DE102018119876B4 - Prismatischer Batteriestapel mit multifunktionalem Kühlkanal - Google Patents

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Abstract

Prismatischer Batteriestapel (10), umfassend:eine erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100), wobei die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) Folgendes beinhaltet:eine erste Einhausung (102), die eine erste innere Einhausungsfläche (104) und eine erste äußere Einhausungsfläche (106) gegenüber der ersten inneren Einhausungsfläche (104) definiert;eine erste Kathodenlasche (112), die aus der ersten Einhausung (102) herausragt;eine erste Anodenlasche (114), die aus der ersten Einhausung (102) herausragt;eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200), die elektrisch mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) verbunden ist, wobei die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) Folgendes beinhaltet:eine zweite Einhausung (202), die eine zweite innere Einhausungsfläche (204) und eine zweite äußere Einhausungsfläche (206) gegenüber der zweiten inneren Einhausungsfläche (204) definiert;eine zweite Kathodenlasche (212), die aus der zweiten Einhausung (202) herausragt;eine zweite Anodenlasche (214), die aus der zweiten Einhausung (202) herausragt;einen ersten Kanal (300), der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) herum angeordnet ist;einen zweiten Kanal (400), der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) herum angeordnet ist;wobei der erste Kanal (300) als erster Kühlkörper dient, um eine Wärmeübertragung sowohl von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als auch von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum ersten Kanal (300) zu ermöglichen; undwobei der zweite Kanal (400) als ein zweiter Kühlkörper dient, um eine Wärmeübertragung sowohl von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als auch von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum zweiten Kanal (400)zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dassder erste Kanal (300) als erste Sammelschiene zum elektrischen Verbinden der ersten Kathodenlasche (112) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit der zweiten Kathodenlasche (212) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) dient, der zweite Kanal (400) als zweite Sammelschiene zum elektrischen Verbinden der ersten Anodenlasche (114) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit der zweiten Anodenlasche (214) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) dient, der erste Kanal (300) eine erste äußere Seitenwand (302) aufweist, eine erste innere Seitenwand (304), eine erste obere Wand (306), welche die erste äußere Seitenwand (302) und die erste innere Seitenwand (304) direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand (308), welche die erste äußere Seitenwand (302) und die erste innere Seitenwand (304) direkt miteinander verbindet, wobei die erste obere Wand (306) senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand (302) ist, die erste obere Wand (306) senkrecht zur ersten inneren Seitenwand (304) ist, die erste untere Wand (308) senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand (302) ist und die erste untere Wand (308) senkrecht zur ersten inneren Seitenwand (304) ist.

Description

  • EINLEITUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen prismatischen Batteriestapel gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie er der Art nach im Wesentlichen aus der DE 10 2011 011 650 A1 bekannt ist.
  • Lithium-basierte Batterien werden im automobilen und ähnlichen Verkehrsbereichen eingesetzt, um herkömmliche Verbrennungsmotoren (ICE) im Falle von Hybridelektrofahrzeugen (HEV) zu ergänzen oder im Falle von rein elektrischen Fahrzeugen (EV) zu ersetzen. Die Fähigkeit, Energie sowohl aus portablen und stationären Quellen als auch aus der vom Fahrzeug zurückgewonnenen kinetischen Energie passiv zu speichern, prädestiniert diese Batterien, als Teil eines Antriebssystems für Pkw, Lkw, Busse, Motorräder und ähnliche Fahrzeugplattformen eingesetzt zu werden. Der Fluss elektrischen Stroms in die und aus den einzelnen Zellen (d. h. eine einzelne elektrochemische Einheit) verhält sich so, dass ein Kombinieren mehrerer solcher Zellen in eine entsprechend größere Baugruppe (wie etwa Module oder Pakete), eine Erhöhung des Stroms oder der Spannung ermöglicht, um den gewünschten Energieausstoß zu generieren. Im vorliegenden Kontext bestehen größere Modul- und Paketbaugruppen aus einer oder mehreren Zellen, die in Serie aneinander p gefügt sind (für erhöhte Spannung), arallel aneinander gefügt sind (für erhöhten Strom) oder beides, und die Baugruppen können zusätzliche Strukturen enthalten, um die korrekte Installation und den korrekten Betrieb dieser Zellen zu gewährleisten. Eine gewöhnlich in Fahrzeugen verwendete Form des Batteriepakets wird als Leistungsbatterie bezeichnet, während eine andere als Energiebatterie bezeichnet wird. In der Leistungsbatteriepaketvariante sind die Zellen, aus denen das Batteriepaket besteht, als prismatische (d. h. rechteckige) Behälter ausgeführt, die ein stabiles äußeres Gehäuse definieren, das als Zellengehäuse bezeichnet wird. In der Energiebatteriepaketvariante befinden sich die einzelnen Zellen in einer dünneren flexiblen, prismatischen Tasche.
  • KURZDARSTELLUNG
  • Die vorliegende Offenbarung beschreibt einen multifunktionalen Kühlkanal und eine Sammelschiene für einen Batteriestapel. Bestimmte Batteriesysteme erfordern Hochstromsammelschienen zur elektrischen Anbindung an die Batteriezelle und einen Kühlkanal zur thermischen Anbindung an die Batteriezelle. Der derzeit offenbarte Batteriestapel beinhaltet einen multifunktionalen Kühlkanal/Sammelschiene, der dazu dient, die Wärme sowohl von der Vorderseite der Batteriezelle als auch von den Zellenlaschen thermisch zu übertragen und gleichzeitig elektrisch als Hochstrombus zu fungieren. Der multifunktionale Kühlkanal verwandelt einen prismatischen Beutelstapel in einen prismatischen dosenartigen Zellenstapel und ermöglicht so eine einseitige elektrische Bus- und Zellspannungssensorverbindung. Bei einer P-Zelle mit asymmetrischen Zellenlaschen verwendet der Batteriestapel zwei Batteriezellen-Teilenummern, um eine rationellere Integration von Bussen und Sensoren zu ermöglichen, wodurch die Komplexität der Profilmontagekomponenten und die Komplexität des Fertigungssystems reduziert wird (d. h. ein zellspezifisches Biegen der Laschen ist nicht erforderlich). Bei der N-Zelle benötigt die Batteriezelle nur eine einzige Zellen-Teilenummer, da die Zelle reversibel ist. Daher reduziert der derzeit offenbarte Batteriestapel die Anzahl der Komponenten, die zur Verbindung von Zellgruppen zum Sammeln oder Abtasten benötigt werden. Es ermöglicht auch eine bessere thermische Leistung des Batteriesystems durch Laschenkühlung und Flächenkühlung und ermöglicht einen kleineren Packraum für eine vielseitigere Packungsintegration (Flachpaket vs. Tunnelpaket). Die Kombination von Funktionen (d. h. thermisch/elektrisch) in einer Komponente (d. h. dem Kanal) führt zu besseren thermischen Eigenschaften und einer kostengünstigeren Integration. Das einzigartige Design des Batteriestapels ist sehr vielseitig. Für die N-Zelle wird nur ein einkanaliges Design benötigt. Für die P-Zelle werden zwei verschiedene Kanalausführungen benötigt. Der Konstruktionsansatz ermöglicht jedoch die Verwendung der gleichen elektrischen Anschlüsse von der Oberseite des Moduls aus (unabhängig davon, ob das Modul N- oder P-Zellen verwendet). So können beispielsweise ein 2P N-Zellenmodul und ein 2P P-Zellenmodul exakt die gleichen elektronischen Schnittstellen verwenden (ebenfalls für das 4P-Layout). Alle Kanäle können als Hülsen konfiguriert werden.
  • Erfindungsgemäß zeichnet sich der prismatische Batteriestapel durch die Merkmale des Anspruchs 1 aus.
  • Die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine erste Einhausung, die eine erste innere Einhausungsfläche und eine erste äußere Einhausungsfläche gegenüber der ersten inneren Einhausungsfläche definiert. Die erste Eindämmung beinhaltet eine erste Kathodenlasche, die aus der ersten Eindämmung herausragt und eine erste Anodenlasche, die aus der ersten Eindämmung herausragt. Der Batteriestapel beinhaltet weiterhin eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle, die mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine zweite Einhausung, die eine zweite innere Einhausungsfläche und eine zweite äußere Einhausungsfläche gegenüber der zweiten inneren Einhausungsfläche definiert. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet weiterhin eine zweite Kathodenlasche, die aus der zweiten Einhausung herausragt. Die zweite Batteriezelle beinhaltet weiterhin eine zweite Anodenlasche, die aus der zweiten Einhausung herausragt. Der Batteriestapel beinhaltet auch einen ersten Kanal, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle herum angeordnet ist. Der Batteriestapel beinhaltet einen zweiten Kanal, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle herum angeordnet ist. Der erste Kanal dient als erster Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum ersten Kanal. Der zweite Kanal dient als zweiter Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal. Der erste Kanal dient als erste Sammelschiene zur elektrischen Verbindung der ersten Kathodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit der zweiten Kathodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der zweite Kanal dient als zweite Sammelschiene zur elektrischen Verbindung der ersten Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit der zweiten Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der erste Kanal beinhaltet eine erste äußere Seitenwand, eine erste innere Seitenwand, eine erste obere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, wobei die erste obere Wand senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand steht. Die erste obere Wand steht senkrecht zur ersten inneren Seitenwand, die erste untere Wand senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand und die erste untere Wand senkrecht zur ersten inneren Seitenwand.
  • Der erste Kanal beinhaltet gemäß einer weiteren Ausführungsform weiterhin eine erste äußere Lasche und eine erste innere Lasche, wobei die erste innere Lasche direkt aus der ersten inneren Seitenwand herausragt, wobei die erste äu-ßere Lasche direkt aus der ersten äußeren Seitenwand herausragt und die erste innere Lasche parallel zur ersten äußeren Lasche verläuft.
  • Die erste äußere Lasche wird gemäß einer weiteren Ausführungsform direkt mit der ersten Lasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die erste Lasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem ersten Kanal elektrisch zu verbinden. Die erste innere Lasche ist direkt mit der zweiten Lasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die zweite Lasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem ersten Kanal elektrisch zu verbinden. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle ist in einer ersten Richtung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle beabstandet. Der gesamte zweite Kanal ist von einer Gesamtheit des ersten Kanals entlang einer zweiten Richtung beabstandet. Die zweite Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung. Die erste obere Wand ist in einer dritten Richtung von der ersten unteren Wand beabstandet. Die dritte Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung. Die dritte Richtung ist senkrecht zur zweiten Richtung. Die erste Anodenlasche ist in der zweiten Richtung von der ersten Kathodenlasche beabstandet. Die zweite Anodenlasche ist in der zweiten Richtung von der zweiten Kathodenlasche beabstandet. Die erste innere Seitenwand ist in der ersten Richtung von der ersten äußeren Seitenwand beabstandet. Die erste innere Lasche ist in der zweiten Richtung von der ersten äußeren Lasche beabstandet.
  • Der zweite Kanal beinhaltet gemäß einer weiteren Ausführungsform eine zweite äußere Seitenwand, eine zweite innere Seitenwand, eine zweite obere Wand, welche die zweite äußere Seitenwand und die zweite innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, und eine zweite untere Wand, welche die zweite äußere Seitenwand und die zweite innere Seitenwand direkt miteinander verbindet. Die zweite obere Wand ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand. Die zweite obere Wand ist senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand. Die zweite untere Wand ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand. Die zweite untere Wand ist senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand.
  • Der zweite Kanal beinhaltet gemäß einer weiteren Ausführungsform weiterhin eine zweite innere Lasche und eine zweite äußere Lasche, wobei die zweite innere Lasche direkt aus der zweiten inneren Seitenwand vorsteht, während die zweite äußere Lasche direkt aus der zweiten äußeren Seitenwand vorsteht. Die zweite innere Lasche ist parallel zur ersten äußeren Lasche. Die zweite äußere Lasche ist direkt mit der ersten Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die erste Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem zweiten Kanal elektrisch zu verbinden. Die zweite innere Lasche ist direkt mit der zweiten Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die zweite Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem zweiten Kanal elektrisch zu verbinden.
  • Die erste äußere Seitenwand des ersten Kanals liegt gemäß einer weiteren Ausführungsform näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche der ersten Lithium-lonen-Batteriezelle als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-lonen-Batteriezelle zum ersten Kanal zu erleichtern. Die zweite äußere Seitenwand des zweiten Kanals liegt näher an der zweiten äußeren Einhausungsfläche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal zu erleichtern. Die erste innere Seitenwand des ersten Kanals liegt näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche, um die Wärmeübertragung von der ersten Batterie zum ersten Kanal zu erleichtern. Die zweite innere Seitenwand des zweiten Kanals liegt näher an der zweiten äußeren Einhausungsfläche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle als an der ersten äußeren Einhausungsfläche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal, der ersten oberen Wand, zu erleichtern. Die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand bilden zusammen einen ersten Kanalkörper. Der erste Kanal beinhaltet weiterhin eine erste elektrisch isolierende Folie, die mit dem ersten Kanalkörper gekoppelt ist. Die zweite obere Wand, die zweite untere Wand, die zweite äußere Seitenwand und die zweite innere Seitenwand bilden zusammen einen zweiten Kanalkörper. Der zweite Kanal beinhaltet weiterhin eine zweite elektrisch isolierende Folie, die mit dem zweite Kanalkörper gekoppelt ist. Der erste Kanal ist gekennzeichnet durch das Fehlen der ersten elektrisch isolierenden Folie auf der ersten äußeren Lasche und der ersten inneren Lasche, und der zweite Kanal ist gekennzeichnet durch das Fehlen der zweiten elektrisch isolierenden Folie auf der zweiten äußeren Lasche und der zweiten inneren Lasche.
  • In einigen Ausführungsformen ist die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle in der ersten Richtung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle beabstandet. Der erste Kanal beinhaltet eine erste äußere Seitenwand, eine erste innere Seitenwand, eine erste obere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet. Die erste obere Wand ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand. Die erste obere Wand ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand. Die erste untere Wand ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand und die erste untere Wand ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand. Der zweite Kanal beinhaltet eine zweite äußere Seitenwand, eine zweite innere Seitenwand, eine zweite obere Wand, welche die zweite äußere Seitenwand und die zweite innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, und eine zweite untere Wand, welche die zweite äußere Seitenwand und die zweite innere Seitenwand direkt miteinander verbindet. Die zweite obere Wand ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand, wobei die zweite obere Wand senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand ist. Die zweite untere Wand ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand. Die zweite untere Wand ist senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand. Die zweite obere Wand ist in einer zweiten Richtung von der ersten oberen Wand beabstandet. Die zweite Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung. Die erste Kathodenlasche ist entlang der dritten Richtung von der ersten Anodenlasche beabstandet und die dritte Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung. Die dritte Richtung ist senkrecht zur zweiten Richtung, und die zweite Kathodenlasche ist von der zweiten Anodenlasche entlang der dritten Richtung beabstandet.
  • Die erste innere Seitenwand definiert gemäß einer weiteren Ausführungsform ein erstes oberes Ende und ein erstes unteres Ende gegenüber dem ersten oberen Ende, das erste obere Ende der ersten inneren Seitenwand ist direkt mit der ersten oberen Wand verbunden, das erste untere Ende ist direkt mit der ersten unteren Wand verbunden, der erste Kanal weist eine erste maximale Höhe auf, die vom ersten oberen Ende bis zum ersten unteren Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der dritten Richtung definiert ist. Die zweite innere Seitenwand definiert ein zweites oberes Ende und ein zweites unteres Ende gegenüber dem zweiten oberen Ende. Das zweite obere Ende der zweiten inneren Seitenwand ist direkt mit der zweiten oberen Wand gekoppelt. Der zweite Kanal definiert eine zweite maximale Höhe vom zweiten oberen Ende der zweiten inneren Seitenwand bis zum zweiten unteren Ende der zweiten inneren Seitenwand entlang der dritten Richtung. Die erste maximale Höhe ist größer als die zweite maximale Höhe.
  • Die erste innere Seitenwand weist gemäß einer weiteren Ausführungsform ein erstes hinteres Ende und ein erstes vorderes Ende gegenüber dem ersten hinteren Ende auf. Das erste vordere Ende ist in der zweiten Richtung vom ersten hinteren Ende beabstandet. Der erste Kanal definiert eine erste maximale Länge vom ersten hinteren Ende der ersten inneren Seitenwand bis zum ersten vorderen Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der zweiten Richtung. Die zweite innere Seitenwand weist ein zweites hinteres Ende und ein zweites vorderes Ende gegenüber dem zweiten hinteren Ende auf. Das zweite vordere Ende ist in der zweiten Richtung vom zweiten hinteren Ende beabstandet. Der zweite Kanal weist eine zweite maximale Länge auf, die vom zweiten hinteren Ende der zweiten inneren Seitenwand bis zum zweiten hinteren Ende der zweiten inneren Seitenwand entlang der zweiten Richtung definiert ist. Die erste maximale Länge ist größer als die zweite maximale Länge.
  • Das zweite hintere Ende der zweiten inneren Seitenwand ist gemäß einer weiteren Ausführungsform vom ersten hinteren Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der zweiten Richtung beabstandet. Das zweite vordere Ende der zweiten inneren Seitenwand ist vom ersten vorderen Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der dritten Richtung beabstandet. Das zweite vordere Ende der zweiten inneren Seitenwand ist nicht vom ersten vorderen Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der zweiten Richtung beabstandet. Der erste Kanal beinhaltet weiterhin eine erste äußere Lasche und eine erste innere Lasche, wobei die erste innere Lasche direkt aus der ersten inneren Seitenwand herausragt, wobei die erste äußere Lasche direkt aus der ersten äußeren Seitenwand herausragt, wobei die erste innere Lasche parallel zur ersten äußeren Lasche ist und die erste äußere Lasche direkt mit der ersten Kathodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden ist, um die erste Kathodenlasche der ersten Lithiumlonen-Batteriezelle mit dem ersten Kanal elektrisch zu verbinden. Die erste innere Lasche ist direkt mit der zweiten Lasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die zweite Lasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem ersten Kanal elektrisch zu verbinden. Der zweite Kanal beinhaltet eine zweite innere Lasche und eine zweite äußere Lasche. Die zweite innere Lasche ragt direkt aus der zweiten inneren Seitenwand heraus. Die zweite äußere Lasche ragt direkt aus der zweiten äußeren Seitenwand heraus, und die zweite innere Lasche ist parallel zur ersten äußeren Lasche. Die zweite äußere Lasche ist direkt mit der ersten Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die erste Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem zweiten Kanal elektrisch zu verbinden. Die zweite innere Lasche ist direkt mit der zweiten Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die zweite Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem zweiten Kanal elektrisch zu verbinden. Die erste äußere Lasche ist von der ersten inneren Lasche entlang der ersten Richtung beabstandet, die zweite äußere Lasche ist von der zweiten inneren Lasche entlang der zweiten Richtung beabstandet, die zweite äußere Lasche ist von der ersten äußeren Lasche entlang der dritten Richtung beabstandet, und die zweite innere Lasche ist von der ersten inneren Lasche entlang der dritten Richtung beabstandet. Das zweite untere Ende der zweiten inneren Seitenwand ist vom ersten unteren Ende der ersten inneren Seitenwand entlang der dritten Richtung beabstandet.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft auch Kraftfahrzeuge. In einigen Ausführungsformen beinhaltet das Fahrzeug eine Vielzahl von Rädern, einen Elektromotor, der mit mindestens einem der Vielzahl von Rädern gekoppelt ist, und ein prismatischer Batteriestapel, der elektrisch mit dem Elektromotor verbunden ist. Der prismatische Batteriestapel beinhaltet eine erste Lithium-Ionen-Batteriezelle. Die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine erste Eindämmung, die eine erste innere Eindämmungsfläche und eine erste äußere Eindämmungsfläche gegenüber der ersten inneren Eindämmungsfläche definiert. Die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine erste Kathodenlasche, die aus der ersten Einhausung herausragt, und eine erste Anodenlasche, die aus der ersten Einhausung herausragt. Das Fahrzeug beinhaltet weiterhin eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle, die mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine zweite Einhausung, die eine zweite innere Einhausungsfläche und eine zweite äußere Einhausungsfläche gegenüber der zweiten inneren Einhausungsfläche definiert. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine zweite Kathodenlasche, die aus der zweiten Einhausung herausragt. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle beinhaltet eine zweite Anodenlasche, die aus der zweiten Einhausung herausragt. Das Fahrzeug beinhaltet weiterhin einen ersten Kanal, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle herum angeordnet ist, und einen zweiten Kanal, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle herum angeordnet ist. Der erste Kanal dient als erster Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum ersten Kanal. Der zweite Kanal dient als zweiter Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal. Der erste Kanal dient als erste Sammelschiene zur elektrischen Verbindung der ersten Kathodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit der zweiten Kathodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der zweite Kanal dient als zweite Sammelschiene zur elektrischen Verbindung der ersten Anodenlasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit der zweiten Anodenlasche der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der erste Kanal beinhaltet eine erste äußere Seitenwand, eine erste innere Seitenwand, eine erste obere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand, welche die erste äußere Seitenwand und die erste innere Seitenwand direkt miteinander verbindet. Die erste obere Wand ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand. Die erste obere Wand ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand. Die erste untere Wand ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand und die erste untere Wand ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand. Der erste Kanal beinhaltet weiterhin eine erste äußere und eine erste innere Lasche, wobei die erste innere Lasche direkt aus der ersten inneren Seitenwand herausragt. Die erste äußere Lasche ragt direkt aus der ersten äußeren Seitenwand heraus, und die erste innere Lasche ist parallel zur ersten äußeren Lasche. Die erste äußere Lasche wird direkt mit der ersten Lasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle verbunden, um die erste Lasche der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle mit dem ersten Kanal elektrisch zu verbinden.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt auch ein Verfahren. Das Verfahren umfasst: (a) Platzieren eines ersten Kanals um eine erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle; und (b) Platzieren eines zweiten Kanals um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der erste Kanal dient als erster Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum ersten Kanal. Der zweite Kanal dient als zweiter Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal.
  • Die vorstehend genannten Funktionen und Vorteile sowie andere Funktionen und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung der bestmöglichen praktischen Umsetzung der dargestellten Erfindung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen hervor.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Fahrzeugs mit einem Hybridantriebssystem in Form eines Batteriestapels und eines Verbrennungsmotors.
    • 2 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle.
    • 3 ist eine schematische perspektivische Draufsicht einer zweiten Lithium-lonen-Batteriezelle.
    • 4A ist eine schematische Explosionsansicht von vorne eines Batteriestapels mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle für eine 4P-Konfiguration.
    • 4B ist eine schematische Explosionsansicht von vorne eines Batteriestapels mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle für eine 2P-Konfiguration
    • 5 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines ersten Kanals.
    • 6 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines zweiten Kanals.
    • 7 ist eine schematische perspektivische Ansicht der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle, der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle, des ersten Kanals und des zweiten Kanals zusammengesetzt, wobei die Zellenlaschen nicht notwendigerweise verschweißt sind (aber sie könnten es sein) und die Zellenlaschen nicht typischerweise verschweißt werden, bis der gesamte Modulstapel vollständig abgeschlossen ist.
    • 8 ist eine schematische perspektivische Ansicht sowohl des ersten als auch des zweiten Kanals, einschließlich einer auf einer Außenfläche angeordneten elektrisch isolierenden Folie.
    • 9 ist eine schematische Querschnittsansicht sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals entlang der Schnittlinie 9-9 von 8.
    • 10 ist eine schematische perspektivische Ansicht sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals, einschließlich einer auf einer Innenfläche angeordneten elektrisch isolierenden Folie.
    • 11 ist eine schematische Querschnittsansicht sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals entlang der Schnittlinie 11-11 von 10.
    • 12 ist eine schematische perspektivische Ansicht sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals, einschließlich einer auf der Außen- und Innenfläche angeordneten elektrisch isolierenden Folie.
    • 13 ist eine schematische Querschnittsansicht sowohl des ersten Kanals als auch des zweiten Kanals entlang der Schnittlinie 13-13 von 12.
    • 14 ist eine schematische perspektivische Ansicht eines Batteriemoduls mit einem 4P-Layout.
    • 15 ist eine schematische Perspektive eines Batteriemoduls mit einem 2P-Layout.
    • 16 ist eine schematische Draufsicht des in 15 dargestellten Batteriestapels (mit einem 2P-Layout), die den elektrischen Strompfad mit gestrichelten Linien darstellt.
    • 17A ist eine schematische Draufsicht des in 15 dargestellten Batteriestapels (mit einem 2P-Layout), die den elektrischen Strompfad mit gestrichelten Linien für eine 4P-Konfiguration darstellt.
    • 17B ist eine schematische Draufsicht des in 15 dargestellten Batteriestapels (mit einem 2P-Layout), die den elektrischen Strompfad mit gestrichelten Linien für eine 2P-Konfiguration darstellt
    • 18 ist eine schematische Draufsicht des in 15 dargestellten Batteriestapels, einschließlich einer flexiblen Schaltung zur Spannungsmessung.
    • 19 ist eine schematische Unteransicht des in 15 dargestellten Batteriemoduls, einschließlich einer flexiblen Schaltung zur Spannungsmessung.
    • 20 ist eine schematische perspektivische Darstellung des in 15 dargestellten Batteriemoduls inklusive einer Kühlplatte.
    • 21 ist eine schematische perspektivische Ansicht des in 15 dargestellten Batteriemoduls einschließlich eines Klebstoffs zwischen dem ersten und zweiten Kanal.
    • 22 ist eine schematische Draufsicht des in 14 dargestellten Batteriemoduls.
    • 23A ist eine schematische Seitenansicht des in 14 dargestellten Batteriemoduls für eine 4P-Konfiguration.
    • 23B ist eine schematische Seitenansicht des in 14 dargestellten Batteriemoduls für eine 2P-Konfiguration.
    • 24 ist eine schematische Draufsicht des in 14 dargestellten Batteriemoduls, einschließlich einer flexiblen Schaltung zur Spannungsmessung und - übertragung.
    • 25 ist eine schematische Unteransicht des in 14 dargestellten Batteriemoduls, einschließlich einer flexiblen Schaltung zur Spannungsmessung.
    • 26 ist eine schematische perspektivische Darstellung des in 14 dargestellten Batteriemoduls inklusive einer Kühlplatte.
    • 27 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines Niedrigstprofilkanals ohne untere Wand.
    • 28 ist eine schematische, perspektivische Draufsicht eines Niedrigstprofilkanals ohne untere Wand.
    • 29 ist eine schematische perspektivische Ansicht einer Lithium-Ionen-Batteriezelle mit der Anodenlasche und der Kathodenlasche, die von der gleichen Seite der Einhausung vorstehen.
    • 30 ist eine schematische Draufsicht auf die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle, die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle, den ersten Kanal und den zweiten Kanal zusammengesetzt.
    • 31 ist eine schematische Unteransicht auf die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle, die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle, den ersten Kanal und den zweiten Kanal zusammengesetzt.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • 1 veranschaulicht schematisch ein Fahrzeug 1 mit einem Hybrid-Antriebssystem 2 in Form einer elektrischen Energiequelle bestehend aus einem Verbrennungsmotor (ICE) 5 und einem prismatischen Batteriestapel 10, die beide mit einem oder mehreren Elektromotoren 6 und einem Getriebe (z. B. in Form eines Planetenradsatzes) zusammenwirken, das einen Antriebsstrang bildet. Ein solches Fahrzeug ist als Hybridelektrofahrzeug (HEV) bekannt. Insbesondere ist der prismatische Batteriestapel 10 elektrisch mit dem Elektromotor 6 verbunden, um den Stromfluss zwischen dem prismatischen Batteriestapel 10 und dem Elektromotor zu ermöglichen. Es ist zu beachten, dass das Fahrzeug 1 keinen ICE 5 erfordert; in diesem Fall ist das Fahrzeug 1 kein HEV, sondern ein Elektrofahrzeug (EV). Der prismatische Batteriestapel 10 kann entweder in der Form des Leistungsbatteriepacks oder ein Energiebatteriepacks vorliegen, wobei sich die entsprechende Variante aus dem Kontext ergibt. Zusätzliche Antriebskomponenten, die bei der Bereitstellung von Antriebsenergie an einem oder mehrerer Räder 7 behilflich sind und mit dem prismatischen Batteriestapel 10 und dem ICE 5 gekoppelt sind, rotierende Wellen, Achsen, Steuerungen oder dergleichen beinhalten. Der Elektromotor 6 ist mit mindestens einem der Räder 7 gekoppelt, um das Fahrzeug 1 anzutreiben. Obwohl das Fahrzeug 1 derzeit als Auto dargestellt wird, kann das Hybrid-Antriebssystem 2 in andere Fahrzeugtypen (einschließlich Lkw, Busse, Flugzeuge, Wasserfahrzeuge, Raumfahrzeuge und Motorräder) integriert werden. Weiterhin kann der prismatische Batteriestapel 10 auch in nicht-automobilen Anwendungen eingesetzt werden.
  • Unter weiterer Bezugnahme auf 1 ist der prismatische Batteriestapel-10 die elektrische Stromquelle für das Fahrzeug 1 und liegt in Form zahlreicher prismatischer Lithium-Ionen-Batteriezellen (z. B. die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200, die hier der Einfachheit halber zum Teil auch nur als Batteriezellen oder Zellen bezeichnet werden) vor, die in einer gegenüberliegenden Anordnung (ähnlich einem Kartenstapel) in Stapelrichtung ausgerichtet sind. Eine Gruppe von zahlreichen einzelnen Batteriezellen 100 kann zu größeren Einheiten zusammengefasst werden, die als Module bezeichnet werden, die ihrerseits mit einem Gehäuse versehen sind, um das Batteriestapel 10 zu definieren. Weitere Einrichtungen zur Integration des prismatischen Batteriestapels 10 in das Fahrzeug 1 können (unter anderem) ein Batteriesystemüberwachungseinheit (BSM) und eine manuelle Service-Trennschaltereinheit (MSD) sowie eine Batterieabschalteinheit (BDU) und ergänzende Strukturen zur elektrischen Steuerung, für eine strukturellen Halt, Kühlung, elektrische Verbindungen (zum Beispiel über Sammelschienen und Kabel) und dergleichen beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf 2, in der dargestellten Energiebatterieform, beinhaltet der einzelne prismatische Batteriestapel 10 mindestens zwei prismatische Batteriezellen (d. h. die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Lithium-lonen-Batteriezelle 200). Es ist jedoch vorgesehen, dass der Batteriestapel 10 mehr als zwei Batteriezellen beinhalten kann. Sowohl die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 als auch die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 sind als rechteckige (d. h. prismatische) Tasche ausgeführt.
  • Unter Bezugnahme auf die 2-4 ist die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 ein Spiegelbild der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200, wodurch das Biegen der Laschen entfällt. Somit sind die strukturellen Merkmale der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 bis auf die Ausrichtung im Batteriestapel 10 identisch. Zudem sind die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 gleich groß. Die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 beinhaltet eine erste Einhausung 102, die eine erste innere Einhausungsfläche 104 und eine erste äußere Einhausungsfläche 106 gegenüber der ersten inneren Einhausungsfläche 104 definiert. Die erste innere Einhausungsfläche 104 ist von der ersten äußeren Einhausung 106 entlang einer ersten Richtung FD beabstandet. Weiterhin sind die erste innere Einhausungsfläche 104 und die erste äußere Einhausungsfläche 106 jeweils eben, um das Stapeln zum prismatischen Batteriestapel 10 zu erleichtern. Die erste Einhausung 102 weist eine erste Hinterkante 108 und eine erste Vorderkante 110 gegenüber der ersten Hinterkante 108 auf. Die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 beinhaltet weiterhin eine erste Kathodenlasche 112, die aus der ersten Einhausung 102 herausragt, und eine erste Anodenlasche 114, die aus der ersten Einhausung 102 herausragt. Die erste Kathodenlasche 112 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, und dient als Pluspol. Die zweite Anodenlasche 214 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, und dient als Minuspol. Somit dienen die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 als elektrische Kontakte für den Anschluss (z. B. über Sammelschiene) an eine externe Last oder Schaltung. In der dargestellten Ausführungsform ragen die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 von gegenüberliegenden Seiten der ersten Einhausung 102 heraus, und die Batteriezelle 100 wird als N-Typ-Zelle bezeichnet. Daher liegt die erste Kathodenlasche 112 näher an der ersten Hinterkante 108 als an der ersten Vorderkante 110 der ersten Einhausung 102, und die erste Anodenlasche 114 ist näher an der ersten Vorderkante 110 als an der ersten Hinterkante 108 der ersten Einhausung 102. Die Kathodenlasche 112 ragt aus der Hinterkante 108 heraus und die Anodenlasche 114 ragt aus der Vorderkante 110 heraus. Die Position der ersten Kathodenlasche 112 und der ersten Anodenlasche 114 richtet sich nach den Platzverhältnissen in der Fahrzeugumgebung sowie nach der bevorzugten Platzierung der Sammelschienen oder der zugehörigen Stromverkabelung. Die erste Kathodenlasche 112 ist von der ersten Anodenlasche 114 entlang einer zweiten Richtung SD beabstandet. Die zweite Richtung SD ist senkrecht zu der ersten Richtung FD. Jeweils die erste innere Einhausungsfläche 104 und die erste äußere Einhausungsfläche 106 sind entlang der zweiten Richtung SD verlängert. Die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 sind von einer ersten Mittellinie CL1 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 entlang der ersten Richtung FD versetzt. Damit liegen die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 näher an der ersten äußeren Auffangfläche 106 als an der ersten inneren Einhausungsfläche 104. Die erste Einhausung 102 beinhaltet weiterhin eine erste obere Einhausungswand 116 und eine erste untere Einhausungswand 118 gegenüber der ersten oberen Einhausungswand 116. Die erste obere Einhausungswand 116 ist zwischen der ersten inneren Einhausungsfläche 104 und der ersten äußeren Einhausungsfläche 106 gekoppelt. Die erste untere Einhausungswand 118 ist zwischen der ersten inneren Einhausungsfläche 104 und der ersten äußeren Einhausungsfläche 106 gekoppelt. Die erste obere Einhausungswand 116 ist in einer dritten Richtung TD von der unteren Einhausungswand 118 beabstandet. Die dritte Richtung TD ist senkrecht zur ersten Richtung FD und zweiten Richtung SD.
  • Unter Bezugnahme auf die 2-4 beinhaltet die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 eine zweite Einhausung 202, die eine zweite innere Einhausungsfläche 204 und eine zweite äußere Einhausungsfläche 206 gegenüber der zweiten inneren Einhausungsfläche 204 definiert. Die zweite innere Einhausungsfläche 204 ist von der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 entlang der ersten Richtung FD beabstandet. Weiterhin sind die zweite innere Einhausungsfläche 204 und die zweite äußere Einhausungsfläche 206 jeweils eben, um das Stapeln zum prismatischen Batteriestapel 10 zu erleichtern. Die zweite Einhausung 202 weist eine zweite Hinterkante 208 und eine zweite Vorderkante 210 gegenüber der zweiten Hinterkante 208 auf. Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 beinhaltet weiterhin eine zweite Kathodenlasche 212, die aus der zweiten Einhausung 202 herausragt und eine zweite Anodenlasche 214, die aus der zweiten Einhausung 202 herausragt. Die zweite Kathodenlasche 212 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Aluminium, und dient als Pluspol. Die zweite Anodenlasche 214 besteht aus einem elektrisch leitfähigen Material, wie beispielsweise Kupfer, und dient als Minuspol. Somit dienen die zweite Kathodenlasche 212 und die zweite Anodenlasche 214 als elektrische Kontakte für den Anschluss (z. B. über Sammelschiene) an eine externe Last oder Schaltung. In der dargestellten Ausführungsform ragen die zweite Kathodenlasche 212 und die zweite Anodenlasche 214 von gegenüberliegenden Seiten der zweiten Einhausung 202 heraus, wobei die Batteriezelle 100 als N-Zelle bezeichnet wird. Daher liegt die zweite Kathodenlasche 212 näher an der zweiten Hinterkante 208 als an der zweiten Vorderkante 210 der zweiten Einhausung 202, und die zweite Kathodenlasche 212 liegt näher an der zweiten Vorderkante 210 als an der zweiten Hinterkante 208 der zweiten Einhausung 202. Die zweite Kathodenlasche 212 ist von der zweiten Anodenlasche 214 entlang einer zweiten Richtung SD beabstandet. Jeweils die zweite innere Einhausungsfläche 204 und die zweite äußere Einhausungsfläche 206 sind entlang der zweiten Richtung SD verlängert. Die zweite Kathodenlasche 212 und die zweite Anodenlasche 214 sind von einer zweiten Mittellinie CL2 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 entlang der ersten Richtung FD versetzt. Somit liegen die zweite Kathodenlasche 212 und die zweite Anodenlasche 214 jeweils näher an der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 als an der zweiten inneren Einhausungsfläche 204. Die zweite Einhausung 202 beinhaltet weiterhin eine zweite obere Einhausungswand 216 und eine zweite untere Einhausungswand 218 gegenüber der zweiten oberen Einhausungswand 216. Die zweite obere Einhausungswand 116 ist zwischen der zweiten inneren Einhausungsfläche 204 und der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 gekoppelt. Die zweite untere Einhausungswand 218 ist zwischen der zweiten inneren Einhausungsfläche 204 und der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 gekoppelt. Die zweite obere Einhausungswand 216 ist in der dritten Richtung TD von der zweiten unteren Einhausungswand 218 beabstandet.
  • Unter Bezugnahme auf die 5-7 beinhaltet der prismatische Batteriestapel 10 weiterhin einen ersten Kanal 300, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Batteriezelle 200 angeordnet ist. Der erste Kanal 300 besteht ganz oder teilweise aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, und dient als Kühlkörper (d. h. der erste Kühlkörper), um die Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 zum ersten Kanal 300 zu ermöglichen. Das bedeutet, dass der erste Kanal 300 die Wärmeübertragung von den Zellflächen und den Zellenlaschen der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 zum ersten Kanal 300 ermöglicht. Bei der 4P-Konfiguration dient der erste Kanal 300 auch als erste Sammelschiene zur elektrischen Verbindung der ersten Kathodenlasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit der zweiten Kathodenlasche 212 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200. Bei der 2P-Konfiguration dient der erste Kanal 300 auch als eine Sammelschiene (d. h. die erste Sammelschiene) zur elektrischen Verbindung der ersten Kathodenlasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit der zweiten Anodenlasche 214 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200. Der erste Kanal 300 beinhaltet eine erste äußere Seitenwand 302, eine erste innere Seitenwand 304, eine erste obere Wand 306, welche die erste äußere Seitenwand 302 und die erste innere Seitenwand 304 direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand 308, welche die erste äußere Seitenwand 302 und die erste innere Seitenwand 304 direkt miteinander verbindet. Die erste obere Wand 306 ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand 302. Die erste obere Wand 306 ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand 304. Die erste untere Wand 308 ist senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand 302. Die erste untere Wand 308 ist senkrecht zur ersten inneren Seitenwand 304. Der erste Kanal 300 beinhaltet weiterhin eine erste äußere Lasche 310 und eine erste innere Lasche 312. Die erste innere Lasche 312 ragt direkt aus der ersten inneren Seitenwand 304 heraus. Die erste äußere Lasche 310 ragt direkt aus der ersten äußeren Seitenwand 302 heraus. Die erste äußere Lasche 310 ist parallel zur ersten inneren Lasche 312. Bei der 4P-Konfiguration wird die erste äußere Lasche 310 direkt mit der ersten Kathodenlasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 verbunden, um die erste Kathodenlasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit dem ersten Kanal 300 elektrisch zu verbinden. Die erste innere Lasche 312 ist direkt mit der zweiten Kathodenlasche 212 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 verbunden, um die zweite Kathodenlasche 212 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 mit dem ersten Kanal 300 elektrisch zu verbinden. Bei der 2P-Konfiguration ist die äußere Lasche 310 mit der Kathode 112 und die innere Lasche 312 mit der Anodenlasche 214 verbunden. Die erste äußere Seitenwand 302 des ersten Kanals 300 liegt näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche 106 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200, um die Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 zum ersten Kanal 300 zu erleichtern.
  • Der prismatische Batteriestapel 10 beinhaltet weiterhin einen zweiten Kanal 400, der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Batteriezelle 200 herum angeordnet ist. Der zweite Kanal 400 besteht ganz oder teilweise aus einem thermisch und elektrisch leitenden Material, wie beispielsweise einem Metall, und dient als Kühlkörper (d. h. der zweite Kühlkörper), um die Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 zum zweiten Kanal 400 zu ermöglichen. Das bedeutet, dass der zweite Kanal 400 die Wärmeübertragung von den Zellflächen und den Zellenlaschen der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle ermöglicht. Bei der 4P-Konfiguration bietet der Kanal 300 eine Kühlschnittstelle zu den Kathodenlaschen (112 und 212) und der Kanal 400 bietet eine Kühlschnittstelle zu den Anodenlaschen (114 und 214) zusammen mit den Zellflächen. Bei der 2P-Konfiguration sind die Kanäle 300 und 400 im Modul in Richtung FD versetzt. (d. h. die Schnittstellen von Kanal 300 mit sowohl der Kathode als auch der Anode und die Schnittstellen von Kanal 400 mit der gegenüberliegenden Anode und der Kathode).
  • Die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 ist in einer ersten Richtung FD von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 beabstandet. Dieser Raum wird durch die Dicke der Zellentasche selbst bestimmt, da der Kanal die Zellentasche umhüllt. Der gesamte zweite Kanal 400 ist von dem gesamten ersten Kanal 300 entlang der zweiten Richtung SD beabstandet. Die zweite Richtung SD ist senkrecht zu der ersten Richtung FD. Die erste obere Wand 306 ist in der dritten Richtung TD von der ersten unteren Wand 308 beabstandet. Die dritte Richtung ist senkrecht zur ersten Richtung FD. Die dritte Richtung TD ist senkrecht zur zweiten Richtung SD.
  • Die erste Anodenlasche 114 ist von der ersten Kathodenlasche 112 entlang einer zweiten Richtung SD beabstandet. Die zweite Anodenlasche 214 ist von der zweiten Kathodenlasche 212 entlang einer zweiten Richtung SD beabstandet. Die erste innere Seitenwand 304 ist in der ersten Richtung FD von der ersten äußeren Seitenwand 302 beabstandet. Die erste innere Lasche 312 ist in der zweiten Richtung von der ersten äußeren Lasche 310 beabstandet.
  • Der zweite Kanal 400 beinhaltet eine zweite äußere Seitenwand 402, eine zweite innere Seitenwand 404, eine zweite obere Wand 406, welche die zweite äußere Seitenwand 402 und die zweite innere Seitenwand 404 direkt miteinander verbindet, und eine zweite untere Wand 408, welche die zweite äußere Seitenwand 402 und die zweite innere Seitenwand 404 direkt miteinander verbindet. Die zweite obere Wand 406 ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand 402. Die zweite obere Wand 406 ist senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand 404. Die zweite untere Wand 408 ist senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand 402. Die zweite untere Wand 408 ist senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand 404.
  • Der zweite Kanal 400 beinhaltet weiterhin eine zweite äußere Lasche 410 und eine zweite innere Lasche 412. Die zweite innere Lasche 412 ragt direkt aus der zweiten inneren Seitenwand 404 heraus. Die zweite äußere Lasche 410 ragt direkt aus der zweiten äußeren Seitenwand 402 heraus. Die zweite innere Lasche 412 ist parallel zur ersten äußeren Lasche 410. Bei der 4P-Konfiguration ist die zweite äußere Lasche 410 direkt mit der ersten Anodenlasche 114 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 verbunden, um die erste Anodenlasche 114 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit dem zweiten Kanal 400 elektrisch zu verbinden. Die zweite innere Lasche 412 ist direkt mit der zweiten Anodenlasche 214 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 verbunden, um die zweite Anodenlasche 214 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 mit dem zweiten Kanal 400 elektrisch zu verbinden. Beim 2P-Layout ist die Lasche 410 mit der Anodenlasche 114 verbunden, während die Lasche 412 mit der Kathodenlasche 212 verbunden ist. Die zweite äußere Seitenwand 402 des zweiten Kanals 400 liegt näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche 106 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche 206 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200, um die Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 zum zweiten Kanal 400 zu erleichtern.
  • Die erste äußere Seitenwand 302 kontaktiert die erste äußere Einhausungsfläche 106 zum Zwecke der Wärmeübertragung. Die erste innere Seitenwand 304 kontaktiert die zweite äußere Einhausungsfläche 206 zum Zwecke der Wärmeübertragung. Die zweite innere Seitenwand 404 kontaktiert die zweite äu-ßere Einhausungsfläche 206 zum Zwecke der Wärmeübertragung. Die zweite äu-ßere Seitenwand 402 kontaktiert die erste äußere Einhausungsfläche 106. Sowohl die erste äußere Seitenwand 302 als auch die zweite äußere Seitenwand 402 kontaktieren dieselbe Zellfläche zum Zwecke der Wärmeübertragung. Sowohl die erste innere Seitenwand 304 als auch die zweite innere Seitenwand 404 kontaktieren dieselbe Zellfläche zum Zwecke der Wärmeübertragung.
  • In Bezug auf die 5, 6, 8 und 9 definieren die erste obere Wand 306, die erste untere Wand 308, die erste äußere Seitenwand 302 und die erste innere Seitenwand 304 zusammen einen ersten Kanalkörper 301 des ersten Kanals 300. Der erste Kanalkörper 301 bezeichnet die Bereiche, in denen die Isolierung aufgebracht wird und beinhaltet daher nicht die erste äußere Lasche 310 und eine erste innere Lasche 312 des ersten Kanals 300. Ebenso definieren die zweite obere Wand 406, die zweite untere Wand 408, die zweite äußere Seitenwand 402 und die zweite innere Seitenwand 404 zusammen einen zweiten Kanalkörper 401 des zweiten Kanals 400. Der zweite Kanalkörper 401 beinhaltet nicht die zweite äußere Lasche 410 und die zweite innere Lasche 412 des zweiten Kanals 400. Der erste Kanal 300 beinhaltet weiterhin eine erste elektrisch isolierende Folie 314, die mit dem ersten Kanalkörper 301 gekoppelt ist. Die erste elektrisch isolierende Folie 314 kann auf die erste äußere Kanaloberfläche 316 des ersten Kanals 300 laminiert werden. Wie in 9 dargestellt, kann beispielsweise die erste elektrisch isolierende Folie 314 die gesamte erste äußere Kanaloberfläche 316 des ersten Kanalkörpers 301 bedecken. Ebenso beinhaltet der zweite Kanal 400 weiterhin eine zweite elektrisch isolierende Folie 414, die mit dem zweiten Kanalkörper 401 gekoppelt ist. Die zweite elektrisch isolierende Folie 414 kann auf die zweite äußere Kanaloberfläche 416 des ersten Kanals 400 laminiert werden. Wie in 9 dargestellt, kann beispielsweise die zweite elektrisch isolierende Folie 414 die gesamte zweite äußere Kanaloberfläche 416 des zweiten Kanalkörpers 401 bedecken. Die erste elektrisch isolierende Folie 314 ist nicht auf der ersten äußeren Lasche 310 und der ersten inneren Lasche 312 des ersten Kanals 300 angeordnet, um das Schweißen zwischen der ersten äußeren Lasche 310 und der ersten inneren Lasche 312 bzw. der ersten Lasche 112 und der zweiten Lasche 212 zu ermöglichen. Ebenso ist die zweite elektrisch isolierende Folie 414 nicht auf der zweiten äußeren Lasche 410 und der zweiten inneren Lasche 412 des zweiten Kanals 400 angeordnet, um das Schweißen zwischen der zweiten äußeren Lasche 410 und der zweiten inneren Lasche 412 bzw. der ersten Anodenlasche 114 und der zweiten Anodenlasche 214 zu ermöglichen.
  • Alternativ kann, wie in den 10 und 11 dargestellt, die erste elektrisch isolierende Folie 314 auf der ersten inneren Kanaloberfläche 318 des ersten Kanalkörpers 301 angeordnet sein. So kann beispielsweise die erste elektrisch isolierende Folie 314 die gesamte erste innere Kanaloberfläche 318 des ersten Kanalkörpers 301 bedecken. Die zweite elektrisch isolierende Folie 414 kann auf die zweite innere Kanaloberfläche 418 des zweiten Kanalkörpers 401 laminiert werden. So kann beispielsweise die zweite elektrisch isolierende Folie 414 die gesamte zweite innere Kanaloberfläche 418 des zweiten Kanalkörpers 401 bedecken.
  • Alternativ kann, wie in den 12 und 13 dargestellt, die erste elektrisch isolierende Folie 314 auf der ersten inneren Kanaloberfläche 318 und der ersten äußeren Kanaloberfläche 316 des ersten Kanalkörpers 301 angeordnet sein. Ebenso können die zweiten elektrisch isolierenden Folien 414 auf die zweite innere Kanaloberfläche 418 und die zweite äußere Kanaloberfläche 416 des zweiten Kanalkörpers 401 laminiert werden. Die erste elektrisch isolierende Folie 314 und/oder die zweite elektrisch isolierende Folie 414 kann eine Folienöffnung 320, 420 zum Befestigen von Nebenkomponenten (z. B. zusätzliche Sammelschienen, Zellspannungssensorverbindungen, usw.) definieren. Die Folienöffnungen 320, 420 können in die erste elektrisch isolierende Folie 314 und/oder die zweite elektrisch isolierende Folie 414 gestanzt oder lasergeätzt werden. Die erste elektrisch isolierende Folie 314 und/oder die zweite elektrisch isolierende Folie 414, dargestellt in 9, kann auch die Folienöffnungen 320, 420 beinhalten.
  • Unter Bezugnahme auf die 14 und 15 ermöglichen der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 eine vielseitige Modularchitektur, die entweder ein 4P-Layout (15) oder ein 2P-Layout (15) erlaubt. Beim 4P-Layout ( 14) können die zusätzlichen Sammelschienen zur Vervollständigung der elektrischen Anschlüsse am 4P-System eingesetzt werden. Das 4P-Layout beinhaltet 12 Zellgruppen, die ein 48V-Modul darstellen. Beim 2P-Layout verbindet der Kanal Zellgruppen, wodurch keine weiteren Sammelschienen erforderlich sind. Das Design ermöglicht große Flächen und Querschnitte für eine thermische Schnittstelle und eine minimale Stromdichte bei gleichzeitig geringer Bauhöhe.
  • In Bezug auf die 16 und 17, wie bereits erläutert, dienen der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 als erste Sammelschiene bzw. zweite Sammelschiene. Die 16 und 17 veranschaulichen schematisch das Batteriemodul 9 mit einem 2P-Layout, und der elektrische Strompfad ECP ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Somit verbinden der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 die Gruppe der Batteriezellen elektrisch. Beim 2P-Modul verbindet der erste Kanal 300 das erste Zellenpaar mit dem zweiten Zellenpaar, sodass Kathode und Anode benachbarter Zellgruppen über den Kanal verbunden sind. (Siehe 17B, in welcher 100' identisch mit der Zelle 100 ist, nur um 180 Grad um die Achse FD gedreht. 200' ist identisch mit 200, nur um 180 Grad um die Achse FD gedreht). Die Zellen 100 und 200 sind genau gleich, nur um die Achse TD gedreht, um eine alternierende Anode und Kathode für die 2P-Konfiguration darzustellen.
  • Unter Bezugnahme auf die 18 und 19 kann der Batteriestapel 10 zusätzlich eine flexible Schaltung 322 zur Spannungsabtastung und Anbindung an die Zellenüberwachungselektronik beinhalten. Die Litzen 324 verbinden den ersten Kanal 300 und den zweiten Kanal 400 elektrisch mit der flexiblen Schaltung 322. Dazu können die Litzen 324 mit dem ersten Kanal 300 und dem zweiten Kanal 400 verschweißt werden.
  • Unter Bezugnahme auf 20 ist der Batteriestapel 10 Teil eines Batteriemoduls 9 und kann an dessen Unterseite eine Kühlplatte 326 zur Kühlung des Batteriestapels 10 beinhalten. Eine weitere Kühlplatte 326 kann an der Oberseite des Batteriestapels 10 angebracht werden. Angrenzende Sammelschienen (d. h. der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400) befinden sich auf unterschiedlichen Potentialen (d. h. eine Differenz von einer Zellenspannung). Der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 kontaktieren sich nicht, um so einen Kurzschluss zu vermeiden. In einer Ausführungsform sind sowohl die Innen- als auch die Außenflächen des ersten Kanals 300 und des zweiten Kanals 400 elektrisch isoliert. Da das Batteriemodul 9 ausreichend komprimiert ist, würden die angrenzenden Sammelschienen (d. h. der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400) den Abstand (d), um den die Sammelschienen getrennt sind, nicht verschieben. Daher weist der Abstand G zwischen dem ersten Kanal 300 und dem zweiten Kanal 400 den Abstand (d) auf. Als nicht einschränkendes Beispiel ist der Abstand (d) etwa 20mm, was bei der Betriebsspannung des Moduls 9 oder sogar des Batteriestapels 10 für Kriech- und Luftstrecken mehr als ausreichend ist.
  • Unter Bezugnahme auf 21 kann anstelle der Isolierung der Innen- und Außenflächen des ersten Kanals 300 und des zweiten Kanals 400 ein Klebstoff 328 auf eine Fläche der Zelle aufgebracht werden (z. B. die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200). Der Klebstoff 328 kann ein Klebefilm, flüssiger Klebstoff, Schaumstoff, Kunststoff, usw. sein. Die Klebefolie oder der aufgetragene Klebstoff 328 muss nur lokal innerhalb des Spalts G auf die Zelloberfläche aufgetragen werden. Dicke und/oder Benetzungseigenschaften des Klebstoffs 328 sollten so gewählt werden, dass unter Kompression des Moduls im Wesentlichen eine Dichtung zwischen dem ersten Kanal 300 und dem zweiten Kanal 400 besteht. Der Klebstoff 328 kann auch als Fertigungshilfe verwendet werden, um Mini-Stapel von Zellen vor dem Bau des gesamten Moduls zu verkleben. Es kann wünschenswert sein, diesen Klebestoff 328 auch in der in 20 dargestellten Ausführungsform zu verwenden, wobei die Kanäle die isolierende Folie enthalten. Ein einfaches Schaumstoffteil oder sogar ein nachgiebiges Kunststoffteil mit der richtigen Dicke, das zwischen dem angrenzenden ersten Kanal 300 und dem zweiten Kanal 400 innerhalb des Spalts G platziert wird. Dieses Schaumstoff- oder Kunststoffteil ist eine Alternative zu einem Klebstoff, wenn Bedenken hinsichtlich der elektrischen Isolation bestehen. Wenn die Außenfläche des ersten Kanals 300 und des zweiten Kanals 400 nicht elektrisch isoliert ist, sollte eine geeignete elektrische Isolierschicht auf die Metallkühlplatte 326 aufgebracht werden, um einen Isolationsverlust zur Kühlplatte 326 zu vermeiden. Beispiele für diese elektrisch isolierende Schicht sind konforme thermische Schnittstellenmaterialien (TIM) oder Polyethylennaphthalat (PEN) oder Polyethylenterephthalat (PET) Folien, die auf die Kühlplatte 326 laminiert werden.
  • In Bezug auf die 14, 22 und 23 dienen der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 als erste Sammelschiene bzw. zweite Sammelschiene. Die 22 und 23 veranschaulichen schematisch das Batteriemodul 9 mit einem 4P-Layout, und der elektrische Strompfad ECP ist mit gestrichelten Linien dargestellt. Somit verbinden der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 die Gruppe der Batteriezellen elektrisch miteinander (siehe 23B für eine Beschreibung nach dem 2P-Beispiel in 17B) (z. B. die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200). Die durchgezogenen Linien EXP stellen externe Sammelschienen-Komponenten zur Verbindung benachbarter Zellgruppen oder für Modulabschlüsse dar. Diese können in den Spannungsmesskreis auf dem Modul integriert werden. Eine Kühlplatte 326 kann ebenfalls hinzugefügt werden.
  • Unter Bezugnahme auf die 24 und 25 kann das Batteriemodul 9 im 4P-Layout zusätzlich eine flexible Schaltung 322 zur Spannungsabtastung und Anbindung an die Zellenüberwachungselektronik beinhalten. Busverbindungen 330 verbinden benachbarte Zellgruppen elektrisch miteinander. Zu diesem Zweck werden die Busverbindungen 330 mit den ersten Kanälen 300 und den zweiten Kanälen 400, dargestellt durch die Verbindungs-/Schweißnähte JL, verbunden. Die Busverbindungen sind integraler Bestandteil der flexiblen Schaltung und erübrigen die Notwendigkeit separater Litzen.
  • Unter Bezugnahme auf 26 kann das Batteriemodul 9 im 4P-Layout die Kühlplatte 326 an der Unterseite zur Kühlung des Batteriemoduls 9 beinhalten. Eine weitere Kühlplatte 326 kann an der Oberseite des Batteriestapels 10 angebracht werden.
  • 27 und 28, entweder der erste Kanal 300 oder der zweite Kanal 400 kann als Hülse anstelle eines geschlossenen Gehäuses konfiguriert werden. In der dargestellten Ausführungsform ist der erste Kanal 300 im Wesentlichen ähnlich (wenn nicht identisch) wie der erste vorstehend offenbarte Kanal 300, außer dass er nicht die erste untere Wand 308 beinhaltet. Der zweite Kanal 400 kann auch als Hülse konfiguriert sein und hat keine zweite untere Wand 408. Die erste elektrisch isolierende Folie 314 kann die Folienöffnung 320 definieren, um die erste obere Wand 306 freizulegen. Durch die Folienöffnung 320 kann der erste Kanal 300 mit anderen Komponenten elektrisch verbunden werden.
  • Unter Bezugnahme auf 29 ragen in dieser Ausführungsform die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 aus derselben Seite der ersten Einhausung 102 heraus, wobei die Batteriezelle 100 als P-Zelle bezeichnet wird. Somit liegen die erste Kathodenlasche 112 und die erste Anodenlasche 114 näher an der ersten Vorderkante 110 als an der ersten Hinterkante 108. Die erste Kathodenlasche 112 ist von der ersten Anodenlasche 114 entlang der dritten Richtung TD beabstandet.
  • Unter Bezugnahme auf die 30 und 31, wenn die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle 100, die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle 200, der erste Kanal 300 und der zweite Kanal 400 zusammengefügt sind, ist die zweite Kathodenlasche 212 von der zweiten Anodenlasche 214 entlang der dritten Richtung TD beabstandet. Die erste Kathodenlasche 112 ist von der zweiten Kathodenlasche 212 entlang der ersten Richtung FD beabstandet, und die erste Anodenlasche 114 ist von der zweiten Anodenlasche 214 entlang der ersten Richtung FD beabstandet. In der dargestellten Ausführungsform definiert die erste innere Seitenwand 304 ein erstes oberes Ende 305 und ein erstes unteres Ende 307 gegenüber dem ersten oberen Ende 305. Das erste obere Ende 305 der ersten inneren Seitenwand 304 ist direkt mit der ersten oberen Wand 306 und das erste untere Ende 307 ist direkt mit der ersten unteren Wand 308 gekoppelt. Der erste Kanal weist eine erste maximale Höhe MHA auf, die vom ersten oberen Ende 305 bis zum ersten unteren Ende 307 der ersten inneren Seitenwand 304 entlang der dritten Richtung TD definiert ist. Die zweite innere Seitenwand 404 definiert ein zweites oberes Ende 405 und ein zweites unteres Ende 407 gegenüber dem zweiten oberen Ende 405. Das zweite obere Ende 405 der zweiten inneren Seitenwand 404 ist direkt mit der zweiten oberen Wand 406 gekoppelt. Der zweite Kanal 400 definiert eine zweite maximale Höhe MHB vom zweiten oberen Ende 405 der zweiten inneren Seitenwand 404 bis zum zweiten unteren Ende 407 der zweiten inneren Seitenwand 404 entlang der dritten Richtung TD. Die erste maximale Höhe MHA ist größer als die zweite maximale Höhe MHB. Die erste innere Seitenwand 304 weist ein erstes hinteres Ende 308' und ein erstes vorderes Ende 310' gegenüber dem ersten hinteren Ende 308' auf. Das erste vordere Ende 310' ist von dem ersten hinteren Ende 308' entlang der zweiten Richtung SD beabstandet. Der erste Kanal 300 definiert eine erste maximale Länge MLA vom ersten hinteren Ende 308' der ersten inneren Seitenwand 304 bis zum ersten vorderen Ende 310' der ersten inneren Seitenwand 304 entlang der zweiten Richtung SD. Die zweite innere Seitenwand 404 weist ein zweites hinteres Ende 408' und ein zweites vorderes Ende 410' gegenüber dem zweiten hinteren Ende 408' auf. Das zweite vordere Ende 410' ist von dem zweiten hinteren Ende 408' entlang der zweiten Richtung SD beabstandet. Der zweite Kanal 400 weist eine zweite maximale Länge MLB auf, die vom zweiten hinteren Ende 408' der zweiten inneren Seitenwand 404 bis zum zweiten vorderen Ende 410' der zweiten inneren Seitenwand 404 entlang der zweiten Richtung SD definiert ist. Die erste maximale Länge MLA ist größer als die zweite maximale Länge MLB. Das zweite hintere Ende 408' der zweiten inneren Seitenwand 404 ist vom ersten hinteren Ende 308' der zweiten inneren Seitenwand 404 entlang der zweiten Richtung SD beabstandet. Das zweite vordere Ende 410' der zweiten inneren Seitenwand 404 ist vom ersten vorderen Ende 310' der ersten inneren Seitenwand 304 entlang der dritten Richtung TD beabstandet. Das zweite vordere Ende 410' der zweiten inneren Seitenwand 404 ist nicht vom ersten vorderen Ende 310' der ersten inneren Seitenwand 304 entlang der zweiten Richtung SD beabstandet. Die erste innere Lasche 312 ragt direkt aus der ersten inneren Seitenwand 304 heraus. Die erste äußere Lasche 310 ragt direkt aus der ersten äußeren Seitenwand 302 heraus. Die erste innere Lasche 312 ist parallel zur ersten äußeren Lasche 310. Die erste äußere Lasche 310 wird direkt mit der ersten Lasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 verbunden (z. B. verschweißt), um die erste Lasche 112 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit dem ersten Kanal 300 elektrisch zu verbinden. Die erste innere Lasche 312 ist direkt mit der zweiten Kathodenlasche 212 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 verbunden, um die zweite Kathodenlasche 212 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 mit dem ersten Kanal 300 elektrisch zu verbinden. Genau wie bei der N-Typ-Zellenmodulbaugruppe können die Schweißnähte ausgeführt werden und werden typischerweise nach dem Zusammenfügen der Baugruppe abgeschlossen (keine einzelne Zellgruppenebene). Die zweite äußere Lasche 410 ragt direkt aus der zweiten äußeren Seitenwand 402 heraus. Die zweite innere Lasche 412 ist parallel zur ersten äußeren Lasche 310. Die zweite äußere Lasche 410 ist direkt mit der ersten Anodenlasche 114 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 verbunden, um die erste Anodenlasche 114 der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle 100 mit dem zweiten Kanal 400 elektrisch zu verbinden. Die erste innere Lasche 312 ist direkt mit der zweiten Anodenlasche 214 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 verbunden, um die zweite Anodenlasche 214 der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle 200 mit dem zweiten Kanal 400 elektrisch zu verbinden. Die erste äußere Lasche 310 ist von der ersten inneren Lasche 312 entlang der ersten Richtung FD beabstandet. Die zweite äußere Lasche 410 ist von der zweiten inneren Lasche 412 entlang der zweiten Richtung FD beabstandet. Die zweite äußere Lasche 410 ist von der ersten äußeren Lasche 310 entlang der dritten Richtung TD beabstandet. Die zweite innere Lasche 412 ist von der ersten inneren Lasche 312 entlang der dritten Richtung TD beabstandet. Das zweite untere Ende 407 der zweiten inneren Seitenwand 404 ist vom ersten unteren Ende 307 der ersten inneren Seitenwand 304 entlang der dritten Richtung TD beabstandet. In dieser Ausführungsform kann das Batteriemodul 9 ein 2P-Layout oder ein 4P-Layout aufweisen, wie vorstehend erläutert. Im Gegensatz zur N-Zelle sind für die P-Zelle (unabhängig vom 2P- und 4P-Layout) zwei eindeutige Zellenteilenummern erforderlich, um eine korrekte elektrische Verbindung mit den asymmetrischen Zellenlaschen herzustellen. Bei der 2P würde Kanal 300 die Kathodenlasche 112 mit der Anodenlasche 214 und der Kanal 400 die Kathodenlasche 212 mit der Anodenlasche 114 der folgenden Zellengruppe verbinden. Genau wie bei der N-Baugruppe müssen bei der P-Zelle die Kanäle 300 und 400 im Stapel versetzt oder abwechselnd angeordnet werden, um Kathode und Anode für benachbarte Zellenpaare elektrisch korrekt zu verbinden.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt auch Verfahren. Das Verfahren beinhaltet: umfassend: (a) Platzieren eines ersten Kanals um eine erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle; und (b) Platzieren eines zweiten Kanals um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle. Der erste Kanal dient als erster Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum ersten Kanal. Der zweite Kanal dient als zweiter Kühlkörper zur Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle und der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle zum zweiten Kanal.

Claims (9)

  1. Prismatischer Batteriestapel (10), umfassend: eine erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100), wobei die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) Folgendes beinhaltet: eine erste Einhausung (102), die eine erste innere Einhausungsfläche (104) und eine erste äußere Einhausungsfläche (106) gegenüber der ersten inneren Einhausungsfläche (104) definiert; eine erste Kathodenlasche (112), die aus der ersten Einhausung (102) herausragt; eine erste Anodenlasche (114), die aus der ersten Einhausung (102) herausragt; eine zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200), die elektrisch mit der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) verbunden ist, wobei die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) Folgendes beinhaltet: eine zweite Einhausung (202), die eine zweite innere Einhausungsfläche (204) und eine zweite äußere Einhausungsfläche (206) gegenüber der zweiten inneren Einhausungsfläche (204) definiert; eine zweite Kathodenlasche (212), die aus der zweiten Einhausung (202) herausragt; eine zweite Anodenlasche (214), die aus der zweiten Einhausung (202) herausragt; einen ersten Kanal (300), der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) herum angeordnet ist; einen zweiten Kanal (400), der um die erste Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) und die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) herum angeordnet ist; wobei der erste Kanal (300) als erster Kühlkörper dient, um eine Wärmeübertragung sowohl von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als auch von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum ersten Kanal (300) zu ermöglichen; und wobei der zweite Kanal (400) als ein zweiter Kühlkörper dient, um eine Wärmeübertragung sowohl von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als auch von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum zweiten Kanal (400) zu ermöglichen, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Kanal (300) als erste Sammelschiene zum elektrischen Verbinden der ersten Kathodenlasche (112) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit der zweiten Kathodenlasche (212) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) dient, der zweite Kanal (400) als zweite Sammelschiene zum elektrischen Verbinden der ersten Anodenlasche (114) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit der zweiten Anodenlasche (214) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) dient, der erste Kanal (300) eine erste äußere Seitenwand (302) aufweist, eine erste innere Seitenwand (304), eine erste obere Wand (306), welche die erste äußere Seitenwand (302) und die erste innere Seitenwand (304) direkt miteinander verbindet, und eine erste untere Wand (308), welche die erste äußere Seitenwand (302) und die erste innere Seitenwand (304) direkt miteinander verbindet, wobei die erste obere Wand (306) senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand (302) ist, die erste obere Wand (306) senkrecht zur ersten inneren Seitenwand (304) ist, die erste untere Wand (308) senkrecht zur ersten äußeren Seitenwand (302) ist und die erste untere Wand (308) senkrecht zur ersten inneren Seitenwand (304) ist.
  2. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 1, wobei der erste Kanal (300) weiterhin eine erste äußere Lasche (310) und eine erste innere Lasche (312) aufweist, die erste innere Lasche (312) direkt von der ersten inneren Seitenwand (304) vorsteht, die erste äußere Lasche (310) direkt von der ersten äußeren Seitenwand (302) vorsteht und die erste innere Lasche (312) parallel zur ersten äußeren Lasche (310) ist.
  3. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 2, wobei die erste äußere Lasche (310) direkt mit der ersten Kathodenlasche (112) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) verbunden ist, um die erste Kathodenlasche (112) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit dem ersten Kanal (300) elektrisch zu verbinden.
  4. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 3, wobei die erste innere Lasche (312) direkt mit der zweiten Kathodenlasche (212) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) verbunden ist, um die zweite Kathodenlasche (212) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) mit dem ersten Kanal (300) elektrisch zu verbinden.
  5. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 4, wobei die zweite Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) entlang einer ersten Richtung beabstandet ist, eine Gesamtheit des zweiten Kanals (400) von einer Gesamtheit des ersten Kanals (300) entlang einer zweiten Richtung beabstandet ist, die zweite Richtung senkrecht zur ersten Richtung ist, die erste obere Wand (306) von der ersten unteren Wand (308) entlang einer dritten Richtung beabstandet ist, die dritte Richtung senkrecht zur ersten Richtung ist, und die dritte Richtung senkrecht zur zweiten Richtung ist, die erste Anodenlasche (114) von der ersten Kathodenlasche (112) entlang der zweiten Richtung beabstandet ist, die zweite Anodenlasche (214) von der zweiten Kathodenlasche (212) entlang der zweiten Richtung beabstandet ist, die erste innere Seitenwand (304) von der ersten äußeren Seitenwand (302) entlang der ersten Richtung beabstandet ist und die erste innere Lasche (312) von der ersten äußeren Lasche (310) entlang der zweiten Richtung beabstandet ist.
  6. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 5, wobei der zweite Kanal (400) eine zweite äußere Seitenwand (402), eine zweite innere Seitenwand (404), eine zweite obere Wand (406), welche die zweite äußere Seitenwand (402) und die zweite innere Seitenwand (404) direkt miteinander verbindet, und eine zweite untere Wand (408), welche die zweite äußere Seitenwand (402) und die zweite innere Seitenwand (404) direkt miteinander verbindet, beinhaltet, wobei die zweite obere Wand (406) senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand (402), die zweite obere Wand (406) senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand (404), die zweite untere Wand (408) senkrecht zur zweiten äußeren Seitenwand (402) und die zweite untere Wand (408) senkrecht zur zweiten inneren Seitenwand (404) ist.
  7. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 6, wobei der zweite Kanal (400) weiterhin eine zweite innere Lasche (412) und eine zweite äußere Lasche (410) aufweist, wobei die zweite innere Lasche (412) direkt von der zweiten inneren Seitenwand (404) vorsteht, die zweite äußere Lasche (410) direkt von der zweiten äußeren Seitenwand (402) vorsteht und die zweite innere Lasche (412) parallel zur ersten äußeren Lasche ist, die zweite äußere Lasche (410) direkt mit der ersten Anodenlasche (114) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) verbunden ist, um die erste Anodenlasche (114) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) mit dem zweiten Kanal (400) elektrisch zu verbinden, die zweite innere Lasche (412) direkt mit der zweiten Anodenlasche (214) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) verbunden ist, um die zweite Anodenlasche (214) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) mit dem zweiten Kanal (400) elektrisch zu verbinden.
  8. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 7, wobei die erste äußere Seitenwand (302) des ersten Kanals (300) näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche (106) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche (206) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) liegt, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum ersten Kanal (300) zu erleichtern, und die zweite äußere Seitenwand (402) des zweiten Kanals (400) näher an der zweiten äußeren Einhausungsfläche (206) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche (206) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) liegt, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum zweiten Kanal (400) zu erleichtern.
  9. Prismatischer Batteriestapel (10) nach Anspruch 8, wobei die erste innere Seitenwand (304) des ersten Kanals (300) näher an der ersten äußeren Einhausungsfläche (106) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) als an der zweiten äußeren Einhausungsfläche (206) liegt, um die Wärmeübertragung von der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) zum ersten Kanal (300) zu erleichtern, die zweite innere Seitenwand (404) des zweiten Kanals (400) näher an der zweiten äußeren Einhausungsfläche (206) der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) als an der ersten äußeren Einhausungsfläche (106) der ersten Lithium-Ionen-Batteriezelle (100) liegt, um die Wärmeübertragung von der zweiten Lithium-Ionen-Batteriezelle (200) zum zweiten Kanal (400), der ersten oberen Wand (306), der ersten unteren Wand (308), zu erleichtern, wobei die erste äußere Seitenwand (302) und die erste innere Seitenwand (304) zusammen einen ersten Kanalkörper (301) definieren, wobei der erste Kanal (300) ferner einen ersten elektrisch isolierenden Film beinhaltet, der mit dem ersten Kanalkörper (301) gekoppelt ist, die zweite obere Wand (406), die zweite untere Wand (408), die zweite äußere Seitenwand (402) und die zweite innere Seitenwand (404) zusammen einen zweiten Kanalkörper (401) definieren, wobei der zweite Kanal (400) ferner einen zweiten, mit dem zweiten Kanalkörper (401) gekoppelten elektrisch isolierenden Film beinhaltet, der erste Kanal (300) durch das Fehlen des ersten elektrisch isolierenden Films auf der ersten äußeren Lasche (310) und der ersten inneren Lasche (312) und der ersten äußeren Lasche (310) gekennzeichnet ist und der zweite Kanal (400) durch das Fehlen des zweiten elektrisch isolierenden Films auf der zweiten äußeren Lasche (410) und der zweiten inneren Lasche (412) gekennzeichnet ist.
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