AT511666A1 - Wiederaufladbare elektrische batterie - Google Patents

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Abstract

Bei einer wiederaufladbaren elektrischen Batterie (1), insbesondere einerm Hochspannungsbatterie, mit zumindest einem Stapel (2) von aneinandergereihten Batteriezellen (3), sind zumindest zwei Zellableiter (5) von benachbarten Batteriezellen (3) über zumindest einen Zellverbinder (6) miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Um eine effiziente Wärmeabfuhr zu ermöglichen, ist zumindest ein von einem Kühlmedium durchströmter Kühlkanal (9) im Bereich der Zellableiter (5) und/oder Zellverbinder (6), im Wesentlichen quer zur Stapelrichtung (2a) der Batteriezellen (3), vorzugsweise parallel zu einer die Zellableiter (5) aufweisenden Schmalseite (7) zumindest einer Batteriezelle (3), angeordnet.

Description

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Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie, insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel von aneinandergereihten Batteriezellen, wobei zumindest zwei Zellableiter von benachbarten Batteriezellen über zumindest einen Zellverbinder miteinander elektrisch leitend verbunden sind, sowie mit zumindest einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal.
Hochspannungsbatterien, insbesondere mit Lithium-Ionen-Batteriezellen, können nur innerhalb eines genau definierten Temperaturfensters betrieben werden. Die Temperierung von Hochspannungsbatterien erfolgt üblicherweise mittels eines geschlossenen Kühlflüssigkeitskreislauf oder mittels eines offenen Kühlluftsystems.
Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl von Uthium-Ionen-Zellen, welche nebeneinander angeordnet sind. Das Gehäuse ist zur Kühlung mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Fluid durchströmt.
Aus der WO 2010/067944 Al ist eine Batterie mit nebeneinander angeordneten Stapel von Batteriezellen bekannt, wobei Batteriezellen durch Kühlluft gekühlt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Batterie der eingangs genannten Art eine effiziente Kühlung zu erreichen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine einfache Fertigung der Batterie zu ermöglichen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass der Kühlkanal im Bereich der Zellableiter und/oder Zellverbinder, im wesentlichen quer zur Stapelrichtung der Batteriezellen, vorzugsweise parallel zu einer die Zellableiter aufweisenden Schmalseite zumindest einer Batteriezelle, angeordnet ist.
Der Kühlkanal wird durch ein Kühlrohr, vorzugsweise aus Kunststoff oder elektrisch isoliertem Metal, gebildet.
Um eine genau definierte Einbausituation der Batteriezellen zu realisieren, sind die Batteriezellen in einem beispielsweise aus Kunststoff bestehenden Aufnahmeteil 2 * »
**«···· · I ·* »« * · * «« « angeordnet, wobei vorzugsweise der Kühlkanal im oder am Aufnahmeteil angeordnet, besonders vorzugsweise fest mit dem Aufnahmeteil verbunden ist.
Um den Montageaufwand so gering wie möglich zu halten, ist es besonders vorteilhaft, wenn die Verbindung zwischen den Zellableitern zumindest zweier Batteriezellen und/oder der Zellableiter mit dem Zellverbinder durch eine formschlüssige Verbindung gebildet ist. Dabei ist vorteilhafterweise zumindest ein Zellableiter, vorzugsweise zwei Zellableiter von zwei benachbarten Batteriezellen, zumindest teilweise um zumindest einen Kühlkanal geschlungen. Dies ermöglicht einen effektiven Wärmetransport von den Zellableitern in den Kühlkanal.
Weiters ist der Zellverbinder auf das Kühlrohr aufgesetzt, wobei vorzugsweise die Zellableiter von zwei benachbarten Batteriezellen, zwischen Kühlrohr und Zellverbinder angeordnet sind.
Eine besonders einfache Montage und Demontage wird erreicht, wenn der Zellverbinder über eine formschlüssige Verbindung direkt oder indirekt mit zumindest einer Batteriezelle vorzugsweise lösbar verbunden ist, wobei vorzugsweise der Zellverbinder über die formschlüssige Verbindung mit zumindest einem Aufnahmeteil verbunden ist.
Der vorzugsweise ein U-Profil aufweisende Zellverbinder weist eine definierte Vorspannung auf und wird auf das Kühlrohr aufgesteckt, so dass der Zellverbinder die Zellableiter gegen den äußeren Mantel des Kühlrohres presst. Dies ermöglicht eine besonders gute Wärmeableitung aus den Batteriezellen.
Die formschlüssige Verbindung wird vorteilhafterweise durch eine Schnapp-und/oder Rastverbindung gebildet. Dabei kann vorgesehen sein, dass zumindest ein erster Teil der formschlüssigen Verbindung durch den Zellverbinder und ein zweiter Teil der formschlüssigen Verbindung durch den Aufnahmeteil gebildet ist.
An sich kann durch die formschlüssige Verbindung bereits eine elektrische Kontaktierung der Zellableiter mit den Zellverbindern erreicht werden. Durch eine ausreichend hoch ausgelegte Vorspannung der Zellverbinder lässt sich ein unbeabsichtigtes Lösen durch Vibrationen oder dergleichen sicher vermeiden.
In manchen Fällen kann aber eine zusätzliche Absicherung der elektrischen Verbindung erfolgen, indem zumindest ein Zellableiter und ein Zellverbinder durch eine Schweißverbindung, vorzugsweise Laserschweißverbindung, oder eine Durchsetzfügeverbindung miteinander unlösbar verbunden werden. Beim Durchsetzfügen (Clinchen) werden zwei oder mehr Bleche in sich verformt, wodurch ein Formschluss zwischen den Blechen entsteht.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine Stapel von Batteriezellen einer erfindungsgemäßen Batterie in einer Schrägansicht, Fig. 2 Zellverbinder dieser Batterie in einer Schrägansicht,
Fig. 3 den Stapel in einerweiteren Schrägansicht, Fig. 4 den Stapel in einer geschnittenen Schrägansicht gemäß der Linie IV - IV in Fig. 3 mit demontierten Zellverbindern, Fig. 5 den Stapel in einer geschnittenen Schrägansicht analog zu Fig. 4 mit montierten Zellverbindern und Fig. 6 ein Detail des Stapels in einer weiteren Schrägansicht.
Die wiederaufladbare Batterie 1, beispielsweise für ein elektrisch betriebenes Fahrzeug, weist im Ausführungsbeispiel zumindest einen Stapel 2 von in Stapelrichtung 2a nebeneinander angeordneten und verspannten Batteriezellen 3 auf. Die Batteriezellen 3 sind dabei in einem ein- oder mehrteiligen Aufnahmeteil 4 aus Kunststoffangeordnet., wobei die Zellableiter 5 von benachbarten Batteriezellen 3 über einen Zellverbinder 6 miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Im Bereich der Zellableiter 5 ist jeweils im Bereich der Zellableiter 5 zwischen zwei Batteriezellen 3, etwa parallel zu den die Zellableiter 5 aufweisenden Schmalseiten 7 der Batteriezellen 3 und quer zur Stapelrichtung 2a, ein durch ein Kühlrohr 8 aus Kunststoff oder isoliertem Metall gebildeter Kühlkanal 9 angeordnet. Die Kühlkanäle 9 werden von einer Kühlflüssigkeit durchströmt und dienen zur Temperierung der Batteriezellen 3.
Die Zellableiter 5 von elektrisch zusammenzuschaltenden Batteriezellen 3 werden jeweils um ein Kühlmittel führendes Kühlrohr 8 geschlungen und mit einem Zellverbinder 6, welcher über das Kühlrohr 8 aufgesteckt wird, umschlossen.
Die Zellverbinder 6 sind dabei jeweils über eine formschlüssige Verbindung 10, beispielsweise eine Rast- und/oder Schnappverbindung 11, mit dem Aufnahmeteil 4 verbunden, wobei die jeweils mit einem U-Profil ausgebildeten Zellverbinder 6 die Kühlrohre 8 umfassen. Dadurch wir eine direkte Kühlung der Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 durch Kontakt mit dem Kühlmittel führenden Kühlrohr 8 realisiert, wodurch die entstehende Wärme unmittelbar abgeführt werden kann, ohne die restliche Batteriezelle 3 zu erwärmen.
Bei der Montage werden die Zellableiter 5 im Aufnahmeteil 4 geführt und vorpositioniert. Weiters wird das Kühlrohr 8 von dem Aufnahmeteil 4 aufgenommen. Die Zellableiter 5 werden anschließend um das Kühlrohr 8 gelegt und mit Hilfe eines Zellverbinders 6 am Kühlrohr 8 fixiert. Zelleableiter 5 und Zellverbinder 6 umschließen dabei das Kühlrohr 8, welches durch die Zellverbinder 6 am Aufnahmeteil 4 gehalten wird. Jeder Zellverbinder 6 ist dabei so U-förmig gestaltet, dass ein unbeabsichtigtes Lösen der Verbindung vermieden wird. Die Vorspannung des Zellverbinders 6 ist so bemessen, dass ein keine weitere Verbindung zwischen den Zellableitern 5 und dem Zellverbinder 6 erforderlich ist. Eine ausreichende thermische Verbindung zwischen Zellableiter 5, Zellverbinder 6 und Kühlrohr 8, sowie elektrische Verbindung zwischen Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 wird somit durch die formschlüssige Verbindung 10 zwischen Zellverbinder 6 und Aufnahmeteil 4 hergestellt. Auch ein unbeabsichtigtes Lösen ist bei geeigneter Formgebung von Aufnahmeteil 4 und Zellverbinder 6 kaum möglich. Zur Verbesserung von Haltekraft, Vorspannung und Flächenpressung zwischen Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 können die Zellverbinder 6 an ihrer Unterseite nicht weiter dargestellte Gegenhalter aufweisen. Dennoch können zur Sicherheit die Zellableiter 5 mit den Zellverbindern 6 auch durch Laserschweißen oder Clinchen miteinander verbunden werden.
Ein erster Teil 10a der formschlüssigen Verbindung 10 wird durch den Aufnahmeteil 4, ein dazu reziprok geformter zweiter Teil 10b der Verbindung 10 durch den Zellverbinder 6 gebildet.
Durch die Anordnung des Kühlrohres 8 im Bereich der Zellableiter 5 und Zellverbinder 6 wird eine direkte Wärmeabfuhr von den metallischen Kontakten der Batterie 1 aufsehr platzsparende Weise ermöglicht. Die Schnapp- oder * * * *
Rastverbindung 11 zwischen Zellverbinder 6 und Aufnahmeteil 4 ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (2) von aneinandergereihten Batteriezellen (3), wobei zumindest zwei Zellableiter (5) von benachbarten Batteriezelien (3) über zumindest einen Zellverbinder (6) miteinander elektrisch leitend verbunden sind, sowie mit zumindest einem von einem Kühlmedium durchströmten Kühlkanal (9), dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) im Bereich der Zellableiter (5) und/oder Zellverbinder (6), im wesentlichen quer zur Stapelrichtung (2a) der Batteriezellen (3), vorzugsweise parallel zu einer die Zellableiter (5) aufweisenden Schmalseite (7) zumindest einer Batteriezelle (3), angeordnet ist.
  2. 2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) durch ein Kühlrohr (8), vorzugsweise aus Kunststoff oder elektrisch isoliertem Metall, gebildet ist.
  3. 3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Batteriezeile (3) von einem vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Aufnahmeteil (4) aufgenommen ist,
  4. 4. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlkanal (9) im oder am Aufnahmeteil (4) angeordnet, vorzugsweise fest mit dem Aufnahmeteil (4) verbunden ist.
  5. 5. Batterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise als Kühlrohr (8) ausgebildete Kühlkanal (9) durch zumindest einen Zellverbinder (6) am Aufnahmeteil (4) befestigt ist.
  6. 6. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen den Zellableitern (5) zumindest zweier Batteriezellen (3) und/oder der Zellableiter (5) mit dem Zellverbinder (6) durch eine formschlüssige Verbindung (10) gebildet ist. * * * * * ι * I ^ · • * * ··* */ * ·**·*#· « ······· * * ** ** > I · i · · *
  7. 7. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellabieiter (5), vorzugsweise zwei Zellabieiter (5) von zwei benachbarten Batteriezellen (3), zumindest teilweise um zumindest ein Kühlrohr (8) geschlungen ist.
  8. 8. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (6) auf das Kühlrohr (8) aufgesetzt oder aufgeklemmt ist.
  9. 9. Batterie (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellabieiter (5) einer Batteriezelle (3), vorzugsweise zwei Zellabieiter (5) von zwei benachbarten Batteriezeilen (3), zwischen Kühlrohr (8) und Zellverbinder (6) angeordnet ist.
  10. 10. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (6) über eine formschlüssige Verbindung (10) direkt oder indirekt mit zumindest einer Batteriezelle (3) vorzugsweise lösbar verbunden ist.
  11. 11. Batterie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellverbinder (6) über die formschlüssige Verbindung (10) mit zumindest einem Aufnahmeteil (4) verbunden ist.
  12. 12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der vorzugsweise ein U-Profil aufweisende Zellverbinder (6) mit einer definierten Vorspannung auf das Kühlrohr (8) aufgesteckt ist.
  13. 13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Teil (10a) der formschlüssigen Verbindung durch den Aufnahmeteil (4) und ein zweiter Teil der formschlüssigen Verbindung durch den Zellverbinder (6)1 gebildet ist.
  14. 14. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung (10) durch eine Schnappverbindung und/oder Rastverbindung (11) gebildet ist. « * « · 8
  15. 15. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein ZellabJeiter (5) und ein Zeilverbinder (6) durch eine Schweißverbindung, vorzugsweise Laserschweißverbindung, oder eine Durchsetzfügeverbindung miteinander unlösbar verbunden sind.
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