DE102011109250B4 - Battery with a large number of individual battery cells - Google Patents

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Abstract

Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (2), welche aufgestapelt und zwischen zwei Druckbrillen (4) zu einem Zellstapel (1) verspannt sind, mit einer Batterieelektronik, welche in einem Elektronikgehäuse (6) auf dem Zellstapel (1) angeordnet ist, und mit wenigstens einem Temperatursensor (7) als Teil der Batterieelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperatursensor (7) so in dem Elektronikgehäuse (6) angeordnet ist, dass er direkt oder über ein Zwischenelement in wärmeleitendem Kontakt zu einer der Druckbrillen (4) steht.Battery with a plurality of individual battery cells (2) which are stacked and clamped between two pressure glasses (4) to form a cell stack (1), with battery electronics which are arranged in an electronics housing (6) on the cell stack (1), and with at least one temperature sensor (7) as part of the battery electronics, characterized in that the at least one temperature sensor (7) is arranged in the electronics housing (6) in such a way that it is in heat-conducting contact with one of the pressure glasses (4) directly or via an intermediate element.

Description

Die Erfindung betrifft einer Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a battery with a plurality of individual battery cells according to the type defined in more detail in the preamble of claim 1.

Batterien, insbesondere Hochleistungs- oder Hochvolt-Batterien in Form von Lithium-lonen-Batterien, wie sie als Traktionsbatterien für zumindest teilweise elektrische angetriebene Fahrzeuge eingesetzt werden, verfügen typischerweise über einen Aufbau aus einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen, welche in Reihe und/oder parallel zueinander elektrisch verschaltet sind. Um eine gute Leistungsfähigkeit derartiger Batterien zu gewährleisten, ist es wichtig, dass die Batterieeinzelzellen mit möglichst ähnlichen Spannungen betrieben werden. Hierfür ist es aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt, die Spannungen der einzelnen Batteriezellen über eine Batterieelektronik mit einer Einzelzellspannungsüberwachung zu erfassen und zu überwachen.Batteries, particularly high-performance or high-voltage batteries in the form of lithium-ion batteries, such as those used as traction batteries for at least partially electrically powered vehicles, typically have a structure made up of a large number of individual battery cells that are electrically connected in series and/or parallel to one another. In order to ensure good performance of such batteries, it is important that the individual battery cells are operated with voltages that are as similar as possible. For this purpose, it is known from the general state of the art to record and monitor the voltages of the individual battery cells via battery electronics with individual cell voltage monitoring.

Ferner erwärmen sich die Batterieeinzelzellen beim Laden und Entladen teilweise stark. Für eine gute Funktionsfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Batterieeinzelzellen ist es jedoch von Vorteil, wenn die Batterieeinzelzellen auf einem vorgegebenen Betriebstemperaturniveau arbeiten. Hierfür werden die Batterieeinzelzellen beziehungsweise der Verbund aus Batterieeinzelzellen, welcher die Batterie oder ein Modul der Batterie ausbildet, typischerweise aktiv gekühlt, beispielsweise über einen Kühlwärmetauscher, welcher von einem flüssigen und/oder gasförmigen Kühlmedium oder dem Kältemittel einer Klimaanlage durchströmt wird.Furthermore, the individual battery cells sometimes heat up considerably when charging and discharging. However, for good functionality and a long service life of the individual battery cells, it is advantageous if the individual battery cells operate at a predetermined operating temperature level. For this purpose, the individual battery cells or the combination of individual battery cells that forms the battery or a module of the battery are typically actively cooled, for example via a cooling heat exchanger through which a liquid and/or gaseous cooling medium or the coolant of an air conditioning system flows.

Aus dem allgemeinen Stand der Technik ist es auch bekannt, dass zur Überwachung der Temperatur der Batterieeinzelzellen und zur Steuerung der Kühlungseinrichtung zumindest an einigen der Batterieeinzelzellen Temperatursensoren, beispielsweise in Form von Thermoelementen, mittels Klebung oder Klemmung angebracht werden. Dies ist entsprechend aufwändig und wenig prozesssicher, zumal von dem Temperatursensor zu einer Batterieelektronik oder einer Auswerteelektronik für die Messergebnisse des Thermoelements zusätzlich noch elektrische Signalleitungen verlegt werden müssen.It is also known from the general state of the art that temperature sensors, for example in the form of thermocouples, are attached to at least some of the individual battery cells by means of adhesive or clamping in order to monitor the temperature of the individual battery cells and to control the cooling device. This is correspondingly complex and not very reliable, especially since electrical signal lines also have to be laid from the temperature sensor to battery electronics or evaluation electronics for the measurement results of the thermocouple.

Aus der JP 2009- 277 420 A ist es bekannt, eine Batterie mit einem Temperaturerfassungsmodul auszustatten, welches die Elektronik zur Auswertung der erfassten Temperaturwerte sowie die Temperatursensoren im Bereich einer Platine aufweist. Diese Platine wird dann im Bereich der Batterie positioniert, sodass die Temperatursensoren in thermischem Kontakt mit den Batterieeinzelzellen kommen. Wie aus der genannten Schrift ersichtlich, ist dieser Aufbau entsprechend komplex und erfordert eine Vielzahl von elektrischen Isolierungen und einen entsprechend aufwändigen mechanischen Aufbau, welcher eine Vielzahl von Einzelelementen umfasst, welche bei der Montage der Batterieeinzelzellen mit in die Batterie integriert werden müssen.From the JP 2009- 277 420 A It is known to equip a battery with a temperature detection module, which has the electronics for evaluating the recorded temperature values as well as the temperature sensors in the area of a circuit board. This circuit board is then positioned in the area of the battery so that the temperature sensors come into thermal contact with the individual battery cells. As can be seen from the document mentioned, this structure is correspondingly complex and requires a large number of electrical insulations and a correspondingly complex mechanical structure, which includes a large number of individual elements that must be integrated into the battery when the individual battery cells are assembled.

Aus der JP 2010- 003 627 A ist es außerdem bekannt, dass eine Batterie mit einer Einzelzellspannungsüberwachung und Thermoelementen zur Erfassung der Temperatur im Bereich der Batterieeinzelzellen ausgestattet wird. Die Thermoelemente werden dabei auf den Stromschienen, welche die Batterieeinzelzellen elektrisch untereinander verschalten, positioniert. Ferner ist die Elektronik zur Auswertung der von den Temperatursensoren erfassten Daten teilweise in die Batterieelektronik integriert. Die Idee dahinter besteht darin, dass die gut wärmeleitenden Stromschienen in etwa die Temperatur der Batterie annehmen, und so durch diese einfache Positionierung der Temperatursensoren in einem gut zugänglichen Bereich in etwa die Temperatur der Batterieeinzelzellen erfasst werden kann. Prinzipbedingt hat dieser Aufbau dabei den Nachteil, dass der in den Stromschienen fließende Strom durch den unvermeidlichen ohmschen Widerstand auch im Bereich der Stromschiene selbst Verlustwärme erzeugt, welche das Messergebnis aufgrund der im Betrieb vergleichsweise hohen durch die Stromschiene fließenden Ströme ebenfalls nachteilig beeinflusst.From the JP 2010- 003 627 A It is also known that a battery is equipped with individual cell voltage monitoring and thermocouples for recording the temperature in the area of the individual battery cells. The thermocouples are positioned on the busbars that electrically connect the individual battery cells to one another. Furthermore, the electronics for evaluating the data recorded by the temperature sensors are partially integrated into the battery electronics. The idea behind this is that the busbars, which conduct heat well, assume approximately the temperature of the battery, and so the temperature of the individual battery cells can be recorded approximately by this simple positioning of the temperature sensors in an easily accessible area. In principle, this design has the disadvantage that the current flowing in the busbars also generates waste heat in the area of the busbar itself due to the unavoidable ohmic resistance, which also adversely affects the measurement result due to the comparatively high currents flowing through the busbar during operation.

Aus der nicht vorveröffentlichten DE 10 2010 055 612 A1 ist es ferner bekannt, einzelne Temperatursensoren im Bereich der Batterieelektronik, welche typischerweise auch die Einzelzellspannungsüberwachung enthält, so anzuordnen, dass die Temperatursensoren im Bereich der Niedervoltverbinder liegen, welche die Batterieelektronik elektrisch mit den Polen der Batterieeinzelzellen verbinden.From the unpublished EN 10 2010 055 612 A1 It is also known to arrange individual temperature sensors in the area of the battery electronics, which typically also includes the individual cell voltage monitoring, in such a way that the temperature sensors are located in the area of the low-voltage connectors which electrically connect the battery electronics to the poles of the individual battery cells.

Allen Lösungen ist es gemeinsam, dass sie Aufwand hinsichtlich der Verkabelung einsparen. Allerdings verursachen all diese Methoden einen nicht unerheblichen Aufwand hinsichtlich der Temperatursensoren, da für jeweils eine oder zwei benachbarte Batterieeinzelzellen jeweils wenigstens ein Temperatursensor vorhanden ist, welcher mit einer entsprechenden Auswerteelektronik zusammenwirkt, und dessen Temperaturwerte zur Regelung und/oder Steuerung der Batterie eingesetzt werden.What all solutions have in common is that they save effort in terms of cabling. However, all of these methods cause a considerable amount of effort in terms of temperature sensors, since at least one temperature sensor is present for each of one or two adjacent individual battery cells, which interacts with the corresponding evaluation electronics and whose temperature values are used to regulate and/or control the battery.

Die US 2011 / 0 090 666 A1 beschreibt eine Vorrichtung zur Montage eines Temperatursensors an einen Batterierahmen. Dabei ist der Temperatursensor in eine Endplatte bzw. Druckbrille des Rahmens integriert ausgeführt. Er wird über die modularisierte Vorrichtung in jedem Rahmen angebracht und dann elektrisch verbunden.The US 2011 / 0 090 666 A1 describes a device for mounting a temperature sensor on a battery frame. The temperature sensor is integrated into an end plate or pressure sensor of the frame. It is attached to each frame via the modularized device and then connected electrically.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, diesen Aufbau für einen Zellenstapel, dessen Batterieeinzelzellen zwischen Druckbrillen verspannt sind, noch weiter zu vereinfachen und eine einfache und kostengünstige Montage zu ermöglichen.The object of the present invention is to further simplify this structure for a cell stack, whose individual battery cells are clamped between pressure glasses, and to enable simple and cost-effective assembly.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention, this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Advantageous embodiments and further developments emerge from the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist es vorgesehen, dass die Batterieeinzelzellen in an sich bekannter Art und Weise zwischen Druckbrillen entweder direkt oder gegebenenfalls auch über zwischen den Batterieeinzelzellen angeordneten Zwischenrahmen zu dem Zellstapel verspannt sind. Der Zellstapel weist außerdem eine Batterieelektronik auf, welche in einem Gehäuse angeordnet ist und typischerweise auf einer Seite des Zellstapels angeordnet wird. Die Batterieelektronik weist Niedervoltabgriffe für jede einzelne der Batterieeinzelzellen auf, um deren Spannung zu überwachen und gegebenenfalls einen Ausgleich von Spannungen zwischen den einzelnen Batterieeinzelzellen bewerkstelligen zu können.In the battery according to the invention, it is provided that the individual battery cells are clamped to the cell stack in a manner known per se between pressure glasses either directly or, if necessary, via intermediate frames arranged between the individual battery cells. The cell stack also has battery electronics, which are arranged in a housing and are typically arranged on one side of the cell stack. The battery electronics have low-voltage taps for each of the individual battery cells in order to monitor their voltage and, if necessary, to be able to balance the voltages between the individual battery cells.

Da die Anzahl der Batterieeinzelzellen bei einem solchen Zellstapel sehr leicht eine vergleichsweise große Anzahl erreichen kann, soll bei dem erfindungsgemäßen Zellstapel auf Temperatursensoren für jede der Batterieeinzelzellen verzichtet werden.Since the number of individual battery cells in such a cell stack can very easily reach a comparatively large number, temperature sensors for each of the individual battery cells are to be dispensed with in the cell stack according to the invention.

Die erfindungsgemäße Batterie sieht dagegen wenigstens einen Temperatursensor vor, welcher, wie auch im Stand der Technik üblich, in dem Elektronikgehäuse angeordnet ist, und welcher erfindungsgemäß einen direkten oder indirekten wärmeleitenden Kontakt zu einer der Druckbrillen aufweist. Die Druckbrillen, welche zum Verspannen des Stapels der Batterieeinzelzellen zu dem Zellstapel dienen, sind häufig aus einem entsprechend stabilen Material ausgeführt, um ihre Aufgabe erfüllen zu können. Metallische Materialien sind dabei häufig anzutreffen. Die Druckbrillen leiten also sehr häufig die in dem Zellstapel auftretende Wärme sehr gut und erwärmen sich so auf eine Temperatur, welche der Temperatur des Zellstapels entspricht oder über entsprechende Erfahrungswerte zu dieser korrigiert werden kann.The battery according to the invention, however, provides at least one temperature sensor which, as is also usual in the prior art, is arranged in the electronics housing and which, according to the invention, has a direct or indirect heat-conducting contact with one of the pressure glasses. The pressure glasses, which are used to clamp the stack of individual battery cells to form the cell stack, are often made of a suitably stable material in order to be able to fulfil their task. Metallic materials are often found here. The pressure glasses therefore very often conduct the heat occurring in the cell stack very well and thus heat up to a temperature which corresponds to the temperature of the cell stack or can be corrected for this using appropriate empirical values.

Bei dem erfindungsgemäßen Aufbau ist es also vorgesehen, dass wenigstens ein Temperatursensor im Bereich der Batterieelektronik und ihres Gehäuses so angeordnet ist, dass er im wärmeleitenden Kontakt zu einer der Druckbrillen steht. Die Elektronik zur Auswertung des Temperatursensors kann dann weiterhin in die Batterieelektronik mit integriert ausgeführt sein, sodass ein einfacher Aufbau entsteht, welcher keine zusätzlichen Kabelführungen, externen Elektronikbauteile und dergleichen benötigt. Vielmehr reicht es aus, bei der Montage das Batteriegehäuse mit dem darin integrierten Temperatursensor auf den Zellenstapel entsprechend zu montieren, um eine sichere und zuverlässige Temperaturerfassung des Zellenstapels zu erhalten.In the structure according to the invention, it is therefore provided that at least one temperature sensor is arranged in the area of the battery electronics and its housing so that it is in heat-conducting contact with one of the pressure glasses. The electronics for evaluating the temperature sensor can then also be integrated into the battery electronics, so that a simple structure is created which does not require any additional cable guides, external electronic components and the like. Rather, it is sufficient to mount the battery housing with the temperature sensor integrated in it onto the cell stack during assembly in order to obtain safe and reliable temperature detection of the cell stack.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie kann es vorgesehen sein, dass der Temperatursensor in Richtung der Druckbrille aus dem Elektronikgehäuse ragt. Dieser besonders günstige Aufbau erlaubt einen sehr direkten thermischen Kontakt zwischen dem Temperatursensor und der Druckbrille, sodass eine sehr sichere und zuverlässige Messung der Temperatur erfolgen kann.In a particularly favorable and advantageous development of the battery according to the invention, it can be provided that the temperature sensor protrudes from the electronics housing in the direction of the pressure goggles. This particularly favorable structure allows a very direct thermal contact between the temperature sensor and the pressure goggles, so that a very safe and reliable measurement of the temperature can be carried out.

In einer alternativen Ausgestaltung kann es jedoch auch vorgesehen sein, dass der im montierten Zustand zwischen der Druckbrille und dem wenigstens einen Temperatursensor liegende Bereich des Elektronikgehäuses aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere aus einem metallischen Material, ausgebildet ist. In an alternative embodiment, however, it can also be provided that the region of the electronics housing located between the pressure goggles and the at least one temperature sensor in the assembled state is made of a material with good heat conduction, in particular of a metallic material.

Der Aufbau erlaubt ein in Richtung des Zellstapels geschlossenes Elektronikgehäuse, was hinsichtlich Abdichtung, Montage und dergleichen ein entscheidender Vorteil sein kann. Wenn das Elektronikgehäuse nun zumindest partiell in dem Bereich, in dem der Temperatursensor angeordnet ist, aus einem gut wärmeleitenden Material, beispielsweise einem metallischen Material, ausgebildet ist, dann kann dennoch eine sehr gute wärmeleitende Kontaktierung des Temperatursensors mit der Druckbrille erfolgen und damit eine entsprechend sichere und zuverlässige Messung der Temperatur.The design allows an electronics housing that is closed in the direction of the cell stack, which can be a decisive advantage in terms of sealing, assembly, etc. If the electronics housing is made of a material that conducts heat well, such as a metallic material, at least partially in the area where the temperature sensor is located, then very good heat-conducting contact between the temperature sensor and the pressure goggles can still be achieved, thus enabling a correspondingly safe and reliable measurement of the temperature.

Gemäß einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterie ist es ferner vorgesehen, dass beide Druckbrillen des Zellstapels aus Metall ausgebildet sind, und dass in dem Elektronikgehäuse zwei Temperatursensoren angeordnet sind, welche jeweils mit einer der Druckbrillen in wärmeleitender Verbindung stehen.According to a particularly favorable and advantageous development of the battery according to the invention, it is further provided that both pressure glasses of the cell stack are made of metal, and that two temperature sensors are arranged in the electronics housing, each of which is in a heat-conducting connection with one of the pressure glasses.

Dieser Aufbau des Elektronikgehäuses und der Batterie beziehungsweise des Zellstapels ist von besonderem Vorteil. An beiden Enden wird jeweils eine Druckbrille aus einem stabilen und gut wärmeleitenden Material, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, eingesetzt. In den Endbereichen eines Elektronikgehäuses für die Batterieelektronik ist dieses beispielsweise mit den Druckbrillen verbunden. In diesem Endbereich, in dem keine Niedervoltabgriffe für Batterieeinzelzellen angeordnet, da diese im Bereich der Druckbrillen nicht mehr möglich sind, entsteht in dem Elektronikgehäuse genug Platz für einen Temperatursensor und die hierfür benötigte Auswerteelektronik. Zwei Temperatursensoren in dem Zellstapel erlauben eine sehr gute Messung, da über Mittelwertbildungen und empirische Daten über Temperaturverteilungen in dem Zellstapel so aus den beiden gemessenen Temperaturen rechnerisch vergleichsweise exakt auf die Temperaturen der einzelnen Batterieeinzelzellen zurückgeschlossen werden kann.This structure of the electronics housing and the battery or the cell stack is particularly advantageous. At both ends, a pressure goggle made of a stable and good heat-conducting material, such as steel or aluminum, is used. In the end areas of an electronics housing for the battery electronics, for example, this is connected to the pressure goggles. In this end area, in which no low-voltage taps for individual battery cells are arranged, since Since these are no longer possible in the area of the pressure glasses, there is enough space in the electronics housing for a temperature sensor and the evaluation electronics required for this. Two temperature sensors in the cell stack allow for very good measurements, since averaging and empirical data on temperature distributions in the cell stack can be used to calculate the temperatures of the individual battery cells relatively precisely from the two measured temperatures.

Der Aufbau der erfindungsgemäßen Batterie ist dabei einfach, effizient und kann den Montageaufwand minimieren. Damit ist die Batterie für eine Herstellung in großen Stückzahlen geeignet. Aufgrund der vergleichsweise exakten Temperaturmessung über die Wärmeleitung von den Batterieeinzelzellen in die Druckbrille und von der Druckbrille auf den Temperatursensor ist dennoch eine sichere und zuverlässige Messung der Temperatur und damit eine sichere und exakte Steuerung der Batterie möglich. Die Batterie hat daher ihren bevorzugten Einsatzzweck bei der Verwendung als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebnen Fahrzeug, da diese Aspekte und Vorteile bei einer solchen Verwendung besonders gut zum Tragen kommen und von besonderer Wichtigkeit sind.The structure of the battery according to the invention is simple, efficient and can minimize assembly effort. This makes the battery suitable for production in large quantities. Due to the comparatively precise temperature measurement via heat conduction from the individual battery cells to the pressure goggles and from the pressure goggles to the temperature sensor, a safe and reliable measurement of the temperature and thus a safe and precise control of the battery is still possible. The battery is therefore preferably used as a traction battery in a vehicle that is at least partially electrically powered, since these aspects and advantages are particularly effective in such a use and are of particular importance.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterie ergeben sich aus den restlichen abhängigen Patentansprüchen und werden anhand des Ausführungsbeispiels deutlich, welches nachfolgend unter Bezugnahme auf die Figuren näher beschrieben ist.Further advantageous embodiments of the battery according to the invention emerge from the remaining dependent patent claims and become clear from the exemplary embodiment which is described in more detail below with reference to the figures.

Dabei zeigen:

  • 1 einen Zellstapel in einer beispielhaften Ausführungsform;
  • 2 einen Ausschnitt aus einer Explosionsdarstellung des Zellstapels gemäß 1;
  • 3 eine Draufsicht auf den Zellstapel gemäß 1;
  • 4 einen vergrößerten Ausschnitt der Ansicht gemäß 3;
  • 5 eine mögliche Anbindung des Temperatursensors an die Druckbrille in einem demontieren Zustand;
  • 6 die Darstellung gemäß 5 im montierten Zustand;
  • 7 eine schematische Darstellung des Temperaturleitpfads bei dem Aufbau gemäß 6 in einer Schnittdarstellung; und
  • 8 eine alternative Ausführungsform in einer Darstellung analog zu der Darstellung in 5.
Showing:
  • 1 a cell stack in an exemplary embodiment;
  • 2 a section of an exploded view of the cell stack according to 1 ;
  • 3 a top view of the cell stack according to 1 ;
  • 4 an enlarged section of the view according to 3 ;
  • 5 a possible connection of the temperature sensor to the pressure goggles in a dismantled state;
  • 6 the representation according to 5 in assembled condition;
  • 7 a schematic representation of the temperature conduction path in the structure according to 6 in a sectional view; and
  • 8th an alternative embodiment in a representation analogous to the representation in 5 .

In der Darstellung der 1 ist ein Zellenstapel 1 einer Lithium-lonen-Batterie, wie sie beispielsweise als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetrieben Fahrzeug eingesetzt werden kann, dargestellt. Der Zellenstapel 1 besteht im Wesentlichen aus einem Stapel von Batterieeinzelzellen 2, welche in der Explosionsdarstellung der 2 zu erkennen sind. Diese Batterieeinzelzellen 2 sind mit Zwischenrahmen 3, welche auch in der Darstellung der 1 sehr gut zu erkennen sind, zu dem Zellstapel 1 aufgestapelt. An den Enden des Zellstapels sind jeweils zwei „halbe“ Zwischenrahmen 3' sowie Druckbrillen 4 aus einem metallischen Material, beispielsweise aus Stahl oder Aluminium, angeordnet. Die Druckbrillen 4 sind über Zuganker 5 miteinander verspannt und verspannen so die Batterieeinzelzellen 2 mit ihren Zwischenrahmen 3 zu dem Zellstapel 1.In the presentation of the 1 a cell stack 1 of a lithium-ion battery, such as can be used as a traction battery in an at least partially electrically powered vehicle, is shown. The cell stack 1 essentially consists of a stack of individual battery cells 2, which in the exploded view of the 2 These battery cells 2 are provided with intermediate frames 3, which are also shown in the illustration of the 1 can be clearly seen, are stacked to form the cell stack 1. At the ends of the cell stack, two "half" intermediate frames 3' and pressure glasses 4 made of a metallic material, for example steel or aluminum, are arranged. The pressure glasses 4 are clamped together via tie rods 5 and thus clamp the individual battery cells 2 with their intermediate frames 3 to form the cell stack 1.

In der Darstellung der 1 ist auf der Oberseite des Zellenstapels 1 ein leeres Elektronikgehäuse 6 dargestellt. Dieses leere Elektronikgehäuse 6 dient zur Aufnahme einer hier nicht dargestellten Batterieelektronik, welche beispielweise zur Einzelzellspannungsüberwachung, zum Ladungsausgleich zwischen Batterieeinzelzellen und dergleichen eingesetzt wird. In dem Elektronikgehäuse 6 sind nun außerdem zwei Temperatursensoren 7 angeordnet. Diese sind in der in 3 dargestellten Draufsicht auf den Zellstapel 1 besser zu erkennen. Sie sind so in dem Elektronikgehäuse 6 angeordnet, dass sie direkt oder indirekt in wärmeleitendem Kontakt zu den beiden Druckbrillen 4 stehen und so die Temperatur der Druckbrillen 4 erfassen können. Eine entsprechende Auswerteelektronik, welche hier nicht dargestellt ist, ist zusammen mit der ebenfalls nicht dargestellten Batterieelektronik in das Elektronikgehäuse 6 integriert.In the presentation of the 1 An empty electronic housing 6 is shown on the top of the cell stack 1. This empty electronic housing 6 serves to accommodate battery electronics (not shown here), which are used, for example, for monitoring individual cell voltage, for balancing the charge between individual battery cells and the like. Two temperature sensors 7 are also arranged in the electronic housing 6. These are in the 3 shown top view of the cell stack 1. They are arranged in the electronics housing 6 in such a way that they are in direct or indirect heat-conducting contact with the two pressure glasses 4 and can thus record the temperature of the pressure glasses 4. A corresponding evaluation electronics, which is not shown here, is integrated into the electronics housing 6 together with the battery electronics, which is also not shown.

Die Anordnung der Temperatursensoren 7 ist am Beispiel eines Temperatursensors 7 in der vergrößerten Darstellung der 4 nochmals besser zu erkennen. Das Elektronikgehäuse 6 ist auf einer Seite des Zellenstapels 1 auf diesen aufgelegt. Im Bereich der Druckbrillen 4 ist es über Befestigungselemente 8, welche hier als Schrauben 8 ausgebildet sind, mit diesen verschraubt und dadurch mit dem Zellstapel 1 verbunden. Der Temperatursensor 7 ist beispielhaft im Inneren des Elektronikgehäuses 6 angeordnet, wobei, wie es aus der Darstellung der 4 und 5 zu erkennen ist, im Bereich des Elektronikgehäuses 6 ein partieller Metalleinsatz 9 im Bodenbereich des Elektronikgehäuses 6 vorgesehen sein kann, um eine gute thermische Anbindung des als Temperatursensor 7 verwendeten Thermoelements nach der Montage an die Druckbrille 4 zu ermöglichen. Der Temperatursensor 7 selbst kann beispielsweise auf den Metalleinsatz 9 des Elektronikgehäuses 6 aufgeklebt werden.The arrangement of the temperature sensors 7 is shown using the example of a temperature sensor 7 in the enlarged view of the 4 can be seen even better. The electronics housing 6 is placed on one side of the cell stack 1. In the area of the pressure glasses 4, it is screwed to these via fastening elements 8, which are designed here as screws 8, and is thus connected to the cell stack 1. The temperature sensor 7 is arranged, for example, inside the electronics housing 6, whereby, as can be seen from the illustration of the 4 and 5 As can be seen, a partial metal insert 9 can be provided in the base area of the electronics housing 6 in order to enable a good thermal connection of the thermocouple used as a temperature sensor 7 after assembly to the pressure goggles 4. The temperature sensor 7 itself can, for example, be glued to the metal insert 9 of the electronics housing 6.

Nach der Montage des Elektronikgehäuses 6 liegt die in 6 dargestellte Situation vor. Der Metalleinsatz 9 im Boden des Elektronikgehäuses 6 mit dem darauf aufgeklebten Temperatursensor 7 wird fest gegen die Druckbrille 4 gepresst und steht so in wärmeleitendem Kontakt zu der Druckbrille 4. Die Auswertung der Temperatur der Druckbrille 4 kann so im Inneren des Elektronikgehäuses 6 durch eine geeignete Elektronik einfach und effizient erfolgen. Dabei ist es möglich auf Basis von experimentell ermittelten Werten, Erfahrungswerten, Kennfeldern oder dergleichen aus der Temperatur der Druckbrille 4 auf die Temperatur der Batterieeinzelzellen 2 in dem Zellenstapel 1 zurückzuschließen. Dies gelingt insbesondere dadurch, dass, wie es in der Schnittdarstellung der 7 zu erkennen ist, die Batterieeinzelzellen 2, von welchen hier zwei zum Teil im Schnitt zu erkennen sind, in wärmeleitendem Kontakt untereinander ausgebildet sind.After mounting the electronics housing 6, the 6 The situation shown is as follows. The metal insert 9 in the base of the electronics housing 6 with the temperature sensor 7 glued to it is pressed firmly against the pressure goggles 4 and is thus in heat-conducting contact with the pressure goggles 4. The evaluation of the temperature of the pressure goggles 4 can thus be carried out easily and efficiently inside the electronics housing 6 by suitable electronics. It is possible to use the temperature of the pressure goggles 4 to deduce the temperature of the individual battery cells 2 in the cell stack 1 based on experimentally determined values, empirical values, characteristic diagrams or the like. This is achieved in particular by the fact that, as can be seen in the sectional view of the 7 It can be seen that the individual battery cells 2, two of which can be seen here partly in section, are designed to be in heat-conducting contact with one another.

Die Batterieeinzelzellen 2 sollen in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als sogenannte Pouch- oder Coffeebag-Zellen ausgebildet sein. Das elektrochemisch aktive Material ist bei einem derartigen Zelltyp zwischen Folien beziehungsweise in einem Folienbeutel verpackt und entsprechend eingeschweißt. Der thermische Kontakt der zwischen den Zwischenrahmen 3 beziehungsweise dem halben Zwischenrahmen 3' auf der Seite der Druckbrille 4 eingespannten Batterieeinzelzellen erfolgt zwischen den Batterieeinzelzellen 2 untereinander. Diese sind dann gegen die Druckbrille 4 gepresst, sodass die Wärme entsprechend der in 7 dargestellten Pfeile von den Batterieeinzelzellen 2 durch das Material der Druckbrille 4 zu dem Temperatursensor 7 gelangt und in dessen Bereich entsprechend erfasst werden kann.In the embodiment shown here, the individual battery cells 2 are to be designed as so-called pouch or coffee bag cells. The electrochemically active material in such a cell type is packed between foils or in a foil bag and sealed accordingly. The thermal contact of the individual battery cells clamped between the intermediate frame 3 or the half intermediate frame 3' on the side of the pressure glasses 4 takes place between the individual battery cells 2. These are then pressed against the pressure glasses 4 so that the heat is distributed according to the 7 shown arrows from the individual battery cells 2 through the material of the pressure goggles 4 to the temperature sensor 7 and can be detected accordingly in its area.

Eine alternative Ausführungsmöglichkeit ist in der Darstellung der 8 zu erkennen. Diese entspricht im Wesentlichen der Darstellung in 5. Allerdings ist im Bereich der Druckbrille 4 eine Ausnehmung 10 vorgesehen, welche zur Aufnahme eines wärmeleitenden Materials 11 ausgebildet ist. Dieses wärmeleitende Material 11, welches gegebenenfalls auch elektrisch isolierend ausgebildet sein kann, kann insbesondere zwischen dem Metalleinsatz 9 des Elektronikgehäuses 6 und der Druckbrille 4 angeordnet werden. Es ist entsprechend elastisch, beispielsweise in Form einer Folie oder in Form einer Paste, und kann so eventuelle Fertigungstoleranzen ausgleichen. Damit lässt sich eine sichere und zuverlässige wärmeleitende Anbindung des Temperatursensors 7 an die Druckbrille 4 realisieren.An alternative design option is shown in the illustration of the 8th This essentially corresponds to the representation in 5 However, in the area of the pressure goggles 4, a recess 10 is provided which is designed to accommodate a heat-conducting material 11. This heat-conducting material 11, which can also be designed to be electrically insulating, can be arranged in particular between the metal insert 9 of the electronics housing 6 and the pressure goggles 4. It is correspondingly elastic, for example in the form of a film or in the form of a paste, and can thus compensate for any manufacturing tolerances. This enables a safe and reliable heat-conducting connection of the temperature sensor 7 to the pressure goggles 4.

Der Aufbau ist außerordentlich einfach und effizient, da ein Anpressen des Temperatursensors 7 an die Druckbrille 4 direkt oder indirekt über die zur Befestigung des Elektronikgehäuses 6 ohnehin benötigten Befestigungselemente 8 erfolgt und so einen sicheren und zuverlässigen wärmeleitenden Kontakt sicherstellt. Außerdem ist eine zusätzliche Verkabelung nicht notwendig, da Auswertung und Verarbeitung der gemessenen Temperaturen unmittelbar im Inneren des Elektronikgehäuses 6, insbesondere in einer sowieso vorhandenen Batterieelektronik mit integriert ausgebildet sein kann. Der Montageaufwand ist dabei sehr gering, da auf den fertigen Zellstapel 1 lediglich das Elektronikgehäuse entsprechend aufgeschraubt werden muss und damit sowohl die Batterieelektronik als auch die Temperatursensoren 7 und die Temperaturüberwachung der Batterieeinzelzellen 2 realisiert ist.The structure is extremely simple and efficient, since the temperature sensor 7 is pressed onto the pressure goggle 4 directly or indirectly via the fastening elements 8 that are required anyway to fasten the electronics housing 6, thus ensuring a safe and reliable heat-conducting contact. In addition, additional cabling is not necessary, since the evaluation and processing of the measured temperatures can be integrated directly inside the electronics housing 6, in particular in an already existing battery electronics. The assembly effort is very low, since only the electronics housing has to be screwed onto the finished cell stack 1, thus realizing both the battery electronics and the temperature sensors 7 and the temperature monitoring of the individual battery cells 2.

Claims (10)

Batterie mit einer Vielzahl von Batterieeinzelzellen (2), welche aufgestapelt und zwischen zwei Druckbrillen (4) zu einem Zellstapel (1) verspannt sind, mit einer Batterieelektronik, welche in einem Elektronikgehäuse (6) auf dem Zellstapel (1) angeordnet ist, und mit wenigstens einem Temperatursensor (7) als Teil der Batterieelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Temperatursensor (7) so in dem Elektronikgehäuse (6) angeordnet ist, dass er direkt oder über ein Zwischenelement in wärmeleitendem Kontakt zu einer der Druckbrillen (4) steht.Battery with a plurality of individual battery cells (2) which are stacked and clamped between two pressure glasses (4) to form a cell stack (1), with battery electronics which are arranged in an electronics housing (6) on the cell stack (1), and with at least one temperature sensor (7) as part of the battery electronics, characterized in that the at least one temperature sensor (7) is arranged in the electronics housing (6) such that it is in heat-conducting contact with one of the pressure glasses (4) directly or via an intermediate element. Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Temperatursensor (7) in Richtung der Druckbrille (4) aus dem Elektronikgehäuse (6) ragt.Battery after Claim 1 , characterized in that the temperature sensor (7) protrudes from the electronics housing (6) in the direction of the pressure goggles (4). Batterie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der im montierten Zustand des Elektronikgehäuses (6) zwischen der Druckbrille (4) und dem wenigstens einen Temperatursensor (7) liegende Bereich (9) des Elektronikgehäuses (6) aus einem gut wärmeleitenden Material, insbesondere einem metallischen Material, ausgebildet ist.Battery after Claim 1 , characterized in that the region (9) of the electronics housing (6) located between the pressure glasses (4) and the at least one temperature sensor (7) in the assembled state of the electronics housing (6) is made of a material with good heat conduction, in particular a metallic material. Batterie nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Temperatursensor oder dem Zwischenelement und der Druckbrille (4) ein wärmeleitendes Material (11) angeordnet ist.Battery after Claim 1 , 2 or 3 , characterized in that a heat-conducting material (11) is arranged between the temperature sensor or the intermediate element and the pressure goggle (4). Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine der Druckbrillen (4) aus metallischem Material ausgebildet ist, wobei der wenigstens eine Temperatursensor (7) mit dieser Druckbrille (4) in wärmeleitendem Kontakt steht.Battery according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that at least one of the pressure glasses (4) is made of metallic material, wherein the at least one temperature sensor (7) is in heat-conducting contact with this pressure glass (4). Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass beide Druckbrillen (4) aus metallischem Material ausgebildet sind, wobei in dem Elektronikgehäuse (6) zwei Temperatursensoren (7) angeordnet sind, wobei jeder von ihnen mit einer der Druckbrillen (4) in wärmeleitender Verbindung steht.Battery according to one of the Claims 1 until 4 , characterized in that both pressure glasses (4) are made of metallic material, wherein in the electronic housing (6) two temperature temperature sensors (7) are arranged, each of them being in thermally conductive connection with one of the pressure glasses (4). Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikgehäuse (6) im Bereich des wenigstens einen Temperatursensors (7) mit der Druckbrille (4) über Befestigungselemente (8) verbunden ist.Battery according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the electronics housing (6) is connected to the pressure goggles (4) via fastening elements (8) in the region of the at least one temperature sensor (7). Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektronik zur Auswertung des wenigstens einen Temperatursensors (7) in die Batterieelektronik integriert ausgeführt ist.Battery according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that electronics for evaluating the at least one temperature sensor (7) are integrated into the battery electronics. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batterieeinzelzellen (2) zusammen mit Zwischenrahmen (3, 3') zwischen den Druckbrillen (4) zu dem Zellstapel (1) verspannt sind.Battery according to one of the Claims 1 until 8th , characterized in that the individual battery cells (2) are clamped together with intermediate frames (3, 3') between the pressure glasses (4) to form the cell stack (1). Verwendung der Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 9 als Traktionsbatterie in einem zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeug.Using the battery according to one of the Claims 1 until 9 as a traction battery in a vehicle that is at least partially electrically powered.
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