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Die
Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie,
nach den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Aus
dem Stand der Technik ist, wie in der
DE 198 10 746 A1 beschrieben,
eine Platine zur Überwachung einer mehrzelligen Batterie
bekannt. Die Platine besitzt durch Einschnitte getrennte Segmente,
die einzelnen Zellen der Batterie zugeordnet und mit deren Polanschlüssen
verbunden sind. Die Platine kann dabei aus einem flexiblen Material
gefertigt sein, welches Verschiebungen der einzelnen Zellen einer
Batterie im Millimeter-Bereich erlaubt. Weiterhin kann die Platine
durch flexible Zellverbinder an den Polanschlüssen von
Einzelzellen befestigt sein, wobei die Zellverbinder auch in die
Platine integriert sein können. Die Platine wird durch
Aufstecken und Fixieren der Platine ohne zusätzliche Kabel
direkt mit den Polanschlüssen der zu überwachenden
Einzelzelle verbunden.
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In
der
DE 101 01 050
A1 wird ein Signalführungssystem für
ein Batteriepaket beschrieben. Das Batteriepaket umfasst ein Gehäuse,
eine flexible gedruckte Schaltung, die in dem Gehäuse getragen
ist, und ein Batteriemodul, das elektrisch mit der flexiblen gedruckten
Schaltung verbunden ist. Die flexible gedruckte Schaltung stellt
eine elektrische Verbindungsfähigkeit zwischen jedem Knoten
von einer Einzelzelle zu einer Einzelzelle und der eines Controllers
her. Damit werden Messungen von Spannungspegeln und anderen Parametern
in dem Batteriepaket ermöglicht. Die flexible gedruckte
Schaltung sammelt und verteilt elektrische Signale zwischen verschiedenen
Sensoren in dem Batteriepaket und dem Controller. Die flexible gedruckte
Schaltung ist ferner aus einem flexiblen Material ausgebildet.
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In
der
EP 1 282 177 A2 wird
ein Batteriepaket mit dazugehörigen Komponenten beschrieben. Das
Batteriepaket umfasst unter anderem eine Anzahl von Batteriemodulen
und eine flexible Schaltung, welche aus einem flexiblen Material,
wie beispielsweise Polyimid, gefertigt ist. Die flexible Schaltung überwacht
die einzelnen Batteriemodule, beispielsweise durch Sensoren, und
stellt eine elektrische Verbindung zwischen den Batteriemodulen
und anderen elektronischen Geräten her.
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In
der
US 5 358 798 wird
ein Batteriepaket, insbesondere ein Batteriepaket mit einer Thermosicherung,
beschrieben. Das Batteriepaket umfasst ein Gehäuse, in
welchem ein flexibler Schaltkreis angeordnet ist. Der flexible Schaltkreis
stellt eine elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen
der Batterie und einem Batterieanschluss her. Zur Herstellung des
flexiblen Schaltkreises werden für den Schaltkreisträger
zwei Schichten aus einem flexiblen Material, zum Beispiel ein Polyimid,
verwendet, welche miteinander verbunden sind. Die Leiterbahnen des
Schaltkreises werden zwischen den beiden flexiblen Schichten angeordnet.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem
Stand der Technik verbesserte Batterie anzugeben.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Batterie
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Bevorzugte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Eine
Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, umfasst eine
Mehrzahl von seriell und/oder parallel elektrisch verschaltbaren
Einzelzellen, die über Druckbleche und Spannbänder
miteinander verpressbar sind. Die Druckbleche sind ferner als Pole
der Batterie ausgebildet. Bei Batterien, insbesondere bei Lithium-Ionen-Batterien,
besteht die Gefahr einer Überladung und/oder einer Tiefentladung,
was eine irreversible Schädigung der Batterie zur Folge
hat. Daher ist eine Überwachung des Ladezustandes der Einzelzellen
einer Batterie notwendig. Die Einzelzellen der Batterie weisen dazu
eine Anzahl von ersten Kontakteinheiten auf, wobei idealerweise
an jeder Einzelzelle jeweils eine erste Kontakteinheit angeordnet
ist. Weiterhin umfasst die Batterie eine kopfseitig auf den Einzelzellen
angeordnete Zellüberwachungsvorrichtung, an welcher eine
mit zu der Anzahl der ersten Kontakteinheiten korrespondierenden
Anzahl von zweiten Kontakteinheiten angeordnet ist. Damit ist eine
sichere Überwachung und/oder Steuerung aller in der Batterie
angeordneten Einzelzellen und somit auch die Überwachung und/oder
Steuerung der vollständigen Batterie sichergestellt.
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Erfindungsgemäß ist
die Zellüberwachungsvorrichtung bereichsweise flexibel
ausgebildet.
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Beim
Laden und Entladen der Einzelzellen erfährt die eine Mehrzahl
von Einzelzellen umfassende Batterie eine Längenänderung.
Der Grund für die Längenänderung ist
eine Volumenänderung der Einzelzellen beim Lade- und/oder
Entladevorgang. Werden die Einzelzellen geladen, vergrößert
sich ihr Volumen bis auf einen vorgegebenen Wert. Beim Entladevorgang
verringert sich das Volumen der Einzelzellen auf einen vorgegebenen
Wert. Die bereichsweise flexible Ausbildung einer kopfseitig auf
den Einzelzellen angeordneten Zellüberwachungsvorrichtung
gleicht eine Längenänderung der Batterie infolge
eines Ladungs- und/oder Entladungsprozess aus. Somit ist die Überwachung
der Einzelzellen auch bei ungünstigen Betriebszuständen
der Batterie möglich, wie beispielsweise bei Überladung
und/oder Tiefentladung, wobei sich die Batterie bis auf einen maximalen
vorgegebenen Wert vergrößert bzw. auf einen minimalen
vorgegebenen Wert verkürzt. Damit kann die Sicherheit bei
der Anwendung einer solchen Batterie erhöht werden.
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Vorteilhafterweise
ist die Zellüberwachungsvorrichtung bereichsweise aus einem
flexiblen elektrisch isolierenden Material gefertigt, zum Beispiel Polyimid,
welches Verschiebungen der Einzelzellen bis zu einem vorgegebenen
Bereich ermöglicht.
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Besonders
bevorzugt ist die Zellüberwachungsvorrichtung in ihrer
horizontalen Ebene verformbar, insbesondere in ihrer Länge
veränderbar. Damit gleicht die Zellüberwachungsvorrichtung
die Längenänderung der Batterie, welche infolge
einer Volumenänderung in Form einer horizontalen Erstreckung
der Einzelzellen erfolgt, aus.
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In
einer möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist die Zellüberwachungsvorrichtung
in ihrer horizontalen Ebene ziehharmonikaartig verformbar. Die Zellüberwachungsvorrichtung
wird bei einer Längenausdehnung der Batterie entfaltet
und/oder bei einer Verkürzung der Batterie gefaltet. Damit
wird einer Überbeanspruchung des Materials der Zellüberwachungsvorrichtung
und der an den Einzelzellen angeordneten Kontakteinheiten entgegengewirkt,
was einerseits sich kostengünstig auf die Anwendung der Batterie
auswirkt und die Sicherheit der Überwachung der Batterie
erhöht.
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In
einer weiteren möglichen Ausgestaltung der Erfindung ist
die Zellüberwachungsvorrichtung abwechselnd bereichsweise
aus einem starren, elektrisch isolierenden Material, zum Beispiel
Epoxydharz mit einer optionalen Glasfaserverstärkung gefertigt
und einem flexiblen, elektrisch isolierenden Material gefertigt.
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Bevorzugt
weist dazu die Zellüberwachungsvorrichtung im Bereich der
Kontaktierung der Einzelzellen elastische Elemente auf, welche eine
flexible Verbindung der Zellüberwachungsvorrichtung mit
der Batterie ermöglichen.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung weist vorzugsweise eine der
Anzahl der in der Batterie angeordneten Einzelzellen entsprechende
Anzahl von elastischen Elementen auf. Damit ist eine Verbindung
der Zellüberwachungsvorrichtung mit jeder der in der Batterie
angeordneten Einzelzelle möglich.
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Vorzugsweise
sind die elastischen Elemente durch Aussparungen im Trägermaterial
der Zellüberwachungsvorrichtung getrennte, fingerartige
Segmente. Es ist somit kein zusätzliches Material notwendig,
um eine abwechselnd bereichsweise flexible und starre Zellüberwachungsvorrichtung
anzufertigen, was sich kostengünstig auf die Herstellung
einer solchen Zellüberwachungsvorrichtung auswirkt.
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Zur
Kontaktierung der Zellüberwachungsvorrichtung mit den Einzelzellen
sind die zweiten Kontakteinheiten an den Enden der elastischen Elemente
angeordnet. Damit ist eine flexible Verbindung zwischen der Zellüberwachungsvorrichtung
und der Batterie sichergestellt, welche die vom Lade- und/oder Entladevorgang
abhängige Längenänderung der Batterie
ausgleicht. Die zweiten Kontakteinheiten sind an den elastischen
Elementen angeordnet form-, stoff-, und/oder kraftschlüssig,
beispielsweise verschraubt, vernietet, verschweißt und/oder
verlötet. Bevorzugt weist jedes elastisches Element eine zweite
Kontakteinheit auf. Damit ist jede in der Batterie angeordnete Einzelzelle überwachbar.
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Die
zweiten Kontakteinheiten greifen vorzugsweise in die ersten Kontakteinheiten
form- und/oder kraftschlüssig ein. Auf diese Weise ist
die Zellüberwachungsvorrichtung mit den Einzelzellen der
Batterie ohne zusätzliche Verbindungselemente, wie beispielsweise
Kabel und/oder Schrauben, verbindbar.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung ist zweckmäßigerweise
mit einer Steuereinheit verbunden. Die Steuereinheit wertet die
von der Zellüberwachungsvorrichtung eingehenden Daten aus,
welche beispielsweise den Ladezustand der Einzelzellen der Batterie
darstellen. Dadurch ist sichergestellt, dass eine optimale Steuerung
der Batterie in Abhängigkeit ihres Zustandes, wie beispielsweise
Ladezustand und/oder Temperatur, und damit verbunden eine erhöhte
Lebensdauer der Batterie ermöglicht ist.
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Damit
die Daten von der Zellüberwachungsvorrichtung an die Steuereinheit
weitergeleitet werden können, ist ausgehend von den zweiten
Kontakteinheiten jeweils eine leitende Verbindung, beispielsweise
in Form einer Leiterbahn, in der Zellüberwachungsvorrichtung
integriert. Die Daten werden in Form eines elektrischen Stromes über
die leitende, insbesondere elektrisch leitende Verbindung an die Steuereinheit
weitergeleitet. Die leitende Verbindung ist daher zweckmäßigerweise
aus einem elektrisch leitenden Material, zum Beispiel Kupfer, gefertigt.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung
ist die leitende Verbindung auf die Zellüberwachungsvorrichtung
aufgedruckt. Optional kann die leitende Verbindung auch aus der
Zellüberwachungsvorrichtung herausgearbeitet, beispielsweise
herausgeätzt, sein.
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Die
leitenden Verbindungen sind mit mindestens einem Anschluss der Steuereinheit
verbunden. In einer besonders günstigen Ausführungsform
sind alle leitenden Verbindungen mit der Steuereinheit verbunden.
Damit ist eine Überwachung aller in der Batterie angeordneten
Einzelzellen und daraus resultierend eine optimale Steuerung der
Batterie sichergestellt.
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Die
erfindungsgemäße Batterie ist aufgrund der genannten
Vorteile bevorzugt als Fahrzeugbatterie, insbesondere als Hochvolt-Batterie
für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder für ein
Brennstoffzellen-Fahrzeug geeignet.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
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Dabei
zeigen:
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1A eine
perspektivische Darstellung einer Batterie mit als Rahmenflachzellen
ausgebildete Einzelzellen in einem ersten Zustand,
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1B eine
perspektivische Darstellung einer Batterie mit als Rahmenflachzellen
ausgebildete Einzelzellen in einem zweiten Zustand,
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2 eine
perspektivische Darstellung einer als Rahmenflachzelle ausgebildeten
Einzelzelle 2 mit Ausschnittsvergrößerung,
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3 eine
perspektivische Darstellung einer Batterie 1,
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4 eine
perspektivische Explosionsdarstellung einer Batterie 1,
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5A eine
Zellüberwachungsvorrichtung von oben in Draufsicht,
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5B eine
Zellüberwachungsvorrichtung von unten in Draufsicht,
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5C eine
Ausschnittsvergrößerung der in 5B gezeigten
Zellüberwachungsvorrichtung,
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6 eine
perspektivische Darstellung einer Zellüberwachungsvorrichtung
mit Ausschnittsvergrößerung, und
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7 einen
Ausschnitt einer Schnittdarstellung von Einzelzellen und Zellüberwachungsvorrichtung.
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Einander
entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen
versehen.
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Die 1A und 1B zeigen
eine perspektivische Darstellung einer Batterie 1 aus Einzelzellen 2 in
zwei verschiedenen Zuständen.
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Die
Einzelzelle 2 ist als bipolare Rahmenflachzelle, im Weiteren
Rahmenflachzelle 2 genannt, ausgebildet.
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Dabei
zeigt 1A die Batterie 1 in
einem ersten Zustand. Im ersten Zustand der Batterie 1 sind die
Rahmenflachzellen 2 nicht miteinander verpresst und somit
nicht seriell und/oder parallel elektrisch verschaltet.
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Dabei
sind die Rahmenflachzellen 2 planparallel in einem vorgegeben
Abstand a hintereinander angeordnet. Die Rahmenflachzellen 2 weisen
jeweils Gehäuseteile 3 mit unterschiedlicher Polarität
auf, wobei die Gehäuseteile 3 der Rahmenflachzellen 2 mit
gleicher Polarität aneinander grenzen.
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An
den Rahmenflachzellen 2 ist kopfseitig eine Zellüberwachungsvorrichtung 4 angeordnet, welche
unter anderem den Ladezustand der einzelnen Rahmenflachzellen 2 überwacht.
Die Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist zweckmäßigerweise
für niedrige Messströme einsetzbar.
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Bei
Lithium-Ionen-Batterien besteht die Gefahr einer Überladung
und/oder einer Tiefentladung, was eine irreversible Schädigung
der Batterie 1 zur Folge hat. Daher ist eine Überwachung
des Ladezustandes der einzelnen Rahmenflachzellen 2 notwendig,
um die Batterie 1 zu steuern und die Lebensdauer der Batterie 1 zu
erhalten und vorzugsweise zu erhöhen.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist erfindungsgemäß bereichsweise
flexibel ausgebildet. Dazu ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 in 1A in
nicht näher dargestellter Art und Weise aus einem flexiblen
Material, beispielsweise Polyimid, gefertigt und somit in ihrer
horizontalen Ebene verformbar. Mit anderen Worten: Die Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist
aufgrund ihrer bereichsweise flexiblen Ausbildung in ihrer Länge
veränderbar. Beispielsweise ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 ziehharmonikaartig
verformbar, insbesondere falt- oder streckbar. Somit ist die Länge
der Zellüberwachungsvorrichtung 4 in Abhängigkeit
der Beschaffenheit des Materials durch Faltung verringerbar und durch
Entfaltung oder Streckung vergrößerbar. Im Ausführungsbeispiel
ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 in einem
entfalteten Zustand. Damit ist eine Überwachung der Batterie 1 auch
bei sehr gedehnten Batterien, beispielsweise im Überladungsfall bei
einer großen Volumenänderung in Form einer horizontalen
Erstreckung der Rahmenflachzellen 2, sichergestellt.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist derart abgemessen,
dass sie sowohl in einem gefalteten Zustand als auch im entfalteten
Zustand an allen in der Batterie 1 angeordneten Rahmenflachzellen 2 kopfseitig
angeordnet und/oder verbindbar ist. Zur Verbindung der Zellüberwachungsvorrichtung 4 mit der
Batterie 1 weisen die Zellüberwachungsvorrichtung 4 und
die Rahmenflachzellen 2 in den 1B, 3, 5A und 5B dargestellte
Kontakteinheiten 5.1, 5.2 auf. Beispielsweise
weisen die Rahmenflachzellen 2 eine Anzahl von ersten Kontakteinheiten 5.1 auf,
welche in 3näher dargestellt
sind, und die Zellüberwachungsvorrichtung 4 eine
zu den ersten Kontakteinheiten 5.1 korrespondierende Anzahl
von zweiten Kontakteinheiten 5.2 auf, welche in 1B, 5A und 5B näher
dargestellt sind. Auf diese Weise ist eine einfache Kontaktierung
der Zellüberwachungseinheit 4 mit der Batterie 1 ohne zusätzliche
Verbindungselemente, wie beispielsweise Schrauben und/oder Kabel,
möglich.
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Weiterhin
ist an den Rahmenflachzellen 2 unter- oder bodenseitig
ein Trägerelement 6 angeordnet. Das Trägerelement 6 ist
vorzugsweise als eine Wärmeleitplatte ausgebildet, im Weiteren
Wärmeleitplatte 6 genannt, welche die Temperierung
der Batterie 1 sicherstellt. Dazu wird die Wärmeleitplatte 6 in
einer nicht näher dargestellten Art und Weise von einem
Wärmeleitmedium, beispielsweise einem Kühlmittel,
durchströmt.
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1B zeigt
die in 1A gezeigte Batterie 1 in
einem zweiten Zustand. Im zweiten Zustand der Batterie 1 sind
die Rahmenflachzellen 2 miteinander verpresst und somit
seriell und/oder parallel elektrisch verschaltet. Die Batterie 1 ist
somit betriebsbereit.
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Durch
Verpressen der im Abstand a planparallel hintereinander angeordneten
Rahmenflachzellen 2 verringert sich die Länge
der Batterie 1 infolge des sich verringernden Abstands
a, welcher im Ausführungsbeispiel nach Verpressung Null
beträgt. Die Länge der Zellüberwachungsvorrichtung 4 verringert sich
auf diese Weise. Die Verschaltung der Rahmenflachzellen 2 durch
Verpressen bietet den Vorteil, dass beispielsweise thermische oder
mechanische Schädigungen verhinderbar sind und somit ein
optimaler Ausgangszustand der Batterie 1 weitestgehend
sichergestellt ist.
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Im
Ausführungsbeispiel ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 im
gefalteten Zustand insbesondere ziehharmonikaartig gefaltet. Damit
wird eine Überbeanspruchung des Materials der Zellüberwachungsvorrichtung 4 vermieden.
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Die
zweiten Kontakteinheiten 5.2 der Zellüberwachungsvorrichtung 4 sind
an der den Rahmenflachzellen 2 zugewandten Seite der Zellüberwachungsvorrichtung 4 an
dieser angeordnet. Die im Ausführungsbeispiel vorsprungartig
ausgebildeten zweiten Kontakteinheiten 5.2 der Zellüberwachungsvorrichtung 4 sind
in nicht näher dargestellter Art und Weise mit den ersten
Kontakteinheiten 5.1 der Rahmenflachzellen 2 verbunden.
Die zweiten Kontakteinheiten 5.2 sind aus einem elektrisch
leitenden Material, beispielsweise Kupfer, gefertigt. Besonders
vorteilhaft korrespondiert die Anzahl der zweiten Kontakteinheiten 5.2 mit
der Anzahl der in der Batterie 1 angeordneten Rahmenflachzellen 2,
wobei an jeder Rahmenflachzelle 2 zumindest eine erste
Kontakteinheit 5.1 angeordnet ist. Damit wird eine Überwachung
und Steuerung jeder einzelnen in der Batterie 1 angeordneten
Rahmenflachzelle 2 und somit der vollständigen
Batterie 1 sichergestellt.
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2 zeigt
eine perspektivische Darstellung einer Rahmenflachzelle 2 mit
Ausschnittsvergrößerung.
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Die
Rahmenflachzelle 2 umfasst in nicht näher dargestellter
Art und Weise elektrochemisch aktive Elektrodenfolien, die in Form
eines Elektrodenstapels zusammengefasst sind.
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Der
Elektrodenstapel ist in einem vollständig randseitig umgebenden
Gehäuserahmen 7, welcher aus einem elektrisch
isolierenden Material, beispielsweise Polyvinylchlorid, besteht,
angeordnet.
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An
dem Gehäuserahmen 7 sind vorder- und rückseitig
plattenförmige, im Wesentlichen quaderförmige
Gehäuseteile 3 mit unterschiedlicher Polarität
angeordnet. Die Gehäuseteile 3 sind aus einem elektrisch
leitenden Material, insbesondere aus einem metallischen Material,
beispielsweise Aluminium.
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An
der Rahmenflachzelle 2 ist kopfseitig die erste Kontakteinheit 5.1 in
Form einer fahnenartigen Verlängerung eines der Gehäuseteile 3 angeordnet. Dazu
ist im Isolationsrahmen 7 der Rahmenflachzelle 2 eine
Aussparung 8 vorgesehen, in welcher die erste Kontakteinheit 5.1 angeordnet
ist. Beispielsweise ist die erste Kontakteinheit 5.1 in
die Aussparung 8 eingelegt oder eingeklebt. Die erste Kontakteinheit 5.1 ermöglicht
somit, die Spannung und damit den aktuellen Ladezustand der Rahmenflachzelle 2 zu
erfassen.
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Weiterhin
zeigt 2 deutlich in der Ausschnittsvergrößerung,
dass die erste Kontakteinheit 5.1 mittig eine konkave Oberfläche
aufweist. Die in dieser Figur nicht näher dargestellten
zweiten Kontakteinheiten 5.2 weisen zweckmäßigerweise
zur Kontaktierung mit der ersten Kontakteinheit 5.1 eine zu
der konkaven Oberfläche der ersten Kontakteinheiten 5.1 korrespondierende
konvexe Oberfläche auf. Damit wird eine form- und/oder
kraftschlüssige Verbindung zwischen den ersten Kontakteinheiten 5.1 und den
zweiten Kontakteinheiten 5.2 und somit der Batterie 1 und
der Zellüberwachungsvorrichtung 4 sichergestellt.
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Die 3 und 4 zeigen
ein Ausführungsbeispiel einer Batterie 1 mit einer
Zellüberwachungsvorrichtung 4. Dabei zeigt 3 eine
perspektivische Darstellung der Batterie 1 und 2 zeigt
eine perspektivische Explosionsdarstellung der Batterie 1.
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Die
Rahmenflachzellen 2 der Batterie 1 sind planparallel
hintereinander angeordnet und je nach Anwendung seriell und/oder
parallel miteinander elektrisch verschaltbar.
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Unter
den Rahmenflachzellen 2 ist die Wärmeleitplatte 6 zum
Temperieren der Rahmenflachzellen 2 angeordnet. Die Wärmeleitplatte 6 weist
in ihrem Inneren einen nicht dargestellten Kühlkanal, der von
einem Kühlmittel durchströmbar ist, sowie zwei Kühlmittelanschlüsse 6.1 zum
Zu- und Abführen des Kühlmittels auf. Über
die Kühlmittelanschlüsse 6.1 ist die
Wärmeleitplatte 6 an einen nicht dargestellten Kühlmittelkreislauf
anschließbar, über den von dem Kühlmittel
aufgenommene Abwärme aus der Batterie 1 abführbar
ist.
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Vorzugsweise
ist in einer nicht näher dargestellten Art und Weise zwischen
der Wärmeleitplatte 6 und den Bodenflächen
der Rahmenflachzellen 2 eine Wärmeleitfolie aus
elektrisch isolierendem Material angeordnet, die die Wärmeleitplatte 6 von
den Rahmenflachzellen 2 elektrisch isoliert.
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Kopfseitig
an den Rahmenflachzellen 2 ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 angeordnet.
Die Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist in diesem
Ausführungsbeispiel als Leiterplatte aus einem flexiblen, elektrisch
isolierenden Trägermaterial, vorzugsweise aus einem Polyimid,
ausgebildet. Weiterhin trägt die Zellüberwachungsvorrichtung 4 zur Überwachung und/oder
Steuerung der Batteriefunktionen leitende Verbindungen 9 in
Form von Leiterbahnen 9, im Weiteren Leiterbahn 9 genannt,
die in den 5B, 5C und 6 näher
dargestellt sind. Diese leitenden Verbindungen 9 sind aus
einem starren, elektrisch leitenden Material, beispielsweise aus
Kupfer, gefertigt.
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Optional
ist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 aus einem
starren, elektrisch isolierenden Trägermaterial, beispielsweise
Epoxydharz mit einer optionalen Glasfaserverstärkung, gefertigt.
Bevorzugt weist dazu die Zellüberwachungsvorrichtung 4 an
ihrer den Rahmenflachzellen 2 zugewandten Seite elastische
Elemente 4.1 auf, welche in 5A näher beschrieben
sind.
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In
einer möglichen weiteren Ausführungsform trägt
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 elektrische
Bauelemente zum Ausgleich unterschiedlicher Ladungsstände
von Rahmenflachzellen, welche beispielsweise auf der Zellüberwachungsvorrichtung 4 in
Form von Mikrochips vorliegen, und/oder Temperatursensoren zur Überwachung
einer Temperatur der Rahmenflachzellen 2.
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Weiterhin
weist die Zellüberwachungsvorrichtung 4 zur Kontaktierung
der Rahmenflachzellen 2 eine Anzahl von zweiten Kontakteinheiten 5.2 auf. Die
Anzahl der zweiten Kontakteinheiten 5.2 korrespondiert
vorzugsweise mit der Anzahl der in der Batterie 1 angeordneten
Rahmenflachzellen 2, welche jeweils eine erste Kontakteinheit 5.1 aufweisen.
Die Rahmenflachzellen 2 weisen an ihren der Zellüberwachungsvorrichtung 4 zugewandten
Seiten jeweils eine erste Kontakteinheit 5.1 zur elektrischen
Kontaktierung der Zellüberwachungsvorrichtung auf.
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Jeweils
am vorder- und hinterseitigen Ende der Batterie 1 ist ein
Druckblech 10 angeordnet. Die Druckbleche 10 bilden
jeweils einen Pol der Batterie 1 und weisen jeweils eine über
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 hinaus ragende
fahnenartige Verlängerung 10.1 auf, welche jeweils
einen Polkontakt der Batterie 1 bildet.
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Ferner
weisen die Druckbleche 10 jeweils zwei Befestigungsnasen 10.2 auf,
die parallel zu der Zellüberwachungsvorrichtung 4 vom
jeweiligen Druckblech 10 abgewinkelt sind und kraftschlüssig auf
der Zellüberwachungsvorrichtung 5 anliegen.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung 4, die Rahmenflachzellen 2 und
die Wärmeleitplatte 6 sind durch zwei als Spannbänder
ausgebildete Spannelemente 11 aneinander gepresst, die
jeweils um die Zellüberwachungsvorrichtung 4,
die Druckbleche 10 und die Wärmeleitplatte 6 herum
geführt sind.
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Die
von den Spannelementen 11 berührten Oberflächen
der Zellüberwachungsvorrichtung 4, der Druckbleche 10 und
der Wärmeleitplatte 6 weisen jeweils Führungen
für die Spannelemente 11 auf. Dadurch wird vorteilhaft
die Gefahr eines Abrutschens eines Spannelementes 11 reduziert.
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In
den 5A, 5B und 5C ist
eine Zellüberwachungsvorrichtung 4 in Draufsicht
dargestellt. Dabei zeigt 5A die
Zellüberwachungsvorrichtung 4 von oben in Draufsicht
und 5B zeigt die Zellüberwachungsvorrichtung 4 von
unten in Draufsicht. 5C zeigt eine Ausschnittsvergrößerung
der in der 5B gezeigten Zellüberwachungsvorrichtung 4.
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Die
Zellüberwachungsvorrichtung 4 in 5A weist
in ihrer von den Spannelementen 11 berührten Oberfläche
Führungen für die Spannelemente 11 auf.
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Im
Ausführungsbeispiel ist das Trägermaterial der
Zellüberwachungsvorrichtung 4 aus einem starren,
elektrisch isolierenden Material, beispielsweise einem Epoxydharz
mit optionaler Glasfaserverstärkung, ausgebildet. Die Zellüberwachungsvorrichtung 4 ist
ausschließlich im Bereich der Kontaktierung der Rahmenflachzellen 2 flexibel
und somit abwechselnd bereichsweise flexibel und starr ausgebildet.
Dazu sind aus der Zellüberwachungsvorrichtung 4 elastische
Elemente 4.1 in Form von getrennten, fingerartigen Segmenten
ausgearbeitet, welche an ihrem freien Ende die zweiten Kontakteinheiten 5.2 tragen.
Die zweiten Kontakteinheiten sind kraft- und/oder formschlüssig,
beispielsweise durch Vernietung an den elastischen Elementen 4.1 befestigt. An
ihrem dem freien Ende der elastischen Elemente 4.1 zugewandten
Ende weisen die zweiten Kontakteinheiten 5.2 eine konvexe
Oberfläche auf, welche in die konkaven Oberflächen
der ersten Kontakteinheiten 5.1 der Rahmenflachzellen 2 form-
und/oder kraftschlüssig eingreift
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Bevorzugt
weist jedes elastische Element 4.1 eine zweite Kontakteinheit 5.2 auf.
Damit ist jede in der Batterie 1 angeordnete Rahmenflachzelle 2 und
somit die vollständige Batterie 1 überwachbar.
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In 5B ist
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 von unten dargestellt.
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Von
den zweiten Kontakteinheiten 5.2 der Zellüberwachungsvorrichtung 4 ausgehend
verläuft jeweils eine Leiterbahn 9 über
das Trägermaterial der Zellüberwachungsvorrichtung 4.
Die Leiterbahnen 9 verlaufen dazu in einer ersten Richtung
von den zweiten Kontakteinheiten 5.2 weg und verlaufen nach
einem vorgegebenen Abstand in einem Winkel von 90° horizontal
in Richtung eines nicht näher dargestellten Anschlusses
zu einer Steuereinheit. Der Verlauf der einzelnen Leiterbahnen 9 ist
dabei derart gestaltet, dass der Verlauf einer Leiterbahn 9 nicht den
Verlauf einer weiteren Leiterbahn 9 kreuzt. Idealerweise
wird zur elektrischen Isolation der Leiterbahnen 9 untereinander
ein Mindestabstand eingehalten. Die Leiterbahnen 9 sind
aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise Kupfer,
gefertigt.
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5C zeigt
eine vergrößerte Darstellung der in der 5B gezeigten
Zellüberwachungsvorrichtung 4.
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6 zeigt
die in 5B gezeigte Zellüberwachungsvorrichtung 4 in
einer perspektivischen Darstellung mit Ausschnittsvergrößerung.
In der Ausschnittsvergrößerung ist die Herausarbeitung
der elastischen Elemente 4.1 der Zellüberwachungsvorrichtung 4 verdeutlicht.
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7 zeigt
einen Ausschnitt einer Schnittdarstellung von Rahmenflachzellen 2 und
Zellüberwachungsvorrichtung 4.
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An
den planparallel angeordneten Rahmenflachzellen 2 ist kopfseitig
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 angeordnet.
Zur Kontaktierung der Zellüberwachungsvorrichtung 4 mit
den einzelnen Rahmenflachzellen 2 greifen die zweiten Kontakteinheiten 5.2 form-
und/oder kraftschlüssig in die ersten Kontakteinheiten 5.1 der
Rahmenflachzellen 2 ein. Die zweiten Kontakteinheiten 5.2 sind
an der den Rahmenflachzellen 2 zugewandten Seite der Zellüberwachungsvorrichtung 4 angeordnet
und weisen eine konvex ausgebildete Oberfläche auf. Idealerweise
korrespondiert die Anzahl der zweiten Kontakteinheiten 5.2 mit
der Anzahl der in der Batterie 1 angeordneten Rahmenflachzellen 2,
welche jeweils eine erste Kontakteinheit 5.1 aufweisen.
Die zweiten Kontakteinheiten sind stoff-, form- und/oder kraftschlüssig
an der Zellüberwachungsvorrichtung 4 befestigt.
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Die
Rahmenflachzellen 2 weisen jeweils eine erste Kontakteinheit 5.1 auf,
welche in Form einer fahnenartigen Verlängerung einer der
Gehäuseteile 3 am Isolationsrahmen 7 in
einer Aussparung 8 angeordnet sind. Ferner weisen die ersten
Kontakteinheiten 5.1 eine konkave Oberfläche auf.
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Die
zweiten Kontakteinheiten 5.2 greifen form- und kraftschlüssig
in die ersten Kontakteinheiten 5.1. Somit ist eine sichere
Kontaktierung der Zellüberwachungsvorrichtung 4 mit
der Batterie 1 ohne zusätzliche Verbindungselemente,
wie beispielsweise Kabel und/oder Schrauben, notwendig.
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In
einer alternativen, in den Figuren nicht gezeigten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Batterie 1 verfügt
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 über
zusätzliche elektrische Kontakte zur Verbindung der einzelnen
Rahmenflachzellen 2 untereinander. Damit übernimmt
die Zellüberwachungsvorrichtung 4 die Überwachung
der einzelnen Rahmenflachzellen 2 in einem niedrigen Strombereich
und die Verschaltung der Rahmenflachzellen 2 untereinander
in einem hohen Strombereich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Batterie
- 2
- Rahmenflachzelle
- 3
- Gehäuseteil
- 4
- Zellüberwachungsvorrichtung
- 4.1
- elastisches
Element
- 5.1
- erste
Kontakteinheit
- 5.2
- zweite
Kontakteinheit
- 6
- Wärmeleitplatte
- 6.1
- Kühlmittelanschlüsse
- 7
- Isolationsrahmen
- 8
- Aussparung
- 9
- Leiterbahn
- 10
- Druckblech
- 10.1
- fahnenartige
Verlängerung
- 10.2
- Befestigungsnase
- 11
- Spannelement
- a
- Abstand
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19810746
A1 [0002]
- - DE 10101050 A1 [0003]
- - EP 1282177 A2 [0004]
- - US 5358798 [0005]
