DE102020002478A1

DE102020002478A1 - Batterie

Info

Publication number: DE102020002478A1
Application number: DE102020002478.5A
Authority: DE
Inventors: Alexander Frömelt; Holger Schever
Original assignee: FEV Europe GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2019-05-23
Filing date: 2020-04-24
Publication date: 2020-06-18
Also published as: DE102019113846A1

Abstract

Die Erfindung eine betrifft Batterie (1) für ein mindestens teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, umfassend Zellen (2,3), eine Kühlvorrichtung (5) und eine Verbindung (4) zur Verbindung der Zellen (2,3) mit der Kühlvorrichtung (5), wobei die Zellen (2,3) verschiedene Zellseiten aufweisen, und wobei die Zellen (2,3) an mindestens einer ersten Zellseite über die Verbindung (4) mit der Kühlstruktur (5) verbunden sind, und wobei die Verbindung (4) ein keramisches Material umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie und ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie.
Die DE102011109969 A1 offenbart eine Hochvolt-Batterie mit einer Anzahl von Zellen sowie einer Kühlplatte. Zwischen den Zellen und der Kühlplatte ist zur Verbindung eine Wärmeleitfolie angeordnet.
Die erfindungsgemäße Batterie für ein mindestens teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug umfasst Zellen, eine Kühlvorrichtung und eine Verbindung zur Verbindung der Zellen mit der Kühlvorrichtung. Die Zellen weisen verschiedene Zellseiten auf, wobei die Zellen an mindestens einer ersten Zellseite über die Verbindung mit der Kühlstruktur verbunden sind, und wobei die Verbindung ein keramisches Material umfasst.
Die Verwendung des keramischen Materials ermöglicht zum einen eine elektrisch isolierende Anbindung der Zellen an die Kühlvorrichtung. Dadurch werden elektrisch leitende Zellhüllen nicht untereinander kurzgeschlossen, was einen technisch reibungsfreien Betrieb der Batterie ermöglicht.
Die Verwendung des keramischen Materials ermöglicht zum anderen einen guten Wärmetransport zwischen den Zellen und der Kühlvorrichtung und damit eine effektive Kühlung der Zellen.
Das keramische Material liegt vorzugsweise in einer Pulverform vor.
Vorzugsweise umfasst die Verbindung einen Kunststoff. Weiter bevorzugt ist der Kunststoff als Kleber ausgebildet.
Die Verwendung des Klebers ermöglicht es, die Zellen mit der ersten Zellseite langfristig und sicher mit der Kühlstruktur zu verbinden. Dies ermöglicht es, ein Verrutschen der Zellen innerhalb der Batterie zu vermindern und/oder zu verhindern.
Bevorzugt umfasst die Verbindung einem elastischen Kunststoff. Dies ermöglicht es, dass Änderungen in den Zellausdehnungen, welche beispielsweise durch Alterung der Zellen auftreten, innerhalb der Verbindung aufgenommen werden. Dies ermöglicht es ein Verrutschen der Zellen innerhalb der Batterie auch dann zu vermindern und/oder zu verhindern, wenn sich Zellausdehnungen ändern.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer Batterie umfasst die Schritte:

a) Positionieren der Zellen so innerhalb der Batterie, dass sich ein Spalt zwischen der ersten Zellseite und der Kühlstruktur ausbildet;
b) Einbringen der Verbindung in den Spalt.

Das Einbringen der Verbindung erfolgt vorzugsweise durch Gießen. Das Gießen erfolgt vorzugsweise durch Injektion und/oder Auftragen. Dies stellt einen einfachen mechanischen Produktionsschritt dar, welcher eine Reduktion der Herstellungszeit und/oder der Herstellungskosten der Batterie ermöglicht. Die Verbindung härtet nach dem Gießen aus und ermöglicht dann eine sichere Positionierung der Zellen.
Zusätzlich ermöglicht das Gießen eine schonende Einbringung der Verbindung, welche Beschädigungen an Zellhüllen durch die Verbindung vermindert und/oder verhindert.
Die abhängigen Ansprüche beschreiben vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel wird anhand der folgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt

1 schematisch einen Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie, und
2 schematisch einen weiteren Querschnitt einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Batterie.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Batterie 1 für ein mindestens teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug. Die Batterie 1 umfasst Zellen 2,3, eine Kühlvorrichtung 5 und eine Verbindung 4 zur Verbindung der Zellen 2,3 mit der Kühlvorrichtung 5, wobei die Zellen 2,3 verschiedene Zellseiten aufweisen, und wobei die Zellen 2,3 an mindestens einer ersten Zellseite über die Verbindung 4 mit der Kühlstruktur 5 verbunden sind, und wobei die Verbindung 4 ein keramisches Material umfasst.
In diesem Ausführungsbeispiel sind die Zellen 2,3 quaderförmig ausgebildet. Die Zellen 2,3 weisen jeweils zwei gegenüberliegende flächige Seiten und vier kleinere Flächen zwischen den flächigen Seiten auf. Von den vier kleineren Seiten sind zwei gegenüberliegende Seiten kürzer als die verbleibenden zwei kleineren Seiten.
An einer der beiden kürzeren kleineren Seiten sind zwei Zellkontakte 8 angeordnet. Die dieser Seite gegenüberliegende Seite ist die erste Zellseite.
Die Verbindung 4 ermöglicht eine verdrehsichere Positionierung der Zellen 2,3, ohne dass die Verbindung 4 ein großes Volumen benötigt. Dies ermöglicht eine Reduktion des Bauraums und des Gewichts der Verbindung 4 und damit der Batterie 1.
In diesem Ausführungsbeispiel liegt das keramische Material in Pulverform vor.
Die Verbindung 4 umfasst einen Kunststoff. Der Kunststoff ist als Kleber und insbesondere als Kunstharz ausgebildet.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Kunstharz ein Epoxidharz. Dieses ermöglicht, dass die Verbindung eine duroplastische Eigenschaft aufweist. Dadurch wird eine sichere Verbindung zwischen den Zellen und der Kühlvorrichtung 5 auch dann ermöglicht, wenn es zu einer Erhöhung der Temperatur innerhalb der Batterie 1 kommt. Eine Temperaturerhöhung erfolgt durch physikalische und/oder chemische Prozesse während des Betriebs der Batterie 1 regelmäßig.
Die Zellen 2,3 sind als Pouchzellen ausgebildet.
Pouchzellen weisen eine flexible, mindestens abschnittsweise elektrisch leitende und wärmeleitende Folie als Gehäuse auf. Dies erschwert eine sichere, dauerhafte und kurzschlusssichere Positionierung der Zellen innerhalb der Batterie 1. Dadurch, dass die Verbindung Keramik und Kunststoff umfasst, wird ein elektrischer Kurzschluss zwischen den Zellen 2,3 und anderen Komponenten der Batterie 1 verhindert. Zusätzlich ermöglicht die Verbindung 4, dass die empfindlichen Folien der Zellen 2,3 nicht beschädigt werden.
Die Verbindung 4 umfasst zwischen 5% und 90%, bevorzugt zwischen 40% und 80% keramisches Material.
In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Verbindung 4 60% keramisches Material. Dies ermöglicht eine gute Wärmeleitung durch die Verbindung und damit einen guten Wärmetransport von den Zellen 2,3 zu der Kühlvorrichtung 5.
Die Zellen 2,3 sind mit einer vierten Zelleseite zueinander ausgerichtet positioniert, wobei zwischen den vierten Zellseiten ein Schaumstoff 6 angeordnet ist.
Die vierte Zellseite ist eine der beiden flächigen Zellseiten
Der Schaumstoff ist in diesem Ausführungsbeispiel etwa 0.8 mm dick. Dies ermöglicht es, dass Änderungen in der Zellausdehnung innerhalb des Schaumstoffes aufgenommen werden, ohne dass benachbarte Zellen eine große Erhöhung von mechanischem Druck erfahren. Dies ermöglicht eine Erhöhung der Lebensdauer der Zellen 2,3.
Die Zellen 2,3 sind mit einer fünften Zelleseite zueinander ausgerichtet positioniert, wobei zwischen den fünften Zellseiten ein Klebeband 7 angeordnet ist.
Die fünfte Zellseite ist die der vierten Seite gegenüberliegende flächige Zellseite.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das Klebeband 7 ein doppelseitiges Klebeband. Es ermöglicht eine schonende Verbindung von zwei benachbarten Zellen, ohne die empfindlichen Folien der Zellen 2,3 zu beschädigen. Ein Verrutschen der Zellen 2,3 gegeneinander wird zusätzlich vermindert und/oder verhindert.
2 zeigt einen weiteren Querschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Batterie1. Die Zellen 2,3 sind mindestens an einer zweiten Zellseite über die Verbindung 4 mit der Kühlvorrichtung 5 verbunden.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die zweite Zellseite eine der beiden längeren kleineren Seiten. Die längeren kleinen Seiten in dabei mindestens zweimal länger als die kürzeren kleinen Seiten. Dies ermöglicht eine bessere Wärmeanbindung der Zellen 2,3 an die Kühlvorrichtung 5, da die Fläche der Zellseiten, welche über die Verbindung 4 mit der Kühlstruktur 5 verbunden ist, um mehr als 60% größer ist, als für den Fall dass nur die erste Zellseite über die Verbindung 4 mit der Kühlvorrichtung 5 verbunden ist.
Die Zellen 2,3 sind mindestens an einer dritten Zellseite über die Verbindung 4 mit der Kühlstruktur 5 verbunden.
Dies ermöglicht eine weitere Erhöhung der Fläche der Zellen 2,3, welche mit der Kühlvorrichtung 5 über die Verbindung 4 verbunden ist. Damit wird ein effizienterer Wärmetransport von den Zellen 2,3 zu der Kühlvorrichtung 5 ermöglicht. Zusätzlich wird eine Erhöhung der Stabilität der Verbindung 4 ermöglicht.
Ein nicht gezeigtes erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Batterie 1 nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:

a) Positionieren der Zellen 2,3 so innerhalb der Batterie 1, dass sich ein Spalt zwischen der ersten Zellseite und der Kühlstruktur 5 ausbildet;
b) Einbringen der Verbindung 4 in den Spalt.

Die Pouchzellen werden zunächst derart gestapelt, dass jeweils zwischen zwei flächige Zellseiten von benachbarten Zellen 2,3 Schaumstoff 6 angeordnet ist. Die jeweils gegenüberliegenden flächigen Zellseiten sind mittels Klebeband 7 mit den jeweils angrenzenden Zellen verbunden.
Dieser Zellstapel wird so benachbart zur Kühlstruktur positioniert, dass sich ein Spalt zwischen der Kühlvorrichtung 5 und den ersten, zweiten und dritten Zellseiten ausbildet.
Die Verbindung 4 ist in einem ersten Zustand gießfähig und wird in diesem Zustand in den Spalt eingebracht. In einem zweiten Zustand ist die Verbindung 4 duroplastisch und nicht mehr gießfähig. Der zweite Zustand ist dauerhaft und wird durch aushärten der Verbindung 4 in dem Spalt erreicht. Die Verbindung 4 ermöglicht im ausgehärteten Zustand eine effiziente Kühlung der Batterie 1 sowie einen sicheren Halt der Zellen 2,3 innerhalb der Batterie 1.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102011109969 A1 [0002]

Claims

Batterie (1) für ein mindestens teilweise elektrisch betriebenes Fahrzeug, umfassend Zellen (2,3), eine Kühlvorrichtung (5) und eine Verbindung (4) zur Verbindung der Zellen (2,3) mit der Kühlvorrichtung (5), wobei die Zellen (2,3) verschiedene Zellseiten aufweisen, und wobei die Zellen (2,3) an mindestens einer ersten Zellseite über die Verbindung (4) mit der Kühlstruktur (5) verbunden sind, und wobei die Verbindung (4) ein keramisches Material umfasst.
Batterie (1) nach Anspruch 1, wobei die Verbindung (4) einen Kunststoff umfasst.
Batterie nach Anspruch 2, wobei der Kunststoff als Kunstharz ausgebildet ist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Verbindung (4) zwischen 5% und 90%, bevorzugt zwischen 20% und 80% keramisches Material umfasst.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen (2,3) mindestens an einer zweiten Zellseite über die Verbindung (4) mit der Kühlstruktur (5) verbunden sind.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen (2,3) mindestens an einer dritten Zellseite über die Verbindung (4) mit der Kühlstruktur (5) verbunden sind.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen (2,3) als Pouchzellen ausgebildet sind.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen (2,3) mit einer vierten Zelleseite zueinander ausgerichtet positioniert sind, und wobei zwischen den vierten Zellseiten ein Schaumstoff (6) angeordnet ist.
Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Zellen (2,3) mit einer fünften Zelleseite zueinander ausgerichtet positioniert sind, und wobei zwischen den fünften Zellseiten ein Klebeband (7) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung einer Batterie (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: a) Positionieren der Zellen (2,3) so innerhalb der Batterie (1), dass sich ein Spalt zwischen der ersten Zellseite und der Kühlstruktur (5) ausbildet; b) Einbringen der Verbindung (4) in den Spalt.