DE102009035463A1

DE102009035463A1 - Batterie mit einer Vielzahl von plattenförmigen Batteriezellen

Info

Publication number: DE102009035463A1
Application number: DE102009035463A
Authority: DE
Inventors: Jens Dr.-Ing. Meintschel; Dirk Dipl.-Ing. Dr. Schröter
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03
Also published as: WO2011012198A1

Abstract

Eine Batterie (3) ist mit einer Vielzahl von flachen, im Wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen (4) ausgebildet. Die Batterieeinzelzellen (4) sind zu einem Zellenstapel (5) gestapelt und mit einem Batteriegehäuse (12) umgeben. Die Batterieeinzelzellen (4) sind dabei in Rahmenflachbauweise mit metallischen Hüllblechen (14) und einem Rahmen (13) aus isolierendem Material ausgebildet. Erfindungsgemäß ragen wenigstens eine gewisse Anzahl der Batterieeinzelzellen (4) im Bereich der Rahmen (13) an wenigstens zwei ihrer Seitenkanten zumindest in Abschnitten (15) über die Hüllbleche (14) in Richtung des Batteriegehäuses (12) hinaus.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Vielzahl von flachen, im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen, nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
Batterien in einer derartigen Bauweise mit einem Stapel von flachen Batterieeinzelzellen werden häufig als Hochleistungsbatterien beispielsweise in Fahrzeugen eingesetzt, wenn diese elektrisch oder zumindest teilweise elektrisch betrieben werden. Derartige Traktionsbatterien sind dabei häufig als Lithiumionenbatterien ausgeführt welche über eine aktive Kühlung verfügen.
Beim Einsatz in Fahrzeugen finden sich derartige Batterien entsprechend dem herkömmlichen Aufbau eines Fahrzeugs häufig im Frontbereich oder im Heckbereich des Fahrzeugs. Kommt es nun zu einem Unfall mit dem Fahrzeug können die Batterien, welche außerhalb der Fahrgastsicherheitszelle in den sogenannten Crashzonen angeordnet, sind davon leicht in Mitleidenschaft gezogen werden. Dies kann dazu führen, dass durch eine entsprechende Verformung des Batteriegehäuses, welches aus Gründen der elektrischen Abschirmung üblicherweise aus einem metallischen oder mit einem Metall beschichteten Material besteht, und gegebenenfalls des Zellenstapels ein Kurzschluss und/oder ein Kontakt des aktiven Materials der Batterie mit dem Kühlmedium erfolgt. Dadurch kann es nun zu einer starken Überhitzung der Batterie bis hin zu einem Brand oder gar einer Explosion der Batterie kommen.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, eine derartige Batterie so zu modifizieren, dass diese beim Einsatz in einem Fahrzeug für den Crashfall eine höhere Sicherheit bietet.
Durch den erfindungsgemäß Einsatz von Rahmen mit über die Hüllbleche hinausragenden Abschnitten, kann es im Fall einer Verformung des Batteriegehäuses in den meisten Fällen verhindert werden, dass es zu einem direkten Kontakt des Batteriegehäuses mit den elektrisch leitenden Hüllblechen der Batterieeinzelzellen kommt. Da bei einer derartigen Verformung das metallische Batteriegehäuse, auch wenn dieses eine Beschichtung zur Isolierung trägt, typischer Weise stark verformt wird, kann es trotz dieser eventuellen Beschichtung mit den Hüllblechen in direkten Kontakt kommen und so einzelnen Batterieeinzelzellen kurzschließen, was zu einer Überhitzung bis hin zu einem Brand der Batterie führen kann. Außerdem kann durch die Deformation eine entsprechende Undichtheit auftreten, so dass flüssiges Kühlmedium – beispielsweise Wasser – in Kontakt zu dem aktiven Material in den Batterieeinzelzellen kommt. Im Falle von Lithiumionenzellen kann dieser Kontakt von Lithium und Wasser zu einer heftigen chemischen Reaktion führen, welche einen Brand oder gar eine Explosion nach sich ziehen kann.
Durch die erfindungsgemäßen über die Batterieeinzelzellen hinausragenden Abschnitte kann dieses Szenario verhindert werden, beziehungsweise je nach Schwere des Unfalls kann die Gefahr zumindest deutlich minimiert werden. Das sich verformende Batteriegehäuse wird sich zuerst an den Abschnitten abstützen, welche verhindert, dass es zu einem Kontakt des Batteriegehäuses mit den Hüllblechen der Batterieeinzelzellen des Zellenstapels kommt. Der die Abschnitte stützende Rahmen wird die Kräfte dann durch den Zellenstapel hindurch auf die andere Seite des Batteriegehäuses leiten. Aufgrund der dort ebenfalls vorhanden Abschnitte im Bereich des Rahmens wird es auch hier zu einem Kontakt zwischen den Hüllblechen der Batterieeinzelzellen und dem Batteriegehäuse wirksam verhindert.
Die erfindungsgemäßen Abschnitte auf dem Rahmen ermöglichen somit eine deutliche Verbesserung der Sicherheit von derartigen Batterien, insbesondere wenn diese in einem Fahrzeug eingesetzt werden.
Gemäß einer besonders günstigen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist in dem Zellenstapel parallel zu den Batterieeinzelzellen wenigstens ein im wesentlichen plattenförmiges Element, als Crashleitelement, angeordnet, welches in wenigstens zwei gegenüberliegenden Richtungen des Batteriegehäuses aus dem Zellenstapel hinausragt.
Mit dieser Ausgestaltung der Erfindung wird eine weitere Stabilisierung des Zellenstapels erreicht, wenn besonders große Crashlasten auftreten. Wenn bei extrem starken Verformungen das Batteriegehäuse auf die über die Einzelzellen hinausragenden Abschnitte gepresst wird, so muss der Rahmen die auf die Abschnitte wirkenden Kräfte von der einen Seite des Zellenstapels auf die andere Seite des Zellenstapels ableiten. Da der Rahmen in seinem Inneren hohl ausgebildet ist, um das aktive Material der jeweiligen Batterieeinzelzelle aufzunehmen, ist dieser hinsichtlich seiner Belastbarkeit durch Querkräfte eingeschränkt. Kommt es nun zu extrem starken Verformungen bei schweren Unfällen, so kann es trotz der Abschnitte zu einem Brechen einzelner Rahmen kommen. Durch die hier dargestellte Ausgestaltung der Erfindung kann dies jedoch verhindert werden, indem plattenförmige Elemente als Crashleitelemente mit in den Zellenstapel gestapelt werden. Da diese Crashleitelemente elektrisch nicht aktiv sind, können sie durchgehend und sehr stabil, beispielsweise aus einem isolierendem Material, ausgebildet werden. Es ist außerdem denkbar, dass entsprechende leitende Bereiche vorgesehen sind, welche den Strom von der auf der einen Seite des Crashleitelements angeordneten Batterieeinzelzelle zu der auf der anderen Seite angeordneten Batterieeinzelzelle leiten können. Es können in dem Zellstapel dabei wenigstens ein, je nach Breite des Zellstapels insbesondere zwei bis drei der Crashleitelemente vorgesehen werden. Zusammen mit den an den Rahmen der Batterieeinzelzellen ausgebildeten Abschnitten entsteht so eine Batterie, welche auch sehr hohen Crashbelastungen ideal Stand hält.
Eine besonders günstige Verwendung der erfindungsgemäßen Batterie ist beim Einsatz als Traktionsbatterie in einem Kraftfahrzeug gegeben. Insbesondere diese Batterien weisen eine sehr hohe Leistungsdichte und typischer Weise einen hohen Energieinhalt auf. Ebenso weisen sie relativ viele Batterieeinzelzellen sowie eine vergleichsweise hohe Menge an aktivem Material auf. Besonders bei derartigen Batterien sind die oben beschriebenen Szenarien in einem Crashfall besonders relevant, so dass hier durch die erfindungsgemäßen Crashleitelemente ein besonderer Vorteil erzielt werden kann.
Weiter vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie so wie der hierfür geeigneten Verwendungen ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert wird.
Dabei zeigen:
1 eine Prinzipskizze der typischen Anordnung von Batterien in einem Fahrzeug;
2 einen Zellenstapel in einem Aufbau gemäß der Erfindung
3 ein Längsschnitt durch einen Zellenstapel samt Batteriegehäuse in der Ausgestaltung gemäß 2;
4 eine Ansicht einer Batterieeinzelzelle gemäß der Erfindung;
5 ein Querschnitt durch einen Zellenstapel samt Batteriegehäuse in der Ausgestaltung gemäß 2;
6 eine vergrößerte Darstellung des Ausschnitts VI in 4;
7 eine Ansicht eines Zellenstapels in einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung;
8 ein Längsschnitt durch einen Zellenstapel samt Batteriegehäuse in der Ausgestaltung gemäß 7; und
9 eine Darstellung des erfindungsgemäßen plattenförmigen Elements als Cashleitelement in der Ausgestaltung der Erfindung gemäß den 7 und 8.
In 1 ist eine Prinzipskizze eines Fahrzeugs 1 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht dargestellt. Das Fahrzeug 1 soll hier beispielhaft über einen Hybridantrieb angetrieben werden, welcher einen Motor 2 aufweist, und welcher außerdem über elektrische Antriebskomponenten verfügt, welche hier nicht explizit dargestellt sind. Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu Lande, im Wasser oder auch in der Luft zu verstehen, auch für die Darstellung das bevorzugte Beispiel eines Pkw gewählt wurde. Außerdem sind in der Darstellung der 1 zwei verschiedene übliche Positionen für Batterien 3 zu erkennen welche in dem Fahrzeug zur Speicherung und Bereitstellung von elektrischer Energie für den hybridisierten Antriebsstrang benötigt werden. Die Position dieser Batterien 3 ist dabei einmal im Frontbereich des Fahrzeugs und einmal im Heckbereich desselben. Diese Positionen werden üblicherweise gewählt, da derartige hybridisierte Antriebsstränge in bereits bestehende Fahrzeugkonzepte eingeplant werden. Im Motorraum – also im Frontbereich – und im Kofferraum – also im Heckbereich – des Fahrzeugs 1 ist dabei gegebenenfalls noch Bauraum für die Batterien 3 verfügbar oder kann verfügbar gemacht werden, indem beispielsweise herkömmliche Starterbatterien durch diese Traktionsbatterien ersetzt werden, oder indem beispielsweise auf ein Reserverad verzichtet wird und die Batterie 3 im Heckbereich dessen Position einnimmt. Da bei heute üblichen Fahrzeugen 1 die Sicherheit des Fahrgasts im Vordergrund steht und dieser typischerweise in einer besonders gesicherten Fahrgastzelle untergebracht ist, wird der Frontbereich und der Heckbereich des Fahrzeugs als sogenannte Crashzone genutzt, welche auftretende kinetische Energie durch eine bewusst akzeptierte Verformung entsprechend abbaut, um die Fahrgastsicherheitszelle zu schützen.
Nun liegen die typischen Positionen für die Batterie 3 in eben dieser Crashzone. Da Batterien wie sie als Traktionsbatterien für Hybridfahrzeuge, oder auch für reine Elektrofahrzeuge oder Brennstoffzellen-Batteriehybrid-Fahrzeuge eingesetzt werden, im Allgemeinen eine sehr hohe Energiedichte aufweisen müssen, werden diese typischer Weise in einer Plattenflachbauweise realisiert. Dazu werden Batterieeinzelzellen 4 zu einem Zellenstapel 5 gestapelt. Dieser Aufbau ist in der Darstellung der 2 zu erkennen. Dieser Zellenstapel 5 wird dann in dem hier beispielhaft dargestellten Aufbau auf jeder seiner Seite von einer Polplatte 6 abgeschlossen und zusammen mit einer Kühllatte 7 und einem Gehäusedeckel 8 über Spannbänder 9 zu einem Zellenblock 10 zusammen gefügt. Dieser Zellenblock 10 besteht aus den Batterieeinzelzellen 4, welche hier als Rahmenflachzellen aufgebaut sind, welche in einem bipolaren Aufbau so zu dem Zellenstapel 5 aufeinander gestapelt sind, dass sich im Bereich der einen Polplatte 6 der positive Pol des Zellenstapels 5 befindet, während sie im Bereich der anderen Polplatte 6 der negative Pol des Zellenstapels 5 befindet. Die Weiterleitung der Ströme zwischen den Batterieeinzelzellen 4 wird durch deren Aufbau im Inneren des Zellenstapels 5 realisiert. Zum detaillierten Aufbau einer solchen Zelle kann beispielhaft auf die deutsche Patentanmeldung DE 10 2007 063 181 verwiesen werden.
Der Zellenblock 10 in der Darstellung gemäß 2 ist dabei über die Kühlplatte 7 aktiv gekühlt, wofür diese an einen Kühlkreislauf angeschlossen wird. Hierfür dienen die Anschlusselemente 11 welche die Durchströmung der Kühlplatte 7 mit einem beispielsweise flüssigen Kühlmedium erlauben, oder auch die Verdampfung eines Kältemittels im Bereich der Kühlplatte 6. Diese Kühlung von Batterien ist jedoch an sich bekannt so das hierauf nicht weiter eingegangen werden soll. Der Gehäusedeckel 8 kann entweder als reiner Deckel ausgeführt sein, oder er kann im besonders bevorzugter Weise als Platine ausgebildet sein, welche Elektronikelemente aufweist, die zur Überwachung der Einzelzellen auf ihre Funktionalität dienen.
Der Zellblock 10 wird nun wie in 3 dargestellt mit einem Batteriegehäuse 12 zu der Batterie 3 komplettiert. In 3 ist dabei in einem Schnitt auch das Innere der Batterieeinzelzellen 4 zu erkennen, wobei lediglich eine der Batterieeinzelzellen 4 mit ihrem aktiven Material dargestellt wurde, während die anderen Batterieeinzelzellen 4 in der hier gewählten Darstellung „leer” dargestellt sind. In der Darstellung der 4 ist eine solche Batterieeinzelzelle in 4 in einer dreidimensionalen Darstellung nun besser zu erkennen. Sie besteht aus einem Rahmen 13 sowie zwei auf den Rahmenflachseiten aufliegenden Hüllblechen 14, welche gleichzeitig die Pole der Batterieeinzelzelle 4 bilden. Außerdem ist zu erkennen, dass die Hüllbleche 14 an der Oberkante und der Unterkante des Rahmens 13 jeweils umgebogen sind, um die benötigten elektrischen und/oder thermischen Kontaktierungen beispielsweise zu der als Gehäusedeckel 8 verwendeten Platine auf der einen Seite und zu der Kühlplatte 7 auf der anderen Seite herzustellen. Im Bereich des Rahmens 14 sind außerdem an zwei seiner Seitenkanten überstehende Abschnitte 15 zu erkennen, welche seitlich über die Hüllbleche 14 hinausragen. Diese Abschnitte 15, welche auch in den vorhergehenden Figuren bereits zu erkennen waren, sind in der bevorzugten Ausführungsform einstückig mit dem Rahmen 13 ausgebildet.
Dies ist insbesondere auch in der Darstellung der 5 nochmals gut zu erkennen, in welcher ein Querschnitt durch die Batterie 3 und hier insbesondere durch eine der „leeren” Batterieeinzelzellen 4 dargestellt ist. Auch in der Darstellung der 5 sind die bereits bekannten Elemente zu erkennen und mit den selben Bezugszeichen versehen, wie in den vorhergehenden Figuren. Der einzige Unterschied ist, dass hier eine wärmeleitende elektrisch isolierende Folie 16 zu erkennen ist, welche zwischen der Kühlplatte 7 und den um den Rahmen 13 abgekannteten Hüllblechen 14 zu liegen kommt. Deutlich ist zu erkennen, dass die Abschnitte 15 einstückig mit dem Rahmen 13 und damit ebenfalls aus dem isolierenden Material des Rahmens 13 ausgebildet sind. Selbstverständlich wären Alternativen denkbar, bei denen die Abschnitte 18 durch ein Verkleben dergleichen am Rahmen 13 fixiert sein könnten. Die einstückige Ausbildung ist jedoch hinsichtlich des Herstellungsaufwands und der damit erzielbaren Festigkeit zu bevorzugen.
Wird die Batterie 3 nun wie üblich in dem Fahrzeug 1 so eingebaut, dass die Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 4 im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung, welche in 1 durch den mit F bezeichneten Pfeil angedeutet ist, so kann in den meisten Crashszenarien in denen Frontbereich oder Heckbereich des Fahrzeugs betroffen sind, davon ausgegangen werden, dass entsprechende Kraftkomponenten in Fahrtrichtung oder gegen die Fahrtrichtung F des Fahrzeugs 1 wirken. Eine in dieser Richtung auftretende Crashlast würde nun bei einem herkömmlichen Aufbau der Batterie 3 ohne die Abschnitte 15 das Batteriegehäuse 12 der Batterie 3 so verformen, dass dieses mit den Batterieeinzelzellen 4 bzw. den Hüllblechen 14 in Berührung kommt und dabei gegebenenfalls auch den Zellenstapel 5 entsprechend verformt. In den 3 und 5 ist durch mehrere Pfeile angedeutet, welche Kräfte im Falle eines Unfalls eines mit der Batterie 3 ausgerüsteten Fahrzeugs 1 auf die Batterie 3, mit ihren im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung F gestapelten Batterieeinzelzellen 4 einwirken. Diese Crashlast wird dabei das Batteriegehäuse 12 in Richtung der Batterieeinzelzellen 4 eindrücken und damit den Zellenblock 10 oder zumindest einzelne der Batterieeinzelzellen 4 in dem Zellenstapel 5 so verschieben, dass diese auf der gegenüberliegende Seite wiederum gegen das Batteriegehäuse 12 gepresst werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn das Batteriegehäuse 12 keine Möglichkeit hat, den Batterieeinzelzellen 4 entsprechend auszuweichen. Bei einem herkömmlichen Aufbau würde das Batteriegehäuse 12 nun so verformt werden, dass es mit den Batterieeinzelzellen 4 und dabei mit den Hüllblechen 14 der Batterieeinzelzellen 4 in Berührung kommen würde. Da das Batteriegehäuse 12 aus Gründen der Abschirmung typischerweise aus einem metallischen Material ausgebildet ist oder zumindest eine metallische Beschichtung, ein metallisches Netz oder dergleichen enthält, würde zumindest bei einer entsprechend starken Verformung das metallische Material des Batteriegehäuses 12 gegen die Batterieeinzelzellen 4 und hierbei insbesondere gegen die Hüllbleche 14 gedrückt werden. Damit schließt es bei einer solchen Situation zumindest einige der Batterieeinzelzellen 4 über deren Hüllbleche 14 kurz. Ein solcher Kurzschluß in einigen der Batterieeinzelzellen 4 kann dann zu einer extrem starken Erhitzung der Batterie 3, bis hin zu einem Brand oder einer Explosion der Batterie 3 führen. Durch die Ausgestaltung des Rahmens 13 mit den über die Hüllbleche 14 hinausragenden Abschnitten 15 kann dieses Szenario jedoch weitgehend vermieden werden, da die Abschnitte 15 dafür sorgen, dass auch im Falle einer Deformation des Batteriegehäuses 12 ein Kontakt zwischen den Batteriegehäuse 12 und den Hüllblechen 14 der Batterieeinzelzellen 4 sicher vermieden werden kann.
In der Darstellung der 6 ist dabei ein weiteres Detail des Aufbaus der Abschnitte 15 zu erkennen. Hierfür wurde eine Schnittdarstellung mit einer Vergrößerung des in 4 angedeuteten Längsschnitts VI gewählt. Die Hüllbleche 14 liegen seitlich an dem Rahmen 13 der Batterieeinzelzelle 4 an. Die Abschnitte 15 ragen nun erfindungsgemäß seitlich über die Hüllbleche 14 hinaus. Die Abschnitte 15 sind dabei so ausgebildet, dass sie eine größere Dicke aufweisen, als der Rahmen 13 in dem Bereich, in dem die Hüllbleche 14 flächig an diesem anliegen. Die Veränderung der Dicke ist dabei über eine Stufe 17 realisiert, welche so ausgebildet ist, dass sich bei einer Krafteinleitung von den Abschnitten 15 her, wie es durch die Pfeile angedeutet ist, die Hüllbleche 14 an dieser Stufe 17 abstützen, so dass es nicht zu einem Verschieben des Rahmens 13 gegenüber den Hüllblechen 14 kommen kann. Dadurch kann verhindert werden, dass die Hüllbleche 14 über den Rahmen 13, hinausgeschoben werden können, was zu einem Kurzschluss zwischen den einzelnen Hüllblechen 14 durch das metallische Material in dem Batteriegehäuse 12 führen könnte.
In der Darstellung der 7 ist nun eine alternative Ausführungsform des Zellenblocks 10 zu erkennen. Zusätzlich zu den mit den Abschnitten 15 versehenen Batterieeinzelzellen 4 weist der Zellenstapel 5 in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel zwei plattenförmige Elemente 18 auf, welche als Crashleitelemente dienen. Im Längsschnitt der 8 ist dies noch mal zu erkennen. Die Crashleitelemente 18 stabilisieren dabei das Batteriegehäuse 12 zusätzlich, insbesondere deshalb, weil die Crashleitelemente 18 nicht wie die Rahmen 13 der Batterieeinzelzellen 4 innen hohl ausgebildet sind. Sie können daher entsprechend stabiler ausgeführt werden und größere Kräfte übertragen.
In der Darstellung der 9 ist ein solches Crashleitelement 18 nochmals in einer detaillierteren dreidimensionalen Darstellung zu erkennen. Grundsätzlich sind zumindest die den jeweiligen Kanten zugewandten Bereiche jedes der Crashleitelemente 18 aus elektrischen nicht leitendem Material ausgebildet. Besonders günstig ist es hinsichtlich der Herstellung und der Stabilität, wenn das ganze Crashleitelement 18 aus isolierendem Material ausgebildet wird. Dadurch wird jedoch der Stromfluss in dem Zellenstapel 5 unterbrochen. Hierfür kann es daher vorgesehen sein, an bestimmten Stellen in dem Crashleitelement 18 leitende Bereiche 19 angeordnet werden, welche die beiden rechts und links des Crashleitelements 18 angeordneten Batterieeinzelzellen 4 entsprechend den benötigten Vorgaben elektrisch verbinden. Diese elektrischen leitenden Bereiche 19 können beispielsweise in Form von Metallscheiben in die ansonsten aus nicht leitendem Material ausgebildeten Crashleitelemente 18 eingebracht werden. Beispielhaft kann das Crashleitelement 18 aus einem Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Material ausgebildet sein, um entsprechend hohe Kräfte ableiten zu können. Im Bereich der leitenden Bereiche 19 könnte dieses Material mit einer Bohrung versehen werden, in welche dann ein Metallkern aus einem entsprechend gut leitenden Metall wie beispielsweise Aluminium oder Kupfer eingepresst werden kann. Dabei ist außerdem zu erkennen, dass eine besonders günstige Ausführungsform des Crashleitelements 18 dieses nicht als reine Platte mit einer quadratischen oder rechteckigen Grundfläche ausbildet, wie dies grundsätzlich auch möglich wäre. Damit das Crashleitelement 18 auch eine sichere Positionierung der Kühlplatte 7 und des Gehäusedeckels 8, insbesondere jedoch der Kühlplatte 7 realisieren kann, sind entsprechende Vorsprünge 20 beziehungsweise Ausnehmungen der Seitenkanten realisiert, so dass das Crashleitelement 18 formschlüssig auf die Kühlplatte 7 aufgesetzt werden kann, und das der Gehäusedeckel 8 ebenso formschlüssig in die Crashleitelemente 18 eingelegt werden kann. Dieser Aufbau stabilisiert den Zellenblock 10 zusätzlich so dass eine crashbedingte Beeinträchtigung weitestgehend vermieden werden kann.
Je nach Aufbau und insbesondere je nach Länge des Zellenstapels 5 muss eine geeignete Anzahl an Crashleitelementen 18 eingesetzt werden, welche bei üblichen Crashszenarien eine ausreichende Stabilisierung des Batteriegehäuses 12 und damit einen Kontakt des Batteriegehäuses 12 zu den Batterieeinzelzellen 4 verhindert. Andererseits kann die Anzahl an Crashleitelementen 18 auch nicht zu hoch gewählt werden, da diese ohne elektrische Funktionalität sind und damit die Baugröße der Batterie 3 und insbesondere die Länge des Zellenstapel 5 verlängern. Eine zu große Anzahl an derartigen Crashleitelementen 18 würde also die Baugröße der Batterie 3 unnötig erhöhen und die Leistungsdichte senken. Da hat es sich besonders günstig erwiesen, wenn die Crashleitelemente 18 ausgehende von der Mitte des Zellenstapels 5 in gleichmäßigen Abstand zu dieser Mitte angeordnet werden. Bei üblichen Aufbauten, wie sie beispielsweise in den Figuren dargestellt sind, reichen dann zwei der Crashleitelemente 18 aus, um im Crashfall einen Kollaps des Batteriegehäuses 12 mit damit verbunden eine Beschädigung und/oder einen Kurzschluss der Batterieeinzelzellen 4 weitestgehend zu verhindern.
Die Crashleitelemente 18 schützen dabei insbesondere den Aufbau des Zellenblocks 10 insgesamt, während die Abschnitte 15 eher für den Schutz der einzelnen Batterieeinzelzellen 4 vor einem Kurzschluss dienen. Die Crashleitelemente 18 springen außerdem ein, wenn die Deformationen des Batteriegehäuses 12 so groß werden, dass die Rahmen 13 der Batterieeinzelzellen 4 durch die Crashlasten eingedrückt werden könnten. Die Crashleitelemente 18 dienen dazu, eine Deformation des gesamten Zellenblocks 10 zu verhindern, so dass die Kühlplatte 7 weitestgehend unbeschädigt bleiben kann, und es nicht zu einem Kontakt zwischen dem aktiven Material der Batterieeinzelzellen 4 und dem Kühlmedium in der Kühlplatte 7 kommen kann. Beim Einsatz von Lithiumionenbatterien als Batterieeinzelzellen 4 könnte ein solcher Kontakt zwischen dem Lithium und dem Wasser nämlich zu einer heftigen chemischen Reaktion, bis hin zu einem Brand und/oder einer Explosion führen.
Der Aufbau mit den Abschnitten 15 an zumindest einigen der Batterieeinzelzellen 4 und gegebenenfalls den zusätzlichen Crashleitelementen 18 in dem Zellenstapel 5 erlaubt somit eine Batterie 3, welche auch bei einem Crash des Fahrzeugs 1 mit entsprechender Verformung der Frontpartie und/oder der Heckpartie, in welcher die Batterie 3 angeordnet ist, eine vergleichsweise hohe Sicherheit der Batterie 3 gewährleistet.
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

- DE 102007063181 [0023]

Claims

Batterie mit einer Vielzahl von flachen im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen, welche zu einem Zellenstapel gestapelt sind, und mit einem den Zellenstapel umgebenen Batteriegehäuse, wobei die Batterieeinzelzellen in Rahmenflachbauweise mit metallischen Hüllblechen und einem Rahmen aus isolierendem Material ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine gewisse Anzahl der Batterieeinzelzellen (4) im Bereich der Rahmen (13) an wenigstens zwei ihrer Seitenkanten zumindest in Abschnitten (15) über die Hüllbleche (14) in Richtung des Batteriegehäuses (12) hinausragen.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (15), welche über die Hüllbleche (14) hinausragen, mit dem Rahmen (13) fest verbunden sind.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (15), welche über die Hüllbleche (14) hinausragen, einstückig mit dem Rahmen (13) ausgebildet sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschnitte (15), welche über die Hüllbleche (14) hinausragen, auf wenigstens zwei gegenüberlegenden Seitenkanten des Rahmens (13) angeordnet sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass auf jeder der Seitenkanten, auf welcher Abschnitte (15), welche über die Hüllbleche (14) hinausragen angeordnet sind, wenigstens zwei, insbesondere drei, der Abschnitte (15) angeordnet sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (13) im Bereich der Abschnitte (15), welche über die Hüllbleche (14) hinausragen, eine größere Dicke aufweist als im Bereich, in dem er in flächigem Kontakt zu den Hüllblechen (14) steht.
Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Dicke mittels einer Stufe (17) realisiert ist, an der sich die Hüllbleche (14) in Richtung der Seitenkanten der Batterieeinzelzelle (4) abstützen.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenstapel (5) aus bipolaren Batterieeinzelzellen (4) aufgebaut ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (4) in Lithium-Ionentechnologie realisiert sind.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zellenstapel (5) parallel zu den Batterieeinzelzellen (4) wenigstens ein im wesentlichen plattenförmiges Element (18), als Crashleitelement, angeordnet ist, welches in wenigstens zwei gegenüberliegenden Richtungen in Richtung des Batteriegehäuses (12) aus dem Zellenstapel (5) hinausragt.
Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (18) zumindest in seinen den jeweiligen Kanten zugewandten Bereichen aus einen elektrisch nichtleitenden Material ausgebildet ist.
Batterie nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (18) wenigstens zwei von einander getrennte elektrisch leitende Bereiche (19) aufweist, durch welche Strom von der einen Plattenfachseite zur anderen Plattenflachseite des Elements (18) leitbar ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenstapel (5) auf einer Kühlplatte (7) angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Element (18) quer zur längsten Erstreckung der Kühlplatte (7) angeordnet ist.
Batterie nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (18) durch Ausnehmungen und/oder Vorsprünge (20) quer zur Kühlplatte (7) formschlüssig gehalten ist.
Verwendung wenigstens einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 14, als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug.
Verwendung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (3) im Frontbereich und/oder Heckbereich des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.
Verwendung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (3) mit ihrer Stapelrichtung im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung (F) angeordnet ist.