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Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Zellenstapel aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
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Als Batterien, insbesondere als Hochleistungsbatterien zur Speicherung von Traktionsenergie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug sind Batterien mit Stapeln von Batterieeinzelzellen bekannt. Die Batterieeinzelzellen können bevorzugt in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet sein. Eine typische Bauform für derartige Batterieeinzellen ist die sogenannte Flachzelle, welche im Wesentlichen flach ausgebildet ist und die Form eines Quaders aufweist. Derartige Flachzellen werden dann zu einem Stapel von Batterieeinzelzellen gestapelt. Die Batterie selbst wird nun von einem oder mehreren derartigen Stapeln, welche auch als Modul bezeichnet werden, gebildet. Beispielhaft soll hierzu auf die Batterie verwiesen werden, welche durch die
US 5,756,227 beschrieben ist.
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Bei den Flachzellen, welche sehr häufig als Batterieeinzelzellen für Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, sind dabei zwei verschiedene Bauarten gängig. Die eine Bauart ist eine sogenannte Rahmenflachzelle, bei welcher ein stabiler Rahmen zwei Deckelemente voneinander beabstandet. Der sich im Inneren bildende Raum ist dann mit dem elektrochemisch aktiven Material, typischerweise einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien, Separatoren und Elektrolyt, gefüllt. Als Alternative hierzu sind Zellen denkbar, welche durchgehend ein Gehäuse aufweisen, welches beispielsweise als quaderförmiger Hohlraum ausgebildet ist, so wie es in der oben genannten US-Schrift zu erkennen ist. Eine sehr viel einfachere und kostengünstigere Variante hiervon ist eine Batterieeinzelzelle, welche so aufgebaut ist, dass die elektrochemisch aktiven Materialien in Folie eingeschweißt ausgebildet sind. Die Folie bildet dann eine Art Beutel um den elektrochemisch aktiven Teil der Batterieeinzelzelle. Die Pole der beiden elektrischen Anschlüsse der Batterieeinzelzelle, ragen aus diesem verschweißten Beutel typischerweise auf einer Seite heraus. Aufgrund der Beutelform wird die so aufgebaute Batterieeinzelzelle auch als Pouch- oder Coffeebag-Zelle bezeichnet.
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In der oben genannten
US 5,756,227 ist außerdem eine Kühlung der Batterieeinzelzellen zu erkennen. Die Kühlung erfolgt in diesem Fall über einen Aufbau aus zwischen den Batterieeinzelzellen liegenden Wärmeleitblechen, welche dann gekühlt werden. Dazu können die Wärmeleitbleche alle an ein seitliches Zentralelement angebracht sein, welches von einem Kühlmedium durchströmt werden kann.
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Ein ähnlicher Aufbau einer Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen ist außerdem in der
US 2008/0090137 A1 beschreiben. Bei diesem Aufbau sind zwischen den Batterieeinzelzellen eines Zellenstapels ebenfalls Wärmeleitbleche angeordnet. Die Wärmeleitbleche enden auf einer Seite des Zellenstapels in Form von Wärmeleitrippen oder dergleichen, welche von einem gasförmigen Kühlmedium entsprechend umströmt werden, um die in den Batterieeinzelzellen entstehende Abwärme abzuführen.
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Beide Aufbauten zur Kühlung sind vergleichsweise aufwändig und benötigen einen entsprechend großen Aufbau. Aufgrund der Tatsache, dass zwischen dem Kühlblech und den elektrochemisch aktiven Materialien des Zellenstapels immer elektrisch isolierende Materialien, beispielsweise eine Umhüllung der Batterieeinzelzelle, eine isolierende Zwischenschicht oder dergleichen angebracht ist, muss zur Abfuhr der entstehenden Wärme vergleichsweise viel Kühlmedium eingesetzt werden, sodass der Aufbau insgesamt sehr groß, aufwendig, schwer und teuer wird.
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Es ist daher die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung, eine Batterie mit einem Zellenstapel aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen zu schaffen, bei dem die oben genannte Problematik vermieden und mit minimalem Aufwand eine bestmögliche Kühlung des Zellenstapels erzielt wird.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gelöst. Die abhängigen Ansprüche geben weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser erfindungsgemäßen Lösung an.
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Dadurch, dass gemäß der Erfindung Leitvorrichtungen für ein Kühlmedium mit den metallischen Elementen verbunden sind, welche die Batterieeinzelzellen des Zellenstapels elektrisch miteinander kontaktieren, erfolgt eine Wärmeabfuhr zumindest indirekt aus dem Bereich der elektrischen Kontakte jeder einzelnen der Batterieeinzelzellen. Da im Bereich der elektrischen Kontakte aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit der elektrischen Kontakte und des vergleichsweise hohen widerstandbehafteten Stromflusses im Bereich dieser Kontakte eine besonders hohe Wärmemenge entsteht, kann durch eine Kühlung der metallischen Verbindungselemente zwischen den elektrischen Kontakten mit einer vergleichsweise kleinen Menge an Kühlmedium eine sehr effiziente Kühlung der Batterie erreicht werden. Im Bereich der elektrischen Kontakte wird im Allgemeinen ein Wärmestrom nach außen geführt, welcher um einige Größenordnungen größer ist als ein beispielsweise quer zur Zelle durch deren Gehäuse oder Außenmantel gelangender Wärmestrom. Der Aufbau kann somit sehr einfach, klein und kostengünstig für eine sichere und zuverlässige Kühlung der Batterie genutzt werden.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es dabei vorgesehen, dass die Leitvorrichtungen so zwischen den elektrischen Kontakten der Batterieeinzelzellen angeordnet sind, dass sie den Zellenstapel in Richtung der Kontakte quer zur Stapelrichtung nicht überragen.
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Insbesondere beim Aufbau der Batterieeinzelzellen als sogenannte Pouch- oder Coffeebag-Zellen stehen die elektrischen Kontakte typischerweise in eine Richtung über die Batterieeinzelzelle hinaus. Da die elektrischen Kontakte eine weitaus geringere Dicke aufweisen als die Batterieeinzelzelle in ihrem dicksten Bereich, entsteht beim Aufeinanderstapeln der Batterieeinzelzellen ein freier Raum quer zur Stapelrichtung neben den Batterieeinzelzellen und zwischen den elektrischen Kontakten benachbarter Batterieeinzelzellen. Dieser freie Raum kann nun im erfindungsgemäßen Aufbau genutzt werden, um die Leitvorrichtungen dort anzuordnen. Diese sind mit den metallischen Elementen zur Kontaktierung der Batterieeinzelzellen verbunden und kühlen damit die Batterieeinzelzellen über deren elektrische Kontakte.
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Als Kühlmedium kann dabei sowohl ein flüssiges Kühlmedium eingesetzt werden als auch ein gasförmiges Kühlmedium, welches durch den Bereich der Leitvorrichtungen strömt oder beispielsweise auch in einer Zwangsströmung durch ein Gebläse oder dergleichen durch diesen Bereich geleitet wird. Auch Klima- beziehungsweise Kältemittel, welche im Bereich der Leitvorrichtungen verdampfen und an anderer Stelle eines Kühlkreislaufs wieder verflüssigt werden, sind als Kühlmedien möglich.
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Da die Leitvorrichtungen über die metallischen Elemente zumindest mittelbar in elektrischem Kontakt zu den Kontakten der Batterieeinzelzellen stehen, ist es selbstverständlich, dass das Kühlmedium, egal ob gasförmig oder flüssig, selbst als nicht leitendes Kühlmedium ausgebildet sein muss, um Kriechströme, Kurzschlüsse und dergleichen zu unterbinden.
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In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es dabei vorgesehen, dass die Leitvorrichtungen als Rohrleitungen oder im Querschnitt geschlossene Hohlprofile ausgebildet sind.
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Dieser Aufbau eignet sich besonders gut für ein flüssiges Kühlmedium oder ein Klima- beziehungsweise Kältemittel, da dieses dann sehr gezielt in die Bereiche geführt werden kann, in denen Wärme abgeführt werden muss.
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In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung dieser Idee ist es dabei vorgesehen, dass die Rohrleitungen oder die im Querschnitt geschlossene Hohlprofile über elektrisch isolierende Elemente mit Sammlern verbunden sind beziehungsweise der Sammler selbst aus elektrisch isolierendem Material hergestellt ist.
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Dieser Aufbau, bei dem Rohrleitungen beispielsweise aus Kupfer oder einem ähnlichen gut wärmeleitenden Material mit den metallischen Elementen verbunden, beispielsweise verschweißt, werden, kann eine sehr hohe Wärmeabfuhr beim Einsatz eines geeigneten Kühlmediums garantieren. Da die Rohrleitungen dann selbst unter dem Potential des mit ihm verbundenen metallischen Elements stehen, müssen diese über ein elektrisch isolierendes Element, beispielsweise einen Gummischlauch oder dergleichen, mit dem Sammler verbunden werden. Alternativ dazu wäre es auch denkbar, den Sammler selbst aus einem elektrisch isolierenden Material auszubilden. So könnten beispielsweise zahlreiche nebeneinander angeordnete Rohrleitungen, welche jeweils mit den metallischen Elementen zwischen zwei benachbarten Batterieeinzelzellen in Verbindung stehen, seitlich über den Zellenstapel hinausragen. In einem Sammler aus einem Kunststoffmaterial würden diese Rohrleitungen dann entsprechend umschlossen, sodass diese für die Strömung des Kühlmediums parallel zueinander geschaltet werden. Der Sammler auf der einen Seite des Zellenstapels wird dann mit dem Zustrom des Kühlmittels verbunden, der Sammler auf der anderen Seite des Zellenstapels mit einem Abstrom für das Kühlmedium. Damit entsteht ein sehr einfacher und kompakter Aufbau, welcher trotz der auf einem elektrischen Potential liegenden Rohrleitungen eine sichere und zuverlässige Kühlung gewährleistet, ohne dass Kurzschlüsse, Kriechströme oder dergleichen auftreten können.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen abhängigen Ansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welche nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert ist.
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Dabei zeigen:
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1 eine Draufsicht auf eine beispielhafte Batterie;
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2 eine dreidimensionale Darstellung einer Batterieeinzelzelle;
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3 eine Darstellung eines möglichen metallischen Elements;
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4 eine Darstellung einer Batterieeinzelzelle mit zwei der metallischen Elemente;
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5 eine Darstellung von zwei in dem Stapel aufeinandergestapelten Batterieeinzelzellen;
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6 eine Darstellung einer Anbindung von Kühlleitungen;
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7 eine Darstellung eines weiteren möglichen metallischen Elements; und
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8 eine Darstellung einer weiteren möglichen Ausführungsform des metallischen Elements.
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In 1 ist ein möglicher Aufbau einer Batterie 1 prinzipmäßig dargestellt. Die Batterie 1 besteht dabei aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier nur einige mit einem Bezugszeichen versehen sind. Die Batterieeinzelzellen 2 sind als sogenannte Flachzellen ausgebildet und zu einem Zellenstapel 3 von Batterieeinzelzellen 2 aufgestapelt. Dieser Zellenstapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist dabei in später noch näher erläuterter Weise elektrisch kontaktiert und sollte, insbesondere bei einer Ausführung der Batterieeinzelzellen 2 in Lithium-Ionen-Technologie, über eine geeignete Kühlung verfügen, welche nachfolgend noch näher beschrieben wird. Der Zellenstapel 3 der Batterieeinzelzellen 2 ist zwischen zwei Endplatten 4 über Spanneinrichtungen 5 verspannt. Die Spanneinrichtungen 5 können in beliebiger Art und Weise ausgebildet sein, besonders gängig sind bei derartigen Batterien 1 Spannbänder, Zuganker oder Ähnliches zum Verspannen der beiden Endplatten 4. In der hier gewählten Darstellung der 1 sind die Spanneinrichtungen 5 als Zuganker ausgebildet, welche mit den Endplatten 4 durch Verschrauben verbunden sind. Nun kommt es beim Laden und Entladen der Batterieeinzelzellen zu einer Variation ihres Volumens in Abhängigkeit des Ladezustands. Diese als „Atmen” bezeichnete Volumenänderung kann bei üblichen Flachzellen in Lithium-Ionen-Technologie, welche beispielsweise eine Dicke in Stapelrichtung von ca. 10–15 mm aufweisen, durchaus in einer Größenordnung von ca. 0,1–0,4 mm liegen. Wird die Batterie 1 nun zur Speicherung von Traktionsenergie in einem Elektrofahrzeug, einem Hybridfahrzeug, einem Brennstoffzellenfahrzeug oder dergleichen eingesetzt, so sind entsprechend hohe elektrische Spannungen der Batterie 1 notwendig. Die Anzahl der Batterieeinzelzellen 2 wird also entsprechend hoch liegen, im Allgemeinen sicher deutlich höher, als in der beispielhaften Darstellung der 1. Eine Ausdehnung jeder einzelnen der Batterieeinzelzellen 2 in Stapelrichtung um beispielsweise 0,2–0,3 mm führt also insgesamt zu einer deutlichen Längenausdehnung beziehungsweise Längenverkürzung des Zellenstapels 3, je nach Ladezustand der Batterie 1. Die in der Darstellung der 1 als Zuganker ausgebildeten Spanneinrichtungen 5 weisen daher ein federelastisches Element zum Ausgleich einer solchen Längenausdehnung auf. Dieses Element 6, welches eine Elastizität der Spanneinrichtungen 5 in Stapelrichtung gewährleistet, sorgt für einen gleichmäßigen Druck auf die Batterieeinzelzellen 2 des Zellenstapels 3, unabhängig vom Ladezustand.
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In der Darstellung der 2 ist eine der Batterieeinzelzellen 2 in einer dreidimensionalen Darstellung zu erkennen. Es handelt sich dabei um eine Batterieeinzelzelle 2, deren elektrochemisch aktiven Materialien zwischen Folien in der Art eines Beutels verschweißt sind. Batterieeinzelzellen 2 dieser Bauart werden auch als Pouch- oder Coffeebag-Zellen bezeichnet. Die elektrochemisch aktiven Materialien, welche hier nicht zu erkennen sind, bestehen im Allgemeinen aus einem Stapel von Anodenfolien, Kathodenfolien sowie dazwischen angeordneten Separatoren. Dieser Stapel ist mit Elektrolyt getränkt und zwischen den Folien oder in einem Beutel dicht und typischerweise unter Vakuum verschweißt. Auf einer Seite der Batterieeinzelzelle 2 ragen zwei elektrische Kontakte beziehungsweise Pole 7, 8 aus dem Beutel heraus. Dieser Aufbau der Batterieeinzelzelle 2 ist soweit an sich bekannt und üblich.
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In der Darstellung der 3 ist nun ein metallisches Element 9 zu erkennen, welches hier als Zwischenblech 9 ausgebildet ist und, welches beim Stapeln der Batterieeinzelzellen 2 zu dem Zellenstapel 3 zwischen den Batterieeinzelzellen 2 angeordnet werden kann. Das Zwischenblech 9 weist einen im Wesentlichen flächigen Abschnitt 9' sowie einen quer zur Stapelrichtung über den flächigen Abschnitt 9' hinausragenden Kontaktierungsbereich 10 auf. Dieser Kontaktierungsbereich 10 des Zwischenblechs 9 wird dann mit einem der elektrischen Pole 7, 8 der Batterieeinzelzelle 2 verbunden, sodass das gesamte Zwischenblech 9 die elektrische Polarität dieses elektrischen Pols 7 oder 8 aufweist. Die Verbindung kann dabei durch ein Klemmen erfolgen, bei dem beispielsweise der Kontaktbereich 10 in dem Bereich, in dem er den elektrischen Pol 7 oder 8 berührt, mit diesem verschraubt wird. Dies kann beispielsweise durch Löcher und eingeführte Schrauben, aber auch durch das Verschrauben mit einem entsprechenden Flachprofil, U-Profil, L-Profil oder dergleichen erfolgen. Alternativ dazu ist es auch denkbar, den jeweiligen elektrischen Pol 7 oder 8 und den Kontaktbereich 10 durch Verschweißen miteinander zu verbinden. Hier wären beispielsweise Ultraschallschweißverfahren, Laserschweißverfahren oder ein Rollnahtschweißen als bevorzugte Möglichkeiten zu nennen. Neben dem Verschweißen ist selbstverständlich auch ein Löten, beispielsweise eine Ultraschalllötung oder eine Hochfrequenzlötung, denkbar. Alternativ dazu kann auch ein mechanisches Fügen angedacht werden, beispielsweise durch Grimpen oder Verquetschen. Auch das Aufquetschen von Klemmelementen oder analog zur oben genannten Verschraubung das Anbringen von Nieten, wäre denkbar.
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Unabhängig davon, wie diese Kontaktierung des Zwischenblechs 9 beziehungsweise des Kontaktbereichs 10 desselben mit dem jeweiligen Pol 7 oder 8 erfolgt, ist so immer sichergestellt, dass das Zwischenblech 9 die Polarität des entsprechenden Pols 7 oder 8 aufweist. In der Darstellung der 4 ist nun eine der Batterieeinzelzellen 2 mit zwei benachbarten Zwischenblechen 9 in einem Ausschnitt zu erkennen. Die Zwischenbleche 9 sind dabei auf den beiden Flachseiten der Batterieeinzelzelle 2 angeordnet. Der Kontaktbereich 10 des einen Zwischenblechs 9 ist mit dem beispielsweise positiven elektrischen Pol 7 der Batterieeinzelzelle 2 verbunden, welcher in 4 vom Kontaktbereich 10 verdeckt ist, das andere mit dem negativen Pol 8. Die beiden Zwischenbleche 9 sind dabei im Wesentlichen symmetrisch zueinander ausgebildet, wobei der Kontaktbereich 10 jeweils auf der anderen Seite des Zwischenblechs 9 angeordnet ist. Dieser kann in besonders einfacher und vorteilhafter Weise durch ein Abkanten beziehungsweise Biegen in Form einer Doppelwelle flexibel realisiert werden. Damit lassen sich die Zwischenbleche 9 einfach und zuverlässig in identischer Art und Weise und in identischer Form aus einem großen Blech ausstanzen. Sie sind bevorzugt aus einem elektrisch und damit auch thermisch gut leitenden Material ausgebildet. Bevorzugt werden dabei Bleche aus Aluminium, Kupfer oder entsprechenden Legierungen mit diesen Elementen eingesetzt. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kann auch aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung ausgebildet sein. Die so jeweils identisch ausgestanzten Zwischenbleche 9 werden dann abwechselnd in die eine Richtung oder die andere Richtung in Form der bereits beschriebenen Doppelwelle zweifach abgekantet beziehungsweise gebogen, sodass der Aufbau des Zwischenblechs 9 zur Kontaktierung mit dem Pluspol 7 oder ein Aufbau des Zwischenblechs 9 zur Kontaktierung mit dem Minuspol 8 der Batterieeinzelzelle entsteht. Dies ist besonders einfach und kostengünstig in der Herstellung.
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Durch die Doppelwelle, oder auch mehrere Wellen oder V-förmige Abschnitte wird außerdem erreicht, dass eine gewisse Flexibilität des Kontaktbereichs 10 in Stapelrichtung erzielt wird. Wie bereits erwähnt, kann es bei unterschiedlichen Ladezuständen der Batterieeinzelzelle 2 zu dem sogenannten „Atmen” kommen. Damit kommt es selbstverständlich auch zu einer mechanischen Verschiebung der Zwischenbleche 9 gegenüber den Polen 7, 8 der Batterieeinzelzelle 2. Durch den als Doppelwelle ausgebildeten Kontaktbereich 10 kann nun eine gewisse Flexibilität in dem Bereich dieser Verbindung beziehungsweise des Zwischenblechs 9 eingebracht werden. Damit kann ein Ausweichen beim Dehnen des Stapels erfolgen, ohne das die Zwischenbleche 9 von den Polen 7, 8 abreißen können.
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In 4 sind außerdem Leitvorrichtungen 11 für ein Kühlmedium zu erkennen. Diese sind hier als Rohrleitungen 11 ausgebildet. Die Rohrleitungen 11 sind dabei in dem Bereich angeordnet, in dem zwischen den Zwischenblechen 9 und der eigentlichen Batterieeinzelzelle 2 auf ihrer den elektrischen Kontakten beziehungsweise Polen 7, 8 zugewandten Seite ein gewisser Freiraum verbleibt. Die beiden Rohrleitungen 11 dienen zur Aufnahme eines Kühlmediums. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit vergleichsweise kleinen Querschnitten der Rohrleitungen 11 kann dieses Kühlmedium insbesondere ein flüssiges Kühlmedium oder ein Klima- beziehungsweise Kältemittel sein. Die Rohrleitungen 11 sind aus einem gut wärmeleitenden Material ausgebildet, beispielsweise demselben Material wie die Zwischenbleche 9. Sie sind fest und wärmeleitend mit den Zwischenblechen 9 verbunden. Dies kann ebenfalls durch Schweißen, beispielsweise Laserschweißen, Rollnahtschweißen oder dergleichen erfolgen. Alternativ hierzu wäre auch ein Löten oder ein Kleben mit einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einem Silberleitkleber denkbar.
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Die Rohrleitungen 11 sind sehr gut wärmeleitend und typischerweise auch elektrisch leitend mit den einzelnen Zwischenblechen 9 der Batterieeinzelzellen 2 verbunden und weisen dementsprechend ein elektrisches Potential auf. Als Kühlmedium ist daher ein nicht leitendes Medium zu wählen, um einen Stromfluss durch das Medium zu vermeiden.
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In der Darstellung der 5 ist nun zu erkennen, wie die mit den beiden Zwischenblechen 9 und Rohrleitungen 11 versehenen Batterieeinzelzellen 2 übereinander gestapelt werden. Dabei kommen die Zwischenbleche 9, welche mit jeweils unterschiedlichen Polen 7, 8 der benachbarten Batterieeinzelzellen 2 in Kontakt stehen, miteinander in Berührung. Damit kommt es zu einem elektrischen Kontakt zwischen den Zwischenblechen 9 und damit zwischen den entgegengesetzten Polen 7, 8 der benachbarten Batterieeinzelzellen 2. Alleine durch das Stapeln der so mit den Zwischenblechen 9 versehenen Batterieeinzelzellen 2 wird also eine serielle Verschaltung der aufeinander gestapelten Batterieeinzelzellen 2 realisiert. Dies ist gegenüber jeder anderen Art der elektrischen Kontaktierung hinsichtlich des Montageaufwands extrem einfach und zeitsparend zu realisieren. Außerdem wird eine sichere und zuverlässige Kontaktierung auf einer sehr großen Kontaktfläche gewährleistet, sodass beste elektrische Eigenschaften der Batterie 1 realisiert werden können. Der gesamte Zellenstapel 3 weist dann an seiner einen Endplatte 4 die eine Polarität und an seiner anderen Endplatte 4 die andere Polarität auf. Hier können die Polaritäten entsprechend abgegriffen werden. Es ist selbstverständlich auch denkbar, diese vor dem Erreichen der Endplatte über eine weitere spezielle Zwischenplatte entsprechend abzugreifen und aus dem Zellenstapel 3 herauszuführen, beispielsweise zu einem Steckanschluss oder dergleichen.
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In der Darstellung der 6 ist eine stark schematisierte Draufsicht auf einen solchen Zellenstapel 3 mit einer Kühlung über die Rohrleitungen 11 zu erkennen. Zur Vereinfachung der Darstellung ist dabei lediglich eine der Batterieeinzelzellen 2, samt Zwischenblechen 9 und Rohrleitungen 11 in dem Zellenstapel 3 mit Bezugszeichen versehen. Der Aufbau ist dabei so, dass, wie bereits in 5 gezeigt, mehrere der Batterieeinzelzellen 2 entsprechend zu dem Zellenstapel 3 gestapelt sind. Die Rohrleitungen 11 ragen seitlich quer zur Stapelrichtung über die Batterieeinzelzellen 2 hinaus. Sie sind auf beiden Seiten in Sammlern 12 gefasst, sodass die einzelnen Rohrleitungen 11 fluidisch parallel zueinander geschaltet sind. Wird nun der eine der Sammler 12 mit einem beispielsweise flüssigen Kühlmedium beaufschlagt, so strömt dieses Kühlmedium durch den Sammler 12 und die Rohrleitungen 11 in den gegenüberliegenden Sammler 12 und kann von dort beispielsweise über eine Pumpe und einen Kühlwärmetauscher abgeführt und im Kreislauf zurück zu dem ersten Sammler 12 geführt werden. Da nun die einzelnen Rohrleitungen 11 auf unterschiedlichen elektrischen Potentialen liegen, muss darauf geachtet werden, dass der Sammler 12 selbst nicht aus einem elektrisch leitenden Material besteht oder dass zwischen dem Sammler 12 und den Rohrleitungen 11 ein elektrisch isolierendes Material angeordnet ist, sodass über den Sammler 12 die Batterieeinzelzellen 2 nicht kurzgeschlossen werden können. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform kann es dabei vorsehen, dass der Sammler 12 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt wird. Beispielsweise könnten zwei Hälften aus Kunststoffmaterial hergestellt werden, welche jeweils Aufnahmen für den halben Querschnitt der Rohrleitungen 11 aufweisen. Beim Zusammenstecken und Miteinanderverbinden, beispielsweise Verkleben oder Ultraschallschweißen der einzelnen Hälften des Sammlers 12, entsteht so ein Kunststoffsammler 12, welcher die Rohrleitungen 11 sicher und dicht hält. Dabei kann es beispielsweise auch vorgesehen sein, dass in den Endbereichen der Rohrleitungen entsprechende Nuten, Sicken oder dergleichen vorgesehen sind, um dieses dichte Halten der Rohrleitungen 11 in dem Sammler 12 zu erleichtern.
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In der Darstellung der 7 ist eine alternative Ausführungsform für das metallische Element zu erkennen. Das metallische Element 9 ist hier als U-Profil ausgebildet und verbindet den einen elektrischen Pol 7 der einen Batterieeinzelzelle 2 mit dem anderen elektrischen Pol 8 der anderen Batterieeinzelzelle 2. Wird dieser Aufbau beim Stapeln der Batterieeinzelzellen 2 zu dem Zellenstapel 3 entsprechend fortgesetzt, entsteht auch hier eine Reihenschaltung der einzelnen Batterieeinzelzellen 2 in dem Zellenstapel 3. Ein Spannungsabgriff kann dann in vergleichbarer Art und Weise wie bei dem oben beschriebenen Aufbau realisiert werden. Die Batterieeinzelzellen 2 sind dabei identisch aufeinandergestapelt, sodass über die U-Profile immer der auf der einen Seite liegende elektrische Pol 7 mit dem auf der anderen Seite des Zellenstapels 3 liegenden elektrischen Pol 8 verbunden wird. Hierdurch ist eine entsprechende Länge des U-Profils sichergestellt. Ein Aufbau mit spiegelbildlich angeordneten Zellen und damit kürzeren U-Profilen wäre ebenso denkbar, dann wäre ggf. jedoch eine zusätzliche Kühlung notwendig. Im Bereich des U-Profils sind nun wiederum die Leitvorrichtungen 11 für das Kühlmedium angebracht, welche in 7 nicht explizit dargestellt sind. Diese können beispielsweise in dem U-Profil angebrachte Rohrleitungen 11 sein, analog zu dem oben beschriebenen Aufbau. Auch hier können die Rohrleitungen 11 mit dem U-Profil in ähnlicher Weise wie mit dem Zwischenblech verbunden werden. Alternativ hierzu ist es auch denkbar, dass das U-Profil selbst als Leitvorrichtung 11 für ein Kühlmedium dient. Dies ist insbesondere beim Einsatz eines gasförmigen Kühlmediums sinnvoll, da das U-Profil als ein in wenigstens eine Richtung offenes Profil ausgebildet ist und somit ein flüssiges Kühlmedium oder ein Klima- beziehungsweise Kältemittel nicht sinnvoll leiten kann. Wenn der Bereich mit dem U-Profil nun von einem Gas als Kühlmedium durchströmt wird, so kann dieses Gas im Bereich des zugleich als metallisches Element 9 und Leitvorrichtung 11 genutzten U-Profils von dessen metallischen Wandungen Wärme aufnehmen und ableiten. Zur Verbesserung des Wärmeübergangs kann, insbesondere beim Einsatz mit einem gasförmigen Kühlmedium, prinzipiell aber auch beim Einsatz von flüssigen Kühlmedien, im Bereich der Leitvorrichtungen 11 an der Oberfläche ein entsprechender Aufbau vorgesehen sein, welcher die Turbulenz der Strömung erhöht. Dies können beispielsweise Noppen, Gitter, aber auch metallische Geflechte, Strömungsmischer oder dergleichen im Bereich der Leitvorrichtungen 11 sein. All diese Einbauten erhöhen die Turbulenz der Strömung und verbessern damit die Wärmeaufnahme durch das Kühlmedium. Diese Einbauten zur Verbesserung des Wärmeübergangs sind dabei sowohl in dem U-Profil als auch im Bereich von Rohrleitungen 11 oder Hohlprofilen als Leitvorrichtungen 11 denkbar.
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In der Darstellung der 8 ist nun ein weiterer Aufbau zu erkennen, bei dem ein Hohlprofil, welches allseitig geschlossen ausgebildet ist, als das metallische Element 9 und die Leitvorrichtung 11 eingesetzt wird. Dabei kann in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel die Leitvorrichtung 11 und das metallisches Element 9 einstückig, zum Beispiel aus einem Metall hergestellt werden. Je nach Länge des hier im Schnitt dargestellten Hohlprofils kann dieses wiederum von einem gasförmigen Kühlmedium durchströmt werden, sodass dieses dann seitlich offen ausgebildet werden kann. Dabei ist grundsätzlich auch die Anordnung mit einem geschlossenen Kühlkreislauf, bei dem die entsprechenden Leitvorrichtungen 11 im Querschnitt geschlossen ausgebildet und in einem Sammler 12 zusammengefasst sind, sowohl für ein flüssiges als auch ein gasförmiges Kühlmedium denkbar. Insbesondere wäre es denkbar, einen Kühlkreislauf ähnlich dem einer Klimaanlage aufzubauen, bei dem das Kühlmedium im Kreislauf sowohl flüssig als auch gasförmig vorliegt, je nach Bereich, in dem es sich im Kreislauf befindet. Die Leitvorrichtungen 11 können dann Teil eines solchen Klimakreislaufs sein, um so eine sehr effiziente Kühlung der Batterie 1 sicherzustellen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 5756227 [0002, 0004]
- US 2008/0090137 A1 [0005]
