AT513835B1 - Wiederaufladbare Batterie - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Batterie (100) mit zumindest einer Batteriezelle (111, 111a), vorzugsweise mit einem Zellstapel (110) aus einer Vielzahl von Batteriezellen (111, 111a), mit einem Batteriegehäuse, das zwei Endplatten (140) aufweist, zwischen die die zumindest eine Batteriezelle (111, 111a) anordenbar ist, wobei zwischen zumindest einer der beiden Endplatten (140) und einer benachbart zu der Endplatte (140) angeordneten Batteriezelle (111, 111a) eine Verriegelungsplatte (120) mit zumindest einem Führungselement (130) angeordnet ist, die mit der Endplatte (140) zusammenwirkt. Zwischen Verriegelungsplatte (120) und Endplatte (140) ist ein Ausgleichselement (150) aus flexiblem Material angeordnet.

Description

österreichisches Patentamt AT513 835 B1 2014-08-15

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine wiederaufladbare Batterie mit zumindest einer Batteriezelle, vorzugsweise mit einem Zellstapel aus einer Vielzahl von Batteriezellen, mit einem Batteriegehäuse, das zumindest eine, vorzugsweise zwei Endplatten aufweist, zwischen die die zumindest eine Batteriezelle anordenbar ist, wobei zwischen zumindest einer der beiden Endplatten und einer benachbart zu der Endplatte angeordneten Batteriezelle eine Verriegelungsplatte mit zumindest einem Führungselement angeordnet ist, die mit der Endplatte zusammenwirkt.

[0002] Die insbesondere in der Automobilindustrie zum Einsatz kommenden wiederaufladbaren Batterien bestehen üblicherweise aus einer Vielzahl von Batteriezellen, die in Zellstapel zusammengefasst und miteinander verschaltet sind. Hierbei werden verschiedenste Zellentypen zu derartigen Zellstapeln oder auch Modulen zusammengefasst. Besonders von Interesse sind hierbei die sogenannten "Pouch"-Zellen, die eine gute Leistungs- und Energiedichte aufweisen, sowie auf Grund ihres Folienaufbaus besonders gewichtseinsparend und günstig in der Herstellung sind. Allerdings sind diese Pouchzellen empfindlich hinsichtlich mechanischer Beanspruchung. Daher werden üblicherweise derartige Zellen in Zellrahmen fixiert und diese Rahmen zu Zellstapel aneinander gereiht. Um nun die Zellen mechanisch gegen Vibration und Stöße zu schützen, sind im Stand der Technik zahlreiche unterschiedliche Systeme bekannt geworden.

[0003] In der WO 2011/057815 A1 ist ein Batteriegehäuse beschrieben, das über eine Vielzahl von Zellenfächern verfügt, in denen jeweils zwei Batteriezellen angeordnet sind. Zwischen den Batteriezellen ist ein elastisches Ausgleichselement angeordnet, während die einzelnen Zellenfächer formschlüssig miteinander verbindbar sind.

[0004] In der DE 10 2010 051 010 A1 ist eine Batterie mit einer Wanne offenbart, wobei die einzelnen Zellen des Zellstapels an einem Kühlrohr über klammerartige Befestigungen angeordnet sind und Abstandshalter zum Wannenboden bzw. zu den benachbarten Zellen vorgesehen sind.

[0005] Um nun die mechanische Beanspruchbarkeit weiter zu verbessern, ist es üblich, zwischen den einzelnen Zellen ein elastisches/flexibles Ausgleichselement, ein sogenanntes "Compression Pad" anzuordnen. Aufgrund der innerhalb der Pouchzellen ablaufenden elektrochemischen Reaktionen kommt es zu Dickenveränderungen der Pouchzellen im Laufe der Lebensdauer sowie während eines Lade- Entladezyklus, die ausgeglichen werden müssen. Es hat sich jedoch insbesondere in der Praxis gezeigt, dass es bei mechanischen Belastungen, beispielsweise aufgrund von Beschleunigungskräften, wie sie üblicherweise in Fahrzeugen auftreten, zu einer Beschädigung insbesondere jener Zellen kommen kann, die direkt an einem derartigen Ausgleichselement anliegen.

[0006] In der US 2011/0177377 A1 ist daher ein Gehäuse für eine Batterie offenbart, wobei der Zellstapel zwischen zwei Endplatten angeordnet ist, und diese Endplatten über Spannelemente, die an der Außenseite des Zellstapels geführt sind und über einen elastischen Zwischenteil verfügen, miteinander in Verbindung stehen.

[0007] Die WO 2012/043594 A1 beschreibt eine wiederaufladbare Batterie, bei der ein Zellstapel zwischen zwei Endplatten angeordnet ist, wobei eine mit der Endplatte zusammenwirkende Verriegelungsplatte vorgesehen ist. Ein ähnlicher Energiespeicher kann auch der EP 2 403 032 A1 oder der JP 2012-181970 A entnommen werden.

[0008] Es ist Aufgabe der Erfindung, eine wiederaufladbare Batterie der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stand der Technik beseitigt und eine verbesserte mechanische Belastungsfähigkeit besonders in Hinblick auf Beschleunigungskräfte aufweist sowie einfach, platzsparend und kostengünstig herzustellen ist.

[0009] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zwischen Verriegelungsplatte und Endplatte ein Ausgleichselement aus flexiblem Material angeordnet ist. Das Führungselement auf der Verriegelungsplatte bewirkt, dass bei auf die Batteriezelle wirkenden Kräften eine Stabilisierung der einzelnen Batteriezellen im Zellstapel zueinander durch das Zusam- 1 /5 österreichisches Patentamt AT513 835 B1 2014-08-15 menwirken der Verriegelungsplatte mit der Endplatte erzielt wird, während das Ausgleichselement aus flexiblem Material zwischen Verriegelungsplatte und Endplatte angeordnet ist, um die Dickenänderungen der Batteriezellen während des Betriebs ausgleichen zu können.

[0010] Besonders bevorzugt sind hierbei zwei Verriegelungsplatten vorgesehen, die jeweils zwischen einer der beiden Endplatten und einer benachbart zu der Endplatte angeordneten Batteriezelle angeordnet sind. Damit werden Längen- bzw. Dickenausgleich der Batteriezellen während des Betriebs besonders zuverlässig ausgeglichen.

[0011] Hierbei hat die Verriegelungsplatte vorzugsweise eine im Wesentlichen gleiche Flächen-dimensionierung wie die zumindest eine Batteriezelle, um die auftretenden Kräfte vollflächig aufnehmen zu können.

[0012] Diese Kraftübertragung wird insbesondere dadurch verbessert, dass die Verriegelungsplatte mit der benachbarten Batteriezelle Stoff-, form-, oder kraftschlüssig in Verbindung steht. Hierbei ist besonders bevorzugt vorgesehen, dass das Verriegelungselement mit der benachbarten Batteriezelle verklebt ist, wobei besonders bevorzugt doppelseitige Klebefolien zum Einsatz kommen.

[0013] Die Zusammenwirkung der Verriegelungsplatte mit der Endplatte erfolgt in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung dadurch, dass das zumindest eine Führungselement der Verriegelungsplatte als Fortsatz ausgebildet ist, der zumindest formschlüssig in eine Aufnahme der Endplatte eingreift. Damit ist die Endplatte über das Führungselement, gegebenenfalls durch ein Ausgleichselement hindurch, mit der Endplatte verbunden, wobei besonders bevorzugt vorgesehen ist, dass das zumindest eine Führungselement der Verriegelungsplatte formschlüssig in die Aufnahme der Endplatte eingreift. Damit ist die Verriegelungsplatte in ihrer Position zur Endplatte fixiert und in der Folge auch die mit der Verriegelungsplatte in Verbindung stehenden Batteriezellen. Dieser Aufbau hat den Vorteil, dass insbesondere im Fall von Folienzellen, sogenannten "Pouchzellen", diese zwischen den beiden Endplatten fixiert werden, während die Verriegelungsplatte ein Verschieben der Zellen in Hinblick auf die Endplatte verhindert.

[0014] Bevorzugterweise ist hierbei vorgesehen, dass das zumindest eine Führungselement zylinderförmig mit kreisförmiger oder ovaler Basis ausgeführt ist. Alternativ hierzu kann das Führungselement auch als quaderförmiger Fortsatz ausgebildet sein. Wesentlich ist, das dieses Führungselement in eine Aufnahme der Endplatte eingreift.

[0015] Um mehrere Zellstapel oder Module zueinander anordnen zu können, ist in einer weiteren Ausführung vorgesehen, dass die Endplatte über zumindest zwei Aufnahmen verfügt, in die jeweils ein Führungselement von zwei Verriegelungsplatten anordenbar sind, wobei die Verriegelungsplatten an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen der Endplatte angeordnet sind. Somit fungiert die Endplatte als Verbindungselement zwischen zwei aneinandergereihten Zellstapeln, wobei insbesondere vorgesehen ist, dass die Verriegelungsplatte des ersten Zellstapels beispielsweise um 180° verdreht zu der Verriegelungsplatte des zweiten Zellstapels an der verbindenden Endplatte angeordnet ist. Somit können jeweils die gleichen Verriegelungsplatten bei der Herstellung der Batterie zum Einsatz kommen, sie müssen lediglich um 1800 zueinander versetzt orientiert werden.

[0016] Bei der erfindungsgemäßen wiederaufladbaren Batterie können für die Endplatten und die Verriegelungsplatten eine Vielzahl von Materialien, insbesonders aus Metall oder Kunststoff zum Einsatz kommen, während das Ausgleichselement aus einem elastischen Material, insbesondere aus Schaumstoff gefertigt ist.

[0017] Der Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie hat sich insbesondere dann bewährt, wenn die zumindest eine Batteriezelle ein Pouchzelle ist.

[0018] Im Folgenden wird anhand eines nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiels mit zugehörigen Figuren die Erfindung näher erläutert. 2/5 österreichisches Patentamt AT513 835 B1 2014-08-15 [0019] Darin zeigt [0020] Fig. 1 eine explodierte Darstellung der erfindungsgemäßen Batterie in perspektivischer

Ansicht, und [0021] Fig. 2 die Batterie aus Fig. 1 im zusammengesetzten Zustand.

[0022] Fig. 1 zeigt eine Batterie 100 mit einem Zellstapel 110, der aus einzelnen Batteriezellen 111 zusammengesetzt ist, deren Zellkontakte 112 miteinander in Verbindung stehen. An der äußersten Batteriezelle 111a des Zellstapels 110 ist eine Verriegelungsplatte 120 angeordnet. Diese Verriegelungsplatte 120 verfügt über ein außermittig angeordnetes Führungselement 130, das hier als ein im Wesentlichen zylindrischer Fortsatz ausgebildet ist. Schließlich ist eine Endplatte 140 vorgesehen, sowie ein Ausgleichselement 150, das zwischen Verriegelungsplatte 120 und Endplatte 140 angeordnet ist.

[0023] Hierbei weisen die Verriegelungsplatte 120, das Ausgleichselement 150 und die Endplatte 140 im Wesentlichen die gleiche Flächendimensionierung wie die Batteriezellen 111, 111a auf.

[0024] Im zusammengesetzten Zustand (Fig. 2) reicht das Führungselement 130 durch eine Ausnehmung 151 des Ausgleichselements 150 hindurch und ist in der Aufnahme 141 der Endplatte 140 formschlüssig, beispielsweise mittels Rastverschluss, fixiert. Damit verhindert das Führungselement 130 eine Bewegung der Batteriezellen 111, 111a in x- und z-Richtung (Fig. 1), lässt aber eine Bewegung in y-Richtung, die der Dickenveränderung der Batteriezellen 111, 111 a entspricht, zu.

[0025] Um ein Verdrehen der einzelnen Elemente quer zur Stapelrichtung zu vermeiden, ist eine Verdrehsicherung (nicht dargestellt) vorgesehen, die beispielsweise am Führungselement 130 und/oder an der Verriegelungslatte 120 beispielsweise in Form eines oder mehrerer Stifte vorgesehen ist, die wiederum mit der Endplatte 140 zusammenwirkt. Auf diese Weise wird ein besonders kompakter Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie 100 erzielt, ohne dass zusätzliche über den Stapel 110 bzw. die Endplatten 140 hinausragende Fixierungsmittel wie im Stand der Technik gezeigt erforderlich sind.

[0026] Es versteht sich, dass die vorliegenden Erfindung nicht auf das oben beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Insbesondere kann das Führungselement unterschiedlich ausgebildet sein, seiner Form sind hierbei kaum Grenzen gesetzt. Wesentlich ist, dass dieses Führungselement mit der Endplatte zusammenwirkt, um eine mechanische Belastung des Zellstapels so gering wie möglich zu halten. 3/5

Claims (9)

1. österreichisches Patentamt AT513 835 B1 2014-08-15 Patentansprüche 1. Wiederaufladbare Batterie (100) mit zumindest einer Batteriezelle (111, 111a), vorzugsweise mit einem Zellstapel (110) aus einer Vielzahl von Batteriezellen (111, 111a), mit einem Batteriegehäuse, das zumindest eine, vorzugsweise zwei Endplatten (140) aufweist, zwischen die die zumindest eine Batteriezelle (111, 111a) anordenbar ist, wobei zwischen zumindest einer der beiden Endplatten (140) und einer benachbart zu der Endplatte (140) angeordneten Batteriezelle (111, 111a) eine Verriegelungsplatte (120) mit zumindest einem Führungselement (130) angeordnet ist, die mit der Endplatte (140) zusammenwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen Verriegelungsplatte (120) und Endplatte (140) ein Ausgleichselement (150) aus flexiblem Material angeordnet ist.
2. 2. Batterie (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Verriegelungsplatten (120) vorgesehen sind, die jeweils zwischen einer der Endplatten (140) und einer benachbart zu der Endplatte (140) angeordneten Batteriezelle (111, 111a) angeordnet sind.
3. 3. Batterie (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsplatte (120) im Wesentlichen die gleiche Flächendimensionierung wie die zumindest eine Batteriezelle (111, 111a) aufweist.
4. 4. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verriegelungsplatte mit der benachbarten Batteriezelle (111, 111a) Stoff-, form- oder kraftschlüssig in Verbindung steht.
5. 5. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Führungselement (130) der Verriegelungsplatte (120) als Fortsatz ausgebildet ist, der formschlüssig in eine Aufnahme der Endplatte (140) eingreift.
6. 6. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine Führungselement (130) zylinderförmig mit kreisförmiger oder ovaler Basis ausgeführt ist.
7. 7. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatte (140) über zumindest zwei Aufnahmen (141) verfügt, in die jeweils ein Führungselement (130) von zwei Verriegelungsplatten (120) anordenbar sind, wobei die Verriegelungsplatten (120) an zwei einander gegenüberliegenden Oberflächen der Endplatte (140) angeordnet sind.
8. 8. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten (140) und die Verriegelungsplatten (120) jeweils aus Metall oder Kunststoff und das Ausgleichselement (150) aus elastischem Material, insbesondere aus Schaumstoff gefertigt sind.
9. 9. Batterie (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Batteriezelle (111, 111a) eine Pouchzelle ist. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 4/5