DE102010005097A1

DE102010005097A1 - Temperature-controlled battery cell arrangement, has retaining pockets directly or indirectly connected with one another, such that passage channel is formed between adjacent retaining pockets, where medium flows through channel

Info

Publication number: DE102010005097A1
Application number: DE102010005097A
Authority: DE
Inventors: Michael Dr. 06130 Busch; Sven 06114 Wüstenhagen
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2010-01-20
Filing date: 2010-01-20
Publication date: 2011-07-21

Abstract

Beschrieben wird eine temperierbare Batteriezellenanordnung mit einer Vielzahl einzelner Batteriezellen, einer die Batteriezellen jeweils einzeln, wenigstens teilweise flächig umschließenden Trägerstruktur sowie einem mit der Trägerstruktur in thermischen Kontakt bringbaren Temperiermedium. Die Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Aufnahmestruktur lagenweise angeordnete Aufnahmetaschen aufweist, von denen jede Aufnahmetasche wenigstens zwei flächige Taschenwände vorsieht, zwischen denen wenigstens eine Batteriezelle einbringbar ist, und dass jeweils zwei lagenweise benachbarte Aufnahmetaschen so miteinander zusammengefügt sind, dass zwischen den jeweils benachbarten Aufnahmetaschen jeweils wenigstens ein von dem Temperiermedium durchströmbarer Durchgangskanal vorgesehen ist.A temperature-controllable battery cell arrangement is described with a multiplicity of individual battery cells, a carrier structure that surrounds the battery cells individually, at least partially in a flat manner, and a temperature control medium that can be brought into thermal contact with the carrier structure. The invention is characterized in that the receiving structure has receiving pockets arranged in layers, of which each receiving pocket provides at least two flat pocket walls, between which at least one battery cell can be inserted, and that in each case two receiving pockets that are adjacent in layers are joined together so that between the adjacent At least one through-channel through which the temperature control medium can flow is provided.

Description

Technisches GebietTechnical area

Elektrische Energiespeicher sind die Schlüsselkomponente für die verstärkte Nutzung elektrischer Systeme. Unter dem nachfolgend gewählten Begriff der „Batterie” oder „Batteriezellen” soll in diesem Zusammenhang sowohl eine nicht wiederaufladbare und insbesondere eine wiederaufladbare Speichereinheit verstanden werden.Electric energy storage is the key component for the increased use of electrical systems. In this context, the term "battery" or "battery cell" chosen below is understood to mean both a non-rechargeable and, in particular, a rechargeable storage unit.

Unter den verfügbaren Speichertechnologien stellen insbesondere Batterien auf der Basis von Lithium-Ionen-Zellen derzeit eine interessante Option dar. Insbesondere Li-Ionen-Batterien können jedoch nur in einem bestimmten Temperaturfenster um eine „Wohlfühltemperatur” der Zellen herum effizient betrieben werden, und der Temperaturgradient in einer Batteriezelle und innerhalb der Batterie von Zelle zu Zelle sollte ebenfalls nur gering differieren. Bei unzureichender oder nicht homogener Temperierung geht ihre Leistung und Kapazität teilweise ganz erheblich zurück, und die Zellen erreichen nur eine deutlich verringerte Lebensdauer.Among the available storage technologies, lithium ion cell based batteries in particular presently are an interesting option. However, in particular, Li ion batteries can only be operated efficiently in a certain temperature window around a "comfort temperature" of the cells, and the temperature gradient in a battery cell and within the battery from cell to cell should also differ only slightly. With inadequate or non-homogeneous tempering, their performance and capacity are in some cases considerably reduced, and the cells only achieve a significantly reduced service life.

Die Erfindung bezieht sich auf eine temperierbare Batteriezellenanordnung für eine beliebige Anzahl von Batteriezellen, mit einer die Batteriezellen jeweils einzeln, wenigstens teilweise flächig umschließenden Aufnahmestruktur sowie ein mit der Aufnahmestruktur in thermischen Kontakt bringbares Temperiermedium.The invention relates to a temperature-controlled battery cell arrangement for any number of battery cells, with a battery cell each individually, at least partially enclosing receiving structure and a bring with the receiving structure in thermal contact temperature control.

Stand der TechnikState of the art

Je nach Zelltyp, Einsatzanforderung, Montagefreundlichkeit und Kostenaspekten gelangen verschiedene Varianten temperierbarer Batterieanordnungen zur Anwendung. Man unterscheidet zwischen Temperierung durch Luft und Temperierung über einen thermischen Kontakt. Bei der Lufttemperierung umströmt die temperierte Luft die Zelle und temperiert dabei deren frei zugängliche Oberflächen. Bei der Temperierung über einen thermischen Kontakt stehen die Zellen in direktem thermischem Kontakt zu einem Wärmeableiter, über den die Wärme abgeleitet wird. Die Temperierung über thermischen Kontakt ist der Lufttemperierung insbesondere hinsichtlich Bauraum und Temperiereffizienz überlegen. Bei der Gestaltung der thermischen Kontaktierung ist sie jedoch aufwändiger. Für eine gute Wärmeableitung ist einerseits ein guter Kontakt zwischen Zellen und Wärmeableiter erforderlich. Andererseits ändern die Zellen ihre Dicke im Betrieb: die Zellen „atmen”. Dieses Atmen sollte nicht oder zumindest nicht nennenswert behindert werden, da es sonst zur katastrophalen Zerstörung der Zelle kommen kann. Die Zelle sollte sich dementsprechend möglichst frei ausdehnen und zusammen ziehen können, ohne dabei aber den guten thermischen Kontakt zum Wärmeableiter zu verlieren. Dies ist konstruktiv bislang unzureichend gelöst. Als weiteres Problem kommt hinzu, dass häufig aus Sicherheitsgründen eine elektrische Isolierung des Zellengehäuses erforderlich ist, die meisten guten Wärmeableiter aber auch gute elektrische Leiter sind, so dass dies häufig nicht ohne weiteres gegeben ist.Depending on the cell type, application requirements, ease of installation and cost aspects, different variants of temperature-controllable battery arrangements are used. A distinction is made between temperature control by air and temperature control via a thermal contact. In the case of air temperature control, the tempered air flows around the cell, tempering its freely accessible surfaces. When tempering via a thermal contact, the cells are in direct thermal contact with a heat sink, through which the heat is dissipated. The temperature control via thermal contact is superior to the air temperature control, in particular with regard to installation space and temperature control efficiency. In the design of the thermal contact, however, it is more complex. For a good heat dissipation on the one hand good contact between cells and heat sink is required. On the other hand, the cells change their thickness during operation: the cells "breathe". This breathing should not be hampered, or at least not appreciably hampered, otherwise catastrophic destruction of the cell may occur. Accordingly, the cell should be able to expand and contract as freely as possible without losing the good thermal contact with the heat dissipator. This is structurally solved inadequately. Another problem is that often for safety reasons an electrical insulation of the cell housing is required, but most good heat sinks are also good electrical conductors, so that this is often not readily given.

Bei der Temperierung über thermischen Kontakt sind mehrere Varianten bekannt: Besteht das Zellengehäuse aus einem gut Wärme leitenden Material, kann das Gehäuse selbst für die Wärmeableitung verwendet werden, indem die Zellen z. B. einfach auf eine temperierte Platte als Wärmeableiter gestellt werden. Wenn der Wärmetransport durch das Zellgehäuse nicht ausreichend ist, werden Wärmeableiter zwischen den Zellen in Form von Wärmeleitrippen oder Flüssigkeit führenden Platten eingebracht. Diese Varianten führen zu einem hohen Montageaufwand in der Serienfertigung, weil sehr viele solcher Platten bei der Montage der Zellen in der Batterie dicht verbunden werden müssen. Die Flüssigkeit führenden Platten können außerdem entweder reine Temperierplatten sein, die die Wärme zwischen der sie durchströmenden temperierten Flüssigkeit und der zu temperierenden Zellwand austauschen, oder sie können aktiv kühlende Platten, z. B. Plattenverdampfer oder Heatpipes, sein, wobei in dieser Fall jedoch nur eine Kühlung oder eine Erwärmung möglich ist. Eine effiziente Variante stellt die Temperierung des Zellinneren direkt über die Ableiter und die Elektroden der Zelle, d. h. über den direkten metallischen Pfad und damit den Weg entlang einer guten Wärmeleitfähigkeit in den Elektrodenstapel hinein, dar.In the case of temperature control via thermal contact, several variants are known: If the cell housing is made of a material that conducts heat well, the housing itself can be used for heat dissipation by causing the cells to flow, for example. B. are simply placed on a tempered plate as a heat sink. If the heat transport through the cell housing is not sufficient, heat dissipators are introduced between the cells in the form of heat conducting ribs or fluid-carrying plates. These variants lead to high assembly costs in mass production, because a great many such plates must be tightly connected during assembly of the cells in the battery. The liquid-conducting plates can also be either pure tempering plates, which exchange the heat between the tempered liquid flowing through them and the cell wall to be tempered, or they can actively cooling plates, for. As plate evaporator or heat pipes, be, but in this case, only a cooling or heating is possible. An efficient variant is the temperature control of the cell interior directly over the arresters and the electrodes of the cell, d. H. over the direct metallic path and thus the way along a good thermal conductivity in the electrode stack, is.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist der DE 10 2005 017 057 A1 zu entnehmen, die in einem Druckgehäuse eine Vielzahl darin untergebrachter Batteriezellen vorsieht. Das Druckgehäuse ist an einen Strömungskanal angeschlossen, über den mittels einer Pumpe druckbeaufschlagt Kühlluft in das Gehäuse einströmt, die in thermischen Oberflächenkontakt mit den einzelnen Batteriezellen gelangt und anschließend über Austrittsöffnungen aus dem Gehäuse nach Außen strömt.A generic device is the DE 10 2005 017 057 A1 which provides in a pressure housing a plurality housed therein battery cells. The pressure housing is connected to a flow channel, via which by means of a pump pressurized cooling air flows into the housing, which comes into thermal surface contact with the individual battery cells and then flows through outlet openings out of the housing to the outside.

Die DE 10 2006 059 989 A1 beschreibt eine Anordnung zur Kühlung einer aus mehreren Einzelzellen bestehenden Batterie. Die einheitlich ausgebildeten Einzelzellen sind von zylindrischer Bauart und jeweils parallel nebeneinander zu einem Bündel zusammengestellt. In den von den Einzelzellen einander begrenzten Zwickelräumen sind Füllstücke von hoher Wärmeleitfähigkeit eingebracht, die einseitig stirnseitig zu den Einzelzellen auf einem ein Temperiermedium führenden Leitungssystem montiert sind. Das Bündel der zylindrischen Zellen wird zudem durch ein Zugband mit den Füllstücken in gegenseitigem Formschluss gehalten, wodurch eine Volumenänderung der Einzellzellen in Abhängigkeit von ihrem Ladezustand, das so genannte „Atmen”, möglich ist. Nachteilig sind jedoch der mangelnde Formschluss und der damit verbundene variierende thermische Oberflächenkontakt zwischen den Einzellzellen und den Füllstücken in Abhängigkeit der jeweiligen Volumenänderung der Einzellzellen.The DE 10 2006 059 989 A1 describes an arrangement for cooling a battery consisting of several individual cells. The uniformly formed individual cells are of cylindrical design and each assembled in parallel next to each other to form a bundle. In the limited by the individual cells gussets filling pieces of high thermal conductivity are introduced, which are mounted on one side end side to the individual cells on a temperature control medium leading a pipe system. The bundle of cylindrical cells is also made by a drawstring with the filling pieces in held mutual mutual closure, whereby a change in volume of Einzellzellen depending on their state of charge, the so-called "breathing" is possible. However, a disadvantage is the lack of positive locking and the associated varying thermal surface contact between the Einzellzellen and the filler depending on the respective change in volume of Einzellzellen.

Die DE 101 30 369 A1 beschreibt eine Kühlvorrichtung für Fahrzeugbatterien, die stapelbare, mit einem Temperiermedium, vorzugsweise eine Kühlflüssigkeit, durchströmbare, plattenförmige Kühlelemente vorsieht, die Zwischenräume einschließen, die die gleichfalls plattenförmigen Batteriezellen aufnehmen, so dass sie zusammen mit den Kühlelementen eine Stapelanordnung bilden. Die plattenförmigen Kühlelemente sind über Verbindungen miteinander starr für ein gesamtheitliches Durchströmen mit der Kühlflüssigkeit verbunden. Die starre Ausbildung der einzelnen plattenförmigen Kühlelemente mit festem Abstand zueinander hat zur Folge, dass die zwischen den Kühlelementen befindlichen Zellen bei einer Volumenvergrößerung unter Druck geraten, d. h. das Atmen der Zellen wird erheblich behindert, oder dass bei einer Volumenverringerung der Flächenkontakt zwischen den Kühlelementen und den Zellen verringert wird oder ganz verloren geht.The DE 101 30 369 A1 describes a cooling device for vehicle batteries, the stackable, provided with a tempering medium, preferably a cooling liquid, through-flow, plate-shaped cooling elements include the interstices that receive the also plate-shaped battery cells, so that they form a stacking arrangement together with the cooling elements. The plate-shaped cooling elements are rigidly connected via connections with each other for a holistic flow with the cooling liquid. The rigid formation of the individual plate-shaped cooling elements with a fixed distance from each other has the consequence that the cells located between the cooling elements come under pressure at an increase in volume, ie the breathing of the cells is significantly hindered, or that in a reduction in surface area contact between the cooling elements and the Cells is reduced or lost completely.

Die WO 2007/08766 beschreibt eine Hochleistungsbatterie, deren elektrochemische Zellen in einer regelmäßigen Anordnung parallel mit Zwischenraum aufgestellte Zylinder sind. Zur Kühlung der Zylinder ist eine Hülle vorgesehen, die aus einem Schlauch besteht, der um die Zellen der Batterie gewickelt ist, wobei der Schlauch mit jeder Windung eine Zelle nach der anderen zumindest teilweise umschlingt. Beispielsweise umschlingt der die Hülle bildende Schlauch eine Zelle in einem Halbkreis außen und eine benachbarte Zelle in einem Halbkreis innen.The WO 2007/08766 describes a high performance battery whose electrochemical cells are in a regular array parallel spaced cylinders. For cooling the cylinder, a shell is provided, which consists of a tube which is wound around the cells of the battery, the tube with each turn at least partially wraps around one cell after the other. For example, the tube forming the sheath wraps around a cell in a semicircle on the outside and an adjacent cell in a semicircle on the inside.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine temperierbare Batteriezellenanordnung für eine beliebige Anzahl einzelner Batteriezellen, mit einer die Batteriezellen jeweils einzeln, wenigstens teilweise flächig umschließenden Aufnahmestruktur sowie einem mit der Aufnahmestruktur in thermischen Kontakt bringbaren Temperiermedium derart weiterzubilden, dass das Atmen der Zellen nicht oder zumindest nicht nennenswert behindert wird und zugleich unabhängig von ihrem Volumenzustand, den sie beim Atmen einnehmen, eine zuverlässige Temperierung der Batteriezellen möglich wird, d. h. Sorge dafür getragen wird, dass der thermische Kontakt zwischen den einzelnen Batteriezellen und dem Temperiermedium unabhängig vom Atmen der Batterie weitgehend erhalten bleibt. Die hierfür zu treffenden Maßnahmen sollen mit möglichst kostengünstigen und montagetechnisch einfach zu handhabenden Mitteln realisierbar sein.The invention has the object of developing a temperature-controlled battery cell arrangement for any number of individual battery cells, with the battery cells individually, at least partially enclosing receiving structure and a bring with the receiving structure in thermal contact temperature control medium such that the breathing of the cells not or at least is not significantly impeded and at the same time, regardless of their volume state, they take on breathing, a reliable temperature of the battery cells is possible, d. H. Care is taken to ensure that the thermal contact between the individual battery cells and the temperature control medium is largely maintained regardless of the breathing of the battery. The measures to be taken for this purpose should be feasible with the most cost-effective and easy to handle means of assembly.

Die Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Den Erfindungsgedanken vorteilhaft weiterbildende Merkmale sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der weiteren Beschreibung zu entnehmen.The solution of the problem underlying the invention is specified in claim 1. The concept of the invention advantageously further features are the subject of the dependent claims and the further description can be found.

Lösungsgemäß zeichnet sich eine temperierbare Batteriezellenanordnung für eine beliebige Anzahl einzelner Batteriezellen, mit einer die Batteriezellen jeweils einzeln, wenigstens teilweise flächig umschließenden Aufnahmestruktur sowie einem mit der Aufnahmestruktur in thermischen Kontakt bringbaren Temperiermedium dadurch aus, dass die Aufnahmestruktur lagenweise angeordnete Aufnahmetaschen aufweist, wobei jede Aufnahmetasche wenigstens zwei flächige, flexible Taschenwände vorsieht, zwischen denen wenigstens eine Batteriezelle einbringbar ist. Jeweils zwei lagenweise unmittelbar benachbarte Aufnahmetaschen sind so mittel- oder unmittelbar miteinander gefügt, dass zwischen den jeweils benachbarten Aufnahmetaschen jeweils wenigstens ein von dem Temperiermedium durchströmbarer Durchgangskanal vorgesehen ist.According to the solution, a temperature-controllable battery cell arrangement for any number of individual battery cells is characterized by a receiving structure which encloses the battery cells individually, at least partially, and a temperature-control medium which can be brought into thermal contact with the receiving structure in that the receiving structure has receiving pockets arranged in layers, each receiving pocket being at least two flat, flexible bag walls provides, between which at least one battery cell can be introduced. In each case two layers directly adjacent receiving pockets are so medium or directly joined together that at least one of the temperature control medium through-flow passage is provided between each adjacent receiving pockets.

Die vorzugsweise aus einem Kunststoffmaterial bestehende Aufnahmestruktur umschließt die einzelnen Batteriezellen möglichst großflächig mit möglichst dünnwandig, gleichsam einer Folie ausgebildeten Taschenwänden, durch die die Batteriezellen vor einem unmittelbaren bzw. direkten Kontakt mit dem Temperiermedium geschützt sind. Die möglichst dünnwandige Ausbildung der Taschenwände sorgt zum einen für eine möglichst gute Wärmeankopplung zwischen den Batteriezellen und dem Temperiermedium, das gasförmig oder von flüssiger Natur sein kann, zum anderen gewährleistet die der Taschenwände zu eigene Flexibilität das Atmen der Batteriezellen, d. h. die folienartig ausgebildeten Taschenwände bleiben trotz Volumenänderung der Batteriezellen in stetem Flächenkontakt mit der Oberfläche der jeweiligen Batteriezelle.The receiving structure preferably consisting of a plastic material encloses the individual battery cells as large as possible with as thin as possible, as a film formed pocket walls, through which the battery cells are protected from direct or direct contact with the temperature. The most thin-walled design of the pocket walls ensures on the one hand for the best possible heat coupling between the battery cells and the tempering, which may be gaseous or liquid in nature, on the other hand ensures the pocket walls to own flexibility breathing the battery cells, d. H. the film-like pocket walls remain despite volume change of the battery cells in constant surface contact with the surface of the respective battery cell.

Selbstverständlich ist es möglich die Aufnahmestruktur oder zumindest Teile oder Bereiche der Aufnahmestruktur auch aus metallischen Werkstoffen zu fertigen, bspw. die einzelnen Taschenwände aus Metallfolien oder beschichteten Metallfolien auszubilden, sofern die vorstehenden Anforderungen bezgl. der Flexibilität sowie der guten thermischen Leitfähigkeit, erfüllt sind.Of course, it is also possible to manufacture the receiving structure or at least parts or regions of the receiving structure from metallic materials, for example, to form the individual pocket walls from metal foils or coated metal foils, provided the above requirements with respect to flexibility and good thermal conductivity are met.

Mit der Forderung, dass die Aufnahmestruktur aus Lagen einzelner stapelförmig aneinander gefügter Aufnahmetaschen besteht, die die einzelnen Batteriezellen zumindest teilweise umschließen, soll zum Ausdruck kommen, dass die Batteriezellen jeweils innerhalb der Aufnahmestruktur in den Aufnahmetaschen lagenweise, d. h. ebenenweise übereinander zu einem Stapel angeordnet sind, wobei jeweils die der unteren und oberen Stapelseite zugewandte Oberfläche der Batteriezellen mit dem Taschenwänden in direktem Kontakt sind. Am Beispiel platten- bzw. quaderförmig ausgebildeter Batteriezelle sei hierzu angenommen, dass pro Lage, d. h. pro Aufnahmetasche ist eine Batteriezelle enthalten, deren in der Stapelanordnung jeweils untere und obere Batteriezellenoberfläche von einer folienartigen Taschenwand bedeckt ist. Ferner sei angenommen, dass die Batteriekontaktelektroden längs einer stirnseitigen Batteriezellenseitenkante angebracht sind. Vorzugsweise die übrigen drei Batterieseitenkanten sind hermetisch von der Aufnahmestruktur umschlossen, die vorzugsweise mit den folienartigen Taschenwänden aus einem einheitlichen Material besteht. In der Stapelanordnung sind die jeweils stirnseitig angebrachten Kontaktelektroden aller Batteriezellen einheitlich an einer gemeinsamen Stapelseite angeordnet.With the requirement that the receiving structure consists of layers of individual stacked together receiving pockets, which at least partially enclose the individual battery cells, should be expressed that the battery cells each within the receiving structure in the Receiving pockets in layers, that are arranged in layers one above the other to form a stack, wherein each of the lower and upper stack side facing surface of the battery cells with the pocket walls in direct contact. Using the example of a plate or parallelepiped battery cell, it is assumed that per layer, ie per receiving pocket, a battery cell is contained whose lower and upper battery cell surface in the stack arrangement is covered by a foil-like pocket wall. Further, assume that the battery contact electrodes are mounted along a front side battery cell side edge. Preferably, the remaining three battery side edges are hermetically enclosed by the receiving structure, which is preferably made with the film-like pocket walls of a uniform material. In the stack arrangement, the respective contact electrodes of all battery cells mounted on the front side are arranged uniformly on a common stack side.

Um für einen möglichst effizienten Wärmekontakt und einen damit verbundenen wirksamen Wärmeaustausch zwischen den lageweise übereinander angeordneten Batteriezellen und dem Temperiermedium zu sorgen, ist jeweils zwischen zwei im Stapel benachbarten Aufnahmetaschen ein Durchgangskanal vorgesehen, der von dem Temperiermedium durchströmbar ist. Hierzu sind jeweils die im Stapel untere Taschenwand einer oberen Lage bzw. Aufnahmetasche von der oberen Taschenwand einer unmittelbar benachbarten unteren Lage bzw. Aufnahmetasche vorzugsweise beabstandet zueinander angeordnet. Auf diese Weise gelangt das Temperiermedium in mittelbaren Flächenkontakt, getrennt durch die folienartigen Taschenwände, zu den jeweils oberen und unteren Batteriezellenoberflächen und vermag diese in geeigneter Weise zu temperieren.In order to ensure the most efficient thermal contact and an associated effective heat exchange between the layered superimposed battery cells and the temperature control, a passageway is provided in each case between two receiving pockets in the stack, which can be flowed through by the temperature control medium. For this purpose, in each case the stack bottom pocket wall of an upper layer or receiving pocket from the upper pocket wall of an immediately adjacent lower layer or receiving pocket are preferably spaced from each other. In this way, the temperature control reaches indirect surface contact, separated by the film-like pocket walls, to the respective upper and lower battery cell surfaces and able to temper them in a suitable manner.

In besonders vorteilhafter Weise münden die zwischen den einzelnen Lagen vorgesehenen Durchgangskanäle zweiseitig offen an zwei sich gegenüberliegenden Stapelseiten, die nicht jener Stapelseite entsprechen, an der die stirnseitig angebrachten Kontaktelektroden aller Batteriezellen einheitlich angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine sichere räumliche Abtrennung zwischen den Bereichen der Zu- und Abführung des Temperiermediums und des unmittelbaren Zugangs an die einzelnen Batteriezellen geschaffen werden. Wie aus der weiteren Beschreibung unter Bezugnahme auf ein konkretes Ausführungsbeispiel zu entnehmen ist, erfolgt zumindest die Zuführung des Temperiermediums mit Hilfe einer an die Stapelanordnung fluiddicht adaptierbaren Verteilereinheit, deren Gehäuse ein Volumen umschließt, in das wenigstens eine Zuleitung für das Temperiermittel mündet und das über zu den Eintrittsöffnungen der einzelnen Durchgangskanäle korrespondierende Öffnungen verfügt.In a particularly advantageous manner, the passageways provided between the individual layers open on two sides open on two opposite stack sides, which do not correspond to those stack side on which the frontally mounted contact electrodes of all battery cells are arranged uniformly. In this way, a secure spatial separation between the areas of supply and discharge of the tempering medium and the direct access to the individual battery cells can be created. As can be seen from the further description with reference to a specific embodiment, at least the supply of the tempering takes place by means of a stackable fluid-tight adaptable distributor unit whose housing encloses a volume into which opens at least one supply line for the temperature control and over the openings of the individual passageways corresponding openings has.

Zur Illustration der lösungsgemäßen temperierbaren Batteriezellenanordnung ist vorstehend von plattenförmig bzw. quaderförmig ausgebildeten Batteriezellen ausgegangen worden, gleichwohl eignet sich die temperierbare Batteriezellenanordnung auch für anders gestaltete Batteriezellengeometrien, bspw. für zylinderförmige oder stabförmige Batteriezellen. Bei derartigen Batteriezellen bietet es sich an mehrere Batteriezellen pro Lage nebeneinander anzuordnen, jeweils mit gleichgerichteten Stirnseiten mit Kontaktelektroden. In dieser Anordnung werden die pro Lage zu einem Flächenarrangement zusammen angeordneten Batteriezellen an ihrer „oberen” und „unteren” Batteriezellenoberfläche jeweils mit den folienartig ausgebildeten Taschenwänden beidseitig vorzugsweise konturgetreu überdeckt, d. h. im Falle von Zylinderförmigen Batterien bilden sich somit jeweils wellige Taschenwandkonturen pro Aufnahmetasche aus. In gleicher Weise fügen sich die Aufnahmetaschen mit den jeweils welligen Taschenwänden unter Einschluss der beschriebenen Durchgangskanäle für das Temperiermedium zu einem Stapelverbund zusammen. In besonders vorteilhafter Weise trägt die wellige Ausbildung der Taschenwände, die jeweils einen zwischen zwei Aufnahmetaschen im Stapelverbund eingeschlossenen Durchgangskanal beidseitig begrenzen dazu bei, dass sich vermehrt Strömungswirbel beim Durchtritt des Temperiermediums durch die Durchgangskanäle ausbilden, die zu einem verbesserten Wärmeaustausch zwischen den Oberflächen der Trennschichten und dem Temperiermedium führen.To illustrate the temperature-controlled battery cell arrangement according to the invention, it has been assumed above of plate-shaped or parallelepiped battery cells, however, the temperature-controlled battery cell arrangement is also suitable for differently designed battery cell geometries, for example for cylindrical or rod-shaped battery cells. In such battery cells, it is advisable to arrange several battery cells per layer next to each other, each with rectified end faces with contact electrodes. In this arrangement, the per cell to a surface arrangement arranged together battery cells on their "upper" and "lower" battery cell surface each with the film-like pocket walls are preferably covered contoured on both sides, d. H. in the case of cylindrical batteries thus each wavy pocket wall contours are formed per receiving pocket. In the same way, the receiving pockets join with the respective wavy pocket walls, including the passage channels described for the temperature control to a stack composite. In a particularly advantageous manner, the wavy formation of the pocket walls, each bounding a trapped between two receiving pockets in the stacked passageway on both sides contributes to the fact that increasingly flow vortex form the passage of the tempering through the passageways, resulting in improved heat exchange between the surfaces of the separation layers and lead the temperature control medium.

In einer vorteilhaften weiteren Ausbildung vermögen zusätzlich jeweils an den dem Durchgangskanal zugewandten Oberflächen der Taschenwände angebrachte Strukturelemente, die den Strömungsquerschnitt des Durchgangskanals lokal reduzieren, für einen verbesserten Wärmeaustausch, insbesondere in Fällen, in denen die Taschenwände eben und glatt ausgebildet sind.In an advantageous further embodiment, structural elements attached to the passageway facing surfaces of the passage walls, which reduce the flow cross-section of the through-passage locally, are additionally capable of improved heat exchange, in particular in cases where the pocket walls are flat and smooth.

Auch kann es für eine verbesserte Wärmespeicherung vorteilhaft sein in die Durchgangskanäle zusätzlich Phasenwechselmaterialien, kurz PCM, vorzugsweise in Form dünner Schichten einzubringen.It may also be advantageous for improved heat storage in the passageways additional phase change materials, short PCM, preferably in the form of thin layers bring.

Für eine kostengünstige Herstellung einer lösungsgemäß ausgebildeten temperierbaren Batteriezellenanordnung eignet sich thermoplastisch verarbeitbarer Kunststoff, der mit den bekannten Spritzgusstechniken verarbeitbar ist. Bei bekannter Batteriezellengeometrien lässt sich die Trägerstruktur vollständig als Halbfertigprodukt herstellen, so dass es zur Endmontage lediglich erforderlich ist die einzelnen Batteriezellen in die vorgesehenen Ausnehmungen bzw. Taschen, wie sie auch nachstehend bezeichnet werden, einzufügen. Denkbar ist es auch die Batteriezellen im Rahmen eines Gießprozesses in die Trägerstruktur zu integrieren, bspw. unter Verwendung einer selbsthärtenden Vergußmasse, wie Epoxidharz o. ä..For a cost-effective production of a temperature-controlled battery cell arrangement designed in accordance with the invention, thermoplastically processable plastic which can be processed by the known injection molding techniques is suitable. In the case of known battery cell geometries, the support structure can be completely manufactured as a semi-finished product, so that it is only necessary for the final assembly to insert the individual battery cells into the recesses or pockets provided, as they are also referred to below. It is also conceivable the battery cells in the context of a casting process to integrate into the support structure, for example. Using a self-curing potting compound, such as epoxy resin o. Ä ..

Kurze Beschreibung der ErfindungBrief description of the invention

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben. Es zeigen:The invention will now be described by way of example without limitation of the general inventive idea by means of embodiments with reference to the drawings. Show it:

1a, b Ausführungsbeispiele für Aufnahmetaschen 1a , b embodiments for receiving pockets

2a–d Ausführungsbeispiele für Aufnahmestrukturen 2a -D embodiments for receiving structures

3 Ausführungsbeispiel für eine temperierbare Batteriezellenanordnung für platten- bzw. quaderförmig ausgebildete Batteriezellen in modularer Darstellung, 3 Exemplary embodiment of a temperature-controlled battery cell arrangement for plate-shaped or parallelepiped-shaped battery cells in a modular representation,

4 Ausführungsbeispiel gemäß 3 in zusammengefügter Bauform, 4 Embodiment according to 3 in assembled design,

5 wie 4 mit Deckelelement und 5 as 4 with lid element and

Wege zur Ausführung der Erfindung, gewerbliche VerwendbarkeitWays to carry out the invention, industrial usability

Zur Illustration einer Aufnahmetasche in Alleinstellung sei auf 1a und b verwiesen. Die Aufnahmetaschen 4, die in vielfacher stapelförmiger Aneinanderreihung als Grundelement zur Ausbildung einer lösungsgemäßen Aufnahmestruktur dient kann einzeln gefertigt und danach einzeln zur Aufnahmestruktur zusammengefügt werden. In diesem Fall können die einzelnen Aufnahmetaschen entweder aus einer einzigen Struktur, bspw. in Form einer Hülle bestehen, siehe 1a oder aus einzelnen Elementen bestehen, die nachträglich zusammengefügt werden, siehe 1b. Im Unterschied zur Aufnahmetasche 4 gemäß 1a, die eine Aufnahmetasche zum Einfügen einer plattenförmigen Batteriezelle (nicht dargestellt) vorsieht und demzufolge über zwei ebene Taschenwände 4', 4'' verfügt, ist die Aufnahmetasche gemäß 1b aus zwei über eine Fügebene F zusammengefügten und zur Aufnahme von zylinderförmig ausgebildeten Batteriezellen konturierten Taschenwänden 4', 4'' zusammengesetzt.To illustrate a recording bag in isolation, be on 1a and b. The receiving pockets 4 , which serves in multiple stack-like sequence as a basic element for forming a solution according to the receiving structure can be made individually and then assembled individually to the receiving structure. In this case, the individual receiving pockets can either consist of a single structure, for example in the form of a shell, see 1a or consist of individual elements that are subsequently joined, see 1b , In contrast to the receiving bag 4 according to 1a , which provides a receiving pocket for inserting a plate-shaped battery cell (not shown) and therefore over two flat pocket walls 4 ' . 4 '' has, the receiving bag is according to 1b from two joined together via a Fügebene F and contoured for receiving cylindrical shaped battery cells pocket walls 4 ' . 4 '' composed.

Die Aufnahmetaschen müssen nicht notwendig zunächst als einzelne Elemente gefertigt und dann zur Aufnahmestruktur zusammengefügt werden. Die Aufnahmestruktur kann alternativ dazu auch ”aus einem Stück” gefertigt werden, so dass alle Aufnahmetaschen und sämtliche von jeweils im Stapel benachbarte Durchgangskanäle erst im Fertigungsprozess, z. B. einem Gießprozess, gleichzeitig und miteinander verbunden entstehen.The receiving pockets need not necessarily be first manufactured as individual elements and then assembled to the receiving structure. Alternatively, the receiving structure can also be made "in one piece", so that all receiving pockets and all of the passage channels adjacent to each other in the stack are not removed until the production process, for example in the production process. As a casting process, simultaneously and interconnected arise.

In den 2a bis d sind unterschiedliche Ausführungsformen für die Ausbildung einer Aufnahmestruktur für eine Vielzahl von Batteriezellen dargestellt. 2a zeigt eine Aufnahmestruktur 1 mit drei Lagen bzw. drei stapelförmig aneinander gefügte Aufnahmetaschen 4 zur Aufnahme von plattenförmigen Batteriezellen. 2b zeigt eine Aufnahmestruktur 1 mit vier Lagen bzw. vier stapelförmig aneinander gefügte Aufnahmetaschen 4 zur Aufnahme von zylinderförmig ausgebildeten Batteriezellen. 2c zeigt eine einzige Aufnahmetasche, stellvertretend für eine Vielzahl von stapelförmig aneinander gefügter Aufnahmetaschen, mit zwei seitlich deckelförmig abschließenden Abschlusselementen 4'''. 2d illustriert einen Ausschnitt einer Ausführungsform, bei der die Taschenwände einzelner Aufnahmetaschen an zwei die Taschenwände beidseitig seitlich begrenzende Verteilereinheiten 6, 7 gasdicht angrenzen.In the 2a to d are shown different embodiments for the formation of a receiving structure for a plurality of battery cells. 2a shows a recording structure 1 with three layers or three stacked together receiving pockets 4 for receiving plate-shaped battery cells. 2 B shows a recording structure 1 with four layers or four stacked together receiving pockets 4 for receiving cylindrical battery cells. 2c shows a single receiving pocket, representative of a variety of stacked together mated receiving pockets, with two laterally capped final elements 4 ''' , 2d illustrates a section of an embodiment in which the pocket walls of individual receiving pockets on two sides of the bag walls laterally limiting distributor units 6 . 7 gas tight.

Die in 2d gezeigte Ausführungsform zeigt zwei Aufnahmetaschen 10, 20, die jeweils von den Taschenwänden 10'/10'' sowie 20'/20'' seitlich begrenzt werden. Die Seitenkanten s der Taschenwände 10'/10'' sowie 20'/20'' sind gasdicht an die den Aufnahmetaschen zugewandten Seitenwände der Verteilereinheiten 6, 7 angefügt. Die Taschenwände 10'/10'' sowie 20'/20'' schließen jeweils eine Aufnahmetasche ein, in die im perspektivisch dargestellten Ausführungsbeispiel gemäß 2d von vorne nach hinten jeweils eine plattenförmige Batteriezelle (nicht dargestellt) einschiebbar sind. Längs ihrer Vorder- und Hinterkanten v, h sind die Taschenwände 10'/20'' der benachbarten Aufnahmetaschen gasdicht miteinander verbunden. Die gilt in der Stapelanordnung auch für alle übrigen Aufnahmetaschen. So schließt oberhalb der Aufnahmetasche 20 eine weitere Aufnahmetasche (nicht dargestellt) an, von der lediglich die untere Taschenwand 30' dargestellt ist, deren Vorder- und Hinterkante v, h mit jenen der Taschenwand 20'' gasdicht gefügt (G) sind. Gleiches gilt auch für die untere Taschenwand 9''.In the 2d embodiment shown shows two receiving pockets 10 . 20 , each from the bag walls 10 ' / 10 '' such as 20 ' / 20 '' be limited laterally. The side edges s of the bag walls 10 ' / 10 '' such as 20 ' / 20 '' are gas-tight to the receiving pockets facing side walls of the distribution units 6 . 7 added. The bag walls 10 ' / 10 '' such as 20 ' / 20 '' each include a receiving pocket, in the embodiment shown in perspective in accordance with 2d from front to back in each case a plate-shaped battery cell (not shown) can be inserted. Along their leading and trailing edges v, h are the pocket walls 10 ' / 20 '' the adjacent receiving pockets gas-tightly interconnected. The same applies in the stack arrangement for all other receiving pockets. So closes above the receiving bag 20 another receiving pocket (not shown), of which only the lower pocket wall 30 ' is shown, whose leading and trailing edges v, h with those of the pocket wall 20 '' gas-tight joined (G) are. The same applies to the lower pocket wall 9 '' ,

Durch die gasdichte Fügung sämtlicher Taschenwände an die seitlichen Verteilereinheiten 6, 7 schließen die Taschenwände jeweils zweier im Stapel benachbarter Taschenwände 9''/10', 10''/20', 20''/30' etc. einen Zwischenraum ein, der dem vorstehend erläuterten Durchgangskanal 5 entspricht, der jeweils seitlich an Öffnungen 6'', 7'' innerhalb der ansonsten einen Hohlraum einschließenden Verteilereinheiten 6, 7 angrenzt. Die Verteilereinheit 6 weist eine Zuleitungsöffnung 6' und die Verteilereinheit 7 eine Ableitungsöffnung 7' auf. Es ist aus der figürlichen Darstellung gemäß 2d ersichtlich, dass ein Temperiermedium, bspw. Kühlluft oder eine Kühlflüssigkeit, durch die Zuleitung 6' in die Verteilereinheit 6 gelangen kann und anschließend über die mit den Zwischenräumen korrespondierenden Öffnungen 6'' in die Durchgangskanäle 5 zwischen zwei Aufnahmetaschen. Auf der linken Seite gelangt das Temperiermedium über die Öffnungen 7'' in die Verteilereinheit 7 und kann über die Ableitung 7' abgeführt werden.Due to the gas-tight joining of all pocket walls to the lateral distributor units 6 . 7 close the bag walls in each case two in the stack adjacent bag walls 9 '' / 10 ' . 10 '' / 20 ' . 20 '' / 30 ' etc., a gap, the above-mentioned passageway 5 corresponds to each side of openings 6 '' . 7 '' within the otherwise enclosing a cavity distributor units 6 . 7 borders. The distributor unit 6 has a supply opening 6 ' and the distribution unit 7 a discharge opening 7 ' on. It is from the figurative representation according to 2d it can be seen that a temperature control medium, for example cooling air or a cooling liquid, flows through the supply line 6 ' in the distribution unit 6 can and then on the with the Interspaces corresponding openings 6 '' in the passageways 5 between two receiving pockets. On the left side, the temperature control medium passes through the openings 7 '' in the distribution unit 7 and can about the derivative 7 ' be dissipated.

Um für einen möglichst effizienten Wärmekontakt und eine damit verbundene wirksame Wärmeableitung zwischen den lagenweise übereinander in den Aufnahmetaschen angeordneten Batteriezellen und dem Temperiermedium zu sorgen, ist jeweils zwischen zwei im Stapel benachbarten Lagen respektive Aufnahmetaschen ein Durchgangskanal 5 vorgesehen, der von dem Temperiermedium durchströmbar ist. Die Durchgangskanäle 5 für das Temperiermedium entstehen dadurch, dass die Ränder R der beiden gegenüberliegenden Seiten jeweils benachbarter Aufnahmetaschen dicht miteinander verbunden werden. Auf diese Weise entsteht die gesamte Aufnahmestruktur für eine beliebige Anzahl Batteriezellen aus den einzelnen Aufnahmetaschen.In order to ensure the most efficient possible thermal contact and an associated effective heat dissipation between the layered stacked in the receiving pockets battery cells and the temperature control, is between each two adjacent layers in the stack respectively receiving pockets a through-channel 5 provided, which can be flowed through by the temperature control medium. The passageways 5 for the tempering caused by the fact that the edges R of the two opposite sides of each adjacent receiving pockets are sealed together. In this way, the entire recording structure for any number of battery cells from the individual receiving pockets.

An eine der beiden im Stapel außen liegenden Aufnahmetaschen oder an beiden außen liegenden Aufnahmetaschen der Aufnahmestruktur kann ein Abschlusselement 4''', z. B. eine dünne Folie, in derselben Weise wie eine weitere Aufnahmetasche angebracht werden, das auf diese Weise für die in der äußersten Aufnahmetaschen befindlichen Batteriezellen beidseitig einen Durchgangskanal 5 für das Temperiermedium bildet, siehe 2c und somit eine beidseitige Temperierung dieser Batteriezellen ermöglicht. Die in 2c dargestellte einzige Aufnahmetasche 4 soll vorzugsweise stellvertretend für eine Vielzahl stapelförmiger Aufnahmetaschen stehen.At one of the two outer pockets in the stack receiving pockets or at both outer receiving pockets of the receiving structure, a final element 4 ''' , z. As a thin film to be mounted in the same manner as a further receiving pocket, which in this way for the located in the outermost receiving pockets battery cells on both sides a through-channel 5 for the temperature control medium, see 2c and thus allows a two-sided temperature of these battery cells. In the 2c illustrated single receiving bag 4 should preferably be representative of a variety of stacked receiving pockets.

Die Taschenwände der Aufnahmetaschen bilden zugleich die Trennschicht zum Temperiermedium im Durchgangskanal 5. Durch die möglichst dünnwandige Ausbildung der Taschenwände respektive Trennschicht ist eine gute Wärmeableitung zwischen den Batteriezellen und dem Temperiermedium, das gasförmig oder von flüssiger Natur sein kann, gegeben, die durch die Auswahl eines Taschenwand-Materials mit guter Wärmeleitfähigkeit unterstützt werden kann.The pocket walls of the receiving pockets also form the separating layer to the temperature control in the passage 5 , Due to the thinnest possible design of the pocket walls or separating layer is a good heat dissipation between the battery cells and the tempering, which may be gaseous or liquid nature, given that can be supported by the selection of a pocket wall material with good thermal conductivity.

Durch die möglichst dünnwandige Ausbildung der Taschenwände und deren geometrische Gestaltung wird eine hohe Flexibilität erreicht, die einerseits ein freies Atmen der Batteriezellen gestattet und zugleich dafür sorgt, dass die Aufnahmetaschen trotz Volumenänderung der Batteriezellen in stetem Flächenkontakt mit der Oberfläche der jeweiligen Batteriezelle bleibt. Dies kann durch die Auswahl eines elastischen Taschenwandmaterials unterstützt werden.Due to the thinnest possible design of the pocket walls and their geometric design high flexibility is achieved, on the one hand allows free breathing of the battery cells and at the same time ensures that the receiving pockets despite volume change of the battery cells in constant surface contact with the surface of the respective battery cell remains. This can be assisted by the choice of elastic pocket wall material.

Durch den Druck des den Durchgangskanal 5 durchströmenden Temperiermediums wird die Taschenwand jeweils an die Batterieoberfläche gedrückt, was ebenfalls den direkten Kontakt der Taschenwand mit der Batterieoberfläche befördert.By the pressure of the passageway 5 flowing through the temperature control medium, the pocket wall is pressed in each case to the battery surface, which also promotes the direct contact of the pocket wall with the battery surface.

In besonders vorteilhafter Weise münden die zwischen den einzelnen Lagen vorgesehenen Durchgangskanäle 5 zweiseitig offen an zwei sich gegenüberliegenden Stapelseiten, die beide nicht der Stapelseite entsprechen, an der die stirnseitig angebrachten Kontaktelektroden aller Batteriezellen einheitlich angeordnet sind. Auf diese Weise kann eine sichere räumliche Abtrennung zwischen den Bereichen der Zu- und Abführung des Temperiermediums und des unmittelbaren Zugangs an die einzelnen Batteriezellen geschaffen werden.In a particularly advantageous manner, the passageways provided between the individual layers open 5 two-sided open at two opposite stack sides, both of which do not correspond to the stack side at which the frontally mounted contact electrodes of all battery cells are arranged uniformly. In this way, a secure spatial separation between the areas of supply and discharge of the tempering medium and the direct access to the individual battery cells can be created.

3 zeigt ein Ausführungsbeispiel für eine temperierbare Batteriezellenanordnung für eine Vielzahl platten- bzw. quaderförmig ausgebildete Batteriezellen 1, die jeweils eine vordere bzw. obere 1' und eine hintere bzw. untere 1'' Batteriezellenoberfläche aufweisen und jeweils von vier Seitenkanten begrenzt sind, von denen die sogenannte Stirnseite 1''' die Batteriezellenkontaktelektroden 2 aufweist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Batteriezellen quadratisch ausgebildet und stapelförmig, jeweils flächig deckungsgleich hintereinander angeordnet. 3 shows an embodiment of a temperature-controlled battery cell assembly for a plurality of plate-shaped or parallelepiped-shaped battery cells 1 , each one front and top 1' and a rear or lower 1'' Have battery cell surface and are each bounded by four side edges, of which the so-called front side 1''' the battery cell contact electrodes 2 having. In the illustrated embodiment, the battery cells are square and stacked, each arranged flat congruent one behind the other.

In 3 senkrecht unterhalb der Batteriezellenanordnung ist die Aufnahmestruktur 3 dargestellt, die als eine zusammenhängende Struktur aus stapelförmig aneinandergereihter, schlitzartiger Aufnahmetaschen 4 ausgebildet ist, vergleichbar jener in den 2a–c. Jede einzelne Aufnahmetasche 4 weist eine Aufnahme für eine Batteriezelle 1 derart auf, dass die in eine Aufnahmetasche 4 gefügte Batteriezelle 1 vorzugsweise hermetisch mit Ausnahme der Stirnseite von der Aufnahmetasche 4 bzw. der Aufnahmestruktur umgeben ist. Jede einzelne Aufnahmetasche 4 ist von zwei folienartig ausgebildeten Trennwänden 4', 4'' beidseitig begrenzt. Typischerweise weisen die Trennwände 4', 4'' eine Schichtdicke von 50 bis 1000 μm auf. Grundsätzlich ist es auch denkbar, dass die Aufnahmetaschen die Batteriezellen nicht in der vorstehenden Weise hermetisch umgeben müssen, es ist lediglich dafür Sorge zu tragen, dass der Zu- und Abfluss sowie das Durchströmen des Temperiermediums durch die Durchgangskanäle vollständig fluidisch getrennt zu den Batteriezellen zu erfolgen hat.In 3 vertically below the battery cell assembly is the receiving structure 3 shown as a contiguous structure of stacked, slit-like receiving pockets 4 is formed, comparable to those in the 2a c. Every single storage bag 4 has a receptacle for a battery cell 1 so on that in a receiving pocket 4 attached battery cell 1 preferably hermetic except for the front of the receiving pocket 4 or the receiving structure is surrounded. Every single storage bag 4 is of two film-like partitions 4 ' . 4 '' limited on both sides. Typically, the partitions 4 ' . 4 '' a layer thickness of 50 to 1000 microns. In principle, it is also conceivable that the receiving pockets do not have to hermetically surround the battery cells in the above manner; it is only necessary to ensure that the inflow and outflow as well as the passage of the temperature control medium through the through-channels are completely fluidly separated from the battery cells Has.

Zwischen zwei Aufnahmetaschen 4 zur Aufnahme jeweils einer Batteriezelle 1 sieht die Aufnahmestruktur 3 jeweils einen Durchgangskanal 5 für das Temperiermedium vor. Die Durchgangskanäle 5 durchragen die Trägerstruktur 3 seitlich von rechts nach links gemäß der Bilddarstellung in 3. Auf diese Weise ist für eine räumliche Trennung der Zu- und Abführung des Temperiermediums von den Kontaktelektroden 1''' der Batteriezellen 1 gesorgt.Between two receiving pockets 4 for receiving a respective battery cell 1 sees the recording structure 3 one passageway each 5 for the tempering medium. The passageways 5 protrude through the support structure 3 laterally from right to left according to the image in 3 , In this way, for a spatial separation of the supply and discharge of the tempering of the contact electrodes 1''' the battery cells 1 taken care of.

In vorteilhafter Weise sorgen jeweils an den dem Durchgangskanal für das Temperiermedium zugewandten Oberflächen der Taschenwände angebrachte Strukturelemente (nicht dargestellt), die den Strömungsquerschnitt des Durchgangskanals lokal reduzieren, für einen verbesserten Wärmeaustausch, insbesondere in Fällen, in denen die Trennschichtoberflächen ansonsten eben und glatt ausgebildet sind. Der Strömungswiderstand wird dabei vorzugsweise möglichst niedrig gehalten. In an advantageous manner, structural elements (not shown), which reduce the flow cross-section of the through-channel locally on the surfaces of the pocket walls facing the through-channel for the tempering medium, ensure improved heat exchange, in particular in cases where the release-layer surfaces are otherwise flat and smooth , The flow resistance is preferably kept as low as possible.

Alternativ zu einer Strukturierung der Oberflächen der Taschenwände können in den Durchgangskanälen für das Temperiermedium durchströmbare Elemente (nicht dargestellt), z. B. in Form von Platten, eingebracht werden. Ein solches Element weist vorzugsweise eine Strukturierung derart auf, dass das Temperiermedium strömungstechnisch günstig durch das Element strömt in dem Sinne, dass ein möglichst großer Wärmeaustausch erfolgt. Der Strömungswiderstand wird dabei vorzugsweise möglichst niedrig gehalten. Die Geometrie der Elemente soll dabei derart sein, dass das Atmen der Zellen durch die eingeschobenen Elemente nicht oder nicht nennenswert behindert wird.As an alternative to structuring the surfaces of the pocket walls, elements (not shown) which can be flowed through in the passage channels for the temperature control medium (not shown), eg. B. in the form of plates, are introduced. Such an element preferably has a structuring in such a way that the temperature control medium flows through the fluidically favorable element in the sense that the greatest possible heat exchange takes place. The flow resistance is preferably kept as low as possible. The geometry of the elements should be such that the breathing of the cells by the inserted elements is not or not appreciably hampered.

Auch kann es für ein verbessertes Wärmemanagement vorteilhaft sein, in die Durchgangskanäle zusätzlich Phasenwechselmaterialien (nicht dargestellt), kurz PCM, als Latentwärmespeicher einzubringen. Diese PCM können beispielsweise in die zuvor beschriebenen durchströmbaren Elemente, die in den Durchgangskanal eingebracht werden, integriert sein.It may also be advantageous for improved thermal management to additionally introduce phase change materials (not shown), in short PCM, as latent heat storage into the through channels. These PCMs may, for example, be integrated into the flow-through elements described above, which are introduced into the through-channel.

Durch das mediendichte wechselweise Zusammenfügen der Folien zu „Aufnahmetaschen” kommen das Temperiermedium und die Batteriezellen nicht direkt miteinander in Kontakt, sondern das Temperiermedium strömt, durch die dünne Folie getrennt, flächig ohne direkten Kontakt an den Batteriezellen vorbei. Auf diese Weise ist eine gleichmäßige und effiziente Kühlung jeder Batteriezelle von beiden Seiten durch die Folien als Wärmeüberträger möglich. Die folienartigen Taschenwände werden von der Seite des Temperiermediums her durch den Staudruck des Temperiermediums an die Oberfläche der Zellen angepresst, sodass diese ständig unmittelbaren flächigen Kontakt zu den Zellen haben. Die dünnen Folien sind flexibel, sodass sie einer Ausdehnung der Zellen im Betrieb („Atmen”) nachgeben können, ohne dabei den direkten Kontakt zu den Zellen, der für eine gute Wärmeübertragung erforderlich ist, zu verlieren.Due to the media density alternately joining the films together to "receiving pockets" the temperature control and the battery cells do not come directly into contact with each other, but the tempering flows through the thin film separated, flat over without direct contact with the battery cells. In this way, a uniform and efficient cooling of each battery cell from both sides through the films as heat transferers is possible. The foil-like pocket walls are pressed from the side of the tempering medium forth by the back pressure of the tempering to the surface of the cells, so that they constantly have direct surface contact with the cells. The thin films are flexible so that they can yield to expansion of the cells during operation ("breathing") without losing the direct contact with the cells, which is required for a good heat transfer.

Die Anbindung des Temperiermediums an den Zellenstapel erfolgt zweckmäßig durch eine plattenförmige Struktur, nachfolgend Verteilereinheit 6 sowie Aufnahmeeinheit 7 für das Temperiermittel genannt, die auf beiden offenen Seiten der Durchgangskanäle 5 für die Temperiermedien mediendicht an den Stapel angebracht werden. Die Verteilereinheit 6 weist eine Zuleitung 6' sowie zur Anzahl und Form der Durchgangskanäle 5 korrespondierende Öffnungen auf, durch die das Temperiermedium in die Durchgangskanäle fluiddicht eingespeist werden kann. Auf der gegenüberliegenden Seite der Aufnahmestruktur 3 befindet sich die Aufnahmeeinheit 7, über die das Temperiermedium fluiddicht aus den Durchgangskanälen 5 abgeführt werden kann. Auf diese Weise entsteht eine für das Temperiermedium durchströmbare, nach außen dichte Struktur. Durch eine fluiddichte und feste Anbindung der Verteilereinheit 6 sowie Aufnahmeeinheit 7 an die Aufnahmestruktur 3 erhält der Stapel zugleich eine verbesserte Strukturfestigkeit.The connection of the temperature control medium to the cell stack is expediently carried out by a plate-shaped structure, hereinafter distribution unit 6 as well as recording unit 7 called for the temperature control, on both open sides of the through channels 5 for the tempering media, media-tightly attached to the stack. The distributor unit 6 has a supply line 6 ' as well as the number and shape of the passageways 5 corresponding openings through which the temperature control medium can be fed fluid-tight into the through channels. On the opposite side of the pickup structure 3 is the recording unit 7 , via which the temperature control fluid-tight from the passageways 5 can be dissipated. In this way, an outwardly dense structure which can be flowed through for the tempering medium is formed. By a fluid-tight and fixed connection of the distributor unit 6 as well as recording unit 7 to the recording structure 3 At the same time, the stack is given improved structural strength.

Die Zu- und Abführung des Temperiermediums in die Aufnahmestruktur 3 erfolgt vorteilhaft mit Hilfe von an die Stapelanordnung bzw. Aufnahmestruktur fluiddicht adaptierbaren Verteilereinheiten 6, 7, in die jeweils eine Zu- bzw. Ableitung 6', 7' für das Temperiermittel münden und die über zu den Eintrittsöffnungen der einzelnen Durchgangskanäle 5 in der Aufnahmestruktur 3 korrespondierende Öffnungen verfügen. Auf diese Weise gelangt das Temperiermedium in mittelbaren Flächenkontakt, getrennt durch die folienartigen Taschenwände, zu den jeweils oberen und unteren Batteriezellenoberflächen und vermag diese in geeigneter Weise sehr effizient zu temperieren.The supply and discharge of the tempering medium in the receiving structure 3 is advantageously carried out with the help of to the stack assembly or receiving structure fluid-tight adaptable distributor units 6 . 7 , in each case an inlet and outlet 6 ' . 7 ' for the temperature control lead and the over to the inlet openings of the individual passageways 5 in the recording structure 3 have corresponding openings. In this way, the tempering medium passes into indirect surface contact, separated by the film-like pocket walls, to the respective upper and lower battery cell surfaces and is able to temper them in a suitable manner very efficiently.

Die Aufnahmestruktur 3 mit oder ohne Verteilereinheiten 6, 7 kann anschließend noch in ein Gehäuse 8 eingebracht und mit einem Deckel 9 versehen werden, siehe 4 und 5.The recording structure 3 with or without distributor units 6 . 7 can then still in a housing 8th inserted and with a lid 9 be provided, see 4 and 5 ,

Durch das Zusammenfügen der Aufnahmetaschen in der zuvor beschriebenen Art zu einem die Aufnahmestruktur bildenden Stapel lassen sich das Atmen, die Schutzfunktion sowie die Medienführung für Kühlung und elektrische Kontaktierung in einer industriell produzierbaren Baugruppe zusammenführen. Bei bekannter Batteriezellengeometrie lässt sich die Aufnahmestruktur mit den Verteilereinheiten als Halbprodukt herstellen. Die einzelnen Batteriezellen können nach der Endmontage in die Zellentaschen eingebracht und bei Bedarf danach auch einzeln wieder entnommen oder ausgetauscht werden.By assembling the receiving pockets in the manner described above into a stack forming the receiving structure, the breathing, the protective function and the media guide for cooling and electrical contacting can be combined in an industrially producible assembly. With known battery cell geometry, the receiving structure with the distributor units can be produced as a semi-finished product. The individual battery cells can be introduced after the final assembly in the cell pockets and, if necessary, then individually removed or replaced.

Für eine gute Wärmeableitung und eine hohe Eigenelastizität der Trennschichten zwischen den Batteriezellen und den Durchgangskanälen ist eine möglichst dünnwandige Ausbildung der Taschenwände erforderlich. Andererseits erfordert ein hinreichendes Durchströmen des Temperiermediums durch die Durchgangskanäle je nach konkreter Ausführung einen teilweise erheblichen Eingangsdruck und eine hohe Druckdifferenz zwischen Eingang und Ausgang. Durch ein Gehäuse mit Deckel, das die Aufnahmestruktur vollständig umschließt und den Druck aufnimmt, kann die Aufnahmestruktur mechanisch so stabilisiert werden, dass sie auch mit dünnwandigen Taschenwänden höhere Eingangsdrücke und Druckdifferenzen durch das Temperiermedium ertragen kann.For a good heat dissipation and a high intrinsic elasticity of the separating layers between the battery cells and the passage channels a thin-walled as possible training of the pocket walls is required. On the other hand, a sufficient flow of the tempering medium through the passageways, depending on the specific design requires a partially considerable input pressure and a high pressure difference between input and output. By a housing with a lid that completely encloses the receiving structure and the Pressure picks up, the receiving structure can be mechanically stabilized so that they can endure with thin-walled bag walls higher inlet pressures and pressure differences through the temperature control.

Zum einfachen Einbringen der Aufnahmestruktur in ein Gehäuse und ihre Fixierung darin können in vorteilhafter Weise Führungselemente im Gehäuse und/oder der Aufnahmestruktur und/oder der Verteilerstruktur vorgesehen werden. So können die Führungselemente z. B. als Feder-Nut-System ausgeführt werden, z. B. in Form schwalbenschwanzartiger Führungsnuten auf dem Verteilerelementen und dazu passenden Federn an den entsprechenden Stellen im Gehäuse.For easy introduction of the receiving structure in a housing and its fixation therein guide elements in the housing and / or the receiving structure and / or the distribution structure can be provided in an advantageous manner. Thus, the guide elements z. B. be executed as a tongue and groove system, z. B. in the form dovetail-like guide grooves on the distributor elements and matching springs at the appropriate locations in the housing.

Für eine kostengünstige Herstellung einer lösungsgemäß ausgebildeten temperierbaren Batteriezellenanordnung bestehend aus der Aufnahmestruktur mit den Aufnahmetaschen, den Verteilereinheiten, dem Deckel sowie einem Gehäuse eignet sich Kunststoff, insbesondere thermoplastisch verarbeitbarer Kunststoff, der mit den bekannten Extrusions-, Spritzguss- und Tiefziehtechniken verarbeitbar ist. Denkbar ist es auch, die Batteriezellen im Rahmen eines Gießprozesses in die Zellentaschen zu bringen, bspw. unter Verwendung einer selbsthärtenden Vergussmasse, wie Epoxidharz o. ä..For a cost-effective production of a temperature-controlled battery cell arrangement according to the invention consisting of the receiving structure with the receiving pockets, the distributor units, the lid and a housing is plastic, in particular thermoplastically processable plastic, which is processable with the known extrusion, injection molding and thermoforming techniques. It is also conceivable to bring the battery cells in the context of a casting process in the cell pockets, for example. Using a self-curing potting compound, such as epoxy resin o. Ä ..

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Aufnahmestruktur oder zumindest Teile oder Bereiche der Aufnahmestruktur oder der weiteren Komponenten des Batteriemoduls auch aus metallischen Werkstoffen zu fertigen, bspw. die einzelnen Trennschichten aus Metallfolien oder beschichteten Metallfolien auszubilden, sofern die vorstehenden Anforderungen bzgl. der Flexibilität sowie der guten thermischen Leitfähigkeit erfüllt sind.Of course, it is also possible to manufacture the receiving structure or at least parts or areas of the receiving structure or the other components of the battery module also of metallic materials, for example. Form the individual separating layers of metal foils or coated metal foils, provided that the above requirements respect. The flexibility and the good thermal conductivity are met.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Batteriezellenbattery cells
1'1': Obere, vordere BatteriezellenoberflächeUpper, front battery cell surface
1''1'': Untere, hintere BatteriezellenoberflächeLower, rear battery cell surface
1'''1''': Stirnseitefront
22: Kontaktelektrodencontact electrodes
33: Aufnahmestrukturreceiving structure
44: Aufnahmetaschereceiving pocket
4', 4''4 ', 4' ': Taschenwändepocket walls
4'''4 '' ': Abschlusselementtermination element
55: DurchgangskanalThrough channel
6, 76, 7: Verteilereinheitdistribution unit
6', 7'6 ', 7': Zu-, AbleitungInlet and outlet
6''6 '': Öffnungenopenings
88th: Gehäusecasing
99: Deckelcover
9''9 '': Taschenwandpocket wall
1010: Aufnahmetaschereceiving pocket
2020: Aufnahmetaschereceiving pocket
10', 10''10 ', 10' ': Taschenwandpocket wall
20', 20''20 ', 20' ': Taschenwandpocket wall
v, hv, h: Vordere, Hintere TaschenwandkanteFront, rear pocket wall edge
ss: Seitliche TaschenwandkantenSide pocket wall edges
RR: Randedge
GG: Gasdichte FügungGas-tight joint
FF: Fügeebenejoining plane

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102005017057 A1 [0006]
DE 102006059989 A1 [0007]
DE 10130369 A1 [0008]
WO 2007/08766 [0009]

Claims

Temperable battery cell arrangement for any number of individual battery cells, with the battery cells each individually, at least partially enclosing receiving structure and a bring with the receiving structure in thermal contact tempering, characterized in that the receiving structure arranged in layers receiving pockets, each of which receiving pocket at least two flat , flexible bag walls provides, between which at least one battery cell can be introduced, and that two adjacent layer receiving pockets are so medium or directly joined together that between the respective adjacent receiving pockets in each case at least one of the temperature control medium through-flow passage is provided.

Battery cell arrangement according to claim 1, characterized in that the battery cells each have at least one end face on which at least one contact electrode is present, that the at least one end face of all disposed in the receiving pockets of the receiving structure battery cells are oriented facing a common plane, and in that the at least one through-channel is oriented parallel to the end faces of the battery cells.

Battery cell arrangement according to claim 2, characterized in that the receiving structure is of cuboidal shape and has a layered or layered structure of the following type: In a first position, a receiving pocket provides two square or rectangular, foil-like, congruently stacked pocket walls, which in the meantime cover at least one battery cell flush with the surface, - A first receiving pocket identically formed second receiving pocket closes congruent to form a stack of sheets, to the first receiving pocket, wherein between the first and second receiving pocket of the at least one passage is included, the stack of sheets from one side to the opposite side of the ply stack open protrudes, - A variety of other receiving pockets closes to the first and second receiving pocket to form a cuboid layer stack, which provides a front and back and two side surfaces, such that all provided with at least one contact electrode faces of all battery cells along the front of the cuboid layer stack arranged are, and that the passageways respectively assignable inlet and outlet openings open respectively at the side surfaces of the cuboid layer stack.

Battery cell arrangement according to claim 3, characterized in that the at least one battery cell per layer is hermetically enclosed at least on both sides to the side surfaces.

Battery cell arrangement according to claim 3 or 4, characterized in that at least on one side of a side surface of the cuboid layer stack a distributor unit for the temperature control adjacent fluid-tight, which encloses a volume into which opens at least one conduit for the temperature control and over to the on or Outlet openings of the passageways has corresponding openings.

Battery cell arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the battery cells are plate-shaped and have a Plattenober- and -unterseite and each having a front side with two contact electrodes, that per layer, the at least one battery cell both at the Plattenober- and bottom of each a film-like pocket wall is completely covered, and at the side surrounding the battery cell side except for the front side hermetically enclosed by the receiving structure, and that between each two layers each frontally facing edge region and this opposite edge region of the opposite in the stack, foil-like trained pocket walls are fluid-tightly interconnected and terminate the passageway between two layers laterally fluid-tight.

Battery cell arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the battery cells are elongate rod-shaped or cylindrical, each having a longitudinal axis and an end face with two contact electrodes, in that at least two battery cells with at least two mutually oriented longitudinal axes and the same orientation are arranged with respect to their end faces per layer, that the at least two battery cells can be subdivided into an upper and lower half plane by a parting plane which is spanned by the longitudinal axes of the at least two battery cells the surfaces of the battery cells which are associated in the upper half-plane and the surfaces of the battery cells which are associated in the lower half-plane are each at least partially covered as conformably as possible by a pocket-like pocket wall, and in that, between each two layers, an edge region facing each end face and an edge region opposite the stacked film-like pocket walls are connected fluid-tightly or directly to one another and terminate the passageway between two layers laterally fluid-tight.

Battery cell arrangement according to one of claims 3 to 7, characterized in that the respective one passage channel enclosing foil-like pocket walls are structured to sides of the through-channel.

Battery cell arrangement according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the at least one passage channel heat-storing material, so-called phase change material (PCM) is introduced.

Battery cell arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the receiving structure consists of a plastic or a plastic-metal hybrid composite material.

Battery cell arrangement according to one of claims 1 to 10, characterized in that a housing structure enclosing the housing is provided which comprises at least the receiving pockets and this indirectly or indirectly supported to the transverse migration of the pocket.