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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie mit einer Mehrzahl von Batteriezellen, wobei eine effektive Temperierung der Batteriezellen erlaubt wird und ferner eine einfache Herstellbarkeit ermöglicht wird.
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Stand der Technik
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Verschiedenste Energiespeicher, wie etwa Lithium-basierte Energiespeicher beziehungsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind aus dem heutigen Leben kaum noch wegzudenken. Anwendungsgebiete umfassen neben vollständig elektrisch angetriebenen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen ferner elektrische Werkzeuge, elektrische Unterhaltungselektronik, Computer, Mobiltelefone und weitere Anwendungen.
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Um die Sicherheit von Batteriezellen, wie etwa von Lithium-Ionen-Zellen, von Batteriemodulen oder Batteriepacks zu gewährleisten und die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer zu optimieren, ist es oftmals erforderlich, die Batteriezellen innerhalb eines definierten und für den Betrieb beziehungsweise für die Lagerung optimalen Temperaturbereichs zu betreiben. Insbesondere bei hoher Leistungsaufnahme beziehungsweise Leistungsabgabe sollte das Aufheizen der Batteriezellen über die optimale Betriebstemperatur vermieden und Wärme abgeführt werden, um eine Schädigung des Systems beziehungsweise eine Herabsetzung der Lebensdauer zu vermeiden.
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Weiterhin werden Batteriekonzepte verfolgt, welche den Betrieb von Batterien bei Temperaturen vorsehen, die oberhalb der Raumtemperatur liegen, wie etwa in einem Bereich von 60–80°C. Derartige Batterien sollten bei einem Betrieb gegebenenfalls erhitzt werden, wobei auf eine Kühlung teilweise verzichtet werden kann. Eine Heizung kann beispielsweise durch Heizfolien realisiert werden, die auf beziehungsweise zwischen die Zellen gelegt werden.
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Das Dokument
DE 10 2011 104 000 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Heizen einer Batterie sowie eine Batterie mit einer Vorrichtung zum Heizen. Eine derartige Batterie umfasst im Detail ein Heizmittel, wie etwa einen Heizdraht, ein Heizband, eine Heizlitze und/oder einen Fluidkanal, das in einem biegsamen Hüllelement angeordnet oder integriert ist. Das Hüllelement ist insbesondere aus einer textilen Matte oder einem gewebten Tuch gebildet. Ferner sind die Einzelzellen, die in Reihe geschaltet sind, über deren elektrische Kontaktelemente mit dem Heizelement thermisch gekoppelt.
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Aus dem Dokument
DE 10 2011 109 969 A1 ist ferner eine Hochvolt-Batterie bekannt. Die Hochvolt-Batterie umfasst eine Anzahl an Zellblöcken mit einer Mehrzahl von Zellen, wobei ferner ein Rahmen und eine Kühl- und/oder Heizplatte vorgesehen ist. Dieses Dokument lehrt, dass der Randbereich der Kühl-/Heizplatte elektrisch isolierend ist. Ferner ist benachbart zu der Kühl- und/oder Heizplatte eine Wärmeleitfolie angeordnet.
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Das Dokument
DE 10 2010 052 0514 A1 beschreibt einen Akkublock mit einem Gehäuse zur Aufnahme einer Vielzahl von Akkuzellen. Zur elektrischen Verbindung der Zellen untereinander sind ein Kathodenableiter einer ersten Akkuzelle und ein Anodenableiter einer benachbarten Akkuzelle über eine Kontaktvorrichtung elektrisch miteinander verbunden. Die Kontaktvorrichtung besteht aus einem zwischen Ableitern liegenden Distanzelement und einem die Ableiter und das Distanzelement übergreifenden Klemmelement, das die Ableiter elektrisch verbindend auf den Seitenflächen des Distanzelementes hält, wobei ein Element einer ersten Kontaktvorrichtung einteilig mit einem Anschlusspol des Akkublocks ausgebildet ist.
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Das Dokument
US 2013/0323572 A1 beschreibt eine Zelleinheit für eine Sekundärbatterie. Eine derartige Zelleinheit umfasst zwei benachbarte Batteriezellen mit jeweils einem Zellgehäuse. Wenigstens ein Zellgehäuse weist einen ausgesparten Bereich zum Anordnen eines thermischen Übertragungselements, wie etwa einem Metall, auf.
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Das Dokument
DE 10 2011 109 306 A1 beschreibt eine modulare Anordnung zum Aufnehmen von Batteriezellen. Dabei sind mehrere U-förmige Elemente mit Kühlfluidkanälen vorgesehen, die in gestapelter Weise miteinander befestigt sind. Ferner können Trägerplatten an den Elementen befestigt sein, an denen wiederum Batteriezellen fixiert sind.
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Das Dokument
DE 10 2012 112 294 A1 beschreibt einen elektrischen Energiespeicher. Ein derartiger Energiespeicher weist als Beutelzellen ausgebildete Batteriezellen auf, zwischen denen eine Graphitpartikel aufweisende Folie zur Kühlung angeordnet ist. ferner ist im Bereich zumindest eines Zellterminals ein Kühlkanal vorgesehen, der wärmeübertragend mit dem Zellterminal und der Folie verbunden ist.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist Batterie, aufweisend eine Mehrzahl an seriell oder parallel verschalteten Batteriezellen, die jeweils eine Zellumhüllung und einen aus der Zellumhüllung austretende Anodenbereich und einen aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereich aufweisen. Die aus der Zellumhüllung austretenden Anodenbereiche und die aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereiche der Mehrzahl an Batteriezellen sind zumindest teilweise in einer Vergussmasse eingebettet, wobei die Vergussmasse durch ein Temperierelement temperierbar ist.
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Eine vorbeschriebene Batterie erlaubt auf einfache und kostengünstige Weise eine effiziente Temperierung von Batteriezellen einhergehend mit einer vorteilhaften Herstellbarkeit.
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Die vorliegende Erfindung betrifft somit eine Batterie. Eine Batterie kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Primärbatterie oder in vorteilhafter Weise eine Sekundärbatterie, also ein wieder aufladbarer Akkumulator, sein.
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Beispielsweise kann die Batterie eine lithiumbasierte Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, sein.
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Eine derartige Batterie weist eine Mehrzahl an Batteriezellen, wie etwa Lithium-Ionen-Zellen auf. Die Batteriezellen können in an sich bekannter Weise ein Batteriemodul ausbilden und in einer geeigneten Weise seriell oder parallel verschaltet sein, um die gewünschten Spezifikationen des Batteriemoduls zu erreichen.
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Die Batteriezellen weisen jeweils eine Zellumhüllung und einen aus der Zellumhüllung austretenden Anodenbereich und einen aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereich auf. Derartige Batteriezellen können somit in an sich bekannter Weise ausgestaltet sein.
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Beispielsweise können die Batteriezellen als sogenannte Pouchzellen oder Beutelzellen ausgestaltet sein und eine Mehrzahl an übereinandergelegten Zelleinheiten aufweisen, die in einer flexiblen Umhüllung angeordnet sind. Die Batteriezellen können in an sich bekannter Weise als eine Folienstruktur mit aufgebrachten Aktivmaterialien ausgestaltet sein. In dieser Ausgestaltung kann die Umhüllung eine versiegelte Folienstruktur aufweisen, wobei die Ableiter der Anode und der Kathode jeweils aus der Umhüllung als aus der Zellumhüllung austretender Anodenbereich beziehungsweise als aus der Zellumhüllung austretender Kathodenbereich vorliegen können. Dabei können die Ableiter der einzelnen Zelleinheiten der Pouchzelle in elektrisch leitendem Kontakt sein und so jeweils gemeinsam den aus der Zellumhüllung austretenden Anodenbereich beziehungsweise Kathodenbereich ausbilden.
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Alternativ kann die Zellumhüllung durch ein starres, auch als Hardcase-Gehäuse bezeichnetes, Zellgehäuse, beispielsweise aus Kunststoff oder aus Metall, geformt sein, wobei die Batteriezelle etwa eine prismatische Zelle sein kann. In dieser Ausgestaltung kann die Batteriezelle einen insbesondere flach gewickelten Folienwickel, auch als Jelly Roll bezeichnet wird, aufweisen, der beispielsweise eine Aluminiumfolie und eine Kupferfolie aufweist, welche mit reaktiven Kathodenmaterialien beziehungsweise Anodenmaterialien beschichtet sind. Weiterhin können zwei etwa als Diaphragmen ausgestaltete Kunststofffolien vorgesehen sein, welche die Anode und die Kathode trennen. Der restliche Bereich innerhalb der Zellumhüllung kann beispielsweise mit einem Elektrolyten gefüllt sein.
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Um ein elektrisches Kontaktieren der Kathode beziehungsweise der Anode des Folienwickels zu realisieren, können beispielsweise die beiden als Kathode beziehungsweise als Anode ausgestalteten Folien nicht passgenau aneinander gelegt werden, sondern in Richtung der Wickelachse leicht versetzt werden. Dadurch lässt sich an einer offenen Schmalseite des Wickels die negative Spannung, an der anderen, gegenüberliegenden Schmalseite, die positive Spannung der jeweiligen Folie beziehungsweise Elektrode abgreifen, indem die Folien als Ableiter der Anode beziehungsweise der Kathode aus der Umhüllung herausragen beziehungsweise hervorstehen.
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Um ein Thermisches Durchgehen zu mindern oder deren Wirkungen entgegenzuwirken, kann bei einem starren Gehäuse eine Berstmembran vorgesehen sein und kann bei einer flexiblen Umhüllung, etwa bei einer Pouchzelle, eine Sollbruchstelle vorliegen.
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Bei einer vorbeschriebenen Batterie ist es ferner vorgesehen, dass die aus der Zellumhüllung austretenden beziehungsweise hervorstehenden Anodenbereiche und die aus der Zellumhüllung austretenden beziehungsweise hervorstehenden Kathodenbereiche zumindest teilweise in einer Vergussmasse eingebettet sind. Dies kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass zumindest ein Teil des jeweiligen außerhalb der Zellumhüllung sich befindlichen Anodenbereichs beziehungsweise des Kathodenbereichs nicht freiliegen, sondern in einem Vergussmaterial beziehungsweise in einer Vergussmasse eingebettet, also vorzugsweise umgossen sind.
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Dies kann beispielsweise realisierbar sein, indem die Anordnung einer Mehrzahl an Batteriezellen in eine Form gelegt wird, die an den entsprechenden Bereichen mit einer aushärtbaren Masse gefüllt wird, woraufhin die Masse etwa durch Einwirkung von Temperatur oder Strahlung gehärtet wird. Alternativ kann die Mehrzahl an Batteriezellen bereits in ein Modulgehäuse gelegt werden, welches entsprechende Bereiche aufweist, die mit einer gießfähigen Masse gefüllt werden, woraufhin die Masse gehärtet werden kann. Dadurch lässt sich ein sehr enger und inniger Kontakt zwischen dem eingebetteten Bauteil, also insbesondere den Ableitern beziehungsweise dem aus der Zellumhüllung austretenden beziehungsweise hervorstehenden Anodenbereich und dem aus der Zellumhüllung austretenden beziehungsweise hervorstehenden Kathodenbereich und der Vergussmasse realisieren.
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Unter einer Vergussmasse beziehungsweise einem Vergussmaterial ist dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere ein derartiges Material zu verstehen, das zumindest in einem Herstellungsschritt, insbesondere unter Normalbedingungen, also 22°C und 1 bar, eine gießfähige Konsistenz aufweist und gegebenenfalls härtbar ist. Insbesondere kann die Vergussmasse bei einem Einbetten der Anodenbereiche beziehungsweise der Kathodenbereiche gießfähig sein und anschließend, etwa durch Einwirkung von Strahlung oder Wärme, aushärtbar sein.
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Bei einer vorbeschriebenen Batterie lässt sich auf einfache Weise eine Temperierung der Batterie beziehungsweise des Moduls ermöglichen. Denn dadurch, dass die Vergussmasse durch ein Temperierelement, also ein oder mehr als ein Temperierelement, temperierbar ist, lässt sich auf einfache Weise eine sehr effektive Temperierung der Batteriezellen ermöglichen. Im Detail kann die Vergussmasse temperiert werden, welche in besonders engem thermischem Kontakt mit Anodenbereichen beziehungsweise Kathodenbereichen vorzugsweise sämtlicher Batteriezellen des Batteriemoduls ist, so dass unmittelbar den Anoden und/oder den Kathoden besonders effektiv Wärme zugeführt oder von diesen abgeführt werden kann. Eine Temperierung kann somit integriert und direkt erfolgen, was eine besonders effektive Temperierung an den für eine Temperierung signifikanten Positionen, nämlich innerhalb der Batteriezellen, bewirkt.
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Auf zusätzliche Elemente, wie etwa Wärmeleitfolien oder ähnliches, kann dabei verzichtet werden, so dass eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung und ferner eine gute Langlebigkeit ermöglicht werden kann.
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Eine Temperierung der Vergussmasse kann dabei in an sich bekannter Weise durch den Einsatz von grundsätzlich bekannten Temperiermitteln beziehungsweise Temperiereinheiten erfolgen, welche auf die Vergussmasse wirken.
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Bei einer vorbeschriebenen Batterie lässt sich darüber hinaus auf einfache Weise eine sichere Fixierung der Anodenbereiche beziehungsweise der Kathodenbereiche ermöglichen, so dass die Herstellung besonders einfach und stabil sein kann. Insbesondere lässt sich bei dem Vorsehen von Pouchzellen auf einfache Weise ein standardisierter, günstiger Modulaufbau ermöglichen. Es kann dadurch ein einfacher Aufbau unterschiedlicher Batteriesysteme hinsichtlich der Geometrie erlaubt werden. Darstellbar sind auch Abmessungen und Peripherien, wie etwa Anschlüsse, wie sie ansonsten für prismatische Zellen mit einem unflexiblen Gehäuse bekannt sind.
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Ferner kann eine Anbindung einer Temperierung standardisiert erfolgen, da bei dem Vorsehen der Temperierelemente im Wesentlichen keine Rücksicht auf die Geometrie der Batteriezellen genommen werden braucht. Denn die aus der Zellumhüllung hervorstehenden Anodenbereiche beziehungsweise Kathodenbereiche können unter Zwischenschaltung der Vergussmasse sehr effektiv temperiert werden, wobei ein Temperierelement auf die Vergussmasse wirken kann, deren endgültige Geometrie im Wesentlichen frei wählbar ist und an bestehende beziehungsweise standardisierte Elemente anpassbar ist.
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Zusammenfassend ermöglicht eine vorbeschriebene Batterie auf einfache und kostengünstige Weise eine verbesserte Herstellbarkeit einhergehend mit einer effektiven Temperierung der Batteriezellen.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das Temperierelement innerhalb der Vergussmasse angeordnet sein. In dieser Ausgestaltung können die Vergussmasse und dadurch ferner die Batteriezellen besonders effektiv und damit mit einem besonders geringen Energieeintrag temperiert werden. Denn in dieser Ausgestaltung kann eine Temperierung der Vergussmasse von innen erfolgen, was Verluste besonders gering halten kann, was insbesondere bei der Zuführung von Wärme von Vorteil sein kann. Dabei kann eine derartige Ausgestaltung problemlos ausbildbar sein, da das entsprechende beispielsweise standardisierte Temperiermittel bei der Herstellung der Batterie auf einfache Weise von der Vergussmasse, beispielsweise gemeinsam mit den entsprechenden Anodenbereichen beziehungsweise Kathodenbereichen, umgossen werden kann. Die Herstellung kann so besonders einfach sein.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Temperierelement benachbart zu der Vergussmasse und thermisch gekoppelt hierzu vorgesehen sein. In dieser Ausgestaltung können im Wesentlichen standardisierte Temperierelemente verwendet werden, die lediglich benachbart zu der Vergussmasse und in thermischem Kontakt hierzu angeordnet werden brauchen. Beispielsweise kann das Temperierelement in dieser Ausgestaltung in einem etwa plattenförmigen Träger, beispielsweise einer Adapterplatte, angeordnet sein, welche benachbart zu der Vergussmasse und in thermischem Kontakt hierzu angeordnet wird. Derartige Träger können beispielsweise aus einem Kunststoff, Metall oder einer Kombination hiervon ausgebildet werden.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Temperierelement eine Leitungsstruktur zum Leiten eines fluiden Temperiermittels aufweisen. Das Vorsehen einer derartigen Temperiermittel- beziehungsweise Kühlmittelstruktur ist dem Fachmann an sich bekannt und kann insbesondere dazu dienen, ein zum Temperieren geeignetes Fluid, wie insbesondere eine Flüssigkeit, durch das Temperierelement zu führen, um so beispielsweise Wärme von den Batteriezellen abzuführen oder den Batteriezellen zuzuführen. Das Temperierelement ist somit insbesondere ein aktives Temperierelement, bei welchem ein Temperiereffekt auf einem Temperiermittel basiert und welches gleichermaßen dem Kühlen und Heizen dienen kann. Das in Zusammenhang mit dem Temperierelement zu verwendende Temperiermittel, insbesondere Temperierfluid, ist grundsätzlich nicht beschränkt. Als Temperiermittel können beispielsweise aber nicht beschränkend Luft, Wasser, Glykol oder Wasser/Glykol-Gemenge oder auch Kältemittel, wie etwa das unter der Bezeichnung R1234yf bekannte Mittel eingesetzt werden, um etwa Wärme abzuführen. Auf diese Weise kann die Vergussmasse beziehungsweise können die Batteriezellen in einem geeigneten Temperaturbereich gehalten werden, der beispielsweise und in keiner Weise beschränkend in einem Bereich von größer oder gleich 30°C bis kleiner oder gleich 40°C liegen kann, wobei jedoch auch Werte außerhalb dieses Bereichs, wie etwa von größer oder gleich 60°C bis kleiner oder gleich 80°C geeignet sein können. Grundsätzlich kann jedoch unter Anpassung des Temperiermittels im Wesentlichen jede gewünschte Temperatur einstellbar sein.
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Dabei kann ein die Batterie umfassendes Batteriesystem etwa einen an sich bekannt ausgestalteten Temperiermittelkreislauf aufweisen, der mit der Temperiermittelstruktur verbunden ist.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Temperierelement einen Heizleiter aufweisen. In dieser Ausgestaltung kann der Heizleiter, wie etwa der Heizdraht oder ein Heizelement mit einem ausreichenden elektrischen Widerstand, an eine Stromquelle, die etwa eine externe Stromquelle oder auch die vorbeschriebene Batterie selbst sein kann, angeschlossen sein und dadurch die Vergussmasse beziehungsweise die Batteriezellen erhitzen. Diese Ausgestaltung bietet den Vorteil einer besonders kostengünstigen Herstellbarkeit. Weiterhin benötigt ein derartiges Temperierelement nur einen sehr geringen Raumbedarf, so dass eine Implementierung in bestehende Systeme besonders einfach möglich ist. Diese Ausgestaltung eignet sich insbesondere für derartige Systeme, die bei einer erhöhten Temperatur arbeiten, wie etwa bei größer oder gleich 60°C bis kleiner oder gleich 80°C, so dass auf ein Kühlen unter Umständen verzichtet werden kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Vergussmasse ein Harz, insbesondere ein Epoxidharz oder ein Polyurethanharz, aufweisen. Insbesondere Harze zeichnen sich dadurch aus, dass diese gut als Vergussmasse geeignet sein können und anschließend problemlos härtbar sind. Epoxidharze oder Polyurethanharze können ferner problemlos in der vorbeschriebenen Anwendung in Batterien anwendbar und auch über lange Zeiträume stabil sein. Ferner weisen diese bereits eine ausreichende Wärmeleitfähigkeit auf, so dass auf weitere Zusätze unter Umständen und in Abhängigkeit der jeweiligen Anwendung verzichtet werden kann. In für den Fachmann verständlicher Weise kann den Harzen bei der Herstellung gegebenenfalls ein Härter zugegeben werden, um diese zu härten. Die Auswahl der konkret verwendeten Harze kann in für den Fachmann verständlicher Weise erfolgen durch Vorgeben der gewünschten Eigenschaften.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Vergussmasse einen Zusatzstoff zum Erhöhen der Wärmeleitfähigkeit aufweisen. In anderen Worten kann in der Vergussmasse ein Stoff vorgesehen sein derart, dass die Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse mit diesem Stoff höher ist, als ohne diesen Stoff. In dieser Ausgestaltung kann eine noch freiere Wahl der Vergussmasse erfolgen, da diese nicht zwingend auf Basis ihrer Wärmeleitfähigkeit ausgewählt zu werden braucht. Somit kann im Wesentlichen unabhängig von der Wahl der Vergussmasse eine besonders effektive Temperierung der Batteriezellen ermöglicht werden.
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Nicht beschränkende Beispiele für derartige Zusatzstoffe umfassen etwa Bornitrid und/oder Aluminiumoxid, welche bei den Betriebsbedingungen einer Batterie stabil und langlebig sein können.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung können die aus der Zellumhüllung austretenden Anodenbereiche und/oder die aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereiche zweier benachbarter Batteriezellen übereinander gelegt und miteinander verbunden sein. In dieser Ausgestaltung können die Ableiter beziehungsweise die Anodenbereiche und Kathodenbereiche jeweils abgewinkelt werden und miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt, werden. In dieser Ausgestaltung kann auf besonders einfache und sichere Weise eine entsprechende Schaltung, seriell oder parallel, der einzelnen Batteriezellen erfolgen, was die Herstellbarkeit weiter verbessern kann. Je nach Schaltung der Batteriezellen, insbesondere bei einer Parallelschaltung, kann auf jeder Seite ein Kollektor für ein Modulterminal vorgesehen sein. Dieser Kollektor kann beispielsweise zwischen den Zellumhüllungen und den Ableitern beziehungsweise Anodenbereichen oder Kathodenbereichen verlaufen. Eine elektrisch leitende Anbindung an die Ableiter wie auch der Ableiter untereinander kann beispielsweise durch Laserschweißen, Ultraschallschweißen oder Durchsetzfügen erfolgen. Ferner kann der Kollektor in der Vergussmasse zumindest teilweise eingebettet sein.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann ein Mittel zum Ermitteln von einer Zellspannung vorgesehen sein. Diese Ausgestaltung erlaubt eine vorteilhafte Überprüfung der Leistungsfähigkeit der Batterie beziehungsweise des Moduls über seine Lebensdauer. Beispielsweise kann ein elektronisches Anschlusselement vorgesehen sein, das etwa mit den hervorstehenden Anodenbereichen beziehungsweise Kathodenbereichen elektrisch verbunden ist. Dabei kann für jede gewünschte Messposition ein getrenntes Anschlusselement vorliegen, oder es kann bevorzugt ein gemeinsames Anschlusselement als ein Bauteil für sämtliche Messpositionen vorliegen. Beispielsweise kann das Anschlusselement ebenfalls zumindest teilweise in der Vergussmasse eingebettet sein, und/oder elektrisch kontaktierbar sein, etwa durch das Ausbilden einer Steckverbindung beziehungsweise durch das Koppeln mit einem elektrischen Stecker. So können Spannungen einzelner, mehrere oder sämtlicher Batteriezellen ermittelbar beziehungsweise auf Basis so ermittelbarer Daten errechenbar sein, wie dies dem Fachmann grundsätzlich bekannt ist.
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In dieser Ausgestaltung kann es von Vorteil sein, wenn die Ableiter beziehungsweise die die aus der Zellumhüllung austretenden Anodenbereiche und die aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereiche nicht vollständig sondern nur teilweise in der Vergussmasse eingebettet sind, so dass diese leicht durch das elektrische Anschlusselement kontaktierbar sind.
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Zeichnungen
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
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1 eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Batterie von schräg oben;
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2 eine schematische Ansicht der Batterie aus 1 von oben;
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3 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Batterie von oben;
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4 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Batterie von oben;
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5 eine teilweise Schnittansicht einer weiteren Ausgestaltung einer Batterie von der Seite; und
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6 einen vergrößerten Bereich des Anschlusselements aus 1.
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In den 1 und 2 ist eine Ausgestaltung einer Batterie 10 gezeigt. Die Batterie 10 umfasst eine Mehrzahl an Batteriezellen 12, die in einem Gehäuse 14, das als Modulgehäuse dienen kann, angeordnet sind. Die in dem Gehäuse 14 angeordneten Batteriezellen 12 sind somit zu einem Batteriemodul verschaltet und können miteinander mechanisch verbunden sein, etwa durch das Verwenden von einem Klebeband. Dabei sind Bohrungen 15 in dem Gehäuse 14 vorgesehen, um ein Fixieren des Moduls zu ermöglichen. Ferner weisen die Batteriezellen 12 jeweils eine Zellumhüllung 13 und einen aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereich 16 und einen aus der Zellumhüllung 13 austretenden Kathodenbereich 18 auf. Die Batteriezellen 12 können beispielsweise als Pouchzellen oder als prismatische Zellen ausgestaltet sein.
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An der Zellumhüllung 13 kann in Abhängigkeit der Bauform der Batteriezelle 12 ein Potential anliegen, weshalb es, wenn es beispielsweise aus einem elektrisch leitenden Material ausgestaltet ist, mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung, wie etwa einer Lackierung, versehen sein kann.
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Die Batteriezellen 12 des Batteriemoduls können beispielsweise seriell oder parallel verschaltet sein. Beispielsweise können die Batteriezellen 12 vollständig parallel oder seriell geschaltet sein, oder es kann eine gewisse Anzahl an Batteriezellen 12 parallel geschaltet sein und die entsprechenden Blöcke parallel geschalteter Batteriezellen 12 können wiederum seriell geschaltet sein.
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Bei der Batterie 10 ist es ferner vorgesehen, dass die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereiche 16 und die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Kathodenbereiche 18 der Mehrzahl an Batteriezellen 12 zumindest teilweise in einer Vergussmasse 20 eingebettet sind. Die Vergussmasse 20 kann beispielsweise ein Harz, insbesondere ein Epoxidharz oder ein Polyurethanharz, aufweisen. Ferner kann die Vergussmasse 20 einen Zusatzstoff zum Verbessern der Wärmeleitfähigkeit der Vergussmasse 20 aufweisen.
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In den 1 und 2 ist es ferner gezeigt, dass ein Mittel zum Ermitteln von Zellspannungen vorgesehen ist. Im Detail ist in den 1 und 2 ein Anschlusselement 22 gezeigt, welches die Ableiter beziehungsweise die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereiche 16 und die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Kathodenbereiche 18 der Mehrzahl an Batteriezellen 12 zumindest teilweise aufnimmt. Beispielsweise können miteinander verbundene Ableiter der gleichen Polung und etwa benachbarter Batteriezellen 12, wie dies nachstehend im Detail erläutert wird, aufgenommen werden.
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Hierzu kann das Anschlusselement 22 beispielsweise eine Kammstruktur mit einem Hauptstrang 25 und mit einer Mehrzahl von Nebensträngen 24 aufweisen, wobei die Nebenstränge als Verlängerung der Batteriezellen 12 beziehungsweise deren aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereichen 16 beziehungsweise Kathodenbereichen 18 ausgerichtet sein können, und der Hauptstrang 25 im Wesentlichen rechtwinklig hierzu entlang der Mehrzahl an Batteriezellen 12 verlaufen kann. Beispielsweise können die Ableiter in die Nebenstränge 24 verlaufen und in dem Hauptstrang 25 an Verbindungsbereichen 19 miteinander verbunden sein. Ferner können die Ableiter der gleichen Polung und etwa benachbarter Batteriezellen 12 ohne eine elektrische Verbindung aufgenommen werden. Dazu können diese beispielsweise in die Nebenstränge 24 verlaufen, jedoch kann in dem Hauptstrang 25 zwischen den jeweiligen Nebensträngen 24 keine elektrische Verbindung der Ableiter aufweisen. Dies ist rein schematisch und beispielhaft in der 6 gezeigt. Dadurch kann im Wesentlichen eine frei wählbare Verschaltung der Batteriezellen 12 ermöglicht werden.
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An entsprechenden Positionen des Anschlusselements 22, das etwa aus Kunststoff geformt sein kann, können Anschlüsse vorgesehen sein, welche beispielsweise mit elektrischen Steckern zur Spannungsmessung kontaktierbar sind. Je nach der Schaltung der Batteriezellen 12 können die entsprechenden Anschlüsse an verschiedenen Positionen zur Spannungsmessung kontaktiert werden, um so etwa Einzelspannungen oder Gesamtspannungen zu messen beziehungsweise auf Basis gemessener Werte rechenrisch zu ermitteln. Beispielsweise kann, wenn zwei Batteriezellen 12 parallel geschaltet sind, an den Verbindungsbereichen 19 jeweils kathodenseitig und anodenseitig ein Spannungsabgriff erfolgen, um so die Spannungen dieser Batteriezellen 12 zu ermitteln.
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Beispielsweise kann das Anschlusselement 22 in einem nicht in Vergussmasse 20 eingebetteten Bereich der Ableiter vorliegen, oder das Anschlusselement 22 kann ebenfalls zumindest teilweise in der Vergussmasse 22 eingebettet sein.
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Bei einer vorbeschriebenen Batterie ist die Vergussmasse 22 ferner temperierbar. Hierzu können beispielsweise in der Vergussmasse 22 in den 1 und 2 nicht gezeigte Temperiermittel 28 vorgesehen sein, wie diese beispielhaft und nicht beschränkend in den 3 und 4 gezeigt sind.
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In der 3 ist eine Ausgestaltung einer Batterie 10 gezeigt, bei welcher jeweils zwei Batteriezellen 12 gemäß 3 kathodenseitig miteinander verbunden sind. Im Detail ist gezeigt, dass die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereiche 16 und/oder die aus der Zellumhüllung austretenden Kathodenbereiche 18 benachbarter Batteriezellen 12 an einem Verbindungsbereich 19 übereinander gelegt und miteinander verbunden sind. Für den Fall einer Parallelschaltung kann ein die Batteriezellen 12 verbindender Kollektor vorgesehen sein, der entlang der Batteriezellen 12 beziehungsweise entlang der Verbindungsbereiche 19 verläuft. Ferner kann bei einer Serienschaltung eine entsprechende verrückte Verschaltung an der nicht gezeigten Anodenseite vorliegen.
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Mit Bezug auf das Temperiermittel 28 ist in der 3 gezeigt, dass benachbart zu der Vergussmasse 20 und thermisch gekoppelt hierzu das Temperierelement 28 vorgesehen ist. Dabei liegt das Temperierelement 28 gemäß 3 in einem plattenförmigen Träger 26 vor und ist als Heizleiter 30 mit einem entsprechenden Anschluss 31 ausgestaltet. Der plattenförmige Träger 26 kann Bohrungen 27 für eine geeignete Fixierung, etwa für ein Verschrauben, aufweisen. Ferner kann der Träger 26 in einem Schritt mit dem Umgießen der Ableiter fixiert werden, oder er kann nachträglich mit der Vergussmasse 22 verbunden werden, etwa durch ein Anpressen.
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In der Ausgestaltung gemäß 4 ist wiederum benachbart zu der Vergussmasse 20 und thermisch gekoppelt hierzu das Temperierelement 28 vorgesehen. Dabei liegt das Temperierelement 28 gemäß 4 ebenfalls in einem plattenförmigen Träger 26 vor. Jedoch weist das Temperierelement 28 gemäß 4 eine Leitungsstruktur 32 zum Leiten eines fluiden Temperiermittels auf. Das Temperierelement 28 kann gleichermaßen unmittelbar in der Vergussmasse eingebettet sein, so dass auf einen zusätzlichen Träger 26 verzichtet werden kann.
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In der 5 ist ferner rein schematisch ein Teil einer Pouchzelle gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Anodenbereiche 16 und die aus der Zellumhüllung 13 austretenden Kathodenbereiche 18 der Mehrzahl an Batteriezellen 12 nicht vollständig in der Vergussmasse 20 eingebettet sind, sondern noch Freiraum für eine Kontaktierung, etwa zur Spannungsmessung, bieten. Das Temperierelement 28 kann gleichermaßen unmittelbar in der Vergussmasse eingebettet sein, so dass auf einen zusätzlichen Träger 26 verzichtet werden kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011104000 A1 [0005]
- DE 102011109969 A1 [0006]
- DE 1020100520514 A1 [0007]
- US 2013/0323572 A1 [0008]
- DE 102011109306 A1 [0009]
- DE 102012112294 A1 [0010]
