AT13620U1

AT13620U1 - Elektrisches Batteriemodul

Info

Publication number: AT13620U1
Application number: ATGM9011/2011U
Authority: AT
Inventors: Stanislav Szadkowski; Bartlomiej Stefan Kras; Konrad Makomaski; Jerome Jean Heiligenstein
Original assignee: Impact Clean Power Technology S A
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2011-10-14
Publication date: 2014-05-15
Also published as: WO2012050464A1; ES1107556Y; PL392650A1; PL218471B1; DE212011100153U1; ES1107556U; RU139721U1

Abstract

Elektrisches Batteriemodul mit elektrochemischen Plattenzellen(1), die einem Gehäuse (15) zwischenthermisch leitfähigen Trennplatten (7) angeordnet sind, dieeine Seitenwand des Gehäuses (15) berühren, wobeiBandelektroden (4, 5) benachbarter elektrochemischer Zellen(1) mittels einer Anschlussklemme verbunden sind, die einabstützendes und formbildendes Element (2) sowie einabdeckendes und formbildendes Element (3) aufweist, wobeidas abstützende und formbildende Element (2) auf derthermisch leitfähigen Trennplatte (7) befestigt ist, diezwischen den verbundenen Bandelektroden (4, 5) der Zellen(1) platziert ist.

Description

österreichisches Patentamt AT13 620U1 2014-05-15

Beschreibung [0001] Diese Erfindung betrifft ein elektrisches Batteriemodul, wobei das Modul flache elektrochemische Zellen aufweist, die in einem Gehäuse zwischen thermisch leitfähigen Trennplatten angeordnet sind, und ausgelegt ist, Fahrzeuge mit Energie zu versorgen, die eine elektrische oder hybride Antriebseinheit aufweisen.

[0002] Beide Anschlussklemmen der Zellen, die in den Modulen dieser Art verwendet werden, sind als Bandelektroden ausgeführt, die von einem Körper einer Zelle aus als zwei dünne Metall-Flachstücke, das erste aus Aluminium und das zweite aus Kupfer, geführt werden. Eine derartige Polkonstruktion erzeugt ein Problem hinsichtlich einer effektiven elektrischen Verbindung zwischen den zwei elektrochemischen Zellen, die in einem Batteriemodul am nächsten zueinander sind. Es ergibt sich aus dem Umstand, dass die Abstände zwischen den Zellen klein sind und die Materialien, aus denen die Bandelektroden bestehen, unterschiedliche elektrochemische Eigenschaften aufweisen und dass in ihrer Kontaktstelle beim Vorliegen von Feuchtigkeit eine elektrochemische Zelle erzeugt wird, wobei die Zelle ein Ausgangspunkt von Korrosion und einer Zunahme des Widerstandes der Verbindung ist. Dieser vergrößerte Widerstand der verbundenen Pole erzeugt Energieverluste und vergrößert die Wärmeenergie, die an der Stelle der Verbindung erzeugt wird. Diese vergrößerte Wärmeenergie verursacht die schnelle Oxidation des Aluminiumteils der Verbindung und die noch stärkere Zunahme des Widerstandes. Aus diesem Grunde werden in den bekannten Lösungskonzepten Zellenpole mithilfe von abstützenden und abdeckenden formbildenden Elementen verbunden.

[0003] Aus US2008/0124617 ist ein Modul von Batterien bekannt, in dem die Enden von Elektroden, die verbunden sind, zur besseren Ausnutzung des Raumes mittels abstützender und abdeckender und formbildender Elemente festgeklemmt sind. Zusätzlich sind die Enden von Elektroden, die verbunden sind, mittels einer Platte getrennt, die aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, wobei die Platte zwei Reihen von Längsführungsöffnungen aufweist, welche die richtige Anordnung von verbundenen Elektroden gewährleisten, bevor sie elektrisch verbunden und festgeklemmt werden.

[0004] Ferner ist aus W02010/071463 ein Modul von elektrischen Batterien bekannt, in dem flache elektrochemische Zellen in einem Gehäuse zwischen thermisch leitfähigen Trennplatten angeordnet sind, welche die Seitenwand des Gehäuses berühren. In diesem bekannten Lösungskonzept werden die Enden von Elektroden, die verbunden sind, auch voneinander mittels einer Platte getrennt, die aus einem elektrisch nicht leitenden Material besteht, wobei die Platte zwei Reihen von Längsführungsöffnungen aufweist.

[0005] Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Verbinder zu schaffen, der derart aufgebaut ist, dass Bandelektroden zuverlässig und stabil miteinander auf einer großen Fläche verbunden werden, um eine bleibende elektrische Verbindung zu erhalten, die durch einen kleinen Widerstandswert gekennzeichnet ist, wobei eine bessere Ausnutzung des Raumes gewährleistet wird, und um ein einfaches Einbauen der Zellen in Module zu ermöglichen sowie sie auch mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit von zufälligen Kurzschlüssen in Betrieb zu nehmen.

[0006] Ein elektrisches Batteriemodul mit flachen elektrochemischen Zellen, die einem Gehäuse zwischen thermisch leitfähigen Trennplatten angeordnet sind, die eine Seitenwand des Gehäuses berühren, in welchem Bandelektroden von Nachbarzellen durch eine Anschlussklemme, die ein abstützendes und formbildendes Element sowie ein abdeckendes und formbildendes Element umfasst, verbunden sind, ist dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element auf der thermisch leitfähigen Trennplatte befestigt ist, die zwischen den verbundenen Bandelektroden der Zellen platziert ist.

[0007] Das abstützende und formbildende Element ist vorteilhaft auf der thermisch leitfähigen Trennplatte mithilfe eines längs gerichteten Befestigungsschlitzes befestigt, der in einem Boden des Elements ausgeführt ist.

[0008] Die thermisch leitfähige Trennplatte ist vorteilhaft verschiebbar in einen längs gerichteten 1 /9 österreichisches Patentamt AT13 620U1 2014-05-15

Befestigungsschlitz des abstützenden und formbildenden Elements eingesetzt.

[0009] Das abstützende und formbildende Element ist vorteilhaft durch Thermokompressions-bonden mit der thermisch leitfähigen Trennplatte verbunden.

[0010] Das abstützende und formbildende Element ist vorteilhaft an der thermisch leitfähigen Trennplatte angeklebt.

[0011] Das abstützende und formbildende Element sowie das abdeckende und formbildende Element weisen vorteilhaft gewölbte Formgebungsflächen auf.

[0012] In einer vorteilhaften Ausführungsform bestehen ein abstützendes und formbildendes Element und/oder ein abdeckendes und formbildendes Element aus Kunststoff.

[0013] In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist ein Modul eine Hochstromanschlussklemme und eine Messanschlussklemme auf.

[0014] Im Ergebnis dessen, dass eine Platte aus einem elektrisch nicht leitenden Material, die Führungsöffnungen von Elektrodenenden aufweist, beseitigt und durch ein abstützendes und formbildendes Element ersetzt wurde, das auf der thermisch leitfähigen Trennplatte befestigt ist, ist der Raum besser ausgenutzt worden, und die Anschlussklemmen an den Elektrodenenden können leichter zusammengefügt werden.

[0015] In dieser Beschreibung bezeichnet der Begriff "formbildendes Element" jedes Element, das eine voluminös ausgebildete Profilfläche abweichend von einer flachen Fläche aufweist, wobei das Element ein Bogenprofil der Flachbandelektroden liefert, wenn sie durch Festklemmen verbunden werden.

[0016] Ausführungsformen dieser Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt, in der: [0017] FIG. 1 [0018] FIG. 2 [0019] FIG. 3 [0020] FIG. 4 [0021] FIG. 5 [0022] FIG. 6 einen Verbinder von Bandelektroden elektrochemischer Zellen in einer perspektivischen Ansicht vor dem Festklemmen zeigt; einen gleichartigen Verbinder in einer perspektivischen Ansicht nach dem Festklemmen zeigt; ein abstützendes und formbildendes Element in einer perspektivischen Ansicht zeigt; ein abdeckendes und formbildendes Element in einer perspektivischen Ansicht zeigt; ein Beispiel für eine Hochstromanschlussklemme in einer perspektivischen Ansicht zeigt; ein Batteriemodul in einem Teilschnitt durch Schrauben hindurch zeigt, die ein abstützendes und formbildendes Element sowie ein abdeckendes und formbildendes Element festklemmen; [0023] FIG. 7 einen Querschnitt durch ein zusammengebautes Batteriemodul zeigt; und [0024] FIG. 8 ein einzelnes Batteriemodul in einer auseinandergezogenen perspektivischen

Ansicht von der Verbinderseite her zeigt.

[0025] Vor dem Anschließen der Bandelektroden der elektrochemischen Zellen 1 weist ein Verbinder, wie er in Fig. 1 dargestellt ist, ein abstützendes und formbildendes Element 2, das auf einer thermisch leitfähigen Trennplatte 7 befestigt ist, und ein abdeckendes und formbildendes Element 3 mit Bandelektroden 4, 5 von diesen zwei benachbarten elektrochemischen Zellen 1 auf, die sich zwischen den Elementen befinden, wobei diese Bandelektroden 4, 5 einen elektrischen Kontakt miteinander aufweisen und auf dem abstützenden und formbildenden Element 2 umhüllt und mithilfe von Klemmelementen, die als Schrauben 6 ausgeführt sind, durch das abdeckende formbildende Element 3 angepresst werden. Das abstützende formbildende Element 2 sowie das abdeckende und formbildende Element 3, die in Fig. 1 dargestellt sind, weisen gewölbte formbildende Flächen auf. 2/9 österreichisches Patentamt AT13 620U1 2014-05-15 [0026] In Fig. 2 ist ein weiterer Verbinder für Bandelektroden der elektrochemischen Zellen 1 dargestellt, in dem das abstützende und formbildende Element 2 durch Thermokompressions-bonden auf der thermisch leitfähigen Trennplatte 7 befestigt ist.

[0027] In weiteren Ausführungsformen dieser Erfindung ist das abstützende und formbildende Element 2 durch Ankleben auf der thermisch leitfähigen Trennplatte 7 befestigt.

[0028] In Fig. 3 ist eine Ausführungsform des abstützenden und formbildenden Elements 2 dargestellt, das eine äußere gewölbte formbildende Fläche aufweist. Dieses formbildende und abstützende Element 2 weist einen Schlitz 11 und Öffnungen 8 für die Schrauben 6 auf, während eine Länge des formbildenden Elements so angepasst ist, dass sie annähernd in Übereinstimmung mit einer Breite der Bandelektroden 4, 5 ist. Um die Wahrscheinlichkeit von zufälligen Kurzschlüssen sowohl beim Anbauen eines Verbinders als auch während des Betriebs zu verringern, wird das abstützende und formbildende Element 2 mittels des Schlitzes 11 auf der thermisch leitfähigen Trennplatte 7 befestigt, und es besteht aus Kunststoff, z.B. Polypropylen.

[0029] In Fig. 4 ist das abdeckende und formbildende Element 3 zusammen mit seiner inneren gewölbten formbildenden Fläche dargestellt. Dieses abdeckende und formbildende Element 3 weist Öffnungen 9 für die Schrauben 6 auf. Eine Länge dieses abdeckenden und formbildenden Elements 3 passt zur Länge des abstützenden und formbildenden Elements 2, das mit dem abdeckenden und formbildenden Element 3 zusammenwirkt. Das abdeckende und formbildende Element 3 besteht aus ähnlichen Gründen wie das abstützende und formbildende Element 2 aus Kunststoff, wie z.B. Polypropylen.

[0030] Um benachbarte Batteriemodule in den Satz von Modulen einzubinden, sind erfindungsgemäß der erste Verbinder, der ausgelegt ist, mit einer positiven Bandelektrode einer Zelle verbunden zu werden, die als oberste im Batteriemodul liegt, und der letzte Verbinder, der ausgelegt ist, mit einer negativen Bandelektrode einer Zelle verbunden zu werden, die als unterste im Batteriemodul liegt, zusätzlich mit Hochstromanschlussklemmen 12 ausgerüstet. Ein Beispiel für die Gestalt der Hochstromanschlussklemme 12 ist in Fig. 5 dargestellt.

[0031] In Fig. 6 ist ein Teil des Batteriemoduls in einem Schnitt durch die Klemmschrauben und durch das abstützende und formbildende Element 2 sowie das abdeckende und formbildende Element 3 dargestellt. Wie in Fig. 6 dargestellt ist, sind die elektrochemischen Zellen 1 gestapelt und thermisch durch die thermisch leitfähigen Trennplatten 7 getrennt, die mechanisch mit einem Gehäuse 15 des Moduls verbunden sind, und die Bandelektroden 4, 5 der elektrochemischen Zellen 1 sind um die formbildenden und abstützenden Elementen 2 gewickelt, die auf den thermisch leitfähigen Trennplatten 7 befestigt sind, und werden durch die abdeckenden und formbildenden Elemente 3 angepresst. In der dargestellten Ausführungsform wirken die Schrauben 6 als Elemente, die das abstützende und formbildende Element 2 sowie das abdeckende und formbildende Element 3 festklemmen. Außerdem weist das Batteriemodul Messanschlussklemmen 10 und die Hochstromanschlussklemmen 12 auf.

[0032] In Fig. 7 ist ein Querschnitt des zusammengebauten Batteriemoduls 13 dargestellt. Das Modul 13 weist das Gehäuse 15 mit einem Stapel von acht flachen elektrochemische Zellen 1 auf, die in dem Gehäuse zwischen den thermisch leitfähigen Trennplatten 7 in mechanischem Kontakt mit Wänden des Gehäuses 15 angeordnet sind. In diesem Modul sind die Bandelektroden 1 und 2 der Nachbarzellen miteinander durch einen Klemmverbinder verbunden. Die Klemmverbinder weisen die abstützenden und formbildenden Elemente 2, die auf den thermisch leitfähigen Trennplatten 7 befestigt sind, und die abdeckenden und formbildenden Elemente 3 auf, die an sie durch die Klemmschrauben 6 angepresst werden.

[0033] In Fig. 8 ist ein einzelnes Batteriemodul 13 in einer auseinandergezogenen Darstellung von der Seite der Verbinder her dargestellt. Um die elektrochemischen Zellen 1 des Batteriemoduls 13 anzuschließen, werden die Bandelektroden 4, 5 paarweise um die abstützenden und formbildenden Elementen 2 gelegt und mithilfe der Schrauben 6 durch die abdeckenden und formbildenden Elemente 3 angepresst. Danach wird eine Elektronikplatine 14 angefügt, welche die Spannung aus allen Messklemmanschlüssen 10 der elektrochemischen Zellen 1 3/9 österreichisches Patentamt AT 13 620 Ul 2014-05-15 erfasst, und dann wird diese Platine mit einem Batterieüberwachungssystem verbunden. Außerdem sind äußerste Verbinder der in den Zellen verwendeten Bandelektroden, das heißt Verbinder links oben und rechts unten, zusätzlich mit den Hochstromklemmanschlüssen 12 vorgesehen.

[0034] Die obigen Beispiele umfassen nicht alle Möglichkeiten für eine nutzbringende Verwertung der Erfindung. Sie sind nur Ausführungsformen, welche die Konstruktion des Moduls von flachen elektrochemischen Zellen betreffen, die in einem Gehäuse zwischen thermisch leitfähigen Trennplatten angeordnet sind, die für Fahrzeuge ausgelegt sind, die eine elektrische oder Hybrid-Antriebseinheit aufweisen.

LISTE DER BEZUGSZIFFERN 1 elektrochemische Zelle 2 abstützendes und formbildendes Element 3 abdeckendes und formbildendes Element 4 Bandelektrode (+) 5 Bandelektrode (-) 6 Befestigungsschrauben 7 thermisch leitfähige Trennplatte 8 Öffnungen für eine Befestigungsschraube ausgeführt in einem abstützenden und formbildenden Element 2 9 Öffnungen für eine Befestigungsschraube ausgeführt in einem abdeckenden und formbildenden Element 3 10 Messanschlussklemme 11 Schlitz ausgeführt in einem abstützenden und formbildenden Element 12 Hochstromanschlussklemme 13 Batteriemodul 14 Elektronikplatine 15 Gehäuse des Moduls 4/9

Claims

österreichisches Patentamt AT 13 620 Ul 2014-05-15 Ansprüche 1. Elektrisches Batteriemodul mit elektrochemischen Plattenzellen (1), die in einem Gehäuse (15) zwischen thermisch leitfähigen Trennplatten (7) angeordnet sind, die eine Seitenwand des Gehäuses (15) berühren, wobei Bandelektroden (4, 5) benachbarter elektrochemischer Zellen (1) durch eine Anschlussklemme, die ein abstützendes und formbildendes Element (2) sowie ein abdeckendes und formbildendes Element (3) umfasst, verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element (2) auf der thermisch leitenden Trennplatte (7), die zwischen den verbundenen Bandelektroden (4, 5) der Zellen (1) platziert ist, mittels eines längs gerichteten Befestigungsschlitzes (11) befestigt ist, der in einem Boden des Elements ausgeführt ist, wobei die thermisch leitfähige Trennplatte (7) verschiebbar in den längs gerichteten Befestigungsschlitz (11) des abstützenden und formbildenden Elements (2) eingesetzt ist.
2. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element (2) durch Thermokompressionsbonden mit der thermisch leitfähigen Trennplatte (7) verbunden ist.
3. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element thermisch an der thermisch leitfähigen Trennplatte (7) angeklebt ist.
4. Modul nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element (2) sowie das abdeckende und formbildende Element (3) gekrümmte Formgebungsflächen aufweisen.
5. Modul nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abstützende und formbildende Element (2) aus Kunststoff hergestellt ist.
6. Modul nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das abdeckende und formbildende Element (3) aus Kunststoff hergestellt ist.
7. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Hochstromanschlussklemme (12) aufweist.
8. Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Messanschlussklemme (10) aufweist. Hierzu 4 Blatt Zeichnungen 5/9