DE102011103965A1 - Electrochemical battery for vehicle e.g. electric vehicle, has single cells which are conductively coupled with heat conducting plate to which spacers are connected - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Batterie mit mehreren Einzelzellen, umfassend ein Zellgehäuse und einen in dem Zellgehäuse angeordneten elektrochemisch aktiven Elektrodenstapel, wobei zwischen den Einzelzellen jeweils zumindest ein Abstandshalter zur Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Polkontakten benachbarter Einzelzellen angeordnet ist und wobei die Einzelzellen Wärme leitend mit einer Wärmeleitplatte gekoppelt sind.The invention relates to an electrochemical battery with a plurality of individual cells, comprising a cell housing and arranged in the cell housing electrochemically active electrode stack, wherein between the individual cells in each case at least one spacer for setting a defined distance between pole contacts of adjacent individual cells is arranged and wherein the individual cells conduct heat with a Heat conducting plate are coupled.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer elektrochemischen Batterie.The invention further relates to a use of an electrochemical battery.
Aus dem Stand der Technik sind allgemein elektrochemische Hochvolt-Batterien für Fahrzeuganwendungen bekannt, welche aus mehreren elektrisch parallel und/oder in Reihe verschalteten Einzelzellen gebildet sind. Die Einzelzellen weisen einen runden oder eckigen Querschnitt auf. Bekannt sind prismatische Einzelzellen, welche ein aus Metall oder Kunststoff gebildetes Zellgehäuse aufweisen. Aufgrund großer Flächen des Gehäuses weist dieses eine geringe Steifigkeit auf, so dass es bedingt durch einen im Inneren des Gehäuses befindlichen Elektrodenwickel zu Ein- und Ausbeulungen des Gehäuses kommen kann. Der Elektrodenwickel ist aus gestapelten Anoden- und Kathodenfolien gebildet, welche jeweils durch eine Separatorfolie voneinander getrennt sind. Die Anoden- und Kathodenfolien sowie die Separatorfolie sind auf einen flachen Dorn gewickelt. Ein vom Lade- und Alterungszustand der Einzelzelle abhängiges Dickenwachstum des Elektrodenwickels führt zur Änderung einer Dicke der Einzelzelle durch das Ausbeulen von Gehäusewänden. Eine Anordnung von mehreren Einzelzellen in einem Zellverbund und eine einfache elektrische Kontaktierung der Einzelzellen mittels Zellverbinder sind jedoch nur dann möglich, wenn die Einzelzellen in einem definierten Abstand zueinander angeordnet sind. Zu diesem Zweck sind Abstandshalter, auch als Spacer bezeichnet, vorgesehen, in welche die Einzelzellen eingesetzt sind. Eine definierte Dicke der Abstandshalter führt zu einem einheitlichen Rastermaß der Einzelzellen im Zellverbund, wobei die Dickenänderung und eine Dickentoleranz der Einzelzelle mittels einer Änderung eines Spaltes zwischen dem Gehäuse der Einzelzelle und einer Innenseite der Abstandshalter ausgeglichen werden. Der Abstandshalter ist mit einem elastischen Element versehen. Eine Länge des Zellverbundes bleibt konstant. Zur Abführung einer während des Betriebes der Einzelzellen entstehenden Verlustwärme ist eine direkte Kühlung bekannt, bei welcher eine direkte Umströmung der Einzelzellen mit einem Kühlfluid erfolgt. Ferner ist eine indirekte Kühlung bekannt, bei welcher das Kühlfluid in einer geschlossenen Wärmeleitplatte geführt wird, wobei die Einzelzellen thermisch mit dieser verbunden sind. Zur Erhöhung einer Wärmeübertragung zwischen den Einzelzellen und der Wärmeleitplatte sind zusätzliche, als Kühlbleche oder Kühlstäbe ausgebildete Wärmeleitelemente vorgesehen, welche mit der jeweiligen Einzelzelle und der Wärmeleitplatte in Wärme leitendem Kontakt stehen. Zusätzlich ist es bekannt, dass die Einzelzellen mittels Spannelementen auf die Wärmeleitplatte gepresst sind, wobei die Spannelemente Rahmenelemente, Bügelelemente und weitere Elemente umfassen.Electrochemical high-voltage batteries for vehicle applications are generally known from the prior art, which are formed from a plurality of individual cells electrically connected in parallel and / or in series. The individual cells have a round or angular cross-section. Prismatic single cells are known, which have a cell housing formed from metal or plastic. Due to large areas of the housing, this has a low rigidity, so that it may come due to an electrode coil located in the interior of the housing to buckling and bulging of the housing. The electrode winding is formed from stacked anode and cathode foils which are separated from each other by a separator film. The anode and cathode films as well as the separator film are wound on a flat mandrel. A dependent on loading and aging state of the single cell thickness growth of the electrode coil leads to the change of a thickness of the single cell by the bulging of housing walls. However, an arrangement of a plurality of individual cells in a cell network and a simple electrical contacting of the individual cells by means of cell connectors are only possible if the individual cells are arranged at a defined distance from each other. Spacers, also referred to as spacers, are provided for this purpose, into which the individual cells are inserted. A defined thickness of the spacers results in a uniform pitch of the individual cells in the cell assembly, wherein the thickness change and a thickness tolerance of the single cell are compensated by means of a change in a gap between the housing of the single cell and an inner side of the spacers. The spacer is provided with an elastic element. A length of the cell network remains constant. For discharging a heat loss arising during operation of the individual cells, a direct cooling is known in which a direct flow around the individual cells takes place with a cooling fluid. Further, an indirect cooling is known in which the cooling fluid is guided in a closed heat conducting plate, wherein the individual cells are thermally connected thereto. To increase a heat transfer between the individual cells and the heat conducting plate additional, designed as a cooling plates or cooling rods heat conducting elements are provided, which are in heat-conducting contact with the respective individual cell and the heat conducting. In addition, it is known that the individual cells are pressed by means of clamping elements on the heat conducting plate, wherein the clamping elements comprise frame members, ironing elements and other elements.
Eine elektrochemische Batterie ist aus der
Weiterhin ist aus der
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte elektrochemische Batterie und eine Verwendung der elektrochemischen Batterie anzugeben.The invention has for its object to provide a comparison with the prior art improved electrochemical battery and a use of the electrochemical battery.
Hinsichtlich der elektrochemischen Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung der elektrochemischen Batterie durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.With regard to the electrochemical battery, the object is achieved by the features specified in
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Eine elektrochemische Batterie weist mehrere Einzelzellen auf, wobei jede Einzelzelle ein Zellgehäuse und einen in dem Zellgehäuse angeordneten elektrochemisch aktiven Elektrodenstapel umfasst. Zwischen den Einzelzellen ist jeweils zumindest ein Abstandshalter zur Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Polkontakten benachbarter Einzelzellen angeordnet und die Einzelzellen sind Wärme leitend mit einer Wärmeleitplatte gekoppelt. Erfindungsgemäß sind die Abstandshalter jeweils als Wärmeleitelement ausgebildet und Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte gekoppelt.An electrochemical battery has a plurality of individual cells, each individual cell comprising a cell housing and an electrochemically active electrode stack arranged in the cell housing. Between the individual cells is at least one spacer for setting a defined distance between pole contacts arranged adjacent individual cells and the individual cells are heat conductively coupled to a heat conducting plate. According to the invention, the spacers are each designed as a heat conducting element and heat conductively coupled to the heat conducting plate.
Aus der Ausbildung der Abstandselemente als Wärmeleitelemente resultiert in vorteilhafter Weise, dass mit geringem Aufwand eine besonders effektive Temperierung der Einzelzellen realisierbar ist, so dass diese stets mit optimalem Wirkungsgrad betreibbar sind. Weiterhin sind keine zusätzlichen Wärmeleitelemente erforderlich, so dass die Temperierung der Einzelzellen und somit der Batterie mit besonders geringem Materialaufwand und daraus folgend mit geringem Kostenaufwand durchführbar ist. Auch kann die Batterie aus diesem Grund besonders kleinbauend ausgeführt werden.From the design of the spacer elements as Wärmeleitelemente results in an advantageous manner that with little effort, a particularly effective temperature control of the individual cells can be realized, so that they are always operable with optimum efficiency. Furthermore, no additional heat-conducting elements are required, so that the temperature of the individual cells and thus the battery with a particularly low cost of materials and consequently with low cost is feasible. Also, the battery can be made particularly small construction for this reason.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are provided in all figures with the same reference numerals.
Die
Die Batterie
Da sich die Einzelzellen
Zur elektrischen Kopplung umfasst jede der Einzelzellen
Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die Abstandshalter
Um eine Befestigung der Einzelzellen
Zur Aufnahme der Schrauben
Des Weiteren sind die Abstandshalter
Um einen elektrischen Kontakt zwischen den Zellgehäusen
Durch die Verpressung jeder Einzelzelle
Auch die Abstandshalter
Zur weiteren Verbesserung der Wärmeübertragung zwischen den Abstandshaltern
In nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen ist nicht jede der Einzelzellen
In weiteren nicht näher dargestellten Ausführungsbeispielen sind die Abstandshalter
Zur Fixierung der Einzelzellen
In
Die
In
Die
Im Unterschied zu dem in den
In
Das Federelement
Eine Verwendung des Federelements
Die
Im Unterschied zu dem in den
Zur Durchführung der Polkontakte
Die Befestigung der Abstandshalter
Zur Umschließung der den Zellverbund endseitig begrenzenden Einzelzellen
In den
Zusätzlich zu dem in den
Aufgrund des wärmeleitfähigen Materials
Auch in den Ausführungsbeispielen der Batterie
Das Befestigungselement
In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung bildet das Befestigungselement
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Batteriebattery
- 22
- Einzelzellesingle cell
- 33
- Zeltgehäusetent housing
- 44
- Elektrodenstapelelectrode stack
- 55
- Polkontaktpole contact
- 66
- Polkontaktpole contact
- 77
- Wärmeleitplatteheat conduction
- 7.17.1
- Kühlkanalcooling channel
- 88th
- Zellverbindercell connectors
- 99
- Abstandshalterspacer
- 9.19.1
- Verlängerungrenewal
- 9.29.2
- Verlängerungrenewal
- 1010
- Schraubescrew
- 1111
- Materialmaterial
- 1212
- Druckbrillepressure glasses
- 1313
- Spannbandstrap
- 1414
- Federelementspring element
- 1515
- WärmeleitfolieHeat conducting
- 1616
- Endplatteendplate
- 16.116.1
- Verlängerungrenewal
- 16.216.2
- Verlängerungrenewal
- 1717
- Befestigungselementfastener
- A1 bis A8 A1 to A8
- Aussparungrecess
- B1, B2B1, B2
- Bohrungdrilling
- RR
- RastermaßPitch
- V1 bis V4V1 to V4
- Vertiefungdeepening
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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