-
Die Erfindung betrifft eine Batterie mit einem Zellenstapel nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.
-
Aus dem allgemeinen Stand der Technik sind Batterien, und hier insbesondere Hochleistungs- beziehungsweise Hochvoltbatterien bekannt, welche aus einem Zellenstapel mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen ausgebildet sind. Diese Batterieeinzelzellen sind dabei im wesentlichen flach beziehungsweise quaderförmig ausgebildet. Sie können sowohl in einem bipolaren Aufbau realisiert werden, beispielsweise als bipolare Rahmenflachzelle, oder auch in einem Aufbau mit einem geschlossenen Gehäuse oder als in Folie eingeschweißte Flachzellen, sogenannte Coffebag- oder Pouch-Zellen. All diesen Batterieeinzelzellen ist es gemeinsam, dass die Batterieeinzelzellen typischerweise zu einem Zellenstapel aufgestapelt und dann über geeignete Spanneinrichtungen, beispielweise Spannbänder oder Zuganker, verspannt werden. Dieser Zellenstapel wird dann als eigenständiges Modul in ein Batteriegehäuse eingebracht und in dem Batteriegehäuse entsprechend gesichert und befestigt, beispielsweise durch Rahmenauflagen, Spannbändern oder Ähnliches.
-
Aus der
EP 1 710 859 A1 ist eine Batterie bekannt, welche aus einem solchen Zellenstapel von Batterieeinzelzellen besteht. Die Batterieeinzelzellen sind dabei durch Zuganker beziehungsweise Schrauben als Spanneinrichtungen miteinander verspannt und werden durch diese Spanneinrichtungen gleichzeitig auf einer Grundplatte des Batteriegehäuses fixiert. Die Zuganker dienen außerdem zur elektrischen Kontaktierung der Batterieeinzelzellen untereinander. Der Aufbau ist sehr komplex, da hier beim Anspannen der Zuganker gleichzeitig die elektrische Kontaktierung der Batterieeinzelzellen realisiert werden muss. Dabei ist der Aufbau in der oben genannten EP-Schrift vergleichsweise klein, so dass hier nur eine eher geringe Anzahl an Batterieeinzelzellen zu dem Zellenstapel verspannt ist. Wird nun eine Vielzahl von Batterieeinzelzellen zu einer Batterie oder einem Zellenstapel verspannt, um beispielsweise Spannungen in der Größenordnung von einigen 100 Volt zu realisieren, so sind sehr viel mehr Batterieeinzelzellen notwendig, als in der EP-Schrift beschrieben. Um eine solche Zahl von Batterieeinzelzellen sicher und zuverlässig untereinander zu verspannen, und diese im Fall der Ausbildung als bipolare Rahmenflachzelle sicher und zuverlässig zu kontaktieren, müssen vergleichsweise hohe Kräfte aufgebracht werden. Die Zuganker müssen also deutlich größer dimensioniert werden. Dies erhöht den ohnehin schon sehr komplexen Aufbau nochmals. Damit wird für die Zuganker zusätzliches Bauvolumen und Gewicht benötigt.
-
Es ist nun die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung eine Batterie gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 dahingehend weiterzubilden, dass ein einfacher, kompakter und leichter Aufbau der Batterie realisiert werden kann.
-
Dies wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
-
Dadurch, dass die Spanneinrichtungen gemäß der Erfindung so ausgebildet sind, dass sie den Zellenstapel zwischen wenigstens zwei Abschnitten des Batteriegehäuses verspannen, nutzen die Spanneinrichtungen einen Teil des Batteriegehäuses mit. Dies bedeutet, dass Kräfte, welche beim bisherigen Aufbau durch die Spanneinrichtungen aufgebracht und/oder übertragen worden sind, jetzt durch das Batteriegehäuse aufgebracht beispielsweise übertragen werden. Damit lassen sich zumindest Teile der bisherigen Spanneinrichtungen einsparen, sodass das Gewicht der erfindungsgemäßen Batterie gegenüber dem Stand der Technik reduziert werden kann, außerdem wird die Anzahl an benötigten Teilen reduziert, was sich wiederum günstig hinsichtlich der Material- und Montagekosten auswirkt. Dadurch, dass nun Teile des ohnehin vorhandenen und benötigten Batteriegehäuses als Elemente der Spanneinrichtungen genutzt werden, wird der ansonsten für Spanneinrichtungen benötigte Bauraum frei. Dieser frei gewordene Bauraum lässt sich nun konstruktiv nutzen, um entweder das Volumen elektrochemisch aktiven Materialien entsprechend zu vergrößern oder die Batterieeinzelzellen kleiner auszuführen. Alles in allem lässt sich dadurch die Speicherdichte der erfindungsgemäßen Batterie erhöhen.
-
In einer besonders günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist es dabei vorgesehen, dass das Batteriegehäuse zumindest teilweise aus Metall ausgebildet ist.
-
Ein solches Batteriegehäuse aus Metall oder mit metallischen Einlagen ist entsprechend stabil und kann die Aufgabe, als Teil der Spanneinrichtung eingesetzt zu werden, so ideal erfüllen. Außerdem ergibt sich durch ein zumindest teilweise aus Metall ausgebildetes Batteriegehäuse ein sehr guter mechanischer Schutz der erfindungsgemäßen Batterie. Ein so ausgebildetes und daher zumindest teilweise elektrisch leitendes Batteriegehäuse hat darüber hinaus den Vorteil, dass es den Zellenstapel der Batterie elektromagnetisch abschirmt, sodass eine Interaktion der Batterie mit anderen elektrischen Bauteilen verhindert und die Emission von elektromagnetischer Strahlung zumindest reduziert werden kann.
-
In einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batterie ist ferner vorgesehen, dass im Bereich der Spanneinrichtungen und/oder des Zellenstapels elastische Elemente vorgesehen sind.
-
Solche elastischen Elemente können beispielsweise in den Spanneinrichtungen selbst integriert sein, in dem diese einen elastischen Bereich, ein Federmittel oder dergleichen aufweisen. Es ist auch denkbar, ergänzend oder alternativ zwischen den Spanneinrichtungen und dem Zellenstapel oder auch zwischen allen oder einzelnen Batterieeinzelzellen des Zellenstapels elastische Elemente anzuordnen. Typischerweise haben Batterieeinzelzellen, insbesondere wenn sie in Lithium-Ionen-Technologie ausgeführt sind, die Eigenschaft, dass sich diese beim Laden und Entladen in ihrem Bauvolumen geringfügig ändern. Ein Zellenstapel aus einer Vielzahl solcher Batterieeinzelzellen wird also in seiner Gesamtlänge je nach Ladezustand Unterschiede aufweisen. Über die elastischen Mittel lässt sich nun durch die Spanneinrichtungen eine entsprechende Vorspannung auf den Zellenstapel aufbringen, welche diesen sicher und zuverlässig verspannt, und beispielsweise beim Einsatz von bipolaren Rahmenflachzellen die elektrische Kontaktierung sichert. Kommt es nun zu einem Ausdehnen oder Zusammenziehen des Zellenstapels, dann werden über diese elastischen Mittel die Kräfte entsprechend ausgeglichen, sodass einerseits weiterhin ein sicher verspannter Zustand des Zellenstapels gewährleistet ist, und andererseits ein zu großer Druck auf die Batterieeinzelzellen vermieden wird, da ein zu hoher Druck das elektrochemisch aktive Material in den Batterieeinzelzellen schädigen würde.
-
In einer weiteren sehr günstigen und vorteilhaften Ausgestaltung dieser Idee der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Spanneinrichtungen das Batteriegehäuse verschließen, wobei die elastischen Elemente in dem Zellenstapel oder zwischen den Zellenstapel und dem Batteriegehäuse vorgesehen sind.
-
In dieser besonders einfachen und günstigen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterie ist es so, dass die Spanneinrichtungen gleichzeitig zum Verschließen des Batteriegehäuses dienen und beispielsweise einen Deckel oder dergleichen auf dem Batteriegehäuse fixieren. Durch entsprechende elastische Elemente zwischen dem Zellenstapel und dem Batteriegehäuse oder zwischen den Batterieeinzelzellen des Zellenstapels ist der Aufbau nun so konstruiert, dass durch das Verschließen des Batteriegehäuses eine entsprechende Vorspannung auf den Zellenstapel und die elastischen Elemente ausgeübt wird. Damit liegt eine sichere und zuverlässige Verspannung des Zellenstapels vor und gleichzeitig ist das Batteriegehäuse entsprechend verschlossen. Die elastischen Elemente wirken dann bei einer Ausdehnung oder einem Zusammenziehen des Zellenstapels beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen, aber insbesondere aufgrund von einem sich ändernden Ladezustand der Batterieeinzelzellen, in der oben bereits beschriebenen Art ausgleichend hinsichtlich der Druckkräfte.
-
Die erfindungsgemäße Batterie lässt sich somit einfach, kostengünstig und mit geringem Gewicht und Bauvolumen je gespeicherter elektrischer Ladungseinheit herstellen. Eine solche einfache und kostengünstige Batterie mit hoher Speicherdichte lässt sich bevorzugt in Transportmitteln anwenden, in denen bei typischerweise beschränktem Bauraum und möglichst geringem Gewicht große Energiemengen gespeichert werden sollen. Solche Transportmittel sind prinzipiell alle denkbaren Transportmittel zu Lande, im Wasser und in der Luft. Besonders bevorzugt kann die erfindungsgemäße Batterie jedoch in Fahrzeugen zur Speicherung von Antriebsenergie eingesetzt werden, und hier insbesondere in Personenkraftwagen, oder Nutzfahrzeugen, welche mit Hybrid-, Mildhybrid-, oder Elektroantrieben ausgestattet sind.
-
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Aufbaus ergeben sich außerdem aus den restlichen Unteransprüchen und werden anhand der nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispiele deutlich.
-
Dabei zeigen: 1 einen Aufbau einer Batterie gemäß dem Stand der Technik; 2 eine Batterieeinzelzelle aus der Batterie gemäß 1; 3 erste Ausführungsform einer Batterie gemäß der Erfindung; 4 eine zweite Ausführungsform einer Batterie gemäß der Erfindung; und 5 eine Darstellung des Aufbaus gemäß 3 in einer Explosionsdarstellung.
-
In der Darstellung der
1 ist ein Aufbau einer Batterie
1 gemäß einer älteren Anmeldung zu erkennen. Die Batterie
1 besteht dabei aus einem Batteriegehäuse
2 sowie einem Zellenstapel
3 aus Batterieeinzelzellen
4. Der Zellenstapel
3 ist in der älteren deutschen Anmeldung mit dem Aktenzeichen
DE 10 2009 035 461.1 beschrieben. Die Batterieeinzelzellen
4 sind dabei als bipolare Rahmenflachzellen in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet, welche aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt sind, ihr Aufbau ist im Detail in
2 gezeigt, er ist für die hier erläuterte Erfindung dabei beispielhaft zu verstehen. Es sind zum Einsatz mit der Erfindung auch andere Aufbauten von im wesentlichen flach beziehungsweise quaderförmigen ausgebildeten Batterieeinzelzellen möglich, welche zu einem Zellenstapel
3 gestapelt werden.
-
Der Aufbau in der Darstellung der 1 zeigt, dass der Zellenstapel 3 der Batterieeinzelzellen 4 durch Endplatten 5, 6 abgeschlossen wird. Beim hier gewählten Aufbau von bipolaren Rahmenflachzellen als Batterieeinzelzellen 4 entsteht durch das Stapeln zu dem Zellenstapel 3 automatisch eine Reihenschaltung, sodass die eine Endplatte 5 den einen Pol der Batterie 1 und die andere Endplatte 6 den anderen Pol der Batterie 1 darstellt. Der Zellenstapel 3 ist dabei durch Spanneinrichtungen in der Form von Zugankern 7 zu einer festen Einheit verspannt.
-
Die Besonderheit bei dem hier dargestellten Aufbau des Zellenstapels 3 ergibt sich aus der oben genannten deutschen Anmeldung. Es ist hierbei so, dass die eine Endplatte 5 die Polarität des einen Batteriepols trägt, während die andere Endplatte 6 die andere Polarität aufweist. In diesem Spezialfall leiten die Zuganker 7 nun den elektrischen Strom, indem sie die Polarität der Endplatte 5 auf eine Polplatte 8 auf der anderen Seite des Zellenstapels leiten. Zwischen der Polplatte 8 und der anderen Endplatte 6 ist dabei ebenso wie zwischen den Zugankern 7 und der anderen Endplatte 6 eine elektrische Isolierung vorzusehen. Der Vorteil bei diesem Aufbau besteht nun darin, dass die Endplatte 6 und die Polplatte 8 die unterschiedlichen Polaritäten des Zellenstapels 3 unmittelbar nebeneinander aufweist und so die Möglichkeit bietet, den elektrischen Anschluss des Zellenstapels 3 mit einem einfachen Stecker zu realisieren, dessen beide Pole vergleichsweise dicht beieinander liegen.
-
Der Zellenstapel 3 selbst ist nun auf eine hier unterhalb des Zellenstapels 3 prinzipmäßig angedeutete Kühleinrichtung 9 aufgesetzt. Die Kühleinrichtung 9 steht dabei mit den Batterieeinzelzellen und insbesondere den die Pole der Batterieeinzelzellen 4 bildenden Hüllblechen in thermischem Kontakt, sodass in dem Zellenstapel 3 entstehende Abwärme durch die Kühleinrichtung 9 abgeführt werden kann. Die Kühleinrichtung 9 kann dabei in an sich bekannter Art und Weise beispielsweise von einem flüssigen Kühlmedium oder einem im Bereich der Kühleinrichtung 9 verdampfenden Klimamittel gekühlt werden. Der Aufbau aus der Kühleinrichtung 9 und dem Zellenstapel 3 ist im Allgemeinen beispielsweise durch eine thermisch leitende, aber elektrisch isolierende Vergussmasse, Folie oder dergleichen zu einem Modul zusammengefügt. Dieses ist, wie in der Darstellung der 1 beispielhaft zu erkennen ist, über Befestigungselemente 10, beispielsweise quer zur Stapelrichtung verlaufenden Spannbändern, in dem Batteriegehäuse 2 beziehungsweise an einem ersten Teil 2.1 des Batteriegehäuses 2 befestigt, um den Zellenstapel 3 sicher und zuverlässig zu halten. Daneben sind elektrische Anschlusselemente an der einen Endplatte 6 und an der Polplatte 8 angedeutet, welche den Zellenstapel 3 mit einer Elektronikeinheit 11 verbinden. In dieser Elektronikeinheit 11, welche in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Deckel 2.1 des Batteriegehäuses 2 angeordnet ist, können beispielsweise die Hochvoltanschlüsse der Batterie 1 nach außerhalb des Batteriegehäuses 2 geführt sein, was hier jedoch nicht explizit dargestellt ist.
-
Die Darstellung in 2 zeigt den Aufbau einer der Batterieeinzelzellen 4 aus den Zellenstapel 3. Wie bereits oben erwähnt, sind die Batterieeinzelzellen 4 des Zellenstapels 3 hier beispielhaft als bipolare Rahmenflachzellen in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet, ohne dass die Erfindung hierauf eingeschränkt sein soll. Die Batterieeinzelzelle 4 besteht im wesentlichen aus einem elektrochemisch aktiven Elektrodenstapel 12, welcher typischerweise aus abwechselnd aufeinander gestapelten Anodenfolien und Katodenfolien besteht. Zwischen diesen Folien unterschiedlicher Polarität sind jeweils Separatoren, beispielsweise ebenfalls in Form von Folien angeordnet. Der elektrochemisch aktive Elektrodenstapel 12 ist dann von einem Elektrolyt getränkt beziehungsweise der den elektrochemisch aktiven Elektrodenstapel 12 aufnehmende Raum ist im Inneren der Batteriezelle 4 mit einem solchen Elektrolyt gefüllt. Des weiteren besteht die Batterieeinzelzelle 4 aus einem elektrisch isolierenden Rahmen 13, sowie zwei Hüllblechen 14, 15, welche diesen elektrisch isolierenden Rahmen 13 mit dem im Inneren angeordneten elektrochemisch aktiven Elektrodenstapel 12 entsprechend verschließen. Das eine der Hüllbleche 14 ist dabei mit den Anodenfolien verbunden, während das andere der Hüllbleche 15 mit den Katodenfolien des Elektrodenstapels 12 verbunden ist. Damit liegen im Bereich der beiden Hüllbleche 14, 15 die unterschiedlichen Pole der Batterieeinzelzelle 4 vor. Durch aufeinanderstapeln der Batterieeinzelzellen 4 entsteht so eine elektrische Reihenschaltung der Batterieeinzelzellen 4 in dem Zellenstapel 3. Die beiden Hüllbleche 14, 15 weisen außerdem jeweils einen abgekanteten Bereich 14.1 und 15.1 auf. Diese beiden abgekanteten Bereiche 14.1 und 15.1 kommen in der zusammengebauten Batterieeinzelzelle 4 auf einer der Stirnseiten des elektrisch isolierenden Rahmens 13 nebeneinander zu liegen, ohne sich zu berühren, da dies einen Kurzschluss der Batterieeinzelzelle 4 verursachen würde. Wie es in der Darstellung der 1 zu erkennen ist, ist auf einer Seite des Zellenstapels 3 die Kühleinrichtung 9 angeordnet. Dies ist typischerweise die Seite, auf der auch die abgekanteten Bereiche 14.1, 15.1 angeordnet sind. Die abgekanteten Bereiche 14.1, 15.1 dienen dazu, Wärme über die Hüllbleche 14, 15 aus dem Bereich der Batterieeinzelzellen 4 abzuführen und zur Kühleinrichtung 9 zu leiten.
-
Außerdem ist in der Darstellung in der 2 sowohl in den Hüllblechen 14, 15, als auch im elektrisch isolierenden Rahmen 13 an jeder der Ecken eine Öffnung 16 zu erkennen, durch welche, wie aus 1 zu erkennen ist, die Zuganker 7 verlaufen. Um trotz dieser Öffnung 16 eine ausreichende Stabilität der Batterieeinzelzellen 4 sicherzustellen, muss der elektrisch isolierende Rahmen 13 mit entsprechend großer Wandstärke ausgeführt werden.
-
Dieser Aufbau gemäß den 1 und 2 ist so aus dem Stand der Technik bekannt. Er ist vergleichsweise aufwändig und kompliziert und benötigt ein entsprechend großes Bauvolumen mit einer großen Anzahl an Bauteilen.
-
In der Darstellung der 3 ist nun eine Batterie 1 zu erkennen, welche diese Problematik vermeidet. Zur Darstellung des Prinzips wurde dabei auf Details, wie eine Kühleinrichtung 9, die elektrischen Anschlüsse des Zellenstapels 3, eine Elektronikeinheit 11, sowie einen Deckel 2.2 des Batteriegehäuses 2 verzichtet. Diese sind selbstverständlich dennoch vorhanden, sofern sie benötigt werden.
-
Von dem Batteriegehäuse 2 sind in der Darstellung der 3 zwei Teile 2.1 und 2.3 zu erkennen, wobei die beiden Teile 2.1 und 2.3 in hier nicht dargestellter Art und Weise fest miteinander verbunden sind. Das Batteriegehäuse 2 kann dabei insbesondere aus Metall ausgebildet sein, um einerseits einen guten Schutz für den Zellenstapel 3 zu bieten und andererseits eine entsprechend hohe mechanische Festigkeit aufzuweisen. Der Zellenstapel 3, welcher auch hier beispielhaft aus aufeinandergestapelten bipolaren Rahmenflachzellen als Batterieeinzelzellen 4 bestehen kann, ist an seinen beiden Enden in Stapelrichtung jeweils mit einer Druckplatte 17 abgeschlossen. Diese Druckplatte 17 kann dabei insbesondere aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet oder mit einer elektrisch isolierenden Schicht versehen sein, sodass über die Druckplatte 17 gleichzeitig eine elektrische Isolierung des Zellenstapels 3 gegenüber dem Batteriegehäuse 2 gewährleistet ist. Neben den hier eigens ausgebildeten Druckplatten 17 wäre auch der Einsatz der in dem Zellenstapel 3 im allgemeinen ohnehin verbauten Endplatten 5, 6 anstelle der Druckplatten 17 denkbar.
-
Die Druckplatten 17 liegen nun in dem einen Teil 2.3 des Batteriegehäuses 2 an Auflageelementen 18 an. Diese Auflageelemente 18 können insbesondere so ausgebildet sein, dass sie den Zellenstapel 3 im wesentlichen im Bereich des elektrisch isolierenden Rahmens 13 berühren, sodass beim Verspannen des Zellenstapels 3 die in den Zellenstapel eingetragenen Druckkräfte im wesentlichen im Bereich der Rahmen 13 durch den Zellenstapel 3 geleitet werden und das elektrochemisch aktive Material des Elektrodenstapels 12 keinem übermäßig hohen Druck ausgesetzt wird.
-
Ferner ist in der Darstellung der Batterie 1 in 3 zu erkennen, dass der Zellenstapel 3 selbst keine Spanneinrichtungen aufweist. Die Spanneinrichtungen sind jetzt in Form von zwei Spannschrauben 19 ausgebildet, welche so in dem einen Teil 2.1 des Batteriegehäuses 2 angeordnet sind, dass sie den Zellenstapel 3 zwischen diesem Teil 2.1 und dem anderen Teil 2.3 beziehungsweise den Auflageelementen 18 verspannen. Anstelle von eigenen über die gesamte Länger des Zellenstapels 3 ausgebildeten Zugankern 7, wie sie beim Stand der Technik eingesetzt werden, reichen hier nun vergleichsweise kurze und leichte Spannschrauben 19 aus, um den Zellenstapel 3 der Batterieeinzelzellen 4 zwischen den beiden Teilen 2.1 und 2.3 des Batteriegehäuses 2 zu verspannen. Das ohnehin vorhandene Batteriegehäuse 2 übernimmt also einen Teil der Aufgaben der bisherigen Spanneinrichtungen. Neben der so im Bereich der Spanneinrichtungen erzielten Einsparungen an Gewicht und Volumen lässt sich außerdem Bauraum im Inneren des Zellenstapels 3 einsparen, welcher nun nicht mehr zur Führung der Spanneinrichtungen benötigt wird, und welcher beispielsweise für eine Verringerung des Bauvolumens oder eine Vergrößerung des elektrochemisch aktiven Elektrodenstapels 12 genutzt werden kann.
-
In der Darstellung der 4 ist eine weitere Ausführungsform der Batterie 1 zu erkennen. Auch hier besteht das Batteriegehäuse 2 aus mehreren Elementen, nämlich dem ersten Teil 2.1, dem Deckel 2.2 und dem weiteren Teil 2.3. Diese drei Teile 2.1, 2.2 und 2.3 des Batteriegehäuses 2 werden beim Verschließen des Batteriegehäuses 2 dann über Spannschrauben 19, welche in der Darstellung der 5 zu erkennen sind, miteinander verbunden. In dem Deckel 2.2 der Batterie 1 in der Ausführung gemäß den 4 und 5 ist außerdem ein Freiraum zu erkennen, welcher für die Elektronikeinheit 11 genutzt werden kann. Außerdem ist im Bereich des Deckels 2.2 ein Steckanschluss 20 zu erkennen, über welchen die Batterie 1 elektrisch beispielsweise mit der Leistungselektronik eines Fahrzeugs oder eines anderen Energieverbrauchers beziehungsweise -lieferanten verbunden werden kann. Die Kontaktierung des Zellenstapels 3 mit dieser Elektronikeinheit 11 ist dabei ebenfalls aus dem Stand der Technik bekannt, so dass zur Vereinfachung der Darstellung in 4 darauf verzichtet wurde, diese einzuzeichnen. Der Zellenstapel 3 aus den Batterieeinzelzellen 4 besteht auch hier aus bipolaren Rahmenflachzellen, welche im wesentlichen analog der Darstellung in 2 aufgebaut sind. In der Darstellung der 4 wurden dabei nur einige der Batterieeinzelzellen 4 mit einem Bezugszeichen versehen. Die Hüllbleche 14, 15 und der Rahmen 13 wurden in der Darstellung der 4 nicht Bezugszeichen versehen. Ebenso wenig der Elektrodenstapel 12, welcher in einer der Batterieeinzelzellen 4 beispielhaft angedeutet ist.
-
Der Zellenstapel 3 ist in der Darstellung der 4 wiederum, analog zur Ausgestaltung in 1 auf der Kühleinrichtung 9 angeordnet, welche zusammen mit dem Zellenstapel 3 in dem Batteriegehäuse 2 zu liegen kommt. Außerdem sind Anschlusselemente 21 der Kühleinrichtung 9 zu erkennen, welche aus den Batteriegehäuse 2 herausragen und welche zum Anschluss beispielsweise an einen Kühlkreislauf eines flüssigen Kühlmittels oder eines im Bereich der Kühleinrichtung 9 verdampfenden Klimamittels vorgesehen sind. Der Zellenstapel 3 wird nun wie durch die Pfeile angedeutet, in dem Batteriegehäuse 2 verspannt. Auch hier sind wieder entsprechende Druckplatten 17 vorgesehen, welche in diesem Fall die Endplatten 5, 6 des Zellenstapels 3 sind. Diese sind über elektrisch isolierende Auflageelemente 18 auf der einen Seite des Zellenstapels 3 gegenüber dem Teil 2.3 des Batteriegehäuses 2 abgestützt. Auf der anderen Seite des Zellenstapels 3 folgt auf das Auflageelemente 18 ein Spannkissen 22 als Teil der Spanneinrichtung. Dieses Spannkissen 22 wird durch den Deckel 2.2 so gegen das Auflageelement 18 und damit gegen den Zellenstapel 3 gedrückt, dass es die Batterieeinzelzellen 4 des Zellenstapels 3 in diesem verspannt und so eine mechanische Stabilität der Batterieeinzelzellen 4 in den Zellenstapel 3 gegeneinander sicherstellt und außerdem die elektrische Kontaktierung der Batterieeinzelzellen 4 gewährleistet. Das Spannkissen 22 weist dabei eine gewisse Elastizität auf, so dass dieses als elastisches Element eine zur sicheren Verspannung des Zellenstapels 3 geeignete Vorspannung auf diesen aufbringt. Durch die Elastizität des Spannkissens 22 ist dabei die sichere und zuverlässige Verspannung des Zellenstapels 3 auch dann gewährleistet, wenn sich dieser in Stapelrichtung beispielsweise aufgrund von Temperaturschwankungen oder insbesondere aufgrund von unterschiedlichen Ladezuständen ausdehnt oder zusammenzieht.
-
Um durch den Deckel 2.2 die Spannung auf das Spannkissen 22 und damit auf den Zellenstapel 3 aufzubringen, sind Spannschrauben 19 vorgesehen, welche in der Explosionsdarstellung des Aufbaus in 5 zu erkennen sind. Diese Spannschrauben 19 verlaufen dabei durch das Teil 2.1 des Batteriegehäuses 2 in hierfür vorgesehenen Bohrungen. Sie greifen in ein geeignetes Gewinde im Bereich des Teils 2.3 des Batteriegehäuses 2.1 und erlauben es so, den Deckel 2.2 des Batteriegehäuses 2 mit dem Teil 2.3 des Batteriegehäuses 2 zu verspannen und dabei das gesamte Batteriegehäuse 2 sicher, dicht und zuverlässig zu verschließen. Durch das Spannkissen 22 kommt es dabei außerdem zu der Verspannung des Zellenstapels 3, welcher durch dieses Verspannen über das Batteriegehäuse 2 einerseits verspannt und andererseits sicher und zuverlässig in dem Batteriegehäuse 2 gehalten wird, ohne dass Befestigungselemente notwendig wären, wie sie in 1 dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 versehen sind.
-
In der Explosionsdarstellung der 5 ist außerdem zu erkennen, dass die Batterieeinzelzellen 4 zusammen mit den Endplatten 5, 6 der Kühleinrichtung 9 und einem Deckelement 23 zu einem Block 24 vormontiert sind. Um diese Bauteile im vormontierten Zustand sicher zu positionieren sind dabei Spannelemente 25 in Form von Spannbändern vorgesehen. Diese Spannbänder 25 können entsprechend leicht und dünn ausgeführt werden, da sie nicht den kompletten zur sicheren und zuverlässigen Kontaktierung des Zellenstapels 3 benötigten Druck aufbauen müssen. Sie dienen lediglich dazu die Batterieeinzelzellen 3, das Deckelement 23, die Kühleinrichtung 9 und die Endplatten 5.6 so in ihrer vormontierten Position zu halten, sodass diese in das Teil 2.1 des Batteriegehäuses 2 eingeführt werden können ohne dabei weiteren Aufwand hinsichtlich der Positionierung oder dergleichen zu verursachen. Die Spannbänder 25 können dünne metallische Spannbänder oder insbesondere aus einem geeigneten Kunststoffmaterial oder einem faserverstärkten Kunststoff hergestellte Spannbänder sein. Diese sind einfach, leicht und benötigen kaum Bauraum.
-
Wie bereits erwähnt, können neben dem Spannkissen 22 auch zwischen den Batterieeinzelzellen 4 elastische Elemente angeordnet sein. Dabei ist es nun denkbar, dass diese elastischen Elemente so zwischen den Batterieeinzelzellen angeordnet sind, dass diese beispielsweise in hier nicht dargestellten Vertiefungen der Hüllbleche 14, 15 angeordnet werden. Solche elektrisch isolierend ausgeführten elastische Elemente können die Batterieeinzelzellen 4 gegeneinander isolieren, bis eine entsprechend hohe mechanische Spannung auf den Zellenstapel 3 aufgebracht wird, welche die elastischen Elemente zusammendrückt und so die Batterieeinzelzellen 4 untereinander kontaktiert. Es ist nun denkbar im vormontierten Zustand des Blocks 24 diesen über die Spannbänder 25 lediglich so vorzuspannen, dass eine mechanisch handhabbare Einheit entsteht. Eine elektrische Kontaktierung der Batterieeinzelzellen 4 könnte dann durch die eben beschriebenen elastischen Elemente zwischen den Batterieeinzelzellen 4 vermieden werden. Der Aufbau ließe sich so im vormontierten Zustand ohne elektrische Kontaktierung einfach und sicher handhaben. Erst mit dem Verschließen des Batteriegehäuses 2 würde es zu einer Kontaktierung der Batterieeinzelzellen 4 untereinander kommen, sodass die gesamte elektrische Spannung der typischerweise leicht vorgeladenen Batterieeinzelzellen 4 während der Montage erst dann anliegt, wenn das Batteriegehäuse 2 verschlossen ist. Dies bietet neben dem bereits erwähnten Vorteil hinsichtlich der Kosten und des Gewichts auch einen deutlichen Vorteil bei der Sicherheit während der Montage einer solchen Batterie 1.
-
Beim Verschließen des Batteriegehäuses 2 durch die Montage der einzelnen Teile 2.1, 2.2 und 2.3 durch die Spannschrauben 19, erfolgt dann das eigentliche Verspannen des Zellenstapels 3 und der Endplatten 5, 6, welche hier als Druckplatten 17 genutzt werden. Die beiden Auflageelemente 18, von welchen hier nur das Auflageelement 18 im Bereich des Teils 2.3 des Batteriegehäuses 2 zu erkennen ist, weisen dabei im wesentlichen die Form des Rahmens 13 der Batterieeinzelzellen 4 auf, sodass der Druck größtenteils über den Rahmen 13 der Batterieeinzelzellen 4 übertragen wird und der Druck auf den Elektrodenstapel 12 minimiert werden kann. Die Auflagelemente 18 und/oder das Spannkissen 22 isolieren dabei die beiden die Pole des Zellenstapels 3 bildenden Endplatten 5, 6 gegenüber dem metallisch ausgebildeten Batteriegehäuse 2.
-
Eine solche Batterie 1 kann einfach und kostengünstig hergestellt werden. Sie ist besonders gut geeignet, um hohe Energiemengen zu speichern und wieder abzugeben. Ihr bevorzugter Einsatz kann daher bei der Verwendung zur Speicherung von Traktionsenergie in Hybrid-, Mildhybrid- oder Elektrofahrzeugen liegen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- EP 1710859 A1 [0003]
- DE 102009035461 [0016]
