dieser Alternative können dann im ersten Modulgehäuseteil 30 elektrische Leitungen angeordnet sein.

Das zweite Modulgehäuseteil 40 Flat spiegelbildliche Ausnehmungen im Vergleich zum ersten Modulgehäuseteil 30, da beide auf die gegenüberliegenden Seiten der Akkumulatoren aufgesetzt werden. Beispielsweise wird die Berststelle 44 durch Ausdünnen des zweiten Modulgehäuseteils 40 hergestellt, beispielsweise beim Ausbohren der zweiten Ausnehmungen aus dem zweiten Modulgehäuseteil 40.

Üblicherweise würde man das Batteriemodul 10 beispielsweise um 90 ° gegen den Uhrzeigersinn gedreht betreiben. Hierdurch kommen die Akkumulatoren 20 in eine liegende Position, die elektrischen Kontakte 24 sind alle auf einer Seite abgreifbar.

Fig. 2 zeigt zusätzlich Abdichtungen 70 zwischen den Akkumulatoren 20 und dem ersten Modulgehäuseteil 30.

In Fig. 3 weist das Batteriemodul 10 zusätzlich einen Gaskanal 90 auf. Der Gaskanal 90 ist so angeordnet, dass dieser hinter den Berststellen 44 derart verläuft, dass er die austretenden Gase aufnimmt und ableitet. Kommt es zum thermischen Durchgehen eines Akkumulators 20, so birst dessen Berstmembran 22. Die entstehenden Gase gelangen den Hohlraum 60, wodurch dessen Innendruck ansteigt und die Berststelle 44 des zweiten Modulgehäuseteils 40 ebenfalls birst und so die entstehenden Gase in den Gaskanal 90 leitet. Über den Gaskanal 90 werden die entstehenden Gase abgeführt. Wird das Batteriemodul im 90 ° gegen den Uhrzeigersinn gedrehten Zustand betrieben, so weist der Gaskanal 90 nach oben, was der Abführung heißer Gase durch den Gaskanal 90 zuträglich ist. Der Gaskanal 90 ist in diesem Fall an der Unterseite geschlossen und an der Oberseite offen, durch ein Ventil verschlossen oder durch eine weitere Verschlussmembran geschlossen. Die Verschlussmembran kann derart ausgeführt sein, dass sie die Öffnung verschließt und bei austretendem Gas geöffnet wird. Es handelt sich beispielsweise durch einen dünnen Klebefilm. Durch den beidseitigen Verschluss des Gaskanals 90 wird in einer feuchten oder nassen Umgebung vermieden, dass sich Feuchtigkeit im Gaskanal 90 sammelt.

In Fig. 4 ist ein Batteriemodul 10 mit einer ersten Sammelschiene 100 gezeigt. Die Akkumulatoren 20 sind im Vergleich zu den Fig. 1 bis Fig. 3 um 90 ° gedreht, sodass der zweite elektrische Kontakt 24 hinter dem ersten liegt. Eine zweite Sammelschiene ist hinter der ersten Sammelschiene 100 angeordnet, sodass beide Pole getrennt abgegriffen werden. Die elektrischen Kontakte 24 können beim Einbringen der Akkumulatoren 20 beispielsweise mittels Silberleitkleber mit den Sammelschienen 100 elektrisch und mechanisch verbunden werden.

In den Fig. 5 bis Fig. 10 ist das Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls 10 schematisch dargestellt. Fig. 5 zeigt das erste Modulgehäuseteil 30, welches liegend angeordnet ist, sodass die ersten Ausnehmungen nach oben weisend angeordnet sind und die Öffnungen nach unten weisend angeordnet sind. In Fig. 6 sind die Akkumulatoren 20 so in die ersten Ausnehmungen des ersten Modulgehäuseteil 30 eingesetzt, sodass die elektrischen Kontakte 24 nach unten durch die Öffnungen ragen. Als nächstes wird eine Abdichtung, insbesondere in Form eines Abdichtklebers, in den Bereich zwischen der Mantelfläche der Akkumulatoren 20 und dem ersten Modulgehäuseteil 30 im Bereich der ersten Ausnehmungen eingebracht, wie in Fig. 7 gezeigt. Hierdurch wird zum einen erreicht, dass die Akkumulatoren 20 bereits mechanisch fixiert sind. Zum anderen wird verhindert, dass der Gussmasse in tiefer gelegene Bereiche Vordringen kann. Nach dem Aufsetzen des Modulgehäuseteils 40 auf die Akkumulatoren 20, ergibt sich das in Fig. 8 gezeigte Bild. Damit beim Verfüllen des Innenbereichs mit Vergussmasse keine Vergussmasse nach außen gelangt, wird wie in Fig. 9 gezeigt, eine Gießform 80 außen angebracht. Anschließend wird ein Gemisch 52 aus Harz und Härter eingebracht, wie in Fig. 10 gezeigt. Dieses wird ausgehärtet und nach dem Aushärten die Gießform 80 entfernt. Nach dem Entfernen der Gießform 80 erhält man das in Fig. 1 gezeigte Batteriemodul 10.

In Fig. 11 ist ein Batteriegroßmodul 110 gezeigt. Das Batteriegroßmodul 110 weist zwei Batteriemodule 10 auf, welche jeweils so angeordnet sind, dass die ersten Zylinderstirnflächen aller Akkumulatoren 20 zur Mitte zeigen, wo in dem Zwischenraum die elektrische Kontaktierung 130 angeordnet ist. Dieser Zwischenraum ist mit einer Vergussmasse 50 vergossen. Die Bodenplatte 120 kann beispielsweise vor dem Zusammenbau des Batteriegroßmoduls 110 mit den Batteriemodulen 10 verklebt werden oder beim Vergießen des Zwischenraums mit der Vergussmasse 50 durch unter die Batteriemodule 10 fließende Vergussmasse mit diesen verbunden werden. Alternativ kann die Bodenplatte 120 auch beispielsweise zunächst am Rand mit den Batteriemodulen 10 verklebt und anschließend durch eindringende Vergussmasse 50 weiter vergossen werden. In allen Fällen ist eine vollflächige Verbindung zwischen den Batteriemodulen 10 und der Bodenplatte 120 wünschenswert.

Bezugszeichen 10 Batteriemodul

20 Akkumulator

22 Berstmembran

24 elektrischer Kontakt

30 erstes Modulgehäuseteil 40 zweites Modulgehäuseteil

44 Berststelle

50 Vergussmasse

52 Gemisch aus Harz und Härter 60 Hohlraum 70 Abdichtung

80 Gießform

90 Gaskanal

100 Sammelschiene

110 Batteriegroßmodul 120 Bodenplatte

130 elektrische Kontaktierung