DE102008059960B4 - Method for producing a battery, battery produced according to the method and battery assembly of two such batteries - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Herstellung einer Batterie (1), umfassend ein Batteriegehäuse (2), in welchem – ein Zellverbund mehrerer Batteriezellen (3), – eine Kühlplatte (5) mit Berstöffnungen (6) – und mehrere mit der Kühlplatte (5) stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig Wärme leitend verbundene Wärmeleitelemente (4) angeordnet sind, – wobei die Berstöffnungen (6) in der Kühlplatte (5) durch Einbringen von Verschlusselementen (7) derart verschlossen werden, dass eine Höhe (h) eines jeweils gebildeten Hohlraumes, zwischen je zumindest einem Teilbereich einer Bodenfläche einer Batteriezelle und der Kühlplatte über die Tiefe der Einbringung der Verschlusselemente (7) in die Berstöffnungen (6) eingestellt wird, – eine elektrisch isolierende und Wärme leitende Vergussmasse (8) derart in das Batteriegehäuse (2) eingefüllt wird, dass auch die Hohlräume mit Vergussmasse gefüllt werden und nach einem Aushärten der Vergussmasse (8) die Verschlusselemente(7) aus den Berstöffnungen (6) entfernt werden.A method for producing a battery (1), comprising a battery housing (2), in which - a cell composite of a plurality of battery cells (3), - a cooling plate (5) with Berstöffnungen (6) - and a plurality of the cooling plate (5) cohesively, positively and / or non-positively heat conductively connected heat conducting elements (4) are arranged, - wherein the bursting openings (6) in the cooling plate (5) by inserting closure elements (7) are closed such that a height (h) of a respective cavity formed between depending at least a portion of a bottom surface of a battery cell and the cooling plate over the depth of insertion of the closure elements (7) in the bursting openings (6) is set, - an electrically insulating and heat-conductive potting compound (8) is filled in such a way in the battery case (2) in that the cavities are also filled with potting compound and, after the potting compound (8) has cured, the closure elements (7) are made the bursting openings (6) are removed.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse, in welchem ein Zellverbund mehrerer Batteriezellen, eine Kühlplatte mit Berstöffnungen und mehrere mit der Kühlplatte stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig Wärme leitend verbundene Wärmeleitelemente angeordnet sind, wobei eine elektrisch isolierende und Wärme leitende Vergussmasse in das Batteriegehäuse eingefüllt wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Batterie und einen Verbund aus zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Batterien.The invention relates to a method for producing a battery, comprising a battery housing, in which a cell assembly of a plurality of battery cells, a cooling plate with Berstöffnungen and a plurality of the cooling plate cohesively, positively and / or non-positively heat conductively connected heat conducting elements are arranged, wherein an electrically insulating and heat conductive potting compound is filled in the battery case. The invention further relates to a battery produced by the process according to the invention and a composite of two batteries produced by the process according to the invention.
Hochvoltbatterien, wie sie beispielsweise als Fahrzeugbatterien in Fahrzeugen mit Hybridantrieb und/oder Fahrzeugen mit Brennstoffzellenantrieb einsetzbar sind, bestehen üblicherweise aus einem Zellverbund mehrerer Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen. Die bei Ladung und/oder Entladung der Batteriezellen entstehende Wärme wird über eine an dem Zellverbund angeordnete Kühlplatte abgeführt. Die Kühlplatte befindet sich in der Regel an einer der beiden Stirnseiten der Batteriezellen. Zur besseren Wärmeableitung von den Batteriezellen werden die Batteriezellenwände in Zelllängsrichtung dicker ausgeführt und Wärmeleitelemente, welche mit der Kühlplatte Wärme leitend verbunden sind, zwischen den Batteriezellen angebracht.High-voltage batteries, such as can be used for example as vehicle batteries in vehicles with hybrid drive and / or vehicles with fuel cell drive, usually consist of a cell combination of multiple battery cells, in particular lithium-ion battery cells. The heat generated during charging and / or discharging of the battery cells is dissipated via a cooling plate arranged on the cell assembly. The cooling plate is usually located on one of the two end faces of the battery cells. For better heat dissipation from the battery cells, the battery cell walls are made thicker in the cell longitudinal direction and heat conducting elements, which are conductively connected to the cooling plate heat, mounted between the battery cells.
Eine derartige Batterie ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung einer derartigen Batterie anzugeben. Darüber hinaus sind eine verbesserte Batterie und ein Batterieverbund aus zwei dieser Batterien anzugeben.The invention has for its object to provide an improved method for producing such a battery. In addition, an improved battery and a battery combination of two of these batteries must be specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 11 gelöst. Der Batterieverbund ergibt sich aus den Merkmalen des Anspruchs 17.The object is achieved by a method having the features of
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Batterie, umfassend ein Batteriegehäuse, in welchem ein Zellverbund mehrerer Batteriezellen, eine Kühlplatte mit Berstöffnungen und mehrere mit der Kühlplatte stoffschlüssig, formschlüssig und/oder kraftschlüssig Wärme leitend verbundene Wärmeleitelemente angeordnet sind, sieht vor, dass eine elektrisch isolierende und Wärme leitende Vergussmasse in das Batteriegehäuse eingefüllt wird. Dabei werden vor einem Einfüllen der elektrisch isolierenden Vergussmasse die Berstöffnungen in der Kühlplatte erfindungsgemäß durch Verschlusselemente verschlossen.The inventive method for producing a battery comprising a battery housing, in which a cell composite of a plurality of battery cells, a cooling plate with Berstöffnungen and a plurality of the cooling plate cohesively, positively and / or non-positively heat conductively connected heat conducting elements are arranged, provides that an electrically insulating and Heat conductive potting compound is filled in the battery case. In this case, according to the invention, the burst openings in the cooling plate are closed by closure elements before filling the electrically insulating potting compound.
Durch die Verwendung der Verschlusselemente kann auf vorteilhafte Weise die Vergussmasse so in das Batteriegehäuse eingefüllt werden, dass die Batteriezellen auch an ihren Bodenflächen von Vergussmasse umgeben sind und damit in Wärme leitendem Kontakt mit der Kühlplatte stehen. Ein Ausfließen der Vergussmasse bei einem Befüllen des Batteriegehäuses wird durch die Verschlusselemente vorzugsweise verhindert. Abstandselemente, welche nach dem Stand der Technik das Ausfließen der Vergussmasse verhindern, aber keinen guten Wärme leitenden Kontakt zwischen Batteriezellen und Kühlplatte herstellen, sind nicht mehr notwendig und entfallen. Materialkosten für diese Abstandselemente werden somit eingespart. By using the closure elements, the potting compound can be filled in an advantageous manner in the battery case that the battery cells are also surrounded at their bottom surfaces of potting compound and thus are in heat-conducting contact with the cooling plate. Outflow of the potting compound in a filling of the battery case is preferably prevented by the closure elements. Spacer elements which prevent the flow of potting compound according to the prior art, but do not produce good heat conductive contact between battery cells and cooling plate, are no longer necessary and eliminated. Material costs for these spacers are thus saved.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Verschlusselemente derart in die Berstöffnungen eingebracht, dass die Batteriezellen mit einer Bodenfläche auf den Verschlusselementen aufsitzen.In an advantageous embodiment of the invention, the closure elements are introduced into the burst openings such that the battery cells sit with a bottom surface on the closure elements.
Außerdem wird durch ein Einbringen der Verschlusselemente in die Berstöffnungen über eine Tiefe des Einbringens, eine Höhe eines zumindest bereichsweise zwischen einer Bodenfläche einer Batteriezelle und der Kühlplatte gebildeter Hohlraum eingestellt.In addition, by inserting the closure elements into the burst openings via a depth of introduction, a height of a cavity formed at least in regions between a bottom surface of a battery cell and the cooling plate is set.
Dieser Hohlraum dient einer elektrischen Isolation einer als elektrischer Pol ausgeführten Batteriezellenwand gegenüber der Kühlplatte. Beim Einfüllen der Vergussmasse wird auch dieser Hohlraum mit Vergussmasse gefüllt, so dass diese einerseits die elektrische Isolation und andererseits die Wärmeleitung zwischen Batteriezelle und Kühlplatte verbessert. Durch eine Größe der Verschlusselemente bzw. die Tiefe des Einbringens der Verschlusselemente werden die Höhe des Hohlraums und damit auch die elektrische Isolationseigenschaft bzw. die thermischen Eigenschaften dieses Hohlraums vorzugsweise definiert eingestellt.This cavity serves to electrically insulate a battery cell wall designed as an electrical pole with respect to the cooling plate. When filling the potting compound and this cavity is filled with potting compound, so that this one hand, the electrical insulation and on the other hand, the heat conduction between the battery cell and the cooling plate improved. By a size of the closure elements or the depth of the introduction of the closure elements, the height of the cavity and thus also the electrical insulation property or the thermal properties of this cavity are preferably set defined.
In einer Ausgestaltung der Erfindung werden als Verschlusselemente Stopfen verwendet, die in einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform zu einem Formteil zusammengefasst werden.In one embodiment of the invention, plugs are used as closure elements, which are combined in an alternative or supplementary embodiment to form a molded part.
Als Verschlusselement ist ein Formteil mit ausgeformten Stopfen vorgesehen. Dies bietet den Vorteil der besseren Verwendbarkeit und einfachen Montage. So muss nicht jede Berstöffnung einzeln verschlossen werden, sondern sämtliche Berstöffnungen werden mit einem Handgriff durch das Formteil verschlossen, was in einer deutlichen Zeitersparnis bei der Herstellung der Batterie resultiert.As a closure element, a molded part is provided with molded plug. This offers the advantage of better usability and ease of installation. Thus, not every bursting opening must be closed individually, but all bursting openings are closed with a handle through the molding, resulting in a significant time savings in the production of the battery.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass Verschlusselemente aus Kunststoff, insbesondere aus elastischem Kunststoff, verwendet werden. Durch ein Verschlusselement aus elastischem Kunststoff werden Toleranzen in den Abmessungen der Berstöffnungen ausgeglichen, da sich der elastische Kunststoff der Form bzw. Größe der Berstöffnungen anpassen kann.A further embodiment of the invention provides that closure elements made of plastic, in particular of elastic plastic, are used. By a closure element made of elastic plastic tolerances in the dimensions of the bursting holes are compensated, since the elastic plastic can adapt to the shape or size of the bursting openings.
Eine vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung sieht vor, dass als Vergussmasse zumindest ein Epoxydharz eingefüllt wird, welches sich durch hohe Festigkeit und chemische Beständigkeit auszeichnet.An advantageous embodiment of the invention provides that at least one epoxy resin is filled in as potting compound, which is characterized by high strength and chemical resistance.
Eine weitere Ausgestaltungsform sieht die Verwendung von zumindest Polyurethan als Vergussmasse vor.Another embodiment provides for the use of at least polyurethane as potting compound.
In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Vergussmasse zumindest ein Additiv zugegeben. Durch entsprechende Additive können unter anderem die elektrische Isolierfähigkeit, die thermische Leitfähigkeit und mechanische Eigenschaften der Vergussmasse verbessert werden.In another embodiment of the invention, at least one additive is added to the potting compound. By appropriate additives, inter alia, the electrical insulation, the thermal conductivity and mechanical properties of the potting compound can be improved.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vergussmasse in das Batteriegehäuse derart eingefüllt wird, dass die Batteriezellen bis auf eine Bodenfläche, auf der die Batteriezellen auf den Verschlusselementen aufsitzen, von der Vergussmasse vollständig umgeben sind. Dabei sind auch die elektrischen Pole an einer Stirnseite der Batteriezellen von Vergussmasse umgeben.A further advantageous embodiment of the invention provides that the potting compound is filled in the battery housing such that the battery cells are completely surrounded by the potting compound except for a bottom surface on which the battery cells sit on the closure elements. In this case, the electrical poles are surrounded by potting compound on one end side of the battery cells.
Zwischen einer als elektrischer Pol ausgeführten Batteriezellenwand und dem isoliert durchgeführten Pol sowie zwischen den Batteriezellen untereinander und zwischen den Batteriezellen und den Wärmeleitelementen können Kriechströme fließen und Stromüberschläge stattfinden. Daher sieht die Erfindung eine, bis auf die oben genannte Bodenfläche, weitgehend vollständige Umschließung oder Abdeckung der jeweiligen Batteriezelle mit der Vergussmasse vor. Weiterhin kann auf vorteilhafte Weise eine elektrochemische Korrosion bedingt durch Kondenswasser und Verschmutzungen an den Stirnseiten der Batteriezellen, aus welchen die elektrischen Pole ragen, durch die Vergussmasse reduziert, insbesondere vermieden werden. Außerdem dient die ausgehärtete Vergussmasse der Stabilisierung der Batteriezellen im Batteriegehäuse.Between a designed as an electrical pole battery cell wall and the pole carried out isolated and between the battery cells with each other and between the battery cells and the heat conducting creepage currents flow and current flashovers can take place. Therefore, the invention provides, with the exception of the above-mentioned bottom surface, substantially complete enclosure or covering of the respective battery cell with the potting compound. Furthermore, an electrochemical corrosion caused by condensation and dirt on the end faces of the battery cells, from which the electrical poles protrude, can be reduced, in particular avoided, by the potting compound in an advantageous manner. In addition, the cured potting compound of the stabilization of the battery cells in the battery case.
Um die Funktion der Berstöffnungen im Betrieb der Batterie zu ermöglichen, werden in einer Weiterbildung der Erfindung nach einem Aushärten der Vergussmasse die Verschlusselemente aus den Berstöffnungen entfernt. Vorzugsweise können die Verschlusselemente wieder verwendet werden, wodurch Material- und Herstellungskosten eingespart werden können.In order to enable the function of the bursting openings during operation of the battery, the closure elements are removed from the bursting openings in a development of the invention after curing of the potting compound. Preferably, the closure elements can be reused, whereby material and manufacturing costs can be saved.
Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Verschlusselemente mit einem Trennmittel versehen werden, um ein Ablösen der Verschlusselemente von den Batteriezellenböden und einer Wandung der Berstöffnungen nach dem Aushärten der Vergussmasse zu erleichtern.An embodiment of the invention provides that the closure elements are provided with a release agent to facilitate detachment of the closure elements from the battery cell bottoms and a wall of the burst openings after curing of the potting compound.
Als Trennmittel wird zumindest Silikon oder ein Wachs verwendet.The release agent used is at least silicone or a wax.
In einer Weiterbildung der Erfindung werden zwei Batterien zu einem Batterieverbund zusammengefasst. Dabei sind die beiden Batterien über deren Kühlplatten miteinander in der Art verbunden, dass die Böden der Batteriezellen einander gegenüberstehen.In a further development of the invention, two batteries are combined to form a battery combination. The two batteries are connected to each other via the cooling plates in such a way that the bottoms of the battery cells face each other.
Ausführungsbeispiele werden anhand von vier Zeichnungen näher erläutert.Embodiments will be explained in more detail with reference to four drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Diese Batterie
Weiterhin sind verbleibende Zwischenräume im Batteriegehäuse
Der Vergussmasse
Die Vergussmasse
Die Wärmeleitelemente
Der Querschnitt der Wärmeleitelemente
Die vorzugsweise aus einem Metall gefertigte Kühlplatte
In einer vorteilhaften Ausgestaltung durchströmt eine von einem Wärmetauscher eines Klimakreislaufs des Fahrzeugs temperierte Kühlflüssigkeit, beispielsweise ein Wasser-Glykol-Gemisch, die Kanalstruktur der Kühlplatte
Die Kühlplatte
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung der Batterie
Die Bodenflächen der in
Wie aus
Durch die isolierende Eigenschaft der Vergussmasse
Vorzugsweise werden die elektrischen Isolationseigenschaften des mit Vergussmasse
Insbesondere sind auch die elektrischen Pole der Batterie
Weiterhin können auch Batteriezellen
Als Verschlusselemente
In einer Weiterbildung der Erfindung können die Verschlusselemente
Weiterhin werden die Verschlusselemente
Als Trennmittel wird zum Beispiel Silikon oder ein Harz verwendet.As a release agent, for example, silicone or a resin is used.
Nach einem Aushärten der Vergussmasse
Eine Weiterbildung der Erfindung beinhaltet einen Verbund aus zwei nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Batterien
Zur Montage beider Batterien
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Batteriebattery
- 22
- Batteriegehäusebattery case
- 33
- Batteriezellebattery cell
- 44
- Wärmeleitelementthermally conductive element
- 55
- Kühlplattecooling plate
- 66
- BerstöffnungBerstöffnung
- 77
- Verschlusselementclosure element
- 88th
- Vergussmassepotting compound
- hH
- Höhe des HohlraumsHeight of the cavity
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R016 | Response to examination communication | ||
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