DE102007063176A1 - Battery, particularly for hybrid drive or fuel cell vehicle, has heat conducting plate for tempering battery, which has multiple single cells connected together, in parallel or serially - Google Patents

Battery, particularly for hybrid drive or fuel cell vehicle, has heat conducting plate for tempering battery, which has multiple single cells connected together, in parallel or serially Download PDF

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Abstract

The battery has a heat conducting plate (12) for tempering the battery. The battery has multiple single cells connected together in parallel or serially. The heat conducting is associated with heat conducting plate, which is provided with recesses (16) in the area of the poles (5.1,5.2) of the solitary cells, through which the poles of the solitary cells penetrate. The heat conducting plate has a number of recesses corresponding to the number of the poles or pole pairs.

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.The The invention relates to a battery which, for example, as a high-performance battery, in particular for a hybrid drive or a fuel cell vehicle, can be used with a heat conducting plate for tempering the battery according to the preamble of the claim 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.From the not pre-published DE 102007010739.2-45 Such a battery is known with such a heat conducting plate. The known battery has a plurality of individual cells, which are connected in parallel and / or in series with one another via electrical cell connectors. At the contacting side of the individual cells a heat conducting plate is arranged (head cooling). The heat conduction plate serves to dissipate the heat generated during charging and discharging in the cells, which occurs for example in lithium-ion batteries. In the area of the poles of the individual cells, the heat conduction plate has holes. The poles of the individual cells protrude through the bores of the heat conducting plate. The heat conducting plate is insulated from the individual cells of the battery. The heat conducting plate has in its interior a through-flowable and externally operable channel structure for a heat conducting medium. Inside the battery case in the space between the heat conducting plate and the poles, in the space between the heat conducting plate and the electric cell connectors, in the space between the heat conducting plate and the cell lid, and in the space between the heat conducting plate and the battery box lid, is an electrically insulating and preferably thermally conductive one , Particularly preferably highly thermally conductive potting compound and / or an electrically insulating and preferably thermally conductive, particularly preferably highly thermally conductive foam arranged.

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.About that In addition, there is a filling opening for the electrolyte on the contacting side next to the electrical poles in the cell lid brought in. For this purpose is in the heat conduction plate in the area the filling opening also introduced a recess. adversely is that the heat transfer surface between Cell cover and heat conducting plate through the holes for the poles and through the recess for the filling opening for the electrolyte is reduced.

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.In addition, from the US 6,387,561 B1 a method for filling an electrolyte and the required structure of lithium batteries known. The filling opening for the electrolyte is arranged in the center of the cell lid and integrated in the pole. In detail, one pole is arranged centrally on the head side and on the bottom side.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit vereinfachter Einfüllöffnung und verbesserter Wärmeleitplatte anzugeben.Of the Invention is based on the object, a battery with simplified Filling opening and improved heat conducting plate specify.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst.The The object is achieved by the in the claim 1 specified characteristics solved.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.

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.at The battery according to the invention is a heat conducting plate provided that one of the number of poles or pole pairs of the individual cells having corresponding number of recesses. The reduction the number of recesses in the invention Heat conducting plate compared to conventional Heat transfer plates is possible by saving space and integrated arrangement of the filling opening for the electrolyte in one of the poles of each individual cell. Consequently is no separate recess for the filling opening of the electrolyte required. Through the completely planar Design of the heat conduction plate with reduced Aussparungsanzahl result in an increase the heat transfer surface and thereby an improved heat transfer. The construction the modified according to the invention Wärmeleitplatte is simplified.

Die Erfindung wird anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.The The invention will be described with reference to embodiments shown in the drawings explained in more detail.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Lithium-Ionen-Batteriezelle gemäß dem Stand der Technik, 1 1 is a perspective view of a lithium ion battery cell according to the prior art;

2 schematisch in perspektivischer Darstellung eine Wärmeleitplatte gemäß der Erfindung, 2 schematically in perspective view a heat conducting plate according to the invention,

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, 3 a section of a cell head with lying in the pole filling opening for the electrolyte according to the invention, with a designed as a blind rivet closure element, with cell connectors, which are connected in this example with screws designed as fasteners on the pole,

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, 4 a section of a cell head with lying in the pole filling opening for the electrolyte according to the invention, with a designed as a blind rivet closure element, with cell connectors that are connected in this example with trained as a blind rivet fasteners on the pole,

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, 5 a section of a cell head with lying in the pole filling opening for the electrolyte according to the invention, with a designed as a screw and washer closure element, with cell connectors, which are connected in this example with screws designed as fasteners on the pole,

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, 6 a section of a cell head with lying in the pole filling opening for the electrolyte according to the invention, with a closure element designed as a plug, with cell connectors, which are connected in this example with screws designed as fastening elements at the pole,

7 einen Schnitt eines Blindniets mit einem Abreißdorn im unverformten Zustand, und 7 a section of a blind rivet with a tear-off mandrel in the undeformed state, and

8 einen Schnitt eines Blindniets im verformten Zustand. 8th a section of a blind rivet in the deformed state.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit dem gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

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. 1 schematically shows a perspective view of an example formed as a lithium-ion battery cell single cell 1 according to the prior art. A single cell 1 is through a cell wall 2 , a cell lid 3 and a cell bottom 4 tightly enclosed. In the cell lid 3 are poles as a positive pole 5.1 and a negative pole 5.2 incorporated. By making an electrical connection between the poles 5.1 . 5.2 two single cells 1 the interconnection of the individual cells takes place 1 , The production of this electrical connection between the poles 5.1 . 5.2 two single cells 1 via cell connector 6 , The cell connectors 6 are with a trained example as a cell connector screw fastener 7 each at one of the poles 5.1 . 5.2 a single cell 1 fixed and electrically contacted by positive locking. In the cell lid 3 is still a filling hole 8th embedded for the electrolyte. The filling opening 8th for the electrolyte is with a trained example as blind rivet closure element 9 locked.

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. 2 shows schematically in perspective a Wärmeleitplatte 12 in accordance with the invention. The heat conduction plate 12 is formed as a molded part, which is one of the number of poles 5.1 . 5.2 or pole pairs corresponding number of recesses 16 having. Advantageously, the heat conducting plate 12 be executed in particular completely planar. The poles 5.1 . 5.2 the respective single cell 1 protrude through the example formed as a hole recess 16 therethrough. In the heat conducting plate 12 are channels 15 arranged, which serve to flow through a Wärmeleitmediums.

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. 3 shows a section of a cell header 10 and a heat conducting plate 12 an example designed as a lithium-ion battery cell single cell 1 according to the invention. A cell lid 3 forms the upper part of the housing of the single cell 1 , In the cell lid 3 are a plus pole 5.1 and a negative pole 5.2 arranged. The positive pole 5.1 is against the cell lid 3 through an insulating element 11 isolated. By making an electrical connection between the poles 5.1 . 5.2 two single cells 1 the parallel and / or serial interconnection of the individual cells takes place 1 , The production of this electrical connection between the poles 5.1 . 5.2 two single cells 1 via cell connector 6 , The cell connectors 6 are with a trained example as a cell connector screw fastener 7 each at one of the poles 5.1 . 5.2 a single cell 1 fixed and electrically contacted by positive locking.

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.It is in the projection of the cell cover 3 formed pole 5.2 , in particular in the bottom region of the pole 5.2 , a filling opening 8th embedded for the electrolyte. This filling opening 8th for the electrolyte is with a trained example as blind rivet closure element 9 locked.

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.The space-saving and integrated arrangement of the filling opening 8th for the electrolyte in the pole 5.2 allows the use of the heat conducting plate according to the invention 12 to 2 , The heat conducting plate according to the invention 12 is completely planar. A separate recess for the filling opening 8th of the electrolyte is not required.

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. 4 shows a section of another embodiment of a cell header 10 an example designed as a lithium-ion battery cell single cell 1 according to the invention. Instead of designed as a cell connector screw fastener 7 for the cell connector 6 is the fastener 7 For example, designed as a blind rivet.

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. 5 shows a section of another embodiment of a cell header 10 an example designed as a lithium-ion battery cell single cell 1 according to the invention. Instead of designed as a blind rivet closure element 9 to close the pole 5.2 integrated filling opening 8th is the closure element 9 for example, designed as a screw and washer.

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. 6 shows a section of another embodiment of a cell header 10 an example designed as a lithium-ion battery cell single cell 1 according to the invention. Instead of designed as a blind rivet closure element 9 for closing the filling opening 8th is the closure element 9 for example, designed as a plug.

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. 7 shows a section of a blind rivet, for example, as a closure element 9 for closing the filling opening 8th used for the electrolyte is in the undeformed state. The blind rivet consists of a rivet head 13 and a tear-off thorn 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. 8th shows a section of the blind rivet according to 7 , The rivet head 13 of the blind rivet is by pulling in the tear-off pin 14 in the rivet head 13 plastically deformed. The tear-off thorn 14 is broken at the breaking point. The blind rivet and the cell lid 3 form a positive connection.

11
Einzelzellesingle cell
22
Zellenwandcell wall
33
Zellendeckelcell cover
44
Zellenbodencell floor
5.1, 5.25.1 5.2
Pluspoleplus Pole
66
Zellenverbindercell connector
77
Befestigungselementfastener
88th
Einfüllöffnungfill opening
99
Verschlusselementclosure element
1010
Zellenkopfcell header
1111
Isolierelementinsulating
1212
Wärmeleitplatteheat conduction
1313
Nietkopfrivet head
1414
Abreißdornbreakstem
1515
Kanälechannels
1616
Bohrungendrilling

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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

Claims (3)

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.Battery, in particular for a hybrid drive or a fuel cell vehicle, with a heat conducting plate ( 12 ) for temperature control of the battery, which a plurality of parallel and / or serially interconnected single cells ( 1 ), the heat-conducting with the heat conducting plate ( 12 ), which are provided with recesses ( 16 ) in the area of Poland ( 5.1 . 5.2 ) of the single cells ( 1 ), through which the poles ( 5.1 . 5.2 ) of the single cells ( 1 ), characterized in that the heat conducting plate ( 1 ) one of the number of poles ( 5.1 . 5.2 ) or pole pairs corresponding number of recesses ( 16 ), wherein at least in one of the poles ( 5.2 ) of the respective single cell ( 1 ) a filling opening ( 8th ) is integrated for the electrolyte. 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.Battery according to claim 1, characterized in that the in ( 5.2 ) integrated filling opening ( 8th ) with a closure element ( 9 ), in particular blind rivet, screw or plug can be closed. 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.Battery according to claim 1 or 2, characterized in that as a projection of the cell cover ( 3 ) formed pole ( 5.2 ) in the bottom area the filling opening ( 8th ) having.
DE200710063176 2007-12-20 2007-12-20 Battery, particularly for hybrid drive or fuel cell vehicle, has heat conducting plate for tempering battery, which has multiple single cells connected together, in parallel or serially Withdrawn DE102007063176A1 (en)

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