DE102008034875A1

DE102008034875A1 - Batterie, insbesondere Fahrzeugbatterie

Info

Publication number: DE102008034875A1
Application number: DE200810034875
Authority: DE
Inventors: Arnold Dr.-Ing. Lamm; Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter; Wolfgang Dr. Warthmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2008-07-26
Filing date: 2008-07-26
Publication date: 2010-01-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie (1), insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (2) und einer polseitig auf den Einzelzellen (2) angeordneten Kühlvorrichtung. Erfindungsgemäß umfasst die Kühlvorrichtung eine Kühlplatte (12) und eine Übertragungsplatte (3).

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie für ein Fahrzeug, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellenfahrzeug nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Üblicherweise weist eine Batterie zur Anwendung in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Kraftfahrzeugen mit einem Hybridantrieb oder Brennstoffzellenfahrzeugen, einen Zellblock aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel geschalteten Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, auf.
Die Batteriezellen müssen gekühlt werden, um die entstehende Verlustwärme abzuführen. Dazu wird eine Kühlvorrichtung eingesetzt, die mit den Batteriezellen thermisch verbunden ist.
Bei der so genannten Kopfkühlung der Batteriezellen ist die Kühlvorrichtung an einer Polseite der Batteriezellen angeordnet, an der sich elektrische Polkontakte der Batteriezellen befinden, die paarweise durch Zellverbinder elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Derartige Batterien werden unter anderem in US 6512347 B1 , DE 100 03 740 C1 , DE 602 13 474 T2 und US 2005/0174092 A1 vorgeschlagen.
In US 6512347 B1 wird eine Batterie vorgeschlagen, deren Kühlvorrichtung als ein von einem Kühlmittel durchströmbares Kühlrohr ausgebildet ist, das mit den Batteriezellen über zwischen diesen angeordneten Wärmeleitplatten Wärme leitend verbunden ist.
Bei der in DE 100 03 740 C1 vorgeschlagenen Batterie ist die Kühlvorrichtung als eine an einer Polseite der Batteriezellen angeordnete Kühlplatte ausgebildet, die zur Kühlung der Batteriezellen mit Zellverbindern von Polkontakten der Batteriezellen in thermischem Kontakt ist.
Bei der in DE 602 13 474 T2 vorgeschlagenen Batterie ist die Kühlvorrichtung als ein Kühlbalg aus einem verformbaren, Wärme leitenden Material ausgebildet. Der Kühlbalg ist in mehreren Falten um die Batteriezellen gelegt und von einem Wärmeübertragungsmedium durchströmbar, über das Wärme aus den Batteriezellen abführbar ist.
Aus US 2005/0174092 A1 ist eine Batterie bekannt, deren Kühlvorrichtung eine Anzahl von Kühlkanälen umfasst. Dabei sind zur Kühlung der Batteriezellen Polkontakte der Batteriezellen und sie elektrisch verbindende Zellverbinder in den Kühlkanälen angeordnet und mittels eines die Kühlkanäle durchströmenden Gases konvektiv kühlbar. Die Zellverbinder weisen dazu bevorzugt sich in die Kühlkanäle erstreckende Kühllamellen auf, um ihre kühlbare Oberfläche zu vergrößern. Die Zellverbinder dienen gleichzeitig der Fixierung der Batteriezellen, indem sie als Unterlegelemente für Schraubmuttern zur Befestigung der Polkontakte an Wänden der Kühlkanäle ausgebildet sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit einer verbesserten Kühlung der Einzelzellen anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen ist zusammen mit einer polseitig auf den Einzelzellen angeordneten Kühlvorrichtung in einer Batterie, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, angeordnet. Erfindungsgemäß umfasst die Kühlvorrichtung eine Kühlplatte und eine Übertragungsplatte.
Zweckmäßigerweise ist die Übertragungsplatte zwischen den Einzelzellen und der Kühlplatte angeordnet, um die Verlustwärme der Einzelzellen auf die Kühlplatte zu übertragen.
Vorzugsweise ist auf einer Oberseite der Kühlplatte mindestens ein Kühlrohr beispielsweise mäanderförmig bzw. in mehreren nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen angeordnet und von einem Kühlmittel durchströmt. Auf diese Weise kann das Kühlmittel die Verlustwärme der Einzelzellen aus der Batterie abtransportieren. Die Anordnung eines Kühlrohrs auf einer Metallplatte als Kühlplatte ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung.
Das Kühlrohr kann in verschiedenen Ausführungsformen beispielsweise einen runden, ovalen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen. Dadurch ist die Möglichkeit gegeben, das Kühlrohr in einer sowohl fertigungs- und kosteneffizienten als auch für die Wärmeübertragung von der Kühlplatte auf das Kühlrohr optimalen Form zu fertigen, wobei für die optimale Wärmeübertragung eine möglichst große Oberfläche des Kühlrohres auf der Kühlplatte aufliegen sollte.
Auf einer zur Kühlplatte gerichteten Oberfläche der Übertragungsplatte sind zweckmäßigerweise vertikal abstehende Wärmeleitelemente angeordnet, die einen runden, ovalförmigen oder vieleckigen horizontalen Querschnitt aufweisen und auf diese Weise optimal sowohl an den dafür zur Verfügung stehenden Bauraum als auch an die benötigte Wärmeleitfähigkeit anpassbar sind. Diese Wärmeleitelemente überragen Polkontakte der Einzelzellen, so dass ausschließlich die Wärmeleitelemente Kontakt mit der Kühlplatte haben. Die Wärmeleitelemente sind bevorzugt als Stifte, Stege oder Stummel ausgebildet. Die Wärmeleitelemente sind durch einen Fließpress- oder Tiefziehprozess ausformbar.
In einer besonders günstigen Ausführungsform ist die Kühlplatte mittels Befestigungselementen an der Übertragungsplatte befestigt und gegen die Übertragungsplatte, insbesondere gegen die Wärmeleitelemente der Übertragungsplatte, mittels dieser Befestigungselemente verspannt, so dass die Kühlplatte und die Übertragungsplatte über die Wärmeleitelemente thermisch gekoppelt sind.
Mittels dieser Anordnung ist die Verlustwärme der Einzelzellen über die Übertragungsplatte und deren Wärmeleitelemente auf die Kühlplatte übertragbar und über das an deren Oberseite angeordnete, von Kühlmittel durchströmte, Kühlrohr aus der Batterie abführbar.
Vorzugsweise ist polseitig auf den Einzelzellen zwischen der Übertragungsplatte und der Kühlplatte eine Zellverbinderplatine angeordnet, die an ihrer Oberseite mit Zellverbindern versehen ist, die die Einzelzellen an der Zellverbinderplatine befestigen und die Einzelzellen seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verbinden.
In einer besonders günstigen Ausführungsform ist zwischen der Übertragungsplatte und der Zellverbinderplatine ein Spann- oder Federelement, insbesondere eine elastische Spannmatte, angeordnet, wodurch die Übertragungsplatte gegen die Einzelzellen vorgespannt wird.
Da die Einzelzellen mittels der Zellverbinder an ihren Zellpolen an der Zellverbinderplatine befestigt sind, wird die zwischen diesen befindliche Übertragungsplatte durch das Spann- oder Federelement, zum Beispiel die elastische Spannmatte, gegen die Einzelzellen gepresst. Auf diese Weise wird über die Lebensdauer der Batterie sichergestellt, dass die Einzelzellen an der Übertragungsplatte optimal anliegen und somit eine optimale thermische Anbindung und Wärmeübertragung der Verlustwärme der Einzelzellen über die gesamte Lebensdauer der Batterie sichergestellt ist.
Vorzugsweise sind in der Zellverbinderplatine und der elastischen Spannmatte Bohrungen zur Durchführung der Wärmeleitelemente angeordnet. Dadurch ist sichergestellt, dass die Wärmeleitelemente durch die Zellverbinderplatine und die elastische Spannmatte hindurchführbar sind, womit ein ungehinderter Kontakt und damit eine optimale thermische Kopplung von Kühlplatte und Übertragungsplatte über die Wärmeleitelemente ermöglicht ist.
Zwischen der Übertragungsplatte und den Einzelzellen ist in einem besonders günstigen Ausführungsbeispiel eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie angeordnet. Durch diese Wärmeleitfolie sind die Einzelzellen elektrisch von der Übertragungsplatte isoliert und die Wärmeübertragung der Verlustwärme von den Einzelzellen auf die Übertragungsplatte ist optimiert.
Zur optimalen Nutzung des vorhandenen Bauraums, was insbesondere beim Einsatz der Batterie als Fahrzeugbatterie aufgrund des nur beschränkt vorhandenen Bauraums im Fahrzeug sehr wichtig ist, sind die Einzelzellen in einer besonders günstigen Ausführungsform mit ihrer Längsachse parallel zueinander angeordnet.
Die Wärmeleitfolie, die Übertragungsplatte und die elastische Spannmatte sind zweckmäßigerweise mit Aussparungen für eine Durchführung von Polkontakte der Einzelzellen versehen. Die Formen, d. h. die Abmessungen, der Aussparungen korrespondieren vorzugsweise mit Abmessungen der Polkontakte der Einzelzellen. Hierdurch sind die Einzelzellen insbesondere mit der Übertragungsplatte im Bereich der Aussparungen formschlüssig verbunden und gegenüber Drehbewegungen fixiert.
Die Batterie ist eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch diese erfindungsgemäße Lösung eine effiziente Kühlung einer Batterie erreicht ist, die kostengünstig und einfach zu fertigen ist.
Die Kühlplatte ist lediglich eine Metallplatte, auf deren Oberseite zur Abführung der Wärme ein Kühlrohr angeordnet ist. Auch die Übertragungsplatte mit den darauf angeordneten Wärmeleitelementen ist beispielsweise mittels Fließpressen oder Tiefziehen effizient zu fertigen.
Durch die Anordnung der Wärmeleitelemente in den Zwischenräumen zwischen den Zellverbindern wird der vorhandene Bauraum der Batterie optimal genutzt. Sowohl die Anzahl und Verteilung als auch die Form der Wärmeleitelemente richtet sich nach der erforderlichen Wärmeübertragungsleistung von der Übertragungsplatte zur Kühlplatte, so dass eine optimale Kühlung der Einzelzellen gesichert ist.
Analog gilt dies für das an der Oberseite der Kühlplatte angeordnete Kühlrohr, dessen Dimensionen, Ausformungen und Form der Anordnung auf der Kühlplatte in Abhängigkeit von Fertigungsmöglichkeiten und erforderlicher Kühlleistung variierbar sind.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine Explosionsdarstellung einer Batterie,
2 eine perspektivische Darstellung einer Batterie und einer Kühlplatte,
3 eine perspektivische Darstellung einer Batterie,
4 eine Darstellung einer Batterie in Draufsicht,
5 einen Querschnitt einer Batterie entsprechend der in 4 dargestellten Schnittlinie V-V, und
6 einen Querschnitt einer Batterie entsprechend der in 4 dargestellten Schnittlinie VI-VI.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Batterie 1 mit erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung. Auf einer Mehrzahl von Einzelzellen 2 ist polseitig eine Übertragungsplatte 3 angeordnet, wobei zwischen den Einzelzellen 2 und der Übertragungsplatte 3 zur elektrischen Isolation eine Wärmeleitfolie 4 angeordnet ist.
Auf einer zur Kühlplatte 12 gerichteten Oberfläche der Übertragungsplatte 3 sind vertikal abstehende, z. B. stiftförmige oder stummelförmige, Wärmeleitelemente 5 angeordnet, deren horizontaler Querschnitt beispielsweise rund, ovalförmig oder vieleckig sein kann und auf diese Weise optimal sowohl an den dafür zur Verfügung stehenden Bauraum als auch an die benötigte Wärmeleitfähigkeit anpassbar ist. Alternativ oder zusätzlich können die Wärmeleitelemente 5 stegförmig ausgebildet sein. Diese Wärmeleitelemente 5 sind beispielsweise durch einen Fließpress- oder Tiefziehprozess ausformbar. Hierzu ist die Übertragungsplatte 3 beispielsweise aus Metall oder einem anderen wärmeleitfähigen Material gefertigt.
Auf der Übertragungsplatte 3 ist ein Spann- oder Federelement 6, im dargestellten Ausführungsbeispiel eine elastische Spannmatte 6, angeordnet. Sowohl in der elastischen Spannmatte 6 als auch in der Übertragungsplatte 3 und der Wärmeleitfolie 4 sind Aussparungen 7 zur Durchführung von Polkontakten 8 der Einzelzellen 2 angeordnet, wobei diese Aussparungen 7 mit den Abmessungen der Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 korrespondieren. Auf diese Weise sind die Einzelzellen 2 insbesondere mit der Übertragungsplatte 3 formschlüssig verbunden und gegenüber Drehbewegungen sicher gehaltert.
Die Aussparungen 7 sind in der Übertragungsplatte 3 und der elastischen Spannmatte 6 langlochförmig ausgeformt, so dass durch jede dieser Aussparungen 7 jeweils beide Polkontakte 8 einer Einzelzelle 2 hindurchgeführt sind. In der Wärmeleitfolie 4 sind jeweils zwei separate Aussparungen 7 für den jeweiligen Polkontakt 8 der Einzelzelle 2 ausgeformt. Auf diese Weise liegt die Wärmeleitfolie 4 auch zwischen den Polkontakten 8 jeder Einzelzelle 2 an, so dass eine effiziente Wärmeleitung der Verlustwärme von den Einzelzellen 2 über die Wärmeleitfolie 4 auf die Übertragungsplatte 3 erreicht ist.
Auf die Polkontakte 8 der Einzelzellen 2, die durch die Aussparungen 7 in der Wärmeleitfolie 4, der Übertragungsplatte 3 und der elastischen Spannmatte 6 hindurchgeführt sind, ist eine Zellverbinderplatine 9 angeordnet, an deren Oberseite Zellverbinder 10 angeordnet sind, die auf die Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 aufgesetzt sind. Auf diese Weise sind die Einzelzellen 2 elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet und an der Zellverbinderplatine 9 gehaltert.
Das zwischen Zellverbinderplatine 9 und Übertragungsplatte 3 liegende Spann- oder Federelement 6, in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die elastische Spannmatte 6, spannt die Übertragungsplatte 3 gegen die Einzelzellen 2 vor, so dass eine Anpressung der Übertragungsplatte 3 und der Wärmeleitfolie 4 an die Einzelzellen 2 während der gesamten Lebensdauer der Batterie 1 sichergestellt ist. Dies sichert eine optimale thermische Koppelung der Einzelzellen 2 an die Übertragungsplatte 3 und damit eine optimale Abführung der Verlustwärme von den Einzelzellen 2.
Sowohl in der elastischen Spannmatte 6 als auch in der Zellverbinderplatine 9 sind Bohrungen 11 zur Durchführung der Wärmeleitelemente 5 angeordnet, so dass auf diese Wärmeleitelemente 5 die Kühlplatte 12 aufsetzbar ist.
Die Kühlplatte 12 ist mit hier nicht dargestellten Befestigungselementen, zum Beispiel Schrauben, fest mit der Übertragungsplatte 3 verbunden und gegen die Wärmeleitelemente 5 verspannt, so dass diese an der Kühlplatte 12 anliegen und die Übertragungsplatte 3 über die Wärmeleitelemente 5 mit der Kühlplatte 12 thermisch verbunden ist. Auf diese Weise ist die Verlustwärme der Einzelzellen 2 über die Wärmeleitfolie 4 auf die Übertragungsplatte 3 und über deren Wärmeleitelemente 5 auf die Kühlplatte 12 abführbar.
Die Wärmeleitelemente 5 weisen im hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Zylinderform, d. h. einen runden Querschnitt auf. In anderen Ausführungen können die Wärmeleitelemente 5 auch beispielsweise einen ovalförmigen oder vieleckigen Querschnitt aufweisen.
An der Oberseite der Kühlplatte 12 ist, in diesem Ausführungsbeispiel in zwei nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen, ein Kühlrohr 13 angeordnet, welches von einem Kühlmittel durchströmt wird. Dieses ist beispielsweise an einen Kühlkreislauf eines Fahrzeuges gekoppelt, so dass die Verlustwärme der Einzelzellen 2 über das Kühlmittel aus der Batterie 1 ableitbar ist.
Diese erfindungsgemäße Kühlvorrichtung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Fertigung insbesondere der Kühlplatte 12. Da diese nur eine einfache Metallplatte und ein auf dieser angeordnetes Kühlrohr 13 umfasst, ist der Fertigungsaufwand gering. Auch die Übertragungsplatte 3 ist mit geringem Fertigungsaufwand und kostengünstig, zum Beispiel über einen Fließpress- oder Tiefziehprozess, produzierbar.
Des Weiteren wird insbesondere mittels der Wärmeleitelemente 5 der, besonders bei Batterien 1 für den Einsatz in Fahrzeugen, begrenzte Bauraum optimal genutzt, da die Wärmeleitelemente 5 auf der Übertragungsplatte 3 zwischen den Aussparungen 7 für die Durchführung der Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 angeordnet sind.
Da der horizontale Querschnitt dieser Wärmeleitelemente 5 verschieden, also zum Beispiel rund, ovalförmig oder vieleckig ausformbar ist, kann der dort vorhandene Bauraum optimal genutzt werden und die Abführung der Verlustwärme der Einzelzellen 2 optimiert werden. Mit dieser erfindungsgemäßen Lösung wird also eine bauraum-, kosten- und fertigungseffiziente und optimale Kühlung der Einzelzellen 2 einer Batterie 1 ermöglicht.
2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batterie 1 und einer Kühlplatte 12. Die Übertragungsplatte 3 ist auf den Einzelzellen 2 angeordnet. Auf dieser ist die elastische Spannmatte 6 und darauf die Zellverbinderplatine 9 angeordnet.
Auf den Polkontakten 8 der Einzelzellen 2 sind die Zellverbinder 10 angeordnet und die Einzelzellen 2 mit diesen sowohl elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet als auch an der Zellverbinderplatine 9 befestigt. Durch die elastische Spannmatte 6 ist die Übertragungsplatte 3 an die Einzelzellen 2 angepresst und so optimal thermisch an diese gekoppelt.
Auf die Wärmeleitelemente 5 der Übertragungsplatte 3 ist die Kühlplatte 12 aufgesetzt und mittels hier nicht dargestellter Befestigungselemente an der Übertragungsplatte 3 befestigt. Die Kühlplatte 12 ist eine einfache Metallplatte, auf deren Oberseite ein in dem dargestellten Ausführungsbeispiel in zwei nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen verlegtes Kühlrohr 13 angeordnet ist. Dieses Kühlrohr 13 ist an einen Kühlmittelkreislauf angeschlossen und von Kühlmittel durchströmt.
Die Verlustwärme der Einzelzellen 2 wird auf die Übertragungsplatte 3 und über deren Wärmeleitelemente 5 auf die Kühlplatte 12 übertragen, so dass sie über das Kühlmittel im darauf angeordneten Kühlrohr 13 aus der Batterie 1 abtransportiert werden kann.
Wie in 2 deutlich zu erkennen ist, wird durch die Wärmeleitelemente 5 der vorhandene Bauraum zwischen den Zellverbindern 10 optimal genutzt, um die Verlustwärme der Einzelzellen 2 zur Kühlplatte 12 zu leiten. Die Fertigung der Kühlplatte 12 ist mit geringem Kosten- und Fertigungsaufwand möglich, da lediglich auf einer Metallplatte ein Kühlrohr 13 anzuordnen ist. Die folgende 3 zeigt dann eine Batterie 1 mit vollständig montierter erfindungsgemäßer Kühlvorrichtung.
3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Batterie 1 mit der vollständig montierten erfindungsgemäßen Kühlvorrichtung entsprechend den 1 und 2.
4 zeigt eine Darstellung einer Batterie 1 in Draufsicht. Die Kühlplatte 12 ist in dieser Figur nicht dargestellt.
Eingezeichnet sind die Schnittlinien V-V und VI-VI für die in den folgenden Figuren dargestellten Querschnitte der Batterie 1. Die Schnittlinie V-V für die Querschnittsdarstellung in 5 verläuft durch eine Reihe von Polkontakten 8 der Einzelzellen 2. Die Schnittlinie VI-VI für die Querschnittsdarstellung in 6 verläuft durch eine Reihe der Wärmeleitelemente 5 der Übertragungsplatte 3.
In 4 deutlich zu erkennen ist, dass das Kühlrohr 13, da es in zwei nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen angeordnet ist, einen Großteil der Fläche der Batterieoberseite bzw. einen Großteil der Oberseite der Kühlplatte 12, auf der es angeordnet ist, abdeckt. Auf diese Weise ist eine optimale Wärmeübertragung von einem großen Teil der Kühlfläche der Kühlplatte 12 auf das von Kühlmittel durchflossene Kühlrohr 13 sichergestellt.
5 zeigt einen Querschnitt einer Batterie 1 entsprechend der in 4 dargestellten Schnittlinie V-V. Auf den Einzelzellen 2 ist die Wärmeleitfolie 4 und darauf die Übertragungsplatte 3 angeordnet, so dass die Übertragungsplatte 3 durch die Wärmeleitfolie 4 zwar thermisch mit den Einzelzellen 2 verbunden, aber elektrisch gegenüber diesen isoliert ist.
Auf der Übertragungsplatte 3 ist die elastische Spannmatte 6 und darüber die Zellverbinderplatine 9 mit den Zellverbindern 10 angeordnet. Die Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 sind mittels der Zellverbinder 10 elektrisch seriell und/oder parallel verschaltet und an der Zellverbinderplatine 9 befestigt, so dass die zwischen der Zellverbinderplatine 9 und der Übertragungsplatte 3 angeordnete elastische Spannmatte 6 die Übertragungsplatte 3 gegen die Einzelzellen 2 vorspannt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Übertragungsgplatte 3 während der gesamten Lebensdauer der Batterie 1 an den Einzelzellen 2 anliegt und eine optimale Wärmeübertragung von den Einzelzellen 2 auf die Übertragungsplatte 3 erfolgt.
In 5 sind die Wärmeleitelemente 5 zu erkennen, auf denen die Kühlplatte 12 aufgesetzt ist. Deutlich zu erkennen ist, dass die Wärmeleitelemente 5 in ihrer Längsachse derart ausgeformt sind, dass sie die Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 überragen, so dass die Kühlplatte 12 ausschließlich mit diesen Wärmeleitelementen 5 Kontakt hat. Deshalb ist keine elektrische Isolation gegenüber den Polkontakten 8, der Zellverbinderplatine 9 sowie den Zellverbindern 10 nötig. Die Verlustwärme der Einzelzellen 2 wird von der Übertragungsplatte 3 über diese Wärmeleitelemente 5 auf die Kühlplatte 12 übertragen.
Auf der Oberseite der Kühlplatte 12 ist das Kühlrohr 13 in zwei nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen angeordnet und von Kühlmittel durchflossen, so dass die Verlustwärme aus der Batterie 1 abtransportierbar ist.
Das Kühlrohr 13 weist in der hier dargestellten Ausführungsform einen viereckigen Querschnitt auf, so dass, insbesondere gegenüber zum Beispiel einem runden Querschnitt, eine große Oberfläche des Kühlrohrs 13 auf der Kühlplatte 12 aufliegt, d. h. direkten thermischen Kontakt mit der Kühlplatte 12 hat. Damit ist eine effiziente Wärmeübertragung von der Kühlplatte 12 auf das mit Kühlmittel durchströmte Kühlrohr 13 gegeben.
6 zeigt einen Querschnitt einer Batterie 1 entsprechend der in 4 dargestellten Schnittlinie VI-VI. Dieser Querschnitt verläuft durch eine Reihe der Wärmeleitelemente 5.
Die Übertragungsplatte 3 ist polseitig auf die Einzelzellen 2 aufgesetzt und über eine dazwischen liegende Wärmeleitfolie 4 sowohl thermisch mit diesen verbunden als auch elektrisch gegenüber diesen isoliert. Auf der zur Kühlplatte 12 gerichteten Oberfläche der Übertragungsplatte 3 sind Wärmeleitelemente 5 angeordnet. Diese sind durch Bohrungen 11 in der elastischen Spannmatte 6 und der Zellverbinderplatine 9 hindurchgeführt. Auf diese Wärmeleitelemente 5 ist die Kühlplatte 12 aufgesetzt.
Da die Polkontakte 8 der Einzelzellen 2 an der Zellverbinderplatine 9 mittels der Zellverbinder 10 befestigt sind, wirkt die im hier dargestellten Ausführungsbeispiel verwendete elastische Spannmatte 6 zwischen Zellverbinderplatine 9 und Übertragungsplatte 3 als Spann- oder Federelement 6. Dadurch ist die Übertragungsplatte 3 gegen die Einzelzellen 2 vorgespannt, so dass über die Lebensdauer der Batterie 2 eine Anpressung der Übertragungsplatte 3 an die Einzelzellen 2 und damit ein optimaler thermischer Kontakt gesichert ist.
Die Wärmeübertragung der Verlustwärme der Einzelzellen 2 erfolgt auf die Übertragungsplatte 3, von dieser über die Wärmeleitelemente 5 auf die Kühlplatte 12, von dieser auf das an der Oberseite der Kühlplatte 12 angeordnete, von Kühlmittel durchströmte Kühlrohr 13, welches an einem Kühlkreislauf angeschlossen ist. Über diesen Kühlkreislauf wird die Verlustwärme aus der Batterie 1 geleitet.

1: Batterie
2: Einzelzellen
3: Übertragungsplatte
4: Wärmeleitfolie
5: Wärmeleitelemente
6: Spann- oder Federelement, insbesondere elastische Spannmatte
7: Aussparungen
8: Polkontakte
9: Zellverbinderplatine
10: Zellverbinder
11: Bohrungen
12: Kühlplatte
13: Kühlrohr

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

- US 6512347 B1 [0005, 0006]
- DE 10003740 C1 [0005, 0007]
- DE 60213474 T2 [0005, 0008]
- US 2005/0174092 A1 [0005, 0009]

Claims

Batterie (1), insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit einer Mehrzahl von in Serie und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen (2) und einer polseitig auf den Einzelzellen (2) angeordneten Kühlvorrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung eine Kühlplatte (12) und eine Übertragungsplatte (3) umfasst.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Übertragungsplatte (3) zwischen den Einzelzellen (2) und der Kühlplatte (12) angeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer Oberseite der Kühlplatte (12) ein Kühlrohr (13) zur Durchströmung mit einem Kühlmittel angeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (13) in mehreren nebeneinander liegenden Reihen mäanderförmiger Windungen auf der Kühlplatte (12) angeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlrohr (13) einen runden, ovalförmigen oder vieleckigen Querschnitt aufweist.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer zur Kühlplatte (12) gerichteten Oberfläche der Übertragungsplatte (3) vertikal abstehende Wärmeleitelemente (5) angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) Polkontakte (8) der Einzelzellen (2) überragen.
Batterie (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet dass die Wärmeleitelemente (5) einen runden, ovalförmigen oder vieleckigen horizontalen Querschnitt aufweisen.
Batterie (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitelemente (5) durch einen Fließpress- oder Tiefziehprozess ausformbar sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (12) mittels Befestigungselementen an der Übertragungsplatte (3) befestigt ist und gegen die Übertragungsplatte (3), insbesondere gegen die Wärmeleitelemente (5) der Übertragungsplatte (3), mittels dieser Befestigungselemente verspannt ist.
Batterie (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlplatte (12) und die Übertragungsplatte (3) über die Wärmeleitelemente (5) thermisch gekoppelt sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass polseitig auf den Einzelzellen (2) zwischen der Übertragungsplatte (3) und der Kühlplatte (12) eine Zellverbinderplatine (9) angeordnet ist, die an ihrer Oberseite mit Zellverbindern (10) versehen ist, die die Einzelzellen (2) an der Zellverbinderplatine (9) befestigen und die Einzelzellen (2) seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verbinden.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Übertragungsplatte (3) und der Zellverbinderplatine (9) ein Spann- oder Federelement (6), insbesondere eine elastische Spannmatte (6), angeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Spann- oder Federelement (6), insbesondere die elastische Spannmatte (6), die Übertragungsplatte (3) gegen die Einzelzellen (2) vorspannt.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zellverbinderplatine (9) und der elastischen Spannmatte (6) Bohrungen (11) zur Durchführung der Wärmeleitelemente (5) angeordnet sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Übertragungsplatte (3) und den Einzelzellen (2) eine elektrisch isolierende Wärmeleitfolie (4) angeordnet ist.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (2) mit ihrer Längsachse parallel zueinander angeordnet sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfolie (4), die Übertragungsplatte (3) und die elastische Spannmatte (6) mit Aussparungen (7) für eine Durchführung der Polkontakte (8) der Einzelzellen (2) versehen sind.
Batterie (1) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass diese Aussparungen (7) mit Abmessungen von Polkontakten (8) der Einzelzellen (2) korrespondieren.
Batterie (1) nach Anspruch 18 und 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Einzelzellen (2) durch die mit den Abmessungen der Polkontakte (8) korrespondierenden Aussparungen (7) in der Wärmeleitfolie (4), der Übertragungsplatte (3) und der elastischen Spannmatte (6) mit diesen, insbesondere mit der Übertragungsplatte (3), formschlüssig verbunden und gegenüber Drehbewegungen fixiert sind.
Batterie (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie (1) eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie (1) für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ist.