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DE102008034695B4 - Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie - Google Patents

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Jens Dr.-Ing. Meintschel
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Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter
Wolfgang Dr. Warthmann
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Abstract

Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (4) und einer polseitig auf den Einzelzellen (4) angeordneten Kühlplatte (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) in Richtung der Einzelzellen (4) mit vertikal abstehenden Kühldornen (2) versehen ist, welche konisch ausgeformt sind und so angeordnet sind, dass sie in Zwischenräume (3) seitlich der Einzelzellen (4) ragen.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellenfahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
  • Nach dem Stand der Technik sind Batterien bekannt, in denen eine Mehrzahl von in Serie und/oder parallel geschalteten Einzelzellen angeordnet sind und einen Zellblock bilden. Dieser Zellblock muss gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme der Einzelzellen abzuführen. Dies erfolgt durch Flüssigkeitskühlung oder durch Kühlung mittels vorgekühlter Luft, die direkt zwischen die Einzelzellen geleitet wird.
  • Aus Bauraumgründen findet vorzugsweise die Flüssigkeitskühlung Anwendung. Bei dieser Lösung ist am Zellblock, zum Beispiel wie in DE 10 2007 010 739 A1 beschrieben, an der Polseite der Einzelzellen eine von Kältemittel durchströmte Kühlplatte geordnet. In Längsrichtung der Einzelzelle wird die Wärme, wie in DE 10 2007 010 744 A1 beschrieben, durch die gleichmäßig oder Bauraum sparend am Umfang partiell aufgedickte Zellwand der Einzelzellen zur Kühlplatte geleitet.
  • Die am Zelldeckel jeder Einzelzelle angeordneten Polkontakte werden durch Aussparungen in der Kühlplatte geschoben und oberhalb dieser durch Zellverbinder miteinander verbunden, wodurch die Einzelzellen seriell und/oder parallel miteinander verbunden sind. Dabei ist zwischen Kühlplatte und Einzelzellen entweder eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie oder ein Formkörper, der auch die Polkontakte gegenüber der Kühlplatte elektrisch isoliert, angeordnet. Um eine effiziente Wärmeübertragung der Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühlplatte zu erreichen, werden diese mittels einer flächigen Feder, zum Beispiel einer Blattfeder oder auch Schaumstoff oder Gummi, an die Kühlplatte gepresst.
  • Allerdings erfolgt die Übertragung der Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühlplatte bei dieser Konstruktion ausschließlich über die Stirnseite der Einzelzellen. Es besteht hierbei die Gefahr, dass bei höherer Beanspruchung der Batterie im Einsatz oder während des Ladevorgangs die Wärme nicht mehr ausreichend von den Einzelzellen auf die Kühlplatte übertragen werden kann und dies zu einer unzulässigen Erwärmung bzw. Überhitzung der Batterie führt. Die Folge davon wäre unter anderem eine zu starke Alterung und Reduzierung der Lebensdauer der Batterie.
  • Aus der DE 100 03 740 C1 ist eine Batterie bekannt. Die Batterie weist eine Wärmeabführeinrichtung und eine Mehrzahl in Serie geschalteter Batteriezellen auf. Die Serienanordnung der Batteriezellen weist einen äußeren positiven Pol und einen äußeren negativen Pol auf. An den Polen sind Zellverbinder angebracht. Es sind Mittel zur Abfuhr von Verlustwärme der Serienanordnung vorgesehen, wobei zumindest ein Zellverbinder mit wärmeabführenden Mitteln verbunden ist.
  • In der DE 10 2006 059 989 A1 werden eine Anordnung zur Kühlung einer aus mehreren Einzelzellen bestehenden Batterie sowie ein Verfahren zur Herstellung der Anordnung beschrieben. Die Einzelzellen, welche von zylindrischer Bauart sind, sind nebeneinander in dichtester Packung angeordnet und so zu der Batterie zusammenmontiert, dass die Rotationsachsen der Einzelzellen parallel zueinander orientiert sind. Zu den Einzelzellen ist eine Grundplatte vorhanden, auf welcher die Einzelzellen senkrecht stehen. Die Einzelzellen stehen in thermischem Kontakt mit der Grundplatte, wobei die thermische Kontaktierung der Einzelzellen zu der Grundplatte über Kühlelemente erfolgt, die in den Zwickeln der dichtesten Packung der Einzelzellen angeordnet sind. Die Kühlelemente weisen eine trigonale symmetrische Außenkontur auf und kontaktieren die Einzelzellen auf den zylindrischen Außenseiten thermisch. Die Grundplatte ist mittels eines strömenden Kühlmediums gekühlt.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit einer verbesserten Kühlung der Einzelzellen anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Eine Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen ist zusammen mit einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten Kühlplatte in einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, angeordnet.
  • Erfindungsgemäß ist die Kühlplatte in Richtung der Einzelzellen mit vertikal abstehenden Kühldornen versehen, welche konisch ausgeformt sind und so angeordnet sind, dass sie in Zwischenräume seitlich der Einzelzellen ragen.
  • Unter einer konischen Form der Kühldorne wird insbesondere verstanden, dass die Größe des Querschnitts des jeweiligen an der Kühlplatte angeordneten Kühldorns mit zunehmendem Abstand von der Kühlplatte abnimmt.
  • Aufgrund der Kühldorne, die spaltfrei an der Einzelzelle anliegen, vergrößert sich die Fläche, über welche die Verlustwärme von den Einzelzellen auf die Kühlplatte übertragen werden kann.
  • Die Kühlplatte ist vorzugsweise mit Kühlkanälen, z. B. Hohlkanälen, versehen, die von einem Kühlmittel durchströmt werden. Die Kühlkanäle sind vorzugsweise an einen Klimakreislauf des Fahrzeugs angebunden. Auf diese Weise kann das Kühlmittel die von den Einzelzellen an die Kühlplatte übertragene Verlustwärme aus der Batterie abtransportieren.
  • Die Länge der Kühldorne beträgt höchstens ein Viertel der Länge der Einzelzellen. Vorzugsweise beträgt die Länge der Kühldorne ein Fünftel der Länge der Einzelzellen. Die Länge der Kühldorne ist dabei maßgeblich durch die Verwendung der Batterie und die Batteriegröße und/oder die Batteriezellengröße bestimmt. Es handelt sich bei den Kühldornen somit aufgrund der kurzen Länge nicht um Wärmeleitstäbe, die aus dem Stand der Technik bereits bekannt sind. Die Kühldorne werden dabei aufgrund der kurzen Länge auch als Stummel bezeichnet.
  • Vorzugsweise sind mehrere Kühldorne um den Umfang jeder Einzelzelle derart verteilt angeordnet, dass die Einzelzelle zwischen den Kühldornen und an der Kühlplatte form- und kraftschlüssig angeordnet, insbesondere gehalten ist.
  • Zwischen der Kühlplatte und Zelldeckeln der Einzelzellen ist in einer Weiterbildung der Erfindung ein elektrisch isolierender und wärmeleitfähiger Formkörper angeordnet. Alternativ kann eine Wärmeleitfolie verwendet werden. Dieser Formkörper oder die Wärmeleitfolie isoliert die Polkontakte der Einzelzellen elektrisch von der Kühlplatte. Falls ein Zellgehäuse der Einzelzelle und/oder der Zelldeckel als Polkontakt ausgebildet sind, sind auch diese durch den Formkörper bzw. die Wärmeleitfolie von der Kühlplatte elektrisch isoliert. In diesem Fall können darüber hinaus in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auf den Kühldornen Kappen zur elektrischen Isolation gegenüber den Einzelzellen angeordnet sein.
  • Diese Kappen sind zweckmäßigerweise aus einem wärmeleitfähigen Material und können entweder als separate Bauelemente oder zusammen mit dem Formkörper als ein Bauteil ausgebildet sein.
  • Die Kappen sind vorzugsweise entsprechend den Kühldornen auch konisch ausgeformt, wobei die Größe des Querschnitts der Kappen an der Seite, die an der Kühlplatte anliegt, größer ist als der Abstand zwischen zwei Einzelzellen, die auf einer Diagonale mit dem Kühldorn liegen. Bei einer Ausführung der Erfindung ohne Kappen ist zweckmäßigerweise entsprechend die Größe des Querschnitts des Kühldorns größer als der Abstand zwischen den auf einer Diagonale mit dem Kühldorn liegenden Einzelzellen, wobei der Kühldorn in diesen Abstand zwischen den beiden Einzelzellen angeordnet ist.
  • Die Einzelzellen sind vorzugsweise mit ihrer Längsachse parallel zueinander angeordnet und werden bei der Montage zwischen die Kühldorne gepresst, wodurch sich die Kühldorne und/oder die Kappen etwas verformen und so spaltfrei an den Einzelzellen anliegen. Dadurch wird eine effiziente Übertragung der Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühldorne und somit auf die Kühlplatte sichergestellt.
  • Des Weiteren sind die Einzelzellen durch dieses Einpressen zwischen die Kühldorne, die um den Umfang der Einzelzellen herum angeordnet sind, sowie die leichte Verformung der Kühldorne und/oder der Kappen bei diesem Pressvorgang, form- und kraftschlüssig an der Kühlplatte anordbar und somit thermisch an die Kühlplatte koppelbar.
  • Die Kühlplatte ist zweckmäßigerweise mit Aussparungen für eine Durchführung der Polkontakte (auch Polkontakte genannt) der Einzelzellen versehen. Die Form, d. h. die Abmessungen, der Aussparungen korrespondieren vorzugsweise mit den Abmessungen der Polkontakte der Einzelzellen. Auf die durch die Kühlplatte hindurchgeführten Polkontakte sind auf der Oberseite der Kühlplatte Zellverbinder angeordnet, welche Polkontakte benachbarter Einzelzellen derart miteinander verbinden, dass die Einzelzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verbunden sind.
  • Vorzugsweise korrespondieren die Aussparungen in der Kühlplatte mit den Abmessungen der Polkontakte der Einzelzellen. Hierdurch sind die Einzelzellen mit der Kühlplatte im Bereich der Aussparungen formschlüssig verbunden und gegenüber Drehbewegungen fixiert.
  • Zwischen der Unterseite der Einzelzellen und dem Batteriegehäuse kann in einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ein Federelement, insbesondere eine flache Feder, angeordnet sein. Diese ist vorzugsweise eine Blattfeder, z. B. aus Metall. In einer weiteren Ausführungsform kann auch eine federnde Matte aus Gummi oder Schaumstoff verwendet werden. Mittels der flachen Feder sind die Einzelzellen gegen die Kühlplatte pressbar, insbesondere vorspannbar. Hierdurch werden herstellungsbedingte Toleranzen, welche zu Luftspalten zwischen den Einzelzellen und der Kühlplatte führen können, vermieden, so dass die Einzelzellen weitgehend formschlüssig an der Kühlplatte anliegen.
  • Aufgrund der weitgehend formschlüssigen Anordnung der Polkontakte in den Aussparungen der Kühlplatte und das Einpressen der Einzelzellen zwischen die Kühldorne und deren Formschluss sowie durch das Vorspannen der flachen Feder und dem daraus resultierenden Formschluss der Polseite der Einzelzellen an die Kühlplatte sind die Einzelzellen und die Kühlplatte thermisch miteinander gekoppelt.
  • Die Batterie eignet sich insbesondere als Fahrzeugbatterie, insbesondere als Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.
  • Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die Kühlung der Einzelzellen durch die Kühldorne und der damit verbundenen Vergrößerung der an den Einzelzellen anliegenden Kühlfläche verbessert wird. Durch die leichte Verformung der Kappen auf den Kühldornen und/oder der Kühldorne selbst liegen diese spaltfrei an den Einzelzellen an. Auch die Zelldeckel liegen durch die Montage und aufgrund des von der flachen Feder an der Bodenseite der Einzelzellen erzeugten Drucks spaltfrei an der Kühlplatte an. Dadurch ist eine effiziente Wärmeübertragung der Verlustwärme von den Einzelzellen auf die Kühlplatte sichergestellt. Durch diese Maßnahmen kann die Verlustwärme von den Einzelzellen effizienter auf die Kühlplatte übertragen werden. Auf diese Weise ist auch bei erhöhter Beanspruchung der Batterie im Einsatz oder während des Ladevorgangs die ausreichende Kühlung der Einzelzellen gesichert, so dass die zulässigen Betriebstemperaturen nicht überschritten werden. Dies hat eine erhöhte Lebensdauer der Batterie zur Folge.
  • Ein weiterer Vorteil resultiert aus der form- und kraftschlüssigen sowie thermischen Anbindung der Einzelzellen an die Kühlplatte. Die Einzelzellen werden bei der Montage der Batterie zwischen die Kühldorne gepresst und von diesen gehalten. Von der Bodenseite der Einzelzellen her werden diese durch eine flächige Feder gegen die Kühlplatte gedrückt. In der Kühlplatte sind die Polkontakte der Einzelzellen in Aussparungen verankert, deren Innenkonturen mit den Außenkonturen der Polkontakte korrespondieren. Somit ist eine zusätzliche Befestigung bzw. thermische Anbindung der Einzelzellen, zum Beispiel durch Verklebung, Verschraubung oder durch den Einsatz von Vergussmasse, nicht mehr erforderlich. Dies verringert den Arbeits- und Materialaufwand bei der Montage und ermöglicht eine zerstörungsfreie Demontage der Batterie, was z. B. beim Einsatz von Vergussmasse nicht möglich wäre. Dadurch wird der Kostenaufwand reduziert.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte mit Kühldornen,
  • 2 eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte mit Kappen auf den Kühldornen,
  • 3 eine Explosionsdarstellung eines Zellverbundes mit Kühlplatte,
  • 4 eine perspektivische Darstellung eines Zellverbundes mit Kühlplatte von unten, und
  • 5 einen vertikalen Schnitt durch einen Zellverbund mit Kühlplatte.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte 1 mit darauf angeordneten vertikal abstehenden Kühldornen 2. Dabei sind die Kühldorne 2 konisch geformt und so angeordnet, dass sie in Zwischenräume 3 hineinragen, die sich zwischen mehreren auf der Kühlplatte 1 angeordneten Einzelzellen 4 bilden.
  • Die Kühlplatte 1 ist mit Aussparungen 5 für die Durchführung von Polkontakten 6 der Einzelzellen 4 versehen. Die Innenkonturen der Aussparungen 5 korrespondieren dabei mit den Abmessungen der Polkontakte 6 der Einzelzellen 4. Auf diese Weise sind die Einzelzellen 4 formschlüssig mit der Kühlplatte 1 verbunden und gegenüber Drehbewegungen gesichert.
  • 2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Kühlplatte 1 mit Kappen 7 auf den Kühldornen 2. Diese Kappen 7 sind aus elektrisch isolierendem, aber Wärme leitendem Material. Sie werden zur elektrischen Isolation auf die Kühldornen 2 aufgesetzt, falls Zellgehäuse 8 und/oder Zelldeckel 15 der Einzelzellen 4 einen Zellpol bilden.
  • Die Kappen 7 sind konisch ausgeformt und ihr Durchmesser oder die Größe ihres Querschnitts ist an dem Ende, welches an der Kühlplatte 1 anliegt, größer als der Abstand zwischen zwei Einzelzellen 4, die auf einer Diagonale mit dem Kühldorn 2 liegen, wobei der Kühldorn 2 in diesem Abstand zwischen den beiden Einzelzellen 4 angeordnet ist. Auf diese Weise sind beim Einsetzen der Einzelzellen 4 auf die Kühlplatte 1 die Kappen 7 und/oder die Kühldorne 2 verformbar, so dass die Einzelzellen 4 auch seitlich spaltfrei und somit formschlüssig an die Kühldorne 2 und damit an die Kühlplatte 1 thermisch angebunden sind. Dies ermöglicht einen effizienten Übergang der Verlustwärme der Einzelzellen 4 über die Kühldorne 2 auf die Kühlplatte 1.
  • In einer weiteren Ausführungsform können die Einzelzellen 4 durch eine an ihrer Bodenseite und dem Batteriegehäuse angeordnete flächige Feder gegen die Kühlplatte 1 vorgespannt und gepresst werden, so dass sie durch diese vorgespannte Anordnung an der Kühlplatte 1 form- und kraftschlüssig angeordnet sind. Außerdem sind die Einzelzellen 4 durch die in die Aussparungen 5 in der Kühlplatte 1 eingesetzten Polkontakte 6 formschlüssig mit der Kühlplatte 1 verbunden. Eine weitere Befestigung der Einzelzellen 4, zum Beispiel durch Verkleben, Verschrauben oder Vergussmasse, ist infolge des Form- und Kraftschlusses durch Vorspannung und Verpressung nicht erforderlich und kann entfallen. Auf diese Weise wird eine später möglicherweise notwendige Demontage der Batterie erleichtert und kann zerstörungsfrei erfolgen.
  • 3 zeigt eine Explosionsdarstellung eines Zellverbundes 9 mit Kühlplatte 1. Auf der Kühlplatte 1 sind in Richtung der Einzelzellen 4 vertikal abstehende Kühldorne 2 angeordnet. Diese sind durch Bohrungen 12 in einem Formkörper 10 hindurchgeführt, mit Kappen 7 abgedeckt, falls Zellgehäuse 8 und/oder Zelldeckel 15 der Einzelzellen 4 einen Polkontakt bilden, und ragen in den Zwischenraum 3 zwischen den Einzelzellen 4 hinein.
  • Der Formkörper 10, der zwischen der Polseite der Einzelzellen 4 und der Kühlplatte 1 angeordnet ist, kann alternativ zur Wärmeleitfolie verwendet werden. Der Formkörper 10 ist aus einem elektrisch isolierenden wärmeleitfähigen Material gefertigt und isoliert die Polkontakte 6 der Einzelzellen 4 und, falls Zellgehäuse 8 und/oder Zelldeckel 15 der Einzelzellen 4 einen Zellpol bilden, auch diese elektrisch von der Kühlplatte 1.
  • Die Kappen 7 zum Abdecken der Kühldorne 2 können in einer weiteren Ausführungsform auch zusammen mit dem Formkörper 10 als ein Bauteil ausgeführt sein.
  • Durch Ausnehmungen 11 im Formkörper 10 und die Aussparungen 5 in der Kühlplatte 1 sind die Polkontakte 6 hindurchgeführt, wobei oberhalb der Kühlplatte 1 auf die Polkontakte 6 Zellverbinder 14 aufgesetzt sind. Dabei sind mittels der Zellverbinder 14 gleiche und/oder unterschiedliche Polkontakte 6 benachbarter Einzelzellen 4 miteinander verbunden. Dadurch können die Einzelzellen 4 elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verbunden werden.
  • 4 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Zellverbundes 9 mit Kühlplatte 1 von unten. Auf die an der Kühlplatte 1 in Richtung der Einzelzellen 4 vertikal angebrachten Kühldorne 2 sind Kappen 7 zur elektrischen Isolation aufgesetzt, falls das Zellgehäuse 8 und/oder der Zelldeckel 15 der Einzelzellen 4 als Polkontakt verwendet wird. Mehrere Kühldorne 2 mit Kappen 7 sind um den Umfang jeder Einzelzelle 4 herum angeordnet. Die Kühldorne 2 und Kappen 7 sind konisch geformt. Der Durchmesser der Kappen 7, d. h. die Größe des Querschnitts der jeweiligen Kappe 7, an dem der Kühlplatte 1 zugewandten Ende ist größer als der Abstand zwischen zwei Einzelzellen 4, die auf einer Diagonalen mit dem Kühldorn 2 liegen. Bei einer kappenlosen Ausführungsform ist analog dazu die Größe des Querschnitts des Kühldorns 2 an dem der Kühlplatte 1 zugewandten Ende größer als der Abstand zwischen den beiden Einzelzellen 4, in welchem der Kühldorn 2 auf einer Diagonalen mit den Einzelzellen 4 angeordnet ist.
  • Während der Montage werden die Einzelzellen 4 in Richtung der Kühlplatte 1 geschoben und danach mit einem Spann- oder Federelement, z. B. einer flachen Feder, insbesondere einer Blattfeder, die zwischen dem Zellboden 13 und dem Boden des Batteriegehäuses angeordnet ist, gegen die Kühlplatte 1 vorgespannt und gepresst. Das Spann- oder Federelement ist nicht näher dargestellt. Dadurch werden die Kappen 7 auf den Kühldornen 2 und/oder die Kühldornen 2 selbst leicht verformt und passen sich der Form der Einzelzellen 4 an. Auf diese Weise ist eine spaltfreie und somit form- und kraftschlüssige Anbindung und daraus resultierend eine hinreichend gute thermische Kopplung der Einzelzellen 4 an die Kühlplatte 1 hergestellt.
  • 5 zeigt einen vertikalen Schnitt durch einen Zellverbund 9 mit einer Kühlplatte 1. Die Einzelzellen 4 sind an der Kühlplatte 1 angeordnet, wobei zwischen der Kühlplatte 1 und dem Zelldeckel 15 bzw. den Polkontakten 6 der Einzelzellen 4 ein Formkörper 10 angeordnet ist, der die Einzelzellen 4 bzw. deren Polkontakte 6 von der Kühlplatte 1 elektrisch isoliert. Alternativ zum Formkörper 10 kann dieser auch als eine Folie ausgebildet sein.
  • Die Polkontakte 6 der Einzelzellen 4 sind durch die Aussparungen 5 in der Kühlplatte 1 hindurchgeführt, wobei oberhalb der Kühlplatte 1 die Polkontakte 6 benachbarter Einzelzellen 4 durch Zellverbinder 14 miteinander verbunden sind, wodurch die Einzelzellen 4 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verbunden sind.
  • An der Kühlplatte 1 sind um den Umfang der Einzelzellen 4 herum verteilt Kühldorne 2 mit Kappen 7 angeordnet. Ein kappenloser Aufbau ist ebenfalls möglich und nicht näher dargestellt.
  • Die Einzelzellen 4 werden während der Montage auf die Kühlplatte 1 geschoben und durch ein zwischen Zellboden 13 und Gehäuseboden der Batterie angeordnetes Vorspann-, insbesondere Federelement gegen die Kühlplatte 1 vorgespannt und gepresst. Dadurch verformen sich die Kappen 7 und liegen spaltfrei an den Einzelzellen 4 an.
  • Auch an der Kühlplatte 1 liegen die Einzelzellen 4 aufgrund der Vorspannung und Anpressung während der Montage sowie des durch die Vorspann- oder Federelement weiterhin ausgeübten Drucks spaltfrei an. Auf diese Weise ist eine effiziente Übertragung der Verlustwärme der Einzelzellen 4 auf die Kühlplatte 1 bzw. über die Kühldorne 2 auf die Kühlplatte 1 sichergestellt.
  • Durch diese Konstruktion sind die Einzelzellen 4 und die Kühlplatte 1 mehrfach form- und kraftschlüssig und thermisch gekoppelt. Die Verbindung erfolgt zum einen durch das Einfügen der Polkontakte 6 in die Aussparungen 5 der Kühlplatte 1, deren Ausformung mit der Form der Polkontakte 6 korrespondiert, wodurch eine Drehbewegung der Einzelzellen 4 verhindert wird. Zum anderen erfolgt die Verbindung dadurch, dass die Einzelzellen 4 sowohl während der Montage als auch danach durch das Vorspann- oder Federelement gegen die Kühlplatte 1 gepresst werden, wodurch sich die Kappen 7 auf den um den Umfang der Einzelzellen 4 angeordneten Kühldornen 2 leicht verformen und die Einzelzellen 4 so zwischen die Kühldorne 2 gepresst und dort gehalten sind.
  • Durch diese Anbindung der Einzelzellen 4 an die Kühlplatte 1 ist eine weitere Befestigung, z. B. durch Verkleben, Verschrauben oder durch den Einsatz von Vergussmasse, nicht mehr erforderlich. Dies reduziert zum einen den Materialbedarf und Fertigungsaufwand und ermöglicht zum anderen eine zerstörungsfreie Demontage der Batterie.

Claims (21)

  1. Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (4) und einer polseitig auf den Einzelzellen (4) angeordneten Kühlplatte (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) in Richtung der Einzelzellen (4) mit vertikal abstehenden Kühldornen (2) versehen ist, welche konisch ausgeformt sind und so angeordnet sind, dass sie in Zwischenräume (3) seitlich der Einzelzellen (4) ragen.
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in die Kühlplatte (1) Kühlkanäle zur Durchströmung mit einem Kühlmittel integriert sind.
  3. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Kühldorne (2) höchstens ein Viertel der Länge der Einzelzellen (4) beträgt.
  4. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass um den Umfang jeder Einzelzelle (4) mehrere Kühldorne (2) derart verteilt sind, dass die Einzelzelle (4) mit den Kühldornen (2) und der Kühlplatte (1) form- und kraftschlüssig verbunden ist.
  5. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kühlplatte (1) und einem Zelldeckel (15) ein elektrisch isolierender und wärmeleitfähiger Formkörper (10) angeordnet ist.
  6. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kühldornen (2) Kappen (7) angeordnet sind, falls ein Zellgehäuse (8) und/oder Zelldeckel (15) der Einzelzellen (4) einen Zellpol bilden.
  7. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kappen (7) als separate Bauelemente ausgebildet sind.
  8. Batterie nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese Kappen (7) aus einem wärmeleitfähigen Material sind.
  9. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Kappen (7) und der Formkörper (10) als ein Bauteil ausgebildet sind.
  10. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappen (7) konisch ausgeformt sind.
  11. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Kappen (7) an der Seite, die an der Kühlplatte (1) anliegt, größer ist als der Abstand zwischen zwei Einzelzellen (4), die auf einer Diagonale mit dem Kühldorn (2) liegen.
  12. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (4) mit ihrer Längsachse parallel zueinander angeordnet sind.
  13. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (1) mit Aussparungen (5) für eine Durchführung von Polkontakten (6) der Einzelzellen (4) versehen ist.
  14. Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (5) in der Kühlplatte (1) mit den Abmessungen von Polkontakten (6) der Einzelzellen (4) korrespondieren.
  15. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite der Kühlplatte (1) Zellverbinder (14) angeordnet sind.
  16. Batterie nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (4) durch auf die durch die Kühlplatte (1) hindurchragenden Polkontakte (6) der Einzelzellen (4) aufgesetzte Zellverbinder (14) seriell und/oder parallel miteinander verbunden sind.
  17. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (4) durch die mit den Abmessungen der Polkontakte (6) korrespondierenden Aussparungen (5) in der Kühlplatte (1) mit dieser formschlüssig verbunden und gegenüber Drehbewegungen fixiert sind.
  18. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Unterseite der Einzelzellen (4) und Batteriegehäuse ein Spann- oder Federelement angeordnet ist.
  19. Batterie nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Spann- oder Federelement die Einzelzellen (4) gegen die Kühlplatte vorspannt.
  20. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Einzelzellen (4) und Kühlplatte (1) form- und kraftschlüssig verbunden sind.
  21. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ist.
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