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CN118077087A - 机动车和具有冷却元件的电池 - Google Patents

机动车和具有冷却元件的电池 Download PDF

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CN118077087A
CN118077087A CN202280067746.7A CN202280067746A CN118077087A CN 118077087 A CN118077087 A CN 118077087A CN 202280067746 A CN202280067746 A CN 202280067746A CN 118077087 A CN118077087 A CN 118077087A
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胡文锟
T·里德曼
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Abstract

本发明涉及一种用于机动车的电池(10)，该电池包括：电池壳体(16)，其具有接纳区域(26)、壳体构件(18、18’)，该壳体构件以第一方向(z)为基准界定接纳区域(26)；具有至少一个电芯(14)的至少一个电芯组(12)，至少一个电芯组布置在接纳区域(26)中，从而至少一个电芯(14)的第一侧面(14a、14a’)面向壳体构件(18、18’)，至少一个电芯(14)的与第一侧面(14a、14a’)不同的第二侧面(14b、14c、14d)具有第一电芯电极联接部(20a、20b)。此外，电池包括被动的、配属于至少一个电芯(14)的冷却元件(28)，该冷却元件具有：第一连接区域(28a)，该第一连接区域与至少一个电芯(14)的第一电芯电极联接部(20a、20b)耦联；第二连接区域(28b、28b’)，该第二连接区域与壳体构件(18、18’)和/或模块壳体(22)耦联，在其中布置有至少一个电芯(14)。

Description

机动车和具有冷却元件的电池
技术领域
本发明涉及一种用于机动车的电池，其中，该电池包括电池壳体，其具有接纳区域和壳体构件，该壳体构件以第一方向为基准界定接纳区域。此外，电池包括具有至少一个电芯的至少一个电芯组，其中，至少一个电芯组布置在接纳区域中，从而至少一个电芯的第一侧面面向壳体构件，至少一个电芯的与第一侧面不同的第二侧面具有第一电芯电极联接部。此外，电池包括用于对至少一个电芯进行冷却的至少一个冷却元件。此外，本发明还涉及一种具有这种电池的机动车。
背景技术
用于机动车的电池、特别是高伏电池(其用作用于机动车的动力电池)通常包括多个电芯，该电芯被连接至冷却结构。特别在棱柱形电芯的情况下，这种热连接通常在电芯的底部处实现。在此，壳体构件、特别是电池壳体的壳体底部通常设计为冷却底部。电芯端子(在本发明的范围内还称为电芯电极联接部)通常位于电芯的与电芯底部对置的侧面上。该电芯端子通常并不热连接至冷却装置，因为例如在连接至壳体盖时由于必要的公差补偿，这是非常复杂的。因此当仅在底部侧对电芯进行冷却时，在整个电芯上的温度分布不相同。此外在电芯的热穿透的情况下(随之出现这种电芯的显著加热)，非常多的热能可能经由将电芯组或不同的电芯组的不同的电芯的电芯电极联接部彼此导电连接的金属电芯连接器传递至相邻电芯，这可能又有利于相邻电芯的热穿透。虽然还已知电芯经由其电芯电极连接至冷却结构的可行性方案，然而这种连接通常极为复杂。
例如，EP 2 405 527 B1描述了一种具有多个单个电芯的电池块，该电芯设计为扁平电芯，并且该电芯分别具有正负端子接线片。在此，第一电芯的端子接线片与第二电芯的端子接线片导电连接，其中，该导电连接通过间隔保持件来实现，该间隔保持件布置在两个端子接线片之间。该间隔保持件由电绝缘材料制成并且承载接触片以与端子接线片电接触。在此，间隔保持件的电绝缘部分设计为冷却装置，其由用于冷却的流体穿流。为此目的，间隔保持件具有空心体。这种冷却装置的设计方案在结构空间技术方面非常复杂。
此外，DE 10 2015 217 790 B4描述了一种用于对机动车的驱动能量存储器的电芯进行冷却的装置，其中，至少两个电芯的电极经由至少一个电芯连接器彼此接通，其中，在电芯连接器的与电芯对置的侧面上以与至少一个电芯连接器导热连接且电绝缘连接的方式布置有冷却装置。在此，该冷却装置设计为具有集成的冷却通道的冷却板的类型，其平放在多个电芯的电芯连接器装置上。由此提供了一种用于相应的电芯电极的盖冷却部。然而在这种盖冷却部中存在难点，即特别是沿电芯高度的方向、即沿冷却装置的方向仅能非常困难地补偿制造公差。由此还相应地导致冷却装置非常复杂。
DE 10 2015 214 184 A1描述了一种具有电芯复合结构的电池模块，该电芯复合结构具有多个电芯，该电芯沿延伸方向彼此相邻地布置。在电芯的顶侧处布置有至少一个形式为电极的联接元件。在此，两个相邻的电芯的联接元件经由电芯连接器彼此连接。为此，电芯连接器具有两个联接部段。此外，两个联接部段经由电芯连接器的连接部段彼此连接，其中，该连接部段局部地沿着电芯的侧面延伸，该侧面邻接于电芯顶侧。此外，连接部段可以贴靠在电池模块的侧壁处或者还可以部分地插入该侧壁中，其中，侧壁可由冷却剂穿流并且例如具有冷却剂入口。侧壁又与承载装置流体耦联，该承载装置形成电池模块的底板。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种电池和机动车，其能实现对电芯的至少一个电芯电极联接部尽可能简单且高效地进行冷却。
所述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和机动车来实现。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。
根据本发明的用于机动车的电池包括电池壳体，其具有接纳区域和壳体构件，该壳体构件以第一方向为基准界定接纳区域。此外，电池包括具有至少一个电芯的至少一个电芯组，其中，至少一个电芯组布置在接纳区域中，从而至少一个电芯的第一侧面面向壳体构件，至少一个电芯的与第一侧面不同的第二侧面具有第一电芯电极联接部。此外，电池包括用于对至少一个电芯进行冷却的至少一个冷却元件。在此，至少一个冷却元件设计为被动的、特别是配属于至少一个电芯的冷却元件，该冷却元件本身不能由冷却介质穿流，该冷却元件具有：第一连接区域，该第一连接区域与至少一个电芯的第一电芯电极联接部电绝缘地耦联；第二连接区域，该第二连接区域与壳体构件和/或与电池壳体不同的模块壳体耦联，以用于提供散热装置/热阱。
被动的冷却元件理解成一种本身不由冷却介质穿流的且相应地也不必具有可由这种冷却介质穿流的冷却通道的冷却元件。更确切地说，这种被动的冷却元件将热量传递至散热装置。该散热装置特别是通过壳体构件、例如电池壳体的壳体底部来提供，其例如如开头所述的那样可以设计为冷却底部。通过这种冷却元件现在能有利地实现，将至少一个电芯电极联接部(在此称为第一电芯电极联接部)连接至壳体构件，即或者直接地连接至壳体构件或间接地经由模块壳体连接至壳体构件。该冷却元件优选地同样例如通过热粘合材料或导热料等热连接至该壳体构件、例如壳体底部和/或壳体盖。如果电芯电极联接部侧向地布置，则冷却元件还可以设计为，使得热路径通向作为散热装置的壳体底部以及壳体盖。在这种情况下，此外特别有利的是，例如壳体盖和/或壳体底部设计为主动的冷却装置并且可由冷却剂穿流。
通过设计为被动的且配属于至少一个电芯的冷却元件，可以为电芯提供结构空间高效的且节省位置的以及高效的冷却部。在此，当电池包括多个电芯时，例如还可以为相应的电芯、特别是为每个电芯电极联接部提供这种冷却元件。由此还简化了公差补偿，因为冷却元件在这种情况下不会引起在两个电芯之间的刚性连接。而且在将冷却元件连接至模块壳体或壳体构件时——其与电芯电极联接部并不直接对置，与例如通过连接至直接对置的壳体壁相比显著更简单地实现公差补偿，这是因为不必精确地适配于在电芯电极联接部与直接对置的壳体壁之间的距离。特别地，当冷却元件连接至模块壳体本身时，这种冷却元件可以设计为与电芯的例如沿第一方向的绝对高度或宽度无关。当电池常规地布置在机动车中时，第一方向优选地对应于车辆高度方向。因此，用于每个电芯的冷却元件例如可以制造成通用件，这一点是显著成本更有利的。此外，通过设计为被动的冷却元件可以提高与电池相关的安全性，这是因为优选地穿流壳体底部的冷却流体因此可以安全地远离电池壳体的接纳区域，或者说该冷却流体没有穿流仅通过绝缘部分隔地布置在电芯电极联接部或电芯连接器处的元件。如果为了对电芯电极联接部进行冷却使用由冷却流体穿流的主动的冷却元件，则在这种冷却装置中的泄露可能是危及安全的，这是因为在这种情况下溢出的、通常能导电的冷却流体、例如水可能与电芯电极直接接触并且相应地可能会引起短路。总体而言，因此可以通过本发明为电池提供一种冷却部，其能以特别简单的、高效的且安全的方式将电芯电极连接至冷却结构。
模块壳体可以是配属于电芯的电芯壳体，其中，由电芯组包括的每个电芯都具有自己的这种电芯壳体。然而优选地，模块壳体是配属于电芯组的壳体，在该壳体中布置有至少一个电芯且特别是所有由电芯组包括的电芯，即，在该壳体中布置有整个电芯组。电芯组因此可以是电池模块的一部分，该电池模块具有模块壳体作为自己的模块壳体。换言之，电芯组可以布置在模块壳体中，并且该模块壳体又布置在电池壳体中。将至少一个电芯连接至壳体底部此外可以通过将电芯底部热连接至模块壳体底部来实现，其又例如通过导热料、导热粘合材料或导热垫等布置在壳体底部处。然而，模块壳体不一定具有模块底部，而是例如还可以设计为夹紧框架、夹紧带等。在此，用于机动车的电池优选地设计为高伏电池。该电池不仅可以包括具有仅一个电芯的电芯组，而且原则上还可以具有多个电芯。多个电芯可以编组成多个电芯组。换言之，电池可以包括分别具有多个电芯的多个电芯组。优选地，本发明应用在设计为棱柱形电芯的电芯中。然而尽管如此，本发明仍可以以相同的方式用于作为至少一个电芯的圆形电芯或袋状电芯。此外，至少一个电芯例如可以设计为锂离子电芯。例如可以通过电芯组提供电池模块。为了接纳多个电芯组，电池壳体还可以包括多个接纳区域。在此，各个电芯组例如还可以在空间上未分隔的情况下并排布置在电池壳体中。替代地，相应的接纳区域还可以通过在电池壳体中的各个隔间来提供，从而接纳区域例如通过电池壳体的侧壁或分隔壁彼此分开。该侧壁和/或分隔壁则应理解成电池壳体而非模块壳体的一部分。更确切地说，在其中可以接纳电芯组的模块壳体应理解成例如具有环绕电芯组的夹紧装置并且直接贴靠在电芯组的电芯壁处的结构物体。此外，如果冷却元件直接与壳体底部耦联，则不强制性地需要布置这种模块壳体。在这种情况下，电芯组还可以直接布置在电池壳体中或者在由其提供的隔间中。
此外，至少一个电芯除了第一电芯电极联接部之外还具有另一个第二电芯电极联接部。两个电芯电极联接部之一相应地设计为正电极，而另一个设计为负电极。在此，两个电芯电极联接部不一定都布置在电芯的第二侧面上，然而这种情况仍然是可能的。例如，第一电芯电极联接部可以布置在与电芯的第一侧面对置的侧面上。特别是以第一方向为基准，电芯的第一侧面例如可以定义为电芯的底侧。换言之，电芯的底侧面向电池壳体的壳体底部。第一电芯电极联接部可以相应地布置在电芯的对置的顶侧上。在这种情况下优选的是，第二电芯电极联接部也布置在电芯的顶侧上。此外，两个电芯电极联接部可以以垂直于第一方向的第二方向为基准布置在电芯的顶侧的边缘区域中。该第二方向优选地还垂直于例如对应于堆叠方向的第三方向，由电芯组包括的多个电芯沿该堆叠方向并排布置。然而还可以考虑，电芯电极联接部并不布置在这种电芯的顶侧处，而是布置在不同于顶侧和底侧的侧面处。电芯的第二侧面例如可以以上面定义的第二方向为基准直接联接至电芯的底侧。在这种情况下还可以考虑，两个电芯电极联接部布置在对置的侧面上，并且第二电芯电极联接部相应地例如布置在与电芯第二侧面对置的电芯第三侧面处。在此优选地，电芯电极联接部不布置在电芯的、其面法线至少大部分平行于上面定义的第三方向延伸的侧面上，即，其不面向相同电芯组的相邻电芯。
原则上，冷却元件可以由任意材料、例如金属、塑料或连接材料制成。首先特别有利的是，冷却元件由金属材料制成并且经由电绝缘的绝缘元件与第一电芯电极联接部耦联。金属材料在此还可以理解成合金。在此，金属材料的突出优点在于，该金属材料通常具有非常高的热传导能力，其特别是与传统的塑料相比大得多。由此可以提供经由冷却元件至散热装置的显著更高效的热量散发。冷却元件例如可以由铝和/或钢制成。铝特别轻并且具有非常好的热传导能力。为了确保至少在第一电芯电极联接部处的电绝缘，冷却元件可以相应有利地经由电绝缘的绝缘元件连接至电芯电极联接部。该冷却元件还可以采用不同的类型，并且例如可以设计为塑料片、陶瓷片、由弹性体制成的导热垫等。作为粘合材料的设计方案是特别有利的且因此优选的。由此同时还可以有利地提供冷却元件的固定。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电池具有与第一电芯电极联接部导电连接的电芯连接器，其中，绝缘元件布置在电芯连接器与冷却元件的第一连接区域之间。这种电芯连接器例如可以设计为导电板条的类型。通过这种电芯连接器可以将第一电芯电极联接部与另一个电芯的另一个电芯电极联接部导电连接。这种电芯连接器例如可以以薄板条的形式提供，其将相邻布置的第二电芯的第二电芯电极联接部彼此连接，其中，这种电芯连接器此外还可以包括公差补偿元件。这种公差补偿元件例如可以以这种薄板条的所选择的部段的形式提供。直接布置在电芯电极联接部处的这种电芯连接器的区域优选地在背离电芯电极联接部的侧面上平坦地构造。由此，冷却元件可以通过绝缘元件特别简单地布置在该电芯连接器处。在此，冷却元件的第一连接区域可以以确定的方向为基准直接布置在电芯电极联接部之上，其中，例如为每个电芯电极联接部设置相应的冷却元件。如果第二侧面与电芯的第一侧面对置，即电芯电极布置在电芯的顶侧处，则确定的方向对应于第一方向，如果不是上述情况，即电芯电极侧向地布置，则确定的方向对应于第二方向。然而，第一连接区域还可以以确定的方向为基准直接在相邻的电芯的两个电芯电极联接部之间的中间区域之上经由绝缘元件绝缘地布置在连接两个电芯电极联接部的电芯连接器上。在此还可以为每个中间区域设置冷却元件。然而，第一连接区域还可以布置成覆盖一个或多个电芯电极联接部和/或一个或多个中间区域。
有利的特别是，冷却元件的第一连接区域设计为平面的沿第三方向延伸的板，该板沿第三方向覆盖至少一个相同的电芯组的电芯的相应的第二侧面的所有电芯电极联接部和中间区域。该板经由至少一个绝缘元件、优选地经由多个绝缘元件热联接至电芯电极或布置在其上的电芯连接器。在此非常有利的特别是，例如为每个电芯连接器设置至少一个或恰好一个这种绝缘元件。在此，相应的绝缘元件可以以确定的方向为基准直接布置在相应的电芯电极联接部之上，其中，例如可以为每个电芯电极联接部设置相应的绝缘元件。然而还可以为每个电芯连接器设置仅一个绝缘元件。在这种情况下，该绝缘元件可以以第三方向为基准布置在电芯连接器上的任意位置处，例如沿第三方向延伸过整个电芯连接器或者布置在中心、即以确定的方向为基准直接布置在中间区域之上，或者直接布置在由电芯连接器电连接的多个电极之上。
冷却元件例如经由提供绝缘元件的粘合层与电芯连接器耦联，这种情况是特别有利的，因为如此不仅可以提供电芯本身的相关的电芯电极联接部的冷却，而且特别是在热事件的情况下可以提供电芯连接器本身的冷却，由此可以防止或者至少延迟这种热事件从一个电芯到下一个电芯的热蔓延。
在另一个有利的设计方案中，如已经描述的，绝缘元件设计为由粘合材料制成的粘合层。在此优选地应用能良好导热的粘合材料。此外，粘合层优选地尽可能薄地构造，特别是沿从电芯电极联接部向冷却元件的方向具有小于1mm、例如0.6mm的层厚度。由此已经可以提供足够的电绝缘，并且此外可以使在电芯电极联接部、特别是电芯连接器与冷却元件之间的热阻最小化。
在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却元件包括弯曲的和/或弯折的板条或设计为这种板条。在此，冷却元件例如可以构造成弯折仅一次或者还可以构造成多次弯折或者包括一次弯折的或多次弯折的板条。这一点特别是在下述情况下是特别有利的，即，电芯的电芯电极接头如上所述布置在电芯的顶侧处。如果第一电芯电极接头例如不布置在顶侧处，则冷却元件例如还可以简单地设计为未弯折的、平坦的板条。该板条可以利用未布置在电芯电极联接部处的端部被引导至作为用作散热装置的壳体构件的壳体底部和/或壳体盖，或者可以沿壳体底部的方向延伸仅一段距离并且连接至模块壳体。
为了同样能实现良好的公差补偿，该板条此外可以较薄地构造，例如具有小于1cm、优选地小于0.5cm的厚度。该板条例如可以具有在几毫米范围内的厚度。因为该板条或者说冷却元件通常通过金属材料提供，所以由此可以实现非常好的热量散发。
在本发明的另一个有利的设计方案中，冷却元件在第二连接区域中以直接接触的方式布置、特别是焊接、螺纹连接或粘接在模块壳体和/或壳体构件处。如果冷却元件在此由金属材料制成并且连接在模块壳体处，则还可以可选地在冷却元件与模块壳体之间在相应的第二连接部位处设有电绝缘部。该电绝缘部又可以以电绝缘的粘合材料的形式提供，该粘合材料又优选地良好导热地构造。该粘合材料还可以以非常薄的粘合材料层的形式提供，其具有优选地小于1mm的层厚度。然而，该冷却元件还可以螺纹连接或焊接在模块壳体处。同样还适用于冷却元件在壳体构件处、例如在壳体底部处和/或在壳体盖处的连接。除了可选的电绝缘层和/或由导热料制成的层之外，优选地在模块壳体或壳体构件与冷却元件之间未设有其他元件。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电池具有沿第一方向延伸的、利用端部布置在壳体构件处的连接部段，该连接部段沿第二方向布置在电芯组旁边，该连接部段将冷却元件与壳体构件连接。该连接部段同样可以由金属材料形成。特别地，该连接部段甚至可以与冷却元件一体地制成。换言之，冷却元件和连接部段可以是相同的一体形成的构件的不同的部段。其在此还可以是两个单独提供的且彼此连接的构件。连接部段例如还可以通过布置在壳体构件处的侧壁或分隔壁形成，该侧壁或分隔壁以第二方向或第三方向为基准界定接纳区域。这种类型的侧壁或分隔壁(其例如在空间上将用于不同的电芯组的设计为隔间的接纳区域彼此分开)同样可以连接至冷却底部、即壳体底部处或者直接布置在其上。该侧壁或分隔壁优选地同样由金属材料或物料制成并且因此同样具有非常好的热传导能力。因此，冷却元件还可以简单地连接至这种侧壁处，例如焊接或螺纹连接至该侧壁处。因此还可以有利地使用现有的构件。
然而，该连接部段还可以提供为单独的构件并且例如附加于所描述的侧壁和/或分隔壁提供。此外，该连接部段可以是配属于相关的电芯的连接部段。换言之，相应的电芯可以配备有至少一个这种连接部段。然而还存在下述可能性，即，这种连接部段由相同的电芯模块的多个电芯、例如所有电芯一起使用，以便将相应的配属于各个电芯的冷却元件连接至其上。在第一种情况下，连接部段可以与冷却元件类似地同样设计为板条或连接片或板，在后一种情况下例如设计为沿第三方向延伸的板等。
在本发明的另一个有利的设计方案中，电芯组具有沿第三方向并排布置的、包括至少一个电芯的多个电芯，其中，电池针对电芯中的每个电芯具有至少一个冷却元件、优选两个冷却元件，相应的电芯的至少一个第一电芯电极联接部经由该冷却元件与模块壳体和/或壳体底部耦联。优选地，相应的电芯的两个电芯电极联接部分别经由这种冷却元件与相关的电芯的模块壳体和/或壳体构件耦联。与壳体构件的耦联例如还可以通过共同的上述连接部段实现。然而还可以为每个冷却元件设置自己的连接部段。冷却元件彼此之间例如至少在其第一连接区域的范围内的至少局部的解耦能实现显著更灵活的公差补偿以及电芯彼此间的更灵活的解耦。因此，冷却元件沿第三方向的宽度优选地最大地等于配属于冷却元件的电芯沿第三方向的宽度。由此同时可以提供电芯组的多个电芯的高效冷却。同样适用于又可以分别包括多个电芯的多个电芯组。也就是说，可以为电池的每个电芯组提供电芯电极冷却部，如该电芯电极冷却部在本电芯组的示例中所描述的那样。在此，所有电芯以及所有冷却元件还可以分别如针对至少一个电芯和至少一个冷却元件所描述的那样构造，并且特别地，所有电芯以及所有冷却元件还可以构造成相同类型。
此外非常有利的是，壳体构件设计为冷却壁或冷却盖或冷却底部并且具有至少一个能由冷却介质穿流的冷却通道。此外，电芯可以以其第一侧面附加地布置在壳体构件处。由此，电芯例如同时可以通过其第一侧面进行冷却。换言之，电芯如上所述可以以其相应的第一侧面热连接至该冷却壁、例如冷却底部。因此现在可以在底侧对相应的电芯进行冷却，以及同时还可以在顶侧通过其电芯电极联接部对相应的电芯进行冷却。这有利地引起了在整个电芯上的特别均匀的且平均的冷却。如果电芯电极联接部侧向地布置，则优选的是，壳体底部设计为冷却底部且壳体盖设计为冷却盖，电芯电极分别通过冷却元件连接在冷却底部以及冷却盖处，可选地且附加地，电芯以其第一侧面连接在冷却底部处且以与其第一侧面对置的侧面例如附加地再次连接至冷却盖。因此可以有效地避免在电芯内的热点。
此外，本发明还涉及一种具有根据本发明的电池或其设计方案之一的机动车。因此，针对根据本发明的电池和其设计方案描述的优点以相同的方式适用于根据本发明的机动车。
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。
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。
附图说明
下面描述本发明的实施例。图中示出：
图1示出根据本发明的一个实施例的具有电芯组的电池的示意图，在其中示例性示出仅一个电芯，并且示出电芯电极联接部通过冷却元件至模块壳体的热连接的示意图；
图2示出根据本发明的另一个实施例的具有电芯组的电池的示意图，在其中示例性示出仅一个电芯，并且示出电芯的电芯电极联接部通过冷却元件至壳体底部的热连接的示意图；
图3示出根据本发明的另一个实施例的具有电芯组的电池的示意图，在其中示例性示出仅一个具有侧向的电芯电极联接部的电芯，并且示出电芯的电芯电极联接部通过冷却元件直接地和间接地至壳体底部和壳体盖的热连接的示意图。
具体实施方式
下面说明的实施例是本发明的优选实施方式。在实施例中，实施方式的所描述的部件分别是本发明的单个的、可视作彼此独立的特征，这些特征也分别彼此独立地改进本发明。因此，本公开还应该包括与示出的实施方式特征组合不同的特征组合。此外，所述实施方式也可以通过本发明的已经描述的特征中的其他特征来补充。
在附图中，相同的附图标记分别表示功能相同的元件。
图1示出根据本发明的一个实施例的具有电芯组12的电池10的示意图，在其中示例性示出仅一个电芯14。电芯组12在此通常可以包括多个这种电芯14，其可以沿堆叠方向并排布置，其中，该堆叠方向对应于在此示出的y方向。换言之，多个这种电芯14可以沿y方向并排布置。此外，电池10包括电池壳体16，在此仅示出该电池壳体的壳体底部18。该壳体底部优选地设计为冷却底部并且例如包括一个或多个可由冷却介质、例如水穿流的冷却通道。电芯14在此设计为棱柱形电芯并且具有：第一侧面14a，其在该示例中是电芯14的底侧14a；第二侧面14b，其在该示例中是与底侧14a对置的顶侧。此外，电芯14具有沿x方向界定电芯14的第三侧面14c和第四侧面14d。此外，电芯具有两个电芯电极联接部20a、20b。这两个电芯电极联接部20a、20b之一在此设计为正电极，并且另一个设计为负电极。在该示例中，电芯电极联接部20a、20b布置在电芯14的顶侧14b上。替代地，电芯电极联接部也可以布置在第三侧面14c和/或第四侧面14d处。在此还可以考虑，两个电芯电极联接部20a、20b布置在电芯14的不同的侧面上，例如一个布置在第三侧面14c上且另一个布置在第四侧面14d上。无论如何，电芯电极联接部20a、20b都会布置在与电芯14的底侧14a不同的侧面上。
此外，电池10包括模块壳体22，在该模块壳体中布置有电芯组12。该模块壳体22可以由金属、例如铝制成。经由该模块壳体22、特别是其底侧，电芯14热连接至设计为冷却底部18的壳体底部18。为此目的，在电芯14的底侧14a或者说模块壳体底部与冷却底部18之间可以布置能导热的粘合材料或导热料24。这还适用于电芯组12的所有其余的电芯14。此外，电芯14或通常电芯组12布置在电池壳体16的接纳区域26中。该接纳区域26相应地以z方向为基准向下通过壳体底部18界定。侧向地、即例如沿x方向和/或y方向，用于相应的电池模块或相应的电芯组12的接纳区域26还可以通过在此未详细示出的侧壁和/或分隔壁界定。
在传统的电池中，这种电芯的冷却通常仅限于从下方、例如通过所描述的冷却底部进行的冷却。相应地，电芯端子未与冷却结构热连接。因此，在电芯上、特别是沿z方向的温度分布不均匀。此外在热穿透的情况下，很多能量经由与相邻的电芯彼此电接触的电芯连接器传递至相邻电芯，因为这种电芯连接器通常不与散热装置耦联，或者说仅间接地经由电芯本身，这又可能有利于相邻电芯的热穿透。向端子的热量输入以及因此在电芯上的不均匀的温度分布限制了充电电流和放电电流。此外，在没有热连接端子的情况下，可经由电芯连接器传递的热能量在热穿透的情况下可能影响相邻电芯或者至少有利于这一点。
现在，本发明能有利地实现电芯端子的热连接，即，电芯电极联接部20a、20b热连接至模块壳体22或电池壳体16，其又热连接至特别是通过冷却底部18提供的散热装置。
该热连接在此通过冷却元件28实现。在此，图1示出一个示例，根据该示例经由该冷却元件28将电芯电极联接部20a之一连接至模块壳体22。模块壳体22又与冷却底部18热耦联。在此，优选地由金属材料制成的冷却元件28具有第一连接区域28a和第二连接区域28b，该第一连接区域与第一电芯电极联接部20a耦联，该第二连接区域与模块壳体22耦联。在此，第一连接区域28a特别是不通过冷却元件28与电芯电极联接部20a的直接连接、而是替代于此通过以绝缘元件30的形式提供的电绝缘连接部耦联至电芯连接器32。该电芯连接器32可以如前述那样构造并且使电芯电极联接部20a与在相同的电芯组12之内的相邻电芯的电芯电极联接部导电连接。电芯连接器32例如可以设计为薄导电板条的类型。在用于与冷却元件28耦联的耦联区域中，电芯连接器32在面向冷却元件28的侧面上优选地设计为平坦的。这使得与冷却元件28的连接变得容易。此外，绝缘元件30优选地设计为薄的粘合层。该粘合层的沿z方向的层厚度例如可以小于1mm，例如是0.6mm。此外在该示例中，冷却元件28设计为弯折的板条。如果例如第一电芯电极联接部20a并未如在图1中示出的那样布置在电芯14的顶侧14b上，而是例如替代于此布置在第四侧面14d上，则替代于此冷却元件28还可以设计为直线形延伸的板条，即没有角度、特别是如在该示例中的90度角。冷却元件28特别是在第二连接区域28b中同样可以经由粘合层33连接至模块壳体22，该粘合层又可以可选地电绝缘地设计，或者然而还可以通过在冷却元件28与模块壳体22之间的直接连接、例如通过焊接和/或螺纹连接等实现。在此，此外针对电芯组12的每个电芯14可以提供自己的单独的这种冷却元件28。特别地，可以针对每个电芯14提供两个这种冷却元件28，其中的每一个分别用于每个电芯电极联接部20a、20b。换言之，第二电芯电极联接部20b还可以与第一电芯电极联接部20a类似地描述的那样经由这种冷却元件28连接至模块壳体22和/或冷却底部18。
通过如在图1中示出的那样设计为弯折的板条28，此外可以以特别简单的方式提供沿x方向以及沿z方向的公差补偿。该公差补偿通过箭头34表明。如果例如电芯与电芯的电芯电极联接部20a的位置以x方向为基准变动，则这在冷却元件28的该实施方式中不起作用。在这种情况下，该冷却元件将会相当简单地或多或少地反向于所示出的x方向突出于相应的电芯连接器32。与电芯14沿z方向的高度的设计方案无关，这种被动的冷却元件28始终可以以最佳的方式定位并且连接至模块壳体22。在这种情况下，连接部位可以相应简单地略微进一步向上或向下移置。换言之，被动的冷却元件28可以简单地针对每个电芯14设计为通用件并且在该设计方案中不必考虑电芯专有的公差。此外，冷却元件28优选实心地构造，这又有益于热传导能力。
电芯电极联接部20a经由冷却元件28的连接在此不一定通过模块壳体22引导，而是还可以直接通过冷却底部18实现，如这一点在图2中示出的那样。
图2在此根据本发明的另一个示例又示出特别是可与图1相同描述的那样构造的电池10，除了下面描述的差别之外。在该示例中设有附加的连接部段36，该连接部段将冷却元件28与冷却底部18连接并且基本上与z方向平行地延伸。因此冷却元件28并不直接连接至模块壳体22。在此，该连接部段36本身可以是冷却元件28的一部分。换言之，连接部段36和其余的冷却元件28可以一体地构造，例如同样以弯折的板条的形式构造。然而，该连接部段36还可以设计为单独的构件。在这种情况下，冷却元件28还可以仅限于水平部段38。换言之，整个竖直示出的部段可以是连接部段36，或者是其中的仅一部分。该连接部段36例如还可以通过电池壳体16的分隔壁或侧壁提供，其将相应的电芯组12的多个接纳区域26彼此分开。
针对相应的电芯14的相应的冷却元件28还可以使用共同的这种连接部段36，经由该连接部段将相应的冷却元件28连接至冷却底部18。因此，存在多种设计方案可能性，其允许理想的情况适配。在此，第二电芯电极联接部20b的连接还可以与用于第一电芯电极联接部20a所示的十分类似地实现。如果例如连接元件或连接部段36也被视为冷却元件28的一部分，则第二连接区域28b通过该连接部段36的面向壳体底部18的端侧提供，否则通过冷却元件28的直接以接触的方式邻接于连接部段36的部段(在此用28b’标注)提供。
还可以通过这种实施方式提供电芯电极联接部20a、20b至壳体底部的特别好的热连接。在此还可以提供非常简单的沿x方向以及沿z方向的公差补偿34。沿z方向的公差补偿还可以辅助地通过在连接部段36与冷却底部18之间引入例如形式为导热料或粘合材料的导热元件40来实现或辅助且简化。
图3示出根据本发明的另一个实施例的电池10的示意图。电池10除了下面阐述的差别之外又可以如前所述那样构造。在该示例中，电池10还包括电芯组12，在其中示例性示出仅一个电芯14。电芯组12又包括多个电芯14，其可以沿堆叠方向并排布置，其中，该堆叠方向对应于在此示出的y方向。此外，电池10包括电池壳体16，在其中在此除了壳体底部18之外还示出壳体盖18’。壳体底部18在此在该示例中设计为冷却底部18，并且盖18’也设计为冷却盖18’并且例如同样包括一个或多个可由冷却介质、例如水穿流的冷却通道。电芯14在此设计为棱柱形电芯并且具有第一侧面14a，该第一侧面在该示例中是电芯14的底侧14a。电芯的顶侧在该示例中用14a’标注，在此该顶侧还面向壳体构件、即盖18’，其设计为主动冷却部，并且在此在该示例中在该顶侧14a’处同样未设有电芯电极20a、20b。电芯电极在该示例中侧向地布置，即布置在彼此对置的第三侧面14c和第四侧面14d处。两个电芯电极20a、20b经由相应的冷却元件28连接至底部冷却部和盖冷却部。为此目的，相应的冷却元件28的相应的连接区域28a又经由绝缘元件30布置在电芯连接器32处，该电芯连接器直接以接触的方式布置在电芯电极20a、20b处。
在图3中在此同时示出两个不同的连接可能性，其可以任意地彼此组合。在此，在右侧示出的电芯电极联接部20a经由冷却元件在一侧直接连接在冷却底部18处，在另一侧直接连接在冷却盖18’处。冷却元件28的连接区域又用28b标注。因此，冷却元件28具有两个第二连接区域28b，其中的一个布置在冷却底部18处且另一个布置在盖18’处，例如经由在此未详细示出的导热元件40(参见图2)如图2所描述的那样。在图3中在左侧示出的电芯电极联接部20b经由冷却元件28、即经由模块壳体22的一部分、特别是模块壳体22的侧壁间接地连接至底部冷却部18和盖18’。模块壳体22例如可以以框架的形式构造，特别是从而模块壳体壁不一定位于电芯14的底侧14a和顶侧14a’上。模块壳体22又与冷却底部18以及冷却盖18’连接。针对两个电芯电极20a、20b在此还可以通过冷却元件28实现相同的连接变型，尽管在此未明确示出。在两种情况下，冷却元件28例如可以以板的形式提供，其在该示例中基本上平行于y-z-平面取向。该冷却元件28可以沿y方向延伸越过整个电芯组12。然而，绝缘元件30可以沿y方向分段。例如针对每个电芯连接器32可以设有一个绝缘元件30，并且该绝缘元件此外可以在任意位置处沿y方向布置在该电芯连接器32上并且沿y方向仅部分地或完全地覆盖该电芯连接器。针对每个电芯电极联接部20a、20b还可以设有一个绝缘元件30，该绝缘元件例如可以以y方向为基准直接地布置在相关的电芯电极联接部20a、20b之上。
在该示例中，冷却底部18以及冷却盖18’还可以附加地直接连接至相应的电芯14的底侧14a或顶侧14a’。由此从四个侧面对相应的电芯14进行冷却。
总地来说示例表明，可以如何提供在电池中的电芯端子的热连接。这能实现电芯的两侧冷却，由此在充电和放电时能实现更高的效率。此外在电芯中的均匀的温度分布提高了电芯使用寿命。此外提供了在穿透电芯时的更好的温度下降并且相应地有助于防止热失控。

Claims (10)

1.一种用于机动车的电池(10)，其中，所述电池(10)包括：
-电池壳体(16)，其具有接纳区域(26)、壳体构件(18、18’)，该壳体构件以第一方向(z)为基准界定接纳区域(26)；
-具有至少一个电芯(14)的至少一个电芯组(12)，其中，所述至少一个电芯组(12)布置在接纳区域(26)中，从而所述至少一个电芯(14)的第一侧面(14a、14a’)面向壳体构件(18、18’)，所述至少一个电芯(14)的与第一侧面(14a、14a’)不同的第二侧面(14b、14c、14d)具有第一电芯电极联接部(20a、20b)；和
-用于对所述至少一个电芯(14)进行冷却的至少一个冷却元件(28)；
其特征在于，
所述至少一个冷却元件(28)设计为被动的冷却元件(28)，该冷却元件本身不能由冷却介质穿流，该冷却元件具有：第一连接区域(28a)，该第一连接区域与所述至少一个电芯(14)的第一电芯电极联接部(20a、20b)电绝缘地耦联；第二连接区域(28b、28b’)，该第二连接区域与壳体构件(18、18’)和/或模块壳体(22)耦联，以用于提供散热装置。
2.根据权利要求1所述的电池(10)，
其特征在于，
冷却元件(28)由金属材料制成并且经由电绝缘的绝缘元件(30)与第一电芯电极联接部(20a、20b)耦联。
3.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
电池(10)具有与第一电芯电极联接部(20a、20b)导电连接的电芯连接器(32)，其中，绝缘元件(30)布置在电芯连接器(32)与冷却元件(28)的第一连接区域(28a)之间。
4.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
绝缘元件(30)设计为由粘合材料制成的粘合层(30)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
冷却元件(28)包括弯曲的和/或弯折的板条(28)或设计为这种板条。
6.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
冷却元件(28)在第二连接区域(28b)中以直接接触模块壳体和/或壳体构件(18、18’)的方式布置、特别是焊接、螺纹连接或粘接。
7.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
电池(10)具有沿第一方向(z)延伸的、利用端部布置在壳体构件(18、18’)处的连接部段(36)，该连接部段沿第二方向(x)布置在电芯组(12)旁边，该连接部段将冷却元件(28)与壳体构件(18、18’)连接。
8.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
电芯组(12)具有沿第三方向(y)并排布置的、包括至少一个电芯(14)的多个电芯(14)，其中，电池(10)针对电芯(14)中的每个电芯具有至少一个冷却元件(28)、优选两个冷却元件(28)，相应的电芯(14)的至少一个第一电芯电极联接部(20a、20b)经由所述冷却元件与模块壳体(22)和/或壳体构件(18、18’)耦联。
9.根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)，
其特征在于，
壳体构件(18、18’)设计为冷却壁或冷却盖(18’)或冷却底部(18)并且具有至少一个能由冷却剂穿流的冷却通道。
10.一种具有根据前述权利要求中任一项所述的电池(10)的机动车。
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