DE102009035492A1 - Battery e.g. lithium ion battery for use in motor vehicle, has plate-shaped element arranged in cell stack parallel to individual battery cells and projecting from cell stack in two opposite directions toward battery housing - Google Patents

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Abstract

The battery has plate-shaped individual battery cells (4) stacked to a cell stack (5). A battery housing surrounds the stack. A plate-shaped element (13) is arranged as a crash guiding element in the stack parallel to the battery cells. The plate-shaped element projects from the stack in two opposite directions toward the battery housing, and is formed from electrically non-conductive material in a region that is turned toward edges. The element comprises two electrically conductive regions that are separated from each other. The individual battery cells are made of lithium ion.

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.The The invention relates to a battery having a plurality of flat, essentially plate-shaped battery cells, after the type defined in the preamble of claim 1 in more detail.

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.batteries in such a construction with a stack of flat battery cells are often used as high performance batteries, for example Used in vehicles, if this electrically or at least partially be operated electrically. Such traction batteries are included often designed as lithium ion batteries which over have an active cooling.

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.At the Use in vehicles can be found such batteries accordingly the conventional construction of a vehicle frequently in the front or rear of the vehicle. Is it coming now? An accident with the vehicle can damage the batteries outside the passenger safety cell in the so-called Crash zones are easily affected become. This can lead to a corresponding deformation of the battery case, which for reasons of electrical shielding usually made of a metallic or with a metal-coated material, and optionally the Cell stack a short circuit and / or a contact of the active material the battery is carried out with the cooling medium. It can now to a strong overheating of the battery all the way to a fire or even an explosion of the battery.

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.It is therefore the object of the invention, such a battery to modify these when used in a vehicle for the crash event offers greater security.

Durch den erfindungsgemäß Einsatz von zusätzlichen plattenförmigen Elementen, welche als Crashleitelemente auf den Batteriestapel und sein Batteriegehäuse einwirkende Kräfte aufnehmen und von der einen Seite des Batteriegehäuses zur anderen Seite des Batteriegehäuses ableiten, kann in vielen Fällen verhindert werden, dass es zu einem direkten Kontakt des Batteriegehäuses mit den eigentlichen Batteriezellen 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 Zellen in direkten Kontakt kommen und diese 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 den Zellen kommt. Im Falle von Lithiumionenzellen kann dieser Kontakt des Lithiums mit dem Wasser ebenfalls zu einer heftigen chemischen Reaktion führen, welche einen Brand oder gar eine Explosion nach sich ziehen kann.By the inventive use of additional plate-shaped elements, which as Crashleitelemente acting on the battery pack and its battery case Take up forces and from one side of the battery case Derive to the other side of the battery case, in Many cases prevent it from becoming direct Contact of the battery case with the actual battery cells comes. Because with such a deformation, the metallic battery case, although this one carries a coating for insulation, more typical Way, it may deform despite this eventual coating come in direct contact with the cells and short them, resulting in overheating and even a fire of the battery can lead. In addition, by the deformation a corresponding leaking occur, so that liquid Cooling medium, for example, water in contact with the cells comes. In the case of lithium-ion cells, this contact of the lithium also cause a violent chemical reaction with the water, which can cause a fire or even an explosion.

Durch die erfindungsgemäßen plattenförmigen Crashleitelemente 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 der Crashleitplatte abstützen, welche verhindert, dass es zu einem Kontakt des Batteriegehäuses mit den Batterieeinzelzellen des Zellenstapels kommt. Das plattenförmige Element wird diese Kräfte dann durch den Zellenstapel hindurch auf die andere Seite des Batteriegehäuses leiten und von dort wieder ableiten, so dass es auch hier zu keinem Kontakt zwischen den Einzelzellen und dem Batteriegehäuse kommen kann. Das plattenförmige Crashleitelement kann sich dabei zwischen den Batterieeinzelzellen auch geringfügig verschieben, ohne dass daraus unbedingt eine zu starke Beschädigung des Zellenstapels resultiert und es in diesen zu Kurzschlüssen oder Undichtheiten kommt.By the plate-shaped invention Crash elements, this scenario can be prevented or depending on the severity of the accident, the risk can be minimized at least significantly. The deforming battery case becomes first support the crash baffle, which prevents it comes to a contact of the battery case with the battery cells the cell stack comes. The plate-shaped element is these forces then through the cell stack to the other Conduct side of the battery case and derive from there, so that there is no contact between the individual cells and the battery case can come. The plate-shaped Crash element can be between the battery cells also slightly shift, without necessarily necessarily too much damage to the cell stack results and there are short circuits or leaks in them.

Das erfindungsgemäße plattenförmige Element als Crashleitelement ermöglicht somit eine deutliche Verbesserung der Sicherheit von derartigen Batterien, insbesondere wenn diese in einem Fahrzeug eingesetzt werden.The plate-shaped element according to the invention as a crash control element thus allows a significant improvement the safety of such batteries, especially if these be used in a vehicle.

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.A particularly favorable use of the invention Battery is when used as a traction battery in a motor vehicle given. In particular, these batteries have a very high power density and typically high energy content. Likewise They have a relatively large number of single cells and a comparatively high amount of active material. Especially with such batteries the scenarios described above are especially special in a crash case relevant, so that here by the invention Crashleitelemente a particular advantage can be achieved.

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.Further advantageous embodiments of the invention Battery as the appropriate uses itself from the remaining subclaims and are based of the embodiment clear, which below will be explained in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine Prinzipskizze der typischen Anordnung von Batterien in einem Fahrzeug; 1 a schematic diagram of the typical arrangement of batteries in a vehicle;

2 einen Zellenstapel in einem Aufbau gemäß der Erfindung 2 a cell stack in a structure according to the invention

3 Längsschnitt durch einen Zellenstapel samt Batteriegehäuse in der Ausgestaltung 3 Longitudinal section through a cell stack including battery housing in the embodiment

4 vergrößerte Darstellung des Ausschnitts IV in 3; 4 enlarged view of section IV in 3 ;

5 eine Darstellung des erfindungsgemäßen plattenförmigen Elements als Cashleitelement. 5 an illustration of the plate-shaped element according to the invention as Cashleitelement.

6 Ansicht einer Batterieeinzelzelle in einer besonderen Ausgestaltung gemäß der Erfindung; und 6 View of a single battery cell in a particular embodiment according to the invention; and

7 vergrößerte Darstellung eines Ausschnitts VII in 6. 7 enlarged view of a detail VII in 6 ,

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. Dabei 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.In 1 is a schematic diagram of a vehicle 1 shown in a side view and a plan view. The vehicle 1 shall be driven here by way of example via a hybrid drive, which is a motor 2 has, and which also has electrical drive components, which are not explicitly shown here. Under a vehicle is to understand any type of vehicle on land, in the water or in the air, even for the representation of the preferred example of a car has been selected. In addition, in the presentation of the 1 two different common positions for batteries 3 to identify which are needed in the vehicle for storing and providing electrical energy for the hybridized powertrain. The position of these batteries 3 is once in the front of the vehicle and once in the rear of the same. These positions are usually chosen because such hybridized powertrains are planned into existing vehicle concepts. In the engine compartment - ie in the front area - and in the trunk - ie in the rear area - of the vehicle 1 If necessary, there is still space for the batteries 3 available or can be made available, for example, by replacing conventional starter batteries by these traction batteries, or by, for example, a spare wheel is omitted and the battery 3 in the rear area assumes its position. In today's usual vehicles 1 the safety of the passenger is in the foreground and this is typically housed in a particularly secure passenger compartment, the front area and the rear of the vehicle is used as a so-called crash zone, which degrades kinetic energy occurring by a consciously accepted deformation in order to protect the passenger safety cell.

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.Now there are the typical positions for the battery 3 in just this crash zone. Since batteries such as those used as traction batteries for hybrid vehicles, or even for pure electric vehicles or fuel cell battery hybrid vehicles, must generally have a very high energy density, they are typically realized in a plate-flat construction. These are battery single cells 4 to a cell stack 5 stacked. This structure is in the representation of 2 to recognize. This cell stack 5 is then in the structure exemplified here on each side of a pole plate 6 completed and together with a cooling bar 7 and a housing cover 8th over tension bands 9 to a cell block 10 joined together. This cell block 10 consists of the battery cells 4 , which are constructed here as Rahmenflachzellen, which in a bipolar structure so to the cell stack 5 Stacked on top of each other in the area of one pole plate 6 the positive pole of the cell stack 5 while lying in the area of the other pole plate 6 the negative pole of the cell stack 5 located. The forwarding of the currents between the battery individual cells 4 is due to their structure inside the cell stack 5 realized. For a detailed construction of such a cell can be exemplified in the German patent application DE 10 2007 063 181 to get expelled.

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.The cell block 10 in the illustration according to 2 is over the cooling plate 7 actively cooled, for which it is connected to a cooling circuit. The connecting elements serve this purpose 11 which the flow through the cooling plate 7 allow for example liquid cooling medium, or the evaporation of a refrigerant in the region of the cooling plate 6 , However, this cooling of batteries is known per se so that will not be discussed further here. The housing cover 8th can either be designed as a pure lid, or it may be formed in a particularly preferred manner as a board having electronic elements that serve to monitor the individual cells on their functionality.

Der Zellenblock 10 wird nun wie in 3 dargestellt mit einem Batteriegehäuse 12 zu der Batterie 3 komplettiert. In 3 ist dabei in einem Längsschnitt 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.The cell block 10 will now be like in 3 shown with a battery case 12 to the battery 3 completed. In 3 is in a longitudinal section and the interior of the battery cells 4 to recognize, wherein only one of the battery individual cells 4 with their active material, while the other battery cells 4 in the representation selected here "empty" are shown.

Die erfindungsgemäße Besonderheit der hier dargestellten Batterie 3 liegt nun in dem in den 2 und 3 dargestellten Aufbau mit zwei im wesentlichen plattenförmigen Elementen 13, welche als Crashleitelemente ausgebildet sind. Diese Crashleitelemente 13 sind nun zwischen den Batterieeinzelzellen 4 des Zellenstapels 5 angeordnet und überragen diese in wenigstens zwei gegenüberliegenden Richtung, in idealer Weise quer zur Kühlplatte und quer zur Stapelrichtung der Batterieeinzelzellen 4. 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 Crashleitelemente 13 das Batteriegehäuse 12 der Batterie so verformen, dass dieses mit den Batterieeinzelzellen 4 in Verbindung kommt und dabei gegebenenfalls auch den Zellenstapel 5 entsprechend verformt. Der übliche Aufbau der Batterieeinzelzellen 4 besteht dabei aus einem nicht leitenden Rahmen 5 und zwei seitlichen Hüllblechen 15, welche gleichzeitig die elektrischen Pole der Batterieeinzelzelle 4 bilden. In der Darstellung der 3 ist dies prinzipiell ersichtlich. Besser ist es jedoch in der Vergrößerung des Ausschnitts IV der 3 in der 4 zu erkennen. Hier ist nochmals im Schnitt der Rahmen 14 mit den beiden Hüllblechen 15 zu erkennen. Kommt es in Falle eines Unfalls zu einer Verformung der Batterie so wird die Verformung zu einem Kontakt des Batteriegehäuses 12 mit den Batterieeinzelzellen 4 und hier insbesondere mit den Hüllblechen 15 führen. Dies würde dann auf Grund des typischer Weise metallischen Batteriegehäuses 12 zu einem Kurzschluss zumindest einiger der Batterieeinzelzellen 4 führen. Selbst wenn das aus Gründen der Abschirmung üblicher Weise metallisch ausgeführte Batteriegehäuse 12 eine entsprechende isolierende Beschichtung aufweisen würde, besteht im Crashfall die Gefahr, dass diese entsprechend beschädigt wird, und so dennoch ein Kurschluss von zumindest einigen der Batterieeinzelzellen 4 auftreten kann. Bei gegebenenfalls gleichzeitig beschädigter Kühlplatte 7 könnte es außerdem zu einem Kontakt des Kühlmediums mit dem aktiven Material in den Batterieeinzelzellen 4 kommen. All dies würde zu einer Überhitzung der Batterie 3 führen, welche leicht in einem Brand und/oder einer Explosion endet könnte.The inventive feature of the battery shown here 3 is now in the in the 2 and 3 shown construction with two substantially plate-shaped elements 13 , which are formed as Crashleitelemente. These crash control elements 13 are now between the battery cells 4 of the cell stack 5 arranged and overhang these in at least two opposite directions, ideally transverse to the cooling plate and transverse to the stacking direction of the battery cells 4 , Will the battery 3 now as usual in the vehicle 1 installed so that the stacking direction of the battery individual cells 4 essentially transverse to the direction of travel, which in 1 by the denoted by F. Arrow is indicated, it can be assumed in most crash scenarios where front or rear of the vehicle are concerned, assuming that corresponding force components in the direction of travel or against the direction of travel F of the vehicle 1 Act. An occurring in this direction crash load would now in a conventional construction of the battery 3 without the crash control elements 13 the battery case 12 deform the battery so that this with the battery individual cells 4 comes into contact and possibly also the cell stack 5 deformed accordingly. The usual construction of single battery cells 4 consists of a non-conductive frame 5 and two side cover plates 15 , which at the same time the electrical poles of the single cell battery 4 form. In the presentation of the 3 this is evident in principle. It is better, however, in the enlargement of section IV of 3 in the 4 to recognize. Here again is on average the frame 14 with the two cladding sheets 15 to recognize. If there is a deformation of the battery in case of an accident, the deformation becomes a contact of the battery case 12 with the battery cells 4 and here in particular with the cladding sheets 15 to lead. This would then be due to the typical metallic battery case 12 to a short circuit of at least some of the battery cells 4 to lead. Even if the usual metal-based battery housing for reasons of shielding 12 a corresponding insulating coating would have in the event of a crash, the risk that this is damaged accordingly, and so still a short circuit of at least some of the individual battery cells 4 can occur. If necessary simultaneously damaged cooling plate 7 it could also lead to contact of the cooling medium with the active material in the battery individual cells 4 come. All this would overheat the battery 3 which could easily end in a fire and / or explosion.

Durch die erfindungsgemäßen plattenförmigen Crashleitelemente 13 kann dies jedoch effizient verhindert werden. Die Crashleitelemente 13 stehen in Richtung des Batteriegehäuses 12 seitlich über den Zellenstapel 5 hinaus. Wirkt nun eine Crashlast auf die Batterie 3, welche in 3 durch die Pfeile angedeutet ist, so wird diese zuerst das Batteriegehäuse 12 entsprechend verformen. Durch die in dem Zellenstapel 5 angeordneten Crashleitelemente 13, welche in Richtung des Batteriegehäuses 12 über den Zellenstapel 5 hinausstehen wird die Wandung des Batteriegehäuses 12 jedoch nicht gegen die Batterieeinzelzellen 4, sondern gegen die Crashleitelemente 13 gedrückt. Das Batteriegehäuse 12 kann daher nicht soweit eingedrückt werden, dass es die Batterieeinzelzellen nachhaltigt beschädigt oder kurzschließt. Die Crashlast wird dann durch die Crashleitelemente 13 auf die andere Seite des Zellenstapels 5 geleitet, und wird auch dort auf das Batteriegehäuse 12 weitergegeben. Die plattenförmigen Crashleitelemente 13 stabilisieren somit den Aufbau und verhindern ein kollabieren des Batteriegehäuses 12 und damit eine Beschädigung der Batterieeinzelzellen 4 durch das Batteriegehäuse 12. Durch die flächige Anordnung zwischen den Batterieeinzelzellen des Zellenstapels 5 kann außerdem eine gewisse Bewegung der zwischen den Crashleitelementen 13 angeordneten Batterieeinzelzellen 4 gegenüber den Crashleitelemente 13 auftreten, so dass es eher zu einem Verschieben der Batterieeinzelzellen 4 zueinander als zu einer Deformation der selben kommen wird. Die Kräfte werden also über das Batteriegehäuse 12 und Crashleitelemente 13 abgeleitet, ohne die Batterieeinzelzellen 4 mit zuviel Belastung zu beaufschlagen.By the plate-shaped Crashleitelemente invention 13 However, this can be effectively prevented. The crash control elements 13 stand in the direction of the battery case 12 laterally over the cell stack 5 out. Now acts a crash load on the battery 3 , what a 3 indicated by the arrows, so this is the first battery case 12 deform accordingly. Through the in the cell stack 5 arranged Crashleitelemente 13 , which in the direction of the battery case 12 over the cell stack 5 will stand out the wall of the battery case 12 but not against the battery cells 4 but against the crash control elements 13 pressed. The battery case 12 Therefore, it can not be pressed in so far as it permanently damages or short-circuits the individual battery cells. The crash load is then through the Crashleitelemente 13 to the other side of the cell stack 5 passed, and will also be there on the battery case 12 passed. The plate-shaped Crashleitelemente 13 thus stabilize the structure and prevent collapse of the battery case 12 and thus damage to the individual battery cells 4 through the battery case 12 , Due to the planar arrangement between the battery cells of the cell stack 5 In addition, a certain movement of the between the crash control elements 13 arranged battery cells 4 opposite the crash control elements 13 occur, making it more likely to shift the battery cells 4 to each other than to a deformation of the same will come. The forces are thus on the battery case 12 and crash control elements 13 derived without the battery cells 4 to apply too much stress.

In 5 ist nun eines der Crashleitelemente 13 nochmals in einer detaillierteren dreidimensionellen Darstellung zu erkennen. Grundsätzlich sind zumindest die den jeweiligen Kanten zugewandten Bereiche jedes der Crashleitelemente 13 aus elektrischen nicht leitendem Material ausgebildet. Besonders günstig ist es hinsichtlich der Herstellung und der Stabilität, wenn das ganze Crashleitelement 13 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 13 leitende Bereiche 16 vorgesehen, welche die beiden rechts und links des Crashelements 13 angeordneten Batterieeinzelzellen 4 entsprechend den benötigten Vorgaben elektrisch verbinden. Diese elektrischen leitenden Bereiche 16 können beispielsweise in Form von Metallscheiben in die ansonsten aus nicht leitendem Material ausgebildeten Crashleitelemente 13 eingebracht werden. Beispielhaft kann das Crashleitelement 13 aus einem Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Material ausgebildet sein, um entsprechend hohe Kräfte ableiten zu können. Im Bereich der leitenden Elemente 16 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.In 5 is now one of the crash control elements 13 to recognize again in a more detailed three-dimensional representation. In principle, at least the areas facing the respective edges of each of the Crashleitelemente 13 made of electrical non-conductive material. It is particularly favorable in terms of production and stability, if the whole Crashleitelement 13 is formed of insulating material. However, this will cause the flow of current in the cell stack 5 interrupted. For this purpose, it may therefore be provided at certain points in the crash guide 13 conductive areas 16 provided, which are the two right and left of the crash element 13 arranged battery cells 4 electrically connect according to the required specifications. These electrical conductive areas 16 For example, in the form of metal discs in the otherwise made of non-conductive material Crashleitelemente 13 be introduced. By way of example, the crash control element 13 be formed of a plastic material or a fiber-reinforced material in order to derive correspondingly high forces can. In the field of conductive elements 16 could this material be provided with a bore, in which then a metal core can be pressed from a correspondingly good conductive metal such as aluminum or copper.

In der Darstellung der 5 ist zu erkennen, dass eine besonders günstige Ausführungsform des Crashleitelements 13 dieses nicht als reine Platte mit einer quadratischen oder rechteckigen Grundfläche ausbildet, wie dies grundsätzlich auch möglich wäre. Damit das Crashleitelement 13 auch eine sichere Positionierung der Kühlplatte 7 und des Gehäusedeckels 8, insbesondere jedoch der Kühlplatte 7 realisieren kann, sind entsprechende Vorsprünge 17 beziehungsweise Ausnehmungen der Seitenkanten realisiert, so dass das Crashleitelement 13 formschlüssig auf die Kühlplatte 7 aufgesetzt werden kann, und das der Gehäusedeckel 8 ebenso formschlüssig in die Crashleitelemente 13 eingelegt werden kann. Dieser Aufbau stabilisiert den Zellenblock 10 zusätzlich so dass eine crashbedingte Beeinträchtigung weitestgehend vermieden werden kann.In the presentation of the 5 It can be seen that a particularly favorable embodiment of the crash control element 13 this does not form as a pure plate with a square or rectangular base, as would be possible in principle. So that the crash control element 13 also a safe positioning of the cooling plate 7 and the housing cover 8th , but especially the cooling plate 7 can realize, are corresponding projections 17 or recesses of the side edges realized, so that the Crashleitelement 13 positive fit on the cooling plate 7 can be placed, and that of the housing cover 8th also form conclusively in the crash control elements 13 can be inserted. This structure stabilizes the cell block 10 In addition, so that a crash-related impairment can be largely avoided.

Je nach Aufbau und insbesondere je nach Länge des Zellenstapels 5 muss eine geeignete Anzahl an Crashleitelementen 13 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 13 auch nicht zu hoch gewählt werden, da diese ohne elektrische Funktionalität sind und damit die Baugröße der Batterie 3 und insbesondere die Länge des Zellenstapels 5 verlängern. Eine zu große Anzahl an derartigen Crashleitelementen 13 würde also die Baugröße der Batterie 3unnötig erhöhen und die Leistungsdichte senken. Da hat es sich besonders günstig erwiesen, wenn die Crashleitelemente 13 ausgehend 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 13 aus, um im Crashfall einen Kollaps des Batteriegehäuses 12 mit damit verbunden eine Beschädigung und/oder einen Kurzschluss der Batterieeinzelzellen 4 weitestgehend zu verhindern.Depending on the structure and especially depending on the length of the cell stack 5 must have a suitable number of crash control elements 13 used, which in conventional crash scenarios sufficient stabilization of the battery case 12 and thus a contact of the battery case 12 to the battery cells 4 prevented. On the other hand, the number of crash control elements 13 not too high, because they are without electrical functionality and thus the size of the battery 3 and especially the length of the cell stack 5 extend. Too large a number of such crash control elements 13 So would the size of the battery 3 unnecessarily increase and lower the power density. Since it has proven particularly favorable when the Crashleitelemente 13 starting from the middle of the cell stack 5 be arranged at a uniform distance to this center. In conventional constructions, as shown for example in the figures, then two of the Crashleitelementen suffice 13 in order to collapse the battery case in the event of a crash 12 associated therewith damage and / or short circuit of the battery individual cells 4 to prevent as far as possible.

Bei einer entsprechenden Rahmenflachbauweise mit metallischen Hüllblechen 15 und einem Rahmen 14 aus isolierendem Material kann es nun zusätzlich vorgesehen sein, dass zumindest eine gewisse Anzahl der Rahmen zusätzlich zu den Crashleitelementen 13 an wenigstens zwei ihrer Seitenkanten zumindest abschnittsweise über die Hüllbleche 15 hinausragen. Eine derartige Batterieeinzelzelle 4 ist in 6 beispielhaft dargestellt. Sie besteht im wesentlichen aus dem Rahmen 14 sowie den Hüllblechen 15, wie es bereits oben erläutert wurde, und wie es in der vergrößerten Darstellung der 4 zu erkennen ist. Der Rahmen 14 der hier dargestellten Ausgestaltung der Batterieeinzelzelle 4 weißt nun an jeder seiner Seitenkanten Bereiche 18 auf, welche seitlich über die Hüllbleche 15 hinausragen. Auch diese Bereiche 18 sind aus dem isolierenden Material des Rahmens 14 gefertigt und werden typischer Weise einstückig mit diesem ausgebildet, sie könnten jedoch auch mit dem Rahmen verklebt ausgebildet sein. Diese überstehenden Abschnitte 18 sorgen nun dafür, dass bei einer Deformation des Batteriegehäuses 12 sich dieses Batteriegehäuse 12 auf den überstehenden Abschnitten 18 abstützt und nicht mit den Hüllblechen 15 der Batterieeinzelzellen 4 in Berührung kommt. Dies kann den Effekt der Crashleitelemente 13 entsprechend unterstützen, so dass beispielsweise in gewissen Abständen zwischen den Crashleitelementen 13 Batterieeinzelzellen 4 eingesetzt werden, deren Rahmen derartige Bereiche 18 aufweist, um auch hier einen noch höhere Sicherheit gegen einen Kurzschluss der Batterieeinzelzellen 4 zu erzielen.In a corresponding frame flat construction with metallic cladding 15 and a frame 14 made of insulating material, it may now be additionally provided that at least a certain number of frames in addition to the crash control elements 13 on at least two of its side edges at least in sections over the Hüllbleche 15 protrude. Such a single battery cell 4 is in 6 exemplified. It consists essentially of the frame 14 and the cladding 15 , as already explained above, and as it is in the enlarged view of 4 can be seen. The frame 14 the embodiment of the single battery cell shown here 4 now know areas at each of its side edges 18 on which side over the Hüllbleche 15 protrude. Also these areas 18 are made of the insulating material of the frame 14 manufactured and are typically integrally formed with this, but they could also be glued to the frame. These protruding sections 18 now ensure that at a deformation of the battery case 12 this battery case 12 on the protruding sections 18 supports and not with the cladding 15 the battery cells 4 comes into contact. This can be the effect of Crashleitelemente 13 support accordingly, so that, for example, at certain intervals between the crash control elements 13 Battery cells 4 be used, whose frame such areas 18 has, even here, an even higher security against a short circuit of the battery individual cells 4 to achieve.

In 7 ist nochmals eine detaillierte Darstellung zu erkennen, bei der eine Vergrößerung des Abschnitts in 6 der Batterieeinzelzelle 4 dargestellt ist, in etwa analog zu der Darstellung in 4. Auch hier sind die beiden Hüllbleche 15 erkennbar, welche seitlich an dem Rahmen 14 anliegen. Der Bereich 18 ragt hier nun über die Hüllbleche 15 hinaus. Er ist dabei so ausgebildet, dass er im Bereich 18 eine größere Dicke aufweist, als in dem Bereich in dem er mit in flächigen Kontakt mit den Hüllblechen 15 steht. Diese Veränderung der Dicke dabei über eine Stufe 19 realisiert, welche so ausgebildet ist, dass sich bei einer Krafteinleitung vom Bereich 18 her, wie es durch die Pfeile angedeutet ist, die Hüllbleche 15 an dieser Stufe 19 abstützen, so dass es nicht zu einem Verschieben des Rahmens 14 gegenüber den Hüllblechen 15 kommen kann. Dadurch kann verhindert werden, dass die Hüllbleche 15 trotz der Bereiche 18, über den Rahmen 14, hinausragen können, was es zu einem Kurzschluss zwischen den einzelnen Hüllblechen 15 durch das metallische Batteriegehäuse 12 führen könnte.In 7 is again a detailed representation to recognize, in which an enlargement of the section in 6 the battery single cell 4 is shown, approximately analogous to the representation in 4 , Again, the two envelopes 15 recognizable, which laterally on the frame 14 issue. The area 18 protrudes here now on the cladding 15 out. He is so well trained that he is in the field 18 has a greater thickness than in the region in which it is in surface contact with the cladding sheets 15 stands. This change in thickness over a step 19 realized, which is designed so that at a force introduction of the area 18 forth, as indicated by the arrows, the cladding 15 at this stage 19 support it so that it does not move the frame 14 opposite the cladding 15 can come. This can prevent the cladding 15 despite the areas 18 , about the frame 14 , which may cause it to short out between each cladding 15 through the metallic battery case 12 could lead.

Der Aufbau mit den Crashleitelementen 13 und gegebenenfalls den zusätzlichen Abschnitten 18 an zumindest einigen der Batterieeinzelzellen 4 erlaubt somit eine Batterie 3 welche auch bei einem Crash des Fahrzeugs mit entsprechender Verformung der Frontpartie und/oder der Heckpartien, in welcher die Batterie 3 angeordnet ist, eine vergleichsweise hohe Sicherheit der Batterie 3 gewährleistet.The structure with the crash control elements 13 and optionally the additional sections 18 at least some of the battery cells 4 thus allows a battery 3 which also in a crash of the vehicle with a corresponding deformation of the front end and / or the rear sections, in which the battery 3 is arranged, a comparatively high security of the battery 3 guaranteed.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (13)

Batterie mit einer Vielzahl von flachen, im wesentlichen plattenförmigen Batterieeinzelzellen, welche zu einem Zellenstapel gestapelt sind, und mit einem den Zellenstapel umgebenen Batteriegehäuse, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Zellenstapel (5) parallel zu den Batterieeinzelzellen (4) wenigstens ein im wesentlichen plattenförmiges Element (13), als Crashleitelement, angeordnet ist, welches in wenigstens zwei gegenüberliegenden Richtungen in Richtung des Batteriegehäuses (12) aus dem Zellenstapel (5) hinausragt.A battery comprising a plurality of flat, substantially plate-shaped battery individual cells, which are stacked to form a cell stack, and having a battery housing surrounded by the cell stack, characterized in that in the cell stack ( 5 ) parallel to the battery cells ( 4 ) at least one substantially plate-shaped element ( 13 ), as Crashleitelement, arranged, which in at least two opposite directions in the direction of the battery case ( 12 ) from the cell stack ( 5 protrudes). Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (13) zumindest in seinen den jeweiligen Kanten zugewandten Bereichen aus einen elektrisch nicht leitenden Material ausgebildet ist.Battery according to claim 1, characterized in that the element ( 13 ) is formed at least in its respective edges facing the areas of an electrically non-conductive material. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Element (13) wenigstens zwei von einander getrennte elektrisch leitende Bereiche (16) aufweist, durch welche Strom von der einen Plattenfachseite zur anderen Plattenflachseite des Elements (13) leitbar ist.Battery according to claim 1 or 2, characterized in that the element ( 13 ) at least two separate electrically conductive regions ( 16 ), through which current flows from one plate compartment side to the other plate flat side of the element (FIG. 13 ) is conductive. Batterie nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenstapel (5) aus bipolaren Batterieeinzelzellen (4) aufgebaut ist.Battery according to one of claims 1, 2 or 3, characterized in that the cell stack ( 5 ) from bipolar battery cells ( 4 ) is constructed. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (4) in Lithium-Ionentechnologie realisiert sind.Battery according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the battery cells ( 4 ) are realized in lithium-ion technology. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Zellenstapel (5) auf einer Kühlplatte (7) angeordnet ist, wobei das wenigstens eine Element (13) quer zur längsten Erstreckung der Kühlplatte (7) angeordnet ist.Battery according to one of claims 1 to 5, characterized in that the cell stack ( 5 ) on a cooling plate ( 7 ), wherein the at least one element ( 13 ) across the longest extent of the cooling plate ( 7 ) is arranged. Batterie nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Element (13) durch Ausnehmungen und/oder Vorsprünge (17) quer zur Kühlplatte formschlüssig gehalten ist.Battery according to claim 6, characterized in that the at least one element ( 13 ) by recesses and / or projections ( 17 ) is held positively transversely to the cooling plate. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (4) in Rahmenflachbauweise mit metallischen Hüllblechen (15) und einem Rahmen (24) aus isolierendem Material ausgebildet sind, wobei wenigstens eine gewisse Anzahl der Batterieeinzelzellen (4) im Bereich der Rahmen (14) an wenigstens zwei ihrer Seitenkanten zumindest abschnittweise (18) über die Hüllbleche (15) hinausragen.Battery according to one of claims 1 to 7, characterized in that the battery cells ( 4 ) in frame flat construction with metallic cladding sheets ( 15 ) and a frame ( 24 ) are formed of insulating material, wherein at least a certain number of individual battery cells ( 4 ) in the field of frames ( 14 ) at least two of its side edges at least in sections ( 18 ) over the cladding sheets ( 15 ) protrude. Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Rahmen (14) im Bereich der Abschnitte (18), welche über die Ölbleche (15) hinausragen eine größere Dicke aufweist als im Bereich, in dem er in flächigem Kontakt zu den Hüllblechen (15) stehtBattery according to claim 8, characterized in that the frame ( 14 ) in the area of sections ( 18 ), which over the oil sheets ( 15 ) have a greater thickness than in the area in which it in surface contact with the cladding sheets ( 15 ) stands Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Dicke mittels einer Stufe (19) realisiert ist, an der sich die Hüllbleche (15) in Richtung der Seitenkanten der Batterieeinzelzelle (4) abstützen.Battery according to claim 9, characterized in that the variation of the thickness by means of a stage ( 19 ) is realized, at which the cladding sheets ( 15 ) in the direction of the side edges of the battery cell ( 4 ). Verwendung wenigstens einer Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 10, als Traktionsbatterie in einem Fahrzeug.Use of at least one battery after one of claims 1 to 10, as a traction battery in a Vehicle. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (3) im Frontbereich und/oder Heckbereich des Fahrzeugs (1) angeordnet ist.Use according to claim 11, characterized in that the at least one battery ( 3 ) in the front area and / or rear area of the vehicle ( 1 ) is arranged. Verwendung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Batterie (3) mit ihrer Stapelrichtung im wesentlichen quer zur Fahrtrichtung (F) angeordnet ist.Use according to claim 11, characterized in that the at least one battery ( 3 ) is arranged with its stacking direction substantially transverse to the direction of travel (F).
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