AT511670B1 - Wiederaufladbare elektrische batterie - Google Patents

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AT511670B1 ATA958/2011A AT9582011A AT511670B1 AT 511670 B1 AT511670 B1 AT 511670B1 AT 9582011 A AT9582011 A AT 9582011A AT 511670 B1 AT511670 B1 AT 511670B1
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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 die Batteriezellen zwischen zwei im wesentlichen parallel zu den Batteriezellen (5) angeordneten Platten (6) eingespannt sind, wobei die Platten (6) über im wesentlichen parallel zu den Batteriezellen (5) angeordnete Spannschrauben (9) mit im wesentlichen normal zu den Platten (6) ausgebildeten Halteplatten (7, 8) fest verbunden sind, wobei die Platten (6) und die Halteplatten (7, 8) einen Halterahmen (10) für zumindest einen zwischen den Halteplatten (7, 8) angeordneten Stapel (3, 4) ausbilden. Eine sichere Aufnahme für Batteriezellen (5) kann auf fertigungstechnisch einfache Weise ermöglicht werden, wenn in Stapelrichtung (y) mehrere Stapel (3, 4) hintereinander angeordnet sind, wobei die Stapel (3, 4) durch jeweils eine Platte (6) voneinander getrennt sind.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare elektrische Batterie, insbesondere Hoch¬spannungsbatterie, vorzugsweise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel von inStapelrichtung aneinandergereihten Batteriezellen, wobei die Batteriezellen zwischen zwei imWesentlichen parallel zu den Batteriezellen angeordneten Platten eingespannt sind, wobei diePlatten über im Wesentlichen parallel zu den Batteriezellen angeordnete Spannschrauben mitim Wesentlichen normal zu den Platten ausgebildeten Halteplatten fest verbunden sind, wobeidie Platten und die Halteplatten einen Halterahmen für zumindest einen zwischen den Halte¬platten angeordneten Stapel ausbilden.
[0002] Bei Batterien, welche Packungen beispielsweise aus mehreren Lithium-Ionen-Batterie-zellen aufweisen, werden die Batteriezellen durch Druckplatten mittels einer Spannschraubenoder Spanngurte aufweisenden Spanneinrichtung aneinandergepresst. Diese Art der Verbin¬dung ist allerdings sehr platz-, zeit- und teileaufwändig. Das Vorspannen der Batteriezellenbenötigt mehrere Arbeitsschritte und ist relativ zeitintensiv, was insbesondere bei Serienherstel¬lung ein Problem darstellt. Weiters ist es schwierig, eine gleichbleibende und gleichmäßigeVorspannung der Batteriezellen über die Lebensdauer zu gewährleisten.
[0003] Aus der DE 10 2009 035 463 A1 ist eine Batterie mit einer Vielzahl von flachen, imWesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen sind zueinem Zellenstapel gestapelt und mit einem Batteriegehäuse umgeben. Die Batterieeinzelzellensind dabei in Rahmenflachbauweise mit metallischen Blechen und einem Rahmen aus isolie¬renden Material ausgebildet.
[0004] Auch aus der WO 2008/048751 A2 ist ein Batteriemodul mit einer Vielzahl an nebenei¬nander in einem Stapel angeordneten plattenförmigen Batteriezellen bekannt, welche in einemGehäuse untergebracht sind.
[0005] Die WO 2010/053689 A2 beschreibt eine Batterieanordnung mit einem Gehäuse undeiner Mehrzahl von Lithium-Ionen-Zellen, welche nebeneinander angeordnet sind. Das Gehäu¬se ist zur Kühlung mit einem thermisch leitenden, elektrisch isolierenden Fluid durchströmt.
[0006] Aus der WO 2010/067944 A1 ist eine Batterie mit nebeneinander angeordneten Stapelvon Batteriezellen bekannt, wobei Batteriezellen durch Kühlluftgekühlt werden.
[0007] Die EP 2 330 657 A1 offenbart einen Batteriemodul mit einem Stapel von wiederauflad¬baren Batterieeinheiten, die zwischen zwei parallel zu den Batterieeinheiten angeordnetenEndplatten und normal dazu angeordneten seitlichen Halteplatten eingespannt sind. Endplatten,Seitenplatten, sowie Deck- und Bodenplatte sind mit parallel zu den Batteriezellen angeordne¬ten Schrauben verbunden. Die seitlichen Halteplatten sowie die Deckplatte weisen Öffnungenauf. Mehrere Batteriemodule können in vertikaler oder horizontaler Richtung übereinander odernebeneinander angeordnet werden. Dies erfordert allerdings relativ hohen Platzbedarf.
[0008] Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Batterie der eingangs genannten Art eine sichereAufnahme für Batteriezellen auf fertigungstechnisch einfache Weise zu schaffen.
[0009] Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass in Stapelrichtung mehrere Stapelhintereinander angeordnet sind, wobei die Stapel durch jeweils eine Platte voneinander ge¬trennt sind.
[0010] Vorzugsweise ist vorgesehen, dass zumindest zwei, vorzugsweise zumindest dreiSpannschrauben im Bereich jeder Platte angeordnet sind, wobei vorzugsweise die Spann¬schrauben die Platte in deren Ebene durchsetzen.
[0011] Die Vorspannung der Batteriezellen zwischen einer ersten Platte und einer zweitenPlatte ist jeweils durch die Abstände von Aufnahmebohrungen in den Halteplatten für dieSpannschrauben der ersten Platte in Bezug auf Aufnahmebohrungen der zweiten Platte defi¬niert.
[0012] In einer Querrichtung zur Stapelrichtung können zumindest zwei Stapel von Batteriezel¬len nebeneinander angeordnet und zwischen den beiden Platten eingespannt sein. Somit kön¬nen mehrere Reihen von Stapel nebeneinander angeordnet sein. Durch Erhöhen oder Vermin¬dern der Anzahl der Reihen und Stapel kann die Kapazität der Batterie auf die jeweilige Anfor¬derung angepasst werden. In Stapelrichtung können somit mehrere Stapel hintereinander an¬geordnet sein, wobei die Stapel durch jeweils eine Platte voneinander getrennt sind. Die Längeder Halteplatten kann sich in Stapelrichtung (y) über mehrere Stapel, vorzugsweise über alle inStapelrichtung hintereinander angeordnete Stapel, erstrecken.
[0013] Um Gewicht zu sparen ist es vorteilhaft, wenn die Halteplatten Öffnungen aufweisen.
[0014] Um die Steifigkeit des Halterahmens zu erhöhen, weist zumindest eine Platte eine Wel¬lenstruktur auf, wobei vorzugsweise die Wellen parallel zu den Achsen der Spannschraubenausgebildet sind. Um eine gleichmäßige Spannkraft zu ermöglichen, ist vorzugsweise vorgese¬hen, dass zwischen zumindest einer Platte und einer angrenzenden Batteriezelle eine elasti¬sche Isolierschicht, vorzugsweise aus einem Schaumstoff, angeordnet ist.
[0015] Die durch ein Montagewerkzeug vorgespannten Batteriezellen werden stapelweise odermodulweise in den aus Platten und Halteplatten gebildeten Halterahmen eingesetzt und dieMontagewerkzeuge abgezogen. Die durch die Spannschrauben in ihrer Position fixierten Plat¬ten begrenzen die elastische Ausdehnung der Isolierschicht und/oder der Batteriezellen inStapelrichtung, so dass die Batteriezellen im eingebauten Zustand eine definierte restlicheVorspannung aufweisen, welche im Wesentlichen über die gesamte Lebensdauer erhaltenbleibt.
[0016] Zur Erhöhung der volumetrischen Energiedichte ist es vorteilhaft, wenn zumindest zweinebeneinander angeordnete Stapel in Stapelrichtung versetzt zueinander angeordnet sind. DerVersatz der beiden Stapel beträgt vorzugsweise etwa die halbe Dicke einer Batteriezelle.
[0017] Um eine dichte Packung zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn zumindest eineBatteriezelle eines Stapels zumindest teilweise überlappend bezüglich zumindest einer Batte¬riezelle eines benachbarten Stapels angeordnet ist. Um die verbleibenden Hohlräume zu nut¬zen, kann zwischen zumindest einem überlappenden Bereich der Batteriezellen benachbarterStapel zumindest ein erster Kühlluftkanal ausgebildet sein.
[0018] Um Bauraum zu sparen, können die Platten im Bereich der Überlappung eine Stufeaufweisen.
[0019] Zumindest eine Batteriezelle ist von einer Kunststoffzellhülle umgeben, wobei die Kunst¬stoffzellhülle eine - vorzugsweise etwa im Bereich einer Zellmittelebene - umlaufend entlang derSchmalseite der Batteriezelle angeordnete, vorragende Siegelnaht aufweist. Zwischen denSiegelnähten von benachbarten Batteriezellen eines Stapels ist jeweils ein Freiraum aufge¬spannt. Dieser Freiraum kann einen ersten und/oder zweiten Kühlluftkanal bilden. Dabei kannzumindest ein erster Kühlluftkanal in Richtung einer Hochachse der Batterie und zumindest einzweiter Kühlluftkanal in Richtung einer normal zur Hochachse und normal zur Stapelrichtungausgebildeten Querachse der Batterie angeordnet sein.
[0020] U m eine einfache Fertigung zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn jeweils zwei Stapelmit teilweise überlappenden Batteriezellen ein Batteriemodul bilden, wobei vorzugsweise jedesBatteriemodul zwischen zwei vorzugsweise thermisch und/oder elektrisch isolierend ausgebilde¬te Platten angeordnet ist.
[0021] Über den ersten Kühlluftkanal wird der Bereich zwischen den beiden benachbartenStapeln durchströmt und gekühlt. Die von Kühlluft durchströmten zweiten Kühlluftkanäle sind ander Oberseite der Batterie angeordnet und dienen der Kühlung der Zellpole und/oder derelektrischen Zellverbinder. Dabei kann eine besonders gute Kühlung letzterer erreicht werden,wenn zumindest ein vorzugsweise ein U-Profil oder Y-Profil aufweisender Zellverbinder zurelektrischen Verbindung zweier benachbarter Batteriezellen in einen zweiten Kühlluftkanalhineinragt. Die ersten und/oder zweiten Kühlluftkanäle können dabei Teil eines geschlossenen Kühlluftkreislaufes zur Kühlung der Batterie sein, wobei vorzugsweise der Kühlluftkreislaufzumindest ein Kühlluftgebläse und zumindest einen Wärmetauscher aufweist. Durch den ge¬schlossenen Kühlluftkreislauf kann die Kühlung der Batterie weitgehend unabhängig von nach¬teiligen Umwelteinflüssen, wie Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen, Luftverschmut¬zung, oder dergleichen, durchgeführt werden. Dies gewährleistet konstante optimale Betriebs¬bedingungen für die Batterie und ermöglicht eine hohe Lebensdauer derselben.
[0022] Zumindest eine Siegelnaht einer Batteriezelle eines ersten Stapels kann in einen vonSiegelnähten zweier benachbarter Batteriezellen eines zweiten Stapels aufgespannten Frei¬raum hineinragen. Dabei können die den Freiraum begrenzenden oder in den Freiraum ragen¬den Siegelnähte Strömungsleitflächen für Kühlluft ausbilden. Dadurch wird einerseits die Kühl¬luftführung verbessert und andererseits die von Kühlluft überstrichene Oberfläche vergrößert.
[0023] Um eine thermische Überhitzung von benachbarten Batteriezellen möglichst zu vermei¬den, ist vorgesehen, dass zwischen zweier benachbarter Batteriezellen zumindest eines Sta¬pels eine thermische und elektrische Isolationsschicht angeordnet ist, wobei vorzugsweise dieIsolationsschicht durch eine Isolationsfolie gebildet ist.
[0024] Durch die beschriebenen Maßnahmen kann der erforderliche Bauraum verringert unddie volumetrische Energiedichte erhöht werden. Die Erfindung wird im folgenden an Hand derFig. näher erläutert.
[0025] Es zeigen [0026] Fig. 1 eine erfindungsgemäße Batterie in einer Schrägansicht von oben, [0027] Fig. 2 die Batterie in einem Schnitt gemäß der Linie II - II in Fig. 1, [0028] Fig. 3 die Batterie in einer Vorderansicht, [0029] Fig. 4 die Batterie in einer Schrägansicht von unten, [0030] Fig. 5 ein Batteriemodul der Batterie in einer Schrägansicht, [0031] Fig. 6 dieses Batteriemodul in einer Ansicht von unten, [0032] Fig. 7 einen Stapel von Batteriezellen in einer Schrägansicht, [0033] Fig. 8 diesen Stapel in einer Seitenansicht, [0034] Fig. 9 die Stapel von Batteriezellen eines Batteriemoduls in einer Schrägansicht, [0035] Fig. 10 ein Batteriemodul in einem Schnitt gemäß der Linie X - X in Fig. 9 und [0036] Fig. 11 ein Detail dieses Batteriemoduls in einem Schnitt analog zu Fig. 10.
[0037] Die wiederaufladbare Batterie 1 weist im Ausführungsbeispiel sieben Batteriemodule 2auf, wobei jedes Batteriemodul 2 zwei Stapel 3, 4 von nebeneinander angeordneten und ver¬spannten Batteriezellen 5 aufweist. Die Stapel 3, 4 jedes Batteriemoduls 2 sind zwischen zweistruktursteifen 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 zwi¬schen zwei Halteplatten 7, 8 an der Vorder- und Rückseite der Batterie 1 eingespannt, wobeidie Halteplatte 7 an der Vorderseite über Spannschrauben 9 mit der Halteplatte 8 an der Rück¬seite fest verbunden ist. Die Spannschrauben 9 sind dabei jeweils im Bereich der Platten 6angeordnet. Die Platten 6 bilden zusammen mit den Halteplatten 7, 8 einen Halterahmen 10 fürdie Batteriemodule 2. Die Halteplatten 7, 8 weisen Öffnungen auf, um das Gewicht so geringwie möglich zu halten. Der - in Stapelrichtung y gesehene - definierte Abstand zwischen denSpannschrauben 9 gewährleistet, dass die Batteriezellen 5 lagerichtig und mit bestimmter undüber die Lebensdauer der Batterie 1 im wesentlichen unveränderlicher Vorspannung verbautsind. Zwischen den Platten 6 und den angrenzenden Batteriezellen 5 ist dabei jeweils eineelastische Isolierschicht 6a, beispielsweise aus einem Schaumstoff, angeordnet, welcher einegleichmäßige und schonende Druckverteilung ermöglicht.
[0038] Nach unten wird die Batterie 1 durch eine Bodenplatte 11 abgeschlossen.
[0039] Die Batterie 1 samt Halterahmen 10 ist in einem Gehäuse 12 angeordnet, wobei zwi¬schen dem Gehäuse 12 und der Batterie 1 Kühlluftströmungswege ausgebildet sind. Zur Füh¬rung der Kühlluftströmung sind in den Gehäuseboden 12a Strömungsleitflächen 13 eingearbei¬tet, wie aus Fig. 2 und 4 ersichtlich ist. Jede Batteriezelle 5 ist von einer Kunststoffhülle 14umgeben, wobei die Kunststoffhülle 14 etwa im Bereich einer Zellmittelebene 15 entlang derSchmalseite 5a eine vorragende Siegelnaht 16 zur Abdichtung aufweist. Zwischen den Siegel¬nähten 16 zweier benachbarter Batteriezellen 5 eines Stapels 3, 4 ist jeweils ein Freiraum 17aufgespannt.
[0040] Um Bauraum einzusparen, sind die zwei nebeneinander angeordneten Stapel 3, 4 jedesBatteriemoduls 2 versetzt und überlappend zueinander ausgebildet. Der Versatz V beträgtdabei etwa der halben Dicke D einer Batteriezelle 5. Die Siegelnähte 16 einer Batteriezelle 5des einen Stapels 3, 4 ragen dabei in einen von Siegelnähten 16 zweier benachbarter Batterie¬zellen 5 des anderen Stapels 4, 3 aufgespannten Freiraum 17 hinein. Dadurch kann der Frei¬raum 17 zumindest teilweise durch die Unterbringung eines Teiles der Siegelnähte 16 genutztwerden. Dies wirkt sich sehr vorteilhaft auf die Größe des verbauten Raumes und auf die volu¬metrische Energiedichte aus. Der Versatz v zwischen den beiden Stapeln 3, 4 bewirkt, dass diePlatten 6 im Bereich einer Längsmittelebene 1a der Batterie 1 eine Stufe 24 ausbilden.
[0041] An der oberen Schmalseite 5a ragen aus den Kunststoffhüllen 14 Zellpole 18, welcheüber U- und Y-förmige Zellverbinder 19, 20 miteinander verbunden sind.
[0042] Die Verbindung zwischen den Zellverbindern 19, 20 und den Zellpolen 18 kann als einenoder mehrere Clinchpunkte 21a aufweisende Durchsetzfügeverbindung 21 in einem Durchsetz-fügeverfahren ausgeführt sein. Dies ermöglicht eine besonders hohe Stromtragfähigkeit durchnebeneinander angeordnete Mehrfachfügepunkte sowie eine korrosionsfeste Langzeitverbin¬dung auf Grund der luftdicht abgeschlossenen Fügestellen und eine einfache Kontaktierung derZellpole 18 mit unterschiedlichen Materialien (Kupfer zu Aluminium und umgekehrt), ohne zu¬sätzliche Bauteile. Mittels Durchsetzfügeverfahren lassen sich zwei bis vier Bleche miteinanderelektrisch 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 könnensomit in einem Arbeitsschritt gleichzeitig mit den Zellverbindern 19, 20 auch Zellspannungs¬überwachungskabel 22 an den Zellpolen 18 in einem Durchsetzfügeverfahren angebundenwerden. Da die Position der Clinchpunkte 21a der Durchsetzfügeverbindung 21 mehr streuendarf, als zum Beispiel bei einer Laserschweißverbindung, ergibt sich ein relativ hohes Toleranz¬kompensationsvermögen. Durch Verwendung von Parallel- und Mehrfachwerkzeugen lässt sichfür größere Stückzahlen eine einfache und kostengünstige Fertigung realisieren, wobei nurwenige und leicht beherrschbare Einflussgrößen wie Materialwandstärke, Presskraft etc. vorlie¬gen. Durch die in den Kühlluftkanal 27 ragenden Clinchpunkte 21a wird die wärmeableitendeOberfläche der Batterie 1 erhöht, was insbesondere bei direkter Luftkühlung der Zellpole 18 vonBedeutung ist. Die hervorstehenden Clinchpunkte 21a tragen dabei auch zur Turbulenzerhö¬hung bei, was insbesondere bei Luftkühlung den Wärmetransport verbessert. Durch Ihre positi¬ve Auswirkung auf die Kühlung tragen somit Clinchpunkte 21a auch zur Erhöhung der volumet¬rischen Energiedichte durch effiziente Bauraumausnutzung bei.
[0043] Um eine besonders gute volumetrische Energiedichte zu erreichen, ist es erforderlich,die Batteriezellen 5 möglichst nahe aneinander zu positionieren. Dazu wird zwischen den Batte¬riezellen 5 eine möglichst dünne, thermische und elektrische Isolatorschicht 23, zum Beispieleine Isolationsfolie, angeordnet, um das Auftreten eines „Dominoeffektes" bei einer thermischenÜberlastung einer benachbarten Batteriezelle 5 zu vermeiden.
[0044] Die Freiräume 17 bilden zugleich Kühlluftkanäle 26, 27 aus. Im Bereich der Überlappung25 der beiden Stapel 3, 4, also im Bereich der Längsmittelebene 1a der Batterie 1, bilden dieFreiräume 17 erste Kühlluftkanäle 26, welche in Richtung der Hochachse z der Batterie 1 ange¬ordnet sind. Die Siegelnähte 16 bilden dabei Strömungsleitflächen für die Luftströmung undwärmeabführende Oberflächen. In Richtung einer Querachse x normal auf die Hochachse z undnormal auf die Stapelrichtung y sind zweite Kühlluftkanäle 27 im Bereich der Zellpole 18 durch die Freiräume 17 an der Oberseite der Batteriezellen 5 gebildet.
[0045] Die ersten und zweiten Kühlluftkanäle 26, 27 sind Teil eines geschlossenen Kühlluft¬kreislaufes 28 zur Kühlung der Batterie 1, wobei der Kühlluftkreislauf 28 zumindest ein Kühlluft¬gebläse 29 und zumindest einen Wärmetauscher 30 aufweist. Die Kühlluft wird dabei - vomKühlluftgebläse 29 und dem Wärmetauscher 30 kommend - in das Gehäuse 12 im Bereich derHalteplatte 9 an der Rückseite und/oder Oberseite der Batterie 1 oder im Bereich der Zellpole18 zugeführt. Die Kühlluft durchströmt dabei die zweiten Kühlluftkanäle 27 und kühlt Zellpole 18und Zellverbinder 19, 20. Danach gelangt zumindest ein Teil der Kühlluft in die ersten Kühlluft¬kanäle 26, welche die Kühlluft entgegen der Hochachse z nach unten führen. Dabei werden alleZwischenräume 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 auchdie restliche Kühlluft zum Gehäuseboden 12a des Gehäuses 12, wo es durch die Strömungs¬leitflächen 13 zur Fahrzeuglängsmittelebene ε geleitet und gesammelt wird. Danach wird dieKühlluft wieder durch das Kühlluftgebläse angesaugt und im Wärmetauscher 30 abgekühlt,bevor es wieder im geschlossenen Kühlkreislauf 28 der Batterie 1 zugeführt wird.

Claims (21)

  1. Patentansprüche 1. Wiederaufladbare elektrische Batterie (1), insbesondere Hochspannungsbatterie, vorzugs¬weise für ein Elektrofahrzeug, mit zumindest einem Stapel (3, 4) von in Stapelrichtung (y)aneinandergereihten Batteriezellen (5), wobei die Batteriezellen zwischen zwei im Wesent¬lichen parallel zu den Batteriezellen (5) angeordneten Platten (6) eingespannt sind, wobeidie Platten (6) über im Wesentlichen parallel zu den Batteriezellen (5) angeordnete Spann¬schrauben (9) mit im Wesentlichen normal zu den Platten (6) ausgebildeten Halteplatten(7, 8) fest verbunden sind, wobei die Platten (6) und die Halteplatten (7, 8) einen Halterah¬men (10) für zumindest einen zwischen den Halteplatten (7, 8) angeordneten Stapel (3, 4)ausbilden, dadurch gekennzeichnet, dass in Stapelrichtung (y) mehrere Stapel (3, 4) hin¬tereinander angeordnet sind, wobei die Stapel (3, 4) durch jeweils eine Platte (6) vonei¬nander getrennt sind.
  2. 2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei, vorzugs¬weise zumindest drei Spannschrauben (9) im Bereich jeder Platte (6) angeordnet sind, wo¬bei vorzugsweise die Spannschrauben (9) die Platte (6) in deren Ebene durchsetzen.
  3. 3. Batterie (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannung derBatteriezellen (5) zwischen einer ersten Platte und einer zweiten Platte (6) durch die Ab¬stände von Aufnahmebohrungen in den Halteplatten (7, 8) für die Spannschrauben (9) derersten Platte (6) in Bezug auf Aufnahmebohrungen der zweiten Platte (6) definiert ist.
  4. 4. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einerQuerrichtung (x) zur Stapelrichtung (y) zumindest zwei Stapel (3, 4) von Batteriezellen (5)nebeneinander angeordnet und zwischen den beiden Platten (6) eingespannt sind.
  5. 5. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindestzwei nebeneinander angeordnete Stapel (3, 4) in Stapelrichtung (y) versetzt zueinanderangeordnet sind.
  6. 6. Batterie (1) Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Versatz (V) der beiden Stapel(3, 4) etwa die halbe Dicke (D) einer Batteriezelle (5) beträgt.
  7. 7. Batterie (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eineBatteriezelle (5) eines Stapels (3, 4) zumindest teilweise überlappend bezüglich zumindesteiner Batteriezelle (5) eines benachbarten Stapels (4, 3) angeordnet ist.
  8. 8. Batterie (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Überlappung (25) zumindest ein erster Kühlluftkanal (26) ausgebildet ist.
  9. 9. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindesteine Batteriezelle (5) von einer Kunststoffzellhülle (14) umgeben ist, wobei die Kunststoff¬zellhülle (14) eine - vorzugsweise etwa im Bereich einer Zellmittelebene (15) - umlaufendentlang der Schmalseite (5a) der Batteriezelle (5) angeordnete, vorragende Siegelnaht (16)aufweist, wobei zwischen jeweils den Siegelnähten (16) von benachbarten Batteriezellen (5) eines Stapels (3, 4) ein Freiraum (17) aufgespannt ist.
  10. 10. Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Freiraum(17) einen ersten und/oder zweiten Kühlluftkanal (26, 27) ausbildet.
  11. 11. Batterie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein erster Kühl¬luftkanal (26) in Richtung einer Hochachse (z) der Batterie (1) und zumindest ein zweiterKühlluftkanal (27) in Richtung einer normal zur Hochachse (z) und normal zur Stapelrich¬tung (y) ausgebildeten Querachse (x) der Batterie (1) angeordnet ist.
  12. 12. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest eine Siegelnaht (16) einer Batteriezelle (5) des einen Stapels (3, 4) in einen von denSiegelnähten (16) zweier benachbarter Batteriezellen (5) des anderen Stapels (4, 3) aufge¬spannten Freiraum (17) hineinragt.
  13. 13. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass zwischenzwei benachbarten Batteriezellen (5) zumindest eines Stapels (3, 4) eine thermische undelektrische Isolatorschicht (21) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Isolatorschicht (21)durch eine Isolationsfolie gebildet ist.
  14. 14. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest ein Freiraum (17) einen Kühlluftkanal (26, 27) bildet, wobei die den Freiraum (17) be¬grenzenden oder in den Freiraum (17) ragenden Siegelnähte (16) Strömungsleitflächen fürKühlluft ausbilden.
  15. 15. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die zwi¬schen jeweils zwei Platten (6) eingespannten Batteriezellen (5) einen Batteriemodul (2) bil¬den.
  16. 16. Batterie (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Stapel (3, 4)einen Batteriemodul (2) bilden, wobei vorzugsweise jedes Batteriemodul (2) zwischen zweivorzugsweise thermisch und/oder elektrisch isolierend ausgebildete Platten (6) angeordnetist.
  17. 17. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 7 bis 16, dadurch gekennzeichnet, die Platten (6)im Bereich der Überlappung (25) eine Stufe (24) aufweisen.
  18. 18. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass sich dieLänge der Halteplatten (7, 8) in Stapelrichtung (y) über mehrere Stapel (3, 4), vorzugswei¬se über alle in Stapelrichtung (y) hintereinander angeordnete Stapel (3, 4), erstreckt.
  19. 19. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest eine Halteplatten (7, 8) zumindest eine Öffnung aufweist.
  20. 20. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass zumin¬dest eine Platte (6) eine Wellenstruktur aufweist, wobei vorzugsweise die Wellen parallelzu den Achsen der Spannschrauben (9) ausgebildet sind.
  21. 21. Batterie (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass zwischenzumindest einer Platte (6) und einer angrenzenden Batteriezelle (5) eine elastische Isolier¬schicht (6a), vorzugsweise aus einem Schaumstoff, angeordnet ist. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10632857B2 (en) 2016-08-17 2020-04-28 Shape Corp. Battery support and protection structure for a vehicle
US11214137B2 (en) 2017-01-04 2022-01-04 Shape Corp. Vehicle battery tray structure with nodal modularity
AT519359B1 (de) * 2017-01-19 2018-06-15 Avl List Gmbh Batteriemodul
WO2018213475A1 (en) 2017-05-16 2018-11-22 Shape Corp. Polarized battery tray for a vehicle
WO2018213383A1 (en) 2017-05-16 2018-11-22 Shape Corp. Vehicle battery tray with integrated battery retention and support features
US10886513B2 (en) 2017-05-16 2021-01-05 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based integration
US11088412B2 (en) 2017-09-13 2021-08-10 Shape Corp. Vehicle battery tray with tubular peripheral wall
DE112018005556T5 (de) 2017-10-04 2020-06-25 Shape Corp. Batterieträger-bodenbaugruppe für elektrofahrzeuge
EP3759761A4 (de) 2018-03-01 2021-09-08 Shape Corp. In fahrzeugbatteriefach integriertes kühlsystem
US11688910B2 (en) 2018-03-15 2023-06-27 Shape Corp. Vehicle battery tray having tub-based component
DE102019107991A1 (de) * 2019-03-28 2020-10-01 Webasto SE Batterieanordnung
DE102021111441A1 (de) * 2021-05-04 2022-11-10 Audi Aktiengesellschaft Modulgehäuse für ein Batteriemodul, Batteriemodul, Seitenplatteneinheit und Verfahren zum Bereitstellen eines Batteriemoduls
CN114784437A (zh) * 2022-04-22 2022-07-22 远景动力技术(江苏)有限公司 一种电池包及其组装方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100000816A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Wataru Okada Car battery array having a plurality of connected batteries
EP2317586A1 (de) * 2009-10-30 2011-05-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Stromversorgungsvorrichtung mit mehreren nebeneinander angeordneten Batteriezellen
EP2330657A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-08 SB LiMotive Co., Ltd. Batteriemodul und Batteriepack damit

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3451142B2 (ja) * 1994-11-18 2003-09-29 本田技研工業株式会社 温度制御機構を備えたバッテリ組立体
JP2000048867A (ja) * 1998-07-31 2000-02-18 Toyota Motor Corp 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
DE102009035463A1 (de) 2009-07-31 2011-02-03 Daimler Ag Batterie mit einer Vielzahl von plattenförmigen Batteriezellen

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100000816A1 (en) * 2008-07-07 2010-01-07 Wataru Okada Car battery array having a plurality of connected batteries
EP2317586A1 (de) * 2009-10-30 2011-05-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Stromversorgungsvorrichtung mit mehreren nebeneinander angeordneten Batteriezellen
EP2330657A1 (de) * 2009-12-04 2011-06-08 SB LiMotive Co., Ltd. Batteriemodul und Batteriepack damit

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