DE102011109213A1 - Batterie mit einer Anzahl von Einzelzellen - Google Patents

Batterie mit einer Anzahl von Einzelzellen Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batterie, umfassend eine Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (1), wenigstens einen Abstandshalter (7) und eine mit den Einzelzellen (1) thermisch gekoppelte Wärmeleitplatte (8), wobei die Einzelzellen (1) mittels einer Zellverbinderplatine (4) elektrisch miteinander verschaltet sind. Erfindungsgemäß weist der Abstandshalter (7) eine Folge von gleichbeabstandeten Vertiefungen (7.4) auf, wobei eine Breite einer Vertiefungen (7.4) mit einer Dicke einer Einzelzelle (1) korrespondiert und die Anzahl der Einzelzellen (1) mittels der Vertiefungen (7.4) zueinander beabstandet und gehalten sind,

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batterie, welche eine Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen, wenigstens einen Abstandshalter und eine mit den Einzelzellen thermisch gekoppelte Wärmeleitplatte umfasst, wobei die Einzelzellen mittels einer Zellverbinderplatine elektrisch miteinander verschaltet sind. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer elektrochemischen Batterie
  • 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.
  • Eine elektrochemische Batterie mit einer Anzahl von elektrisch miteinander verschalteten Einzelzellen ist aus der P818771 (Amtliches Aktenzeichen: 102011103965.5) bekannt. Die Einzelzellen umfassen jeweils ein Zellgehäuse und einen in dem Zellgehäuse angeordneten elektrochemisch aktiven Elektrodenfolienstapel, wobei zwischen den Einzelzellen jeweils zumindest ein Abstandshalter zur Einstellung eines definierten Abstandes zwischen Polkontakten benachbarter Einzelzellen angeordnet ist. Darüber hinaus sind die Einzelzellen Wärme leitend mit einer Wärmeleitplatte gekoppelt, wobei die Abstandshalter jeweils als Wärmeleitelement ausgebildet sind und ebenfalls Wärme leitend mit der Wärmeleitplatte gekoppelt sind.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte Batterie und eine Verwendung der elektrochemischen Batterie anzugeben.
  • Hinsichtlich der Batterie wird die Aufgabe erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale und hinsichtlich der Verwendung der Batterie durch die im Anspruch 10 angegebenen Merkmale gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Eine Batterie umfasst eine Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen, wenigstens einen Abstandshalter und eine mit den Einzelzellen thermisch gekoppelte Wärmeleitplatte, wobei die Einzelzellen mittels einer Zellverbinderplatine elektrisch miteinander verschaltet sind. Erfindungsgemäß weist der Abstandshalter eine Folge von gleichbeabstandeten Vertiefungen auf, wobei eine Breite einer Vertiefungen mit einer Dicke einer Einzelzelle korrespondiert und die Anzahl der Einzelzellen mittels der Vertiefungen zueinander beabstandet und gehalten sind.
  • Dadurch, dass der Abstandshalter als ein Bauelement ausgebildet ist, verringert sich in besonders vorteilhafter Weise eine Anzahl der Bauelemente zur Herstellung der Batterie, wodurch demzufolge auch in Gewinn bringender Weise ein Zeitaufwand beim Zusammenbau der Batterie verringert werden kann.
  • Mittels des Abstandshalters ist vorteilhaft ein axialer Bauraumbedarf der Batterie im Vergleich zu der aus dem Stand der Technik bekannten Batterie verringerbar, so dass Abmessungen eines Gehäuses der Batterie verringerbar sind und somit ein Bauraumbedarf zur Anordnung der Batterie ebenfalls verringert werden kann.
  • Bei der Batterie handelt es sich vorzugsweise um eine Hochvoltbatterie, insbesondere für ein Fahrzeug, welches ein Elektrofahrzeug, ein Hybridfahrzeug oder ein mit Brennstoffzellen betriebenes Fahrzeug ist. Dabei ist die Batterie eine Traktionsbatterie eines solchen Fahrzeuges.
  • In einer möglichen Ausführungsform ist der Abstandshalter aus einem Kunststoff gebildet, welcher vorzugsweise eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit aufweist, so dass der Abstandshalter formbeständig ausgebildet ist.
  • Besonders bevorzugt weist der Abstandshalter eine der Anzahl der Einzelzellen entsprechende Anzahl von Vertiefungen auf, in welchen die Einzelzellen gehalten sind, wobei die Vertiefungen so ausgebildet sind, dass die Einzelzellen bei Anordnung in den Vertiefungen mit einem vorgebbaren Abstand zueinander beabstandet sind. Dieser Abstand zwischen den Einzelzellen kann, sofern Gehäusewände der Einzelzellen Spannung führen, dazu genutzt werden, ein elektrisch nicht leitendes Isolationselement anzuordnen, um die Einzelzellen elektrisch voneinander zu isolieren.
  • Der Abstandshalter dient also einerseits zur Einstellung des Abstandes zwischen benachbarten Einzelzellen und andererseits zur Fixierung der jeweiligen Einzelzelle.
  • Zur Beabstandung der Einzelzellen zueinander weisen die Vertiefungen eine Form auf, welche zumindest abschnittsweise mit einer Form der Einzelzelle korrespondiert. Dabei sind die Einzelzellen zumindest abschnittsweise formschlüssig in der jeweiligen Aufnahmeeinheit angeordnet.
  • Dabei korrespondiert die Form der Vertiefung mit einer seitlichen Gehäusewand der Einzelzelle, so dass die Einzelzellen seitlich in der Vertiefung formschlüssig angeordnet und gehalten sind und dadurch der axiale Bauraumbedarf reduziert werden kann.
  • Dadurch, dass der Abstandshalter entsprechend der Anzahl der Einzelzellen Vertiefungen aufweist, ist der Abstandshalter im Bereich der Vertiefungen kammartig ausgebildet, wobei zwischen jeweils benachbarten Vertiefungen eine gebrochene, spitze oder gerundete Kante ausgebildet ist. Vorzugsweise sind die Kanten des Abstandshalters identisch ausgebildet, so dass benachbarte Einzelzellen im gleichen Abstand zueinander angeordnet sind. Mittels der Vertiefungen und der Kanten ist der Abstand zwischen den Einzelzellen bei Anordnung dieser in den Vertiefungen eingestellt und die Einzelzellen sind zumindest axial ausgerichtet.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Batterie weist der Abstandshalter im Bereich der Zelldeckel der Einzelzellen einen Kragen auf, welcher rechtwinklig zur Einschubrichtung der Vertiefungen angeordnet ist. Ein solcher Kragen dient dazu, dass die Einzelzellen beim Zusammenbau der Batterie gegen die Wärmeleitplatte gepresst werden, wodurch ein Wärmeübertrag von den Einzelzellen zu der Wärmeleitplatte verbessert ist. Dabei kann der Kragen ein dritter Schenkel des Abstandshalters sein, sofern dieser u-förmig ausgebildet ist. Weist der Abstandshalter eine L-Form auf, so bildet ein Schenkel den rechtwinklig ausgebildeten Kragen.
  • Besonders bevorzugt ist der Abstandshalter u-förmig ausgebildet und weist einen seitlichen ersten Schenkel, einen seitlichen zweiten Schenkel und einen oberen dritten Schenkel auf, wobei der erste und der zweite Schenkel kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Wärmeleitplatte verbunden ist, so dass eine offene Seite des u-förmigen Abstandshalters mittels der Wärmeleitplatte geschlossen ist. Somit ist die Batterie kompakt ausgebildet und weist im Wesentlichen eine Quaderform auf, wobei die seitlichen Schenkel an den seitlichen Gehäusewänden und der dritte Schenkel an dem Zelldeckel der jeweiligen Einzelzelle anliegen.
  • Vorzugsweise ist der Abstandshalter derart ausgebildet, dass die in dem Abstandshaltern angeordneten Einzelzellen mittels des Abstandhalters bündig hintereinander angeordnet und hinsichtlich der Wärmeleitplatte ausgerichtet sind.
  • In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist der obere dritte Schenkel Aussparungen zur Aufnahme und/oder Durchführung von Polen der Anzahl der Einzelzellen auf, so dass die Pole zur elektrischen Verschaltung mittels der Zellverbinderplatine in besonders vorteilhafter Weise frei zugänglich sind.
  • In einer möglichen Ausgestaltung sind die Einzelzellen mit einem Isolationselement ummantelt, so dass die Einzelzellen elektrisch voneinander isoliert und vorzugsweise wenigstens vor mechanischen Beanspruchungen geschützt sind.
  • Bevorzugt ist das Isolationselement ein Schrumpfschlauch, welcher sich unter Hitzeinwirkung, welche in vorteilhafter Weise von der jeweiligen Einzelzelle als Verlustwärme erzeugt wird, stark zusammenzieht. Mittels des Schrumpfschlauches sind benachbarte Einzelzellen, wie bereits erwähnt, elektrisch voneinander isoliert sowie zumindest vor mechanischen Beanspruchungen geschützt. Dabei ist eine Stärke des Schrumpfens mittels eines verwendeten Materials vorgebbar.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnung näher erläutert.
  • Dabei zeigen:
  • 1 schematisch eine prismatische Einzelzelle in einer perspektivischen Ansicht,
  • 2 schematisch ein Schrumpfschlauch als Isolationselement in perspektivischer Ansicht,
  • 3 schematisch die Einzelzelle mit angeordnetem Schrumpfschlauch in einer perspektivischen Ansicht,
  • 4 schematisch einen Zellblock mit Wärmeleitplatte in einer Explosionsdarstellung,
  • 5 schematisch der Zellblock im zusammengesetzten Zustand in einer perspektivischen Ansicht,
  • 6 schematisch eine Schnittdarstellung des Zellblockes,
  • 7 schematisch eine weitere Schnittdarstellung des Zellblockes,
  • 8 schematisch einen vergrößerten Ausschnitt des Zellblockes in einer Schnittdarstellung,
  • 9 schematisch den Zellblock bei einer Montage,
  • 10 schematisch in perspektivischer Ansicht einen vergrößerten Ausschnitt eines Abstandhalters,
  • 11 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock bei Anordnung in dem Abstandshalter,
  • 12 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock bei teilweiser Anordnung in dem Abstandshalter,
  • 13 schematisch in perspektivischer Ansicht den in dem Abstandshalter angeordneten Zellblock,
  • 14 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock bei Montage der Wärmeleitplatte in einer Explosionsdarstellung und
  • 15 schematisch in perspektivischer Ansicht den Zellblock mit montierter Wärmeleitplatte.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist eine Einzelzelle 1 mit prismatischer Form in einer perspektivischen Ansicht dargestellt.
  • Die Einzelzelle 1 weist ein Zellgehäuse 1.1 und einen in dem Zellgehäuse 1.1 angeordneten nicht gezeigten elektrochemisch aktiven Elektrodenfolienstapel auf. Der Elektrodenfolienstapel ist in nicht dargestellter Weise 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, so dass der Elektrodenfolienstapel einen Elektrodenwickel bildet. Alternativ ist der Elektrodenfolienstapel in ungewickelter, beispielsweise in gestapelter Form innerhalb des Zellgehäuses 1.1 angeordnet.
  • Eine solche Einzelzelle 1 ist Bestandteil einer Batterie, wobei die Batterie eine vorgebbare Anzahl von elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschalteten Einzelzellen 1 aufweist. Hierzu sind elektrische Pole 1.2, 1.3 der Einzelzelle 1 durch einen Zelldeckel 1.4 aus dem Zellgehäuse 1.1 herausgeführt.
  • Alternativ dazu kann die Einzelzelle 1 derart ausgebildet sein, dass gegenüberliegende flächenmäßig größte Seiten des Zellgehäuses 1.1 die elektrischen Pole 1.2, 1.3 der Einzelzelle 1 bilden.
  • Die Batterie ist eine Fahrzeugbatterie, insbesondere eine Traktionsbatterie eines Elektrofahrzeuges, eines Hybridfahrzeuges oder eines mit Brennstoffzellen betriebenen Fahrzeuges.
  • Die in der 1 gezeigte Einzelzelle 1 ist Bestandteil der Batterie, wobei sich die elektrischen Pole 1.2, 1.3 an dem Zelldeckel 1.4 der Einzelzelle 1 befinden.
  • Um benachbarte Einzelzellen 1 eines in 4 gezeigten Zellblockes 2 elektrisch voneinander zu isolieren, sind die Einzelzellen 1 mit einem in 2 dargestellten Schrumpfschlauch 3 umhüllt, wobei die Einzelzelle 1 mit Schrumpfschlauch 3 in 3 gezeigt ist.
  • Ein solcher Schrumpfschlauch 3 ist einerseits zur elektrischen Isolation und andererseits zum Schutz der Einzelzelle 1 vor mechanischen Beanspruchungen vorgesehen. Dabei sind sowohl der Zelldeckel 1.4 als auch ein in den 6, 9 und 11 bis 14 dargestellter Zellboden 1.5 der Einzelzelle 1 nicht von dem Schrumpfschlauch 3 umhüllt.
  • Der Schrumpfschlauch 3 ist aus einem Kunststoff gebildet, welcher sich bei Einwirkung von Hitze vergleichsweise stark zusammenzieht. Dabei ist eine Größenänderung beim Schrumpfen von dem verwendeten Kunststoff abhängig.
  • Alternativ zur Verwendung eines Schrumpfschlauches 3 zur elektrischen Isolation der Einzelzellen 1 sind zwischen diesen vergleichsweise dünne Kunststofffolien angeordnet oder zumindest einseitig stoffschlüssig an einer flächenmäßig größten Seite der jeweiligen Einzelzelle 1 befestigt, insbesondere geklebt.
  • 4 zeigt in perspektivischer Ansicht den Zellblock 2 mit weiteren Bestandteilen in einer perspektivischen Ansicht.
  • Im Detail zeigt die 4 eine Zellverbinderplatine 4, zwei Druckplatten 5, 6, einen als Zellhalter ausgebildeten Abstandshalter 7, den aus zwanzig mit Schrumpfschläuchen 3 versehenen Einzelzellen 1 gebildeten Zellblock 2 und eine Wärmeleitplatte 8 mit angeordneter Wärmeleitfolie 9.
  • Mittels der Zellverbinderplatine 4, welche Zellverbinder umfasst sind die Einzelzellen 1 des Zellblockes 2 elektrisch, insbesondere seriell miteinander verschaltbar.
  • Die Druckplatten 5, 6, welche auch als Druckbrillen bezeichnet werden, bilden stirnseitig jeweils einen Abschluss des Zellblockes 2 in axialer Richtung, also in Längsausdehnung des Zellblockes 2.
  • Im Betrieb der Batterie und somit im Betrieb der Einzelzellen 1 entsteht beim Laden und Entladen der Einzelzellen 1 Verlustwärme, welche an die zellbodenseitig zu den Einzelzellen 1 angeordnete Wärmeleitplatte 8 abführbar ist. Die Wärmeleitplatte 8 weist eine in 6 teilweise dargestellte Kanalstruktur 8.1 auf, welche von einem Klimamittel und/oder von einem Kühlmittel, beispielsweise einer Klimaanlage des Fahrzeuges durchströmbar ist, wobei an einer Stirnseite der Wärmeleitplatte 8 eine Einlassöffnung 8.2 und eine Auslassöffnung 8.3 angeordnet sind.
  • Zum Ausgleich von Toleranzen hinsichtlich der Einzelzellen 1 und zur elektrischen Isolation der Einzelzellen 1 gegenüber der Wärmeleitplatte 8 ist auf einer dem Zellblock 2 zugewandten Seite der Wärmeleitplatte 8 die Wärmeleitfolie 9 angeordnet, mittels welcher zusätzlich ein Wärmeübertrag von den Einzelzellen 1 zu der Wärmeleitplatte 8 verbessert ist. In Längsausdehnung der Wärmeleitplatte 8 sind an deren Schmalseiten Aussparungen 8.4 mit einem Gewinde eingebracht.
  • Um eine Anzahl der Bauteile der Batterie gegenüber dem Stand der Technik zu verringern und dadurch wenigstens einen Zeitaufwand bei der Montage der Batterie zu reduzieren, ist vorgesehen, dass der Abstandshalter 7 einstückig als ein Bauelement ausgebildet ist. Dabei ist der einstückig ausgebildete Abstandshalter 7 aus einem Kunststoff gebildet, welcher besonders bevorzugt eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit aufweist. Beispielsweise ist der Abstandhalter 7 in einem Spritzgussverfahren herstellbar.
  • Dabei bildet der Abstandshalter 7 gleichzeitig einen Zellhalter, mittels welchen die Einzelzellen 1 innerhalb des Zellblockes 2 wenigstens axial positionierbar sind. Hierzu ist der Abstandshalter 7 u-förmig ausgebildet, wobei der Abstandshalter 7 in Bezug auf die Einzelzellen 1 an seitlichen Gehäusewänden 1.6, 1.7 und dem Zelldeckel 1.4 der jeweiligen Einzelzelle 1 formschlüssig anliegt. Dazu weist der Abstandshalter 7 einen seitlichen ersten Schenkel 7.1, einen seitlichen zweiten Schenkel 7.2 und einen oberen dritten Schenkel 7.3 auf.
  • Mittels der U-Form gebildete seitliche Schenkel 7.1, 7.2 weisen an einer Innenseite eine kammartige Form auf, welche mit einer Form der seitlichen Gehäusewände 1.6, 1.7 korrespondiert und Aufnahmeeinheiten in Form von Vertiefungen 7.4 für die Einzelzellen 1 bildet. Dabei ist zwischen jeweils benachbarten Vertiefungen 7.4 eine gebrochene Kante ausgebildet, wobei die Kanten identisch ausgebildet sind.
  • Alternativ dazu können die Kante auch spitz oder gerundet ausgeführt sein.
  • Mittels der Vertiefungen 7.4 und den Kanten sind benachbarte Einzelzellen 1 so zueinander positionierbar, dass zwischen den Einzelzellen 1 ein verhältnismäßig geringer Spalt, beispielsweise zur elektrischen Isolation der Einzelzellen 1 und/oder zur Wärmeleitung einstellbar ist. Darüber hinaus ist mittels der Vertiefungen 7.4 ein Rastermaß des Zellblockes 2 einstellbar.
  • Sind die flächenmäßig größten Seiten des Zellgehäuses 1.1 Spannung führend, kann der Spalt zur Anordnung eines vergleichsweise dünnen Isolationselementes genutzt werden.
  • Der auf den Zelldeckeln 1.4 aufliegende dritte Schenkel 7.3 des Abstandshalters 7 weist im Bereich der Pole 1.2, 1.3 einer jeden Einzelzelle 1 Aussparungen 7.3.1 auf, durch welche die Pole 1.2, 1.3 bei Montage der Batterie zur elektrischen Kontaktierung mit der Zellverbinderplatine 4 hindurchführbar sind.
  • In einem jeweiligen Randbereich der seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 sind in einer Reihe Durchgangslöcher 7.1.1, 7.2.1 eingebracht, welche zur Befestigung des Abstandshalters 7 an der Wärmeleitplatte 8 dienen. Dabei entspricht eine Anzahl der Aussparungen 8.4 der jeweiligen Seite der Wärmeleitplatte 8 der Anzahl der Durchgangslöcher 7.1.1, 7.2.1 des jeweiligen Schenkels 7.1, 7.2.
  • Bei Befestigung der Wärmeleitplatte 8 an dem Abstandshalter 7 werden die Einzelzellen 1 in Richtung der Wärmeleitplatte 8 gezogen und so positioniert, dass die in den Einzelzellen 1 entstehende Verlustwärme der Wärmeleitplatte 8 über die Wärmeleitfolie 9 effektiv zuführbar ist.
  • Hierzu werden Befestigungsmittel in Form von Schrauben 10 durch die Durchgangslöcher 7.1.1, 7.2.1 des Abstandhalters 7 geführt und mit der Wärmeleitplatte 8 verschraubt.
  • An sich gegenüberliegenden Stirnseiten des Abstandhalters 7 sind an den seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 ebenfalls Durchgangslöcher 7.1.2, 7.2.2 eingebracht, welche zur Befestigung der Druckplatten 5, 6 an dem Abstandshalter 7 vorgesehen sind.
  • In 5 ist der Zellblock 2 mit Wärmeleitplatte 8 im zusammengesetzten Zustand in einer perspektivischen Ansicht gezeigt.
  • Der Zellblock 2 ist nicht sichtbar in dem Abstandshalter 7 angeordnet, wobei die Pole 1.2, 1.3 der Einzelzellen 1 in die Aussparungen 7.3.1 des dritten Schenkels 7.3 eingeführt und mittels der Zellverbinderplatine 4 elektrisch verschaltet sind. Der Abstandshalter 7 ist mit der Wärmeleitplatte 8 verschraubt und stirnseitig sind die Druckplatten 5, 6 an dem Abstandshalter 7 befestigt.
  • 6 zeigt einen Querschnitt des Zellblockes 2 mit Abstandshalter 7, Zellverbinderplatine 4, Wärmeleitfolie 9 und Wärmeleitplatte 8 gemäß 5.
  • Im Detail ist eine in dem Abstandshalter 7 angeordnete Einzelzelle 1 dargestellt, wobei der Abstandhalter 1 sowohl einen Abstand zwischen den Einzelzellen 1 des Zellblockes 2 einstellt als auch die Einzelzellen 1 fixiert. Der seitliche erste und zweite Schenkel 7.1, 7.2 des Abstandshalters 7 umgreifen die seitlichen Gehäusewände 1.6, 1.7 der Einzelzelle 1 und die Pole 1.2, 1.3 sind durch die Aussparungen 7.3.1 hindurchgeführt und stehen mit der Zellverbinderplatine 4 in Kontakt.
  • Zwischen dem Zellblock 2 und der Wärmeleitplatte 8 ist die Wärmeleitfolie 9 angeordnet, wobei der Abstandshalter 7 mit seinen seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 mit der Wärmeleitplatte 8 verschraubt ist.
  • Die 7 und 8 zeigen eine Draufsicht eines Längsschnittes des fertig montierten Zellblockes 2 mit den stirnseitig an dem Abstandshalter 7 befestigten Druckplatten 5, 6, wobei in 8 ein vergrößerter Ausschnitt des Abstandshalters 7 mit angeordneten Einzelzellen 1 des Zellblockes 2 dargestellt ist.
  • Dabei ist die kammartige Form der Innenseiten der seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 näher dargestellt. Die kammartige Form weist die regelmäßig ausgeformten Vertiefungen 7.4 als Aufnahmeeinheiten und die Kanten zur Beabstandung der Einzelzellen 1 auf, wobei die Form der Vertiefungen mit der Form der seitlichen Gehäusewände 1.6, 1.7 der Einzelzellen 1 korrespondiert. Die Einzelzellen 1 sind mittels der Vertiefungen 7.4 hinsichtlich des Zellblockes 2 zumindest axial ausgerichtet.
  • Die kammartige Form des Abstandshalters 7 erstreckt sich bevorzugt über die Längsausdehnung der seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 also die Längsausdehnung des Zellblockes 2, wobei die Einzelzellen 1 formschlüssig zwischen den seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 angeordnet sind. Dadurch sind die Einzelzellen 1 optimal positioniert und ausgerichtet.
  • Mittels der Druckplatten 5, 6 als Abschlusselemente für den Zellblock 2 und den Abstandshalter 7 ist der Zellblock 2 in Längsausdehnung und mittels der Schenkel 7.1, 7.2 in Querausdehnung verpresst.
  • 9 zeigt einen ersten Montageschritt zur Herstellung des Zellblockes 2 mit seinen Bestandteilen.
  • Die Druckplatten 5, 6 sind stirnseitig an dem Abstandshalter 7 befestigt und der Abstandshalter 7 ist kopfseitig auf seinem dritten Schenkel 7.3 angeordnet, so dass eine Art Kasten gebildet ist. Dabei zeigen freie Enden der seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 nach oben.
  • Innere Abmessungen des Abstandshalters 7 mit den befestigten Druckplatten 5, 6 bilden dabei ein Sollmaß oder Rastermaß zur Anordnung des Zellblockes 2.
  • Der Zellblock 2 wird mittels stirnseitig an diesem angeordneten weiteren zwei Druckplatten 11, 12 als Montagehilfen axial verpresst, so dass der Zellblock 2 eine Solllänge zur Anordnung in dem Abstandshalter 7 aufweist.
  • Die Vertiefungen 7.4 der seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 weisen jeweils an ihrem oberen Ende in 10 näher dargestellte Einführschrägen 7.4.1 auf, mittels welchen die Anordnung des Zellblockes 2 in dem Abstandshalter 7 erleichtert ist.
  • In einem weiteren Montageschritt, welcher in 11 gezeigt ist, wird der Zellblock 2 mittels einer weiteren dritten Druckplatte 13, die Abmessungen aufweist, welche im Wesentlichen den Abmessungen mittels der Zellböden 1.5 der Einzelzellen 1 gebildeten Seite entsprechen, in den Abstandshalter 7 eingeschoben.
  • Eine Ausrichtung des Zellblockes 2 in Bezug auf den Abstandshalter 7 erfolgt hierbei mittels der Einführschrägen 7.4.1 der Vertiefungen 7.4. Der Zellblock 2 wird beim Einschieben mittels der weiteren zwei stirnseitig angeordneten Druckplatten 11, 12 weiterhin axial verpresst.
  • Beim weiteren Einschieben des Zellblockes 2 in den Abstandshalter 7 liegen die den Zellblock 2 axial verpressenden zwei weiteren Druckplatten 11, 12 auf den den Abschluss des Abstandshalters 7 bildenden Druckplatten 11, 12 auf. Der Zellblock 2 wird mittels der dritten Druckplatte 13 von oben zwischen den weiteren zwei Druckplatten 11, 12 und zwischen die seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 in den Abstandshalter 7 eingeschoben.
  • 13 zeigt den in den Abstandshalter 7 vollständig eingeschobenen Zellblock 2, wobei ein Zellboden 1.5 der jeweiligen Einzelzelle 1 nach oben zeigt. Ist der Zellblock 2 vollständig zwischen die seitlichen Schenkel 7.1, 7.2 in den Abstandshalter 7 eingeschoben, liegen die Zelldeckel 1.4 der Einzelzellen 1 an dem dritten Schenkel 7.3 des Abstandshalter 7 an und die Pole 1.2, 1.3 der Einzelzellen 1 ragen in die Aussparungen 7.3.1.
  • Anschließend daran wird die Wärmeleitfolie 9 auf die mittels der Zellböden 1.5 der Einzelzellen 1 gebildeten Seite des Zellblockes 2 angeordnet, wie in der 14 näher dargestellt ist. Dabei überdeckt die Wärmeleitfolie 9 diese Seite des Zellblockes 2 vollständig.
  • Die Wärmeleitplatte 8 wird auf der Wärmeleitfolie 9 und somit auf der Seite der Zellböden 1.5 der Einzelzellen 1 und zwischen den seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 des Abstandshalters 7 erstmal im Formschluss angeordnet, so dass eine offene Seite des Abstandshalters 7 mittels der Wärmeleitplatte 8 geschlossen ist. Anschließend wird die Wärmeleitplatte 8 mittels der Schrauben 10 kraftschlüssig an den seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 befestigt, wie in der 15 näher gezeigt ist.
  • Die Wärmeleitplatte 8 schließt bündig mit den seitlichen Schenkeln 7.1, 7.2 und den Druckplatten 5, 6 ab, so dass der montierte Zellblock 2 im Wesentlichen eine Quaderform aufweist.
  • Darauffolgend wird der montierte Zellblock 2 beispielsweise gedreht, so dass die Pole 1.2, 1.3 der Einzelzellen 1 zur Herstellung der Kontaktierung der Pole 1.2, 1.3 mit der Zellverbinderplatine 4 zugänglich sind.
  • Die Zellverbinderplatine 4 wird auf dem dritten Schenkel 7.3 des Abstandshalters 7 angeordnet und beispielsweise mittels Laserschweißens im Überlappverfahren stoffschlüssig mit den Polen 1.2, 1.3 der Einzelzellen 1 verbunden.
  • In einer alternativen nicht dargestellten Ausführungsform des Abstandshalters 7 in U-Form ist dieser aus zwei miteinander verbindbaren Teilen gebildet, welche eine L-Form aufweisen. Dabei weisen die zwei Teile Abmessungen auf, so dass die beiden Teile bei der Montage des Zellblockes 2 zur axialen Ausrichtung der Einzelzellen 1 vorzugsweise im Bereich der Zelldeckel 1.4 miteinander verbunden werden.
  • Denkbar ist auch, dass den Abstandshalter 7 bildende seitliche Platten mit den Aufnahmeeinheiten 7.4 in einem den Zelldeckeln 1.4 zugewandten Bereich einen Kragen aufweisen, um die Einzelzellen 1 bei Befestigung der Abstandshalter 7 in Richtung der Wärmeleitplatte 8 auszurichten.
  • Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die Einzelzellen 1 statt mittels der Wärmeleitplatte 8 mittels eines Fluids, beispielsweise Luft und/oder Öl direkt gekühlt werden. Dazu umströmt das Fluid die Einzelzellen 1, wobei der Abstandshalter 7 besonders bevorzugt Kühlkanäle aufweist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Einzelzelle
    1.1
    Zellgehäuse
    1.2
    Pol
    1.3
    Pol
    1.4
    Zelldeckel
    1.5
    Zellboden
    1.6
    seitliche Gehäusewand
    1.7
    seitliche Gehäusewand
    2
    Zellblock
    3
    Schrumpfschlauch
    4
    Zellverbinderplatine
    5
    Druckplatte
    6
    Druckplatte
    7
    Abstandshalter
    7.1
    erster Schenkel
    7.1.1
    Durchgangsloch
    7.1.2
    Durchgangsloch
    7.2
    zweiter Schenkel
    7.2.1
    Durchgangsloch
    7.2.2
    Durchgangsloch
    7.3
    dritter Schenkel
    7.3.1
    Aussparung
    7.4
    Vertiefung
    7.4.1
    Einführschräge
    8
    Wärmeleitplatte
    8.1
    Kanalstruktur
    8.2
    Einlassöffnung
    8.3
    Auslassöffnung
    8.4
    Aussparung
    9
    Wärmeleitfolie
    10
    Schraube
    11
    Druckplatte
    12
    Druckplatte
    13
    dritte Druckplatte

Claims (10)

  1. Batterie, umfassend eine Anzahl von parallel und/oder seriell miteinander verschalteten Einzelzellen (1), wenigstens einen Abstandshalter (7) und eine mit den Einzelzellen (1) thermisch gekoppelte Wärmeleitplatte (8), wobei die Einzelzellen (1) mittels einer Zellverbinderplatine (4) elektrisch miteinander verschaltet sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) eine Folge von gleichbeabstandeten Vertiefungen (7.4) aufweist, wobei eine Breite einer Vertiefungen (7.4) mit einer Dicke einer Einzelzelle (1) korrespondiert und die Anzahl der Einzelzellen (1) mittels der Vertiefungen (7.4) zueinander beabstandet und gehalten sind,
  2. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Form einer Vertiefungen (7.4) zumindest abschnittsweise mit einer Form einer seitlichen Gehäusewand (1.6, 1.7) einer Einzelzelle (1) korrespondiert.
  3. Batterie nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) im Bereich der Vertiefungen (7.4) kammartig ausgebildet ist, wobei zwischen jeweils benachbarten Vertiefungen (7.4) eine gebrochene, spitze oder gerundete Kante ausgebildet ist.
  4. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) im Bereich der Zelldeckel (1.4) der Anzahl der Einzelzellen (1) einen Kragen aufweist, welcher rechtwinklig zur Einschubrichtung der Vertiefungen (7.4) angeordnet ist.
  5. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) u-förmig ausgebildet ist und einen seitlichen ersten Schenkel (7.1), einen seitlichen zweiten Schenkel (7.2) und einen oberen dritten Schenkel (7.3) aufweist, wobei der erste und der zweite Schenkel (7.1, 7.2) kraft-, form- und/oder stoffschlüssig mit der Wärmeleitplatte (8) verbunden ist, so dass eine offene Seite des u-förmigen Abstandshalters (7) mittels der Wärmeleitplatte (8) geschlossen ist.
  6. Batterie nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der obere dritte Schenkel (7.3) Aussparungen (7.3.1) zur Aufnahme und/oder Durchführung von Polen (1.2, 1.3) der Anzahl von Einzelzellen (1) aufweist.
  7. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstandshalter (7) einstückig ausgebildet ist.
  8. Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Einzelzellen (1) mit einem Isolationselement ummantelt ist.
  9. Batterie nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Isolationselement ein Schrumpfschlauch (3) ist.
  10. Verwendung einer Batterie nach einem der vorhergehenden Ansprüche für ein Fahrzeug, wobei das Fahrzeug ein Elektrofahrzeug oder ein Hybridfahrzeug ist.
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