-
Technisches Gebiet
-
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batterie der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.
-
Stand der Technik
-
Es ist an sich bekannt, dass Batterien, insbesondere in Batterien zusammengeschaltete Batteriezellen, oftmals gekühlt werden müssen. Vor allem auch bei Anwendungen im automobilen Umfeld ist es wichtig und erforderlich, dass eingesetzte Batteriezellen hinreichend gekühlt werden können, um einerseits die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen sicherstellen zu können und andererseits eine Überhitzung bis hin zu einem thermischen Durchgehen der Batteriezellen, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen, zu vermeiden.
-
Die
DE 10 2015 013 377 A1 beschreibt eine Temperiereinrichtung für ein Batteriesystem, welches mehrere zylinderförmige Batteriezellen aufweist. Die Temperiereinrichtung umfasst einen quaderförmigen Hohlkörper, welcher von einer Kühlflüssigkeit durchströmt werden kann und welcher jeweilige Zellmäntel der Batteriezellen flüssigkeitsdicht umschließt. Jeweilige Zellköpfe und Zellböden der Batteriezellen sind nicht im Hohlkörper angeordnet. Eine Kühlung der Batteriezellen erfolgt also über die im Hohlkörper angeordneten Mantelflächen der Batteriezellen.
-
Des Weiteren offenbart die
WO 2017/004078 A1 ein Energiespeichersystem mit mehreren Batteriezellen, wobei die Batteriezellen zylindrisch sind und einen positiven und einen negativen Anschluss auf derselben Seite haben. Des Weiteren sind die Batteriezellen flüssigkeitsgekühlt.
-
Beschreibung der Erfindung
-
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, mittels welcher Batteriezellen einer Batterie besonders effektiv gekühlt werden können.
-
Diese Aufgabe wird durch eine Batterie mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
-
Die erfindungsgemäße Batterie umfasst zumindest ein Batteriemodul, welches mehrere elektrisch leitend miteinander verbundene zylinderförmige Batteriezellen aufweist. Zudem umfasst die Batterie eine Temperiereinrichtung zum Temperieren der Batteriezellen mit einem einen Fluidraum aufweisenden Behälter, in welchen die Batteriezellen teilweise hineinragen und der einen Zufluss und Abfluss für eine Flüssigkeit eines Flüssigkeitskreislaufs aufweist. Die erfindungsgemäße Batterie zeichnet sich dadurch aus, dass die Flüssigkeit eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit ist. Der Behälter umfasst einen Zellhalter mit mehreren Öffnungen, durch welche jeweilige Stirnseiten der Batteriezellen des zumindest einen Batteriemoduls in den Fluidraum des Behälters hineinragen und welche jeweilige Mantelflächen der Batteriezellen flüssigkeitsdicht umschließen, wobei der Zellhalter zumindest noch eine weitere Öffnung aufweist, durch welche ein Kontaktelement in den Fluidraum des Behälters hineinragt und welcher eine Mantelfläche des Kontaktelements flüssigkeitsdicht umschließt. Zudem umfasst die Batterie eine im Fluidraum des Behälters angeordnete Verbindungseinrichtung, die jeweilige Pole der in den Fluidraum des Behälters hineinragenden Stirnseiten der Batteriezellen mit dem in den Behälter hineinragenden Kontaktelement elektrisch leitend verbindet.
-
Die Batterie weist zwei der Batteriemodule auf, zwischen denen der aus zwei der Zellhalter zusammengesetzte Behälter angeordnet ist, in welchem die jeweiligen Stirnseiten der Batteriezellen von zwei entgegengesetzten Seiten hineinragen. So können die besagten Batteriemodule also paarweise sich den Behälter der Temperiereinrichtung teilen, welcher in dem Fall aus zwei der Zellhalter zusammengesetzt ist. So können beispielsweise die Batteriezellen des einen Batteriemoduls von oben und die Batteriezellen des anderen Batteriemoduls von unten in den jeweiligen Zellhalter durch die besagten Öffnungen ins Innere des Behälters eintauchen. Die beiden Zellhalter können beispielsweise über eine Art Feder-Nut-Prinzip formschlüssig und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden sein. Dadurch, dass sich die zwei Batteriemodule einen gemeinsamen Fluidraum des aus den beiden Zellhaltern zusammengesetzten Behälters teilen, kann die Temperiereinrichtung besonders effizient mit wenigen Bauteilen zum Kühlen der Batteriezellen beider Batteriemodule eingesetzt werden.
-
Zylinderförmige Batteriezellen, also sogenannte Rundzellen, sind die Batteriezellen mit der größten Verbreitung und mit einer leichten Verfügbarkeit. Solche Rundzellen werden unter anderem für sogenannte Boosterbatterien für Hybridfahrzeuge eingesetzt. Speziell dieser Anwendungsfall erfordert eine performante Kühlungsanbindung, was gerade bei Rundzellen nicht einfach ist. Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Rundzellen beziehungsweise zylinderförmige Batteriezellen ein anisotropes Verhalten bezüglich ihrer Wärmeleitfähigkeit aufweisen. Im Fall der Rundzelle bedeutet dies, dass in axialer Richtung die Wärmeleitfähigkeit wesentlich höher ist als in radialer Richtung. Die Wärmeleitfähigkeit in axialer Richtung kann beispielsweise um den Faktor 30 größer sein als in radialer Richtung.
-
Dieser Effekt rührt daher, dass bei Rundzellen üblicherweise ein Zellwickel in einem Metallbecher steckt, wobei der Zellwickel aus verschiedenen Lagen metallischer Folien besteht, die durch einen Separator in Form einer Kunststofffolie getrennt sind. Die im Zellinneren entstehende Wärme muss bei einer Entwärmung in radialer Richtung jeweils die Folienlagen durchdringen, was durch die Übergänge von Schicht zu Schicht und dem isolierenden Separator erschwert wird. Dagegen passiert der Wärmetransport in axialer Richtung innerhalb der metallischen Folien wesentlich einfacher. Somit kann die im Zellinneren entstehende Wärme sehr gut zu den Stirnseiten solcher zylinderförmigen Batteriezellen abgeführt werden, wohingegen eine Wärmeabfuhr in radialer Richtung wesentlich schlechter erfolgt.
-
Die Erfindung macht sich diese Erkenntnis zunutze, indem bei der erfindungsgemäßen Batterie die Stirnseiten der Batteriezellen in den Fluidraum des Behälters hineinragen, in welchem sich die Flüssigkeit befinden kann, die über den besagten Flüssigkeitskreislauf zugeführt und abgeführt werden kann. Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Batterie als die Flüssigkeit eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit beziehungsweise eine elektrisch isolierende Flüssigkeit verwendet wird, ist es problemlos möglich, die Pole der Stirnseiten der Batteriezellen, die in den Fluidraum des Behälters hineinragen, mittels der ebenfalls im Fluidraum des Behälters angeordneten, als Stromsammler dienenden Verbindungseinrichtung miteinander zu kontaktieren. Mittels der im Fluidraum des Behälters angeordneten Verbindungseinrichtung werden zudem die Batteriezellen mit dem in den Behälter hineinragenden Kontaktelement elektrisch leitend verbunden.
-
Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist es also beispielsweise nicht erforderlich, eine gesonderte Kühlplatte an zum Beispiel kathodenseitig vorgesehene Stromsammelbleche heranzuführen und diese Kühlplatte noch gesondert elektrisch zu isolieren, um keinen Kurzschluss zu erzeugen. Diese elektrische Isolierung würde für die Wärmeabfuhr eine Sperrschicht bilden, welche den Wärmeabtrangsport erschweren würde. Bei derartigen Lösungen werden zudem zum Ausgleich von Unebenheiten und zum Überbrücken von Luftspalten Gapfillermassen eingesetzt, die aber einerseits teuer sind und zum anderen ihrerseits nur sehr mäßige Wärmeleitfähigkeiten aufweisen. Bei der erfindungsgemäßen Batterie hingegen tauchen die Stirnseiten der Batteriezellen direkt in die Flüssigkeit ein, welche sich im Behälter der Temperiereinrichtung befindet. Überschüssige Wärme von den Batteriezellen kann so auf direktem Wege an die Flüssigkeit im Behälter der Temperiereinrichtung abgegeben und über dem Flüssigkeitskreislauf abtransportiert werden. Zudem müssen die Batteriezellen mantelseitig jeweils nur an einer Stelle flüssigkeitsdicht durch den Zellhalter abgedichtet werden. Dies geschieht dadurch, dass die für die Batteriezellen vorgesehenen Öffnungen des Zellhalters die Batteriezellen einerseits halten und andererseits flüssigkeitsdicht umschließen.
-
Bei der erfindungsgemäßen Batterie wird also die Flüssigkeit der Temperiereinrichtung direkt an die jeweiligen Batteriezellen, und zwar insbesondere auch an die Stirnseiten der Batteriezellen, herangeführt. Somit gibt es keine isolierenden Luftspalte und auch keine Isolierfolien oder anderweitigen isolierenden Materialien, die den Wärmeabtransport behindern könnten. Auch einen gesonderten Kühler braucht man bei der erfindungsgemäßen Batterie nicht. Die insbesondere als Kühlmedium dienende Flüssigkeit innerhalb des Behälters der Temperiereinrichtung kann also die Batteriezellen an ihren Stirnseiten sowie die als Stromsammler dienende Verbindungseinrichtung, welche ebenfalls im Fluidraum des Behälters angeordnet ist, umspülen und so von den Batteriezellen ausgehende Wärme optimal abführen.
-
Dadurch, dass die als Stromsammler dienende Verbindungseinrichtung ebenfalls im Fluidraum des Behälters angeordnet ist, kann die Verbindungseinrichtung ebenfalls sehr gut gekühlt werden. Je kühler die als Stromsammler dienende Verbindungseinrichtung ist, desto geringer ist der elektrische Widerstand der Verbindungseinrichtung, infolgedessen die Materialstärke der Verbindungseinrichtung relativ gering gewählt werden kann. Bei der erfindungsgemäßen Batterie ist es auch möglich, je nach Kühlbedarf die Batteriezellen mit ihren Stirnseiten tiefer durch die Öffnungen des Zellhalters in den Behälter uns somit in die als Kühlflüssigkeit dienende Flüssigkeit einzutauchen. Dadurch steht noch mehr Oberfläche an den Batteriezellen zur Verfügung, die im unmittelbaren Kontakt mit der zur Kühlung dienenden Flüssigkeit steht. Insgesamt wird mittels der erfindungsgemäßen Batterie also eine besonders effektive Möglichkeit zur Temperierung von Batteriezellen bereitgestellt. Grundsätzlich kann die Flüssigkeit auch dazu verwendet werden, die Batteriezellen zu erwärmen. Weisen die Batteriezellen beispielsweise eine sehr niedrige Temperatur auf, so kann die Flüssigkeit auch dazu verwendet werden, über die in die Flüssigkeit eintauchenden Batteriezellen Wärme in die Batteriezellen einzubringen. Sowohl beim Entladen als auch beim Laden weisen Batteriezellen einen bestimmten Temperaturbereich auf, in dem die Leistungsabgabe und Leistungsaufnahme besonders gut erfolgen kann. Somit kann die Temperiereinrichtung auch bei Bedarf dafür genutzt werden, die Batteriezellen möglichst schnell auf eine gewünschte Betriebstemperatur zu bringen.
-
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Flüssigkeit ein Transformatorenöl ist. Transformatorenöl oder sogenanntes Isolieröl ist ein hochraffiniertes Mineralöl oder ein dünnflüssiges Silikonöl, das bei hohen Temperaturen stabil ist. Es wird beispielsweise in der Hochspannungstechnik in Transformatoren, Kondensatoren und Schaltern zur Isolation, zur Funkenlöschung, zur Schmierung und zur Kühlung, zum Beispiel in der Leistungselektronik, verwendet. Durch das Transformatorenöl kann eine besonders gute elektrische Isolierung innerhalb des mit der Flüssigkeit gefüllten Behälters sichergestellt und eine gute Wärmeabfuhr von den Batteriezellen ermöglicht werden. Andere nicht leitende beziehungsweise isolierende Flüssigkeiten können ebenfalls zur Temperierung der Batteriezellen verwendet werden.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Zellhalter jeweils eine erste Kunststoffkomponente und eine zweite Kunststoffkomponente umfassen, welche weicher als die erste Kunststoffkomponente ist und die Öffnungen zum Abdichten der Mantelflächen der Batteriezellen und des Kontaktelements umgibt. Der Zellhalter kann beispielsweise durch ein Zweikomponenten-Spritzguss-Verfahren hergestellt werden. Die Öffnungen zum Aufnehmen der Batteriezellen und des Kontaktelements sind mit der als Weichkomponente beziehungsweise Dichtung dienenden zweiten Kunststoffkomponente ausgespritzt. Die zweite Kunststoffkomponente wirkt somit als elastische Dichtung, die radial auf die Batteriezellen und das Kontaktelement einwirkt. Dadurch kann eine besonders zuverlässige Abdichtwirkung an den Mantelflächen der Batteriezellen und an dem zumindest einen Kontaktelement realisiert werden.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Verbindungseinrichtung zumindest ein Blech umfasst, welches mit den in den Fluidraum des Behälters hineinragenden Polen der Batteriezellen verbunden ist. Dadurch können die Pole der Batteriezellen auf einfache Weise mittels des als Stromsammler dienenden Blechs elektrisch leitend miteinander verbunden werden.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Blech jeweilige Buckel aufweist, die unmittelbar mit den Polen der Batteriezellen verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise mittels Schweißen, z.B. mittels Widerstandsbuckelschweißen oder auch mittels anderer Schweißverfahren wie Laserschweißen oder Widerstandsspaltschweißen, hergestellt sein. In dem Fall sind die Buckel vor dem Schweißvorgang so hoch ausgeführt, dass sie beim Schweißen nicht komplett wegschmelzen, wodurch das Blech plan an der Stirnseite bzw. den Polen der Batteriezellen anliegen würde. Durch die höher als normal geprägten Buckel bleibt zum einen der Abstand erhalten und zum andern wird das Blech an der Buckelspitze ausgedünnt, wodurch ein recht dickes Blech (aus Gründen der Stromtragfähigkeit) trotzdem noch mit den üblicherweise recht dünnen Stirnseiten der Batteriezellen verschweißt werden kann. Die Buckel am Blech sind also auch nach dem Verbindungsvorgang in Richtung der Pole der Batteriezelle erhaben. Die Flüssigkeit im Behälter der Temperiereinrichtung kann die Stirnseiten der Batteriezellen somit gut umspülen und gleichzeitig erhält man eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Polen der Stirnseiten der Batteriezellen und dem Blech. Bei dem Blech kann es sich beispielsweise um einen Hilumin-Blechstreifen handeln. Besonders bevorzugt besteht das Blech insbesondere bei einer Buckelschweißung aus demselben Material wie die Pole der Batteriezellen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das Blech auf besonders einfache Weise mit den Polen der Batteriezellen verschweißt werden kann. Zudem kann dadurch auch einer Kontaktkorrosion vorgebeugt werden.
-
Eine alternative vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Verbindungseinrichtung Drähte umfasst, mittels welchen das Blech mit den in den Fluidraum des Behälters hineinragenden Polen der Batteriezellen verbunden ist. Auch auf diese Weise ist es möglich, eine einfache und zuverlässige Kontaktierung der Pole der Batteriezellen mit dem Blech zu erreichen. In diesem Fall ist es auch möglich, dass das Blech aus einem anderen Material als die Pole der Batteriezellen hergestellt ist. Bei dem Blech kann es sich beispielsweise um ein Aluminiumblech handeln. Dadurch, dass die Verbindung zwischen dem Blech und den Polen der Batteriezellen unter Vermittlung der Drähte, beispielsweise mittels Bonddrähten, erfolgt, können auch Materialien verbunden werden, die üblicherweise nicht so einfach verschweißt werden können. Beim Drahtbonden handelt es sich um ein Ultraschallschweißverfahren.
-
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Batteriezellen der zwei Batteriemodule in mehreren Reihen angeordnet sind, wobei je Reihe eines der Kontaktelemente durch entsprechende Öffnungen des Zellhalters in den Fluidraum des Behälters hineinragt und mittels der Verbindungseinrichtung mit den Polen der Batteriezellen der jeweiligen Reihe elektrisch leitend verbunden ist. Auf diese Weise sind die Zellen in Reihe verschaltet. Die einzelnen Reihen selbst können dann wiederum beispielsweise in Reihenschaltung miteinander verschaltet beziehungsweise elektrisch leitend verbunden werden.
-
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stirnseiten der Batteriezellen, die in den Fluidraum des Behälters hineinragen, jeweilige Zellböden der Batteriezellen sind. Mit anderen Worten sind also die jeweiligen Kathodenseiten der Batteriezellen in den Fluidraum des Behälters eingetaucht. An den Zellköpfen solcher Batteriezellen, also der Anodenseite, sind oftmals Entgasungsventile vorgesehen. Dadurch, dass die Batteriezellen mit ihren Zellböden, also mit ihrer Kathodenseite, in den Fluidraum des Behälters eintauchen, spielen derartige Entgasungsventile an der Anodenseite, also an den Zellköpfen, keine Rolle. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, dass die Stirnseiten der Batteriezellen, die in den Fluidraum des Behälters hineinragen, jeweilige Zellköpfe, also Anodenseiten, der Batteriezellen sind. Für die Zellentgasung im Fehlerfall ist dann für einen geeigneten Druckabbau zu sorgen.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Behälter einen flüssigkeitsdicht mit dem Zellhalter verbundenen Deckel aufweist. Mit anderen Worten wird also der Zellhalter rückseitig mittels des Deckels flüssigkeitsdicht verschlossen. Sobald die Batteriezellen und das zumindest eine Kontaktelement durch die besagte Öffnung des Zellhalters in den Fluidraum des Behälters hineinragen und der Deckel den Zellhalter rückseitig verschließt, wird der gesamte Behälter flüssigkeitsdicht verschlossen, sodass die im Behälter aufgenommene Flüssigkeit nicht austreten kann.
-
Wie bereits ausgeführt kann eine solche Batterie in einem Fahrzeug, beispielsweise in einem Hybridfahrzeug oder Elektrofahrzeug eingesetzt werden.
-
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung und/oder den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
-
Figurenliste
-
Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Perspektivansicht einer Batterie, welche ein Batteriemodul aufweist, an dessen Unterseite eine Temperiereinrichtung zum Temperieren jeweiliger Batteriezellen des Batteriemoduls angeordnet ist, die einen mit Flüssigkeit befüllbaren Behälter zum Kühlen der Batteriezellen aufweist;
- 2 eine Perspektivansicht von unten auf einen Zellhalter, welcher ein Teil des Behälters der Temperiereinrichtung ist;
- 3 eine weitere Perspektivansicht von unten auf den Zellhalter, wobei mehrere Batteriezellen durch jeweilige Öffnungen des Zellhalters hindurch gesteckt worden sind;
- 4 eine weitere Perspektivansicht von unten auf den Zellhalter, wobei mehrere stiftförmige Kontaktelemente durch zugehörige Öffnungen im Zellhalter gesteckt worden und die Batteriezellen durch als Stromsammler dienende Bleche elektrisch leitend untereinander sowie mit den Kontaktelementen verbunden sind;
- 5 eine Perspektivansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Batterie, wobei diese zwei übereinander angeordnete Batteriemodule aufweist, zwischen denen der aus zwei der Zellhalter zusammengesetzte Behälter der Temperiereinrichtung angeordnet ist, in welchen die jeweiligen Zellböden der Batteriezellen von zwei entgegengesetzten Seiten hineinragen;
- 6 eine Perspektivansicht auf den unteren der beiden in 5 gezeigten Zellhalter;
- 7 eine teilweise geschnittene Detailansicht der zweiten Ausführungsform der Batterie im Bereich der Zellhalter; und in
- 8 eine weitere teilweise geschnittene Detailansicht der zweiten Ausführungsform der Batterie im Bereich der beiden Zellhalter.
-
In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen worden.
-
Eine Batterie 10 mit einem Batteriemodul 12 ist in einer Perspektivansicht in 1 gezeigt. Das Batteriemodul 12 umfasst ein Gehäuse 14, in welchem mehrere hier nicht erkennbare zylinderförmige Batteriezellen, also sogenannte Rundzellen, angeordnet sind. Die Batterie 10 umfasst zudem eine Temperiereinrichtung 16 zum Temperieren, insbesondere zum Kühlen, der hier nicht erkennbaren Batteriezellen.
-
Die Temperiereinrichtung 16 umfasst einen Behälter 18, der einen hier nicht erkennbaren Fluidraum einschließt, in welchem die Batteriezellen teilweise hineinragen. Der Behälter 18 umfasst vorliegend einen Zellhalter 20 und einen Deckel 22, welcher den besagten Fluidraum des Behälters 18 nach außen hin begrenzen. Ferner umfasst der Behälter 18 hier nicht dargestellte Anschlüsse für einen Fluidkreislauf, sodass eine Flüssigkeit zum Tempieren der Batteriezellen dem Behälter 18 zugeführt und von diesem abgeführt werden kann.
-
In 2 ist der Zellhalter 20 in einer Perspektivansicht von unten gezeigt. Der Zellhalter 20 bildet, wie gesagt, gemeinsam mit dem in 1 dargestellten Deckel 22 den Behälter 18, in dem eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit zum Temperieren der Batteriezellen aufgenommen werden kann. Bei der elektrisch nicht leitenden Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um Transformatorenöl handeln. Der Zellhalter 20 umfasst mehrere Öffnungen 24, durch welche die Batteriezellen in den Fluidraum des Behälters 18 hineingeschoben werden können. Des Weiteren umfasst der Zellhalter 20 noch weitere kleinere Öffnungen 26, durch welche mehrere zylinderförmige Kontaktelemente, welche hier nicht dargestellt sind, ebenfalls in den Fluidraum des Behälters 18 eingeschoben werden können. Der Zellhalter 20 wird durch Zweikomponenten-Spritzguss hergestellt. Der Zellhalter 20 umfasst eine erste Kunststoffkomponente 28 und eine zweite Kunststoffkomponente 30, die weicher als die erste Kunststoffkomponente 28 ist. Die zweite Kunststoffkomponente 30 dient als elastische Dichtung und umgibt die jeweiligen Öffnungen 24, 26.
-
In 3 ist die Batterie 10, welche nur das eine Batteriemodul 12 aufweist, teilweise in einer Perspektivansicht von schräg unten gezeigt. Das Gehäuse 14 des Batteriemoduls 12 ist im vorliegenden Fall nicht dargestellt, sodass der Blick auf die bereits erwähnten zylinderförmigen Batteriezellen 32 freigegeben wird. Die Batteriezellen 32 wurden mit ihren jeweiligen Zellböden 34 voraus durch die hier nicht näher gekennzeichneten größeren Öffnungen 24 des Zellhalters 20 eingeschoben, sodass die Zellböden 34 in den Fluidraum des Behälters 18 hineinragen. Die zweite Kunststoffkomponente 30, welche als elastische Dichtung dient, umschließt dabei jeweilige hier nicht näher bezeichnete Mantelflächen der Batteriezellen 32, sodass an diesen Stellen eine flüssigkeitsundurchlässige Abdichtung erfolgt.
-
In 4 ist das Batteriemodul 12 wiederum teilweise in einer Perspektivansicht von schräg unten dargestellt. Neben den Batteriezellen 32 wurden noch mehrere zylinderförmige Kontaktelemente 36 mit ihren Stirnseiten durch den Zellhalter 20 in den Fluidraum des Behälters 18 eingeschoben beziehungsweise eingesteckt. Die zylinderförmigen Kontaktelemente 36 wurden dabei durch die kleineren Öffnungen 26 geschoben, wobei die als elastische Dichtung dienende zweite Kunststoffkomponente 30 die Kontaktelemente 36 an ihren Mantelflächen flüssigkeitsdicht umschließt. Im in 4 gezeigten Zustand sind also sämtliche Öffnungen 24, 26 durch die eingeschobenen Batteriezellen 32 beziehungsweise eingeschobenen Kontaktelemente 36 besetzt, sodass durch die Öffnungen 24, 26 des Zellhalters 20 keine Flüssigkeit mehr austreten kann. Der hier nicht dargestellte Deckel 22 verschließt den Zellhalter 20 von unten flüssigkeitsdicht, sodass aus dem aus dem Zellhalter 20 und dem Deckel 22 gebildeten Behälter 18 keine Flüssigkeit mehr austreten kann außer über die hier nicht dargestellten Zuflüsse und Abflüsse des besagten Flüssigkeitskreislaufs.
-
Die Zellböden 34, welche in den Fluidraum des Behälters 18 hineinragen, sind über jeweilige als Verbindungseinrichtung beziehungsweise Stromsammler dienende Bleche 38 reihenweise stromleitend miteinander verbunden. Die Bleche 38 wurden mittels Widerstandsbuckelschweißens unmittelbar mit hier nicht näher bezeichneten und sichtbaren Polen der Batteriezellen 32 verbunden. Dadurch weisen die Bleche 38 mehrere Buckel 40 auf, über welche die Schweißverbindung mit den Polen der Batteriezellen 32 hergestellt worden ist. Bei den Blechen 38 kann es sich beispielsweise um Hilumin-Blechstreifen handeln. Vorzugsweise sind die Bleche 38 aus demselben Material hergestellt wie die Pole der Batteriezellen 32, was das Verschweißen der Bleche 38 mit den Polen der Batteriezellen 32 erheblich erleichtert. Durch die Buckelschweißung der Bleche 38 mit den Buckeln 40 kann die im Behälter 18 vorhandene Flüssigkeit die Zellböden 34 der Batteriezellen 32 gut umspülen und zudem erhält man eine sichere elektrische und mechanische Verbindung zwischen den Polen der Batteriezellen 32 und den Blechen 38. Alternativ ist es auch möglich, für die Bleche 38 Aluminiumbleche zu verwenden, die beispielsweise mittels hier nicht dargestellter Bonddrähte mit den Polen der Batteriezellen 32 kontaktiert werden können.
-
Wie zu erkennen, sind die Batteriezellen 32 des Batteriemoduls 12 in mehreren Reihen angeordnet, wobei je Reihe eines der zylinderförmigen Kontaktelemente 36 unter Vermittlung der Bleche 38 mit den Batteriezellen 32 der jeweiligen Reihe elektrisch leitend verbunden ist. Eine andere Verschaltung der Batteriezellen 32 untereinander ist natürlich auch möglich.
-
In 5 ist eine Ausführungsform der Batterie 10 in einer Perspektivansicht gezeigt. Hier umfasst die Batterie 10 zwei der Batteriemodule 12, zwischen denen der Behälter 18 der Temperiereinrichtung 16 angeordnet ist. Im vorliegenden Fall umfasst der Behälter 18 zusätzlich zu dem Zellhalter 20 statt des Deckels 22 (siehe 1) einen weiteren Zellhalter 42. Der weitere Zellhalter 42 umfasst zudem Anschlüsse 44, über welchen eine elektrisch nicht leitende Flüssigkeit, beispielsweise ein Transformatorenöl, dem Fluidraum 46 des Behälters 18 zugeführt und aus diesem abgeführt werden kann. Der Fluidraum 46 wird bei dieser Ausführungsform also durch die beiden Zellhalter 20, 42 begrenzt, wohingegen bei der ersten Ausführungsform der Fluidraum 46 (der in den vorangegangenen Figuren mit keinen Bezugszeichen versehen worden war) durch den Zellhalter 20 und den Deckel 22 begrenzt wurde.
-
Die Batteriezellen 32 der beiden Batteriemodule 12 sind wiederum so in die Zellhalter 20, 42 eingesteckt, dass sie mit ihren jeweiligen Zellböden 34 in den Fluidraum 46 des Behälters 18 der Temperiereinrichtung 16 hineinragen. Die als Verbindungseinrichtung beziehungsweise Stromsammler dienenden Bleche 38 werden wiederum dazu verwendet, die hier nicht näher bezeichneten Pole der Zellböden 34 der Batteriezellen 32 untereinander und mit den zylinderförmigen Kontaktelementen 36 elektrisch leitend zu verbinden.
-
In 6 ist der Zellhalter 42 in einer Perspektivansicht gezeigt. Der Zellhalter 42 weist abgesehen von den Anschlüssen 44 im Wesentlichen den gleichen Aufbau wie der Zellhalter 20 (siehe beispielsweise 2) auf. Auch dieser Zellhalter 42 wird vorzugsweise durch ein Zweikomponenten-Spritzgussverfahren hergestellt, sodass der Zellhalter 42 seinerseits wiederum die erste Kunststoffkomponente 28 und die zweite Kunststoffkomponente 30 aufweist, welche weicher als die erste Kunststoffkomponente 28 ist. Die weichere Kunststoffkomponente 30 dient wiederum als elastische Dichtung und umgibt die kleinen und großen Öffnungen 24, 26, sodass die Batteriezellen 32 und die zylinderförmigen Kontaktelemente 36 flüssigkeitsdicht an den jeweiligen Mantelflächen umschlossen werden. Sobald die Batteriezellen 32 und die Kontaktelemente 36 durch die Öffnungen 24, 26 der beiden Zellhalter 20, 42 eingesteckt worden sind, wird der Fluidraum 46, welcher durch die beiden Zellhalter 20, 42 eingeschlossen wird, flüssigkeitsdicht abgeschlossen, natürlich abgesehen von den Anschlüssen 44 zum Zuführen und Abführen der elektrisch nicht leitenden Flüssigkeit, welche zum Temperieren der Batteriezellen 32 dient.
-
In 7 ist die Ausführungsform der Batterie 10 in einer teilweise geschnittenen Detailansicht im Bereich der beiden Zellhalter 20, 42 gezeigt. Wie zu erkennen, greifen die beiden Zellhalter 20, 42 formschlüssig ineinander, indem sie durch eine Art Feder-Nut-Prinzip miteinander verbunden worden sind. Die formschlüssig ineinander greifenden Zellhalter 20, 42 können beispielsweise mit einem Klebstoff abgedichtet sein.
-
In 8 ist die Ausführungsform der Batterie 10 wiederum in einer teilweise geschnittenen Detailansicht in einem Bereich rund um die beiden Zellhalter 20, 42 gezeigt. Hier kann man ebenfalls nochmals gut erkennen, dass die beiden Zellhalter 20, 42 mit ihren umlaufenden Rändern durch ein Feder-Nut-Prinzip formschlüssig miteinander verbunden worden sind. Dadurch, dass sich bei der zweiten Ausführungsform die beiden Batteriemodule 12 die Temperiereinrichtung 16 mit den beiden Zellhaltern 20, 42 teilen, kann bei einem relativ geringen Bauraumbedarf und Bauteilebedarf eine besonders gute Temperierung der Batteriezellen 32 beider Batteriemodule 12 erzielt werden.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Batterie
- 12
- Batteriemodul
- 14
- Gehäuse des Batteriemoduls
- 16
- Temperiereinrichtung
- 18
- Behälter der Temperiereinrichtung
- 20
- Zellhalter
- 22
- Deckel
- 24
- Öffnungen im Zellhalter für die Batteriezellen
- 26
- Öffnungen im Zellhalter für die Kontaktelemente
- 28
- erste Kunststoffkomponente des Zellhalters
- 30
- zweite Kunststoffkomponente des Zellhalters
- 32
- zylinderförmige Batteriezellen
- 34
- Zellböden der Batteriezellen
- 36
- Kontaktelemente
- 38
- als Stromsammler dienende Bleche
- 40
- Buckel an den Blechen
- 42
- weiterer Zellhalter
- 44
- Anschlüsse an einem der Zellhalter
- 46
- Fluidraum des Behälters
