DE102011103970A1

DE102011103970A1 - Batterie und Verfahren zur Herstellung einer Batterie

Info

Publication number: DE102011103970A1
Application number: DE201110103970
Authority: DE
Inventors: Derek Jordanou-Bailey; René-Christopher Wollmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-06-10
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2012-03-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (1) zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (1) verbunden sind, wobei ein Abstands- und Ausgleichselement (4) zwischen zumindest zwei Einzelzellen (2) angeordnet ist. Dabei ist vorgesehen, dass das Abstands- und Ausgleichselement (4) aus einem elastischen Schaumwerkstoff (4.1) gebildet ist, welcher in einem gegenüber dem Umgebungsmedium verschlossenen Beutel (4.2) af (4.1) vorgespannt ist und ein Innenraum des Beutels (4.1) nach einer Montage des Abstands- und Ausgleichselements (4) zwischen zwei benachbarten Einzelzellen (2) mit dem Umgebungsmedium beaufschlagbar ist, so dass sich der vorgespannte Schaumwerkstoff (4.1) zumindest teilweise entspannt. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit zumindest einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden sind, wobei ein Abstands- und Ausgleichselement zwischen zumindest zwei Einzelzellen angeordnet ist.
Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 5.
Aus der US 2010/0304203 A1 ist ein Batteriemodul bekannt, welches zumindest einen Batteriesatz mit einer Vielzahl prismatisch ausgebildeter Einzelzellen sowie zumindest ein Halteelement umfasst. Das Halteelement ist zwischen zwei Einzelzellen angeordnet und weist zwei mechanische Baugruppen auf, wobei eine der mechanischen Baugruppen mit einer der zwei Einzelzellen mechanisch verbunden ist und die andere der mechanischen Baugruppen mit der anderen der zwei Einzelzellen mechanisch verbunden ist, wodurch das Halteelement und die zwei Einzelzellen verrastet miteinander verbunden sind und ein Kontakt zwischen dem Halteelement und den zwei Einzelzellen zur Beeinflussung der Temperatur der Einzelzellen mittels des Halteelements hergestellt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer Batterie gelöst, welche die in Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei einer Batterie mit zumindest einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmleitplatte zum Temperieren der Batterie sind mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte verbunden, wobei ein Abstands- und Ausgleichselement zwischen zumindest zwei Einzelzellen angeordnet ist.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass des Abstands- und Ausgleichselement von einem wärmeleitfähigen Element beidseitig an seinen in Richtung der Einzelzellen zugewandten Seiten umhüllt ist, wobei das wärmeleitfähige Element zumindest abschnittsweise form- und/oder kraftschlüssig mit einer Seitenkante an einer Wärmeleitplatte anordenbar ist, wobei der Form- und/oder Kraftschluss mittels einer zumindest abschnittsweise elastischen Verformung des wärmleitfähigen Elements erfolgt.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Abstands- und Ausgleichselement aus einem elastischen Schaumwerkstoff gebildet ist, welcher in einem gegenüber dem Umgebungsmedium verschlossenen Beutel angeordnet ist, wobei der elastische Schaumwerkstoff vorgespannt ist und ein Innenraum des Beutels nach einer Montage des Abstands- und Ausgleichselements zwischen zwei benachbarten Einzelzellen mit dem Umgebungsmedium beaufschlagbar ist, so dass sich der vorgespannte Schaumwerkstoff zumindest teilweise entspannt.
Mittels der zumindest teilweisen Entspannung des vorgespannten Schaumwerkstoffes ist ein das Abstands- und Ausgleichselement umhüllendes, wärmeleitfähiges Element gegen die Einzelzellen vorspannbar, so dass die Einzelzellen miteinander verpressbar sind und eine gute Stabilität des Batteriegehäuses sichergestellt ist.
Darüber hinaus ermöglicht der elastische Schaumwerkstoff aufgrund seiner Vorspannung eine einfache Montage zwischen zwei Einzelzellen, da dieser nachträglich, d. h. nach der Montage des wärmeleitfähigen Elements, zwischen zwei Einzelzellen anordenbar ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 schematisch eine Wärmeleitplatte mit an der Wärmeleitplatte angeordneten Einzelzellen und
2 schematisch eine perspektivische Ansicht eines Abstands- und Ausgleichselements.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist schematisch eine Wärmeleitplatte 1 mit an der Wärmleitplatte 1 angeordneten Einzelzellen 2 zur Anordnung in einer nicht näher dargestellten Batterie, welche beispielsweise eine Traktionsbatterie, insbesondere Lithium-Polymer Batterie, eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges mit einer elektrisch betriebenen Antriebseinheit oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges ist, dargestellt.
Die Wärmeleitplatte 1 dient der Temperierung der Einzelzellen 2, wobei innerhalb der Wärmeleitplatte 1 dazu eine nicht näher dargestellte Kanalstruktur angeordnet ist, welche von einem Wärmeleitmedium, insbesondere einem Kühlmittel, z. B. Kühlluft oder ein flüssiges Kühlmedium, durchströmt wird.
Die Einzelzellen 2 sind im dargestellten Ausführungsbeispiel als elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Flachzellen ausgebildet, wobei eine Stirnseite 2.1 der Einzelzellen 2 jeweils verrundet ausgebildet ist. Jede der Einzelzellen 2 weist in nicht näher dargestellter Weise ein Zellgehäuse und einen in dem Zellgehäuse angeordneten Elektrolyten, beispielsweise ein Elektrolyt auf Polymerbasis, auf. Alternativ können die Einzelzellen 2 auch als zylindrische Rundzellen ausgebildet sein.
Da sich die Einzelzellen 2 während ihres Betriebes aufgrund von Verlusten erwärmen, sind diese Wärme leitend mit der Wärmleitplatte 1 gekoppelt, um die Verlustwärme von den Einzelzellen 2 abzutransportieren. Dazu sind die Einzelzellen 2 in zwei sich gegenüberliegenden Reihen jeweils mit ihrer Stirnseite 2.1 unmittelbar an der Wärmeleitplatte 1 mittels Form- und/oder Kraftschlusses angeordnet, wobei die Einzelzellen 2 in einer Reihe jeweils nebeneinander angeordnet sind.
Zur Verbesserung der Wärmeübertragung ist jeweils zwischen zwei nebeneinander angeordneten Einzelzellen 2 ein wärmeleitfähiges Element 3 angeordnet, welches vorzugsweise aus einem wärmeleitfähigen und elektrisch isolierenden Material gebildet ist. Weiterhin ist das wärmeleitfähige Element 3 folienartig mit zwei nahezu parallel zueinander verlaufenden Seitenflächen 3.1 sowie einer Koppelstelle 3.2, welche die Seitenflächen 3.1 miteinander verbindet, ausgebildet. Dabei ist eine der Seitenflächen 3.1 des wärmeleitfähigen Elements 3 an einer Seitenfläche 2.2 einer Einzelzelle 2 und die andere der Seitenflächen 3.1 des wärmeleitfähigen Elements 3 an einer Seitenfläche 2.2 einer zu der Einzelzelle 2 benachbarten Einzelzelle 2 angeordnet. Die Koppelstelle 3.2 ist form- und/oder kraftschlüssig, beispielsweise mittels Verpressen, an der Wärmeleitplatte 1 angeordnet. Zusätzlich kann das wärmeleitfähige Element 3 in nicht dargestellter Weise mit einer weiteren Koppelstelle an einer Boden- oder Deckenplatte oder an einer weiteren Wärmeleitplatte angeordnet sein.
Eine aus dem Form- und/oder Kraftschluss resultierende Stauchung der Koppelstelle 3.2 führt dabei zu einer annähernd halbkugel- oder glockenförmigen Ausbildung der Koppelstelle 3.2. Dazu ist das wärmeleitfähige Element 3 zumindest abschnittsweise, insbesondere im Bereich der Koppelstelle 3.2 elastisch verformbar ausgebildet.
Um den Form- und/oder Kraftschluss mechanisch stabil zu ermöglichen, ist zwischen den Seitenflächen 3.1 eines jeden wärmeleitfähigen Elements 3 ein in 2 näher dargestelltes Abstands- und Ausgleichselement 4 angeordnet, so dass dieses von dem wärmeleitfähigen Element 3 beidseitig an seinen in Richtung der Einzelzellen 2 zugewandten Seiten umhüllt ist.
Das Abstands- und Ausgleichselement 4 ist aus einem elastischen Schaumwerkstoff 4.1, z. B. aus Polyurethan, gebildet, welcher in einem Beutel 4.2, z. B. ein Folienbeutel, angeordnet ist. Zur Herstellung des Abstands- und Ausgleichselements 4 wird der elastische Schaumwerkstoff 4.1 vorgespannt in den Beutel 4.2 unter Vakuum eingebracht und anschließend der Beutel 4.2 heißversiegelt, so dass dieser gegenüber dem Umgebungsmedium hermetisch verschlossen ist.
Nach der Montage des Abstands- und Ausgleichselements 4 zwischen die zwei Seitenflächen 3.1 des wärmeleitfähigen Elements 3 wird der Beutel 4.2 geöffnet, so dass sich der vorgespannte Schaumwerkstoff 4.1 unter Einwirkung des Umgebungsmediums zumindest teilweise entspannt. Dadurch wirkt eine Kraft jeweils auf eine Seitenfläche 3.1 des wärmeleitfähigen Elements 3, so dass die Einzelzellen 2 miteinander verpresst werden und der Form- und/oder Kraftschlusses der Koppelstelle 3.2 mit der Wärmeleitplatte 1 vorzugsweise ohne weitere Befestigungsmittel erfolgt, was eine einfache Montage ermöglicht. Durch das so erreichte Verpressen der Einzelzellen 2 miteinander kann die Stabilität eines gesamten, nicht näher dargestellten, Batteriegehäuses erhöht werden. Gleichzeitig kann aufgrund der guten elastischen Verformbarkeit des wärmeleitfähigen Elements 3 sowie des elastischen Schaumwerkstoffes 4.1 ein Toleranzausgleich der Einzelzellen 2 schon bei der Montage der Batterie sowie bei einer bei Betrieb der Batterie auftretenden Wärmeausdehnung der Einzelzellen 2 sichergestellt werden.
Darüber hinaus ermöglicht das wärmeleitfähige Element, dass jede der Einzelzellen 2 gleichmäßig gekühlt wird.
2 zeigt das Abstands- und Ausgleichselement 4 in einer perspektivischen Darstellung, wobei der Beutel 4.2 im dargestellten Ausführungsbeispiel gegenüber dem Umgebungsmedium verschlossen ist.
Bezugszeichenliste

1: Wärmeleitplatte
2: Einzelzellen
2.1: Stirnseite
2.2: Seitenfläche
3: wärmeleitfähiges Element
3.1: Seitenflächen
3.2: Koppelstelle
4: Abstands- und Ausgleichselement
4.1: elastischer Schaumwerkstoff
4.2: Beutel

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

US 2010/0304203 A1 [0003]

Claims

Batterie mit zumindest einer in einem Batteriegehäuse angeordneten Wärmeleitplatte (1) zum Temperieren der Batterie, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (1) verbunden sind, wobei ein Abstands- und Ausgleichselement (4) zwischen zumindest zwei Einzelzellen (2) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstands- und Ausgleichselement (4) aus einem elastischen Schaumwerkstoff (4.1) gebildet ist, welcher in einem gegenüber dem Umgebungsmedium verschlossenen Beutel (4.2) angeordnet ist, wobei der elastische Schaumwerkstoff (4.1) vorgespannt ist und ein Innenraum des Beutels (4.1) nach einer Montage des Abstands- und Ausgleichselements (4) zwischen zwei benachbarten Einzelzellen (2) mit dem Umgebungsmedium beaufschlagbar ist, so dass sich der vorgespannte Schaumwerkstoff (4.1) zumindest teilweise entspannt.
Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Beutel (4.2) mit dem vorgespannten Schaumwerkstoff vor der Montage des Abstands- und Ausgleichselements (4) gegenüber dem Umgebungsmedium hermetisch abgeschlossen ist.
Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elastische Schaumwerkstoff (4.1) aus Polyurethan ist.
Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterie als eine Traktionsbatterie, insbesondere für ein Fahrzeug mit Hybridantrieb oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug, einsetzbar ist.
Verfahren zur Herstellung einer Batterie, welche zumindest eine in einem Batteriegehäuse angeordnete Wärmeleitplatte (1) zum Temperieren der Batterie umfasst, wobei mehrere elektrisch parallel und/oder seriell miteinander verschaltete Einzelzellen (2) Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte (1) verbunden werden, wobei ein Abstands- und Ausgleichselement (4) zwischen zumindest zwei Einzelzellen (2) angeordnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Abstands- und Ausgleichselement (4) aus einem elastischen Schaumwerkstoff (4.1) gebildet ist, welcher in einem gegenüber dem Umgebungsmedium verschlossenen Beutel (4.2) angeordnet wird, wobei der elastische Schaumwerkstoff (4.1) vorgespannt wird und ein Innenraum des Beutels (4.1) nach einer Montage des Abstands- und Ausgleichselements (4) zwischen zwei benachbarten Einzelzellen (2) mit dem Umgebungsmedium beaufschlagt wird, so dass sich der vorgespannte Schaumwerkstoff (4.1) zumindest teilweise entspannt.