DE102019215286A1 - Secondary cell for a battery, in particular a vehicle battery - Google Patents

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Abstract

Eine Sekundärzelle (8) für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie (4), umfasst zwei flächige und räumlich durch einen Zwischenraum (14) voneinander getrennte Elektroden (12), ein Elektrolyt (18), das zumindest in dem Zwischenraum (14) zwischen den beiden Elektroden (12) angeordnet ist, und ein wärmeleitfähiges Material, das zwischen die beiden Elektroden (12) eingebracht ist und das ein Wärmeableitelement (24) zur Ableitung von Wärme aus dem Zwischenraum (14) zu einer Umgebung hin bildet.A secondary cell (8) for a battery, in particular a vehicle battery (4), comprises two flat electrodes (12) that are spatially separated from one another by an interspace (14), an electrolyte (18) which is present at least in the interspace (14) between the two electrodes (12) is arranged, and a thermally conductive material which is introduced between the two electrodes (12) and which forms a heat dissipation element (24) for dissipating heat from the intermediate space (14) to an environment.

Description

Die Erfindung betrifft eine Sekundärzelle für eine Batterie, insbesondere für eine Fahrzeugbatterie. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Batteriemodul, insbesondere ein Fahrzeugbatteriemodul, das eine solche Sekundärzelle umfasst. Außerdem betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug.The invention relates to a secondary cell for a battery, in particular for a vehicle battery. The invention also relates to a battery module, in particular a vehicle battery module, which comprises such a secondary cell. The invention also relates to a motor vehicle.

Elektrisch betriebene (Kraft-) Fahrzeuge benötigen regelmäßig - gegebenenfalls abgesehen von Fahrzeugen mit einer sogenannten Brennstoffzelle - eine Batterie, aus der der elektrische Antriebsmotor des Fahrzeugs seine (Antriebs-) Energie bezieht. Zweckmäßigerweise umfasst eine solche Batterie wenigstens eine Sekundärzelle, sodass Lade- und Entladevorgänge reversibel möglich sind. Üblicherweise sind solche Sekundärzellen dabei in sogenannten Batteriemodulen aufgenommen, die die Sekundärzellen vor mechanischen Einflüssen (beispielsweise bei Unfällen) schützen sowie vorzugsweise auch ein thermisches „Management“ ermöglichen sollen. Beispielsweise sind dazu innerhalb von Modulgehäusen solcher Batteriemodule Wärmekollektoren, optional in Form von Kühlmittelleitungen, angeordnet. Ein solches thermisches Management ist erforderlich, da die Sekundärzellen, insbesondere in Lithium-Ionen-Bauweise, einerseits bei einer spezifischen Betriebstemperatur besonders effizient betrieben werden können, andererseits aber auch im Betrieb Wärme abgeben. Ohne thermisches Management kann es in Extremfällen zu einer sogenannten thermischen Propagation (auch: „thermal runaway“) kommen, wobei sich - meist in Fehlerfällen - lokal entwickelnde Hitze in einer meist stark exothermen Kettenreaktion über die gesamte Sekundärzelle und von dieser über andere Sekundärzellen hinweg ausbreitet. Schlimmstenfalls kann dies zu einem (ggf. explosionsartigen) Abbrand der Batterie führen.Electrically operated (motor) vehicles regularly need - with the possible exception of vehicles with a so-called fuel cell - a battery from which the vehicle's electric drive motor draws its (drive) energy. Such a battery expediently comprises at least one secondary cell, so that reversible charging and discharging processes are possible. Such secondary cells are usually accommodated in so-called battery modules, which protect the secondary cells from mechanical influences (for example in the event of accidents) and should preferably also enable thermal “management”. For example, heat collectors, optionally in the form of coolant lines, are arranged within module housings of such battery modules for this purpose. Such thermal management is necessary because the secondary cells, in particular with a lithium-ion design, can on the one hand be operated particularly efficiently at a specific operating temperature, but on the other hand also give off heat during operation. Without thermal management, so-called thermal propagation (also: "thermal runaway") can occur in extreme cases, whereby - mostly in error cases - locally developing heat spreads in a mostly strongly exothermic chain reaction over the entire secondary cell and from there to other secondary cells . In the worst case, this can lead to a (possibly explosive) burn-off of the battery.

Vorstehend beschriebene Wärmekollektoren sind dabei meist in Form von Wärmeleitelementen (beispielsweise in Form von Kühlmittelleitungen oder auch durch „massive“ Elemente aus wärmeleitfähigem Material) gebildet und zwischen den Sekundärzellen und\oder dem Gehäuse des jeweiligen Batteriemoduls, gegebenenfalls unter Vergrößerung einer Kontaktfläche zu der jeweiligen Sekundärzelle, angeordnet. Dies ist beispielsweise aus DE 10 2013 215 007 A1 , DE 10 2010 021 908 A1 und US 2018/0219191 A1 bekannt.The heat collectors described above are mostly in the form of heat conducting elements (for example in the form of coolant lines or also by "massive" elements made of thermally conductive material) and are located between the secondary cells and / or the housing of the respective battery module, possibly with an increase in a contact area to the respective secondary cell , arranged. For example, this is off DE 10 2013 215 007 A1 , DE 10 2010 021 908 A1 and US 2018/0219191 A1 known.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das thermische Management einer Batterie, insbesondere eines Batteriemoduls weiter zu verbessern.The invention is based on the object of further improving the thermal management of a battery, in particular of a battery module.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Sekundärzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Des Weiteren wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Batteriemodul mit den Merkmalen des Anspruchs 8. Ferner wird diese Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte und teils für sich erfinderische Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.This object is achieved according to the invention by a secondary cell with the features of claim 1. Furthermore, this object is achieved according to the invention by a battery module with the features of claim 8. Furthermore, this object is achieved according to the invention by a motor vehicle with the features of claim 10 Embodiments and developments of the invention, some of which are inventive per se, are set out in the dependent claims and the following description.

Die erfindungsgemäße Sekundärzelle ist zum Einsatz in einer Batterie, insbesondere in einer Fahrzeugbatterie - die vorzugsweise wiederum durch wenigstens ein (Fahrzeug-) Batteriemodul gebildet ist - eingerichtet und vorgesehen. Die Sekundärzelle umfasst dabei zwei flächige, vorzugsweise im Wesentlichen (d. h. exakt oder zumindest näherungsweise, beispielsweise im Rahmen üblicher Fertigungstoleranzen) parallel zueinander angeordnete, und räumlich durch einen Zwischenraum voneinander getrennte Elektroden. Des Weiteren umfasst die Sekundärzelle ein Elektrolyt, dass zumindest in dem Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. Außerdem umfasst die Sekundärzelle ein wärmeleitfähiges Material, das zwischen die beiden Elektroden eingebracht ist und dass ein Wärmeableitelement zur Ableitung von Wärme aus dem Zwischenraum zu einer Umgebung (insbesondere der Sekundärzelle) hin bildet.The secondary cell according to the invention is set up and provided for use in a battery, in particular in a vehicle battery - which in turn is preferably formed by at least one (vehicle) battery module. The secondary cell comprises two flat electrodes, which are preferably essentially (i.e. exactly or at least approximately, for example within the scope of customary manufacturing tolerances) arranged parallel to one another and spatially separated from one another by an interspace. Furthermore, the secondary cell comprises an electrolyte that is arranged at least in the space between the two electrodes. In addition, the secondary cell comprises a thermally conductive material that is introduced between the two electrodes and that forms a heat dissipation element for dissipating heat from the intermediate space to an environment (in particular the secondary cell).

Mit anderen Worten weist die Sekundärzelle ein in den Aufbau der Sekundärzelle integriertes Wärmeableitelement auf.In other words, the secondary cell has a heat dissipating element integrated into the structure of the secondary cell.

Optional stellt die Sekundärzelle mit den vorstehend beschriebenen Elektroden ein ebenes, näherungsweise zweidimensionales, sandwichartiges Gebilde dar. Alternativ sind die Elektroden - sowie die gesamte Sekundärzelle - nicht eben angeordnet, sondern beispielsweise aufgerollt oder zumindest einfach zu einem Stapel gefaltet.Optionally, the secondary cell with the electrodes described above represents a flat, approximately two-dimensional, sandwich-like structure. Alternatively, the electrodes - as well as the entire secondary cell - are not arranged flat but, for example, rolled up or at least simply folded into a stack.

Durch dieses Wärmeableitelement wird ermöglicht, innerhalb der Sekundärzelle, beispielsweise an sogenannten „Hotspots“, anfallende Wärme besonders effektiv aufzunehmen und abzuleiten. Eine Wärmeleitung durch bspw. die Sekundärzelle üblicherweise umschließende Zellhüllen („Gehäuse“), die beispielsweise im Fall von sogenannten Pouchzellen häufig aus Kunststoff gebildet sind, und/oder durch die Elektroden hindurch - wobei regelmäßig ein vergleichsweise hoher Wärmeleitungswiderstand überwunden werden muss - ist somit nicht erforderlich, kann aber dennoch zusätzlich genutzt werden. Somit kann innerhalb der Sekundärzelle anfallende Wärme besonders effektiv über die Fläche der Sekundärzelle verteilt sowie vorzugsweise auch aus der Sekundärzelle abgeleitet werden.This heat dissipation element makes it possible to absorb and dissipate heat generated within the secondary cell, for example at so-called “hotspots”, particularly effectively. A heat conduction through, for example, the secondary cell usually enclosing cell shells ("housing"), which for example in the case of so-called pouch cells are often made of plastic, and / or through the electrodes - whereby a comparatively high thermal conduction resistance must regularly be overcome - is therefore not possible required, but can still be used additionally. In this way, heat occurring within the secondary cell can be distributed particularly effectively over the surface of the secondary cell and preferably also be discharged from the secondary cell.

In einer zweckmäßigen Ausführung handelt es sich bei dem wärmeleitfähigen Material um ein Metall. Dies hat den Vorteil, dass Metalle regelmäßig eine vergleichsweise hohe Wärmeleitfähigkeit sowie eine gute Formgebungsfähigkeit (insbesondere mechanische Bearbeitbarkeit) aufweisen. Beispielsweise kommen als Metalle mit hoher Wärmeleitfähigkeit Aluminium oder Kupfer zum Einsatz. Optional kann auch Platin zum Einsatz kommen, da dieses Material gegenüber den für die elektrochemische Reaktion innerhalb der Sekundärzelle erforderlichen Materialien inert ist.In an expedient embodiment, the thermally conductive material is a metal. This has the advantage that metals are regular have a comparatively high thermal conductivity and good shaping ability (in particular mechanical machinability). For example, aluminum or copper are used as metals with high thermal conductivity. Optionally, platinum can also be used, since this material is inert to the materials required for the electrochemical reaction within the secondary cell.

Insbesondere für den Fall, dass das wärmeleitfähige Material ein Metall ist, ist dieses in bevorzugter Ausführung mit einer Schutzschicht, beispielsweise einem Lack, einer Kunststoffschicht oder dergleichen überzogen und somit insbesondere gegenüber den anderen innerhalb der Sekundärzelle vorliegenden Materialien, vorzugsweise also gegenüber dem Elektrolyt und/oder den beiden Elektroden, isoliert.Particularly in the event that the thermally conductive material is a metal, this is preferably coated with a protective layer, for example a lacquer, a plastic layer or the like and thus in particular with respect to the other materials present within the secondary cell, i.e. preferably against the electrolyte and / or the two electrodes, insulated.

In einer alternativen Ausführung handelt es sich bei dem wärmeleitfähigen Material um eine Keramik. Dies hat wiederum den Vorteil, dass Keramik regelmäßig einen elektrischen Isolator darstellt, sodass eine separate elektrische Isolation nicht erforderlich ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Keramik um eine (insbesondere hochreine) Siliziumkeramik, die vorteilhafterweise inert oder zumindest reaktionsträge gegenüber den anderen Materialien der Sekundärzelle und/oder der im Betrieb ablaufenden elektrochemischen Reaktion ist. Optional handelt es sich bei der Keramik um eine Aluminiumkeramik, beispielsweise um Aluminiumoxid, insbesondere um „Korund“.In an alternative embodiment, the thermally conductive material is a ceramic. This in turn has the advantage that ceramic generally represents an electrical insulator, so that separate electrical insulation is not required. For example, the ceramic is a (in particular high-purity) silicon ceramic, which is advantageously inert or at least inert to the other materials of the secondary cell and / or the electrochemical reaction taking place during operation. The ceramic is optionally an aluminum ceramic, for example aluminum oxide, in particular “corundum”.

In einer zweckmäßigen Ausführung handelt es sich bei dem Wärmeableitelement um einen aus dem wärmeleitfähigen Material gebildeten platten- oder folienartigen, perforierten Körper, der sich bevorzugt zumindest näherungsweise parallel zu den beiden Elektroden erstreckt. In einer Variante handelt es sich bei diesem perforierten Körper um eine gelochte oder geschlitzte Platte bzw. Folie. In einer alternativen Variante handelt es sich bei dem perforierten Körper um ein Textil, beispielsweise um ein netzartiges Gewebe oder Gewirke. In diesem liegt das wärmeleitfähige Material vorzugsweise als Fäden vor. Die Perforation ermöglicht dabei - insbesondere im Fall einer Lithium-Ionen-Sekundärzelle - einen möglichst freien Ionen-Transport zwischen den beiden Elektroden.In an expedient embodiment, the heat dissipating element is a plate-like or film-like, perforated body formed from the thermally conductive material, which preferably extends at least approximately parallel to the two electrodes. In a variant, this perforated body is a perforated or slotted plate or film. In an alternative variant, the perforated body is a textile, for example a mesh-like fabric or knitted fabric. In this, the thermally conductive material is preferably present as threads. The perforation enables - especially in the case of a lithium-ion secondary cell - the free transport of ions between the two electrodes.

In einer alternativen Ausführung ist das Elektrolyt mit einem aus dem wärmeleitfähigen Material gebildeten, vorzugsweise partikelförmigen (d. h. pulverartigen) Füllstoff (auch als „Additiv“ bezeichnet) gefüllt. In diesem Fall ist das Wärmeableitelement mithin durch das mit dem wärmeleitfähigen Material gefüllte Elektrolyt selbst gebildet. Durch diese Ausführung kann eine besonders gute Wärmeanbindung des Wärmeableitelements an die beiden Elektroden erreicht werden.In an alternative embodiment, the electrolyte is filled with a preferably particulate (i.e. powdery) filler (also referred to as “additive”) formed from the thermally conductive material. In this case, the heat dissipating element is therefore formed by the electrolyte itself, which is filled with the thermally conductive material. A particularly good thermal connection of the heat dissipating element to the two electrodes can be achieved by this design.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausführung umfasst die Sekundärzelle ein Separatorelement (auch kurz als „Separator“ bezeichnet), das im Zwischenraum zwischen den beiden Elektroden angeordnet ist. In diesem Fall ist das wärmeleitfähige Material bevorzugt beidseitig zu dem Separator angeordnet. Für den Fall, dass das Wärmeableitelement durch den platten- oder folienartigen Körper gebildet ist, weist die Sekundärzelle vorzugsweise zwei derartige Wärmeableitelemente auf, von denen jeweils eines auf einer Seite des Separators, mithin zwischen Separator und einer der Elektroden angeordnet ist.In a further expedient embodiment, the secondary cell comprises a separator element (also referred to as “separator” for short) which is arranged in the space between the two electrodes. In this case, the thermally conductive material is preferably arranged on both sides of the separator. In the event that the heat dissipation element is formed by the plate-like or foil-like body, the secondary cell preferably has two such heat dissipation elements, one of which is arranged on one side of the separator, thus between the separator and one of the electrodes.

Insbesondere für den Fall, dass das Wärmeableitelement durch den platten- oder folienartigen, aus Metall gebildeten Körper gebildet ist, ist in einer zweckmäßigen Ausführung der vorstehend beschriebene Separator durch einen Feststoff gebildet, in den die Funktion des Elektrolyts integriert ist und der inert gegenüber dem das Wärmeableitelement bildenden Metall ist. Beispielsweise handelt es sich bei diesem Feststoff um ein Glas. In diesem Fall kann optional auch nur ein Wärmeableitelement vorhanden sein, das dann beidseitig von diesem Feststoff-Separator umschlossen ist.In particular, in the event that the heat dissipation element is formed by the plate-like or foil-like body formed from metal, in an expedient embodiment the separator described above is formed by a solid in which the function of the electrolyte is integrated and which is inert to the Heat dissipating element forming metal is. For example, this solid is a glass. In this case, only one heat dissipation element can optionally be present, which is then enclosed on both sides by this solid separator.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul, insbesondere das Fahrzeugbatteriemodul bildet im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand insbesondere zumindest einen Teil einer Batterie, insbesondere der vorstehend beschriebenen Fahrzeugbatterie, die häufig auch als „Traktionsbatterie“ bezeichnet wird. Das Batteriemodul umfasst dabei die vorstehend beschriebene Sekundärzelle, vorzugsweise mehrere solcher Sekundärzellen. Außerdem umfasst das Batteriemodul ein Modulgehäuse, das zur Einhausung der Sekundärzelle oder wenigstens einer der Sekundärzellen eingerichtet und vorgesehen ist. Im bestimmungsgemäßen Einsatzzustand ist somit wenigstens eine Sekundärzelle in dem Modulgehäuse aufgenommen und eingehaust. Ferner umfasst das Batteriemodul wenigstens einen Wärmeableitanschluss, mit dem das vorstehend beschriebene Wärmeableitelement der oder der jeweiligen Sekundärzelle zur Ableitung von Wärme aus dem oder dem jeweiligen Zwischenraum der entsprechenden Sekundärzelle wärmeleitfähig gekoppelt ist.The battery module according to the invention, in particular the vehicle battery module, when used as intended, forms in particular at least part of a battery, in particular the vehicle battery described above, which is often also referred to as a “traction battery”. The battery module comprises the secondary cell described above, preferably several such secondary cells. In addition, the battery module comprises a module housing which is set up and provided for housing the secondary cell or at least one of the secondary cells. In the intended use state, at least one secondary cell is thus received and housed in the module housing. Furthermore, the battery module comprises at least one heat dissipation connection, with which the above-described heat dissipation element of the respective secondary cell or the respective secondary cell is coupled in a thermally conductive manner in order to dissipate heat from the respective intermediate space or the respective secondary cell.

In einer zweckmäßigen Ausführung des Batteriemoduls ist das Wärmeableitelement vorzugsweise potentialfrei zur Umgebung der Sekundärzelle hin angebunden, bspw. mittels des vorstehend genannten Wärmeableitanschlusses.In an expedient embodiment of the battery module, the heat dissipation element is preferably connected in a potential-free manner to the surroundings of the secondary cell, for example by means of the aforementioned heat dissipation connection.

In einer alternativen Ausführung ist das Wärmeableitelement mittels eines sogenannten floatenden Potentials zur Umgebung hin angebunden. Dieses floatende Potential ist dabei bevorzugt derart gewählt, dass keine Korrosion oder vergleichbare Schäden aufgrund des an dem Wärmeableitelement anliegenden Potentials an letzterem und/oder an anderen Bauelementen der Sekundärzelle auftreten.In an alternative embodiment, the heat dissipating element is connected to the environment by means of a so-called floating potential. This floating potential is preferably selected in such a way that no corrosion or comparable damage occurs on the latter and / or on other components of the secondary cell due to the potential applied to the heat dissipation element.

Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug weist das vorstehend beschriebene Batteriemodul und somit auch die vorstehend beschriebene Sekundärzelle auf.The motor vehicle according to the invention has the battery module described above and thus also the secondary cell described above.

Das Kraftfahrzeug und das Batteriemodul weisen mithin die gleichen Merkmale wie die vorstehend beschriebene Sekundärzelle und somit auch die gleichen Vorteile auf.The motor vehicle and the battery module therefore have the same features as the secondary cell described above and thus also the same advantages.

Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden insbesondere derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.The conjunction “and / or” is to be understood here and in the following in particular in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

  • 1 in einer schematischen Seitenansicht ein Kraftfahrzeug mit einer Fahrzeugbatterie,
  • 2 in einer schematischen Darstellung eine Sekundärzelle für die Fahrzeugbatterie,
  • 3 in Ansicht gemäß 2 ein alternatives Ausführungsbeispiel der Sekundärzelle, und
  • 4 in Ansicht gemäß 2 ein Batteriemodul für die Fahrzeugbatterie mit zwei Sekundärzellen gemäß 2.
Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:
  • 1 a schematic side view of a motor vehicle with a vehicle battery,
  • 2 a schematic representation of a secondary cell for the vehicle battery,
  • 3 in view according to 2 an alternative embodiment of the secondary cell, and
  • 4th in view according to 2 a battery module for the vehicle battery with two secondary cells according to 2 .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference symbols in all figures.

In 1 ist schematisch ein Kraftfahrzeug 1, konkret ein Personenkraftwagen dargestellt. Bei dem Kraftfahrzeug 1 handelt es sich um ein elektromotorisch betriebenes Fahrzeug. D. h. das Kraftfahrzeug 1 umfasst einen elektrischen Antriebsmotor 2. Dieser ist mit einer Fahrzeugbatterie 4 verbunden, die als Energiequelle dient. Die Fahrzeugbatterie 4 umfasst wiederum mehrere Batteriemodule 6, die jeweils eine Anzahl von Sekundärzellen 8 (s. 2 bis 4) in einem Modulgehäuse 10 aufweisen.In 1 is schematically a motor vehicle 1 , concretely shown a passenger car. In the motor vehicle 1 it is an electric motor driven vehicle. I. E. the car 1 includes an electric drive motor 2 . This is with a vehicle battery 4th connected, which serves as an energy source. The vehicle battery 4th again comprises several battery modules 6th each having a number of secondary cells 8th (see 2 to 4th ) in a module housing 10 exhibit.

Jede Sekundärzelle 8 umfasst zwei Elektroden 12, die während eines Entladevorgangs, also während eines bestimmungsgemäßen Fahrbetriebs des Kraftfahrzeugs 1 eine Kathode und eine Anode und während eines Ladevorgangs entsprechend umgekehrt eine Anode bzw. Kathode bilden. Die Sekundärzelle 8 des dargestellten Ausführungsbeispiels ist als sogenannte Pouch-Zelle aufgebaut. Die Elektroden 12 sind dabei flächig ausgebildet und parallel zueinander angeordnet. In einem Zwischenraum 14 zwischen den Elektroden 12 ist ein Separator 16 angeordnet. Außerdem ist der Zwischenraum 14 mit einem Elektrolyt 18 gefüllt, das eine Wanderung von Ionen - konkret Lithium-Ionen - zwischen den Elektroden 12 ermöglicht.Every secondary cell 8th includes two electrodes 12th that occur during an unloading process, that is, during normal driving of the motor vehicle 1 form a cathode and an anode and vice versa during a charging process to form an anode or cathode. The secondary cell 8th of the illustrated embodiment is constructed as a so-called pouch cell. The electrodes 12th are flat and arranged parallel to one another. In a space 14th between the electrodes 12th is a separator 16 arranged. Also is the space in between 14th with an electrolyte 18th filled, which causes a migration of ions - specifically lithium ions - between the electrodes 12th enables.

Das aus den Elektroden 12, dem Separator 16 und dem Elektrolyt 18 gebildete, sandwichartige Paket ist von einer aus einem isolierenden Material, im Fall der Pouch-Zelle aus einer Kunststoff-Verbundfolie gebildeten Hülle 20 umgeben. Die beiden Elektroden 12 sind dabei mittels Kontaktfahnen 22 außerhalb der Hülle 20 zur elektrischen Kontaktierung zugänglich.That from the electrodes 12th , the separator 16 and the electrolyte 18th The sandwich-like package formed is comprised of an envelope formed from an insulating material, in the case of the pouch cell from a plastic composite film 20th surround. The two electrodes 12th are by means of contact flags 22nd outside of the shell 20th accessible for electrical contacting.

Außerdem umfasst die Sekundärzelle 8 ein wärmeleitfähiges Material, das im Zwischenraum 14 angeordnet ist und dort ein Wärmeableitelement bildet, mittels dessen in der Sekundärzelle 8 anfallende Wärme im Betrieb zunächst flächig verteilt und außerdem zur Außenseite der Hülle 20 abgeleitet werden kann.It also includes the secondary cell 8th a thermally conductive material that is in the space 14th is arranged and there forms a heat dissipation element, by means of which in the secondary cell 8th The heat generated during operation is initially distributed over a large area and also to the outside of the shell 20th can be derived.

Im in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Wärmeableitelemente vorhanden, die durch jeweils einen folienartigen Körper, konkret eine perforierte Metallfolie 24 gebildet sind. Die Perforation ermöglicht dabei den Ionen-Transport zwischen den Elektroden 12. Die jeweilige Metallfolie 24 ist von einem Isolierlack umhüllt (nicht näher dargestellt). Zur Wärmeübertragung zur Außenseite (oder Umgebung) der Hülle 20 ist die jeweilige Metallfolie 24 mittels eines Wärmeanbindungselements 26 durch die Hülle 20 durchgeführt.In the in 2 illustrated embodiment, there are two heat dissipation elements, each of which is provided with a foil-like body, specifically a perforated metal foil 24 are formed. The perforation enables ions to be transported between the electrodes 12th . The respective metal foil 24 is encased in an insulating varnish (not shown in detail). For heat transfer to the outside (or surroundings) of the shell 20th is the respective metal foil 24 by means of a heat connection element 26th through the shell 20th carried out.

Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die jeweilige Metallfolie 24 aus Kupfer gebildet. Das jeweilige Wärmeanbindungselement 26 ist als Isolator ausgebildet oder elektrisch isoliert an die entsprechende Metallfolie 24 angebunden, so dass diese potentialfrei ist.In the present exemplary embodiment, the respective metal foil is 24 formed from copper. The respective heat connection element 26th is designed as an insulator or electrically insulated from the corresponding metal foil 24 connected so that it is potential-free.

In 3 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel dargestellt. Das wärmeleitfähige Material ist hierbei als Füllstoff für das Elektrolyt 18 partikelförmig ausgebildet und in das Elektrolyt 18 eingebracht. Die durch das wärmeleitfähige Material, in diesem Fall bspw. eine Keramik, gebildeten Partikel 28 bilden dabei in dem Elektrolyt 18 Wärmeleitpfade aus, entlang derer die in der Sekundärzelle 8 anfallende Wärme zu den (auch hier vorhandenen) Wärmeanbindungselementen 26 geleitet und somit aus der Hülle 20 abgeführt werden kann. In diesem Ausführungsbeispiel bildet also das mit den Partikeln 28 gefüllte Elektrolyt 18 das Wärmeableitelement.In 3 an alternative embodiment is shown. The thermally conductive material is used as a filler for the electrolyte 18th particulate and in the electrolyte 18th brought in. The particles formed by the thermally conductive material, in this case a ceramic, for example 28 form in the electrolyte 18th Heat conduction paths along which those in the secondary cell 8th Accumulated heat to the (also present here) heat connection elements 26th guided and thus out of the envelope 20th can be discharged. In this exemplary embodiment, that forms with the particles 28 filled electrolyte 18th the heat sink.

In 4 ist eines der Batteriemodule 6 näher dargestellt. Im Modulgehäuse 10 sind dabei zwei Sekundärzellen 8, konkret in der Ausführung gemäß 2, angeordnet. Die Kontaktfahnen 22 der Sekundärzellen 8 sind dabei mit korrespondierenden Anschlusselementen 30 kontaktiert und - in Abhängigkeit vom Aufbau des Batteriemoduls 6 - mit einer in dem Modulgehäuse 10 angeordneten Elektronik kontaktiert oder - wie dargestellt - durch das Modulgehäuse 10 herausgeführt.In 4th is one of the battery modules 6th shown in more detail. In the module housing 10 are two secondary cells 8th , specifically in the execution according to 2 , arranged. The contact flags 22nd of the secondary cells 8th are with corresponding connection elements 30th contacted and - depending on the structure of the battery module 6th - with one in the module housing 10 arranged electronics contacted or - as shown - through the module housing 10 led out.

Vergleichbar sind auch die Wärmeanbindungselemente 26 mit einem (innerhalb angeordneten oder - wie dargestellt - mit der Außenseite des Modulgehäuses 10 wirktechnisch verbundenen) Kühlelement 32 verbunden. Das jeweilige Kühlelement 32 bildet also einen Wärmeableitanschluss, um die Wärme aus den Metallfolien 24 und somit aus der jeweiligen Sekundärzelle 8 abzuleiten.The heat connection elements are also comparable 26th with a (arranged inside or - as shown - with the outside of the module housing 10 technically connected) cooling element 32 connected. The respective cooling element 32 thus forms a heat dissipation connection to remove the heat from the metal foils 24 and thus from the respective secondary cell 8th derive.

Der Gegenstand der Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können weitere Ausführungsformen der Erfindung von dem Fachmann aus der vorstehenden Beschreibung abgeleitet werden. Insbesondere können die anhand der verschiedenen Ausführungsbeispiele beschriebenen Einzelmerkmale der Erfindung und deren Ausgestaltungsvarianten auch in anderer Weise miteinander kombiniert werden.The subject matter of the invention is not limited to the exemplary embodiments described above. Rather, further embodiments of the invention can be derived by those skilled in the art from the description above. In particular, the individual features of the invention described on the basis of the various exemplary embodiments and their design variants can also be combined with one another in other ways.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11
KraftfahrzeugMotor vehicle
22
AntriebsmotorDrive motor
44th
FahrzeugbatterieVehicle battery
66th
BatteriemodulBattery module
88th
SekundärzelleSecondary cell
1010
ModulgehäuseModule housing
1212th
Elektrodeelectrode
1414th
ZwischenraumSpace
1616
Separatorseparator
1818th
Elektrolytelectrolyte
2020th
HülleShell
2222nd
KontaktfahneContact flag
2424
MetallfolieMetal foil
2626th
WärmeanbindungselementHeat bonding element
2828
PartikelParticles
3030th
AnschlusselementConnection element
3232
KühlelementCooling element

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102013215007 A1 [0003]DE 102013215007 A1 [0003]
  • DE 102010021908 A1 [0003]DE 102010021908 A1 [0003]
  • US 2018/0219191 A1 [0003]US 2018/0219191 A1 [0003]

Claims (10)

Sekundärzelle (8) für eine Batterie, insbesondere eine Fahrzeugbatterie (4), umfassend - zwei flächige und räumlich durch einen Zwischenraum (14) voneinander getrennte Elektroden (12), - ein Elektrolyt (18), das zumindest in dem Zwischenraum (14) zwischen den beiden Elektroden (12) angeordnet ist, und - ein wärmeleitfähiges Material, das zwischen die beiden Elektroden (12) eingebracht ist und das ein Wärmeableitelement (24) zur Ableitung von Wärme aus dem Zwischenraum (14) zu einer Umgebung hin bildet.Secondary cell (8) for a battery, in particular a vehicle battery (4), comprising - Two flat electrodes (12) spatially separated from one another by an intermediate space (14), - An electrolyte (18) which is arranged at least in the space (14) between the two electrodes (12), and - A thermally conductive material which is introduced between the two electrodes (12) and which forms a heat dissipation element (24) for dissipating heat from the intermediate space (14) to an environment. Sekundärzelle (8) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem wärmeleitfähigen Material um ein Metall, insbesondere ein Aluminium, Kupfer oder Platin handelt.Secondary cell (8) Claim 1 , wherein the thermally conductive material is a metal, in particular an aluminum, copper or platinum. Sekundärzelle (8) nach Anspruch 2, wobei das Metall mittels einer Schutzschicht isoliert ist.Secondary cell (8) Claim 2 , wherein the metal is isolated by means of a protective layer. Sekundärzelle (8) nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem wärmeleitfähigen Material um eine Keramik handelt.Secondary cell (8) Claim 1 , wherein the thermally conductive material is a ceramic. Sekundärzelle (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei es sich bei dem Wärmeableitelement um einen aus dem wärmeleitfähigen Material gebildeten platten- oder folienartigen, perforierten Körper (24) handelt, der sich im Wesentlichen parallel zu den beiden Elektroden (12) erstreckt.Secondary cell (8) after one of the Claims 1 to 4th wherein the heat dissipating element is a plate-like or film-like, perforated body (24) formed from the thermally conductive material and extending essentially parallel to the two electrodes (12). Sekundärzelle (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Elektrolyt (18) mit einem aus dem wärmeleitfähigen Material gebildeten, insbesondere partikelförmigen, Füllstoff gefüllt ist.Secondary cell (8) after one of the Claims 1 to 5 wherein the electrolyte (18) is filled with a filler formed from the thermally conductive material, in particular a particulate filler. Sekundärzelle (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, mit einem im Zwischenraum (14) zwischen den Elektroden (12) angeordneten Separatorelement (16), wobei das wärmeleitfähige Material beidseitig zu dem Separatorelement (16) angeordnet ist.Secondary cell (8) after one of the Claims 1 to 6th , with a separator element (16) arranged in the space (14) between the electrodes (12), the thermally conductive material being arranged on both sides of the separator element (16). Batteriemodul (6), insbesondere Fahrzeugbatteriemodul, umfassend - eine Sekundärzelle (8) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, - ein Modulgehäuse (10) zur Einhausung mindestens einer solchen Sekundärzelle (8), und - wenigstens einen Wärmeableitanschluss (32), mit dem das durch das wärmeleitfähige Material gebildete Wärmeableitelement (24) der oder der jeweiligen Sekundärzelle (8) zur Ableitung von Wärme aus dem oder dem jeweiligen Zwischenraum (14) wärmeleitfähig gekoppelt ist.A battery module (6), in particular a vehicle battery module, comprising - a secondary cell (8) according to one of the Claims 1 to 7th - a module housing (10) for housing at least one such secondary cell (8), and - at least one heat dissipation connection (32) with which the heat dissipation element (24) formed by the thermally conductive material of the respective secondary cell (8) for dissipating heat is coupled in a thermally conductive manner from the or the respective intermediate space (14). Batteriemodul (6) nach Anspruch 8, wobei das Wärmeableitelement (24) potentialfrei zur Umgebung der Sekundärzelle (8) angebunden ist.Battery module (6) Claim 8 , wherein the heat dissipation element (24) is connected potential-free to the environment of the secondary cell (8). Kraftfahrzeug (1) mit einem Batteriemodul (6) nach Anspruch 8 oder 9.Motor vehicle (1) with a battery module (6) according to Claim 8 or 9 .
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KR 101 708 883 B1, (Maschinenübersetzung), Espacenet [online] EPO [abgerufen am 6.8.2020] *

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