DE102022106987A1 - Battery with multi-sided cooling, drive system and motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie (1) für ein elektrisches Antriebssystem (2) für ein Kraftfahrzeug (3), aufweisend mehrere Batteriezellen (4) mit jeweils einem ersten Ableiter (5) und einem zweiten Ableiter (6), eine erste Stromschiene (7), eine zweite Stromschiene (8) und ein Batteriegehäuse (9), wobei die erste Stromschiene (7) und die zweite Stromschiene (8) teilweise von einer elektrisch isolierenden Schicht (10) bedeckt sind, und wobei die ersten Ableiter (5) mit der ersten Stromschiene (7) und die zweiten Ableiter (6) mit der zweiten Stromschiene (8) elektrisch gekoppelt sind. Die erste Stromschiene (7) ist an einer ersten Seite (11) der Batteriezellen (4) und die zweite Stromschiene (8) an einer von der ersten Seite (11) verschiedenen zweiten Seite (12) der Batteriezellen (4) angeordnet. Ferner betrifft die Erfindung ein Antriebssystem (2) und ein Kraftfahrzeug (3)The present invention relates to a battery (1) for an electric drive system (2) for a motor vehicle (3), comprising a plurality of battery cells (4), each with a first arrester (5) and a second arrester (6), a first busbar (7 ), a second busbar (8) and a battery housing (9), the first busbar (7) and the second busbar (8) being partially covered by an electrically insulating layer (10), and the first arresters (5). the first busbar (7) and the second arresters (6) are electrically coupled to the second busbar (8). The first busbar (7) is arranged on a first side (11) of the battery cells (4) and the second busbar (8) is arranged on a second side (12) of the battery cells (4) that is different from the first side (11). The invention further relates to a drive system (2) and a motor vehicle (3).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie für ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen elektrischen Antriebssystem.The present invention relates to a battery for an electric drive system for a motor vehicle. The invention further relates to an electric drive system for a motor vehicle and a motor vehicle with a generic electric drive system.
Es ist bekannt, dass Kraftfahrzeuge Batterien zur Speicherung elektrischer Energie zum Betreiben eines Elektromotors zum Antreiben des Kraftfahrzeugs aufweisen. Derartige Batterien werden mitunter auch als „Traktionsbatterien“ bezeichnet und weisen ein Batteriegehäuse auf, durch welches ein Batterieinnenraum gebildet ist, in welchem eine Vielzahl von Batteriezellen angeordnet ist.It is known that motor vehicles have batteries for storing electrical energy for operating an electric motor for driving the motor vehicle. Such batteries are sometimes also referred to as “traction batteries” and have a battery housing, which forms a battery interior in which a large number of battery cells are arranged.
Derartige Batterien werden insbesondere in vollelektrischen Kraftfahrzeugen, die auch als „Battery Electric Vehicle“ oder kurz „BEV” bezeichnet werden, oder in Hybridfahrzeugen, die auch als „Hybrid Electric Vehicle“ oder kurz „HEV” bezeichnet werden, verwendet. Hybridfahrzeuge, die wie vollelektrische Kraftfahrzeuge über eine Ladeschnittstelle zum Laden der Batterie über eine externe Ladevorrichtung verfügen, werden auch als „Plug-in-Hybrid Electric Vehicle“ oder kurz „PHEV“ bezeichnet.Such batteries are used in particular in fully electric motor vehicles, which are also referred to as “Battery Electric Vehicle” or “BEV” for short, or in hybrid vehicles, which are also referred to as “Hybrid Electric Vehicle” or “HEV” for short. Hybrid vehicles, which, like fully electric vehicles, have a charging interface for charging the battery via an external charging device, are also known as “plug-in hybrid electric vehicles” or “PHEV” for short.
Gattungsgemäße Batterien weisen mehrere Batteriezellen mit jeweils einem ersten Ableiter und einem zweiten Ableiter auf. Die ersten Ableiter sind beispielsweise mit einer ersten Stromschiene und die zweiten Ableiter über eine zweite Stromschiene miteinander elektrisch gekoppelt. Die Stromschienen sind mit jeweils einer Elektrode elektrisch gekoppelt und voneinander sowie zum Batteriegehäuse elektrisch isoliert.Generic batteries have several battery cells, each with a first arrester and a second arrester. The first arresters are, for example, electrically coupled to a first busbar and the second arresters are electrically coupled to one another via a second busbar. The busbars are each electrically coupled to an electrode and electrically insulated from each other and from the battery housing.
Aus dem Dokument
Bekannte Batterien haben den Nachteil, dass eine Wärmeabfuhr von den Ableitern der Batteriezellen nur unzureichend gewährleistet ist. Dies kann zu einem Wärmestau und somit zu einer beschleunigten Alterung sowie einer reduzierten Leistung der Batterie führen.Known batteries have the disadvantage that heat dissipation from the conductors of the battery cells is only inadequately guaranteed. This can lead to a build-up of heat and thus accelerated aging and reduced performance of the battery.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einer Batterie für ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Batterie zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise eine verbesserte Wärmeabfuhr von den Batteriezellen bereitstellt und das Risiko eines Wärmestaus gegenüber bekannten Batterien zumindest reduziert.It is therefore an object of the present invention to eliminate or at least partially eliminate the disadvantages described above in a battery for a drive system of a motor vehicle. In particular, it is the object of the present invention to create a battery that provides improved heat dissipation from the battery cells in a simple and cost-effective manner and at least reduces the risk of heat build-up compared to known batteries.
Die voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch eine Batterie für ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batterie beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.The above task is solved by the patent claims. Accordingly, the task is achieved by a battery for an electric drive system for a motor vehicle with the features of
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch eine Batterie für ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Die Batterie weist mehrere Batteriezellen mit jeweils einem ersten Ableiter und einem zweiten Ableiter, eine erste Stromschiene, eine zweite Stromschiene und ein Batteriegehäuse auf, wobei die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene teilweise von einer elektrisch isolierenden Schicht bedeckt sind. Die ersten Ableiter sind mit der ersten Stromschiene elektrisch gekoppelt. Die zweiten Ableiter sind mit der zweiten Stromschiene elektrisch gekoppelt. Erfindungsgemäß ist die erste Stromschiene an einer ersten Seite der Batteriezellen und die zweite Stromschiene an einer von der ersten Seite verschiedenen zweiten Seite der Batteriezellen angeordnet.According to a first aspect of the invention, the object is achieved by a battery for an electric drive system for a motor vehicle. The battery has a plurality of battery cells, each with a first conductor and a second conductor, a first busbar, a second busbar and a battery housing, the first busbar and the second busbar being partially covered by an electrically insulating layer. The first arresters are electrically coupled to the first busbar. The second arresters are electrically coupled to the second busbar. According to the invention, the first busbar is arranged on a first side of the battery cells and the second busbar is arranged on a second side of the battery cells that is different from the first side.
Die Batteriezellen weisen jeweils den ersten Ableiter und den zweiten Ableiter auf. Der erste Ableiter ist beispielsweise als Pluspol und der zweite Ableiter als Minuspol der jeweiligen Batteriezelle ausgebildet. Vorzugsweise sind der erste Ableiter und der zweite Ableiter an unterschiedlichen Seiten der jeweiligen Batteriezelle angeordnet und/oder von den Batteriezellen in unterschiedliche Richtungen ausgerichtet. Die Batteriezellen sind beispielsweise als Feststoffbatteriezellen, Pouchzellen oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise sind die Batteriezellen zu einem Batteriezellstapel, welcher auch als „Stack“ bezeichnet wird, zusammengefasst. In dem Stack sind die Batteriezellen vorzugsweise in Stapelrichtung gegeneinander verspannt, beispielsweise mittels einer gegen den Stack wirkenden Druckvorrichtung, insbesondere im Zusammenspiel mit dem Batteriegehäuse oder der ersten Stromschiene und/oder der zweiten Stromschiene.The battery cells each have the first arrester and the second arrester. The first arrester is designed, for example, as a positive pole and the second arrester as a negative pole of the respective battery cell. Preferably the first arrester and the second arrester are on different sides arranged in the respective battery cell and/or aligned in different directions by the battery cells. The battery cells are designed, for example, as solid battery cells, pouch cells or the like. The battery cells are preferably combined to form a battery cell stack, which is also referred to as a “stack”. In the stack, the battery cells are preferably braced against one another in the stacking direction, for example by means of a pressure device acting against the stack, in particular in interaction with the battery housing or the first busbar and/or the second busbar.
Die Batterie weist die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene auf, welche jeweils von der elektrisch isolierenden Schicht teilweise bedeckt ist. Vorzugsweise ist ein überwiegender Teil der ersten Stromschiene mit der isolierenden Schicht bedeckt. Weiter bevorzugt ist ein überwiegender Teil der zweiten Stromschiene mit der isolierenden Schicht bedeckt. Die isolierende Schicht ist vorzugsweise angespritzt, angegossen, angeklebt oder dergleichen.The battery has the first busbar and the second busbar, each of which is partially covered by the electrically insulating layer. Preferably, a predominant part of the first busbar is covered with the insulating layer. More preferably, a predominant part of the second busbar is covered with the insulating layer. The insulating layer is preferably molded, cast, glued or the like.
Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweite Stromschiene symmetrisch zur ersten Stromschiene ausgebildet ist. Die ersten Ableiter sind an nicht isolierten Stellen der ersten Stromschiene derart angeordnet, dass die ersten Ableiter mit der ersten Stromschiene elektrisch gekoppelt sind. Vorzugsweise sind die ersten Ableiter an die erste Stromschiene angeschweißt. Die zweiten Ableiter sind an nicht isolierten Stellen der zweiten Stromschiene derart angeordnet, dass die zweiten Ableiter mit der zweiten Stromschiene elektrisch gekoppelt sind. Vorzugsweise sind die zweiten Ableiter an die zweite Stromschiene angeschweißt.According to the invention, it can be provided that the second busbar is designed symmetrically to the first busbar. The first arresters are arranged at non-insulated locations on the first busbar in such a way that the first arresters are electrically coupled to the first busbar. The first arresters are preferably welded to the first busbar. The second arresters are arranged at non-insulated locations on the second busbar in such a way that the second arresters are electrically coupled to the second busbar. The second arresters are preferably welded to the second busbar.
Die erste Stromschiene ist an der ersten Seite der Batteriezellen und die zweite Stromschiene an der zweiten Seite der Batteriezellen angeordnet. Die zweite Seite ist von der ersten Seite verschieden. Vorzugsweise kontaktiert die erste Stromschiene, vorzugsweise ein elektrisch isolierter Bereich der ersten Stromschiene, eine Zellwandung der ersten Seite der Batteriezellen, vorzugsweise flächig. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Stromschiene die Zellwandungen einer oder mehrerer der ersten Seite benachbarten Seite der Batteriezellen kontaktiert. Vorzugsweise kontaktiert die zweite Stromschiene, vorzugsweise ein elektrisch isolierter Bereich der zweiten Stromschiene, eine Zellwandung der zweiten Seite der Batteriezellen, vorzugsweise flächig. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die zweite Stromschiene die Zellwandungen einer oder mehrerer der zweiten Seite benachbarten Seite der Batteriezellen kontaktiert. Demnach kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene zumindest eine Zellwandung derselben Seite Batteriezellen in voneinander verschiedenen Bereichen kontaktieren. Durch eine große Abdeckung der Batteriezellen durch die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene ist eine Wärmeableitung über die beiden Stromschienen verbessert. Alternativ oder zusätzlich kann zwischen der ersten Stromschiene und den Batteriezellen und/oder der zweiten Stromschiene und den Batteriezellen ein Wärmeleitmittel, insbesondere ein elektrisch isolierendes Wärmeleitmittel, angeordnet sein, um einen Wärmeübergang von den Batteriezellen auf die jeweilige Stromschiene zu verbessern.The first busbar is arranged on the first side of the battery cells and the second busbar is arranged on the second side of the battery cells. The second page is different from the first page. Preferably, the first busbar, preferably an electrically insulated area of the first busbar, contacts a cell wall of the first side of the battery cells, preferably flatly. According to the invention, it can be provided that the first busbar contacts the cell walls of one or more sides of the battery cells adjacent to the first side. Preferably, the second busbar, preferably an electrically insulated area of the second busbar, contacts a cell wall of the second side of the battery cells, preferably flatly. According to the invention, it can be provided that the second busbar contacts the cell walls of one or more sides of the battery cells adjacent to the second side. Accordingly, it can be provided according to the invention that the first busbar and the second busbar contact at least one cell wall of the same side of battery cells in areas different from one another. A large cover of the battery cells by the first busbar and the second busbar improves heat dissipation via the two busbars. Alternatively or additionally, a heat-conducting means, in particular an electrically insulating heat-conducting means, can be arranged between the first busbar and the battery cells and/or the second busbar and the battery cells in order to improve heat transfer from the battery cells to the respective busbar.
Die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene sind vorzugsweise in einen Rahmen integriert, in welchem die Batteriezellen eingesetzt sind. Der Rahmen ist vorzugsweise geschlossen ausgebildet und umgibt die Batteriezellen bzw. den Stack somit von mindestens vier Seiten. Der Rahmen ist vorzugsweise rechteckig mit zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass der Rahmen aus der elektrisch isolierenden Schicht gebildet ist oder die elektrisch isolierende Schicht bildet. Demnach kann es erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die erste Stromschiene und/oder die zweite Stromschiene in den Rahmen eingegossen, eingepresst, eingeklebt oder dergleichen sind.The first busbar and the second busbar are preferably integrated into a frame in which the battery cells are inserted. The frame is preferably designed to be closed and thus surrounds the battery cells or the stack on at least four sides. The frame is preferably rectangular with two long sides and two short sides. It is preferred that the frame is formed from the electrically insulating layer or forms the electrically insulating layer. Accordingly, it can be provided according to the invention that the first busbar and/or the second busbar are cast, pressed, glued or the like into the frame.
Vorzugsweise weist der Rahmen Führungsvorrichtungen zum verbesserten Einführen und/oder Halten der Batteriezellen im Rahmen auf. Der Rahmen weist vorzugsweise Verbindungsstege zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens auf, zur Verbesserung der Stabilität des Rahmens und/oder zum Separieren der Batteriezellen im Rahmen und/oder zur Verbesserung einer Wärmeabfuhr aus dem Stack. Die Verbindungsstege weisen vorzugsweise eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf und sind elektrisch isoliert. Vorzugsweise erstrecken sich die Verbindungsstege zwischen den längsten Seiten des Rahmens sowie parallel zu den kürzesten Seiten des Rahmens.The frame preferably has guide devices for improved insertion and/or holding of the battery cells in the frame. The frame preferably has connecting webs between two opposite sides of the frame to improve the stability of the frame and/or to separate the battery cells in the frame and/or to improve heat dissipation from the stack. The connecting webs preferably have a particularly high thermal conductivity and are electrically insulated. The connecting webs preferably extend between the longest sides of the frame and parallel to the shortest sides of the frame.
Die Batteriezellen, die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene sind in dem Batteriegehäuse angeordnet. Das Batteriegehäuse weist vorzugsweise eine oder mehrere Öffnungen zum Einbringen eines Gapfillers zum Verfüllen von Hohlräumen innerhalb des Batteriegehäuses, beispielsweise zwischen der ersten Stromschiene und dem Batteriegehäuse oder der zweiten Stromschiene und dem Batteriegehäuse, auf. Der Gapfiller weist ein Material auf, welches zum Einfüllen in die Öffnungen fließfähig ist und vorzugsweise anschließend erstarrt. Ferner ist es bevorzugt, dass der Gapfiller besonders gute Wärmeleitfähigkeiten aufweist, um einen Wärmeübergang von der Stromschiene auf das Batteriegehäuse zu verbessern.The battery cells, the first busbar and the second busbar are arranged in the battery housing. The battery housing preferably has one or more openings for introducing a gap filler for filling cavities within the battery housing, for example between the first busbar and the battery housing or the second busbar and the battery housing. The gap filler has a material which is flowable for filling into the openings and which preferably solidifies afterwards. Furthermore, it is preferred that the gap filler has particularly good thermal conductivity in order to improve heat transfer from the busbar to the battery housing.
Eine erfindungsgemäße Batterie hat gegenüber herkömmlichen Batterien den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen verbessert ist. Durch die Anordnung der Stromschienen an verschiedenen Seiten der Batteriezellen sind die Batteriezellen von mehreren Seiten über die Stromschienen kühlbar. Zudem ist über die erfindungsgemäße Anordnung der Stromschienen ein Schutz der Batteriezellen vor äußeren mechanischen Einflüssen verbessert.A battery according to the invention has the advantage over conventional batteries that heat dissipation from the battery cells via the busbars is improved using simple means and in a cost-effective manner. By arranging the busbars on different sides of the battery cells, the battery cells can be cooled from several sides via the busbars. In addition, the arrangement of the busbars according to the invention improves protection of the battery cells from external mechanical influences.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einer Batterie vorgesehen sein, dass die zweite Seite der ersten Seite entgegengesetzt ist. Demnach sind die Batteriezellen sandwichartig zwischen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene angeordnet, sodass die Wärme eines Stacks in zwei entgegengesetzte Richtungen abführbar ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen verbessert ist.According to a preferred further development of the invention, it can be provided in a battery that the second side is opposite to the first side. Accordingly, the battery cells are arranged sandwich-like between the first busbar and the second busbar, so that the heat of a stack can be dissipated in two opposite directions. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars is improved using simple means and in a cost-effective manner.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die erste Stromschiene die erste Seite der Batteriezellen vollständig oder überwiegend abdeckt, und/oder dass die zweite Stromschiene die zweite Seite der Batteriezellen vollständig oder überwiegend abdeckt. Die erste Stromschiene ist demnach vorzugsweise ausgebildet, die erste Seite der Batteriezellen vollständig oder zumindest überwiegend abzudecken, beispielsweise zu über 80% oder über 90%. Die zweite Stromschiene ist demnach vorzugsweise ausgebildet, die zweite Seite der Batteriezellen vollständig oder zumindest überwiegend abzudecken, beispielsweise zu über 80% oder über 90%. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen verbessert ist.According to the invention, it is preferred that the first busbar completely or predominantly covers the first side of the battery cells, and/or that the second busbar completely or predominantly covers the second side of the battery cells. The first busbar is therefore preferably designed to cover the first side of the battery cells completely or at least predominantly, for example to over 80% or over 90%. The second busbar is therefore preferably designed to cover the second side of the battery cells completely or at least predominantly, for example to over 80% or over 90%. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars is improved using simple means and in a cost-effective manner.
Weiter bevorzugt erstreckt sich die erste Stromschiene über eine der ersten Seite der Batteriezellen benachbarte dritte Seite. Demnach ist die erste Stromschiene vorzugsweise L-förmig ausgebildet. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die zweite Stromschiene über eine der zweiten Seite der Batteriezellen benachbarte vierte Seite. Demnach ist die zweite Stromschiene vorzugsweise L-förmig ausgebildet. Durch die Erstreckung der Stromschienen über mehrere Seiten der Batteriezellen ist die eine Kontaktfläche zur Wärmeableitung vergrößerbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen sowie ein Schutz der Batteriezellen vor mechanischen Einflüssen verbessert ist.More preferably, the first busbar extends over a third side adjacent to the first side of the battery cells. Accordingly, the first busbar is preferably L-shaped. Alternatively or additionally, the second busbar extends over a fourth side adjacent to the second side of the battery cells. Accordingly, the second busbar is preferably L-shaped. By extending the busbars over several sides of the battery cells, one contact surface for heat dissipation can be enlarged. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars and protection of the battery cells from mechanical influences are improved using simple means and in a cost-effective manner.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die dritte Seite der vierten Seite entgegengesetzt angeordnet. Hierbei ist es bevorzugt, dass die erste Stromschiene einen ersten Biegebereich aufweist, in welchem die erste Stromschiene umgebogen ist, beispielsweise um 90°. Alternativ kann die erste Stromschiene auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die schräg zueinander, beispielsweise unter Bildung eines Winkels von 90° angeordnet und miteinander verbunden sind, beispielsweise durch einen Schweißbereich. Ferner ist es bevorzugt, dass die zweite Stromschiene einen zweiten Biegebereich aufweist, in welchem die zweite Stromschiene umgebogen ist, beispielsweise um 90°. Alternativ kann die zweite Stromschiene auch aus mehreren Teilen zusammengesetzt sein, die schräg zueinander, beispielsweise unter Bildung eines Winkels von 90° angeordnet und miteinander verbunden sind, beispielsweise durch einen Schweißbereich. Die erste Stromschiene und die zweite Stromschiene bilden vorzugsweise einen gemeinsamen, vorzugsweise geschlossenen, Rahmen, welcher die Batteriezellen von vier Seiten umgibt, wobei die erste Stromschiene gegenüber der zweiten Stromschiene elektrisch isoliert ist, beispielsweise durch eine gemeinsame elektrisch isolierende, erstarrte Gussmasse. Der Rahmen ist vorzugsweise rechteckig mit zwei langen Seiten und zwei kurzen Seiten ausgebildet. Es ist bevorzugt, dass die erste Stromschiene und/oder die zweite Stromschiene in den Rahmen eingegossen, eingepresst, eingeklebt oder dergleichen sind. Der Rahmen weist vorzugsweise Verbindungsstege zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten des Rahmens auf, zur Verbesserung der Stabilität des Rahmens und/oder zum Separieren der Batteriezellen im Rahmen und/oder zur Verbesserung einer Wärmeabfuhr aus dem Stack. Die Verbindungsstege sind vorzugsweise aus einem Metall gebildet oder weisen zumindest ein Metall auf und weisen vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht auf. Vorzugsweise sind die Verbindungsstege in den Rahmen eingegossen, eingespritzt oder dergleichen. Vorzugsweise sind die Verbindungsstege jeweils entweder mit der ersten Stromschiene oder der zweiten Stromschiene mechanisch gekoppelt, beispielsweise angeschweißt, angeklebt oder dergleichen. Vorzugsweise weisen die Verbindungsstege eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Vorzugsweise erstrecken sich die Verbindungsstege zwischen den längsten Seiten des Rahmens sowie parallel zu den kürzesten Seiten des Rahmens. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Rahmen zusätzlich oder alternativ eine zentrale Trennwand aufweist, welche sich innerhalb des Rahmens über eine größte Grundfläche des Rahmens erstreckt. Die Trennwand ist vorzugsweise zur verbesserten Wärmeabfuhr an die Verbindungsstege angebunden. Vorzugsweise ist die Trennwand aus einem Metall gebildet oder weist zumindest ein Metall auf und weist vorzugsweise eine elektrisch isolierende Schicht auf. Vorzugsweise ist die Trennwand in den Rahmen eingegossen, eingespritzt oder dergleichen. Vorzugsweise ist die Trennwand entweder mit der ersten Stromschiene oder der zweiten Stromschiene mechanisch gekoppelt, beispielsweise angeschweißt, angeklebt oder dergleichen. Vorzugsweise weisen die Verbindungsstege eine besonders hohe Wärmeleitfähigkeit auf. Hierbei ist stets eine elektrische Trennung der ersten Stromschiene von der zweiten Stromschiene vorgesehen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen sowie ein Schutz der Batteriezellen vor mechanischen Einflüssen verbessert ist. Ferner lässt sich hierdurch die Montage der Batterie verbessern, beispielsweise durch eine Vormontierbarkeit der Batteriezellen mit dem Rahmen der ersten Stromschiene und der zweiten Stromschiene.In a particularly preferred embodiment of the invention, the third side is arranged opposite the fourth side. It is preferred here that the first busbar has a first bending region in which the first busbar is bent, for example by 90°. Alternatively, the first busbar can also be composed of several parts that are arranged obliquely to one another, for example to form an angle of 90°, and are connected to one another, for example by a welding area. Furthermore, it is preferred that the second busbar has a second bending region in which the second busbar is bent, for example by 90°. Alternatively, the second busbar can also be composed of several parts that are arranged obliquely to one another, for example to form an angle of 90°, and are connected to one another, for example by a welding area. The first busbar and the second busbar preferably form a common, preferably closed, frame which surrounds the battery cells on four sides, the first busbar being electrically insulated from the second busbar, for example by a common electrically insulating, solidified casting compound. The frame is preferably rectangular with two long sides and two short sides. It is preferred that the first busbar and/or the second busbar are cast, pressed, glued or the like into the frame. The frame preferably has connecting webs between two opposite sides of the frame to improve the stability of the frame and/or to separate the battery cells in the frame and/or to improve heat dissipation from the stack. The connecting webs are preferably made of a metal or have at least one metal and preferably have an electrically insulating layer. The connecting webs are preferably cast, injected or similar into the frame. Preferably, the connecting webs are each mechanically coupled to either the first busbar or the second busbar, for example welded, glued or the like. The connecting webs preferably have a particularly high thermal conductivity. The connecting webs preferably extend between the longest sides of the frame and parallel to the shortest sides of the frame. According to the invention, it can be provided that the frame additionally or alternatively has a central partition which extends within the frame over a largest base area of the frame. The partition is preferably connected to the connecting webs for improved heat dissipation. Preferably, the partition is formed from a metal or has at least one metal and preferably has have an electrically insulating layer. Preferably, the partition is cast, injected or the like into the frame. Preferably, the partition is mechanically coupled to either the first busbar or the second busbar, for example welded, glued or the like. The connecting webs preferably have a particularly high thermal conductivity. An electrical separation of the first busbar from the second busbar is always provided. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars and protection of the battery cells from mechanical influences are improved using simple means and in a cost-effective manner. Furthermore, the assembly of the battery can be improved in this way, for example by allowing the battery cells to be pre-assembled with the frame of the first busbar and the second busbar.
Vorzugsweise deckt die erste Stromschiene die dritte Seite überwiegend oder vollständig ab. Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die zweite Stromschiene die vierte Seite überwiegend oder vollständig abdeckt. Die erste Stromschiene ist demnach vorzugsweise ausgebildet, die dritte Seite der Batteriezellen vollständig oder zumindest überwiegend abzudecken, beispielsweise zu über 60% oder über 90%. Die zweite Stromschiene ist demnach vorzugsweise ausgebildet, die vierte Seite der Batteriezellen vollständig oder zumindest überwiegend abzudecken, beispielsweise zu über 60% oder über 90%. Es ist insbesondere bevorzugt, dass die erste Stromschiene die erste Seite und die dritte Seite überwiegend oder vollständig abdeckt. Zudem ist es bevorzugt, dass die zweite Stromschiene die zweite Seite und die vierte Seite überwiegend oder vollständig abdeckt. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen sowie ein Schutz der Batteriezellen vor mechanischen Einflüssen verbessert ist.Preferably, the first busbar predominantly or completely covers the third side. Alternatively or additionally, it is preferred that the second busbar predominantly or completely covers the fourth side. The first busbar is therefore preferably designed to cover the third side of the battery cells completely or at least predominantly, for example to over 60% or over 90%. The second busbar is therefore preferably designed to cover the fourth side of the battery cells completely or at least predominantly, for example to over 60% or over 90%. It is particularly preferred that the first busbar predominantly or completely covers the first side and the third side. In addition, it is preferred that the second busbar predominantly or completely covers the second side and the fourth side. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars and protection of the battery cells from mechanical influences are improved using simple means and in a cost-effective manner.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umgibt das Batteriegehäuse die Batteriezellen von vier Seiten, wobei eine erste Öffnung des Batteriegehäuses durch einen ersten Deckel und eine zweite Öffnung des Batteriegehäuses durch einen zweiten Deckel geschlossen ist. Das Batteriegehäuse ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, wobei der erste Deckel und der zweite Deckel nicht zum Batteriegehäuse zählen, sondern lediglich das Batteriegehäuse nach außen abschließen. Vorzugsweise ist die dritte Seite der Batteriezellen der ersten Öffnung und die vierte Seite der Batteriezellen der zweiten Öffnung zugewandt. Der erste Deckel ist vorzugsweise an der ersten Stromschiene gehalten. Der erste Deckel ist vorzugsweise integral mit der elektrisch isolierenden Schicht der ersten Stromschiene ausgebildet. Vorzugsweise weist der erste Deckel derartige Abmessungen auf, dass der erste Deckel die erste Öffnung vollständig verschließt. Vorzugsweise ist der erste Deckel derart ausgebildet, dass der erste Deckel die Gehäusewandung im montierten Zustand kontaktiert, sodass ein weiteres Einsetzen des Rahmens in das Batteriegehäuse durch den ersten Deckel formschlüssig begrenzt ist. Der zweite Deckel ist vorzugsweise an der zweiten Stromschiene gehalten. Der zweite Deckel ist vorzugsweise integral mit der elektrisch isolierenden Schicht der zweiten Stromschiene ausgebildet. Vorzugsweise weist der zweite Deckel derartige Abmessungen auf, dass der zweite Deckel die zweite Öffnung vollständig oder zumindest nahezu vollständig verschließt. Vorzugsweise ist der zweite Deckel derart ausgebildet, dass der zweite Deckel beim Montieren des Rahmens mit den Batteriezellen über die erste Gehäuseöffnung in das Batteriegehäuse einführbar ist. Vorzugsweise sind der erste Deckel und zweite Deckel mit dem Batteriegehäuse verschweißt, verklebt, verschraubt, vernietet oder dergleichen. Elektroden der Stromschienen sind vorzugsweise durch die Deckel nach außen geführt. Hierbei ist es bevorzugt, dass die mit der ersten Stromschiene elektrisch gekoppelte erste Elektrode durch den ersten Deckel und/oder die mit der zweiten Stromschiene elektrisch gekoppelte zweite Elektrode durch den zweiten Deckel nach außen geführt ist. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen sowie ein Schutz der Batteriezellen vor mechanischen Einflüssen verbessert ist. Ferner lässt sich hierdurch die Montage der Batterie verbessern, beispielsweise durch leichtes lineares Einschieben des Rahmens mit den Batteriezellen in das Batteriegehäuse.According to a preferred embodiment of the invention, the battery housing surrounds the battery cells on four sides, with a first opening of the battery housing being closed by a first cover and a second opening of the battery housing being closed by a second cover. The battery housing is preferably designed in one piece, with the first cover and the second cover not being part of the battery housing, but merely closing off the battery housing from the outside. Preferably, the third side of the battery cells faces the first opening and the fourth side of the battery cells faces the second opening. The first cover is preferably held on the first busbar. The first cover is preferably formed integrally with the electrically insulating layer of the first busbar. Preferably, the first cover has such dimensions that the first cover completely closes the first opening. Preferably, the first cover is designed such that the first cover contacts the housing wall in the assembled state, so that further insertion of the frame into the battery housing is positively limited by the first cover. The second cover is preferably held on the second busbar. The second cover is preferably formed integrally with the electrically insulating layer of the second busbar. The second lid preferably has dimensions such that the second lid completely or at least almost completely closes the second opening. The second cover is preferably designed in such a way that the second cover can be inserted into the battery housing via the first housing opening when assembling the frame with the battery cells. Preferably, the first cover and second cover are welded, glued, screwed, riveted or the like to the battery housing. Electrodes of the busbars are preferably led out through the covers. It is preferred here that the first electrode, which is electrically coupled to the first busbar, is guided outwards through the first cover and/or the second electrode, which is electrically coupled to the second busbar, is guided outwards through the second cover. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars and protection of the battery cells from mechanical influences are improved using simple means and in a cost-effective manner. Furthermore, the assembly of the battery can be improved in this way, for example by slightly linearly inserting the frame with the battery cells into the battery housing.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform der Erfindung umgibt das Batteriegehäuse die Batteriezellen von fünf Seiten, wobei eine erste Öffnung des Batteriegehäuses durch einen ersten Deckel geschlossen ist. Das Batteriegehäuse ist vorzugsweise einteilig ausgebildet, wobei der erste Deckel nicht zum Batteriegehäuse zählt, sondern lediglich das Batteriegehäuse nach außen abschließt. Vorzugsweise ist die dritte Seite der Batteriezellen der ersten Öffnung zugewandt. Der erste Deckel ist vorzugsweise an der ersten Stromschiene gehalten. Der erste Deckel ist vorzugsweise integral mit der elektrisch isolierenden Schicht der ersten Stromschiene ausgebildet. Vorzugsweise weist der erste Deckel derartige Abmessungen auf, dass der erste Deckel die erste Öffnung vollständig verschließt. Vorzugsweise ist der erste Deckel derart ausgebildet, dass der erste Deckel die Gehäusewandung im montierten Zustand kontaktiert, sodass ein weiteres Einsetzen des Rahmens in das Batteriegehäuse durch den ersten Deckel formschlüssig begrenzt ist. Vorzugsweise ist der erste Deckel mit dem Batteriegehäuse verschweißt, verklebt, verschraubt, vernietet oder dergleichen. Die erste Elektrode der ersten Stromschiene ist vorzugsweise durch den ersten Deckel nach außen geführt. Die zweite Elektrode der zweiten Stromschiene erstreckt sich vorzugsweise durch eine Durchführung des Batteriegehäuses nach außen und ist vorzugsweise gegenüber dem Batteriegehäuse elektrisch isoliert, beispielsweise durch eine isolierende Vergussmasse oder dergleichen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen sowie ein Schutz der Batteriezellen vor mechanischen Einflüssen verbessert ist. Ferner lässt sich hierdurch die Montage der Batterie verbessern, beispielsweise durch leichtes lineares Einschieben des Rahmens mit den Batteriezellen in das Batteriegehäuse.According to an alternative embodiment of the invention, the battery housing surrounds the battery cells on five sides, with a first opening of the battery housing being closed by a first cover. The battery housing is preferably designed in one piece, with the first cover not being part of the battery housing, but merely closing off the battery housing from the outside. Preferably, the third side of the battery cells faces the first opening. The first cover is preferably held on the first busbar. The first cover is preferably formed integrally with the electrically insulating layer of the first busbar. Preferably, the first cover has such dimensions that the first cover completely closes the first opening. Preferably, the first cover is designed such that the first cover contacts the housing wall in the assembled state, so that further insertion of the frame into the battery housing is positively limited by the first cover. Preferential The first cover is welded, glued, screwed, riveted or the like to the battery housing. The first electrode of the first busbar is preferably led out through the first cover. The second electrode of the second busbar preferably extends outwards through a passage in the battery housing and is preferably electrically insulated from the battery housing, for example by an insulating potting compound or the like. This has the advantage that heat dissipation from the battery cells via the busbars and protection of the battery cells from mechanical influences are improved using simple means and in a cost-effective manner. Furthermore, the assembly of the battery can be improved in this way, for example by slightly linearly inserting the frame with the battery cells into the battery housing.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein elektrisches Antriebssystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das elektrische Antriebssystem weist einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das elektrische Antriebssystem eine erfindungsgemäße Batterie auf. Bei dem erfindungsgemäßen Antriebssystem ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Batterie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Antriebssystem gegenüber herkömmlichen Antriebssystemen den Vorteil, dass eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen verbessert ist. Durch die Anordnung der Stromschienen an verschiedenen Seiten der Batteriezellen sind die Batteriezellen von mehreren Seiten über die Stromschienen kühlbar. Zudem ist über die erfindungsgemäße Anordnung der Stromschienen ein Schutz der Batteriezellen vor äußeren mechanischen Einflüssen verbessert.According to a second aspect of the invention, the object is achieved by an electric drive system for a motor vehicle. The electric drive system has an electric motor for driving the motor vehicle. According to the invention, the electric drive system has a battery according to the invention. The drive system according to the invention has all the advantages that have already been described for a battery according to the first aspect of the invention. Accordingly, the drive system according to the invention has the advantage over conventional drive systems that heat dissipation from the battery cells via the busbars is improved. By arranging the busbars on different sides of the battery cells, the battery cells can be cooled from several sides via the busbars. In addition, the arrangement of the busbars according to the invention improves protection of the battery cells from external mechanical influences.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Antriebssystem gelöst. Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einer Batterie gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Antriebssystem gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass eine Wärmeableitung aus den Batteriezellen über die Stromschienen verbessert ist. Durch die Anordnung der Stromschienen an verschiedenen Seiten der Batteriezellen sind die Batteriezellen von mehreren Seiten über die Stromschienen kühlbar. Zudem ist über die erfindungsgemäße Anordnung der Stromschienen ein Schutz der Batteriezellen vor äußeren mechanischen Einflüssen verbessert.According to a third aspect of the invention, the object is achieved by a motor vehicle with an electric drive system according to the invention. The motor vehicle according to the invention has all the advantages that have already been described for a battery according to the first aspect of the invention and for a drive system according to the second aspect of the invention. Accordingly, the motor vehicle according to the invention has the advantage over conventional motor vehicles that heat dissipation from the battery cells via the busbars is improved. By arranging the busbars on different sides of the battery cells, the battery cells can be cooled from several sides via the busbars. In addition, the arrangement of the busbars according to the invention improves protection of the battery cells from external mechanical influences.
Eine erfindungsgemäße Batterie, ein erfindungsgemäßes Antriebssystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
-
1 in einer perspektivischen Ansicht einen ersten Herstellungszustand einer Batterie gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
2 in einer perspektivischen Ansicht einen zweiten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
3 in einer perspektivischen Ansicht einen dritten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
4 in einer perspektivischen Ansicht einen optionalen vierten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
5 in einer perspektivischen Ansicht einen optionalen fünften Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
6 in einer perspektivischen Ansicht einen sechsten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
7 in einer perspektivischen explodierten Ansicht eine zweite Elektrode gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
8 in einer perspektivischen Ansicht einen siebten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
9 in einer perspektivischen Ansicht einen optionalen achten Herstellungszustand der Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, -
10 in einer perspektivischen Ansicht die Batterie gemäß der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, und -
11 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.
-
1 in a perspective view a first manufacturing state of a battery according to a preferred embodiment of the invention, -
2 in a perspective view a second manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
3 in a perspective view a third manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
4 in a perspective view an optional fourth manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
5 in a perspective view an optional fifth manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
6 in a perspective view a sixth manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
7 in a perspective exploded view a second electrode according to the preferred embodiment of the invention, -
8th in a perspective view a seventh manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
9 in a perspective view an optional eighth manufacturing state of the battery according to the preferred embodiment of the invention, -
10 in a perspective view the battery according to the preferred embodiment of the invention, and -
11 in a side view a preferred embodiment of a motor vehicle according to the invention.
Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den
In
In
In
In
In
In
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 11
- Batteriebattery
- 22
- AntriebssystemDrive system
- 33
- Kraftfahrzeugmotor vehicle
- 44
- BatteriezelleBattery cell
- 55
- erster Ableiterfirst arrester
- 66
- zweiter Ableitersecond arrester
- 77
- erste Stromschienefirst busbar
- 88th
- zweite Stromschienesecond busbar
- 99
- BatteriegehäuseBattery case
- 1010
- elektrisch isolierende Schichtelectrically insulating layer
- 1111
- erste Seitefirst page
- 1212
- zweite Seitesecond page
- 1313
- dritte Seitethird party
- 1414
- vierte Seitefourth page
- 1515
- erste Öffnungfirst opening
- 1616
- erster Deckelfirst lid
- 1717
- zweite Öffnungsecond opening
- 1818
- zweiter Deckelsecond lid
- 1919
- ElektromotorElectric motor
- 2020
- erster Biegebereichfirst bending area
- 2121
- zweiter Biegebereichsecond bending area
- 2222
- erste Elektrodefirst electrode
- 2323
- zweite Elektrodesecond electrode
- 2424
- Verbindungsstegconnecting bridge
- 2525
- Trennwandpartition wall
- 2626
- GapfillerGapfiller
- 2727
- EinfüllöffnungFilling opening
- 2828
- Getriebetransmission
- 2929
- RahmenFrame
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- US 2014/0023906 A1 [0005]US 2014/0023906 A1 [0005]
- US 2020/0350548 A1 [0005]US 2020/0350548 A1 [0005]
- US 2020/0185682 A1 [0005]US 2020/0185682 A1 [0005]
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-
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- 2022-03-24 DE DE102022106987.7A patent/DE102022106987B4/en active Active
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| KR 10 2018 0 064 221 A (Maschinenübersetzung, DPMA, Übersetzung erstellt am 29.08.2022) |
| WO 002021112655 A1 (Maschinenübersetzung, DPMA, Übersetzung erstellt am 20.11.2022) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE102022106987B4 (en) | 2025-01-23 |
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