DE102008010839A1 - Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1) mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (3) zum Temperieren der Batterie (1), wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (3) verbunden sind. Die Batterie (1) zeichnet sich durch wenigstens ein Federelement (4) aus, mittels dessen die Einzelzellen (2) definiert an die Wärmeleitplatte (3) pressbar sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte, insbesondere für ein Kraftfahrzeug mit Hybridantrieb.
  • Üblicherweise bestehen Hochleistungsbatterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Hybridantriebe, aus vielen in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, z. B. Lithium-Ionen-Zellen. Die Einzelzellen werden gekühlt, um die entstehende Verlustwärme abzuführen. Die Kühlung wird häufig, insbesondere aus Bauraumgründen, durch die Fahrzeugklimaanlage realisiert. Dabei wird ein Kältemittel der Fahrzeugklimaanlage durch eine am Zellblock angeordnete Wärmeleitplatte (auch Kühlplatte genannt) geleitet. Eine Wärme leitende Anbindung der Kühlplatte an die Einzelzellen der Batterie erfolgt z. B. über eine Wärmeleitfolie oder einen Formkörper.
  • Aus P809883/DE/1 (Amtl. Az. 10 2007 010 739.2 ) ist eine Anordnung der Wärmeleitplatte an der so genannten Polseite der Einzelzellen bekannt. Dabei bezeichnet die Polseite einer Einzelzelle eine Außenfläche der Zelle mit zwei elektrischen Polkontakten, die durch dafür vorgesehene Öffnungen in der Wärmeleitplatte geschoben werden und oberhalb dieser mittels Zellverbindern elektrisch verbunden werden. Eine Batterie mit einer derartigen Anordnung einer Wärmeleitplatte wird im Folgenden als Batterie mit Kopfkühlung bezeichnet.
  • Aus P809585/DE/1 (Amtl. Az. 10 2007 010 744.9 ) ist ferner eine waben- oder rechteckförmige Zelle bekannt, von der Wärme in Zelllängsrichtung durch eine dazu partiell erweiterte Zellwand abgeleitet wird.
  • Ein Nachteil der Verwendung einer Wärmeleitfolie bzw. eines Formkörpers zur Wärmeübertragung von den Einzelzellen zu der Wärmeleitplatte ist, dass eine sehr genaue Verpressung der Wärmeleitfolie mit den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte bzw. eine passgenaue Formung und Einbringung des Formkörpers erforderlich ist, um eine möglichst hohe Wärmeübertragung von den Einzelzellen zu der Wärmeleitplatte zu erreichen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie anzugeben.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Bei der erfindungsgemäßen Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie sind mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden. Die Batterie zeichnet sich erfindungsgemäß durch wenigstens ein Federelement aus, mittels dessen die Einzelzellen definiert an die Wärmeleitplatte pressbar sind.
  • Dabei wird beim Zusammenbau der Batterie durch Zusammenpressen oder -spannen der Batteriekomponenten, wie Einzelzellen und Wärmeleitplatte, diese definiert und infolge der Federkraft des wenigstens einen Federelements durch Druck- und/oder Schuberverformung des Federelements an die Einzelzellen gepresst bzw. gespannt, so dass eine hohe Wärmeleitung zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte erzielt werden kann, ohne dass eine aufwändige und fehleranfällige Anpassung eines Wärme leitenden Materials an den Zwischenraum zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte vorgenommen werden muss. Ferner werden durch das wenigstens eine Federelement fertigungsbedingte Abweichungen von Solllängen und/oder Sollabständen sowie Wärmeausdehnungen von Batteriebauteilen in einfacher Weise ausgeglichen. Insgesamt wird durch die Erfindung die Kühlung der Batterie verbessert, die Batteriemontage vereinfacht und die Prozesssicherheit erhöht.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass elektrische Polkontakte der Einzelzellen durch in der Wärmeleitplatte angeordnete Öffnungen hindurch zu einer Zellverbinderplatine geführt sind.
  • Zweckmäßigerweise sind mittels der Zellverbinderplatine über in sie eingelassene Zellverbindungsleitungen die elektrischen Polkontakte der Einzelzellen elektrisch miteinander verbunden.
  • Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausgestaltung sieht vor, dass die Zellverbindungsleitungen in eine der Wärmeleitplatte abgewandten Oberfläche der Zellverbinderplatine eingelassen sind und die der Wärmeleitplatte zugewandte Oberfläche der Zellverbinderplatine aus elektrisch isolierendem Material besteht. Dadurch kann zwischen der Zellverbinderplatine und der Wärmeleitplatte als Federelement beispielsweise eine Feder aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise eine metallische Blattfeder, verwendet werden, ohne diese gegen die Zellverbinderplatine gesondert elektrisch isolieren zu müssen.
  • In einer Weiterbildung der Erfindung ist wenigstens ein Federelement zwischen der Zellverbinderplatine und der Wärmeleitplatte angeordnet. Eine alternative oder erweiterte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass alternativ oder zusätzlich zum Federelement zwischen Zellverbinderplatine und Wärmeleitplatte wenigstens ein Federelement zwischen Bodenflächen der Einzelzellen und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist. Dadurch kann ein Wärme leitender Kontakt zwischen den Einzelzellen und einer an deren Polseite angeordneten Wärmeleitplatte verstärkt werden. Ferner kann dadurch eine derartige thermische Kopplung auch dann durch ein Federelement ermöglicht werden, wenn die Batterie ohne eine Zellverbinderplatine ausgeführt ist.
  • Dabei ist das wenigstens eine zwischen den Bodenflächen der Einzelzellen und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnete Federelement gegenüber dem Batteriegehäuse bevorzugt elektrisch isoliert, sofern an dem Batteriegehäuse eine elektrische Spannung anliegt und/oder das Federelement aus elektrisch leitendem Material besteht.
  • Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmeleitplatte zwischen den Bodenflächen der Einzelzellen und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist und dass das wenigstens eine Federelement zwischen dieser Wand des Batteriegehäuses und der Wärmeleitplatte angeordnet ist. Dadurch lassen sich die Vorteile des wenigstens einen Federelementes auch für Batterien nutzen, die mit einer so genannten Bodenkühlung ausgeführt sind.
  • Das wenigstens eine Federelement ist bevorzugt als eine Blattfeder ausgeführt, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen erstreckt und vorzugsweise aus Metall besteht, da dadurch ein hoher Anpressdruck zwischen der Wärmeleitplatte und den Einzelzellen herstellbar ist. Alternativ oder zusätzlich ist wenigstens ein Federelement als eine federnde Matte, beispielsweise eine Schaum- oder Gummimatte, ausgeführt, die sich über ein oder mehrere Einzelzellen erstreckt. Dabei sind Ausführungen von Federelementen bevorzugt, die sich über mehrere oder alle Einzelzellen erstrecken, da sich dadurch die Herstellungskosten und der Montageaufwand reduziert werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen sind schematische Darstellungen. Dabei zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Batterie mit Kopfkühlung,
  • 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterie mit Kopfkühlung,
  • 3 eine Längsschnittdarstellung einer Batterie mit Kopfkühlung in einer Schnittebene durch Polkontakte,
  • 4 eine Längsschnittdarstellung einer Batterie mit Kopfkühlung in einer Schnittebene durch einen Blattfederstreifen,
  • 5 eine perspektivische Darstellung einer sich über alle Einzelzellen erstreckenden Blattfeder,
  • 6 eine perspektivische Unteransicht einer Zellverbinderplatine,
  • 7 eine perspektivische Unteransicht einer Batterie mit bodenseitig angeordnetem Federelement, und
  • 8 eine perspektivische Darstellung mehrerer nebeneinander angeordneter Blattfedern.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • 1 und 2 zeigen perspektivische Darstellungen einer Batterie 1 mit Kopfkühlung, wobei 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung der Batterie 1 zeigt.
  • Die Batterie 1 besteht aus einem Block von Einzelzellen 2 mit jeweils zwei elektrischen Polkontakten 8 und einer Bodenfläche 10. Ferner umfasst die Batterie 1 einen Wärme leitenden und elektrisch isolierenden Formkörper 11, eine Wärmeleitplatte 3 mit Öffnungen 9 für die elektrischen Polkontakte 8, ein Federelement 4 und eine Zellverbinderplatine 6 mit in sie eingelassenen Zellverbindungsleitungen 7 und zwei Platinendurchbrüchen 13 für zwei elektrische Polkontakte 8.
  • Der Formkörper 11 ist auf den Block der Einzelzellen 2 aufgesetzt und umfasst für jede Einzelzelle 2 einen Polrahmen 12, in den die elektrischen Polkontakte 8 der jeweiligen Einzelzelle 2 eingeführt sind.
  • Die Wärmeleitplatte 3 ist auf den Formkörper 11 aufgesetzt. Dabei sind die Polrahmen 12 durch die Öffnungen 9 der Wärmeleitplatte 3 hindurch geführt.
  • Das Federelement 4 ist beispielsweise als eine Blattfeder oder Scheibenfeder aus Metall ausgeführt. Die Blattfeder umfasst mehrere zueinander parallel angeordnete Blattfederstreifen 5 und ist auf die Wärmeleitplatte 3 aufgesetzt. Dabei sind die Blattfederstreifen 5 derartig angeordnet, dass keiner von ihnen eine Öffnung 9 der Wärmeleitplatte 3 bedeckt. Insbesondere ist mindestens ein, bevorzugt zwei Blattfederstreifen 5 zwischen zwei Polreihen zweier benachbarter Einzelzellenreihen angeordnet. Randseitig der letzten Einzelzellenreihe ist ein Blattfederstreifen 5 angeordnet. Dabei können die Blattfederstreifen 5 längs und/oder quer (nicht näher dargestellt) zwischen zwei Polreihen benachbarter Einzelzellenreihen angeordnet sein. Darüber hinaus sind die Blattfederstreifen 5 wellenförmig ausgebildet. Für eine einfache Montage der Blattfederstreifen 5 sind diese von einem umlaufenden Rahmen 5.1 gehalten. Dabei können die Blattfederstreifen 5 und der Rahmen 5.1 beispielsweise als ein Formpressteil ausgebildet sein. Dabei entsprechen die Außenabmessungen, insbesondere die Länge und Breite, des Rahmens 5.1 insbesondere den Außenabmessungen, insbesondere der Länge und Breite, der Wärmeleitplatte 3 und/oder der Zellverbinderplatine 6 und/oder des aus den Einzelzellen 2 gebildeten Zellverbundes.
  • Alternativ kann das wenigstens eine Federelement 4 in nicht näher dargestellter Art und Weise als eine federnde Matte ausgebildet sein, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen 2 erstreckt. Beispielsweise kann die federnde Matte eine Schaummatte oder Gummimatte sein.
  • Bevorzugt weist das Federelement 4 eine hinreichend hohe Federsteifigkeit auf, so dass einerseits die beim Zusammenpressen oder -spannen des Zellblocks oder -verbunds mit der Wärmeleitplatte 3 und der Zellverbinderplatine 6 auftretenden Vorspann- oder Federkräfte einfach überwunden und andererseits die ein definiertes Anpressen der Einzelzellen 2 an die Wärmeleitplatte 3 bewirkenden Druck- bzw. Federkräfte hinreichend groß sind.
  • Die Zellverbinderplatine 6 ist auf das Federelement 4 aufgesetzt und besteht aus elektrisch isolierendem, glasfaserverstärktem Kunststoff. Die Zellverbindungsleitungen 7 sind in die der Wärmeleitplatte 3 abgewandte oberseitige Oberfläche der Zellverbinderplatine 6 eingelassen. Durch die beiden Platinendurchbrüche 13 sind die dort angeordneten elektrischen Polkontakte 8 kontaktierbar, wodurch eine von der Batterie 1 erzeugte elektrische Spannung abgreifbar ist.
  • 3 und 4 zeigen Längsschnittdarstellungen einer Batterie 1 mit Kopfkühlung, wobei die Schnittebene in 4 durch einen Blattfederstreifen 5 und in 3 parallel dazu durch elektrische Polkontakte 8 von Einzelzellen 2 verläuft.
  • 5 zeigt eine perspektivische Darstellung einer sich über alle Einzelzellen 2 erstreckenden Blattfeder mit zueinander parallel angeordneten Blattfederstreifen 5.
  • 6 zeigt eine perspektivische Untersicht einer Zellverbinderplatine 6 mit Kontaktstellen 14 für die elektrischen Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 und den beiden Platinendurchbrüchen 13. An den Kontaktstellen 14 sind die elektrischen Polkontakte 8 mit den Zellverbindungsleitungen 7 verbunden, welche in die oberseitige, in 6 nicht sichtbare Oberfläche der Zellverbinderplatine 6 eingelassen sind.
  • Da die Blattfederstreifen 5, wie aus 2 ersichtlich, in den Bereichen zwischen den Kontaktstellen 14 an der unterseitigen Oberfläche der Zellverbinderplatine 6 anliegen, haben die Blattfederstreifen 5 keinen elektrischen Kontakt zu den Polkontakten 8 und/oder den Zellverbindungsleitungen 7 und brauchen daher nicht gesondert gegen die Zellverbinderplatine 6 elektrisch isoliert werden.
  • 7 zeigt eine perspektivische Unteransicht einer Batterie 1 mit bodenseitig angeordnetem Federelement 4. Das Federelement 4 ist wiederum als Blattfeder mit mehreren Blattfederstreifen 5 wie in 5 ausgebildet. Die Blattfeder ist dabei zwischen den Bodenflächen 10 der Einzelzellen 2 und einer nicht dargestellten unterseitigen Wand des Batteriegehäuses angeordnet.
  • 8 zeigt in einer perspektivischen Darstellung eine alternative Ausführung von Federelementen 4 als mehrere einzelne nebeneinander und zueinander parallel angeordnete Blattfederstreifen 5. Die einzelnen Blattfederstreifen 5 können wiederum durch Halter zu einem zusammenhängenden Federelement 4 verbunden werden.
    • 1
    Batterie
    2
    Einzelzelle
    3
    Wärmeleitplatte
    4
    Federelement
    5
    Blattfederstreifen
    5.1
    Rahmen
    6
    Zellverbinderplatine
    7
    Zellverbindungsleitung
    8
    elektrischer Polkontakt
    9
    Öffnungen in der Wärmeleitplatte
    10
    Bodenfläche einer Einzelzelle
    11
    Formkörper
    12
    Polrahmen
    13
    Platinendurchbruch
    14
    Kontaktstellen
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 102007010739 [0003]
    • - DE 102007010744 [0004]

Claims (15)

  1. Batterie (1) mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (3) zum Temperieren der Batterie (1), wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (3) verbunden sind, gekennzeichnet durch wenigstens ein Federelement (4), mittels dessen die Einzelzellen (2) definiert an die Wärmeleitplatte (3) pressbar sind.
  2. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Polkontakte (8) der Einzelzellen (2) durch in der Wärmeleitplatte (3) angeordnete Öffnungen (9) hindurch geführt sind.
  3. Batterie (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Polkontakte (8) einer jeden Einzelzelle (2) durch die Wärmeleitplatte (3) hindurch zu einer Zellverbinderplatine (6) geführt sind.
  4. Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Zellverbinderplatine (6) die elektrischen Polkontakte (8) der Einzelzellen (2) elektrisch miteinander verbunden sind.
  5. Batterie (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinderplatine (6) mit in sie eingelassenen Zellverbindungsleitungen (7) versehen ist, über die die elektrischen Polkontakte (8) elektrisch miteinander verbunden sind.
  6. Batterie (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbindungsleitungen (7) in eine von der Wärmeleitplatte (3) abgewandte Oberfläche der Zellverbinderplatine (6) eingelassen sind.
  7. Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die der Wärmeleitplatte (3) zugewandte Oberfläche der Zellverbinderplatine (6) aus elektrisch isolierendem Material besteht.
  8. Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (4) zwischen der Zellverbinderplatine (6) und der Wärmeleitplatte (3) angeordnet ist.
  9. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (4) zwischen Bodenflächen (10) der Einzelzellen (2) und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist.
  10. Batterie (1) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine zwischen Bodenflächen (10) der Einzelzellen (2) und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnete Federelement (4) gegenüber dem Batteriegehäuse elektrisch isoliert ist.
  11. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (3) zwischen Bodenflächen (10) der Einzelzellen (2) und einer Wand des Batteriegehäuses angeordnet ist und dass das wenigstens eine Federelement (4) zwischen dieser Wand des Batteriegehäuses und der Wärmeleitplatte (3) angeordnet ist.
  12. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (4) eine Blattfeder ist, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen (2) erstreckt.
  13. Batterie (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder aus Metall besteht.
  14. Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Federelement (4) eine federnde Matte ist, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen (2) erstreckt.
  15. Batterie (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Matte eine Schaummatte oder Gummimatte ist.
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