DE102008034876A1

DE102008034876A1 - Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie

Info

Publication number: DE102008034876A1
Application number: DE200810034876
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dr. Dipl.-Ing. Schröter
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
Anticipated expiration: 2028-07-27
Also published as: WO2010012343A1; DE102008034876B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (5) zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere mittels einer Zellverbinderplatine (2) elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (1) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (5) verbunden sind, wobei wenigstens ein Federelement (3) vorgesehen ist, mittels dem die Einzelzellen (1) definiert an die Wärmeleitplatte (5) pressbar sind. Erfindungsgemäß sind an der Zellverbinderplatine (2) oder an der Wärmeleitplatte (5) ein oder mehrere Vorspannelemente (8) zu einer Vorspannung und Befestigung des Federelementes (3) angeordnet. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 20.
Batterien für Fahrzeuganwendungen, insbesondere für Hybridanwendungen, bestehen aus mehreren in Reihe und/oder parallel geschalteten Einzelzellen, welche sich meist mit einer zugehörigen Elektronik und Vorrichtungen zur Kühlung in einem gemeinsamen Batteriegehäuse befinden. Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zur Kühlung bekannt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine indirekte Kühlung mittels Einbindung der Batterie in einen Klimakreislauf oder eine direkte Kühlung der Einzelzellen mittels vorgekühlter Luft, die zwischen die Zellen geleitet wird, handeln.
Die Kühlung mittels des Klimakreislaufes wird aus Bauraumgründen vorzugsweise angewendet. Dabei ist am Zellverbund der Einzelzellen eine von einem Klima-Kühlmittel durchströmte Wärmeleitplatte angeordnet. Eine Wärme leitende Anbindung der Wärmeleitplatte an die Einzelzellen der Batterie erfolgt beispielsweise über eine Wärmeleitfolie oder einen Formkörper. Eine derartig gekühlte Batterie mit einer Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie ist aus der DE-P 102007010739.2 bekannt. Die Batterie weist mehrere parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen auf, die Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind. In der Wärmeleitplatte ist eine für ein Wärmeleitmedium durchströmbare Kanalstruktur angeordnet, wobei die Wärmeleitplatte über herausführende Anschlussquerschnitte für die Kanalstruktur verfügt. Die Wärmeleitplatte weist im Bereich der Pole der Einzelzellen Bohrungen auf, wobei die Pole der Einzelzellen durch die Bohrungen hindurch ragen.
Weiterhin ist aus der DE-P 102007010744.9 eine Batterie bekannt, deren Einzelzellen eine wärmeleitfähige, sich in der Längsrichtung erstreckende und die Einzelzelle umfassende Ummantelung aufweisen. Die Ummantelung ist eine Hülse, deren Wandstärke in Umfangsrichtung unterschiedlich stark ist. Die einen Zellverbund bildenden Einzelzellen sind auf eine Wärmeleitplatte aufgesetzt angeordnet, wobei die Ummantelungen der Einzelzellen einen Wärme leitenden Kontakt zu der Wärmeleitplatte haben.
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.
Aus der DE-P 102008010839.1 ist eine Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie bekannt, wobei zu der definierten Verpressung zwischen den Einzellzellen und der Wärmeleitplatte ein flächiges Federelement vorgesehen ist. Das Federelement ist beispielsweise als metallische Blattfeder oder federnde Matte, z. B. als Gummimatte oder Schaumstoffmatte, ausgebildet.
Üblicherweise werden dabei Federelemente mit einer geringen Federrate und hoher Vorspannung verwendet, um möglichst geringe Kraftschwankungen beim Ausgleich von Toleranzen, bei Wärmeausdehnungen und einem Setzverhalten des Pressverbandes, zu bewirken. Da die Federrate und die Vorspannung des Federelementes vor einer Montage im entspannten Zustand erheblich höher sind als im verspannten Zustand, kann es in nachteiliger Weise während der Verspannung zu starken Längenänderungen des Federelementes quer zur Verspannungsrichtung kommen, so dass das Federelement vor der Montage mit dessen Aussparungen im Polbereich nicht aufsetzbar ist. Bei einem Aufsetzen besteht die Gefahr einer Berührung der Polkontakte, so dass Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen entstehen können. Des Weiteren ist ab einer bestimmten Höhenausdehnung des Federelementes eine Höhenausdehnung von Zellverbinderschrauben zur elektrischen Verbindung der Polkontakte nicht mehr ausreichend, um in Gewindegänge der Polkontakte der Einzelzellen einzugreifen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine verbesserte Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer Batterie anzugeben, die insbesondere einfach und kostengünstig herstellbar bzw. ausführbar sind und mittels denen insbesondere die im Stand der Technik angegebenen Nachteile überwunden werden.
Hinsichtlich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 20 angegebenen Merkmale 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 mittels einer Zellverbinderplatine elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden. Dabei ist wenigstens ein Federelement vorgesehen, mittels welchem die Einzelzellen definiert an die Wärmeleitplatte pressbar sind. Erfindungsgemäß sind an der Zellverbinderplatine oder an der Wärmeleitplatte ein oder mehrere Vorspannelemente zu einer Vorspannung und Befestigung des Federelementes angeordnet. Durch die Vorspannung des Federelementes ist eine erhöhte Sicherheit bei der Montage der Batterie erzielbar, da Kurzschlüsse zwischen den Polkontakten der Einzellzellen, hervorgerufen durch das Federelement, durch eine aus der Vorspannung resultierende Fixierung vermeidbar sind.
Weiterhin ist durch die Verpressung der Einzelzellen mit der Wärmeleitplatte eine hohe Wärmeleitung zwischen diesen erzielbar, ohne dass eine aufwändige und fehleranfällige Anpassung eines Wärme leitenden Materials an den Zwischenraum zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte vorgenommen werden muss. Ferner sind anhand des Federelementes fertigungsbedingte Abweichungen von Solllängen und/oder Sollabständen sowie Wärmeausdehnungen von Batteriebauteilen in einfacher Weise ausgleichbar. Insgesamt wird mittels der Erfindung die Kühlung der Batterie verbessert, die Batteriemontage vereinfacht und die Prozesssicherheit erhöht.
Die Vorspannelemente sind vorzugsweise Niet- oder Schraubelemente, mittels denen das Federelement kraft- und/oder formschlüssig an der Zellverbinderplatine oder der Wärmeleitplatte vorgespannt ist, wobei die Größe der Vorspannung derart gewählt ist, dass das Federelement bei und nach einer Montage unter Berücksichtigung von auftretenden möglichen Toleranzen, einer Wärmedehnung und einem Setzverhalten des Pressverbandes weiter zusammengepresst und von der Rückseite der Spannelemente abgehoben wird.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement vor dem Einbau in die Batterie auf der Zellverbinderplatine oder der Wärmeleitplatte vorgespannt und damit als eigenständige Baueinheit in die Batterie einbaubar ist. Das führt zu einer erhöhten Sicherheit bei der Montage und Demontage und reduziert zudem die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses, weil das Bauteil eine nach außen starre Einheit bildet und somit sicher auf die Einzellzellen und deren Polkontakte aufsetzbar ist. Außerdem ist bei dieser Ausführung keine spezielle Vorrichtung für den Zusammenbau der Batterie nötig.
In zweckmäßiger Weise weist die Wärmeleitplatte zu den Vorspannelementen und/oder zu Polkontakten der Einzelzellen korrespondierende Aussparungen auf. Dadurch können einerseits die Vorspannelemente direkt in die entsprechende Aussparungen greifen und andererseits ist durch die mit den Polkontakten der Einzelzellen korrespondierenden Aussparungen eine vergrößerte Oberfläche zur Wärmeübertragung zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte erzielbar.
Um eine elektrische Verschaltung der Polkontakte vorzugsweise in einem Arbeitsschritt auszuführen, sind in der Zellverbinderplatine Zellverbinder angeordnet, wobei die Zellverbinderplatine zur Vorspannung des Federelementes zu den Vorspannelementen korrespondierende Aussparungen aufweist.
Das zwischen der Wärmeleitplatte und der Zellverbinderplatine angeordnete Federelement weist separate Aussparungen auf, welche mit den Vorspannelementen, mit den Polkontakten der Einzelzellen und/oder mit den Zellverbindern der Zellverbinderplatine korrespondieren.
Beispielsweise ist das Federelement eine Blattfeder, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen erstreckt und gemäß einer Weiterbildung der Erfindung aus Metall gebildet ist. Dadurch ist ein hoher Anpressdruck zwischen der Wärmeleitplatte und den Einzelzellen herstellbar.
Eine alternative Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Federelement eine federnde Matte ist, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen erstreckt. Dabei ist die federnde Matte vorzugsweise eine Schaummatte oder Gummimatte. Mittels dieser Ausführungsform ist es möglich, ein geringes Gesamtgewicht der Batterie zu erzielen, was sich als besonders vorteilhaft bei einer Verwendung der Batterie als Fahrzeugbatterie erweist, wobei die Batterie insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug vorgesehen ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Spannplatte zur flächigen Verpressung der federnden Matte vorgesehen, wobei die Spannplatte zu den Vorspannelementen und/oder zu den Polkontakten der Einzelzellen korrespondierende Aussparungen aufweist. Dadurch ist eine gleichmäßige Verteilung der Vorspannkraft auf den gesamten aus den Einzelzellen gebildeten Zellverbund erzielbar.
Die Polkontakte der Einzelzelle sind durch die Wärmeleitplatte und das Federelement hindurchragend angeordnet, wobei eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung vorsieht, dass zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte eine Wärmeleitfolie oder ein Formkörper angeordnet ist. Dadurch wird eine erhöhte Wärmleitfähigkeit zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte erzielt, woraus eine verbesserte Wärmeabfuhr resultiert.
Die Wärmeleitfolie und der Formkörper sind insbesondere aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch isolierenden Material gebildet, so dass eine zusätzlich zur elektrischen Isolation auf die Wärmeleitplatte aufgebrachte Schicht entfallen kann.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere mittels einer Zellverbinderplatine elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden werden. Dabei werden mittels wenigstens eines Federelementes die Einzelzellen definiert an die Wärmeleitplatte gepresst. Erfindungsgemäß wird das Federelement auf der Zellverbinderplatine oder der Wärmeleitplatte, insbesondere vor einer elektrischen Kontaktierung der Einzelzellen, vorgespannt. Dadurch wird eine höhere Sicherheit bei einer Montage und Demontage der Batterie erreicht, da eine Berührung der Zellpole durch das Federelement verhindert und somit die Gefahr eines möglichen Kurzschlusses minimiert werden.
Eine Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht vor, dass bei einer Endmontage der Batterie eine zusätzliche Spannkraft auf das Federelement ausgeübt wird, so dass ein sicherer Halt aller Komponenten, vor allem eine sichere Verpressung der Wärmeleitplatte auf den Einzelzellen, erzielt wird.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Explosionsdarstellung eines Zellverbundes mit einem an einer Zellverbinderplatine als Blattfeder ausgeführten vorgespannten Federelement,
2 schematisch eine Schnittdarstellung eines montierten Zellverbundes gemäß 1,
3 schematisch eine perspektivische Ansicht eines als Blattfeder ausgeführten und entspannten Federelementes,
4 schematisch eine Schnittdarstellung des Federelementes gemäß 3,
5 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Zellverbundes mit einem als Blattfeder ausgeführten und auf den Zellverbund aufgesetzten Federelement im entspannten Zustand,
6 schematisch eine perspektivische Ansicht eines als Blattfeder ausgeführten und vorgespannten Federelementes,
7 schematisch eine Schnittdarstellung des Federelementes gemäß 6,
8 schematisch eine Explosionsdarstellung einer aus einem Federelement gemäß 3 und einer Zellverbinderplatine gebildeten Baueinheit,
9 schematisch eine perspektivische Ansicht Baueinheit gemäß 8,
10 schematisch eine Explosionsdarstellung einer aus einem Federelement, einer Spannplatte und einer Zellverbinderplatine gebildeten Baueinheit, wobei das Federelement eine federnde Matte ist,
11 schematisch eine perspektivische Ansicht Baueinheit gemäß 10, und
12 schematisch eine Schnittdarstellung einer auf einem Zellverbund montierten Baueinheit gemäß 11.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die 1 und 2 zeigen einen aus mehreren Einzelzellen 1 gebildeten Zellverbund Z mit einem an einer Zellverbinderplatine 2 als Blattfeder ausgeführten vorgespannten Federelement 3 in einer Explosions- bzw. einer Schnittdarstellung. Der Zellverbund ist insbesondere zu einer Verwendung in einer nicht näher dargestellten Fahrzeugbatterie vorgesehen, wobei es sich bei dieser vorzugsweise um eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug handelt.
Die Einzelzellen 1 weisen eine nahezu quadratische Grundform auf und umfassen jeweils zwei Polkontakte P. Die Einzelzellen 1 können alternativ auch jede andere Grundform, z. B. eine wabenförmige, runde oder vieleckige Grundform, aufweisen.
Die Zellverbinderplatine 2 umfasst mehrere Zellverbinder 4, welche vorzugsweise in zu diesen korrespondierenden Aussparungen 2.1 versenkt angeordnet sind. Mittels der Zellverbinder 4 sind die Polkontakte P der Einzelzellen 1 parallel und/oder seriell elektrisch miteinander verschaltbar.
Zwischen der Zellverbinderplatine 2 und dem Zellverbund Z ist eine Wärmeleitplatte 5 angeordnet, wobei die Polkontakte P der Einzelzellen 1 des Zellverbundes Z durch die Wärmeleitplatte 5 hindurchragend angeordnet sind. Zu diesem Zweck weist die Wärmeleitplatte 5 zu den Polkontakten P korrespondierende Aussparungen 5.1 auf. Weiterhin weist die Wärmeleitplatte 5 zu in 8 näher dargestellten Vorspannelementen 8 korrespondierende Aussparungen 5.2 auf.
Zwischen der Wärmeleitplatte 5 und dem Zellverbund Z ist zusätzlich eine Wärmeleitfolie oder wie im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ein Wärme leitender und elektrisch isolierender Formkörper 6 angeordnet, um einen verbesserten Wärmeübergang zu erzielen.
Bei der Verwendung der Wärmeleitfolie oder des Formkörpers 6 ist eine sehr genaue Verpressung der Wärmeleitfolie bzw. des Formkörpers 6 mit den Einzelzellen 1 und der Wärmeleitplatte 5 erforderlich, um eine möglichst hohe Wärmeübertragung von den Einzelzellen 1 zu der Wärmeleitplatte 5 zu erreichen. Um diese Verpressung zu erzielen, ist zwischen der Zellverbinderplatine 2 und der Wärmeleitplatte 5 das Federelement 3 angeordnet. Das Federelement 3 weist zu einer Durchführung der Polkontakte P der Einzelzellen 1 zu den Polkontakten P korrespondierende Aussparungen 3.1 auf, welche in 3 näher dargestellt sind.
Die Zellverbinderplatine 2 wird mittels mehrerer Befestigungselemente, im dargestellten Ausführungsbeispiel anhand von Zellverbinderschrauben 7, an einer Oberseite des Zellverbundes Z befestigt. Dazu weisen vorzugsweise die Polkontakte P Bohrungen B zu den Zellverbinderschrauben 7 korrespondierende Bohrungen B mit einem Innengewinde auf. Die Zellverbinderschrauben 7 sind dabei durch Aussparungen 4.1 in den Zellverbindern, durch die Aussparungen 5.1 in der Wärmeleitplatte 5 und durch Aussparungen 6.1 in dem Formkörper 6 geführt. Durch die somit hergestellte Befestigung sind die Zellverbinderplatine 2 und das Federelement 3, die zwischen dieser und dem Zellverbund Z angeordnete Wärmeleitplatte 5 und der Formkörper 6 an den Zellverbund Z anbindbar. Somit sind der Zellverbund Z und die anderen Komponenten als ein Bauteil bei einer Montage einer Batterie in einem nicht näher dargestellten Batteriegehäuse anordbar.
Das Federelement 3 übt dabei einen definierten Druck auf die Wärmleitplatte 5 aus, so dass diese, die Einzelzellen 1 und der Formkörper 6 verpresst sind. Üblicherweise sind zu diesem Zweck Federelemente 3 mit einer geringen Federrate und hoher Vorspannung verwendbar, um möglichst geringe Kraftschwankungen bei einem Ausgleich von Toleranzen, bei Wärmeausdehnungen und einem Setzverhalten des Pressverbandes zu bewirken.
Bei dem Federelement 3 kann es sich beispielsweise um eine metallische Blattfeder handeln, wie sie in den 3 bis 7 im entspannten bzw. verspannten Zustand in verschiedenen Darstellungen gezeigt ist, wobei die Blattfeder sich vorzugsweise über alle Einzellzellen 1 des Zellverbundes Z erstreckt.
Das als Blattfeder ausgeführte Federelement 3 weist zur Erzeugung der Vorspannkraft eine Wellenform im Längsschnitt gemäß der schematischen Darstellung in den 4 und 7 auf. Weiterhin sind in das als Blattfeder ausgeführte Federelement 3 zusätzlich zu den Aussparungen 3.1 für die Polkontakte P mit in 8 näher dargestellten Vorspannelementen 8 korrespondierende Aussparungen 3.2 eingebracht.
Da die Federrate und die Vorspannung des Federelementes 3 vor einer Montage im entspannten Zustand erheblich höher sind als im verspannten Zustand, kann es in nachteiliger Weise während der Verspannung zu starken Längenänderungen des Federelementes 3 quer zu einer Verspannungsrichtung kommen, so dass das Federelement 3 vor der Montage mit dessen Aussparungen 3.1 im Bereich der Polkontakte P nicht aufsetzbar ist.
Gemäß 5 besteht bei dem Aufsetzen des Federelementes 3 die Gefahr einer Berührung des metallischen Federelementes 3 mit den Polkontakten P der Einzelzellen 1, so dass Kurzschlüsse zwischen den Einzelzellen 1 entstehen können. Des Weiteren ist ab einer bestimmten Höhenausdehnung des Federelementes 3 eine Höhenausdehnung von Zellverbinderschrauben zur elektrischen Verbindung der Polkontakte P nicht mehr ausreichend, um in Gewindegänge der Polkontakte P der Einzelzellen 1 einzugreifen.
Deshalb sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass das Federelement 3 auf der Zellverbinderplatine 2 oder der Wärmeleitplatte 5 vorgespannt wird, bevor diese auf den Zellverbund Z aufgesetzt werden, d. h. bevor die Einzelzellen 1 elektrisch kontaktiert werden.
Zu dieser Vorspannung und zur Befestigung des Federelementes 3 sind gemäß 8 an der Zellverbinderplatine 2 ein oder mehrere Vorspannelemente 8 angeordnet. Alternativ können die Vorspannelemente 8 auch an der Wärmeleitplatte 5 angeordnet sein, wobei dies nicht näher dargestellt ist.
Bei den Vorspannelementen 8 handelt es sich insbesondere um Niet- oder Schraubelemente. Dabei können die Nietelemente oder Schraubelemente fest in der Zellverbinderplatine 2 oder der Wärmeleitplatte 5 angeordnet sein, so dass bei der Montage des Federelementes 3 dieses derart auf einer Unterseite der Zellverbinderplatine 2 oder einer Oberseite der Wärmeleitplatte 5 anordbar ist, dass die Nietelemente oder Schraubelemente, z. B. Gewindestangen, durch die zugehörigen Aussparungen 3.2 im Federelement 3 ragen. Anschließend ist das Nietelement derart verpressbar bzw. auf die Gewindestange eine Schraubenmutter derart drehbar, dass das Federelement 3 gemäß 9 an der Zellverbinderplatine 2 oder, wie nicht näher dargestellt, an der Wärmeleitplatte 5 kraft- und/oder formschlüssig befestigt und vorgespannt ist.
Alternativ ist es ebenfalls möglich, dass die Vorspannelemente 8 erst bei dem Vorgang des Verpressens an der Zellverbinderplatine 2 oder der Wärmeleitplatte 5 befestigt werden. Je nach Art der verwendeten Vorspannelemente 8 und der Befestigung an der Zellverbinderplatine 2 oder der Wärmeleitplatte 5 weisen die Zellverbinderplatine 2 und/oder die Wärmeleitplatte 5 zu den Vorspannelementen 8 korrespondierende Aussparungen auf.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß 9 bilden die Zellverbinderplatine 2 und das an dieser mittels der Vorspannelemente 8 vorgespannte Federelement 3 eine Baueinheit. Bei einer Anordnung und Vorspannung des Federelementes 3 an der Wärmeleitplatte 5 bilden die Wärmeleitplatte 5 und das Federelement 3 die Baueinheit. Daraus resultiert eine erhöhte Sicherheit bei der Montage und Demontage des Zellverbundes Z bzw. der Batterie und eine Reduzierung der Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses, weil das Bauteil eine nach außen starre Einheit bildet und somit sicher auf die Einzelzellen 1 und deren Polkontakte P aufsetzbar ist.
Die 10 und 11 zeigen ein alternatives Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem das Federelement 3 aus einer federnden Matte gebildet ist. Die federnde Matte, z. B. eine Schaummatte oder eine Gummimatte, ist dabei insbesondere aus einem Kunststoff hergestellt. Auch die federnde Matte weist separate, zu den Polkontakten P und den Vorspannelementen 8 korrespondierende Aussparungen 3.1, 3.2 auf.
Da mittels der Vorspannelemente 8, bei welchen es sich gemäß der Verwendung der Blattfeder um Niet- oder Schraubelemente handeln kann, jedoch keine ausreichend flächige Vorspannung der der federnden Matte sichergestellt ist, ist eine Spannplatte 9 zur flächigen Verpressung der federnden Matte vorgesehen, welche ebenfalls zu den Polkontakten P und den Vorspannelementen 8 korrespondierende Aussparungen 9.1, 9.2 aufweist.
Auch die federnde Matte ist alternativ an der Wärmeleitplatte 5 vorspannbar, wobei die federnde Matte und die Zellverbinderplatine 2 bzw. die federnde Matte und die Wärmeleitplatte 5 eine Baueinheit bilden.
Die 12 zeigt eine Schnittdarstellung des Zellverbundes Z mit auf diesem montierter Baueinheit, wobei das als federnde Matte ausgebildete Federelement 3 sich insbesondere über alle Einzelzellen 1, d. h. über den gesamten Zellverbund Z, erstreckt.
Bei einer Endmontage der Batterie wird gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterbildung der Erfindung eine zusätzliche Spannkraft auf den Zellverbund Z, beispielsweise durch Befestigung eines nicht näher dargestellten Gehäusedeckels, ausgeübt. Die Größe der Vorspannung des Federelementes 3 wird derart gewählt, dass sich das Federelement 3 bei der Ausübung der zusätzlichen Spannkraft weiter zusammenpresst, d. h. das dieses nicht mehr von den Vorspannelementen 8, sondern von der zusätzlichen Spannkraft gespannt ist. Zu diesem Zweck sind die in der Wärmeleitplatte 5 zu den Vorspannelementen 8 korrespondierenden Aussparungen 5.2 derart ausgebildet, dass die Vorspannelemente 8 bei einer weiteren Verspannung in diese einschiebbar sind.

1: Einzelzelle
2: Zellverbinderplatine
2.1: Aussparung
3: Federelement
3.1: Aussparung
3.2: Aussparung
4: Zellverbinder
4.1: Aussparung
5: Wärmeleitplatte
5.1: Aussparung
5.2: Aussparung
6: Formkörper
6.1: Aussparung
7: Zellverbinderschraube
8: Vorspannelement
9: Spannplatte
9.1: Aussparung
9.2: Aussparung
B: Bohrung
P: Polkontakt
Z: Zellverbund

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 102007010739 [0003]
- DE 102007010744 [0004]
- DE 102008010839 [0006]

Claims

Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (5) zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere mittels einer Zellverbinderplatine (2) elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (1) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (5) verbunden sind, wobei wenigstens ein Federelement (3) vorgesehen ist, mittels dem die Einzelzellen (1) definiert an die Wärmeleitplatte (5) pressbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass an der Zellverbinderplatine (2) oder an der Wärmeleitplatte (5) ein oder mehrere Vorspannelemente (8) zu einer Vorspannung und Befestigung des Federelementes (3) angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannelemente (8) Niet- oder Schraubelemente sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der Vorspannelemente (8) das Federelement (3) kraft- und/oder formschlüssig an der Zellverbinderplatine (2) oder der Wärmeleitplatte (5) vorgespannt ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinderplatine (2) und das an dieser mittels der Vorspannelemente (8) vorgespannte und befestigte Federelement (3) eine Baueinheit bilden.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) und das an dieser mittels der Vorspannelemente (8) vorgespannte und befestigte Federelement (3) eine Baueinheit bilden.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) zwischen der Wärmeleitplatte (5) und der Zellverbinderplatine (2) angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitplatte (5) separate, zu den Vorspannelementen (8) korrespondierende Aussparungen und/oder zu Polkontakten (P) der Einzelzellen (1) korrespondierende Aussparungen (5.1) aufweist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zellverbinderplatine (2) zu den Vorspannelementen (8) korrespondierende Aussparungen (2.1) aufweist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der Zellverbinderplatine (2) Zellverbinder (4) angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) separate, zu den Vorspannelementen (8), zu Polkontakten (P) der Einzelzellen (1) und/oder zu Zellverbindern (4) der Zellverbinderplatine (2) korrespondierende Aussparungen (3.1, 3.2) aufweist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) eine Blattfeder ist, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen (1) erstreckt.
Batterie nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Blattfeder aus Metall gebildet ist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) eine federnde Matte ist, die sich über eine oder mehrere Einzelzellen (1) erstreckt.
Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die federnde Matte eine Schaummatte oder Gummimatte ist.
Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Spannplatte (9) zur flächigen Verpressung der federnden Matte vorgesehen ist, wobei die Spannplatte (9) separate, zu den Vorspannelementen (8) und/oder zu Polkontakten (P) der Einzelzellen (1) korrespondierende Aussparungen (9.1, 9.2) aufweist.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Polkontakte (P) der Einzelzellen (1) durch die Wärmeleitplatte (5) und das Federelement (3) hindurchragend angeordnet sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Einzelzellen (1) und der Wärmeleitplatte (5) eine Wärmeleitfolie und/oder ein Formkörper (6) angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitfolie und/oder der Formkörper (6) aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch isolierenden Material gebildet sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Batterie für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein Brennstoffzellen-Fahrzeug, ist.
Verfahren zur Herstellung einer Batterie mit einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (5) zum Temperieren der Batterie, bei dem mehrere mittels einer Zellverbinderplatine (2) elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (1) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (5) verbunden werden, wobei mittels wenigstens eines Federelementes (3) die Einzelzellen (1) definiert an die Wärmeleitplatte (5) gepresst werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) auf der Zellverbinderplatine (2) oder der Wärmeleitplatte (5) vorgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) mittels an der Zellverbinderplatine (2) und/oder an der Wärmeleitplatte (5) angeordneter Vorspannelemente (8) vorgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (3) vor einer elektrischen Kontaktierung der Einzelzellen (1) vorgespannt wird.
Verfahren nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Endmontage der Batterie eine zusätzliche Spannkraft auf das Federelement (3) ausgeübt wird.