AT521526B1 - battery - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), wobei mehrere Batteriemodule (2) an einer flächigen Seite eines gemeinsamen Strukturbauteils (10) in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Batteriemodule (2) jeweils eine untere Stromschiene (5) und einer obere Stromschiene (6) aufweisen, zwischen welchen Batteriezellen (4) mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole (9) vorliegen, wobei jedes Batteriemodul (2) einen oberen Zellenhalter (8) aufweist und zumindest ein unterer Zellenpakethalter (7) vorhanden ist wobei die Batteriemodule (2) jeweils mit ihrer unteren Stromschiene (5) zum gemeinsamen Strukturbauteil (10) ausgerichtet sind, und alle in der Reihe enthaltenen Batteriezellen (4) mit nur einer Art von Polen (9) dem Strukturbauteil (10) zugewandt liegen und die Batteriemodule (2) der Reihe in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule (2) eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene (5) eines ersten dieser Batteriemodule (2) und einer oberen Stromschiene (6) des zweiten dieser Batteriemodule (2) aufweisen.The invention relates to a battery (1), several battery modules (2) being arranged in a row on a flat side of a common structural component (10), the battery modules (2) each having a lower busbar (5) and an upper busbar (6) ), between which there are battery cells (4) with uniform alignment of their poles (9), each battery module (2) having an upper cell holder (8) and at least one lower cell packet holder (7) being present, the battery modules (2) each with their lower busbar (5) are aligned with the common structural component (10), and all battery cells (4) contained in the row face the structural component (10) with only one type of pole (9) and the battery modules (2) in the row Are connected in series by two consecutive battery modules (2) an electrical connection between a lower busbar (5) of a first of these battery modules (2) and an ob have eren busbar (6) of the second of these battery modules (2).
Description
[0001] Die Erfindung betrifft eine Batterie mit mehreren, elektrisch zusammengeschalteten Batteriemodulen, die jeweils mehrere zusammengefasste Batteriezellen mit elektrischen Polen, angeordnet an gegenüberliegenden Stirnseiten des Batteriemoduls und mehrere Pole dieser Batteriezellen elektrisch verbindende Stromschienen aufweisen, wobei mehrere Batteriemodule an einem gemeinsamen Strukturbauteil befestigt sind. The invention relates to a battery with several, electrically interconnected battery modules, each having several combined battery cells with electrical poles, arranged on opposite end faces of the battery module and several poles of these battery cells electrically connecting busbars, wherein several battery modules are attached to a common structural component.
[0002] Beim Strukturbauteil kann es sich insbesondere um eine stirnseitig der Batteriemodule angeordnete Wärmeleitplatte handeln zur Kühlung und/oder Heizung ihrer jeweils zugeordneten Batteriezellen. Im Fall einer metallischen Wärmeleitplatte ist eine elektrische Isolierung vorhanden, welche die Stromschienen von der metallischen Wärmeleitplatte elektrisch isoliert. The structural component can in particular be a heat conducting plate arranged on the end face of the battery modules for cooling and / or heating their respectively assigned battery cells. In the case of a metallic heat-conducting plate, there is electrical insulation which electrically isolates the busbars from the metallic heat-conducting plate.
[0003] Die WO2014178568A1 zeigt eine Batterie aus vier Batteriemodulen, die in zwei Reihen zu je zwei Batteriemodulen angeordnet sind, wobei die Batteriemodule der jeweiligen Reihe mit unterschiedlicher Polausrichtung ihrer Batteriezellen vorliegen. [0003] WO2014178568A1 shows a battery made up of four battery modules which are arranged in two rows of two battery modules each, the battery modules of the respective row being present with different pole orientations of their battery cells.
[0004] Die Veröffentlichungen EP2509134A1, US9893385B1, US2010173189A1 definieren allgemeinen Stand der Technik von Batterien und Batteriemodulen. The publications EP2509134A1, US9893385B1, US2010173189A1 define the general state of the art of batteries and battery modules.
[0005] Zur Kühlung der Batteriezellen einer Batterie ist es bekannt (EP2564448B1), die Batteriemodule aus zusammengefassten Batteriezellen bodenseitig, also an der unteren Stirnseite an einer Wärmeleitplatte aufzuspannen. Die Wärmeleitplatte weist mit Kühlmittel durchströmte Kühlkanäle auf, wodurch die Batteriezellen aktiv gekühlt werden sollen. Sämtliche Pole der Batteriezellen sind auf der oberen Stirnseite der Batteriemodule angeordnet und entsprechend einer parallelen oder seriellen Verschaltung der Batteriezellen über Stromschienen, die auch oftmals als „busbar“ bzw. Zellenverbinder/Zellenverbinderplatine bezeichnet werden, elektrisch miteinander verbunden. Mit solch einer bodenseitigen Kühlung der Batteriezellen können die Batteriezellen zwar temperiert werden - eine derartige Kühlung ist jedoch aufgrund des Isolationsgehäuses der Batteriezellen vergleichsweise träge. Daher werden auch Temperaturspitzen in den Batteriezellen, beispielsweise verursacht durch einen hohen elektrischen Leistungsabruf, vergleichsweise träge kompensiert, was die Funktion bzw. die Lebensdauer der Batteriezellen und damit der Batterie negativ beeinträchtigen kann. For cooling the battery cells of a battery, it is known (EP2564448B1) to clamp the battery modules from combined battery cells on the bottom side, that is to say on the lower end face on a heat conducting plate. The heat-conducting plate has cooling channels through which coolant flows, as a result of which the battery cells are to be actively cooled. All poles of the battery cells are arranged on the upper face of the battery modules and are electrically connected to one another in accordance with a parallel or serial connection of the battery cells via busbars, which are also often referred to as "busbars" or cell connectors / cell connector boards. With such a bottom-side cooling of the battery cells, the temperature of the battery cells can indeed be controlled, but such cooling is comparatively slow due to the insulation housing of the battery cells. Therefore, temperature peaks in the battery cells, for example caused by a high demand for electrical power, are compensated comparatively slowly, which can negatively affect the function or the service life of the battery cells and thus the battery.
[0006] Zudem ist zur Kopfkühlung von Batterien bekannt (DE102007063178A1), zwischen den Polen der Batteriezellen und den Stromleisten eine Kühlplatte vorzusehen. In addition, it is known for head cooling of batteries (DE102007063178A1) to provide a cooling plate between the poles of the battery cells and the power strips.
[0007] Durch den thermischen Kontakt zwischen den metallischen Polen und der Kühlplatte kann zwar für eine erhöhte Wärmeableitung gesorgt werden, der Aufbau solch eine Batterie ist jedoch vergleichsweise komplex und durch den mechanischen Verbund auch vergleichsweise aufwändig zu warten. Although the thermal contact between the metallic poles and the cooling plate can ensure increased heat dissipation, the structure of such a battery is comparatively complex and, due to the mechanical bond, also comparatively expensive to maintain.
[0008] Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, eine Batterie mit mehreren Batteriemodulen zu schaffen, welche einfach im Aufbau und in der Montage ist und eine gute Wärmeleitung und eine möglichst einheitliche Temperaturverteilung aufweist. Zudem soll die Batterie einen mechanisch stabilen bzw. robusten Aufbau aufweisen. The invention has therefore set itself the task of creating a battery with a plurality of battery modules, which is simple in structure and assembly and has good heat conduction and a uniform temperature distribution as possible. In addition, the battery should have a mechanically stable or robust structure.
[0009] Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe durch eine Batterie umfassend mehrere Batteriemodule und zumindest ein Strukturbauteil, wobei mehrere Batteriemodule an einer flächigen Seite eines gemeinsamen Strukturbauteils in einer Reihe angeordnet sind, wobei die Batteriemodule jeweils eine untere Stromschiene und jeweils eine obere Stromschiene aufweisen, zwischen welchen mehrere Batteriezellen mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole vorliegen, wobei eine Art von Polen mit der unteren Stromschiene verbunden ist und die andere Art von Polen mit der oberen Stromschiene verbunden ist, wobei jedes Batteriemodul einen oberen Zellenhalter aufweist, welcher oberhalb der Batteriezellen vorliegt und ein unterer Zellenpakethalter vorhanden ist, welcher unterhalb der unteren Stromschiene vorliegt, wobei für besagte Reihe von Batteriemodulen gilt: The invention solves the problem posed by a battery comprising a plurality of battery modules and at least one structural component, a plurality of battery modules being arranged in a row on a flat side of a common structural component, the battery modules each having a lower busbar and an upper busbar each, between which there are several battery cells with uniform alignment of their poles, one type of pole is connected to the lower busbar and the other type of pole is connected to the upper busbar, each battery module having an upper cell holder which is located above the battery cells and a lower cell pack holder is present, which is present below the lower busbar, whereby the following applies to said row of battery modules:
dass deren Batteriemodule jeweils mit ihrem unteren Zellenpakethalter zum gemeinsamen Struk-that their battery modules each with their lower cell pack holder for common structural
turbauteil ausgerichtet sind, turbo component are aligned,
dass alle in der Reihe enthaltenen Batteriezellen mit nur einer Art von Polen dem Strukturbauteil zugewandt liegen, that all battery cells contained in the row face the structural component with only one type of pole,
dass die Batteriemodule der Reihe in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene eines ersten dieser Batteriemodule und einer oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule aufweisen. that the battery modules of the series are connected in series, in that two consecutive battery modules each have an electrical connection between a lower busbar of a first of these battery modules and an upper busbar of the second of these battery modules.
[0010] Durch diese Merkmalskombination wird vorteilhaft erreicht, dass mehrere Batteriemodule, welche an einem gemeinsamen Strukturbauteil befestigt sind, alle eine einheitliche Ausrichtung ihrer Pole hin zum Strukturbauteil aufweisen. Dennoch kann eine hohe Spannung durch Serienschaltung der Module und eine hohe Kapazität durch Parallelschaltung der Batteriezellen in den einzelnen Modulen erreicht werden. Dadurch, dass die Batteriezellen jeweils mit einem metallischen Pol dem Strukturbauteil zugewandt liegen, erfolgt eine gute Wärmeleitung. Dadurch dass jede Batteriezelle mit dem gleichen Pol dem Strukturbauteil zugewandt liegt, erfolgt eine einheitliche Wärmeleitung für alle Batteriemodule, die in Reihe an dem Strukturbauteil angeordnet sind, wobei auch die Temperaturverteilung innerhalb der Module weitgehend einheitlich ist, da diese einen Großteil der thermischen Energie an den Stirnseiten abgeben, an denen die Pole der Batteriezellen vorliegen und weniger über die Seitenflächen, an denen die isolierten Gehäuse der Batteriezellen vorliegen. By this combination of features it is advantageously achieved that a plurality of battery modules, which are attached to a common structural component, all have a uniform alignment of their poles towards the structural component. Nevertheless, a high voltage can be achieved by connecting the modules in series and a high capacity by connecting the battery cells in parallel in the individual modules. Because the battery cells each have a metallic pole facing the structural component, there is good heat conduction. Because each battery cell faces the structural component with the same pole, uniform heat conduction takes place for all battery modules that are arranged in series on the structural component, with the temperature distribution within the modules also being largely uniform, since this transfers a large part of the thermal energy to the Discharge end faces on which the poles of the battery cells are present and less on the side surfaces on which the insulated housing of the battery cells are present.
[0011] Bevorzugt ist je Batteriemodul ein unterer Zellenpakethalter vorhanden. [0011] A lower cell packet holder is preferably present for each battery module.
[0012] Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter rahmenförmig und weist somit zumindest eine Ausnehmung auf, welche einen thermischen Weg zwischen der unteren Stromschiene und dem Strukturbauteil freilässt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass das Material des unteren Zellenpakethalters die Wärmeleitung zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil nicht verschlechtert. The lower cell pack holder is preferably frame-shaped and thus has at least one recess which leaves a thermal path between the lower busbar and the structural component. This advantageously ensures that the material of the lower cell pack holder does not impair the heat conduction between the battery cells and the structural component.
[0013] Bevorzugt sind der obere Zellenhalter und der untere Zellenpakethalter über Abstandhalter verbunden. The upper cell holder and the lower cell packet holder are preferably connected via spacers.
[0014] Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter eine umlaufende Begrenzung auf, welcher das Batteriezellenpaket (also alle durch die untere Stromschiene verbundenen Batteriezellen und bevorzugt auch die Abstandhalter) des Batteriemoduls umschließt. Das Batteriezellenpaket wird mit angebrachter, insbesondere angeschweißter, unterer Stromschiene in den Rahmen der umlaufenden Begrenzung eingesetzt. Bevorzugt schließt an diese umlaufende Begrenzung bzw. diesen parallel zur Längsausrichtung der Batteriezellen verlaufenden Rahmen nach unten hin zumindest eine normal dazu ausgerichtete Fläche an, welche zumindest zwei Seiten der umlaufenden Begrenzung verbindet. Das Batteriezellenpaket und der Halterahmen sind bevorzugt rechteckig ausgeführt, wobei beide aufgrund der bevorzugten Verwendung von Rundzellen abgerundete Ecken aufweisen können. The lower cell pack holder preferably has a circumferential delimitation which encloses the battery cell pack (that is to say all of the battery cells connected by the lower busbar and preferably also the spacers) of the battery module. The battery cell pack is inserted with attached, in particular welded, lower busbar in the frame of the circumferential boundary. This circumferential delimitation or this frame running parallel to the longitudinal alignment of the battery cells is preferably adjoined at the bottom by at least one surface oriented normal to it, which connects at least two sides of the circumferential delimitation. The battery cell pack and the holding frame are preferably designed to be rectangular, both of which can have rounded corners due to the preferred use of round cells.
[0015] Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter zumindest einen flächigen Bereich auf, welcher parallel zur unteren Stromschiene ausgerichtet ist, und zumindest eine Ausnehmung aufweist oder begrenzt. The lower cell stack holder preferably has at least one flat area which is aligned parallel to the lower busbar and has or delimits at least one recess.
[0016] Bevorzugt liegt die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche dieses flächigen Bereichs plan mit der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils, wobei die untere Stromschiene, optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung, auf der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils und der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zellenpakethalters aufliegt. Preferably, the surface of this flat area facing the lower busbar is flat with the surface of the structural component facing the lower busbar, the lower busbar, optionally with the interposition of electrical insulation, on the surface of the structural component facing the lower busbar and that of the lower Busbar facing surface of the flat area of the lower cell pack holder rests.
[0017] Alternativ liegt die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche des flächigen Bereichs mit einem Abstand zu der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils vor, welcher gleich der Dicke eines Latentwärmespeichers ist, welcher auf dem Strukturbauteil aufliegt, wobei die der unteren Stromschiene zugewandte Fläche des Latentwärmespeichers plan mit der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zel-Alternatively, the surface of the flat area facing the lower busbar is at a distance from the surface of the structural component facing the lower busbar, which is equal to the thickness of a latent heat storage device which rests on the structural component, the surface facing the lower busbar Latent heat storage is flat with the surface of the flat area of the lower cell facing the lower busbar
lenpakethalters liegt und wobei die untere Stromschiene, optional unter Zwischenlage einer elektrischen Isolierung, auf der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Latentwärmespeichers und der der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des flächigen Bereichs des unteren Zellenpakethalters aufliegt. Sofern auf dem Strukturbauteil selbst eine elektrische Isolierung vorliegt, auf welcher der Latentwärmespeicher aufliegt, ist in diesem Absatz die Oberfläche dieser elektrischen Isolierung als die der unteren Stromschiene zugewandten Fläche des Strukturbauteils anzusehen. lenpakethalters and wherein the lower busbar, optionally with the interposition of electrical insulation, rests on the surface of the latent heat accumulator facing the lower busbar and the surface of the flat area of the lower cell pack holder facing the lower busbar. If there is electrical insulation on the structural component itself, on which the latent heat accumulator rests, in this paragraph the surface of this electrical insulation is to be regarded as the surface of the structural component facing the lower busbar.
[0018] Bevorzugt weist der obere Zellenhalter Durchtrittsöffnungen auf. Bevorzugt weisen die Abstandhalter Durchtrittsöffnungen auf. The upper cell holder preferably has passage openings. The spacers preferably have passage openings.
[0019] Bevorzugt weist der untere Zellenpakethalter Durchtrittsöffnungen auf. The lower cell packet holder preferably has through openings.
[0020] Bevorzugt verläuft zumindest ein Befestigungsmittel von oben durch eine Durchtrittsöffnung des oberen Zellenhalters, durch die Durchtrittsöffnung eines Abstandhalters und durch eine Durchtrittsöffnung des unteren Zellenpakethalters bis in das Strukturbauteil. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Komponenten der Module auf einfache Weise am Strukturbauteil befestigt werden können. Das finale Zusammensetzen der Module kann am Strukturbauteil erfolgen, sodass das Strukturbauteil eine Montageplatte der Batterie ausbildet. Bevorzugt sind die Befestigungsmittel lösbar im Strukturbauteil befestigt, insbesondere verschraubt. Preferably, at least one fastening means runs from above through a passage opening of the upper cell holder, through the passage opening of a spacer and through a passage opening of the lower cell pack holder into the structural component. This advantageously means that the components of the modules can be attached to the structural component in a simple manner. The final assembly of the modules can take place on the structural component so that the structural component forms a mounting plate for the battery. The fastening means are preferably fastened releasably in the structural component, in particular screwed.
[0021] Bevorzugt weist auch die untere Stromschiene Durchtrittsöffnungen auf, wobei das besagte Befestigungsmittel auch durch die Durchtrittsöffnungen der unteren Stromschiene verläuft. Preferably, the lower busbar also has passage openings, said fastening means also running through the passage openings of the lower busbar.
[0022] Bevorzugt erfolgt bei zwei aufeinanderfolgenden Batteriemodulen die elektrische Verbindung zwischen diesen dadurch, dass beim ersten dieser Batteriemodule einseitig an die untere Stromschiene eine Verbindungsfläche anschließt, welche sich bis zur oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule erstreckt, wobei die obere Stromschiene des zweiten Moduls in einem Kontaktbereich mit der Verbindungsfläche mechanisch und elektrisch verbunden ist. Preferably, in the case of two successive battery modules, the electrical connection between these takes place in that the first of these battery modules has a connecting surface on one side of the lower busbar, which extends to the upper busbar of the second of these battery modules, the upper busbar of the second module in a contact area is mechanically and electrically connected to the connecting surface.
[0023] Dadurch wird eine robuste elektrische Verbindung zwischen den Modulen erreicht, wobei diese Verbindung vorteilhaft in Form der Verbindungsfläche bereits im Modulaufbau integriert ist. Besonders bevorzugt ist die Verbindungsfläche einstückig bzw. monolithisch mit der unteren Stromschiene verbunden. This achieves a robust electrical connection between the modules, this connection advantageously already being integrated in the module structure in the form of the connection surface. The connection surface is particularly preferably connected in one piece or monolithically to the lower busbar.
[0024] Bevorzugt wird bei Zusammenstellung zweier Batteriemodule die Verbindungsfläche des einen Moduls mit der oberen Stromschiene des anderen Moduls verbunden, beispielsweise genietet, gelötet, geschweißt, lasergeschweißt, geklemmt, verschraubt, etc.. When two battery modules are put together, the connection surface of one module is preferably connected to the upper busbar of the other module, for example riveted, soldered, welded, laser-welded, clamped, screwed, etc ..
[0025] Bevorzugt sind die obere Stromschiene und die Verbindungsfläche verbunden, indem diese übereinanderliegende Bereiche aufweisen, und in diesen Bereichen mit korrespondierenden Öffnungen versehen sind, durch welche Befestigungsmittel, insbesondere Schrauben, bis in den oberen Zellenhalter verlaufen. Dadurch erfolgt das elektrische Verbinden der Module auf einfache und schnelle und vor allem lösbare Weise, was gemeinsam mit lösbaren an dem Strukturbauteil befestigten Befestigungsmitteln eine Demontage der Batterie in einzelne Batteriemodule ermöglicht. The upper busbar and the connecting surface are preferably connected in that they have areas lying one above the other and are provided in these areas with corresponding openings through which fastening means, in particular screws, extend into the upper cell holder. As a result, the modules are electrically connected in a simple and quick and, above all, detachable manner, which, together with detachable fastening means fastened to the structural component, enables the battery to be dismantled into individual battery modules.
[0026] Bevorzugt weist der obere Zellenhalter eines ersten Batteriemoduls eine Ausformung auf, welche in Längsrichtung der Batteriezellen gesehen, den obere Zellenhalter eines benachbarten zweiten Batteriemoduls überlappt. The upper cell holder of a first battery module preferably has a shape which, viewed in the longitudinal direction of the battery cells, overlaps the upper cell holder of an adjacent second battery module.
[0027] Bevorzugt weisen die überlappenden Bereiche eine gegengleiche Form auf, sodass diese im zusammengesetzten Zustand nur einen Freiheitsgrad in Längsrichtung der Batteriezellen aufweisen. The overlapping areas preferably have an opposite shape, so that in the assembled state they only have one degree of freedom in the longitudinal direction of the battery cells.
[0028] Bevorzugt ragen zwei Abstandhalter, besonders bevorzugt an zwei benachbarten Eckbereichen des Batteriemoduls, durch den unteren der beiden überlappenden oberen Zellenhalter in den oberen der beiden überlappenden Zellenhalter, sodass diese im zusammengesetzten Zustand nur einen Freiheitsgrad in Längsrichtung der Batteriezellen aufweisen. Preferably, two spacers, particularly preferably at two adjacent corner areas of the battery module, protrude through the lower of the two overlapping upper cell holders into the upper of the two overlapping cell holders, so that they have only one degree of freedom in the longitudinal direction of the battery cells when assembled.
[0029] Bevorzugt verläuft zumindest ein Befestigungsmittel durch eine Durchtrittsöffnung in der At least one fastening means preferably runs through a passage opening in the
Ausformung des darüberliegenden oberen Zellenhalters des ersten Batteriemoduls und eine Durchtrittsöffnung des darunterliegenden Bereichs des oberen Zellenhalters des benachbarten zweiten Batteriemoduls, welches Befestigungsmittel bis zum Strukturbauteil verläuft. Formation of the overlying upper cell holder of the first battery module and a passage opening of the underlying area of the upper cell holder of the adjacent second battery module, which fastening means extends to the structural component.
[0030] Bevorzugt ist das Strukturbauteil eine Wärmeleitplatte, in welcher Mittel zur aktiven Kühlung oder Erwärmung der Batterie enthalten sind. Vorteilhaft daran ist, dass die gute und gleichmäßige Wärmeübertragung zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil genutzt werden kann, um die Batterie aktiv gleichmäßig zu temperieren. Vorteilhaft ist insbesondere, dass für die gleichmäßige Temperierung ein gemeinsames Element genutzt wird und nicht jedes Batteriemodul ein eigenes von den anderen Modulen getrenntes Temperierungselement benötigt. The structural component is preferably a heat conducting plate, in which means for active cooling or heating of the battery are contained. The advantage of this is that the good and uniform heat transfer between the battery cells and the structural component can be used to actively control the temperature of the battery. It is particularly advantageous that a common element is used for uniform temperature control and that not every battery module requires its own temperature control element that is separate from the other modules.
[0031] Bevorzugt ist zwischen der unteren Stromschiene und dem Strukturbauteil zumindest ein Latentwärmespeicher angeordnet. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass Temperaturspitzen durch den Latentwärmespeicher abgeschwächt werden können, sodass dieser eine Art Pufferfunktion zwischen den Batteriezellen und dem Strukturbauteil, insbesondere der Wärmeleitplatte erfüllt. At least one latent heat accumulator is preferably arranged between the lower busbar and the structural component. As a result, it is advantageously achieved that temperature peaks can be weakened by the latent heat storage device, so that it fulfills a type of buffer function between the battery cells and the structural component, in particular the heat-conducting plate.
[0032] Bevorzugt weist jedes Batteriemodul zumindest einen Latentwärmespeicher auf, wobei dieser in eine Ausformung des unteren Zellenpakethalters eingelegt ist, wobei die Ausformung zumindest eine Ausnehmung aufweist, welche einen thermischen Weg zwischen dem Latentwärmespeicher und dem Strukturbauteil freilässt. Dadurch wird einerseits erreicht, dass der untere Zellenpakethalter auch einen Halter für den Latentwärmespeicher bildet und dass das Material des Zellenpakethalters die Wärmeleitung zwischen Batteriezellen, unterer Stromschiene, Latentwärmespeicher und Strukturbauteil, insbesondere Wärmeleitplatte nicht verringert. Preferably, each battery module has at least one latent heat storage device, which is inserted into a shape of the lower cell pack holder, the shape having at least one recess which leaves a thermal path between the latent heat storage device and the structural component. This achieves on the one hand that the lower cell pack holder also forms a holder for the latent heat accumulator and that the material of the cell pack holder does not reduce the heat conduction between battery cells, lower busbar, latent heat accumulator and structural component, in particular the heat conducting plate.
[0033] Bevorzugt ist der Latentwärmespeicher elektrisch leitfähig, da elektrisch leitfähige Materialien in der Regel auch gut wärmeleitfähig sind. The latent heat storage device is preferably electrically conductive, since electrically conductive materials are generally also good heat conductors.
[0034] Bevorzugt ist das Strukturbauteil elektrisch leitend, wobei zwischen den unteren Stromschienen der Batteriemodule und dem Strukturbauteil zumindest eine elektrische Isolierung vorliegt, welche den elektrischen Weg zwischen den unteren Stromschienen der Batteriemodule und dem Strukturbauteil unterbricht. Besonders bevorzugt besteht das Strukturbauteil aus Metall insbesondere Stahl oder Aluminium, je nach mechanischen und thermischen Anforderungen. The structural component is preferably electrically conductive, with at least one electrical insulation between the lower busbars of the battery modules and the structural component, which interrupts the electrical path between the lower busbars of the battery modules and the structural component. The structural component is particularly preferably made of metal, in particular steel or aluminum, depending on the mechanical and thermal requirements.
[0035] Bevorzugt liegt die obere Stromschiene am oberen Zellenhalter auf, wobei Kontaktelemente von der oberen Stromschiene durch Öffnungen des oberen Zellenhalters bis zu den oberen Polen der Batteriezellen ragen und an diesen befestigt sind. Dadurch dient der obere Zellenhalter vorteilhaft als Abstandhalter zwischen den Batteriezellen und der oberen Stromschiene. Bevorzugt ist die obere Stromschiene als flaches Blech ausgeführt, von welchem die Kontaktelemente abragen. The upper busbar preferably rests on the upper cell holder, contact elements projecting from the upper busbar through openings in the upper cell holder to the upper poles of the battery cells and being fastened to them. As a result, the upper cell holder advantageously serves as a spacer between the battery cells and the upper busbar. The upper busbar is preferably designed as a flat sheet metal from which the contact elements protrude.
[0036] Bevorzugt weist jedes Batteriemodul an einer seiner oberen Seitenkanten einen Kontaktbereich auf, welcher mit der unteren Stromschiene des selben Batteriemoduls elektrisch leitend verbunden ist, wobei der obere Zellenhalter zwischen dem Kontaktbereich und der oberen Stromschiene desselben Batteriemoduls eine erhöhte Begrenzung aufweist, wobei an der gegenüberliegenden Seitenkante des Batteriemoduls die obere Stromschiene freiliegt, wobei bei Zusammenstellung zweier benachbarter Batteriemodule der Kontaktbereich eines Batteriemoduls auf dem an der Seitenkante freiliegenden Bereich der oberen Stromschiene des benachbarten Batteriemoduls zu liegen kommt. Dadurch wird die elektrische Schaltung der Batteriemodule bereits beim Zusammenstellen dieser gebildet. Preferably, each battery module has a contact area on one of its upper side edges, which is electrically conductively connected to the lower busbar of the same battery module, the upper cell holder between the contact area and the upper busbar of the same battery module having an increased limitation opposite side edge of the battery module, the upper busbar is exposed, wherein when two adjacent battery modules are put together, the contact area of a battery module comes to rest on the area of the upper busbar of the adjacent battery module that is exposed at the side edge. As a result, the electrical circuit of the battery modules is already formed when they are put together.
[0037] Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter rahmenförmig, wobei zumindest ein Steg des unteren Zellenpakethalters die Öffnung des Rahmens in zumindest zwei Ausnehmung trennt. Bevorzugt ist in zumindest einem Steg eine Durchtrittsöffnung vorhanden, wobei ein Befestigungsmittel im Bereich der oberen Stromschiene durch eine Durchtrittsöffnung des oberen Zellenhalters, eine Durchtrittsöffnung der unteren Stromschiene und die Durchtrittsöffnung im Steg ragt. Dadurch erfolgt eine Fixierung des Batteriemoduls im zentralen Bereich, in welchem die obere Stromschiene vorliegt und nicht nur am Randbereich des Batteriemoduls. The lower cell stack holder is preferably frame-shaped, with at least one web of the lower cell stack holder separating the opening of the frame in at least two recesses. A passage opening is preferably present in at least one web, a fastening means protruding in the area of the upper busbar through a passage opening in the upper cell holder, a passage opening in the lower busbar and the passage opening in the web. As a result, the battery module is fixed in the central area in which the upper busbar is present and not just at the edge area of the battery module.
[0038] Bevorzugt sind die Abstandhalter als Hohlkörper ausgeführt, durch welche Befestigungsmittel verlaufen, wobei die Abstandhalter je ein unteres Zentrierelement und ein oberes Zentrierelement aufweisen, welche Abschnitte des Abstandhalters mit geringerem Querschnitt als der dazwischenliegende Bereich des Abstandhalters sind. The spacers are preferably designed as hollow bodies through which fastening means run, the spacers each having a lower centering element and an upper centering element, which sections of the spacer are smaller in cross-section than the intermediate region of the spacer.
[0039] Bevorzugt ragt das untere Zentrierelement durch eine Durchtrittsöffnung der unteren Stromschiene und in eine Durchtrittsöffnung des unteren Zellenpakethalters. The lower centering element preferably protrudes through a passage opening in the lower busbar and into a passage opening in the lower cell pack holder.
[0040] Bevorzugt ragt das obere Zentrierelement in eine Durchtrittsöffnung des oberen Zellenhalters. The upper centering element preferably protrudes into a passage opening of the upper cell holder.
[0041] Bevorzugt ist das Strukturbauteil plattenförmig, wobei die gegenüberliegenden Oberflächen des Strukturbauteils ident ausgeführt sind, wobei an beiden Oberflächen des Strukturbauteils Batteriemodule angebracht sind, welche jeweils mit ihrer unteren Stromschiene zum gemeinsamen Strukturbauteil ausgerichtet sind, wobei alle Batteriezellen der enthaltenen Batteriemodule mit nur einer Art von Polen dem Strukturbauteil zugewandt liegen, wobei die Batteriemodule, welche an der jeweiligen Oberfläche des Strukturbauteils angeordnet sind und dort in einer Reihe vorliegen, in Serie geschalten sind, indem jeweils zwei aufeinanderfolgende Batteriemodule eine elektrische Verbindung zwischen einer unteren Stromschiene eines ersten dieser Batteriemodule und einer oberen Stromschiene des zweiten dieser Batteriemodule aufweisen. Indem an beiden Seiten des Strukturbauteils Batteriemodule vorliegen, wird eine sehr kompakte Batterie geschaffen. Dadurch, dass die Batteriezellen der an unterschiedlichen Seiten angebrachten Module mit identen Polen, bevorzugt Minuspolen, dem Strukturbauteil zugewandt sind, erfolgt auch für die sich gegenüberliegenden Batteriemodule eine einheitliche Wärmeleitung hin zum Strukturbauteil. Die Batteriemodule können spiegelgleich angeordnet sein, sodass die Befestigungsmittel der beiden Seiten in einer Linie verlaufen. Die Batteriemodule der beiden Seiten können aber auch versetzt zueinander, oder gegengleich verlaufend angeordnet sein, wobei sich die Befestigungsmittel der beiden Seiten dann an unterschiedlichen Position befinden können. Preferably, the structural component is plate-shaped, the opposite surfaces of the structural component are identical, with battery modules attached to both surfaces of the structural component, each of which is aligned with its lower busbar to the common structural component, with all battery cells of the battery modules contained with only one Type of poles are facing the structural component, the battery modules, which are arranged on the respective surface of the structural component and are there in a row, are connected in series by each two successive battery modules establishing an electrical connection between a lower busbar of a first of these battery modules and have an upper busbar of the second of these battery modules. By having battery modules on both sides of the structural component, a very compact battery is created. Because the battery cells of the modules attached to different sides with identical poles, preferably negative poles, face the structural component, uniform heat conduction also takes place for the opposing battery modules to the structural component. The battery modules can be arranged in mirror image so that the fastening means on the two sides run in a line. The battery modules on the two sides can, however, also be arranged offset to one another or running in opposite directions, the fastening means of the two sides then being able to be in different positions.
[0042] Bevorzugt weist das Strukturbauteil Gewindebohrungen auf, in welche Befestigungsmittel der Batteriemodule eingeschraubt sind, wobei die Befestigungsmittel einen Kopf oder eine Mutter aufweisen, welche/r von oben am oberen Zellenhalter anliegt. Dadurch wird vorteilhaft erreicht, dass die Batteriemodule lösbar am Strukturbauteil befestigt sind. The structural component preferably has threaded bores into which fastening means of the battery modules are screwed, the fastening means having a head or a nut which rests on the upper cell holder from above. This advantageously means that the battery modules are releasably attached to the structural component.
[0043] Bevorzugt besteht das Strukturbauteil aus zwei plattenförmigen Teilen, welche flächig aneinanderliegen, wobei die Batteriemodule an dem jeweils ihnen zugewandten Teil befestigt sind. The structural component preferably consists of two plate-shaped parts which lie flat against one another, the battery modules being fastened to the part facing them in each case.
[0044] Bevorzugt weist das Strukturbauteil eine Breite auf, um zumindest, bevorzugt genau, eine Reihe von Batteriemodulen aufnehmen zu können und eine Länge um zumindest drei in Serie geschaltete Batteriemodule aufnehmen zu können. The structural component preferably has a width in order to be able to accommodate at least, preferably precisely, a row of battery modules and a length to be able to accommodate at least three series-connected battery modules.
[0045] In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante weist die Batterie zumindest ein Strukturbauteil in Form einer Wärmeleitplatte und zumindest einen Latentwärmespeicher auf. In Folge wird auf diese Variante im Detail eingegangen. In a particularly preferred embodiment variant, the battery has at least one structural component in the form of a heat conducting plate and at least one latent heat storage device. This variant is discussed in detail below.
[0046] Bevorzugt weist die Batterie einen Latentwärmespeicher auf, welcher ein Phasenwechselmaterial und eine feste wärmeleitende Trägerstruktur, welche das Phasenwechselmaterial aufnimmt, aufweist, wobei der Latentwärmespeicher zwischen der unteren Stromschiene des Batteriemoduls und der Wärmeleitplatte vorgesehen ist. Preferably, the battery has a latent heat accumulator, which has a phase change material and a solid, thermally conductive support structure which receives the phase change material, the latent heat accumulator being provided between the lower busbar of the battery module and the heat conducting plate.
[0047] Ist die Wärmeleitplatte an der, nur eine Art von Polen der Batteriezellen aufweisenden Stirnseite, mehrerer Batteriemodule vorgesehen, kann eine deutlich verbesserte Temperierung der Batteriezellen erreicht werden - womit insbesondere konstant hohe Wärmemengen, welche in den Batteriezellen anfallen, standfest und gleichmäßig abgeführt werden können. If the heat conducting plate is provided on the end face of several battery modules, which has only one type of poles of the battery cells, a significantly improved temperature control of the battery cells can be achieved - with which in particular constantly high amounts of heat that occur in the battery cells are steadily and evenly dissipated can.
[0048] Weist zudem die Batterie einen Latentwärmespeicher mit einem Phasenwechselmaterial und mit einer festen wärmeleitenden Trägerstruktur, welche das Phasenwechselmaterial aufnimmt, auf, wobei der Latentwärmespeicher zwischen der Stromschiene des Batteriemoduls und der Wärmeleitplatte vorgesehen ist, können Temperaturspitzen durch eine vergleichsweise hohe Leistungsabgabe und/oder eine hohe Ladeleistung, welche die Temperatur der Batterie über die If the battery also has a latent heat storage device with a phase change material and with a solid, thermally conductive support structure which accommodates the phase change material, the latent heat storage device being provided between the busbar of the battery module and the heat conducting plate, temperature peaks can be caused by a comparatively high power output and / or a high charging power, which keeps the temperature of the battery above the
Phasenwechsel-Temperatur des Latentwärmespeichers erhöhen, schnell und zuverlässig von den Batteriezellen abgeführt werden - womit die Standfestigkeit der Batterie deutlich erhöhbar ist. Increase the phase change temperature of the latent heat accumulator, which can be quickly and reliably dissipated by the battery cells - with which the stability of the battery can be increased significantly.
[0049] Bevorzugt kann außerdem sichergestellt werden, dass die Batteriezellen selbst bei hoher, insbesondere kurzfristiger, Beanspruchung an ihrer bevorzugten Betriebstemperatur gehalten werden können. Der zwischen den Batteriezellen und der Wärmeleitplatte angeordnete Latentwärmespeicher kann nämlich von den Batteriezellen emittierte Wärmeenergie aufnehmen - womit dieser eine große Wärmesenke für Spitzenbeanspruchungen und auch eine Pufferkapazität darstellen kann. Daher kann die Wärme über die metallischen Pole der Batteriezellen effizient abfließen, was wiederum die Batteriezellen vor Uberbelastungen schützt. Die Wärmeleitplatte steht in thermischem Kontakt mit dem Latentwärmespeicher und entzieht diesem stetig Wärmeenergie, um ein Uberhitzen zu vermeiden. Erfindungsgemäß besteht demnach eine besonders gute thermische Verbindung zwischen Batteriezellen und Wärmesenke bzw. Wärmequelle. In addition, it can preferably be ensured that the battery cells can be kept at their preferred operating temperature even under high, in particular short-term, stress. The latent heat accumulator arranged between the battery cells and the heat conducting plate can namely absorb thermal energy emitted by the battery cells - which means that it can represent a large heat sink for peak loads and also a buffer capacity. The heat can therefore flow away efficiently via the metallic poles of the battery cells, which in turn protects the battery cells from overload. The heat conducting plate is in thermal contact with the latent heat accumulator and continuously withdraws heat energy from it in order to avoid overheating. According to the invention, there is accordingly a particularly good thermal connection between the battery cells and the heat sink or heat source.
[0050] An dieser Stelle wird festgehalten, dass die Erfindung auch zum Erwärmen der Batteriezellen bzw. auch zum Abpuffern der Temperatur in einem Idealbereich für Funktion bzw. Lebensdauer der Batterie genutzt werden kann, um eine besonders gute thermische Verbindung zwischen Batteriezellen und Wärmequellen herzustellen. At this point it should be noted that the invention can also be used to heat the battery cells or also to buffer the temperature in an ideal range for the function or service life of the battery in order to produce a particularly good thermal connection between battery cells and heat sources.
[0051] Außerdem führt der erfindungsgemäße Aufbau der Batterie - insbesondere Wärmeleitplatte samt Latentwärmespeicher - nicht zu einer Beeinträchtigung deren konstruktiv einfachen, modularen Aufbaus. Durch die feste Trägerstruktur des Latentwärmespeichers, welche das Phasenwechselmaterial aufnimmt, trägt diese nämlich auch zur mechanischen Stabilität des Batteriemoduls bei, und erhöht damit die Standfestigkeit der Batterie weiter. Hinzu kommt, dass die Verwendung eines Latentwärmespeichers die Wärmeleitplatte gegenüber thermischen Spitzenleistungen entlasten und damit für eine konstruktive bzw. gewichtsreduzierende Vereinfachung an der Wärmeleitplatte sorgen kann. In addition, the structure of the battery according to the invention - in particular the heat conducting plate including the latent heat storage device - does not impair its structurally simple, modular structure. Because of the solid support structure of the latent heat accumulator, which absorbs the phase change material, it also contributes to the mechanical stability of the battery module and thus further increases the stability of the battery. In addition, the use of a latent heat accumulator can relieve the heat-conducting plate from thermal peak performance and can thus ensure a structural or weight-reducing simplification on the heat-conducting plate.
[0052] Trotz zusätzlichem Latentwärmespeicher kann sich die erfindungsgemäße Batterie von bekannten Vorrichtungen also durch eine geringe Baugröße samt hoher Energie- und Leistungsdichte abheben. In spite of additional latent heat storage, the battery according to the invention can thus stand out from known devices by virtue of its small size and high energy and power density.
[0053] Das Gewicht der Batterie kann weiter verringert werden, wenn ein zellulärer Werkstoff die Trägerstruktur des Latentwärmespeichers ausbildet. Insbesondere kann sich hierbei ein zellulärer, offenporiger Werkstoff auszeichnen, um einen hohen Anteil an Phasenwechselmaterial aufzunehmen. Vorzugsweise Graphitschaum als zellulärer Werkstoff kann sich diesbezüglich eignen - aufgrund seines vergleichsweise geringen Gewichts, seiner vergleichsweise hohen Speicherkapazität an Phasenwechselmaterial und seiner vergleichsweise hohen mechanischen Belastbarkeit, was die Standfestigkeit des Latentwärmespeichers verbessert. Zudem ist durch Verwendung von Graphit als Matrix-Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit und damit ein homogener Wärmetransport innerhalb des Latentwärmespeichers erreichbar. The weight of the battery can be further reduced if a cellular material forms the support structure of the latent heat storage device. In particular, a cellular, open-pored material can be distinguished here in order to accommodate a high proportion of phase change material. Graphite foam, preferably as a cellular material, can be suitable in this regard - due to its comparatively low weight, its comparatively high storage capacity of phase change material and its comparatively high mechanical load-bearing capacity, which improves the stability of the latent heat accumulator. In addition, by using graphite as the matrix material, a high thermal conductivity and thus a homogeneous heat transport within the latent heat accumulator can be achieved.
[0054] Bildet Wachs das Phasenwechselmaterial des Latentwärmespeichers aus, kann ein kostengünstig und auf einfache Weise herzustellender Latentwärmespeicher ermöglicht werden. If wax forms the phase change material of the latent heat store, a latent heat store that can be produced inexpensively and easily can be made possible.
[0055] Bevorzugt ist das Phasenwechselmaterial in der Trägerstruktur des Latentwärmespeichers eingeschlossen oder insbesondere durch Kapillarkräfte gehalten, sodass dieses bei Verflüssigung nicht aus dem Latentwärmespeicher austritt. Dadurch kann vorteilhaft auf eine Kapselung, beispielsweise eine Kunststoffhülle, des Latentwärmespeichers verzichtet werden. Der Latentwärmespeicher könnte aber mit einer Hülle, bevorzugt aus thermisch gut leitfähigem und elektrisch nicht leitfähigem Material versehen werden. Der Latentwärmespeicher könnte daher selbst mit einer elektrischen Isolierung versehen sein, oder diese bilden. The phase change material is preferably enclosed in the support structure of the latent heat store or, in particular, held by capillary forces so that it does not escape from the latent heat store when it liquefies. This advantageously makes it possible to dispense with an encapsulation, for example a plastic casing, of the latent heat storage device. The latent heat accumulator could, however, be provided with a cover, preferably made of a material that is thermally highly conductive and electrically non-conductive. The latent heat accumulator could therefore itself be provided with electrical insulation or form this.
[0056] Im Allgemeinen wird erwähnt, dass die Zuverlässigkeit der Batterie besonders erhöht werden kann, wenn das Phasenwechselmaterial im Latentwärmespeicher einen Phasenübergang 1. Ordnung durchläuft. Durch den Phasenübergang 1. Ordnung geht die gesamte Abwärme der Batteriezellen in Schmelzenthalpie des Phasenwechselmaterials über, wodurch es zu keiner Temperaturerhöhung im Latentwärmespeicher kommt, bis der Phasenübergang vollständig durchlaufen wurde. In general, it is mentioned that the reliability of the battery can be increased in particular if the phase change material in the latent heat storage undergoes a first order phase transition. As a result of the first-order phase transition, the entire waste heat from the battery cells is converted into the melting enthalpy of the phase change material, which means that there is no temperature increase in the latent heat storage unit until the phase transition has been completed.
[0057] Weist das Batteriemodul einen Zellenpakethalter auf, der an einer ersten Seite eine Aufnahme für die Batteriezellen des Batteriemoduls und den Latentwärmespeicher ausbildet, kann dies nicht nur den mechanischen Verbund der Batteriezellen, sondern auch die im thermischen Kontakt stehenden Bauteile des Batteriemoduls in Position halten und gegeneinander standfest ausrichten. If the battery module has a cell pack holder that forms a receptacle for the battery cells of the battery module and the latent heat storage on a first side, this can not only hold the mechanical composite of the battery cells, but also the components of the battery module in thermal contact and align firmly against each other.
[0058] Die thermische Verbindung zwischen den Batteriezellen und der Wärmeleitplatte kann verbessert werden, wenn der Latentwärmespeicher den Zellenpakethalter durchragt und dadurch mit der an dieser zweiten Seite des Zellenpakethalters angeordneten Wärmeleitplatte thermisch verbunden ist. Zudem kann derart der Zellenpakethalter unabhängig von seiner thermischen The thermal connection between the battery cells and the heat conducting plate can be improved if the latent heat storage device protrudes through the cell pack holder and is thereby thermally connected to the heat conducting plate arranged on this second side of the cell pack holder. In addition, the cell packet holder can be independent of its thermal
[0059] Leitfähigkeit mechanisch dimensioniert werden, was die Konstruktion weiter vereinfachen kann. Der untere Zellenpakethalter, sowie der obere Zellenhalter, liegen bevorzugt als Kunststoffspritzgussteil vor, wobei die im Spritzguss verwendeten Kunststoffe meist eine geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Conductivity can be dimensioned mechanically, which can further simplify the construction. The lower cell packet holder and the upper cell holder are preferably in the form of a plastic injection molded part, the plastics used in injection molding mostly having a lower thermal conductivity.
[0060] Bevorzugt ist der untere Zellenpakethalter als Rahmen ausgebildet, wobei zumindest ein Latentwärmespeicher in eine Öffnung des Rahmens eingelegt ist. The lower cell stack holder is preferably designed as a frame, with at least one latent heat storage device being inserted into an opening in the frame.
[0061] Die Positionsgenauigkeit der Bauteile der Batterie im thermischen Pfad zwischen Batteriezellen und Wärmeleitplatte ist weiter verbesserbar, wenn der Latentwärmespeicher einen, insbesondere plattenförmigen, Grundkörper und eine diesem Grundkörper vorspringende Struktur oder einen vorspringenden Abschnitt aufweist, die/der durch komplementäre Aussparungen im Zellenpakethalter ragt. The positional accuracy of the components of the battery in the thermal path between the battery cells and the heat conducting plate can be further improved if the latent heat storage device has a base body, in particular a plate-shaped base, and a structure projecting from this base body or a projecting section which protrudes through complementary recesses in the cell packet holder .
[0062] Beispielsweise bilden Noppen die vorspringende Struktur aus, um eine durchgehende Struktur am Zellenpakethalter im Bereich der Aussparungen zu erhalten und so dessen mechanische Stabilität nicht zu gefährden. For example, knobs form the protruding structure in order to obtain a continuous structure on the cell packet holder in the area of the cutouts and thus not endanger its mechanical stability.
[0063] Bevorzugt weist der plattenförmige Grundkörper einseitig eine stufenförmig verjüngte Fläche auf, wobei diese in eine komplementäre Aussparung oder Öffnung im Zellenpakethalter ragt. The plate-shaped base body preferably has a step-shaped tapered surface on one side, which protrudes into a complementary recess or opening in the cell packet holder.
[0064] Der thermische Widerstand zwischen Batteriezellen und Wärmeleitplatte kann weiter vermindert werden, wenn die elektrische Isolierung, sofern erforderlich, als thermisches Kontaktelement, insbesondere Wärmeleitfolie, ausgebildet ist. The thermal resistance between the battery cells and the heat-conducting plate can be further reduced if the electrical insulation, if necessary, is designed as a thermal contact element, in particular a heat-conducting film.
[0065] Vergleichsweise einfache Konstruktionsverhältnisse können am Batteriemodul ermöglicht werden, wenn die Stromschiene an den Latentwärmespeicher, der Latentwärmespeicher an die elektrische Isolierung und die elektrische Isolierung an die Wärmeleitplatte thermisch anschlieBen. Durch diese Anordnung kann der - bevorzugt elektrisch leitfähige - Latentwärmespeicher elektrisch von den Polen der Batteriezellen entkoppelt werden, dabei aber dennoch alle über die Stromschiene zusammengeschalteten Batteriezellen gleichmäßig temperaturbelasten. Zudem kann diese Anordnung eine besonders kompakte Batterie mit niedrigem konstruktivem Aufwand schaffen. Comparatively simple construction conditions can be made possible on the battery module if the busbar is thermally connected to the latent heat store, the latent heat store to the electrical insulation and the electrical insulation to the heat conducting plate. With this arrangement, the - preferably electrically conductive - latent heat storage device can be electrically decoupled from the poles of the battery cells, while still subjecting all of the battery cells connected together via the busbar to the same temperature. In addition, this arrangement can create a particularly compact battery with little structural effort.
[0066] Die Kühl-/Heizwirkung der Wärmeleitplatte ist verbesserbar, wenn die Wärmeleitplatte aktive Kühl- und/oder Heizmittel aufweist. Heiz-/Kühlmittel können Teil eines hydraulischen Kreislaufs sein - selbstverständlich sind diese beispielsweise aber auch als elektrische Heizungen, Peltier-Elemente, Verdampfer eines Kühlmittelkreislaufs etc. vorstellbar. Eine weitere Möglichkeit ist das Vorsehen einer hohlen Wärmeleitplatte mit Kühlrippen im Inneren der Wärmeleitplatte, wobei ein Luft- oder anderer Wärmetransportmittelstrom durch die Wärmeleitplatte geleitet wird. The cooling / heating effect of the heat-conducting plate can be improved if the heat-conducting plate has active cooling and / or heating means. Heating / cooling means can be part of a hydraulic circuit - of course, these can also be imagined as electrical heaters, Peltier elements, evaporators in a coolant circuit, etc. Another possibility is to provide a hollow heat-conducting plate with cooling fins in the interior of the heat-conducting plate, an air or other heat transport medium flow being passed through the heat-conducting plate.
[0067] Eine weitere Möglichkeit ist das Vorsehen eines oder mehrerer Wärmerohre (Heatpipe oder Zwei-Phasen-Thermosiphon) in der Wärmeleitplatte. Ein Wärmerohr ist nach dem Stand der Technik bekannt und stellt ein mit Arbeitsmedium gefülltes gekapseltes System dar, welches Wärmeenergie von einer Stelle (Kühlzone) des Wärmerohres an eine andere (Heizzone) transportiert. Vorteilhaft kann damit die Wärmeenergie aus der Wärmeleitplatte nach außen an einen Bereich des Batteriegehäuses geleitet werden. Das Gehäuse kann dann von außen gekühlt werden, sodass die Batterie ein geschlossenes Gehäuse ohne Kühlmittelzuführung ins Innere der Batterie aufweisen kann. Die erfindungsgemäße Batterie umfasst somit bevorzugt ein Gehäuse, Another possibility is to provide one or more heat pipes (heat pipe or two-phase thermosiphon) in the heat conducting plate. A heat pipe is known from the prior art and represents an encapsulated system filled with working medium which transports thermal energy from one point (cooling zone) of the heat pipe to another (heating zone). In this way, the thermal energy can advantageously be conducted outwards from the heat conducting plate to an area of the battery housing. The housing can then be cooled from the outside, so that the battery can have a closed housing without a coolant supply to the interior of the battery. The battery according to the invention thus preferably comprises a housing,
welches die Batteriemodule und die zumindest eine Wärmeleitplatte umgibt und zumindest ein Element, welches Wärmeenergie zwischen der Wärmeleitplatte und dem Gehäuse der Batterie überträgt, insbesondere in Form eines Wärmerohres. which surrounds the battery modules and the at least one heat conducting plate and at least one element which transfers thermal energy between the heat conducting plate and the housing of the battery, in particular in the form of a heat pipe.
[0068] Die Temperierung der Pole kann verbessert werden, wenn die Stromschiene ein Metallblech aufweist, welches über die Pole der Batteriezellen verläuft. Vorzugsweise ist das Metallblech mit vorspringenden Kontaktbereichen mit den Polen der Batteriezellen elektrisch verbunden. Dadurch können Materialtoleranzen und thermische Expansion und/oder Kontraktion über Verformungen am vorspringenden Kontaktbereich aufgenommen werden. Die Gefahr eines thermischen Kontaktverlusts der Stromschiene mit der Wärmeleitplatte ist sohin erheblich reduzierbar. The temperature control of the poles can be improved if the busbar has a metal sheet which runs over the poles of the battery cells. The metal sheet is preferably electrically connected to the poles of the battery cells with protruding contact areas. As a result, material tolerances and thermal expansion and / or contraction can be absorbed via deformations on the protruding contact area. The risk of thermal loss of contact between the busbar and the heat-conducting plate can thus be considerably reduced.
[0069] Die Konstruktion der Batterie kann weiter vereinfacht werden, wenn die Batteriezellen als Rundzellen ausgebildet sind. Das Vorsehen einer kompakten Stromschiene zum Zusammenschalten der Batteriezellen ist erleichtert, da Rundzellen an beiden Stirnseiten elektrische Pole aufweisen. Zudem reicht auf diese Weise eine Stromschiene pro Stirnseite des Batteriemoduls aus, wenn alle Rundzellen des Batteriemoduls parallel geschalten sind. The construction of the battery can be further simplified if the battery cells are designed as round cells. Providing a compact busbar for interconnecting the battery cells is made easier, since round cells have electrical poles on both end faces. In addition, one busbar per face of the battery module is sufficient in this way if all the round cells of the battery module are connected in parallel.
[0070] In den Figuren sind beispielhafte Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen Gegenstands dargestellt. In the figures, exemplary embodiment variants of the subject matter according to the invention are shown.
[0071] Fig. 1: zeigt eine Schnittansicht einer Batterie mit mehreren Batteriemodulen. [0072] Fig. 2: zeigt eine Detailansicht zur Fig. 1. [0073] Fig. 3: zeigt eine Explosionsdarstellung eines bevorzugten Batteriemoduls. 1: shows a sectional view of a battery with a plurality of battery modules. [0072] FIG. 2: shows a detailed view of FIG. 1. [0073] FIG. 3: shows an exploded view of a preferred battery module.
[0074] Fig. 4: zeigt einen besonders bevorzugten unteren Zellenpakethalter der Ausführungsvariante mit Latentwärmespeicher. 4: shows a particularly preferred lower cell packet holder of the embodiment variant with latent heat storage.
[0075] Fig. 5: zeigt einen besonders bevorzugten unteren Zellenpakethalter der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher. 5: shows a particularly preferred lower cell packet holder of the variant embodiment without latent heat storage.
[0076] Fig. 6: zeigt ein bevorzugtes Batteriemodul ohne Darstellung der Rundzellen. 6: shows a preferred battery module without showing the round cells.
[0077] Fig. 7: veranschaulicht den Schichtaufbau der Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen mit Latentwärmespeicher auf einer Wärmeleitplatte. 7: illustrates the layer structure of the combination of three preferred battery modules with latent heat storage on a heat conducting plate.
[0078] Fig. 8: veranschaulicht den Schichtaufbau der Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen ohne Latentwärmespeicher auf einer Wärmeleitplatte. 8: illustrates the layer structure of the combination of three preferred battery modules without latent heat storage on a heat conducting plate.
[0079] Fig. 9: veranschaulicht die elektrische Verbindung der Stromschienen von drei Batteriemodulen mit Latentwärmespeichern. 9: illustrates the electrical connection of the busbars of three battery modules with latent heat stores.
[0080] Fig. 10: veranschaulicht die elektrische Verbindung der Stromschienen von drei Batteriemodulen ohne Latentwärmespeicher. 10: illustrates the electrical connection of the busbars of three battery modules without latent heat storage.
[0081] Fig. 11: zeigt die Zusammenstellung von drei bevorzugten Batteriemodulen mit Latentwärmespeicher auf einer mehrteiligen Wärmeleitplatte. 11: shows the combination of three preferred battery modules with latent heat storage on a multi-part heat conducting plate.
[0082] Fig. 12: zeigt die Zusammenstellung von je drei bevorzugten Batteriemodulen ohne Latentwärmespeicher auf gegenüberliegenden Seiten einer mehrteiligen Wärmeleitplatte. Fig. 12: shows the combination of three preferred battery modules without latent heat storage on opposite sides of a multi-part heat conducting plate.
[0083] Im Sinne dieser Beschreibung bedeutet „unten“, „untere“ etc. dem Strukturbauteil 10 zugewandt bzw. näher am Strukturbauteil 10 und „oben“, „obere“ etc. vom Strukturbauteil 10 abgewandt, bzw. weiter entfernt vom Strukturbauteil 10, unabhängig von der räumlichen Lage der Batterie 1. For the purposes of this description, “bottom”, “lower” etc. means facing the structural component 10 or closer to the structural component 10 and “top”, “upper” etc., facing away from the structural component 10, or further away from the structural component 10, regardless of the spatial location of the battery 1.
[0084] Nach Fig. 1 ist beispielhaft eine Batterie 1 dargestellt, die mehrere Batteriemodule 2, 3 aufweist. Das Batteriemodul 2 ist in seiner Längsrichtung geschnitten; zur besseren Orientierung ist die Lage einer solchen Schnittebene in Fig. 11 strichliert veranschaulicht, obwohl Fig. 11 eine andere Ausführungsvariante zeigt. According to FIG. 1, a battery 1 is shown by way of example, which has a plurality of battery modules 2, 3. The battery module 2 is cut in its longitudinal direction; for better orientation, the position of such a sectional plane is illustrated by dashed lines in FIG. 11, although FIG. 11 shows a different embodiment variant.
[0085] Die Batteriemodule 2,3 weisen je einen mechanischen und elektrischen Verbund aus zusammengefassten Batteriezellen 4, metallische Stromschienen 5, 6 sowie einen Zellenpakethalter 7 und Zellenhalter 8, bevorzugt aus Kunststoff, auf. The battery modules 2, 3 each have a mechanical and electrical composite of combined battery cells 4, metallic busbars 5, 6 and a cell pack holder 7 and cell holder 8, preferably made of plastic.
[0086] Die Batteriezellen 4 ragen in einen oberen Zellenhalter 8 ein, womit dieser Zellenhalter 8 die Batteriezellen 4 bereichsweise formschlüssig aufnimmt und diese damit fixiert bzw. lagert wie anhand der Fig. 1 zu erkennen - damit ist eine hohe mechanische Stabilität der Batteriemodule 2, 3 gewährleistet. Die elektrischen Pole 9, nämlich Plus- und Minuspol, sind an gegenüberliegenden Stirnseiten 30, 31 der Batteriemodule 2, 3 angeordnet und an den dort vorgesehenen Stromschienen 5 bzw. 6 elektrisch angeschlossen - also mit diesen elektrisch verbun-den -, welche Stromschienen 5 bzw. 6 als Zellenverbinder/Zellenverbinderplatine der Batteriezellen 4 in je einem Batteriemodul 2, 3 dienen. The battery cells 4 protrude into an upper cell holder 8, with which this cell holder 8 receives the battery cells 4 in a form-fitting manner and thus fixes or supports them, as can be seen from FIG. 3 guaranteed. The electrical poles 9, namely plus and minus poles, are arranged on opposite end faces 30, 31 of the battery modules 2, 3 and are electrically connected to the busbars 5 and 6 provided there - that is, electrically connected to them - which busbars 5 and 6, respectively 6 serve as cell connector / cell connector board of the battery cells 4 in one battery module 2, 3 each.
[0087] Zudem weist die Batterie 1 ein tragendes Strukturbauteil 10 auf, das bevorzugt als metallische ein oder mehrteilige Wärmeleitplatte 11 ausgebildet ist. Diese bevorzugt aus zwei Plattenteilen zusammengesetzte Wärmeleitplatte 11 ist stirnseitig der Batteriemodule 2, 3 vorgesehen in gegenständlichem Beispiel und in der bevorzugten Ausführungsvariante an der jeweiligen unteren Stirnseite 30, also am Boden der jeweiligen Batteriemodule 2, 3 und zwischen diesen. In addition, the battery 1 has a load-bearing structural component 10, which is preferably designed as a metallic one-part or multi-part heat-conducting plate 11. This heat conducting plate 11, which is preferably composed of two plate parts, is provided at the front of the battery modules 2, 3 in the present example and in the preferred embodiment variant on the respective lower end 30, i.e. on the bottom of the respective battery modules 2, 3 and between them.
[0088] Die Batteriezellen 4 der Batteriemodule 2, 3 sind in thermischer Verbindung mit der Wärmeleitplatte 11, welche zum Kühlen und/oder Heizen der Batteriezellen 4 ausgebildet ist. Zu diesem Zweck wird die Wärmeleitplatte 11 über nicht näher dargestellte Heiz- /Kühlmittel 12 aktiv thermisch belastet. Wie aus der Fig. 1 zu entnehmen, weist die Wärmeleitplatte 11 bevorzugt aktive Heiz- /Kühlmittel 12 in Form von Flüssigkeitsleitungen 13 in der Wärmeleitplatte 11 auf, durch welche ein nicht näher dargestellter Wärmeträger geführt wird, um zur Temperierung der die Batteriezellen 4 beizutragen. The battery cells 4 of the battery modules 2, 3 are in thermal connection with the heat conducting plate 11, which is designed for cooling and / or heating the battery cells 4. For this purpose, the heat conducting plate 11 is actively thermally loaded via heating / cooling means 12, which are not shown in detail. As can be seen from FIG. 1, the heat conducting plate 11 preferably has active heating / cooling means 12 in the form of liquid lines 13 in the heat conducting plate 11, through which a heat transfer medium (not shown) is passed in order to contribute to the temperature control of the battery cells 4.
[0089] Passive Heiz-/Kühlmittel, wie beispielsweise nicht näher dargestellte Wärmeleitrippen, sind selbstverständlich in Kombination mit den aktiven Heiz- /Kühlmittel 12 vorstellbar. Passive heating / cooling means, such as, for example, heat conducting ribs not shown in detail, are of course conceivable in combination with the active heating / cooling means 12.
[0090] Um die Batteriezellen 4 thermisch vorteilhaft an die Wärmeleitplatte 11 anzukoppeln, ist erfindungsgemäß die Wärmeleitplatte 11 an der, Pole 9 der Batteriezellen 4 aufweisenden unteren Stirnseite 30 der Batteriemodule 2, 3 vorgesehen. Damit kann den Batteriezellen 4 über die metallische Leitfähigkeit der Pole 9 besonders schnell thermische Energie zu- oder abgeführt werden. Die Wärmeleitplatte 11 ist bevorzugt thermisch an die negativen Pole 9.2 gekoppelt, und zwar über eine elektrische Isolierung 14 (falls benötigt) und die Stromschiene 5, welche an die jeweiligen Pole 9 der Batteriezellen 4 anschließt - wie im Detail in Fig. 2 zu erkennen. Hierzu ist die elektrische Isolierung 14 zur Reduktion des thermischen Widerstands als thermisches Kontaktelement ausgebildet. Des Weiteren kann mit Hilfe der elektrischen Isolierung 14 ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Batteriezellen 4 bzw. den Batteriemodulen 2, 3 vermieden werden. Der modulare Aufbau der Batterie 1 kann daher weiter gewährleistet bleiben, auch wenn die Batteriemodule 2, 3 gemeinsamen von einer elektrisch leitenden Wärmeleitplatte 11 gekühlt werden. In order to couple the battery cells 4 to the heat conducting plate 11 in a thermally advantageous manner, the heat conducting plate 11 is provided according to the invention on the lower end face 30 of the battery modules 2, 3 having poles 9 of the battery cells 4. Thermal energy can thus be supplied to or removed from the battery cells 4 particularly quickly via the metallic conductivity of the poles 9. The heat conducting plate 11 is preferably thermally coupled to the negative poles 9.2, specifically via electrical insulation 14 (if required) and the busbar 5, which connects to the respective poles 9 of the battery cells 4 - as can be seen in detail in FIG. For this purpose, the electrical insulation 14 is designed as a thermal contact element to reduce the thermal resistance. Furthermore, with the aid of the electrical insulation 14, an electrical short circuit between the battery cells 4 or the battery modules 2, 3 can be avoided. The modular structure of the battery 1 can therefore continue to be guaranteed, even if the battery modules 2, 3 are jointly cooled by an electrically conductive heat-conducting plate 11.
[0091] In einer bevorzugten Ausführungsvariante weist die Batterie 1 zudem einen optionalen Latentwärmespeicher 15 auf, der zwischen der unteren Stromschiene 5 des Batteriemoduls 2, 3 und der Wärmeleitplatte 11 vorgesehen ist. Der Latentwärmespeicher 15 besteht bevorzugt aus einem Phasenwechselmaterial 15.1 und einer festen wärmeleitenden Trägerstruktur 15.2, welche das Phasenwechselmaterial 15.1 aufnimmt - was nicht näher dargestellt ist. Ist der Latentwärmespeicher 15 nicht vorhanden, schließt die Wärmeleitplatte 11 bevorzugt direkt an die untere Stromschiene 5 an, wobei optional im Fall einer elektrisch leitenden Wärmeleitplatte 11 eine elektrische Isolierung 14 zwischen der untere Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 vorgesehen ist. In a preferred embodiment, the battery 1 also has an optional latent heat storage device 15, which is provided between the lower busbar 5 of the battery module 2, 3 and the heat-conducting plate 11. The latent heat storage 15 preferably consists of a phase change material 15.1 and a solid, heat-conducting support structure 15.2, which receives the phase change material 15.1 - which is not shown in more detail. If the latent heat storage 15 is not present, the heat conducting plate 11 preferably connects directly to the lower busbar 5, with electrical insulation 14 being optionally provided between the lower busbar 5 and the heat conducting plate 11 in the case of an electrically conductive heat conducting plate 11.
[0092] Aufgrund eines Latentwärmespeichers 15 kann die von den Batteriezellen 4 emittierte Wärmeenergie in Schmelzenthalpie im Latentwärmespeicher 15 umgewandelt werden. Damit kann eine in der Wärmekapazität hohe Wärmesenke im thermischen Weg zwischen Batteriezellen 4 und Wärmeleitplatte 11 vorgesehen werden. Gleiches kann allerdings auch für einen Ener-Due to a latent heat store 15, the thermal energy emitted by the battery cells 4 can be converted into melting enthalpy in the latent heat store 15. In this way, a heat sink with a high thermal capacity can be provided in the thermal path between battery cells 4 and heat-conducting plate 11. The same can, however, also apply to an energy
gieweg in umgekehrte Richtung gelten, indem der Latentwärmespeicher 15 als Wärmequelle für die Batteriezellen 4 dient. Derart können thermische Spitzen geglättet und damit die Batteriezellen 4 gleichmäßiger auf einer gewünschten Betriebstemperatur gehalten werden. gieweg apply in the opposite direction, in that the latent heat storage 15 serves as a heat source for the battery cells 4. In this way, thermal peaks can be smoothed and the battery cells 4 can thus be kept more uniformly at a desired operating temperature.
[0093] Die feste Trägerstruktur 15.2 wird bevorzugt von einem zellulären, offenporigen Werkstoff, insbesondere Graphitschaum ausgebildet. Es ist jedoch im Rahmen der Erfindung vorstellbar eine andere Wärmeleitmatrix hierfür einzusetzen, beispielsweise zelluläre Werkstoffe, wie PUSchaum, Metallfaser oder Drahtstrukturen aus beispielsweise Stahl, Aluminium, Kupfer Nickel, Legierung etc.. The solid support structure 15.2 is preferably formed from a cellular, open-pore material, in particular graphite foam. However, within the scope of the invention it is conceivable to use a different heat conduction matrix for this purpose, for example cellular materials such as PU foam, metal fiber or wire structures made of, for example, steel, aluminum, copper, nickel, alloy, etc.
[0094] Als Phasenwechselmaterial 15.1 des Latentwärmespeichers 15 wird bevorzugt ein Wachs verwendet, das in die Trägerstruktur 15.2 eingebracht wird und beispielsweise durch Kapillarkräfte in dieser Trägerstruktur 15.2 gehalten wird. The phase change material 15.1 of the latent heat accumulator 15 is preferably a wax that is introduced into the support structure 15.2 and is held in this support structure 15.2, for example by capillary forces.
[0095] Wie in der Fig. 1 zu erkennen, ist die elektrische Isolierung 14 zwischen Latentwärmespeicher 15 und Wärmeleitplatte 11, welche auch an diese thermisch anschließt, vergleichsweise dünn ausgeführt - was durch Verwendung einer Wärmeleitfolie ermöglicht wird. Im Allgemeinen wird erwähnt, dass als thermisches Kontaktelement jegliches Wärmeleitpad vorstellbar ist, beispielsweise Silikongummi-Folien, Silikonmatten, Glimmerscheiben, Keramikscheiben etc.. As can be seen in FIG. 1, the electrical insulation 14 between the latent heat accumulator 15 and the heat-conducting plate 11, which is also thermally connected to this, is made comparatively thin - which is made possible by using a heat-conducting film. In general, it is mentioned that any heat conducting pad can be imagined as a thermal contact element, for example silicone rubber foils, silicone mats, mica disks, ceramic disks, etc.
[0096] Als metallische Stromschiene 5, 6 hat sich ein umgeformtes, vorzugsweise gebogenes, elektrisch leitendes Metallblech, beispielsweise ein Nickelblech, bewährt - unter anderem, um die mechanische Belastbarkeit des Batteriemoduls 2, 3 zu erhöhen. A reshaped, preferably bent, electrically conductive sheet metal, for example a nickel sheet, has proven successful as the metallic busbar 5, 6 - among other things, in order to increase the mechanical load-bearing capacity of the battery module 2, 3.
[0097] Das Metallblech der jeweiligen Stromschiene verläuft über alle ihm zugewandten Pole 9 der Batteriezellen 4 des Batteriemoduls 2, was zum einen aufgrund der großen Fläche die Wärmekapazität der Stromschienen 5, 6 erhöht, zudem aber auch zu einer vergrößerten Kontaktfläche der unteren Stromschiene 5 mit der Wärmeleitplatte 11 führt. The sheet metal of the respective busbar runs over all of its facing poles 9 of the battery cells 4 of the battery module 2, which on the one hand increases the thermal capacity of the busbars 5, 6 due to the large area, but also increases the contact area of the lower busbar 5 the heat conducting plate 11 leads.
[0098] Entsprechend Fig. 2 ist am Metallblech eine vorspringende Kontaktausformung 5.1 zu erkennen, die mit dem Minuspol 9.2 der Batteriezelle 4 elektrisch verbunden ist. According to FIG. 2, a projecting contact formation 5.1 can be seen on the metal sheet, which is electrically connected to the negative pole 9.2 of the battery cell 4.
[0099] Das Batteriezellenpaket ragt in eine Aufnahme 18 an einer ersten Seite 7.1 des unteren Zellenpakethalters 7 ein. Diese Aufnahme 18 dient nicht nur zur seitlichen Führung des Batteriezellenpakets, sondern ist bevorzugt auch zur Aufnahme des Latentwärmespeichers 15 ausgebildet. Damit werden Batteriezellen 4 und Latentwärmespeicher 15 - einfach konstruktiv gelöst zueinander positioniert, was eine gute thermische Kopplung sicherstellt. The battery cell pack protrudes into a receptacle 18 on a first side 7.1 of the lower cell pack holder 7. This receptacle 18 is not only used to guide the battery cell pack laterally, but is preferably also designed to accommodate the latent heat accumulator 15. In this way, battery cells 4 and latent heat accumulator 15 are positioned with respect to one another in a simple manner in a structurally resolved manner, which ensures good thermal coupling.
[00100] Dies umso mehr dadurch, dass der Latentwärmespeicher 15 den Zellenpakethalter 7 an einer zweiten Seite 7.2 durchragt und damit mit der an dieser zweiten Seite 7.2 des Zellenpakethalters 7 angeordneten Wärmeleitplatte 11 - im Ausführungsbeispiel direkt - thermisch verbunden ist. Konstruktiv einfach gelöst, liegt die zweite Seite 7.2 der ersten Seite 7.1 mit der Aufnahme 18 gegenüber. All the more so because the latent heat accumulator 15 protrudes through the cell stack holder 7 on a second side 7.2 and is thus thermally connected - directly in the exemplary embodiment - to the heat conducting plate 11 arranged on this second side 7.2 of the cell stack holder 7. Released in a structurally simple manner, the second side 7.2 lies opposite the first side 7.1 with the receptacle 18.
[00101] Wie in Fig. 2 erkennbar, weist der Latentwärmespeicher 15 einen plattenförmigen Grundkörper 19 und eine diesem Grundkörper 19 vorspringende Struktur 20 auf. As can be seen in FIG. 2, the latent heat accumulator 15 has a plate-shaped base body 19 and a structure 20 projecting from this base body 19.
[00102] Die vorspringende Struktur 20 greift durch komplementäre und mit der Aufnahme 18 verbundene Aussparungen 21 im Zellenpakethalter 7. Diese vorspringende Struktur 20 wird von Noppen ausgebildet, es sind aber auch andere Strukturen vorstellbar, wie beispielsweise eine Wabenstruktur. Wie in Fig. 1 erkennbar ist, weist der Latentwärmespeicher 15 bevorzugt im Bereich jeder Batteriezelle 4 ein vorspringende Struktur 20 auf, sodass die Wärmeableitung von jedem Pol 9 auf geradem Weg in die Wärmeleitplatte 11 über den Latentwärmespeicher 15 erfolgt. Dies kann auch erreicht werden, wenn sich die jeweilige vorspringende Struktur 20 über den Bereich mehrerer Pole 9 erstreckt. The protruding structure 20 engages through complementary recesses 21 connected to the receptacle 18 in the cell packet holder 7. This protruding structure 20 is formed by knobs, but other structures are also conceivable, such as a honeycomb structure. As can be seen in FIG. 1, the latent heat accumulator 15 preferably has a protruding structure 20 in the area of each battery cell 4, so that the heat is dissipated from each pole 9 on a straight path into the heat conducting plate 11 via the latent heat accumulator 15. This can also be achieved if the respective protruding structure 20 extends over the area of several poles 9.
[00103] Erkennbar ist zudem, dass die Batteriezellen 4 als Rundzellen ausgebildet sind, wodurch hohe Kompaktheit und in weiterer Folge eine hohe Energiedichte an der Batterie 1 erreicht wird. It can also be seen that the battery cells 4 are designed as round cells, as a result of which a high degree of compactness and, subsequently, a high energy density in the battery 1 is achieved.
[00104] Die Batteriemodule 2, 3 weisen - im dargestellten Beispiel randseitig und mittig - mehrere in Längsrichtung der Batteriezellen 4 verlaufende Abstandhalter 22 mit Schraubverbindungen 23 The battery modules 2, 3 have - in the example shown at the edge and in the center - a plurality of spacers 22 with screw connections 23 running in the longitudinal direction of the battery cells 4
auf. Über diese Abstandhalter 22 sind die Batteriemodule 2, 3 an der Wärmeleitplatte 11 befestigt. Die Wärmeleitplatte 11 dient daher nicht nur zur Kühlung und/oder Erwärmung der Batteriezellen 4, sondern stellt auch einen Träger für die Batteriemodule 2, 3 dar. on. The battery modules 2, 3 are fastened to the heat conducting plate 11 via these spacers 22. The heat conducting plate 11 therefore not only serves to cool and / or heat the battery cells 4, but also represents a carrier for the battery modules 2, 3.
[00105] In den Fig. 3-12 sind die Bestandteile einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Batterie dargestellt. 3-12, the components of a particularly preferred embodiment of the battery according to the invention are shown.
[00106] Wobei die Komponenten derart ausgestaltet sind, dass die Batterie wahlweise mit Latentwärmespeicher (Fig. 3, 4, 6, 7, 9, 11) oder ohne Latentwärmespeicher (Fig. 5, 6, 8, 10, 12) aufgebaut sein kann. Zu beachten ist, dass die Fig. 3-12 alle dieselbe Ausführungsvariante darstellen, wobei bei dieser Ausführungsvariante zwischen zwei unterschiedlichen unteren Zellenpakethaltern 7 gewählt werden kann, je nachdem, ob ein Latentwärmespeicher 15 im Aufbau zu integrieren ist oder nicht. In den Fig. 3-12 sind die Komponenten zum Teil einzeln (Fig. 4 und Fig. 5) oder in unvollständiger Zusammenstellung (Fig. 6-10) dargestellt, um den Aufbau und das Zusammenwirken der Komponenten besser verständlich zu machen. Die Fig. 6-10 stellen keine Zwischenschritte beim Zusammenbau der Module bzw. der Batterie dar, sondern resultieren aus dem Ausblenden einzelner Baugruppen. Die Bauteile in den Fig. 3-12 sind bis auf den unteren Zellenpakethalter 7 ident ausgeführt, jedoch wurden aus UÜbersichtlichkeitsgründen nicht alle Bezugszeichen in allen Figuren verwendet. Die Ausführungsvariante der Fig. 3-12 unterscheidet sich von jener der Fig. 1-2 in der Form des Latentwärmespeichers 15, der Form des unteren Zellenpakethalters 7, in der Form des unteren Endes der Abstandhalter 22, der Ausgestaltung der Wärmeleitplatte 11 und in der Position der elektrischen Isolierung 14. The components are designed such that the battery can optionally be constructed with latent heat storage (Fig. 3, 4, 6, 7, 9, 11) or without latent heat storage (Fig. 5, 6, 8, 10, 12) . It should be noted that FIGS. 3-12 all show the same embodiment variant, with this embodiment variant being able to choose between two different lower cell pack holders 7, depending on whether or not a latent heat accumulator 15 is to be integrated in the structure. In FIGS. 3-12 the components are partly shown individually (FIGS. 4 and 5) or in an incomplete combination (FIGS. 6-10) in order to make the structure and the interaction of the components easier to understand. 6-10 do not represent intermediate steps in the assembly of the modules or the battery, but result from the hiding of individual assemblies. The components in FIGS. 3-12 are identical except for the lower cell packet holder 7, but for reasons of clarity, not all reference symbols have been used in all figures. The variant of FIGS. 3-12 differs from that of FIGS. 1-2 in the shape of the latent heat accumulator 15, the shape of the lower cell pack holder 7, in the shape of the lower end of the spacers 22, the design of the heat conducting plate 11 and in the Electrical insulation location 14.
[00107] In Fig. 3 sind alle Komponenten eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls 2 in Explosionsdarstellung dargestellt, welches eine Einheit aus einzelnen parallel geschalteten Batteriezellen 4, insbesondere Rundzellen mit einheitlicher Ausrichtung ihrer Pole 9 darstellt. In Fig. 3, all components of a battery module 2 according to the invention are shown in an exploded view, which represents a unit of individual battery cells 4 connected in parallel, in particular round cells with uniform alignment of their poles 9.
Batteriezellen 4 Battery cells 4
[00108] Alle Batteriezellen 4 des Batteriemoduls 2 weisen eine einheitliche Ausrichtung ihrer Pluspole 9.1 und Minuspole 9.2 auf. Bevorzugt liegen jene Pole 9, welche eine bessere Wärmeleitung ermöglichen, dem unteren Zellenpakethalter 7 zugewandt, sodass sie bei der fertig zusammengestellten Batterie dem Strukturbauteil 10 insbesondere der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen. Bei bekannten Batteriezellen 4, insbesondere bei Rundzellen sind die Minuspole 9.2 besser wärmeleitfähig, sodass bevorzugt diese der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen. Die einheitliche Ausrichtung der Batteriezellen 4 hat den Vorteil, dass diesen gleichmäßig Temperatur entzogen oder zugeführt wird, sodass sich eine weitgehend einheitliche Betriebstemperatur der Batteriezellen 4 einstellt. Bevorzugt umfasst ein Batteriemodul 2 zumindest 20 Batteriezellen, besonders bevorzugt zumindest 30. All battery cells 4 of the battery module 2 have a uniform alignment of their positive poles 9.1 and negative poles 9.2. Those poles 9 which enable better heat conduction are preferably facing the lower cell pack holder 7, so that in the fully assembled battery they are facing the structural component 10, in particular the heat conducting plate 11. In known battery cells 4, in particular in the case of round cells, the negative poles 9.2 are more thermally conductive, so that they are preferably facing the heat conducting plate 11. The uniform alignment of the battery cells 4 has the advantage that temperature is withdrawn or supplied uniformly from them, so that a largely uniform operating temperature of the battery cells 4 is established. A battery module 2 preferably comprises at least 20 battery cells, particularly preferably at least 30.
[00109] Sofern die Batteriezellen 4 an einer Art von Pol 9 eine interne Schmelzsicherung und/oder ein Ventil bzw. eine Sollbruchstelle zum Ausgasen aufweisen, liegt diese Art von Pol 9 bevorzugt oben, also dem Strukturbauteil 10 abgewandt. If the battery cells 4 have an internal fuse and / or a valve or a predetermined breaking point for outgassing at a type of pole 9, this type of pole 9 is preferably on top, ie facing away from the structural component 10.
Untere Stromschiene 5 (Siehe insb. Fig. 3 und 10) Lower busbar 5 (see in particular Figs. 3 and 10)
[00110] Die Pole 9 der Batteriezellen 4 sind an der unteren Seite durch ein untere Stromschiene 5 verbunden. Die untere Stromschiene 5 weist einen flächigen Abschnitt auf, welcher in einem Winkel von 90 ° zur Längsrichtung der Batteriezellen 4 vorliegt. The poles 9 of the battery cells 4 are connected on the lower side by a lower busbar 5. The lower busbar 5 has a flat section which is at an angle of 90 ° to the longitudinal direction of the battery cells 4.
[00111] Bevorzugt weist die untere Stromschiene 5 je Batteriezelle 4 eine Kontaktausformung 5.1 auf, welche aus der Ebene des flächigen Abschnitts der Stromschiene 5 in Richtung der Batteriezelle 4 vorsteht. Die Kontaktausformungen 5.1 können in die Stromschiene 5 geprägt sein. Bevorzugt sind die jeweilige Kontaktumformung 5.1 mit dem jeweiligen Pol 9, bevorzugt Minuspol 9.2 verschweißt. Die untere Stromschiene 5 weist bevorzugt Durchtrittsöffnungen 5.2 auf, welche zum Durchtritt der unteren Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 dienen. The lower busbar 5 preferably has a contact formation 5.1 for each battery cell 4, which protrudes from the plane of the flat section of the busbar 5 in the direction of the battery cell 4. The contact formations 5.1 can be embossed into the busbar 5. The respective contact deformation 5.1 is preferably welded to the respective pole 9, preferably the negative pole 9.2. The lower busbar 5 preferably has passage openings 5.2, which serve for the passage of the lower centering elements 22.1 of the spacers 22.
[00112] Der flächige Bereich der Stromschiene 5 kann optional an einer oder an zwei gegenüberliegenden Seiten eine Aufkantung 5.3 aufweisen, diese dient dazu, um die Verwindungssteifigkeit der Stromschiene 5 zu erhöhen und um eine Führung bzw. seitliche Halterung für die Bat-The flat area of the busbar 5 can optionally have an upstand 5.3 on one or two opposite sides, this serves to increase the torsional rigidity of the busbar 5 and to provide a guide or lateral holder for the battery.
teriezellen 4 zu schaffen. Bevorzugt schließt an einer Seite des flächigen Bereichs der Stromschiene 5 eine Verbindungsfläche 5.4 an, welche sich vom flächigen Bereich der Stromschiene 5 bis zur gegenüberliegenden oberen Stirnseite 31 des Batteriemoduls 2 erstreckt. Die Verbindungsfläche 5.4 ist elektrisch leitend mit dem flächigen Bereich der Stromschiene 5 verbunden und kann bevorzugt einstückig mit diesem vorliegen, indem die Stromschiene 5 bestehend aus flächigem Bereich und Verbindungsfläche 5.4 als L-förmig gebogenes Metallblech vorliegt. Die Verbindungsfläche 5.4 kann an ihrem oberen Ende eine weitere Abwinkelung in Form eines Kontaktbereichs 5.5 bzw. 17 aufweisen. Weniger bevorzugt kann die Abwinkelung an der oberen Stromschiene 6 vorliegen, sodass diese einen abgewinkelten Kontaktbereich 17 aufweist. Weniger bevorzugt kann die Verbindung der unteren Stromschiene 5 eines Batteriemoduls 2 mit der oberen Stromschiene 6 des benachbarten Batteriemoduls 2 durch eine andere geeignete elektrische Verbindung erfolgen, beispielsweise durch zumindest ein Kabel oder zumindest einen Pin anstelle der Verbindungsfläche 5.4, wobei es auch dabei vorteilhaft ist, wenn das verbindende Element bereits vor der Zusammenstellung mehrere Batteriemodule 2 an der unteren Stromschiene 5 des jeweiligen Batteriemoduls 2 angebracht ist und von dort in Richtung der oberen Stirnseite 31 des Batteriemoduls 2 verläuft, um beabstandet zur unteren Stromschiene 5 zumindest eine Kontaktstelle oder Kontaktfläche bereitzustellen. to create supply cells 4. A connecting surface 5.4, which extends from the flat area of the busbar 5 to the opposite, upper end face 31 of the battery module 2, preferably adjoins one side of the flat area of the busbar 5. The connecting surface 5.4 is electrically conductively connected to the flat area of the busbar 5 and can preferably be present in one piece with the latter, in that the busbar 5, consisting of a flat area and connecting area 5.4, is in the form of an L-shaped bent sheet of metal. The connection surface 5.4 can have a further angled portion in the form of a contact area 5.5 or 17 at its upper end. Less preferably, the bend can be present on the upper busbar 6, so that it has an angled contact area 17. Less preferably, the connection of the lower busbar 5 of a battery module 2 to the upper busbar 6 of the adjacent battery module 2 can be made by another suitable electrical connection, for example by at least one cable or at least one pin instead of the connecting surface 5.4, whereby it is also advantageous here if the connecting element is already attached to the lower busbar 5 of the respective battery module 2 before the assembly of several battery modules 2 and runs from there in the direction of the upper end face 31 of the battery module 2 in order to provide at least one contact point or contact surface at a distance from the lower busbar 5.
Obere Stromschiene 6 (Siehe insb. Fig. 1, 3, 4, 10) Upper busbar 6 (see in particular Fig. 1, 3, 4, 10)
[00113] Die obere Stromschiene 6 besteht bevorzugt aus einem flächigen, ebenen Bereich, welcher in einem Winkel von 90 ° zur Längsrichtung der Batteriezellen 4 vorliegt. Die Stromschiene 6 weist je Batteriezelle 4 ein Kontaktelement 6.1 auf, welches diese elektrisch mit dem Pol 9 der jeweiligen Batteriezelle 4 verbindet. Bevorzugt sind die Kontaktelement 6.1 durch partielles Ausschneiden bzw. Ausstanzen des Metallblechs der oberen Stromschiene 6 gebildet, wobei die teilweise ausgeschnittenen bzw. ausgestanzten Bereiche nach unten zu den Batteriezellen 4 umgeformt und dauerhaft mit diesen verbunden, insbesondere verschweißt, sind. Bevorzugt sind die jeweiligen Kontaktelemente 6.1 mit dem jeweiligen Pluspol 9.1 der Batteriezellen 4 verbunden. Zwischen dem flächigen, ebenen Bereich der obere Stromschiene 6 und den Batteriezellen 4, befindet sich ein Abschnitt des oberen Zellenhalters 8, welcher Öffnungen zum Durchtritt der Kontaktelemente 6.1 aufweist. Die Öffnungen liegen bevorzugt mit einem geringeren Durchmesser bzw. Ausmaß als die Batteriezellen 4 vor, sodass der obere Zellenhalter 8 ein Distanzhalter zwischen den Batteriezellen 4 und dem flächigen Bereich der oberen Stromschiene 6 ist. The upper busbar 6 preferably consists of a flat, flat area which is at an angle of 90 ° to the longitudinal direction of the battery cells 4. The busbar 6 has a contact element 6.1 for each battery cell 4, which connects it electrically to the pole 9 of the respective battery cell 4. The contact elements 6.1 are preferably formed by partially cutting out or punching out the sheet metal of the upper busbar 6, the partially cut out or punched out areas being reshaped downward to form the battery cells 4 and permanently connected to them, in particular welded. The respective contact elements 6.1 are preferably connected to the respective positive pole 9.1 of the battery cells 4. Between the flat, flat area of the upper busbar 6 and the battery cells 4, there is a section of the upper cell holder 8 which has openings for the contact elements 6.1 to pass through. The openings are preferably present with a smaller diameter or dimension than the battery cells 4, so that the upper cell holder 8 is a spacer between the battery cells 4 and the flat area of the upper busbar 6.
[00114] Die obere Stromschiene 6 weist bevorzugt Durchtrittsöffnungen 6.2 auf, welche zum Durchtritt von Vorsprüngen 8.4 des oberen Zellenhalters 8 dienen. The upper busbar 6 preferably has passage openings 6.2, which are used for the passage of projections 8.4 of the upper cell holder 8.
Oberer Zellenhalter 8 (Am besten in Fig. 6 zu erkennen) Upper cell holder 8 (best seen in Fig. 6)
[00115] Der obere Zellenhalter 8 weist einen flächigen Abschnitt auf, auf welchem die obere Stromschiene 6 aufliegt, dieser flächige Abschnitt ist von einer erhöhten Begrenzung 8.1, vorzugsweise an drei Seiten, umgeben. An jener Seite, an welcher keine Begrenzung 8.1 vorliegt, erfolgt das elektrische Verbinden zweier Batteriemodule 2 durch Verbinden der oberen Stromschiene 6 eines Batteriemoduls 2 mit der unteren Stromschiene 5 des anderen Batteriemoduls 2, durch eine zwischen diesen Stromschienen 5, 6 verlaufende leitende Verbindung, insbesondere eine bzw. die Verbindungsfläche 5.4. The upper cell holder 8 has a flat section on which the upper busbar 6 rests, this flat section is surrounded by a raised boundary 8.1, preferably on three sides. On the side on which there is no limitation 8.1, the electrical connection of two battery modules 2 takes place by connecting the upper busbar 6 of one battery module 2 to the lower busbar 5 of the other battery module 2, through a conductive connection running between these busbars 5, 6, in particular one or the connecting surface 5.4.
[00116] Jedes Batteriemodul 2 weist an seiner oberen Stirnseite 31 zwei Kontaktflächen auf, welche an gegenüberliegenden Rändern der Stirnseite 31 vorliegen, wobei eine Kontaktfläche elektrisch leitend mit der oberen Stromschiene 6 verbunden ist, oder bevorzugt durch diese gebildet ist und wobei die andere Kontaktfläche elektrisch leitend mit der unteren Stromschiene 5 verbunden ist, bevorzugt einstückig bzw. monolithisch mit dieser verbunden ist. Each battery module 2 has on its upper end face 31 two contact surfaces, which are present on opposite edges of the end face 31, wherein one contact surface is electrically conductively connected to the upper busbar 6, or is preferably formed by this and wherein the other contact surface is electrical is conductively connected to the lower busbar 5, is preferably integrally or monolithically connected to this.
[00117] Der obere Zellenhalter 8 ist bevorzugt an den beiden Seiten, an welchen die Kontaktflächen vorliegen mit gegengleichen Ausformungen 8.2, 8.3 versehen, wobei beim Zusammenbau eine Ausformung 8.2 eines ersten Moduls 2 unterhalb der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 zu liegen kommt. Die beiden überlappenden Bereiche der Zellenhalter 8 zweier benachbarter Batteriemodule 2 weisen bevorzugt zumindest je eine korrespondierende Durchtrittsöffnung 8.5 The upper cell holder 8 is preferably provided on the two sides on which the contact surfaces are present with oppositely matching formations 8.2, 8.3, with a formation 8.2 of a first module 2 lying below the formation 8.3 of the second module 2 during assembly. The two overlapping areas of the cell holders 8 of two adjacent battery modules 2 preferably each have at least one corresponding passage opening 8.5
auf, durch welche ein gemeinsames Befestigungsmittel, insbesondere eine gemeinsame Schraubverbindungen 23 verläuft, über welche die beiden oberen Zellenhalter 8 der beiden Batteriemodule 2 aneinander fixiert werden. Die oberen Zellenhalter 8 können weniger bevorzugt auch durch Kleben, Kunststoffschweißen, Nieten, direktes Verschrauben aneinander oder kraftschlüssig, beispielsweise Presspassung, verbunden sein. through which a common fastening means, in particular a common screw connection 23 runs, via which the two upper cell holders 8 of the two battery modules 2 are fixed to one another. The upper cell holders 8 can, less preferably, also be connected by gluing, plastic welding, riveting, screwing directly to one another or in a non-positive manner, for example a press fit.
[00118] Die erhöhte Begrenzung 8.1 umfasst einen Abschnitt, welcher eine bauliche, erhabene Trennung der oberen Stromschiene 6 und des Kontaktbereichs 17 der unteren Stromschiene 5 ein und desselben Batteriemoduls 2 bildet, um einen Kurzschluss durch möglicherweise in die Batterie eintretende leitende Fremdkörper in diesem Bereich zu verhindern. The increased limitation 8.1 comprises a section which forms a structural, raised separation of the upper busbar 6 and the contact area 17 of the lower busbar 5 of one and the same battery module 2 in order to prevent a short circuit through conductive foreign bodies possibly entering the battery in this area to prevent.
Unterer Zellenpakethalter 7 (Fig. 4, Fig. 5) Lower cell pack holder 7 (Fig. 4, Fig. 5)
[00119] Die Besonderheit des unteren Zellenpakethalters 7 besteht darin, dass dieser in Form eines Halterahmens ausgeführt ist, welcher zumindest eine Ausnehmung 7.3 und einen diese Ausnehmung 7.3 umschließenden Rahmen aufweist. Die Ausnehmung 7.3 kann durch zumindest einen Steg 7.9, welcher zwei gegenüberliegende Rahmenseiten verbindet, in zumindest zwei Ausnehmung 7.3 getrennt ausgeführt sein. Zumindest eine Ausnehmung 7.3 erstreckt sich bevorzugt über einen Flächenbereich, welcher mehrere Stirnseiten von Batteriezellen 4 überspannt. Dies bedeutet, dass nicht einzelne Öffnungen je Batteriezelle 4 vorhanden sind, so wie beim oberen Zellenhalter 8, sondern Öffnungen, die jeweils eine Fläche überspannen, welche die Stirnflächen mehrerer Batteriezellen 4 vollständig einschließt. The special feature of the lower cell pack holder 7 is that it is designed in the form of a holding frame which has at least one recess 7.3 and a frame enclosing this recess 7.3. The recess 7.3 can be embodied separately in at least two recess 7.3 by at least one web 7.9, which connects two opposite frame sides. At least one recess 7.3 preferably extends over a surface area which spans several end faces of battery cells 4. This means that there are not individual openings per battery cell 4, as in the case of the upper cell holder 8, but openings that each span an area which completely encloses the end faces of several battery cells 4.
[00120] Der Halterahmen weist bevorzugt eine umlaufende Begrenzung 7.6 auf, welche eine seitliche Führung für das gesamte Batteriezellenpaket des Batteriemoduls 2 und eine bauliche erhabene Trennung zwischen den unteren Stromschienen 5 von aneinander anschließenden Batteriemodulen 2 bildet. Im Halterahmen liegen Durchtrittsöffnungen 7.7 vor, welche zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23 dienen. Die Durchtrittsöffnungen 7.7 liegen bevorzugt in Erhöhungen 7.8 vor, welche sich bis zur unteren, zweiten Seite 7.2 des unteren Zellenpakethalters 7 erstrecken. The holding frame preferably has a circumferential delimitation 7.6, which forms a lateral guide for the entire battery cell pack of the battery module 2 and a structural raised separation between the lower busbars 5 from adjoining battery modules 2. Passage openings 7.7, which are used for the passage of the screw connections 23, are present in the holding frame. The passage openings 7.7 are preferably present in elevations 7.8 which extend as far as the lower, second side 7.2 of the lower cell pack holder 7.
Unterer Zellenpakethalter 7 mit Latentwärmespeicher (Fig. 4) Lower cell packet holder 7 with latent heat storage (Fig. 4)
[00121] In der besonders bevorzugten Ausführungsvariante, in welcher ein Latentwärmespeicher 15 zwischen der unteren Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 vorliegt, liegen die Ausnehmungen 7.3 bevorzugt in erhabenen Ausformung 7.5 an der Unterseite des Halterahmens vor. Bevorzugt weist die Ausnehmung 7.3 eine geringere Fläche auf, als die Ausformung 7.5, sodass die Ausformung 7.5 eine bevorzugt um die gesamte Ausnehmung 7.3 umlaufende Stützfläche 7.4 bildet. Der Latentwärmespeicher 15 kann auf diese Stützfläche 7.4 aufgelegt werden, wobei dieser entsprechend dem Innenraum der Ausformung 7.5 geformt ist und einen verjüngten Bereich aufweist, der durch die Ausnehmung 7.3 ragt, sodass dieser zumindest plan mit der unteren, äußeren Fläche der Ausformung 7.5 vorliegt. Die obere Fläche des Latentwärmespeichers liegt bevorzugt plan mit dem oberen flächigen Bereich 7.10 des Halterahmens vor. Also jener Fläche, welche im dargestellten Beispiel von der umlaufenden Begrenzung 7.6 begrenzt ist. In the particularly preferred embodiment, in which a latent heat accumulator 15 is present between the lower busbar 5 and the heat conducting plate 11, the recesses 7.3 are preferably in raised formation 7.5 on the underside of the holding frame. The recess 7.3 preferably has a smaller area than the formation 7.5, so that the formation 7.5 forms a support surface 7.4 that preferably extends around the entire recess 7.3. The latent heat accumulator 15 can be placed on this support surface 7.4, which is shaped according to the interior of the recess 7.5 and has a tapered area that protrudes through the recess 7.3 so that it is at least level with the lower, outer surface of the recess 7.5. The upper surface of the latent heat accumulator is preferably flat with the upper flat area 7.10 of the holding frame. In other words, the area that is bounded by the circumferential boundary 7.6 in the example shown.
Unterer Zellenpakethalter 7 ohne Latentwärmespeicher (Fig. 5) Lower cell packet holder 7 without latent heat storage (Fig. 5)
[00122] Der untere Zellenpakethalter 7 der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 weist die umlaufende Begrenzung 7.6 auf, deren flächige Erstreckung parallel zur Längsrichtung der Batteriezellen 4 ausgerichtet ist. Unterhalb dieser umlaufenden Begrenzung 7.6 weist der untere Zellenpakethalter 7 zumindest zwei flächige Bereiche 7.10 auf, welche parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichtet sind und welche zwei Seiten der umlaufende Begrenzung 7.6 unterhalb dieser verbinden. Bevorzugt schließen diese flächigen Bereiche 7.10 jeweils direkt an eine dritte Seite der umlaufenden Begrenzung 7.6 an, welche die zuvor genannten zwei Seiten verbindet. Bevorzugt ist zudem ein Steg 7.9 als weiterer flächiger Bereich 7.10 vorhanden, welcher, zwischen den zwei flächigen Bereichen 7.10 und beabstandet zu diesen, zwei gegenüberliegenden Seiten der Begrenzung 7.6 verbindet. Auch dieser Zellenpakethalter 7 könnte im Prinzip mit Latentwärmespeicher 15 verwendet werden, wenn dieser in der Ausnehmung 7.3 vorliegt und plan mit der Oberseite der flächigen Bereiche 7.10 abschließt, wobei in diesem Fall die Hal-The lower cell pack holder 7 of the embodiment variant without latent heat storage 15 has the circumferential delimitation 7.6, the areal extent of which is aligned parallel to the longitudinal direction of the battery cells 4. Below this circumferential delimitation 7.6, the lower cell stack holder 7 has at least two flat areas 7.10 which are aligned parallel to the lower busbar 5 and which connect two sides of the circumferential delimitation 7.6 below this. These flat areas 7.10 preferably each directly adjoin a third side of the circumferential delimitation 7.6, which connects the aforementioned two sides. In addition, a web 7.9 is preferably present as a further flat area 7.10 which, between the two flat areas 7.10 and at a distance from them, connects two opposite sides of the delimitation 7.6. This cell packet holder 7 could in principle also be used with latent heat accumulator 15 if this is present in recess 7.3 and is flush with the top of flat areas 7.10, in which case the halves
terung in Form der Ausformung 7.5 nicht vorhanden ist. Sofern der Latentwärmespeicher 15 dicker ausfällt als die Dicke der flächigen Bereiche 7.10, muss der Zellenpakethalter 7 mit Abstandhaltern (z.bo. Erhöhungen 7.8 und/oder Ausformung 7.5 und/oder Abstandleisten 24) auf dem Strukturbauteil 10 aufgelegt werden, damit die obere Seite der flächigen Bereiche 7.10 einen Abstand zur Oberfläche des Strukturbauteils 10, oder einer darauf aufliegenden elektrischen Isolierung 14 (Fig. 1), aufweist, welcher Abstand gleich der Dicke des Latentwärmespeichers 15 ist. In beiden Ausführungsvarianten weist der untere Zellenpakethalter 7 somit bevorzugt die umlaufende Begrenzung 7.6 und darunter anschließend zumindest einen flächigen Bereich auf, welcher parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichtet ist, und zumindest eine Ausnehmung 7.3 aufweist, welche entweder direkt in dieser Fläche vorliegt, oder in einer Ausformung 7.5 dieser Fläche. tion in the form of the formation 7.5 is not available. If the latent heat storage 15 turns out to be thicker than the thickness of the flat areas 7.10, the cell packet holder 7 must be placed with spacers (e.g. elevations 7.8 and / or formation 7.5 and / or spacer strips 24) on the structural component 10 so that the upper side of the Flat areas 7.10 have a distance from the surface of the structural component 10, or an electrical insulation 14 resting thereon (FIG. 1), which distance is equal to the thickness of the latent heat accumulator 15. In both design variants, the lower cell stack holder 7 thus preferably has the circumferential delimitation 7.6 and then at least one flat area below that, which is aligned parallel to the lower busbar 5, and has at least one recess 7.3, which is either directly in this area or in one Forming 7.5 of this area.
Elektrische Isolierung 14 Electrical insulation 14
[00123] Sofern die Wärmeleitplatte 11 aus elektrisch leitfähigem Material besteht bzw. eine elektrisch leitfähige Oberfläche aufweist, ist zwischen der unteren Stromschiene 5 und der Wärmeleitplatte 11 eine elektrische Isolierung 14 vorzusehen, bevorzugt in Form einer dünnen gut wärmeleitfähigen Schicht. Diese elektrische Isolierung 14 ist bevorzugt eine zusätzliche Lage, welche die Ausnehmung 7.3 bzw. die Ausnehmungen 7.3 des als Halterahmen ausgeführten unteren Zellenpakethalters 7 gegenüber der Wärmeleitplatte 11 verschließt. Diese elektrische Isolierung 14 in Form einer zusätzlichen Lage kann zwischen dem unteren Zellenpakethalter 7 und der Wärmeleitplatte 11 oder zwischen dem unteren Zellenpakethalter 7 und der unteren Stromschiene 5 angeordnet sein. Bevorzugt ist die elektrische Isolierung 14 eine Folie oder eine dünne Platte, welche Durchtrittsöffnungen 14.1 aufweist, zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23, bzw. der Zentrierelemente 22.1. Bevorzugt liegt die elektrische Isolierung 14 innerhalb der umlaufenden Begrenzung 7.6 im unteren Zellenpakethalter 7 vor. Die elektrische Isolierung 14 liegt bevorzugt oben auf den parallel zur unteren Stromschiene 5 ausgerichteten Flächen 7.10 des Zellenpakethalters 7 auf. If the heat conducting plate 11 is made of electrically conductive material or has an electrically conductive surface, electrical insulation 14 is to be provided between the lower busbar 5 and the heat conducting plate 11, preferably in the form of a thin, highly thermally conductive layer. This electrical insulation 14 is preferably an additional layer which closes the recess 7.3 or the recesses 7.3 of the lower cell pack holder 7, which is designed as a holding frame, with respect to the heat-conducting plate 11. This electrical insulation 14 in the form of an additional layer can be arranged between the lower cell stack holder 7 and the heat conducting plate 11 or between the lower cell stack holder 7 and the lower busbar 5. The electrical insulation 14 is preferably a film or a thin plate which has passage openings 14.1 for the passage of the screw connections 23 or the centering elements 22.1. The electrical insulation 14 is preferably present within the circumferential delimitation 7.6 in the lower cell stack holder 7. The electrical insulation 14 preferably rests on top of the surfaces 7.10 of the cell pack holder 7 that are aligned parallel to the lower busbar 5.
[00124] Die elektrische Isolierung 14 kann sich auch über zumindest einen Teilbereich der Aufkantung 5.3 oder der Verbindungsfläche 5.4 der unteren Stromschiene 5 erstrecken, so wie in den Fig. 3, 9, 10 ersichtlich ist. Die elektrische Isolierung 14 kann insbesondere als flächiges Element ausgebildet sein, welches zumindest im Bereich zwischen den Modulen 2 zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig, weniger bevorzugt umlaufend, eine Aufkantung aufweist. Die in den Figuren zu erkennenden kreisförmigen Gebilde der elektrische Isolierung 14 im Bereich der Kontaktausformung 5.1 sind keine Öffnungen, sondern eine optionale Struktur der elektrischen Isolierung 14, welche in die Vertiefungen ragen, welche durch die Kontaktausformung 5.1 an der Unterseite der unteren Stromschiene 5 gebildet sein können. The electrical insulation 14 can also extend over at least a portion of the edging 5.3 or the connecting surface 5.4 of the lower busbar 5, as can be seen in FIGS. 3, 9, 10. The electrical insulation 14 can in particular be designed as a flat element which has an upstand at least in the area between the modules 2 at least on one side, preferably on both sides, less preferably all the way around. The circular structures of the electrical insulation 14 in the area of the contact formation 5.1 that can be seen in the figures are not openings, but rather an optional structure of the electrical insulation 14 which protrude into the recesses formed by the contact formation 5.1 on the underside of the lower busbar 5 can.
Abstandhalter 22 Spacer 22
[00125] Die Abstandhalter 22 sind längliche Hohlkörper, bevorzugt Hohlzylinder, welche an beiden Enden Zentrierelemente 22.1, 22.2 in Form von Bereichen mit geringerer Querschnittsgröße, insbesondere geringerem Durchmesser, aufweisen (siehe Fig. 3 und 7). Die Abstandhalter 22 sind hohl um den Durchtritt der Schraubverbindungen 23 zu ermöglichen. Im Beispiel der Fig. 1 und 2 ist das untere Zentrierelement 22.1 durch eine Vertiefung, insbesondere eine Senkbohrung, gebildet, selbiges könnte auch beim oberen Zentrierelement 22.2 vorgenommen werden, wobei der Zellenpakethalter 7 oder der Zellenhalter 8 in diesem Fall entsprechende Vorsprünge aufweist, welche in die Vertiefung ragen, wie beim unteren Zellenpakethalter 7 in Fig. 1 ersichtlich ist. The spacers 22 are elongated hollow bodies, preferably hollow cylinders, which have centering elements 22.1, 22.2 in the form of areas with a smaller cross-sectional size, in particular a smaller diameter, at both ends (see FIGS. 3 and 7). The spacers 22 are hollow in order to allow the screw connections 23 to pass through. In the example of FIGS. 1 and 2, the lower centering element 22.1 is formed by a recess, in particular a countersunk hole; the same could also be done with the upper centering element 22.2, the cell pack holder 7 or the cell holder 8 in this case having corresponding projections which are shown in FIG the indentations protrude, as can be seen in the case of the lower cell packet holder 7 in FIG. 1.
Befestigungsmittel Fasteners
[00126] Die Befestigungsmittel sind bevorzugt Schraubverbindungen 23, insbesondere Schrauben oder Bolzen, welche am unteren Ende ein Gewinde aufweisen, mit welchem sie in Gewindebohrungen des Strukturbauteils 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 geschraubt werden. The fastening means are preferably screw connections 23, in particular screws or bolts, which have a thread at the lower end with which they are screwed into threaded bores of the structural component 10 or the heat-conducting plate 11.
[00127] Am oberen Ende weise die Schraubverbindungen 23 einen Schraubenkopf oder ein Gewinde zur Befestigung einer Mutter auf. At the upper end, the screw connections 23 have a screw head or a thread for fastening a nut.
Strukturbauteil 10 / Wärmeleitplatte 11 Structural component 10 / heat conducting plate 11
[00128] Das Strukturbauteil 10 insbesondere bevorzugt in Form einer aktiv gekühlten Wärmeleitplatte 11, weist eine obere Fläche auf, auf welcher die Batteriemodule 2 aufliegen. Wenn das Strukturbauteil 10 elektrisch leitend ist, liegen die Batteriemodule 2 mit einer elektrischen Isolierung 14 oder einem Latentwärmespeicher 15 auf. Das Strukturbauteil 10 weist bevorzugt zumindest zwei äußere, in Richtung der Reihe von Batteriemodulen 2 verlaufende Vertiefungen 10.1 auf, besonders bevorzugt zudem eine mittlere solche Vertiefung 10.2. Der untere Zellenpakethalter 7 der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 kann mit den unten an die umlaufende Begrenzung 7.6 anschließenden flächigen Bereichen in die Vertiefungen 10.1, 10.2 eingelegt werden, sodass die umlaufende Begrenzung 7.6 im Bereich zwischen den flächigen Bereichen auf dem Strukturbauteil 10 aufliegt. Die obere Seite der flächigen Bereiche liegt bevorzugt plan mit der oberen Seite des Strukturbauteils 10, also mit jener Fläche zwischen den Vertiefungen 10.1, 10.2. The structural component 10, particularly preferably in the form of an actively cooled heat conducting plate 11, has an upper surface on which the battery modules 2 rest. If the structural component 10 is electrically conductive, the battery modules 2 rest with electrical insulation 14 or a latent heat storage device 15. The structural component 10 preferably has at least two outer depressions 10.1 running in the direction of the row of battery modules 2, particularly preferably also a central depression 10.2 of this type. The lower cell packet holder 7 of the embodiment variant without latent heat storage 15 can be inserted into the depressions 10.1, 10.2 with the flat areas adjoining the circumferential boundary 7.6 at the bottom, so that the circumferential boundary 7.6 rests on the structural component 10 in the area between the flat areas. The upper side of the flat areas is preferably flat with the upper side of the structural component 10, that is to say with that area between the depressions 10.1, 10.2.
[00129] Bei der Ausführungsvariante mit Latentwärmespeicher 15, welche in der Innenseite von Ausformungen 7.5 des unteren Zellenpakethalters 7 vorliegen, werden an der Wärmeleitplatte 11 bevorzugt Abstandleisten 24 (insbesondere aus Metall oder Kunststoff) aufgelegt, bevorzugt in die Vertiefungen 10.1 und 10.2, welche Abstandleisten 24 unterhalb des unteren Zellenpakethalters 7 seitlich außen an die Ausformungen 7.5 anschließend verlaufen. Sofern der Zellenpakethalter 7 einen Steg 7.9 aufweist, welcher zwei gegenüberliegende Rahmenseiten verbindet, liegt bevorzugt auch unterhalb dieses Steges 7.9 eine Abstandleiste 24 vor. Die Abstandleisten 24 weisen Durchtrittsöffnungen 24.1 auf, welche zum Durchtritt der Schraubverbindungen 23 dienen. Die Abstandleisten 24 erstrecken sich bevorzugt je über mehrere seriell geschaltete Batteriemodule 2, welche in einer Reihe angeordnet sind. Das Strukturbauteil 10 ist somit bevorzugt bei der Variante mit Latentwärmespeicher 15 und bei der Variante ohne Latentwärmespeicher 15 ident aufgebaut, wobei durch Einlegen der Abstandleisten 24 in die Vertiefungen 10.1, 10.2 Erhöhungen resultieren. Die Höhe des Gesamtaufbaus ist bei der Variante mit Latentwärmespeicher 15 nur um die Höhe des Latentwärmespeicher 15 höher als der Gesamtaufbau bei der Variante ohne Latentwärmespeicher 15. In the embodiment variant with latent heat storage 15, which are present in the inside of formations 7.5 of the lower cell pack holder 7, spacer strips 24 (in particular made of metal or plastic) are preferably placed on the heat conducting plate 11, preferably in the recesses 10.1 and 10.2, which spacer strips 24 run below the lower cell pack holder 7 laterally on the outside of the formations 7.5. If the cell pack holder 7 has a web 7.9 which connects two opposite frame sides, a spacer bar 24 is preferably also located below this web 7.9. The spacer strips 24 have passage openings 24.1 which are used for the screw connections 23 to pass through. The spacer strips 24 each preferably extend over a plurality of serially connected battery modules 2 which are arranged in a row. The structural component 10 is thus constructed identically in the variant with latent heat accumulator 15 and in the variant without latent heat accumulator 15, whereby elevations result by inserting the spacer strips 24 into the depressions 10.1, 10.2. The height of the overall structure in the variant with latent heat storage 15 is only higher by the height of the latent heat storage 15 than the overall structure in the variant without latent heat storage 15.
Zusammenstellung eines Batteriemoduls 2 Composition of a battery module 2
[00130] Die einzelnen Batteriezellen 4 und Abstandhalter 22 werden in die für diese an der Unterseite des oberen Zellenhalters 8 vorgesehenen Führungen eingesetzt. Die Führungen sind durch Durchgangsöffnungen gebildet, welche unten einen größeren Durchmesser aufweisen als oben. Dadurch können die Batteriezellen 4 in den Bereich mit größerem Durchmesser eingeführt werden, bis sie an der ringförmigen Fläche am Ubergang zum Bereich mit geringerem Durchmesser anstehen. Bei den Führungen für die Abstandhalter 22 ist der Durchmesser des breiten Bereichs so gewählt, dass das obere Zentrierelement 22.2 der Abstandhalter 22 in diesen geführt werden kann, wobei diese an ringförmigen Fläche zur Anlage kommt und/oder der an das Zentrierelement 22.2 anschließende Bereich des Abstandhalter 22 unten am Zellenhalter 8 zur Anlage kommt. The individual battery cells 4 and spacers 22 are inserted into the guides provided for them on the underside of the upper cell holder 8. The guides are formed by through openings which have a larger diameter at the bottom than at the top. As a result, the battery cells 4 can be inserted into the area with a larger diameter until they are in contact with the annular surface at the transition to the area with a smaller diameter. In the guides for the spacers 22, the diameter of the wide area is selected so that the upper centering element 22.2 of the spacer 22 can be guided in these, whereby this comes to rest on the annular surface and / or the area of the spacer adjoining the centering element 22.2 22 comes to rest on the cell holder 8 below.
[00131] Von der anderen Seite her wird auf den oberen Zellenhalter 8 die obere Stromschiene 6 aufgelegt und die Kontaktelement 6.1 mit den Polen 9, insbesondere Pluspolen 9.1 verbunden. From the other side, the upper busbar 6 is placed on the upper cell holder 8 and the contact element 6.1 is connected to the poles 9, in particular positive poles 9.1.
[00132] Auf der anderen Seite der Batteriezellen 4 und Abstandhalter 22 wird die untere Stromschiene 5 angelegt, wobei die Batteriezellen 4 mit ihren Polen 9, insbesondere Minuspolen 9.2 an den Kontaktausformungen 5.1 anliegen. Die untere Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 ragen durch die Durchtrittsöffnungen 5.2 der unteren Stromschiene 5. Der breitere Bereich der Abstandhalter 22 zwischen den Zentrierelementen 22.1, 22.2 ist also zwischen dem oberen Zellenhalter 8 und der unteren Stromschiene 5 fixiert und hält diese auf Distanz. Die Kontaktausformungen 5.1 werden mit den unteren Polen 9 der Batteriezellen 4 verbunden, insbesondere verschweißt. Da die Batteriezellen 4 oben und unten mit den Stromschienen 6, 5 verbunden insbesondere verschweißt sind, bilden die genannten Komponenten eine Montageeinheit, welche für den weiteren Zusammenbau verwendet werden kann. The lower busbar 5 is placed on the other side of the battery cells 4 and spacers 22, the battery cells 4 with their poles 9, in particular negative poles 9.2, resting against the contact formations 5.1. The lower centering elements 22.1 of the spacers 22 protrude through the passage openings 5.2 of the lower busbar 5. The wider area of the spacers 22 between the centering elements 22.1, 22.2 is therefore fixed between the upper cell holder 8 and the lower busbar 5 and keeps them at a distance. The contact formations 5.1 are connected to the lower poles 9 of the battery cells 4, in particular welded. Since the battery cells 4 are connected, in particular welded, to the busbars 6, 5 at the top and bottom, the components mentioned form an assembly unit which can be used for further assembly.
[00133] Die jeweils weiteren vorgesehenen Komponenten unterer Zellenpakethalter 7, optional Latentwärmespeicher 15, optional elektrische Isolierung 14 können in der benötigen Reihenfolge von unten her an der unteren Stromschiene 5 platziert werden. Die Zentrierelemente 22.1 der Abstandhalter 22 ragen dabei bis in Durchtrittsöffnungen 7.7 des unteren Zellenpakethalters 7 und können planar mit der Unterseite des Zellenpakethalters 7 bzw. falls vorhanden den unteren Flächen der Ausformung 7.5 und der Erhöhungen 7.8 abschließen. Die Montage kann erfolgen, indem der untere Zellenpakethalter 7 und optional Latentwärmespeicher 15 und elektrische Isolierung 14 auf dem Strukturbauteil 10 bzw. auf der Wärmeleitplatte 11 aufgelegt werden und danach die zuvor genannte Montageeinheit auf diesen platziert wird. The respective further components provided, the lower cell pack holder 7, optionally latent heat storage 15, optionally electrical insulation 14 can be placed on the lower busbar 5 from below in the required sequence. The centering elements 22.1 of the spacers 22 protrude into the passage openings 7.7 of the lower cell stack holder 7 and can end in a planar manner with the underside of the cell stack holder 7 or, if present, the lower surfaces of the recess 7.5 and the elevations 7.8. The assembly can take place in that the lower cell pack holder 7 and optionally latent heat storage 15 and electrical insulation 14 are placed on the structural component 10 or on the heat conducting plate 11 and then the aforementioned assembly unit is placed on it.
[00134] In der Ausführungsvariante mit Latentwärmespeicher 15 ragen die Erhöhungen 7.8 mit den darin aufgenommenen Zentrierelementen 22.1 in die Durchtrittsöffnungen 24.1 der Abstandleiste 24. In the embodiment variant with latent heat accumulator 15, the elevations 7.8 with the centering elements 22.1 received therein protrude into the passage openings 24.1 of the spacer bar 24.
[00135] In der Ausführungsvariante ohne Latentwärmespeicher 15 ragen die Erhöhungen 7.8 mit den darin aufgenommenen Zentrierelementen 22.1 in Öffnungen im Strukturbauteil 10, welche in den Vertiefungen 10.1, 10.2 vorliegen. In the embodiment variant without latent heat storage 15, the elevations 7.8 with the centering elements 22.1 received therein protrude into openings in the structural component 10, which are present in the depressions 10.1, 10.2.
[00136] Von der oberen Stirnseite 31 her werden die Befestigungsmittel, insbesondere Schraubverbindungen 23 also Schrauben oder Gewindebolzen in die Durchtrittsöffnungen 7.7 und die darin enthaltenen Abstandhalter 22 bis in das Strukturbauteil 10 geführt, in das sie eingeschraubt werden. From the upper end face 31, the fastening means, in particular screw connections 23, that is, screws or threaded bolts, are guided into the passage openings 7.7 and the spacers 22 contained therein as far as the structural component 10, into which they are screwed.
Montage mehrerer Module 2 Assembly of several modules 2
[00137] An das erste auf dem Strukturbauteil 10 platzierte Batteriemodul 2 kann anschließend ein weiteres identes Batteriemodul 2 am Strukturbauteil 10 platziert werden, wobei der Kontaktbereich 17 des zweiten Batteriemoduls 2 auf der oberen Stromschiene 6 des ersten Batteriemoduls 2 zu liegen kommt. Um den Kontaktbereich 17 lösbar an der oberen Stromschiene 6 zu befestigen, können Kontaktbereich 17 und obere Stromschiene 6 wie dargestellt korrespondierende Öffnungen aufweisen, für Schrauben oder andere geeignete Verbinder die von oben her in den oberen Zellenhalter 8 fixiert werden. Bevorzugt ist der Zellenhalter 8 dazu mit Bohrungen insbesondere Gewindebohrungen versehen. A further identical battery module 2 can then be placed on the structural component 10 on the first battery module 2 placed on the structural component 10, the contact area 17 of the second battery module 2 coming to rest on the upper busbar 6 of the first battery module 2. In order to detachably fasten the contact area 17 to the upper busbar 6, the contact area 17 and upper busbar 6 can have corresponding openings, as shown, for screws or other suitable connectors that are fixed in the upper cell holder 8 from above. For this purpose, the cell holder 8 is preferably provided with bores, in particular threaded bores.
[00138] Die beiden Batteriemodule 2, 2 werden zudem bevorzugt dadurch aneinander fixiert, dass deren gegengleichen Ausformungen 8.2, 8.3 überlappen. Dies erfolgt dadurch, dass die Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 von oben her über die Ausformung 8.2 des ersten Moduls 2 geführt wird. Im Bereich der Ausformung 8.2 ist bevorzugt ein Abstandhalter 22 vorgesehen, dessen Zentrierelement 22.2 die Ausformung 8.2 durchragt und in eine Offnung in der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2 ragt. The two battery modules 2, 2 are also preferably fixed to one another in that their opposing formations 8.2, 8.3 overlap. This takes place in that the formation 8.3 of the second module 2 is guided from above over the formation 8.2 of the first module 2. In the area of the formation 8.2, a spacer 22 is preferably provided, the centering element 22.2 of which protrudes through the formation 8.2 and protrudes into an opening in the formation 8.3 of the second module 2.
[00139] Die beiden Module 2, 2 werden durch zumindest einen bevorzugt zumindest zwei Schraubverbinder 23 verbunden, welche je von oben her durch je eine Durchtrittsöffnung 8.5 der Ausformung 8.3 des zweiten Moduls 2, je eine Durchtrittsöffnung 8.5 der Ausformung 8.2 des ersten Moduls 2 und durch einen Abstandhalter 22 des ersten Moduls 2 bis in das Strukturbauteil 10 verlaufen. The two modules 2, 2 are connected by at least one, preferably at least two screw connectors 23, which each from above through a passage opening 8.5 of the formation 8.3 of the second module 2, each a passage opening 8.5 of the formation 8.2 of the first module 2 and extend through a spacer 22 of the first module 2 into the structural component 10.
[00140] In gleicher Weise kann ein drittes Modul 2 am zweiten Modul 2 und am Strukturbauteil 10 befestigt werden, um zum in Fig. 11 dargestellten Beispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 1 zu gelangen. Es ist offensichtlich, dass eine beliebige Anzahl von Modulen 2 so in einer Reihe aneinandergereiht werden kann. Das Strukturbauteil 10 kann dabei bevorzugt ein durchgehendes Element sein, an welchem alle Module 2 der Reihe befestigt werden. Natürlich könnten auch mehrere solcher Reihen von Modulen 2 parallel zueinander vorgesehen werden, wobei jede Reihe ein Strukturbauteil 10 aufweisen kann, oder mehrere Reihen ein gemeinsames Strukturbauteil 10 aufweisen können. In the same way, a third module 2 can be attached to the second module 2 and to the structural component 10 in order to arrive at the example of a battery 1 according to the invention shown in FIG. 11. It is obvious that any number of modules 2 can thus be lined up in a row. The structural component 10 can preferably be a continuous element to which all modules 2 of the row are attached. Of course, several such rows of modules 2 could also be provided parallel to one another, each row being able to have a structural component 10, or several rows being able to have a common structural component 10.
[00141] Da jedes Modul 2 ident aufgebaut ist und die Module 2 einer Reihe in identer Ausrichtung vorliegen, somit auch mit identer Ausrichtung ihrer Batteriezellen 4 und somit identer Ausrichtung aller Batteriezellen 4, ist nur eine Art von Polen 9, also entweder ausschließlich Pluspole 9.1 oder Since each module 2 is constructed identically and the modules 2 of a row are in the same alignment, thus also with the same alignment of their battery cells 4 and thus the same alignment of all battery cells 4, there is only one type of pole 9, either exclusively positive poles 9.1 or
bevorzugt ausschließlich Minuspole 9.2, dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt. Dadurch werden vorteilhaft alle Batteriezellen 4 aller in einer Reihe oder aller in mehreren Reihen auf der Wärmeleitplatte 11 angeordneten Module 2 gleichmäßig gekühlt. Dadurch, dass in der Reihe immer die untere Stromschiene 5 eines Moduls 2 mit der oberen Stromschiene 6 des nächsten Moduls elektrisch verbunden ist, sind die Module 2 der Reihe in Serie geschalten, während die Batteriezellen 4 innerhalb jedes Moduls 2 ausschließlich parallel geschalten sind. Durch die serielle Schaltung der Module 2 addieren sich die Spannungen, welche die einzelnen Module 2 liefern können, während die Parallelschaltung der Batteriezellen innerhalb der Module 2 für die nötige Kapazität sorgt. preferably exclusively negative pole 9.2, facing the structural component 10 or the heat conducting plate 11. As a result, all of the battery cells 4 of all of the modules 2 arranged in a row or in a plurality of rows on the heat conducting plate 11 are advantageously evenly cooled. Because the lower busbar 5 of a module 2 is always electrically connected to the upper busbar 6 of the next module in the series, the modules 2 in the series are connected in series, while the battery cells 4 within each module 2 are exclusively connected in parallel. Due to the serial connection of the modules 2, the voltages which the individual modules 2 can supply add up, while the parallel connection of the battery cells within the modules 2 ensures the necessary capacity.
Montage von Modulen 2, 3 an unterschiedlichen Seiten des Strukturbauteils 10: Assembly of modules 2, 3 on different sides of the structural component 10:
[00142] Wie in Fig. 1 angedeutet und in Fig. 12 dargestellt ist, können die Module 2 der erfindungsgemäßen Batterie 1 nicht nur einseitig auf dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 angebracht werden, sondern auch beidseitig. Dies wird durch einen bevorzugten symmetrischen bzw. spiegelsymmetrischen Aufbau des Strukturbauteils 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 erreicht. Wenn man die Baugruppe der Fig. 11 gedanklich umdreht, können auf der dann oben liegenden Seite in gleicher Weise Abstandleisten 24 und Batteriemodule 3 platziert werden. As indicated in Fig. 1 and shown in Fig. 12, the modules 2 of the battery 1 according to the invention can be attached not only on one side to the structural component 10 or the heat conducting plate 11, but also on both sides. This is achieved by a preferred symmetrical or mirror-symmetrical construction of the structural component 10 or the heat conducting plate 11. If the assembly of FIG. 11 is conceptually turned around, spacer strips 24 and battery modules 3 can be placed in the same way on the side that is then at the top.
[00143] Das Strukturbauteil 10 bzw. die Wärmeleitplatte 11 weist in dieser Ausführungsvariante beidseits zumindest je eine Reihe von Batteriemodulen 2, 3 auf, wobei die Batteriemodule 2, 3 jeweils mit ihren unteren Stirnseiten dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen, wobei auch sämtliche Batteriezellen sämtlicher dieser Batteriemodule 2, 3 nur mit einer Art von Polen 9 der dem Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 zugewandt liegen. The structural component 10 or the heat conducting plate 11 has in this embodiment variant on both sides at least one row of battery modules 2, 3, the battery modules 2, 3 each with their lower end faces facing the structural component 10 and the heat conducting plate 11, wherein all of the battery cells of all of these battery modules 2, 3 also have only one type of pole 9 facing the structural component 10 or the heat-conducting plate 11.
[00144] In diesem Fall ist eine integrierte, aktive Kühlung des Strukturbauteils 10 bzw. Wärmeleitplatte 11 mit einem bewegten Wärmeleitmedium besonders vorteilhaft, da diese keine freie Fläche aufweist, um Wärme auf andere Art abgeben zu können. In this case, an integrated, active cooling of the structural component 10 or heat-conducting plate 11 with a moving heat-conducting medium is particularly advantageous, since this has no free area in order to be able to give off heat in another way.
[00145] Die Batteriemodule 2, 3 der beiden Seiten sind bevorzugt in Längsrichtung des Strukturbauteils 10 und/oder in Querrichtung des Strukturbauteils 10 (etwas) versetzt zueinander angeordnet. Vorteilhaft verlaufen dadurch die Befestigungsmittel an unterschiedlichen Stellen, sodass diese tiefer als dessen Hälfte in das Strukturbauteil 10 eingeschraubt werden können, beispielsweise bis jeweils in die weiter entfernte der beiden bevorzugt identen Platten des dargestellten mehrteiligen Strukturbauteils 10. The battery modules 2, 3 of the two sides are preferably arranged (somewhat) offset to one another in the longitudinal direction of the structural component 10 and / or in the transverse direction of the structural component 10. As a result, the fastening means advantageously run at different points so that they can be screwed deeper than its half into the structural component 10, for example into the further removed of the two preferably identical plates of the illustrated multi-part structural component 10.
[00146] Eine noch nicht erwähnte Besonderheit der Batteriemodule 2 stellen die zentralen Abstandhalter 22 dar. Das Batteriemodul 2 weist bevorzugt zumindest einen Abstandhalter 22 auf, welcher zwischen den Batteriezellen 4 vorliegt. Der Abstandhalter 22 verläuft in einen der Vorsprünge 8.4 des oberer Zellenhalters 8, welcher Vorsprung 8.4 eine Durchtrittsöffnung 8.5 aufweist und durch eine Durchtrittsöffnung 6.2 der oberen Stromschiene 6 ragt. Durch den genannten Vorsprung 8.4 und durch den Abstandhalter 22 kann wie bei den anderen Abstandhaltern 22 eine Schraubverbindung 23 zum Strukturbauteil 10 bzw. zur Wärmeleitplatte 11 erfolgen, mit dem Unterschied, dass dieser Abstandhalter 22 zentral zwischen den Batteriezellen 4 verläuft und nicht am Rand des Batteriezellenpakets. A special feature of the battery modules 2 that has not yet been mentioned is represented by the central spacers 22. The battery module 2 preferably has at least one spacer 22 which is present between the battery cells 4. The spacer 22 extends into one of the projections 8.4 of the upper cell holder 8, which projection 8.4 has a passage opening 8.5 and protrudes through a passage opening 6.2 of the upper busbar 6. As with the other spacers 22, a screw connection 23 to the structural component 10 or to the heat-conducting plate 11 can be made through the aforementioned projection 8.4 and through the spacer 22, with the difference that this spacer 22 runs centrally between the battery cells 4 and not on the edge of the battery cell pack .
[00147] Der zentrale Abstandhalter 22 verläuft mit seinem unteren Zentrierelement 22.1 in eine Durchtrittsöffnung 7.7 im Steg 7.9 des unteren Zellenpakethalters 7. Unterhalb des Steges 7.9 befindet sich optional eine Abstandleiste 24, auf welcher der Steg 7.9 aufliegt. Die Abstandleiste 24 weist eine Durchtrittsöffnung 24.1 auf. Die zentrale Schraubverbindungen 23 verläuft durch die Durchtrittsöffnung 7.7 im Steg 7.9 und optional die Durchtrittsöffnung 24.1, sodass der untere Zellenpakethalter 7 und der obere Zellenhalter 8 auch an einem zentralen Punkt am Strukturbauteil 10 bzw. der Wärmeleitplatte 11 befestigt sind. The central spacer 22 runs with its lower centering element 22.1 in a passage opening 7.7 in the web 7.9 of the lower cell pack holder 7. Below the web 7.9 is optionally a spacer bar 24 on which the web 7.9 rests. The spacer strip 24 has a passage opening 24.1. The central screw connection 23 runs through the passage opening 7.7 in the web 7.9 and optionally the passage opening 24.1, so that the lower cell pack holder 7 and the upper cell holder 8 are also fastened at a central point on the structural component 10 or the heat conducting plate 11.
[00148] Bevorzugt weisen die Batteriemodule 2 eine längliche Form auf, wobei die Längsseite der Batteriemodule 2 quer zur Richtung der Reihe der Batteriemodule verläuft, wobei die Kontaktflächen 17 an den Längsseiten der Module 2 vorliegen. Die zentralen Abstandhalter 22 liegen bevorzugt in Längsrichtung der Module 2 gesehen mittig vor. The battery modules 2 preferably have an elongated shape, the longitudinal side of the battery modules 2 running transversely to the direction of the row of battery modules, the contact surfaces 17 being present on the longitudinal sides of the modules 2. The central spacers 22 are preferably located in the middle, viewed in the longitudinal direction of the modules 2.
[00149] Die Erfindung wurde aufgrund besonders bevorzugter Ausführungsvarianten im Detail veranschaulicht. Der Schutzumfang der Anmeldung richtet sich aber ausdrücklich nach den Merkmalen der Ansprüche. The invention has been illustrated in detail on the basis of particularly preferred embodiment variants. However, the scope of protection of the application is expressly based on the features of the claims.
[00150] Wie aus der Beschreibung hervorgeht sind Heiz-/Kühlmittel 12, Flüssigkeitsleitung 13, elektrische Isolierung 14, Latentwärmespeicher 15 und Abstandleisten 24 allesamt optional und können einzeln oder in beliebiger Kombination bei bevorzugten Ausführungsvarianten vorhanden sein. As can be seen from the description, heating / cooling means 12, liquid line 13, electrical insulation 14, latent heat storage 15 and spacer strips 24 are all optional and can be present individually or in any combination in preferred embodiments.
[00151] In Folge wird auf einige weniger bevorzugte Varianten eingegangen, welche im Rahmen der gegenständlichen Erfindung möglich sind, welche aber zum Tag der Anmeldung nachteilig schienen. In the following, some less preferred variants will be discussed, which are possible within the scope of the present invention, but which seemed disadvantageous at the date of application.
[00152] Bevorzugt ist wie beschrieben je Batteriemodul 2, 3 ein unterer Zellenblockhalter 7 vorhanden. Weniger bevorzugt könnte auch am Strukturbauteil 10 ein Zellenblockhalter 7 für mehrere Batteriemodule 2 angeordnet sein. Dies kann erfolgen, indem aneinanderliegende untere Zellenblockhalter 7 (Siehe Fig. 7 und 8) einteilig bzw. monolithisch ausgebildet sind, wobei der gemeinsame Zellenblockhalter 7 dann bevorzugt je Batteriemodul 2 eine umlaufende Begrenzung 7.6 aufweist. Im Bereich zwischen zwei Modulen 2 kann dann anstelle der beiden aneinanderliegenden Seiten der Begrenzungen 7.6 (siehe Fig. 7 und 8) nur eine erhabene Trennung vorliegen, welche sich zwei Module 2 teilen. As described, a lower cell block holder 7 is preferably present for each battery module 2, 3. Less preferably, a cell block holder 7 for a plurality of battery modules 2 could also be arranged on the structural component 10. This can be done in that adjacent lower cell block holders 7 (see FIGS. 7 and 8) are designed in one piece or monolithic, the common cell block holder 7 then preferably having a circumferential delimitation 7.6 for each battery module 2. In the area between two modules 2, instead of the two mutually adjacent sides of the boundaries 7.6 (see FIGS. 7 and 8), only a raised separation can be present, which two modules 2 share.
[00153] Bevorzugt ist wie beschrieben je Batteriemodul 2, 3 zumindest ein Latentwärmespeicher 15 vorhanden. Weniger bevorzugt kann auch zumindest ein Latentwärmespeicher 15 an einer Seite des Strukturbauteils 10 vorhanden sein, welcher sich über mehrere Batteriemodule 2 erstreckt. Wenn die Ausformung 7.5 zumindest an den einander zugewandten Seiten der Module 2 eine Freistellung aufweist bzw. entfernt ist, kann sich der Latentwärmespeicher unterhalb der Begrenzung 7.6 zwischen den Modulen 2 über mehrerer Module 2 der Reihe erstrecken. As described, at least one latent heat storage device 15 is preferably present for each battery module 2, 3. Less preferably, at least one latent heat accumulator 15 can also be present on one side of the structural component 10, which extends over a plurality of battery modules 2. If the formation 7.5 has an exposure or is removed at least on the mutually facing sides of the modules 2, the latent heat accumulator can extend below the delimitation 7.6 between the modules 2 over several modules 2 in the row.
[00154] Bevorzugt ist eine elektrische Isolierung 14 je Modul 2 vorhanden. Weniger bevorzugt, kann sich eine elektrische Isolierung 14 auch unterhalb der Zellenblockhalter 7 über mehrere Module 2 erstrecken, beispielsweise als eine auf dem Strukturbauteil 10 vorliegende Wärmeleitfolie, oder als eine elektrisch isolierende Beschichtung des Strukturbauteils 10. Electrical insulation 14 is preferably provided for each module 2. Less preferably, an electrical insulation 14 can also extend below the cell block holder 7 over a plurality of modules 2, for example as a heat-conducting film present on the structural component 10, or as an electrically insulating coating on the structural component 10.
[00155] Weniger bevorzugt kann der untere Zellenblockhalter 7 als elektrische Isolierung 14 ausgeführt sein bzw. diese bilden, wenn die in den Fig. 7 und 8 dargestellte elektrische Isolierung 14 monolithisch mit dem Zellenblockhalter 7 verbunden ist, bzw. die Fläche 7.10 keine Ausnehmungen 7.3 aufweist. Weniger bevorzugt, kann anstelle der umlaufenden Begrenzungen 7.6 des unteren Zellenblockhalters 7 bzw. der unteren Zellenblockhalter 7 lediglich zumindest eine erhabene Begrenzung jeweils im Bereich zwischen den Modulen 2 vorhanden sein, welche eine elektrische Isolierung zwischen zwei angrenzenden unteren Stromschienen 5 bildet. Weniger bevorzugt kann der untere Zellenhalter 7 gemäß der elektrischen Isolierung 14 in Fig. 10 ausgebildet sein, also als flächiges Element, welches zumindest im Bereich zwischen den Modulen 2 zumindest einseitig, bevorzugt beidseitig, insbesondere bevorzugt umlaufend, eine Aufkantung aufweist. Less preferably, the lower cell block holder 7 can be designed as electrical insulation 14 or form this if the electrical insulation 14 shown in FIGS. 7 and 8 is monolithically connected to the cell block holder 7, or the surface 7.10 does not have recesses 7.3 having. Less preferred, instead of the circumferential boundaries 7.6 of the lower cell block holder 7 or the lower cell block holder 7, only at least one raised boundary can be present in the area between the modules 2, which forms electrical insulation between two adjacent lower busbars 5. Less preferably, the lower cell holder 7 can be designed according to the electrical insulation 14 in FIG. 10, i.e. as a flat element which has an upstand at least in the area between the modules 2 at least on one side, preferably on both sides, particularly preferably all the way around.
[00156] Weniger bevorzugt können als Verbindungselemente Stifte bzw. Bolzen oder Stäbe verwendet werden, welche am unteren Ende mit dem Strukturbauteil 10 auf geeignete Weise verbunden sind und am anderen oberen Ende ein Befestigungselement (z.b. Gewinde oder Nut) aufweisen. Die Komponenten der Batterie 1 können, dann von oben mit ihren Durchtrittsöffnungen auf diese Verbindungselemente aufgesetzt und bis hinab zum Strukturelement 10 geführt werden. Sobald die Einheit zumindest umfassend untere Stromschiene 5, Batteriezellen 4, Abstandhalter 22, oberer Zellenhalter 8 und obere Stromschiene 6 als letztes oder einziges Element der Module 2 in dieser Weise aufgesetzt wurde, kann die Fixierung der Module 2 durch Platzieren eines Befestigungsmittels (z.b. Mutter oder Sicherungsring) am Befestigungselement erfolgen. Less preferably, pins or bolts or rods can be used as connecting elements, which are connected at the lower end to the structural component 10 in a suitable manner and at the other upper end have a fastening element (e.g. thread or groove). The components of the battery 1 can then be placed from above with their passage openings onto these connecting elements and guided down to the structural element 10. As soon as the unit at least including the lower busbar 5, battery cells 4, spacer 22, upper cell holder 8 and upper busbar 6 has been placed in this way as the last or only element of the modules 2, the modules 2 can be fixed by placing a fastening means (e.g. nut or Circlip) on the fastening element.
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