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WO2010063366A1 - Batterie, umfassend einen zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten einzelzellen - Google Patents

Batterie, umfassend einen zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten einzelzellen Download PDF

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WO2010063366A1
WO2010063366A1 PCT/EP2009/008110 EP2009008110W WO2010063366A1 WO 2010063366 A1 WO2010063366 A1 WO 2010063366A1 EP 2009008110 W EP2009008110 W EP 2009008110W WO 2010063366 A1 WO2010063366 A1 WO 2010063366A1
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WO
WIPO (PCT)
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cooling plate
battery
cell
housing frame
recess
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2009/008110
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jens Meintschel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler AG filed Critical Daimler AG
Publication of WO2010063366A1 publication Critical patent/WO2010063366A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Battery comprising a cell assembly of a plurality of parallel and / or serially interconnected single cells
  • the invention relates to a battery comprising a cell assembly of a plurality of parallel and / or serially interconnected single cells, which are designed as flat cells.
  • the individual cells each comprise at least two opposite and mutually corresponding housing side walls, between which a cell interior and a housing frame surrounding the cell interior are arranged.
  • the battery comprises a cooling plate, which is conductively connected to the cell network heat.
  • High-voltage batteries such as can be used, for example, as vehicle batteries in vehicles with hybrid drive and / or vehicles with a fuel cell drive, are usually made of a cell combination of a plurality of parallel and / or series-connected individual cells. These single cells are especially flat cells.
  • the heat generated during charging and / or discharging of the battery cells is dissipated via an arranged on the cell assembly cooling plate, for example, in an air conditioning circuit of the vehicle.
  • a battery which consists of a composite of individual cells, in particular flat cells.
  • individual cells and spacers are arranged alternately.
  • the individual cells are fixed by the spacer elements and connected to each other. Furthermore, the spacer elements serve to cool the individual cells.
  • the invention has for its object to provide an improved battery with an improved cell composite of single cells.
  • the object is achieved by the features specified in claim 1.
  • a battery according to the invention which comprises a cell group consisting of several individual cells connected in parallel and / or in series, the individual cells are designed as flat cells. These flat cells are each formed from at least two opposite and mutually corresponding housing side walls, between which a cell interior and a cell frame surrounding the housing frame are arranged. Furthermore, the battery according to the invention comprises a cooling plate, which is conductively connected to the cell network heat. According to the invention, the housing frame of each individual cell and the cooling plate are provided with a corresponding web and recess, whereby each individual cell can be arranged in an inventive manner on the cooling plate arranged, in particular positionable.
  • each individual cell and the cooling plate with mutually corresponding web and recess assembly of the individual cells to the cell assembly is facilitated in a particularly advantageous manner.
  • the mutually corresponding webs and recesses are formed in the manner of a spring-groove connection, wherein the web engages in the recess, whereby slipping of the individual cells is prevented on the cooling plate during assembly.
  • the manufacturing process is simplified by at least one web and / or at least one recess directly on / in the housing frame or on / in the cooling plate on or are formed. There are preferably no further components necessary.
  • the size of the cell network, in particular a width of the cell network, remains constant.
  • At least one web is provided on the housing frame side and at least one recess corresponding to the respective web is provided on the cooling plate side, in particular a web and a recess are arranged centrally.
  • the web can be arranged on the cooling plate side and the recess on the housing frame side.
  • the individual cooling plate side runs Web or the individual cooling plate-side recess centrally along a central, in particular longitudinal axis of the cooling plate.
  • the effect of the improved heat transfer from housing frame to the cooling plate is further improved if a plurality of webs are arranged for example on the housing frame.
  • the housing frame is preferably provided on two opposite frame sides with frame extensions projecting beyond the housing frame, and the cooling plate is designed such that it can be arranged between the two frame-side frame extensions.
  • the cooling plate is designed with plate extensions projecting beyond the cooling plate on at least two opposite, in particular long plate sides, so that the respective individual cells, in particular their housing frames, can be arranged between the two protruding plate extensions.
  • another preferred embodiment of the invention provides that the cell assembly of individual cells of at least one tension band can be pressed with the cooling plate.
  • a particular advantage of this embodiment is that an additional battery housing for protection, for positioning the individual cells to one another and for fixing the individual cells advantageously can be omitted.
  • the cooling plate and the housing frame of the individual cells continue to each have at least one further recess, so that slipping of the tension band is preferably avoidable.
  • the cell assembly of individual cells can be pressed by means of two clamping bands with the cooling plate.
  • the cooling plate and the Housing frame of the individual cells each have two further, in particular on the surface side at least partially encircling recesses.
  • an electrically insulating shallleitfolie to improve the heat conduction. Since the cooling plate is preferably made of a good heat-conducting material, in particular of a metal, and at least partially in contact with the current-carrying housing side walls of the individual cells, the cooling plate is insulated from the individual cells of the cell assembly by the electrically insulating heat conducting foil.
  • the heat-conducting foil consists of two parts.
  • a further embodiment of the invention provides that for compressing the cell composite of individual cells with the cooling plate, a clamping plate can be used, which is arranged on the top of the cell assembly and can be pressed by at least one clamping band with the cell assembly of individual cells and the cooling plate.
  • a clamping plate offers the advantage, a force that is necessary for pressing the cell composite of individual cells with the cooling plate, to introduce flat.
  • the housing frame of the individual cells have in a development of the invention on the edge side guide webs, so that the clamping plate laterally guided between can be arranged.
  • the clamping plate completely covers an area of the entire cell network between the guide webs.
  • the clamping plate For the compression of the clamping plate with the cell assembly and the cooling plate turn at least one strap, in particular two straps, provided.
  • the clamping plate At its lateral guidance, has at least one, in particular two, recesses.
  • the cooling plate can be flowed through by a coolant and has, for example, a channel structure.
  • This channel structure is, for example, to an air conditioning or refrigeration cycle of an air conditioning system of a vehicle connected, as a coolant, for example, cooling air or refrigerant of the air conditioner flows through the channel structure of the cooling plate, so that via the coolant transferred to the cooling plate heat loss of the individual cells from the battery can be derived.
  • an electrical fuse element is electrically connected to at least two individual cells of the cell assembly.
  • This electrical fuse element serves to protect the battery from electrical overcurrent and / or electrical short circuit.
  • the electrical fuse element preferably has an electrical fuse and two electrical contacts, which are electrically connected to a respective flat cell.
  • Fig. 1 is a perspective view of a cell assembly of single cells with
  • Fig. 2 is an exploded view of the cell assembly of single cells with
  • Cooling plate and heat conducting foil Cooling plate and heat conducting foil
  • FIG. 3 is a perspective view of a single cell from below
  • FIG. 4 is a perspective view of a housing frame of a single cell from below
  • Fig. 6 shows an embodiment of the housing frame with recess and a corresponding embodiment of the cooling plate with web
  • Fig. 7 shows an embodiment of the housing frame with lateral webs
  • FIG. 1 shows a battery 1 according to the invention, comprising a cell network comprising a plurality of individual cells 2 which are connected in parallel and / or in series with one another and which are designed as flat cells.
  • Such a battery 1 can be used, for example, as a vehicle battery in a vehicle with hybrid drive and / or fuel cell drive, wherein the individual cells 2 are, for example, lithium-ion cells.
  • the individual cells 2 are each formed from at least two opposite and mutually corresponding housing side walls 8, between which a cell interior and a housing frame 9 surrounding the cell interior are arranged.
  • the cell interior includes in a manner not shown at least one of a number of stacked and separated by a separator electrode sheets formed electrode stack.
  • FIG. 3 shows such a single cell 2.
  • the battery 1 comprises a cooling plate 3, which is conductively connected to the cell network heat.
  • a cooling plate 3 which is conductively connected to the cell network heat.
  • at least one tightening strap 4, preferably two tightening straps 4 are provided, which press the cell assembly together with the cooling plate 3.
  • the housing frame-side web 10.1 and the cooling plate side recess 11.1 are each centrally located on the housing frame 9 of the single cell 2 and the cooling plate 3.
  • the cooling plate-side recess 11.1 runs centrally along a central, in particular longitudinal axis on the surface side of the cooling plate 3, which is directed to the individual cells 2.
  • the individual cells 2, as shown in Figure 3, are designed such that the housing side walls 8 are made of an electrically conductive material. This serves both as an electrical pole of the single cell 2 and for heat conduction, wherein the electrode films of one polarity with one of the housing side walls 8 and the electrode films of the other polarity with the other housing side wall 8 are electrically connected.
  • an electrically insulating circumferential housing frame 9 for example made of a plastic, arranged.
  • a larger contact surface of the housing side walls 8 is achieved with the cooling plate 3.
  • the housing frame 9 of the single cell 2 On one of the cooling plate 3 facing side of the housing frame 9 of the single cell 2 are thus the angled side wall elements or edge areas 8.1, 8.2 of the two housing side walls 8, each with different electrical polarity.
  • the housing frame 9 For electrical isolation from each other, the housing frame 9 at the appropriate location, d. H. between the two angled edge regions 8.1, 8.2, according to Figure 4, a molding 16 on.
  • this molding 16 can be designed in a particularly advantageous manner as a web 10.1.
  • This web 10.1 engages positively in the corresponding recess 11.1 of the cooling plate 3, as indicated in Figure 6.
  • a plurality of, in particular two housing frame-side webs 10. 1 can be arranged on the housing frame 9.
  • these are as on two opposite frame sides on the housing frame 9 of the single cell 2 protruding frame extensions 15, as shown in Figure 4, formed.
  • the cooling plate 3 is formed accordingly and for this purpose has corresponding dimensions, so that it can be arranged between the frame extensions 15.
  • the frame extensions 15 in this case represent a lateral guide for the cooling plate 3. Since the housing frames 9 usually consist of plastic, they can be in direct contact with the, preferably metallic, cooling plate 3.
  • the cooling plate 3 at least on two opposite, in particular the long side of the plates in each case a projecting beyond the cooling plate 3 plate extension.
  • the single cell 2, in particular their housing frame 9 can be arranged between these lateral plate extensions.
  • the housing frame 9 has two surface side arranged and largely circumferential recesses 12, which serve for the lateral guidance of the clamping bands 4. Through the recesses 12, the straps 4 are protected against slipping.
  • housing frame 9 with only one recess 12 for the lateral guidance of only one clamping band 4 is possible.
  • the cooling plate 3 has these recesses 12 for laterally guiding the tension bands 4. Again, an embodiment with only one further recess 12 is conceivable.
  • a heat conducting film 6 made of a good heat conducting and electrically insulating material, according to Figure 2 can be arranged between the cell assembly and the cooling plate 3 be.
  • a good heat-conducting molded body or a potting compound between the cell assembly and the cooling plate 3 may be arranged or the cooling plate 3 may be provided on the cell composite side facing with a heat-conducting, electrically insulating layer.
  • the heat-conducting film 6 is made in two parts. In the case of a heat-conductive coating of the cooling plate 3, this can also be located on the arranged on the cooling plate 3 web 10.2 or in the cooling plate side arranged recess 11.2.
  • the pressing of the cell composite with the cooling plate 3 can also be assisted by a clamping plate 13, which is arranged on the upper side of the cell assembly and of at least one tightening strap 4, in particular two tightening straps 4, with the cell assembly and the cooling plate 3 is compressible.
  • the clamping plate 13, however, has at least one recess 12 for the lateral guidance of at least one clamping band 4.
  • the preferably made of a metal cooling plate 3 has in its interior, for example, a non-illustrated channel structure for a channel structure flowing through the coolant.
  • the coolant may be, for example, air or carbon dioxide or a liquid coolant.
  • a coolant for example a water / glycol mixture, which is tempered by an air conditioning system of a vehicle, flows through the channel structure of the cooling plate 3.
  • An electrical fuse element 5 shown in FIG. 1 has a conventional fuse and is electrically connected to at least two individual cells 2 of the cell assembly. LIST OF REFERENCE NUMBERS

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), umfassend einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (2), die als Flachzellen ausgeführt sind. Die Einzelzellen (2) umfassen jeweils mindestens zwei gegenüberliegende und zueinander korrespondierende Gehäuseseitenwände (8), zwischen denen ein Zellinneres und ein das Zellinnere umgebender Gehäuserahmen (9) angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Batterie eine Kühlplatte (3), welche mit dem Zellverbund Wärme leitend verbunden ist. Dabei sind ein Gehäuserahmen (9) einer jeden Einzelzelle (2) und die Kühlplatte (3) mit zueinander korrespondierendem Steg (10) und Ausnehmung (11) versehen, wodurch eine jede Einzelzelle (2) an der Kühlplatte (3) definiert anordbar, insbesondere positionierbar, ist.

Description

Batterie, umfassend einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen
Die Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen, die als Flachzellen ausgeführt sind. Die Einzelzellen umfassen jeweils mindestens zwei gegenüberliegende und zueinander korrespondierende Gehäuseseitenwände, zwischen denen ein Zellinneres und ein das Zellinnere umgebender Gehäuserahmen angeordnet sind. Weiterhin umfasst die Batterie eine Kühlplatte, welche mit dem Zellverbund Wärme leitend verbunden ist.
Hochvoltbatterien, wie sie beispielsweise als Fahrzeugbatterien in Fahrzeugen mit Hybridantrieb und/oder Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb einsetzbar sind, sind üblicherweise aus einem Zellverbund mehrerer parallel und/oder seriell miteinander verschal- teter Einzelzellen. Diese Einzelzellen sind insbesondere Flachzellen. Die bei Ladung und/oder Entladung der Batteriezellen entstehende Wärme wird über eine an dem Zellverbund angeordnete Kühlplatte beispielsweise in einen Klimakreislauf des Fahrzeugs abgeführt.
Aus der JP 2007299544 A1 ist eine Batterie bekannt, welche aus einem Verbund von Einzelzellen, insbesondere Flachzellen, besteht. Dabei sind abwechselnd Einzelzellen und Abstandselemente angeordnet. Die Einzelzellen werden durch die Abstandselemente fixiert und miteinander verbunden. Weiterhin dienen die Abstandselemente einer Kühlung der Einzelzellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Batterie mit einem verbesserten Zellverbund von Einzelzellen anzugeben. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer erfindungsgemäßen Batterie, welche einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen umfasst, sind die Einzelzellen als Flachzellen ausgeführt. Diese Flachzellen sind jeweils aus mindestens zwei gegenüberliegenden und zueinander korrespondierenden Gehäuseseitenwänden gebildet, zwischen denen ein Zellinneres und ein das Zellinnere umgebender Gehäuserahmen angeordnet sind. Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Batterie eine Kühlplatte, welche mit dem Zellverbund Wärme leitend verbunden ist. Erfindungsgemäß sind der Gehäuserahmen einer jeden Einzelzelle und die Kühlplatte mit zueinander korrespondierendem Steg und Ausnehmung versehen, wodurch eine jede Einzelzelle in erfinderischer Weise an der Kühlplatte definiert anordbar, insbesondere positionierbar ist.
Durch eine Ausführung der Gehäuserahmen einer jeden Einzelzelle und der Kühlplatte mit zueinander korrespondierendem Steg und Ausnehmung ist eine Montage der Einzelzellen zum Zellverbund auf besonders vorteilhafte Weise erleichtert. Die zueinander korrespondierenden Stege und Ausnehmungen sind dabei in der Art einer Feder-Nut- Verbindung ausgebildet, wobei der Steg in die Ausnehmung eingreift, wodurch ein Verrutschen der Einzelzellen auf der Kühlplatte während der Montage verhindert wird.
Darüber hinaus ist der Herstellungsprozess vereinfacht, indem zumindest ein Steg und/oder zumindest eine Ausnehmung direkt an/in den Gehäuserahmen bzw. an/in die Kühlplatte an- bzw. ausgeformt werden. Es sind vorzugsweise keine weiteren Bauelemente notwendig. Die Größe des Zellverbundes, insbesondere eine Breite des Zellverbundes, bleibt konstant.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist gehäuserahmenseitig zumindest ein Steg und kühlplattenseitig je Einzelzelle zumindest eine zu dem jeweiligen Steg korrespondierende Ausnehmung vorgesehen, insbesondere sind ein Steg und eine Ausnehmung mittig angeordnet. Alternativ kann der Steg kühlplattenseitig und die Ausnehmung gehäuserahmenseitig angeordnet sein. Dabei verläuft der einzelne kühlplattenseitige Steg oder die einzelne kühlplattenseitige Ausnehmung mittig entlang einer Mittel-, insbesondere Längsachse der Kühlplatte.
Durch ein Ineinandergreifen von Steg und Ausnehmung ist vorzugsweise der Wärmeübergang vom jeweiligen Gehäuserahmen der Einzelzelle zur Kühlplatte verbessert, da eine Wärme abgebende Fläche, ob in Form eines Steges oder einer Ausnehmung, vergrößert ist.
Der Effekt des verbesserten Wärmeübergangs von Gehäuserahmen zur Kühlplatte wird nochmals verbessert, wenn mehrere Stege beispielsweise am Gehäuserahmen angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Gehäuserahmen an zwei gegenüberliegenden Rahmenseiten mit über den Gehäuserahmen hinausragenden Rahmenverlängerungen versehen und die Kühlplatte derart ausgeführt, dass diese zwischen den beiden randseitigen Rahmenverlängerungen anordbar ist.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die Kühlplatte mit über die Kühlplatte hinausragenden Plattenverlängerungen an zumindest zwei gegenüberliegenden, insbesondere langen Plattenseiten ausgeführt, so dass die jeweiligen Einzelzellen, insbesondere deren Gehäuserahmen, zwischen den beiden hinausragenden Plattenverlängerungen anordbar sind.
Um den Zellverbund von Einzelzellen gut Wärme leitend mit der Kühlplatte zu verbinden, sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass der Zellverbund von Einzelzellen von zumindest einem Spannband mit der Kühlplatte verpressbar ist. Ein besonderer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass ein zusätzliches Batteriegehäuse zum Schutz, zur Positionierung der Einzelzellen zueinander und zur Fixierung der Einzelzellen vorteilhafterweise entfallen kann.
Zur seitlichen Führung des Spannbands weisen die Kühlplatte und die Gehäuserahmen der Einzelzellen weiterhin jeweils zumindest eine weitere Ausnehmung auf, so dass ein Verrutschen des Spannbands vorzugsweise vermeidbar ist.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist der Zellverbund von Einzelzellen mittels zweier Spannbänder mit der Kühlplatte verpressbar. Dazu weisen die Kühlplatte und die Gehäuserahmen der Einzelzellen jeweils zwei weitere, insbesondere oberflächenseitig zumindest teilweise umlaufende Ausnehmungen auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung befindet sich zwischen dem Zellverbund aus Einzelzellen und der Kühlplatte eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie, um die Wärmeleitung zu verbessern. Da die Kühlplatte vorzugsweise aus einem gut Wärme leitenden Material, insbesondere aus einem Metall, und zumindest teilweise mit den stromführenden Gehäuseseitenwänden der Einzelzellen in Kontakt steht, ist die Kühlplatte gegenüber den Einzelzellen des Zellverbundes durch die elektrisch isolierende Wärmeleitfolie isoliert.
Bei einer Ausführung des Gehäuserahmens und der Kühlplatte mit einem Steg bzw. einer Ausnehmung, welche jeweils mittig am Gehäuserahmen und der Kühlplatte angeordnet sind, besteht die Wärmeleitfolie aus zwei Teilen.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass zur Verpressung des Zellverbunds von Einzelzellen mit der Kühlplatte eine Spannplatte einsetzbar ist, welche an der Oberseite des Zellverbunds angeordnet ist und von zumindest einem Spannband mit dem Zellverbund von Einzelzellen und der Kühlplatte verpressbar ist. Eine Spannplatte bietet den Vorteil, eine Kraft, die zur Verpressung des Zellverbundes von Einzelzellen mit der Kühlplatte notwendig ist, flächig einzubringen.
Die Gehäuserahmen der Einzelzellen weisen in einer Weiterbildung der Erfindung randseitig jeweils Führungsstege auf, so dass die Spannplatte seitlich geführt dazwischen anordbar ist. Dabei deckt die Spannplatte eine Fläche des gesamten Zellverbundes zwischen den Führungsstegen vollständig ab.
Für die Verpressung der Spannplatte mit dem Zellverbund und der Kühlplatte sind wiederum mindestens ein Spannband, insbesondere zwei Spannbänder, vorgesehen. Zu deren seitlicher Führung weist die Spannplatte zumindest eine, insbesondere zwei, Ausnehmungen auf.
Für eine optimale Wärmeabführung ist die Kühlplatte mit einem Kühlmittel durchströmbar und weist dazu beispielsweise eine Kanalstruktur auf. Diese Kanalstruktur ist beispielsweise an einen Klima- oder Kühlkreislauf einer Klimaanlage eines Fahrzeugs angeschlossen, wobei als Kühlmittel beispielsweise Kühlluft oder ein Kältemittel der Klimaanlage die Kanalstruktur der Kühlplatte durchströmt, so dass über das Kühlmittel die auf die Kühlplatte übertragene Verlustwärme der Einzelzellen aus der Batterie ableitbar ist.
Weiterhin ist ein elektrisches Sicherungselement mit zumindest zwei Einzelzellen des Zellverbunds elektrisch verbunden. Dieses elektrische Sicherungselement dient dem Schutz der Batterie vor elektrischem Überstrom und/oder elektrischem Kurzschluss. Dazu weist das elektrische Sicherungselement bevorzugt eine elektrische Schmelzsicherung sowie zwei elektrische Kontakte auf, die mit jeweils einer Flachzelle elektrisch verbunden sind.
Ausführungsbeispiele werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Zellverbunds von Einzelzellen mit
Kühlplatte von oben,
Fig. 2 eine Explosionsdarstellung des Zellverbunds von Einzelzellen mit
Kühlplatte und Wärmeleitfolie,
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Einzelzelle von unten,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Gehäuserahmens einer Einzelzelle von unten,
Fig. 5 eine Schnittdarstellung des Zellverbunds von Einzelzellen mit Kühlplatte,
Fig. 6 eine Ausführung des Gehäuserahmens mit Ausnehmung und eine korrespondierende Ausführung der Kühlplatte mit Steg, und
Fig. 7 eine Ausführung des Gehäuserahmens mit seitlichen Stegen und
Führungsstegen für eine Spannplatte und dazu korrespondierende Spannplatte und Kühlplatte. Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In Figur 1 ist eine erfindungsgemäße Batterie 1 , umfassend einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen 2, die als Flachzellen ausgeführt sind, dargestellt.
Eine derartige Batterie 1 ist beispielsweise als eine Fahrzeugbatterie in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb und/oder Brennstoffzellenantrieb einsetzbar, wobei die Einzelzellen 2 beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen sind.
Die Einzelzellen 2 sind aus jeweils mindestens zwei gegenüberliegenden und zueinander korrespondierenden Gehäuseseitenwänden 8 gebildet, zwischen denen ein Zellinneres und ein das Zellinnere umgebender Gehäuserahmen 9 angeordnet sind. Das Zellinnere umfasst in nicht näher dargestellter Art und Weise zumindest einen aus einer Anzahl von übereinander gestapelten und mittels eines Separators getrennten Elektrodenfolien gebildeten Elektrodenstapel.
Figur 3 zeigt eine derartige Einzelzelle 2.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Batterie 1 eine Kühlplatte 3, die mit dem Zellverbund Wärme leitend verbunden ist. Um die Kühlplatte 3 mit dem Zellverbund Wärme leitend zu verbinden, ist mindestens ein Spannband 4, vorzugsweise zwei Spannbänder 4 vorgesehen, welche den Zellverbund mit der Kühlplatte 3 verpressen.
Damit die Einzelzellen 2 bzw. der Verbund von Einzelzellen 2 während einer Montage zur vollständigen Batterie 1 auf der ebenen Kühlplatte 3 seitlich nicht verrutschen, ist an den Einzelzellen 2, gemäß Figur 6, erfindungsgemäß gehäuserahmenseitig zumindest ein Steg 10.1 (= gehäuserahmenseitiger Steg) und kühlplattenseitig je Einzelzelle 2 zumindest eine zu dem jeweiligen Steg 10.1 korrespondierende Ausnehmung 11.1 (= kühlplattenseitige Ausnehmung) vorgesehen.
Nach Figur 6 sind der gehäuserahmenseitige Steg 10.1 und die kühlplattenseitige Ausnehmung 11.1 jeweils mittig am Gehäuserahmen 9 der Einzelzelle 2 bzw. der Kühlplatte 3 angeordnet. Dabei verläuft die kühlplattenseitige Ausnehmung 11.1 mittig entlang einer Mittel-, insbesondere Längsachse auf der Oberflächenseite der Kühlplatte 3, die zu den Einzelzellen 2 gerichtet ist.
Üblicherweise sind die Einzelzellen 2, wie sie in Figur 3 dargestellt sind, derart ausgeführt, dass die Gehäuseseitenwände 8 aus einem elektrisch leitenden Material bestehen. Hierdurch dienen sowohl als elektrische Pole der Einzelzelle 2 als auch zur Wärmeleitung, wobei die Elektrodenfolien der einen Polarität mit einer der Gehäuseseitenwände 8 und die Elektrodenfolien der anderen Polarität mit der anderen Gehäuseseitenwand 8 elektrisch leitend verbunden sind.
Zwischen diesen als Pole dienenden Gehäuseseitenwänden 8 ist ein elektrisch isolierender umlaufender Gehäuserahmen 9, beispielsweise aus einem Kunststoff, angeordnet.
Zu einer Vergrößerung der Wärmeleitung der Einzelzelle 2 zur Kühlplatte 3 weisen die Gehäuseseitenwände 8 auf einer der Kühlplatte 3 zugewandten Seite einen zumindest abschnittsweise über die Länge der Einzelzelle 2 hinausgehenden Randbereich 8.1 , 8.2 auf, der gegenüber der Gehäuseseitenwand 8 in Richtung zum Zelleninneren abgewinkelt ist. Durch diese abgewinkelten Randbereiche 8.1 , 8.2 wird eine größere Berührungsfläche der Gehäuseseitenwände 8 mit der Kühlplatte 3 erzielt.
Auf einer der Kühlplatte 3 zugewandten Seite des Gehäuserahmens 9 der Einzelzelle 2 befinden sich somit die abgewinkelten Seitenwandelemente oder Randbereiche 8.1 , 8.2 der beiden Gehäuseseitenwände 8 mit je unterschiedlicher elektrischer Polung. Zur elektrischen Isolation voneinander weist der Gehäuserahmen 9 an entsprechender Stelle, d. h. zwischen den beiden abgewinkelten Randbereichen 8.1 , 8.2, gemäß Figur 4, eine Ausformung 16 auf.
In einer Funktionsintegration kann diese Ausformung 16 auf besonders vorteilhafte Weise als Steg 10.1 ausgeführt sein. Dieser Steg 10.1 greift formschlüssig in die korrespondierende Ausnehmung 11.1 der Kühlplatte 3, wie in Figur 6 angedeutet.
Alternativ kann ein Steg 10.2, wie in Figur 7 gezeigt, kühlplattenseitig angeordnet sein, wobei dieser kühlplattenseitige Steg 10.2 in gehäuserahmenseitig angeordnete Ausnehmungen 11.2 eingreift. Alternativ oder zusätzlich können mehrere, insbesondere zwei gehäuserahmenseitige Stege 10.1 an dem Gehäuserahmen 9 angeordnet sein. Vorzugsweise sind diese als an zwei gegenüberliegenden Rahmenseiten über den Gehäuserahmen 9 der Einzelzelle 2 hinausragende Rahmenverlängerungen 15, wie in Figur 4 dargestellt, ausgeformt. Dabei ist die Kühlplatte 3 entsprechend ausgebildet und weist hierzu korrespondierende Abmessungen auf, so dass diese zwischen den Rahmenverlängerungen 15 anordbar ist. Die Rahmenverlängerungen 15 stellen in dem Fall eine seitliche Führung für die Kühlplatte 3 dar. Da die Gehäuserahmen 9 üblicherweise aus Kunststoff bestehen, können sie in direktem Kontakt mit der, vorzugsweise metallischen, Kühlplatte 3 stehen.
In einer alternativen Ausführungsform weist die Kühlplatte 3 zumindest an zwei gegenüberliegenden, insbesondere den langen Plattenseiten jeweils eine über die Kühlplatte 3 hinausragende Plattenverlängerung auf. Zwischen den Plattenverlängerungen sind dann die Einzelzelle 2, insbesondere deren Gehäuserahmen 9, zwischen diesen seitlichen Plattenverlängerungen anordbar. Hierzu weisen die Einzelzellen 2, insbesondere deren Gehäuserahmen 9, entsprechend korrespondierende Abmessungen auf.
Wie in den Figuren 4, 6 und 8 angedeutet, weist der Gehäuserahmen 9 zwei oberflächenseitig angeordnete und weitgehend umlaufende Aussparungen 12 auf, die zur seitlichen Führung der Spannbänder 4 dienen. Durch die Aussparungen 12 sind die Spannbänder 4 vor einem Verrutschen geschützt.
Alternativ ist auch eine Ausführung des Gehäuserahmens 9 mit nur einer Aussparung 12 für die seitliche Führung nur eines Spannbands 4 möglich.
Auch die Kühlplatte 3 weist diese Aussparungen 12 zur seitlichen Führung der Spannbänder 4 auf. Auch hier ist eine Ausführung mit nur einer weiteren Aussparung 12 denkbar.
Zur Verbesserung der Wärmeleitung vom Zellverbund der Einzelzellen 2 zur Kühlplatte 3 und zur elektrischen Isolation der Einzelzellen 2 gegenüber der Kühlplatte 3 kann darüber hinaus zwischen dem Zellverbund und der Kühlplatte 3 eine Wärmeleitfolie 6 aus einem gut Wärme leitenden und elektrisch isolierenden Material, gemäß Figur 2 angeordnet sein. Alternativ kann auch ein gut Wärme leitender Formkörper oder eine Vergussmasse zwischen dem Zellverbund und der Kühlplatte 3 angeordnet sein oder die Kühlplatte 3 kann auf der dem Zellverbund zugewandten Seite mit einer Wärme leitenden, elektrisch isolierenden Schicht versehen sein.
Sind die Gehäuserahmen 9 der Einzelzellen 2 und die Kühlplatte 3 oder umgekehrt jeweils mit zumindest einem Steg 10.1 , 10.2 und/oder einer Ausnehmung 11.1 , 11.2 versehen, so ist die Wärmeleitfolie 6 zweiteilig ausgeführt. Im Falle einer Wärme leitenden Beschichtung der Kühlplatte 3 kann sich diese auch auf dem an der Kühlplatte 3 angeordneten Steg 10.2 oder in der kühlplattenseitig angeordneten Ausnehmung 11.2 befinden.
Wie in Figur 8 sichtbar, kann die Verpressung des Zellverbundes mit der Kühlplatte 3 auch von einer Spannplatte 13 unterstützt sein, welche an der Oberseite des Zellverbunds angeordnet ist und von zumindest einem Spannband 4, insbesondere zwei Spannbändern 4, mit dem Zellverbund und der Kühlplatte 3 verpressbar ist. Dabei weisen die Gehäuserahmen 9 der Einzelzellen 2 randseitig jeweils Führungsstege 14 zur seitlichen Führung der Spannplatte 13 auf. Die Spannplatte 13 hingegen weist zumindest eine Aussparung 12 zur seitlichen Führung von zumindest einem Spannband 4 auf.
Die vorzugsweise aus einem Metall gefertigte Kühlplatte 3 weist in ihrem Inneren beispielsweise eine nicht näher dargestellte Kanalstruktur für ein die Kanalstruktur durchströmendes Kühlmittel auf. Das Kühlmittel kann beispielsweise Luft oder Kohlendioxid oder ein flüssiges Kühlmittel sein.
In einer Weiterbildung durchströmt ein von einer Klimaanlage eines Fahrzeugs temperiertes Kühlmittel, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, die Kanalstruktur der Kühlplatte 3.
Ein in Figur 1 dargestelltes elektrisches Sicherungselement 5 weist eine konventionelle Schmelzsicherung auf und ist mit zumindest zwei Einzelzellen 2 des Zellverbunds elektrisch verbunden. Bezugszeichenliste
1 Batterie
2 Einzelzelle
3 Kühlplatte
4 Spannband
5 Sicherung
6 Wärmeleitfolie
8 Gehäuseseitenwand
8.1 , 8.2 abgewinkelter Randbereich der Gehäuseseitenwände
9 Gehäuserahmen
10.1 gehäuserahmenseitiger Steg
10.2 kühlplattenseitiger Steg
11.1 kühlplattenseitige Ausnehmung
11.2 gehäuserahmenseitige Ausnehmung
12 Aussparung
13 Spannplatte
14 Führungssteg
15 Rahmenverlängerung
16 Ausformung

Claims

Patentansprüche
1. Batterie (1), umfassend einen Zellverbund aus mehreren parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (2), die als Flachzellen ausgeführt sind, mit jeweils mindestens zwei gegenüberliegenden und zueinander korrespondierenden Gehäuseseitenwänden (8), zwischen denen ein Zellinneres und ein das Zellinnere umgebender Gehäuserahmen (9) angeordnet sind, umfassend weiterhin eine Kühlplatte (3), welche mit dem Zellverbund Wärme leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (9) einer jeden Einzelzelle (2) und die Kühlplatte (3) mit zueinander korrespondierendem Steg (10) und Ausnehmung (11) versehen sind, wodurch eine jede Einzelzelle (2) an der Kühlplatte (3) definiert anordbar, insbesondere positionierbar, ist.
2. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gehäuserahmenseitig zumindest ein Steg (10) und kühlplattenseitig je Einzelzelle (2) zumindest eine zu dem jeweiligen Steg (10) korrespondierende Ausnehmung (11) vorgesehen sind.
3. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass gehäuserahmenseitig zumindest eine Ausnehmung (11) und kühlplattenseitig je Einzelzelle (2) zumindest ein zu der jeweiligen Ausnehmung (11) korrespondierender Steg (10) vorgesehen sind.
4. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass kühlplattenseitig zumindest eine der Anzahl der Einzelzellen (2) entsprechende Anzahl von Ausnehmungen (11) oder Stegen (10) vorgesehen ist.
5. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steg (10) und die Ausnehmung (11) jeweils mittig am Gehäuserahmen (9) bzw. an der Kühlplatte (3) oder mittig an der Kühlplatte (3) bzw. am Gehäuserahmen (9) angeordnet sind.
6. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (9) und die Kühlplatte (3) mit mehreren zueinander korrespondierenden Stegen (10) und/oder Ausnehmungen (11) versehen sind.
7. Batterie (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuserahmen (9) als Stege (10) zumindest an zwei gegenüberliegenden Rahmenseiten mit über den Gehäuserahmen (9) hinausragenden Rahmenverlängerungen (15) versehen ist.
8. Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) derart ausgeführt ist, dass diese zwischen den beiden randseitigen Rahmenverlängerungen (15) anordbar ist.
9. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) zumindest an zwei gegenüberliegenden, insbesondere langen Plattenseiten jeweils mit über die Kühlplatte (3) hinausragenden Plattenverlängerungen versehen ist.
10. Batterie (1 ) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Einzelzelle (2), insbesondere deren Gehäuserahmen (9) derart ausgeführt ist, dass dieser zwischen den beiden hinausragenden Plattenverlängerungen anordbar ist.
11. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbund aus Einzellzellen (2) von zumindest einem Spannband (4) mit der Kühlplatte (3) verpressbar ist.
12. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) und die Gehäuserahmen (9) der Einzelzellen (2) jeweils zumindest eine weitere Ausnehmung (12) aufweisen, welche zur seitlichen Führung des Spannbands (4) dient.
13. Batterie (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbund aus Einzellzellen (2) von zwei Spannbändern (4) mit der Kühlplatte (3) verpressbar ist, wobei die Gehäuserahmen (9) der Einzelzellen (2) und die Kühlplatte (3) jeweils zwei weitere Ausnehmungen (12) zur seitlichen Führung der Spannbänder (4) aufweisen.
14. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zellverbund aus Einzellzellen (2) und der Kühlplatte (3) eine Wärmeleitfolie (6) angeordnet ist.
15. Batterie (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Ausführung mit einem Steg (10) und einer Ausnehmung (11), welche jeweils mittig am Gehäuserahmen(9) und der Kühlplatte (3) angeordnet sind, die Wärmeleitfolie (6) zweiteilig ausgeführt ist.
16. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass zur Verpressung des Zellverbunds von Einzelzellen (2) mit der Kühlplatte (3) eine Spannplatte (13) einsetzbar ist, welche an der Oberseite des Zellverbunds angeordnet ist und von zumindest einem Spannband (4) mit dem Zellverbund von Einzelzellen (2) und der Kühlplatte (3) verpressbar ist.
17. Batterie (1) nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäuserahmen (9) der Einzelzellen (2) randseitig jeweils Führungsstege (14) zur seitlichen Führung der Spannplatte (13) aufweisen.
18. Batterie (1) nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannplatte (13) zumindest eine weitere Ausnehmung (12) zur seitlichen Führung von zumindest einem Spannband (4) aufweist.
19. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (3) von einem Kühlmittel durchströmbar ist.
20. Batterie (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrisches Sicherungselement (5) mit zumindest zwei Einzelzellen (2) des Zellverbunds elektrisch verbunden ist.
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