AT511667A1 - Wiederaufladbare elektrische batterie - Google Patents

Wiederaufladbare elektrische batterie Download PDF

Info

Publication number
AT511667A1
AT511667A1 ATA956/2011A AT9562011A AT511667A1 AT 511667 A1 AT511667 A1 AT 511667A1 AT 9562011 A AT9562011 A AT 9562011A AT 511667 A1 AT511667 A1 AT 511667A1
Authority
AT
Austria
Prior art keywords
battery
cell
clinching
connection
cooling air
Prior art date
Application number
ATA956/2011A
Other languages
English (en)
Other versions
AT511667B1 (de
Inventor
Martin Dipl Ing Fh Michelitsch
Original Assignee
Avl List Gmbh
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 Avl List Gmbh filed Critical Avl List Gmbh
Priority to ATA956/2011A priority Critical patent/AT511667B1/de
Priority to DE201211002697 priority patent/DE112012002697A5/de
Priority to US14/129,975 priority patent/US20140154602A1/en
Priority to CN201280031341.4A priority patent/CN103891004A/zh
Priority to EP12733022.3A priority patent/EP2727172A1/de
Priority to KR1020147000737A priority patent/KR20140041716A/ko
Priority to JP2014517646A priority patent/JP2014524107A/ja
Priority to PCT/EP2012/062309 priority patent/WO2013000889A1/de
Publication of AT511667A1 publication Critical patent/AT511667A1/de
Application granted granted Critical
Publication of AT511667B1 publication Critical patent/AT511667B1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/64—Heating or cooling; Temperature control characterised by the shape of the cells
    • H01M10/647—Prismatic or flat cells, e.g. pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/60—Heating or cooling; Temperature control
    • H01M10/65—Means for temperature control structurally associated with the cells
    • H01M10/655—Solid structures for heat exchange or heat conduction
    • H01M10/6553—Terminals or leads
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/204—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells
    • H01M50/207—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape
    • H01M50/211—Racks, modules or packs for multiple batteries or multiple cells characterised by their shape adapted for pouch cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/20—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders
    • H01M50/298—Mountings; Secondary casings or frames; Racks, modules or packs; Suspension devices; Shock absorbers; Transport or carrying devices; Holders characterised by the wiring of battery packs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/503—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the shape of the interconnectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/514—Methods for interconnecting adjacent batteries or cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/521—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the material
    • H01M50/522—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/543—Terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
    • H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/502—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing
    • H01M50/509—Interconnectors for connecting terminals of adjacent batteries; Interconnectors for connecting cells outside a battery casing characterised by the type of connection, e.g. mixed connections
    • H01M50/512—Connection only in parallel
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Battery Mounting, Suspending (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Electric Double-Layer Capacitors Or The Like (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (3, 4) von in Stapelrichtung (y) aneinandergereihten Batteriezellen (5), wobei zumindest zwei Zellpole (18) von benachbarten Batteriezellen (5) - vorzugsweise durch zumindest einen Zellverbinder (19, 20) - miteinander elektrisch leitend verbunden sind. Um eine einfache Fertigung zu ermöglichen, ist vorgesehen, dass die Verbindung zwischen zumindest einem Zellpol (18) und zumindest einem Zellverbinder (19, 20) und/oder zwischen zumindest einem Zellpol (18) und zumindest einer Stromschiene und/oder unmittelbar zwischen zwei Zellpolen (18) durch eine kalt-flächenverpresste Durchsetzfügeverbindung (21) gebildet ist.

Description

1 * · • * • * •562Ö4
Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie, insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel von aneinandergereihten Batteriezellen, wobei zumindest zwei Zellpole von benachbarten Batteriezellen - vorzugsweise durch zumindest einen Zellverbinder -miteinander elektrisch leitend verbunden sind.
Hochspannungsbatterien weisen üblicherweise Batteriepackungen mit aneinandergereihten Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Batteriezellen, auf, wobei die Zellpole durch Zellverbinder miteinander elektrisch verbunden sind, welche an die Zellpole durch eine Laserschweißverbindung angebunden sind. Die beiden Zellpole jeder Batteriezelle bestehen auf Grund der elektrochemischen Materialeigenschaften meistens aus verschiedenen Werkstoffen, was die Verbindungstechnik erschwert. Beim sehr häufig verwendeten Laserschweißverfahren werden die aus der Zellchemie hervorstehenden Zellpolbleche (meistens Cu oder AI) mit einem zusätzlichen Bi-Metall-Zellverbinder (zum Beispiel Aluminiumblech oder Kupferblech über ein Kompaktierungsverfahren verbunden) miteinander verschweißt. Ein direktes Verschweißen von zwei unterschiedlichen Materialien ist technisch äußerst kompliziert und erschwert den ohnehin aufwendig zu überwachenden und komplexen Laserschweißprozess zusätzlich.
Aus der DE 10 2009 035 463 Al ist eine Batterie mit einer Vielzahl von flachen, im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen sind zu einem Zellenstapel gestapelt und mit einem Batteriegehäuse umgeben. Die Batterieeinzelzellen sind dabei in Rahmenflachbauweise mit metallischen Blechen und einem Rahmen aus isolierenden Material ausgebildet.
Auch aus der WO 2008/048751 A2 ist ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an nebeneinander in einem Stapel angeordneten plattenförmigen Batteriezellen bekannt, welche in einem Gehäuse untergebracht sind.
Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse und einer Mehrzahl von Lithium-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.
Die DE 27 05 050 Al beschreibt einen Batterieaufbau mit zumindest einer galvanischen Zelle, welches einen positiven und einen negativen Batterieanschluss und ein positives und negatives spiralförmig zu einer zylindrischen Form gewundenes Elektrodenmaterial aufweist, wobei die Verbindung zwischen dem Elektroden material mit den Polen übereine mechanische Punktkontakt-Verbindung erfolgt.
Aus der DE 10 2004 003 066 Al ist ein prismatischer Akkumulator mit mehreren Zellgefäßen bekannt, wobei in jedem Zellgefäß ein Plattenstapel aufgenommen ist. Entlang der Zwischenwände des Zellgefäßes zwischen den Plattenstapeln erstrecken sich jeweils Kontaktverbindungsbleche, wobei jeweils die an einer Zwischenwand gegenüberliegenden Kontaktverbindungsbleche sich durch die Zwischenwand hindurch miteinander leitend verbinden und die Kontakte der Plattenstapel mit den zugeordneten Kontaktverbinderblechen elektrisch leitend durch Schweißen verbunden sind. Die Verbindung von Kontaktverbindungsblechen durch die Zwischenwand hindurch ist als kalt-flächenverpresste Durchsetzfügeverbindung ausgebildet.
Aufgabe der Erfindung ist es, die genannten Nachteile zu vermeiden, und die Fertigung einer wiederaufladbaren elektrischen Batterie der eingangs genannten Art zu vereinfachen.
Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Verbindung zwischen zumindest einem Zellpol und zumindest einem Zellverbinder und/oder zwischen zumindest einem Zellpol und zumindest einer Stromschiene und/oder unmittelbar zwischen zwei Zellpolen durch eine kalt-flächenverpresste Durchsetzfügeverbindung gebildet ist, wobei vorzugsweise jede Durchsetzfügeverbindung mehrere nebeneinander angeordnete Clinchpunkte aufweist.
Die Zellverbinder können ein U- oder Y-Profil aufweisen, wobei vorzugsweise Zellverbinder mit U-Profil und mit Y-Profil abwechselnd zwischen aufeinanderfolgenden Batteriezellen angeordnet sind.
Die Durchsetzfügeverbindung ist luftdicht abgeschlossen, wodurch eine korrosionsfeste Langzeitverbindung entsteht.
Beim Durchsetzfügen (Clinchen) werden zwei oder mehr Bleche über einen Werkzeugstempel und eine Werkzeugmatrize plastisch in sich verformt, wodurch ein Formschluss zwischen den Blechen entsteht. Beim Verbinden von Zellbfechen werden diese je nach der gewählten Verschaltungsart (zum Beispiel zwei Bleche bei Serienschaltung oder drei bzw. vier Bleche bei einer Parallelschaltung von jeweils zwei Batteriezellen mit Zellverbindern und Zellspannungsüberwachungskabel) in einem Arbeitsgang miteinander verbunden, wobei durch Verwendung von Mehrfachwerkzeugen gleichzeitig mehrere Fügepunkte (Clinchpunkte) auf einem Zellpolpaket (Zellpolstapel) oder auf mehreren Zellpolpaketen gesetzt werden können.
Die Mehrfachfügepunkte ermöglichen eine hohe Stromtragfähigkeit.
Die Durchsetzfügeverbindung erlaubt eine einfache Kontaktierung der Zellpole mit unterschiedlichen Materialien (zum Beispiel Kupfer zu Aluminium oder umgekehrt), ohne dass zusätzliche Bauteile erforderlich wären.
Da die Position der Clinchpunkte viel mehr streuen darf, als etwa die Bauteilpositionierung bei einer Laserschweißerbindung, ergibt sich ein hohes Toleranzkompensationsvermögen.
Durch Verwendung von Parallelmehrfachwerkzeugen kann insbesondere für große Stückzahlen eine einfache und kostengünstige Fertigung ermöglicht werden, wobei nur wenige und leicht zu beherrschende Einflussgrößen, wie Materialwandstärke, Presskraft oder dergleichen kontrolliert werden müssen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn zumindest eine Durchsetzfügeverbindung in einem Kühlluftkanal angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Durchsetzfügeverbindung zumindest einen in die Kühlluftströmung des Kühlluftkanals hineinragenden Clinchpunkt aufweist. Durch die vorragenden Clinchpunkte wird die für die Kühlung, beispielsweise bei direkter Luftkühlung der Zellpole, maßgebende Oberfläche erhöht. Die hervorstehenden Clinchpunkte wirken zudem turbulenzsteigernd, was sich vorteilhaft auf den Wärmetransport bei
Luftkühlung auswirkt. Durch effiziente Bauteilnutzung kann somit die volumetrische Energiedichte der Batterie erhöht werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Fig. näher erläutert.
Es zeigen Fig. 1 eine erfindungsgemäße Batterie in einer Schrägansicht von oben, Fig. 2 die Batterie in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1, Fig. 3 die Batterie in einer Vorderansicht, Fig. 4 die Batterie in einer Schrägansicht von unten,
Fig. 5 ein Batteriemodul der Batterie in einer Schrägansicht, Fig. 6 dieses Batteriemodul in einer Ansicht von unten, Fig. 7 einen Stapel von Batteriezellen in einer Schrägansicht, Fig. 8 diesen Stapel in einer Seitenansicht, Fig. 9, die Stapel von Batteriezellen eines Batteriemoduls in einer Schrägansicht, Fig. 10 ein Batteriemodul in einem Schnitt gemäß der Linie X - X in Fig. 9 und Fig. 11 ein Detail dieses Batteriemoduls in einem Schnitt analog zu Fig. 10.
Die wiederaufladbare Batterie 1 weist im Ausführungsbeispiel sieben Batteriemodule 2 auf, wobei jedes Batteriemodul 2 zwei Stapel 3, 4 von nebeneinander angeordneten und verspannten Batteriezellen 5 aufweist. Die Stapel 3, 4 jedes Batteriemoduls 2 sind zwischen zwei struktursteifen gewellten Platten 6 aus Metall, z.B. Aluminium, oder Kunststoff, angeordnet, wobei die Platten 6 durch Druckgussteile gebildet sein können. Die Platten 6 selbst sind zwischen zwei halteplatten 7, 8 an der Vorder- und Rückseite der Batterie 1 eingespannt, wobei die Halteplatte 7 an der Vorderseite über Spannschrauben 9 mit der Halteplatte 8 an der Rückseite fest verbunden ist. Die Spannschrauben 9 sind dabei jeweils im Bereich der Platten 6 angeordnet. Die Platten 6 bilden zusammen mit den Halteplatten 7, 8 einen Halterahmen 10 für die Batteriemodule 2. Die Halteplatten 7, 8 weisen Öffnungen auf, um das Gewicht so gering wie möglich zu halten. Der -in Stapelrichtung y gesehene - definierte Abstand zwischen den Spannschrauben 9 gewährleistet, dass die Batteriezellen 5 lagerichtig und mit bestimmter und über die Lebensdauer der Batterie 1 im wesentlichen unveränderlicher Vorspannung verbaut sind. Zwischen den Platten 6 und den angrenzenden Batteriezellen 5 ist dabei jeweils eine elastische Isolierschicht 6a, beispielsweise aus einem Schaumstoff, angeordnet, welcher eine gleichmäßige und schonende Druckverteilung ermöglicht.
Nach unten wird die Batterie 1 durch eine Bodenplatte 11 abgeschlossen. * · 4 t 5
Die Batterie 1 samt Halterahmen 10 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet, wobei zwischen dem Gehäuse 12 und der Batterie 1 Kiihlluftströmungswege ausgebildet sind. Zur Führung der Kühlluftströmung sind in den Gehäuseboden 12a Strömungsleitflächen 13 eingearbeitet, wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist.
Jede Batteriezelle 5 ist von einer Kunststoffhülle 14 umgeben, wobei die Kunststoffhülle 14 etwa im Bereich einer Zellmittelebene 15 entlang der Schmalseite 5a eine vorragende Siegelnaht 16 zur Abdichtung aufweist. Zwischen den Siegelnähten 16 zweier benachbarter Batteriezellen 5 eines Stapels 3, 4 ist jeweils ein Freiraum 17 aufgespannt.
Um Bauraum einzusparen, sind die zwei nebeneinander angeordneten Stapel 3, 4 jedes Batteriemoduls 2 versetzt und überlappend zueinander ausgebildet. Der Versatz V beträgt dabei etwa der halben Dicke D einer Batteriezelle 5. Die Siegelnähte 16 einer Batteriezelle 5 des einen Stapels 3, 4 ragen dabei in einen von Siegelnähten 16 zweier benachbarter Batteriezellen 5 des anderen Stapels 4, 3 aufgespannten Freiraum 17 hinein. Dadurch kann der Freiraum 17 zumindest teilweise durch die Unterbringung eines Teiles der Siegelnähte 16 genutzt werden. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Größe des verbauten Raumes und auf die volumetrische Energiedichte aus. Der Versatz v zwischen den beiden Stapeln 3, 4 bewirkt, dass die Platten 6 im Bereich einer Längsmittelebene la der Batterie 1 eine Stufe 24 ausbilden.
An der oberen Schmalseite 5a ragen aus den Kunststoffhüllen 14 Zellpole 18, welche über U- und Y-förmige Zellverbinder 19, 20 miteinander verbunden sind.
Die Verbindung zwischen den Zellverbindern 19, 20 und den Zellpolen 18 kann als einen oder mehrere Clinchpunkte 21a aufweisende Durchsetzfügeverbindung 21 in einem Durchsetzfügeverfahren ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine besonders hohe Stromtragfähigkeit durch nebeneinander angeordnete Mehrfachfügepunkte sowie eine korrosionsfeste Langzeitverbindung auf Grund der luftdicht abgeschlossenen Fügestellen und eine einfache Kontaktierung der Zellpole 18 mit unterschiedlichen Materialien (Kupfer zu Aluminium und umgekehrt), ohne zusätzliche Bauteile. Mittels Durchsetzfügeverfahren lassen sich zwei bis vier Bleche miteinander elektrisch mit dem selben Werkzeug verbinden, wobei sich besonders die Materialien Kupfer, Aluminium und Stahl, bei Wandstärken von 0,1 bis 0,5 mm eignen. Gegebenenfalls können somit in einem Arbeitsschritt gleichzeitig mit den t j * · 6 * . k * « « · * ·* i » 4 * · « « * »I * < * ******* · Μ M ♦» *
Zellverbindern 19, 20 auch Zellspannungsüberwachungskabel 22 an den Zellpolen 18 in einem Durchsetzfügeverfahren angebunden werden. Da die Position der Clinchpunkte 21a der Durchsetzfügeverbindung 21 mehr streuen darf, als zum Beispiel bei einer Laserschweißverbindung, ergibt sich ein relativ hohes Toleranzkompensationsvermögen. Durch Verwendung von Parallel- und Mehrfachwerkzeugen lässt sich für größere Stückzahlen eine einfache und kostengünstige Fertigung realisieren, wobei nur wenige und leicht beherrschbare Einflussgrößen wie Materialwandstärke, Presskraft etc. vorliegen. Durch die in den Kühlluftkanal 27 ragenden Clinchpunkte 21a wird die wärmeableitende Oberfläche der Batterie 1 erhöht, was insbesondere bei direkter Luftkühlung der Zellpole 18 von Bedeutung ist. Die hervorstehenden Clinchpunkte 21a tragen dabei auch zur Turbulenzerhöhung bei, was insbesondere bei Luftkühlung den Wärmetransport verbessert. Durch Ihre positive Auswirkung auf die Kühlung tragen somit Clinchpunkte 21a auch zur Erhöhung der volumetrischen Energiedichte durch effiziente Bauraumausnutzung bei.
Um eine besonders gute volumetrische Energiedichte zu erreichen, ist es erforderlich, die Batteriezellen 5 möglichst nahe aneinander zu positionieren. Dazu wird zwischen den Batteriezellen 5 eine möglichst dünne, thermische und elektrische Isolatorschicht 23, zum Beispiel eine Isolationsfolie, angeordnet, um das Auftreten eines „Dominoeffektes" bei einer thermischen Überlastung einer benachbarten Batteriezelle 5 zu vermeiden.
Die Freiräume 17 bilden zugleich Kühlluftkanäle 26, 27 aus. Im Bereich der Überlappung 25 der beiden Stapel 3, 4, also im Bereich der Längsmittelebene la der Batterie 1, bilden die Freiräume 17 erste Kühlluftkanäle 26, welche in Richtung der Hochachse z der Batterie 1 angeordnet sind. Die Siegelnähte 16 bilden dabei Strömungsleitflächen für die Luftströmung und wärmeabführende Oberflächen. In Richtung einer Querachse x normal auf die Hochachse z und normal auf die Stapelrichtung y sind zweite Kühlluftkanäle 27 im Bereich der Zellpole 18 durch die Freiräume 17 an der Oberseite der Batteriezellen 5 gebildet.
Die ersten und zweiten Kühlluftkanäle 26, 27 sind Teil eines geschlossenen Kühlluftkreislaufes 28 zur Kühlung der Batterie 1, wobei der Kühlluftkreislauf 28 zumindest ein Kühlluftgebläse 29 und zumindest einen Wärmetauscher 30 aufweist. Die Kühlluft wird dabei - vom Kühlluftgebläse 29 und dem Wärmetauscher 30 kommend - in das Gehäuse 12 im Bereich der Halteplatte 9 an der Rückseite und/oder Oberseite der Batterie 1 oder im Bereich der Zellpole 18 zugeführt. Die Kühlluft durchströmt dabei die zweiten Kühlluftkanäle 27 und kühlt Zellpole 18 und Zellverbinder 19, 20. Danach gelangt zumindest ein Teil der Kühlluft in die ersten Kühlluftkanäle 26, welche die Kühlluft entgegen der Hochachse z nach unten führen. Dabei werden alle Zwischenräume und Freiräume 17 der Batterie 1 durchströmt und anfallende Wärme abgeführt. Zwischen der Halteplatte 8 an der Vorderseite der Batterie 1 und dem Gehäuse 12 strömt auch die restliche Kühlluft zum Gehäuseboden 12a des Gehäuses 12, wo es durch die Strömungsleitflächen 13 zur Fahrzeuglängsmittelebene ε geleitet und gesammelt wird. Danach wird die Kühlluft wieder durch das Kühlluftgebläse angesaugt und im Wärmetauscher 30 abgekühlt, bevor es wieder im geschlossenen Kühlkreislauf 28 der Batterie 1 zugeführt wird.

Claims (11)

  1. 8 * s ι ► ι * ( PATENTANSPRÜCHE 1. Wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (3, 4) von aneinandergereihten Batteriezellen (5), wobei zumindest zwei Zellpole (18) von benachbarten Batteriezellen (5) -vorzugsweise durch zumindest einen Zellverbinder (19, 20) - miteinander elektrisch leitend verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung zwischen zumindest einem Zellpol (18) und dem Zellverbinder (19, 20) und/oder zwischen zumindest einem Zellpol (18) und zumindest einer Stromschiene und/oder unmittelbar zwischen zwei Zellpolen (18) durch eine kalt-flächenverpresste Durchsetzfügeverbindung (21) gebildet ist.
  2. 2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Durchsetzfügeverbindung (21) mehrere nebeneinander angeordnete Clinchpunkte (21a) aufweist.
  3. 3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchsetzfügeverbindung (21) luftdicht abgeschlossen sind.
  4. 4. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, zumindest ein Zellpole (18) und zumindest ein mit dem Zellpol (18) mittels der Durchsetzfügeverbindung (21) verbundenen Zellverbinder (19, 20) aus verschiedenen metallischen Werkstoffen bestehen.
  5. 5. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellverbinder (19) ein U-Profil aufweist.
  6. 6. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Zellverbinder (20) ein Y-Profil aufweist, und vorzugsweise aus zwei verschiedenen metallischen Werkstoffen besteht.
  7. 7. Batterie (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass Zellverbinder (19, 20) mit U-Profil und mit Y-Profil abwechselnd zwischen aufeinanderfolgenden Batteriezellen (5) angeordnet sind.
  8. 8. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Durchsetzfügeverbindung (21) in einem Kühlluftkanal (27) angeordnet ist.
  9. 9. Batterie (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Durchsetzfügeverbindung (21) zumindest einen in die Kühlluftströmung des Kühlluftkanals (27) hineinragenden Clinchpunkt (21a) aufweist.
  10. 10. Batterie (1) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Clinchpunkt (21a) zumindest einer Durchsetzfügeverbindung (21) turbulenzerzeugend ausgebildet ist.
  11. 11. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Durchsetzfügeverbindung (21) auch zumindest ein Zellspannungsüberwachungskabel (22) mit zumindest einem Zellpol (18) elektrisch leitend verbunden ist.
    2011 06 30 Fu/St
ATA956/2011A 2011-06-30 2011-06-30 Wiederaufladbare elektrische batterie AT511667B1 (de)

Priority Applications (8)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA956/2011A AT511667B1 (de) 2011-06-30 2011-06-30 Wiederaufladbare elektrische batterie
DE201211002697 DE112012002697A5 (de) 2011-06-30 2012-06-26 Elektrische Speichereinrichtung
US14/129,975 US20140154602A1 (en) 2011-06-30 2012-06-26 Electric storage device
CN201280031341.4A CN103891004A (zh) 2011-06-30 2012-06-26 蓄电设备
EP12733022.3A EP2727172A1 (de) 2011-06-30 2012-06-26 Elektrische speichereinrichtung
KR1020147000737A KR20140041716A (ko) 2011-06-30 2012-06-26 축전 장치
JP2014517646A JP2014524107A (ja) 2011-06-30 2012-06-26 蓄電デバイス
PCT/EP2012/062309 WO2013000889A1 (de) 2011-06-30 2012-06-26 Elektrische speichereinrichtung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ATA956/2011A AT511667B1 (de) 2011-06-30 2011-06-30 Wiederaufladbare elektrische batterie

Publications (2)

Publication Number Publication Date
AT511667A1 true AT511667A1 (de) 2013-01-15
AT511667B1 AT511667B1 (de) 2015-07-15

Family

ID=46466454

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ATA956/2011A AT511667B1 (de) 2011-06-30 2011-06-30 Wiederaufladbare elektrische batterie

Country Status (8)

Country Link
US (1) US20140154602A1 (de)
EP (1) EP2727172A1 (de)
JP (1) JP2014524107A (de)
KR (1) KR20140041716A (de)
CN (1) CN103891004A (de)
AT (1) AT511667B1 (de)
DE (1) DE112012002697A5 (de)
WO (1) WO2013000889A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020108699A1 (de) 2020-03-30 2021-09-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug

Families Citing this family (23)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581363C2 (ru) * 2011-08-03 2016-04-20 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Композиции ионных/ионогенных гребнеобразных сополимеров и продукты для личного ухода, содержащие их
FR3011130A1 (fr) * 2013-09-24 2015-03-27 Valeo Systemes Thermiques Systeme de refroidissement de batterie d'accumulateurs
DE102013020942A1 (de) * 2013-12-12 2015-06-18 Daimler Ag Verfahren zur Wartung, Reparatur und/oder Optimierung einer Batterie und Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen
AT515298B1 (de) 2014-01-31 2015-08-15 Avl List Gmbh Verbindungselement zum Kontaktieren von zumindest einem Zellpol einer Batteriezelle
DE102014205522B3 (de) 2014-03-25 2015-08-27 Magna Steyr Battery Systems Gmbh & Co Og Verfahren zum Verbinden mehrerer galvanischer Zellen mit Zellverbinder
AT515783B1 (de) 2014-06-06 2015-12-15 Avl List Gmbh Verfahren zur fertigung eines elektrischen energiespeichers
JP6442975B2 (ja) * 2014-10-22 2018-12-26 株式会社Ｇｓユアサ 端子間接続体及び蓄電装置
FR3030897A1 (fr) * 2014-12-18 2016-06-24 Renault Sa Module de cellules elementaires et dispositif de stockage d'energie electrique
CN105789500A (zh) * 2014-12-23 2016-07-20 比亚迪股份有限公司 电池的外壳及其制备方法以及电池、电池组、电池包和电动汽车
CN105789502A (zh) * 2014-12-23 2016-07-20 比亚迪股份有限公司 一种电池模块外壳及其制备方法以及电池模组、电池包和电动汽车
EP3154103B1 (de) * 2015-10-07 2019-02-27 Samsung SDI Co., Ltd. Batteriemodul mit einem gehäuseboden mit integrierter kühlung
DE102016106835B3 (de) * 2016-04-13 2017-06-29 Peter Fischer Busbar mit einer Mehrzahl von Filmkondensatoren
JP6762156B2 (ja) * 2016-07-15 2020-09-30 株式会社エンビジョンＡｅｓｃジャパン 組電池及び組電池の製造方法
DE102016011787A1 (de) 2016-09-30 2017-04-06 Daimler Ag Zellblock für eine Kraftfahrzeugbatterie mit einem in dem Zellblock ausgebildeten Matrizenelement
DE102017203321A1 (de) * 2017-03-01 2018-09-06 Audi Ag Baukastensystem für Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen
DE102017211263A1 (de) * 2017-06-19 2018-12-20 Robert Bosch Gmbh Akkupackvorrichtung
DE102018130335A1 (de) * 2018-11-29 2020-06-04 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Hochvoltbatterie mit einer Temperiereinrichtung sowie Fahrzeug
JP7152948B2 (ja) * 2018-12-25 2022-10-13 株式会社豊田自動織機 蓄電装置
DE102020003886A1 (de) * 2020-06-29 2020-10-15 Daimler Ag Verfahren und Vorrichtung zum Bereitstellen einer Batterie für ein elektrisch betreibbares Kraftfahrzeug
KR20220012037A (ko) * 2020-07-22 2022-02-03 주식회사 엘지에너지솔루션 전극 리드와 전압 센싱부재 간의 연결을 단순화한 배터리 모듈 및 이를 포함하는 배터리 팩
DE102020125856A1 (de) * 2020-10-30 2022-05-05 Volkswagen Aktiengesellschaft Batteriemodul
JP7789154B2 (ja) * 2024-03-05 2025-12-19 恵州億緯▲リ▼能股▲フン▼有限公司 電池モジュール及び電池パック
DE102024203591A1 (de) * 2024-04-18 2025-10-23 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Stromübertragungsvorrichtung für ein Brennstoffzellensystem

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100092858A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 Takashiro Shigeru Terminal unit and method of manufacturing the same
DE102009046505A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Verfahren zur Verbindung eines Batteriepols an einer ersten Batteriezelle mit einem Batteriepol an einer zweiten Batteriezelle sowie Batterie mit miteinander verbundenen Batteriezellen und Batteriesystem
WO2011144372A1 (de) * 2010-05-17 2011-11-24 Sb Limotive Company Ltd. Lithium-ionen-batteriezelle sowie verfahren zur herstellung einer elektrisch leitfähigen kontaktierung von terminals von batteriezellen

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4049882A (en) 1976-02-11 1977-09-20 Union Carbide Corporation Battery assembly
JP2625041B2 (ja) * 1991-03-12 1997-06-25 日本碍子株式会社 高温電池装置
FR2718886B1 (fr) * 1994-04-13 1996-05-24 Accumulateurs Fixes Système de raccordement électrique pour générateur électrochimique.
DE102004003066B4 (de) 2004-01-21 2008-01-03 Varta Automotive Systems Gmbh Prismatischer Akkumulator und Verfahren zur Herstellung desselben
DE202005013220U1 (de) * 2005-08-19 2005-12-22 Wagon Automotive Gmbh Blechformteil mit Durchsetzfügeverbindungen
JP5078282B2 (ja) * 2006-05-31 2012-11-21 三洋電機株式会社 組電池
US7531270B2 (en) 2006-10-13 2009-05-12 Enerdel, Inc. Battery pack with integral cooling and bussing devices
US20100104927A1 (en) 2008-10-29 2010-04-29 Scott Albright Temperature-controlled battery configuration
KR100937897B1 (ko) 2008-12-12 2010-01-21 주식회사 엘지화학 신규한 공냉식 구조의 중대형 전지팩
US8999546B2 (en) * 2009-01-12 2015-04-07 A123 Systems Llc Structure of prismatic battery modules with scalable architecture
DE102009000827A1 (de) * 2009-02-13 2010-08-19 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Verbinden zumindest zwei elektrischer Anschlüsse
US8551638B2 (en) * 2009-07-24 2013-10-08 Alexander D. Khakhalev Battery pack having welded cell tab and interconnect assembly
DE102009035463A1 (de) 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Batterie mit einer Vielzahl von plattenförmigen Batteriezellen
US9385360B2 (en) * 2010-08-10 2016-07-05 GM Global Technology Operations LLC Integrated stackable battery

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100092858A1 (en) * 2008-10-14 2010-04-15 Takashiro Shigeru Terminal unit and method of manufacturing the same
DE102009046505A1 (de) * 2009-11-06 2011-05-12 SB LiMotive Company Ltd., Suwon Verfahren zur Verbindung eines Batteriepols an einer ersten Batteriezelle mit einem Batteriepol an einer zweiten Batteriezelle sowie Batterie mit miteinander verbundenen Batteriezellen und Batteriesystem
WO2011144372A1 (de) * 2010-05-17 2011-11-24 Sb Limotive Company Ltd. Lithium-ionen-batteriezelle sowie verfahren zur herstellung einer elektrisch leitfähigen kontaktierung von terminals von batteriezellen

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102020108699A1 (de) 2020-03-30 2021-09-30 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Speichereinrichtung zum Speichern von elektrischer Energie für ein Kraftfahrzeug

Also Published As

Publication number Publication date
US20140154602A1 (en) 2014-06-05
WO2013000889A9 (de) 2013-02-28
DE112012002697A5 (de) 2014-03-20
KR20140041716A (ko) 2014-04-04
AT511667B1 (de) 2015-07-15
WO2013000889A1 (de) 2013-01-03
JP2014524107A (ja) 2014-09-18
EP2727172A1 (de) 2014-05-07
CN103891004A (zh) 2014-06-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AT511667B1 (de) Wiederaufladbare elektrische batterie
AT511668B1 (de) Wiederaufladbare elektrische batterie
AT511670B1 (de) Wiederaufladbare elektrische batterie
EP3080854B1 (de) Verfahren zur wartung, reparatur und/oder optimierung einer batterie und batterie mit einer anzahl von elektrisch miteinander verschalteten einzelzellen
DE60001206T2 (de) Verbindungsstruktur zum Befestigen von Gruppen von Elektrodenplatten in einer modular aufgebauten Batterie
AT511669A1 (de) Wiederaufladbare elektrische batterie
DE60308922T2 (de) Gasdichte prismatische Batterie
DE112018003895T5 (de) Energiespeichereinrichtung
DE102008059949A1 (de) Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie
EP2740169A1 (de) Einzelzelle für eine batterie und eine batterie
EP2550694A1 (de) Einzelzelle und batterie mit einer mehrzahl von einzelzellen
WO2013023766A1 (de) Gehäusedeckel für einen elektrochemischen energiespeicher mit einem becherförmigen gehäuse und verfahren zur herstellung des gehäusedeckels
DE102013021549A1 (de) Hochvoltbatterie
DE102006054309A1 (de) Batteriezelle mit Kontaktelementenanordnung
DE3733734A1 (de) Elektrischer akkumulator
WO2012062396A1 (de) Batterie mit einem zellverbund
WO2013107491A1 (de) Zellengehäuse für elektrochemische zellen zum aufbau eines elektrochemischen energiespeichers
DE102013016617A1 (de) Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen
DE102009035489A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie
DE102014216203B4 (de) Brennstoffzelle für ein fahrzeug
EP2399308B1 (de) Galvanische zelle
DE102008059950A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie mit schalenförmigem Gehäuseteil
DE102010050982A1 (de) Einzelzelle für eine Batterie
AT526615B1 (de) Zellenmodul mit wiederaufladbaren Zellen
WO2019228823A1 (de) Elektrischer energiespeicher

Legal Events

Date Code Title Description
MM01 Lapse because of not paying annual fees

Effective date: 20180630