DE102007063176A1

DE102007063176A1 - Batterie mit einer Wärmeleitplatte

Info

Publication number: DE102007063176A1
Application number: DE200710063176
Authority: DE
Inventors: Jens Dr. Ing. Meintschel; Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-09-11

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Wärmeleitplatte (12) zum Temperieren der Batterie. Die Batterie weist mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (1) auf, die mit der Wärmeleitplatte (12) wärmeleitend verbunden sind. In der Wärmeleitplatte (12) ist eine Kanalstruktur für ein Wärmeleitmedium angeordnet. Die Wärmeleitplatte (12) weist im Bereich der Pole (5.1, 5.2) der Einzelzellen (1) als Aussparungen (16) Bohrungen auf, durch die die Pole (5.1, 5.2) der Einzelzellen (1) hindurch ragen. Die Wärmeleitplatte (1) ist vollständig planar ausgeführt und weist dabei eine der Anzahl der Pole (5.1, 5.2) oder Polpaare entsprechende Anzahl von Aussparungen (16) auf. Dies ist möglich durch Platz sparende und integrierte Anordnung der Einfüllöffnung (8) für den Elektrolyt im jeweiligen Pol (5.2) der Einzelzellen (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, die beispielsweise als Hochleistungsbatterie, insbesondere für einen Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, eingesetzt werden kann, mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus der nicht vorveröffentlichten DE 102007010739.2-45 ist eine solche Batterie mit einer solchen Wärmeleitplatte bekannt. Die bekannte Batterie weist mehrere Einzelzellen auf, die über elektrische Zellenverbinder parallel und/oder seriell miteinander verschaltet sind. An der Kontaktierungsseite der Einzelzellen ist eine Wärmeleitplatte angeordnet (Kopfkühlung). Die Wärmeleitplatte dient der Abführung der bei Ladung und Entladung in den Zellen entstehenden Wärme, die beispielsweise bei Lithium-Ionen-Batterien auftritt. Im Bereich der Pole der Einzelzellen weist die Wärmeleitplatte Bohrungen auf. Die Pole der Einzelzellen ragen durch die Bohrungen der Wärmeleitplatte hindurch. Die Wärmeleitplatte ist gegenüber den Einzelzellen der Batterie isoliert. Die Wärmeleitplatte weist in ihrem Inneren eine durchströmbare und von außerhalb betreibbare Kanalstruktur für ein Wärmeleitmedium auf. Innerhalb des Batteriegehäuses in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und den Polen, in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und den elektrischen Zellenverbindern, in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und dem Zellendeckel sowie in dem Zwischenraum zwischen der Wärmeleitplatte und dem Batteriekastendeckel ist eine elektrisch isolierende und bevorzugt wärmeleitfähige, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähige Vergussmasse und/oder ein elektrisch isolierender und bevorzugt wärmeleitfähiger, besonders bevorzugt hoch wärmeleitfähiger Schaum angeordnet.
Darüber hinaus ist eine Einfüllöffnung für den Elektrolyt an der Kontaktierungsseite neben den elektrischen Polen im Zellendeckel eingebracht. Hierzu ist in die Wärmeleitplatte im Bereich der Einfüllöffnung ebenfalls eine Aussparung eingebracht. Nachteilig ist, dass die Wärmeübergangsfläche zwischen Zellendeckel und Wärmeleitplatte durch die Bohrungen für die Pole und durch die Aussparung für die Einfüllöffnung für den Elektrolyt verringert wird.
Darüber hinaus ist aus der US 6,387,561 B1 ein Verfahren zum Einfüllen eines Elektrolyts und die dafür erforderliche Struktur von Lithium-Batterien bekannt. Dabei ist die Einfüllöffnung für den Elektrolyt im Zentrum des Zellendeckels angeordnet und im Pol integriert. Im Detail ist jeweils ein Pol zentral an der Kopfseite und an der Bodenseite angeordnet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit vereinfachter Einfüllöffnung und verbesserter Wärmeleitplatte anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist eine Wärmeleitplatte vorgesehen, die eine der Anzahl der Pole oder der Polpaare der Einzelzellen entsprechende Anzahl von Aussparungen aufweist. Die Reduzierung der Anzahl der Aussparungen in der erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte gegenüber herkömmlichen Wärmeleitplatten ist möglich durch Platz sparende und integrierte Anordnung der Einfüllöffnung für den Elektrolyt in einem der Pole der jeweiligen Einzelzelle. Somit ist keine gesonderte Aussparung für die Einfüllöffnung des Elektrolyts erforderlich. Durch die vollständig planare Ausführung der Wärmeleitplatte mit reduzierter Aussparungsanzahl ergeben sich eine Vergrößerung der Wärmeübergangsfläche und dadurch eine verbesserte Wärmeübertragung. Die Konstruktion der erfindungsgemäß geänderten Wärmeleitplatte ist vereinfacht.
Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Lithium-Ionen-Batteriezelle gemäß dem Stand der Technik,
2 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Wärmeleitplatte gemäß der Erfindung,
3 einen Schnitt eines Zellenkopfes mit im Pol liegender Einfüllöffnung für den Elektrolyt gemäß der Erfindung, mit einem als Blindniet ausgebildeten Verschlusselement, mit Zellenverbinder, die in diesem Beispiel mit als Schrauben ausgebildeten Befestigungselementen am Pol angebunden sind,
4 einen Schnitt eines Zellenkopfes mit im Pol liegender Einfüllöffnung für den Elektrolyt gemäß der Erfindung, mit einem als Blindniet ausgebildeten Verschlusselement, mit Zellenverbinder, die in diesem Beispiel mit als Blindniet ausgebildeten Befestigungselementen am Pol angebunden sind,
5 einen Schnitt eines Zellenkopfes mit im Pol liegender Einfüllöffnung für den Elektrolyt gemäß der Erfindung, mit einem als Schraube und Unterlegscheibe ausgebildeten Verschlusselement, mit Zellenverbinder, die in diesem Beispiel mit als Schrauben ausgebildeten Befestigungselementen am Pol angebunden sind,
6 einen Schnitt eines Zellenkopfes mit im Pol liegender Einfüllöffnung für den Elektrolyt gemäß der Erfindung, mit einem als Stopfen ausgebildeten Verschlusselement, mit Zellenverbinder, die in diesem Beispiel mit als Schrauben ausgebildeten Befestigungselementen am Pol angebunden sind,
7 einen Schnitt eines Blindniets mit einem Abreißdorn im unverformten Zustand, und
8 einen Schnitt eines Blindniets im verformten Zustand.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildete Einzelzelle 1 gemäß dem Stand der Technik. Eine Einzelzelle 1 wird durch eine Zellenwand 2, einen Zellendeckel 3 und einen Zellenboden 4 dicht umschlossen. In den Zellendeckel 3 sind als Pole ein Pluspol 5.1 und ein Minuspol 5.2 eingearbeitet. Durch Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Polen 5.1, 5.2 zweier Einzelzellen 1 erfolgt die Zusammenschaltung der Einzelzellen 1. Die Herstellung dieser elektrischen Verbindung zwischen den Polen 5.1, 5.2 zweier Einzelzellen 1 erfolgt über Zellenverbinder 6. Die Zellenverbinder 6 sind mit einem beispielsweise als Zellenverbinderschraube ausgebildeten Befestigungselement 7 jeweils an einem der Pole 5.1, 5.2 einer Einzelzelle 1 befestigt und elektrisch kontaktiert durch Formschluss. In den Zellendeckel 3 ist weiterhin eine Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt eingelassen. Die Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt ist mit einem beispielsweise als Blindniet ausgebildeten Verschlusselement 9 verschlossen.
2 zeigt schematisch in perspektivischer Darstellung eine Wärmeleitplatte 12 in erfindungsgemäßer Ausführung. Die Wärmeleitplatte 12 ist als Formteil ausgebildet, das eine der Anzahl der Pole 5.1, 5.2 oder Polpaare entsprechende Anzahl von Aussparungen 16 aufweist. In vorteilhafter Weise kann die Wärmeleitplatte 12 insbesondere vollständig planar ausgeführt sein. Die Pole 5.1, 5.2 der jeweiligen Einzelzelle 1 ragen durch die beispielsweise als Bohrung ausgebildete Aussparung 16 hindurch. In der Wärmeleitplatte 12 sind Kanäle 15 angeordnet, die der Durchströmung eines Wärmeleitmediums dienen.
3 zeigt einen Schnitt eines Zellenkopfes 10 und einer Wärmeleitplatte 12 einer beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildeten Einzelzelle 1 gemäß der Erfindung. Ein Zellendeckel 3 bildet den oberen Teil des Gehäuses der Einzelzelle 1. In den Zellendeckel 3 sind ein Pluspol 5.1 und ein Minuspol 5.2 angeordnet. Der Pluspol 5.1 ist gegen den Zellendeckel 3 durch ein Isolierelement 11 isoliert. Durch Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Polen 5.1, 5.2 zweier Einzelzellen 1 erfolgt die parallele und/oder serielle Zusammenschaltung der Einzelzellen 1. Die Herstellung dieser elektrischen Verbindung zwischen den Polen 5.1, 5.2 zweier Einzelzellen 1 erfolgt über Zellenverbinder 6. Die Zellenverbinder 6 sind mit einem beispielsweise als Zellenverbinderschraube ausgebildeten Befestigungselement 7 jeweils an einem der Pole 5.1, 5.2 einer Einzelzelle 1 befestigt und elektrisch kontaktiert durch Formschluss.
Dabei ist in dem als Auskragung des Zellendeckels 3 gebildeten Pol 5.2, insbesondere im Bodenbereich des Pols 5.2, eine Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt eingelassen. Diese Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt ist mit einem beispielsweise als Blindniet ausgebildeten Verschlusselement 9 verschlossen.
Die Platz sparende und integrierte Anordnung der Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt in dem Pol 5.2 ermöglicht den Einsatz der erfindungsgemäßen Wärmeleitplatte 12 nach 2. Die erfindungsgemäße Wärmeleitplatte 12 ist vollständig planar ausgeführt. Eine separate Aussparung für die Einfüllöffnung 8 des Elektrolyts ist nicht erforderlich.
4 zeigt einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Zellenkopf 10 einer beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildeten Einzelzelle 1 gemäß der Erfindung. Anstelle des als Zellenverbinderschraube ausgebildeten Befestigungselementes 7 für den Zellenverbinder 6 ist das Befestigungselement 7 beispielsweise als Blindniet ausgeführt.
5 zeigt einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Zellenkopf 10 einer beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildeten Einzelzelle 1 gemäß der Erfindung. Anstelle des als Blindniet ausgebildeten Verschlusselements 9 zum Verschließen der im Pol 5.2 integrierten Einfüllöffnung 8 ist das Verschlusselement 9 beispielsweise als Schraube und Unterlegscheibe ausgebildet.
6 zeigt einen Schnitt eines weiteren Ausführungsbeispiels für einen Zellenkopf 10 einer beispielsweise als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgebildeten Einzelzelle 1 gemäß der Erfindung. Anstelle des als Blindniet ausgebildeten Verschlusselements 9 zum Verschließen der Einfüllöffnung 8 ist das Verschlusselement 9 beispielsweise als Stopfen ausgebildet.
7 zeigt einen Schnitt eines Blindniets, der beispielsweise als ein Verschlusselement 9 zum Verschließen der Einfüllöffnung 8 für den Elektrolyt eingesetzt wird im unverformten Zustand. Der Blindniet besteht aus einem Nietkopf 13 und einem Abreißdorn 14.
8 zeigt einen Schnitt des Blindniets gemäß 7. Der Nietkopf 13 des Blindniets ist durch Hineinziehen des Abreißdorns 14 in den Nietkopf 13 plastisch verformt. Der Abreißdorn 14 ist an der Sollbruchstelle gebrochen. Der Blindniet und der Zellendeckel 3 bilden eine formschlüssige Verbindung.

1: Einzelzelle
2: Zellenwand
3: Zellendeckel
4: Zellenboden
5.1, 5.2: Pluspole
6: Zellenverbinder
7: Befestigungselement
8: Einfüllöffnung
9: Verschlusselement
10: Zellenkopf
11: Isolierelement
12: Wärmeleitplatte
13: Nietkopf
14: Abreißdorn
15: Kanäle
16: Bohrungen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 102007010739 [0002]
- US 6387561 B1 [0004]

Claims

Batterie, insbesondere für einen Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, mit einer Wärmeleitplatte (12) zum Temperieren der Batterie, welche mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (1) aufweist, die wärmeleitend mit der Wärmeleitplatte (12) verbunden sind, die mit Aussparungen (16) im Bereich von Polen (5.1, 5.2) der Einzelzellen (1) versehen ist, durch die die Pole (5.1, 5.2) der Einzelzellen (1) hindurchragen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (1) eine der Anzahl der Pole (5.1, 5.2) oder Polpaare entsprechende Anzahl von Aussparungen (16) aufweist, wobei zumindest in einem der Pole (5.2) der jeweiligen Einzelzelle (1) eine Einfüllöffnung (8) für den Elektrolyt integriert ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die im Pol (5.2) integrierte Einfüllöffnung (8) mit einem Verschlusselement (9), insbesondere Blindniet, Schraube oder Stopfen verschließbar ist.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der als Auskragung des Zellendeckels (3) gebildete Pol (5.2) im Bodenbereich die Einfüllöffnung (8) aufweist.