-
Die Erfindung betrifft eine Batteriezellenanordnung mit einem Zellpack, welcher mindestens zwei Batteriezellen umfasst, die jeweils eine erste Seite umfassen, die einen Teil einer ersten Seite des Zellpacks bereitstellen, wobei an der ersten Seite des Zellpacks eine elektrisch isolierende Isolierschicht angeordnet ist. Zur Erfindung gehören auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batteriezellenanordnung sowie ein Verfahren zum Bereitstellen einer Batteriezellenanordnung.
-
Ein solcher Zellpack kann in ein Batteriegehäuse aufgenommen sein. Da der Gehäuseboden eines Batteriegehäuses üblicherweise aus metallischem Material ist und an den Zellgehäusen der Batteriezellen zudem oftmals eine Spannung anliegen kann, müssen die Batteriezellen gegenüber dem Gehäuseboden elektrisch isoliert werden. Gleichzeitig ist es oft vorgesehen, dass über dem Gehäuseboden eine Kühleinrichtung zur Kühlung der Batteriezellen realisiert ist. Entsprechend ist es wünschenswert, die ersten Seiten der Batteriezellen, welche dem Gehäuseboden zugewandt sind, möglichst gut thermisch an den Gehäuseboden anzubinden. Eine zusätzliche elektrische Isolierung zwischen den ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen und dem Gehäuseboden mindert jedoch oftmals die Effizienz der thermischen Anbindung der ersten Seiten der Batteriezellen an den Gehäuseboden.
-
In diesem Zusammenhang beschreibt die
DE 10 2013 225 574 A1 einen Latentwärmespeicher für einen elektrischen Energiespeicher, welcher mindestens ein Phasenwechselmaterial umfasst. Weiterhin kann das Phasenwechselmaterial mit einem wärmeleitenden, elektrisch isolierenden, anorganischen Füllstoff gemischt sein. Um ein Auslaufen zu verhindern, ist der Latentwärmespeicher in einem Folienbeutel verpackt. Dieser Folienbeutel kann aus einem Kunststoff sein. Dabei können Batteriezellen einseitig durch einen solchen Latentwärmespeicher gekühlt werden, oder ein solcher Latentwärmespeicher kann auch in Zwischenräumen zwischen Batteriemodulen oder zwischen Batteriezellen angeordnet sein. Aufgrund der zahlreichen erforderlichen Schichten zum Bereitstellen eines solchen Latentwärmespeichers, wie dem Folienbeutel, den Füllstoffen sowie optionalen weiteren Metallschichten zur Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit, ergibt sich eine sehr gro-ße Bauhöhe eines solchen Latentwärmespeichers. Dies mindert die Effizienz der Wärmeabfuhr und erfordert viel Bauraum.
-
Weiterhin beschreibt die
DE 10 2011 109 208 A1 eine Batterie mit mehreren Batterieeinzelzellen, welche zu einem Zellstapel aufgestapelt sind. Dabei ist auf zumindest einer Seite eine Temperiereinrichtung angebracht und zwischen der Temperiereinrichtung und dem Zellstapel ist ein elektrisch isolierendes Material angeordnet. Weiterhin sind zwischen dem Zellstapel und der Temperiereinrichtung Abstandshalter angeordnet, durch welche ein Mindestmaß eines Spalts für das elektrisch isolierende wärmeleitende Material gewährleistet ist. In diesem Fall soll die thermische Anbindung des Zellstapels an die Temperiereinrichtung über eine Schicht aus einem elektrisch isolierenden und wärmeleitenden Material realisiert werden. Um dieses Material als Schicht dünner ausführen zu können, ohne die elektrisch isolierenden Eigenschaften zu beeinträchtigen, sind dabei die Abstandshalter vorgesehen, die eine Mindestspaltbreite zwischen dem Zellstapel und der Temperiereinrichtung gewährleisten. Ein solcher Spalt mindert jedoch wiederum die thermische Anbindung des Zellstapels an die Temperiereinrichtung, da auf diese Weise Lufteinschlüsse, gerade wenn die Schicht aus dem elektrisch isolierenden Material als Wärmeleitfolie bereitgestellt werden soll, nicht ausgeschlossen werden können.
-
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Batteriezellenanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren bereitzustellen, die eine elektrische Isolierung eines Zellpacks von einem Gehäuseboden bei gleichzeitig möglichst guter und effizienter thermischer Anbindung des Zellpacks an den Gehäuseboden ermöglichen.
-
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Batteriezellenanordnung, ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figuren.
-
Eine erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung weist einen Zellpack auf, welcher mindestens zwei Batteriezellen umfasst, die jeweils eine erste Seite umfassen, die einen Teil einer ersten Seite des Zellpacks bereitstellen, wobei an der ersten Seite des Zellpacks eine elektrisch isolierende Isolierschicht angeordnet ist. Dabei umfasst die Isolierschicht eine Folie, welche für jede der mindestens zwei Batteriezellen jeweils einen der jeweiligen Batteriezellen zugeordneten Kontaktbereich aufweist, in welchem die Folie die erste Seite der zugeordneten Batteriezelle kontaktiert, wobei die Folie mindestens einen Zwischenbereich aufweist, der zwischen den Kontaktbereichen die Kontaktbereiche verbindend angeordnet ist, und welcher nicht von den ersten Seiten der Batteriezellen kontaktiert ist, wobei die Folie in den Kontaktbereichen jeweils mindestens eine Durchgangsöffnung von einer ersten Seite des Zellpacks abgewandten Folienseite der Folie zu einer jeweiligen der ersten Seite der Batteriezellen aufweist, die mit einem Teil einer Wärmeleitmasse ausfüllbar ist.
-
Die Folie ist also elektrisch isolierend ausgebildet und gewährleistet, dass die ersten Seiten der Batteriezellen nicht in direkten Kontakt mit dem Gehäuseboden geraten können. Zur thermischen Anbindung der ersten Seiten der Batteriezellen einen Gehäuseboden ist die Folie so ausgestaltet, dass die Durchgangsöffnungen in den Kontaktbereichen von einer Wärmeleitmasse ausgefüllt werden können. Eine solche Wärmeleitmasse wird auch als Gapfiller bezeichnet und kann im nicht ausgehärteten Zustand eine flüssige oder zähflüssige oder pastöse Masse darstellen. Entsprechend kann die Wärmeleitmasse auch als Wärmeleitpaste bezeichnet werden. Durch die vorteilhafte Ausbildung der Folie mit mindestens einer Durchgangsöffnung pro Kontaktbereich ist es vorteilhafter Weise möglich, dass diese Durchgangsöffnungen mit der Wärmeleitmasse ausgefüllt werden, sodass die ersten Seiten der Batteriezellen direkt an den Kühlboden über diese Wärmeleitmasse angebunden werden können. Diese Wärmeleitmasse kontaktiert dann also die ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen direkt, sowie andererseits auch den Gehäuseboden des Batteriegehäuses. Im Gegensatz zum Beispiel zu durchgehenden, undurchlässigen, elektrisch isolierenden Isolierfolien, lässt sich die thermische Anbindung durch die hier vorliegende, zum Beispiel gelochte Folie, deutlich effizienter gestalten. Gleichzeitig lässt sich eine solche Folie äußerst dünn ausbilden und erfordert daher nur wenig Bauraum. Die Wärmeleitmasse kann darüber hinaus jegliche Lücken zwischen den ersten Seiten der Batteriezellen und dem Gehäuseboden schließen, sodass Lufteinschlüsse, welche die thermische Anbindung in ihrer Effizienz mindern, effizient vermieden werden können.
-
Der Zellpack kann dabei zum Beispiel durch ein Batteriemodul mit mehreren Batteriezellen, insbesondere mehr als zwei Batteriezellen, bereitgestellt sein. Ein solches Batteriemodul kann zum Beispiel auch eine Tragstruktur oder Spanneinrichtung zum Verspannen der vom Modul umfassten Batteriezellen miteinander umfassen. Es gibt aber auch Batteriekonzepte, gemäß welchen die Batteriezellen ohne eine solche Tragstruktur direkt in einem Gesamtbatteriegehäuse, zum Beispiel reihenweise, angeordnet werden. Entsprechend können mehrere in einer solchen Reihe nebeneinander angeordnete Batteriezellen einen solchen Zellpack bilden. Weiterhin kann durch die Batteriezellenanordnung eine Batterie, insbesondere eine Hochvoltbatterie, als Traktionsbatterie für ein Elektro- oder Hybridfahrzeug bereitgestellt sein. Dabei kann die Batteriezellenanordnung auch mehrere Zellpacks mit jeweils mehreren Batteriezellen umfassen, die in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet sein können. Für einen jeweiligen Zellpack kann zum Beispiel eine korrespondierende Isolierschicht zwischen den jeweiligen ersten Seiten der dem Zellpack zugeordneten Batteriezellen und dem Gehäuseboden angeordnet sein. Es kann aber auch eine gemeinsame elektrische Isolierschicht für alle Zellpacks, welche im Batteriegehäuse angeordnet sind, vorgesehen sein. Jedoch ist es bevorzugt, eine solche isolierende Isolierschicht für einen jeweiligen Zellpack separat vorzusehen, da dies die Montage und Anordnung der Zellpacks im Batteriegehäuse vereinfacht.
-
Bei einer sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Batteriezellenanordnung einen Gehäuseboden eines Batteriegehäuses, in welchem der Zellpack derart aufgenommen ist, dass die ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen dem Gehäuseboden zugewandt sind, wobei zwischen den ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen und dem Gehäuseboden die elektrisch isolierende Isolierschicht angeordnet ist, wobei die Isolierschicht eine Wärmeleitmasse umfasst, und wobei die Durchgangsöffnungen jeweils mit einem Teil der Wärmeleitmasse ausgefüllt sind, sodass eine jeweilige erste Seite der Batteriezellen über die Wärmeleitmasse mit dem Gehäuseboden verbunden ist.
-
Wie beschrieben hat dies den großen Vorteil, dass durch die elektrisch isolierende Folie eine elektrische Isolierung der Batteriezellen von dem Gehäuseboden einerseits bereitgestellt werden kann, wenn gleichzeitig durch die in die Durchgangsöffnungen eindringbare beziehungsweise eingedrungene Wärmeleitmasse eine sehr gute thermische Anbindung der Batteriezellen an den Gehäuseboden erfolgen kann.
-
Die jeweiligen ersten Seiten der Batteriezellen können dabei Unterseiten der jeweiligen Batteriezellen definieren. Zudem können die Batteriezellen zum Beispiel als prismatische Batteriezellen oder Rundzellen ausgebildet sein. Weiterhin können in diesem Fall die Pole der jeweiligen Batteriezellen auf einer zweiten Seite der jeweiligen Batteriezellen angeordnet sein, die der ersten Seite gegenüberliegend angeordnet sind. Mit anderen Worten können die Pole der jeweiligen Batteriezellen auf einer Oberseite der jeweiligen Batteriezellen angeordnet sein. Dies vereinfacht die Anbindung der ersten Seiten der Batteriezellen an den Gehäuseboden. Die Batteriezellen können zum Beispiel als Lithiumionenzellen ausgebildet sein. Weiterhin kann der Gehäuseboden als Kühlboden ausgebildet sein. Im einfachsten Fall kann der Gehäuseboden zum Beispiel eine Kühlplatte bereitstellen, zum Beispiel in Form einer metallischen Platte. Der Gehäuseboden kann aber auch mit Kühlkanälen, die von einem Füllmedium zum Kühlen der Batteriezellen durchströmbar sind, ausgebildet sein. Dadurch lässt sich die Kühlung noch effizienter gestalten.
-
Die Durchgangsöffnungen, die sich vom Gehäuseboden zur jeweiligen ersten Seite der Batteriezellen erstrecken, müssen sich dabei nicht notwendigerweise geradlinig erstrecken, sondern können zum Beispiel auch schräg oder gewunden verlaufen. Nichts desto weniger ist es bevorzugt, dass sich diese Durchgangsöffnungen geradlinig erstrecken, da die Folie vorzugsweise sehr dünn ausgestaltet ist. Solche Durchgangsöffnungen können entsprechend einfach als Löcher in der Folie ausgebildet sein. Die Durchgangsöffnungen müssen dabei im Querschnitt nicht notwendigerweise rund sein, sondern können dabei jede beliebige Geometrie aufweisen. Beispielsweise können die Durchgangsöffnungen auch als rechteckige, vieleckige oder elliptische Öffnungen ausgebildet sein. Beispielsweise können diese auch die Form langgestreckter Schlitze oder Spalte aufweisen.
-
Die Kontaktbereiche sind dabei so ausgestaltet, sodass die Abmessungen der Kontaktbereiche zu den Abmessungen der ersten Seiten der Batteriezellen, welche sie kontaktieren, korrespondieren. Die Kontaktbereiche sind also durch diejenigen Bereiche definiert, die in direktem Kontakt mit einer ersten Seite einer betreffenden Batteriezelle stehen. Die Batteriezellen sind im Übrigen im Zellpack mit einem Abstand zueinander angeordnet, da auch die Batteriezellen voneinander elektrisch isoliert sind, wie dies später näher erläutert wird. Diese Zwischenbereiche zwischen den Batteriezellen grenzen entsprechend an den Zwischenbereich der Folie an. Entsprechend steht dieser Zwischenbereich der Folie, der sich also zwischen zwei Kontaktbereichen der Folie befindet, nicht in Kontakt mit den Batteriezellen. Entsprechend muss dieser Zwischenbereich auch keine Durchgangsöffnungen aufweisen. Im Gegenteil, es ist bevorzugt, dass dieser Zwischenbereich durchgängig ausgebildet ist und keine Durchgangsöffnungen aufweist.
-
Entsprechend stellt es eine sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die Folie in der mindestens einen Zwischenbereich undurchlässig zumindest für die Wärmeleitmasse ausgebildet ist. Die Wärmeleitmasse soll also beim Bereitstellen der Batteriezellenanordnung und auch später im ausgehärteten Zustand die Folie in diesem Zwischenbereich nicht durchdringen können. Die Wärmeleitmasse ist also in diesem Bereich nur zwischen dem Zwischenbereich und dem Gehäuseboden angeordnet und dringt nicht auf die Seite des Zellpacks durch. Dies hat den großen Vorteil, dass hierdurch verhindert werden kann, dass Wärmeleitmasse in den Spalt zwischen zwei Batteriezellen eindringt. Dies wiederum hat den Hintergrund, dass die Batteriezellen voneinander idealerweise nicht thermisch miteinander gekoppelt sein sollten, sondern stattdessen möglichst gut thermisch voneinander isoliert sein sollten, um im Falle eines thermischen Events, das heißt eines thermischen Durchgehens einer Batteriezelle, welches mit einer sehr starken Erhitzung der Batteriezelle bis hin zum Brand der Batteriezelle einhergeht, eine Ausbreitung der Überhitzung und des Brands zu verhindern oder zumindest möglichst lange hinauszuzögern und zu erschweren. Würde also stattdessen Wärmeleitmasse in einen solchen Spalt zwischen zwei Batteriezellen eindringen, so wäre dadurch die thermische Isolation dieser Batteriezellen voneinander beeinträchtigt. Dies kann nunmehr ebenfalls durch die Folie verhindert werden, indem gerade in diesen Zwischenbereichen der Folie keine Durchgangsöffnungen vorgesehen sind, sodass die Wärmeleitmasse vor dem Eindringen in den Spalt zwischen zwei Batteriezellen gehindert wird. Letztendlich kann also hierdurch eine Batteriezellenanordnung mit zwei Batteriezellen bereitgestellt werden, die einen Abstand zueinander aufweisen, wodurch sich ein Spalt zwischen den beiden Batteriezellen ergibt, der frei von Wärmeleitmasse ist, und welcher unterseitig durch den Zwischenbereich der Folie begrenzt ist. Unterseitig bezeichnet hierbei wiederum die Seite, welche dem Gehäuseboden zugewandt ist.
-
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Folie in den jeweiligen Kontaktbereichen vielzählige Durchgangsöffnungen auf. Dadurch kann die thermische Anbindung der ersten Seiten der Batteriezellen an den Gehäuseboden gesteigert werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Folie in den jeweiligen Kontaktbereichen eine poröse oder löchrige Struktur auf, insbesondere ein Lochmuster. Dies ist besonders vorteilhaft, da durch eine solche löchrige Struktur ein möglichst homogener Mindestabstand zwischen den ersten Seiten der Batteriezellen und dem Gehäuseboden für die elektrische Isolation gewährleistet werden kann, gleichzeitig aber auch durch das Vorsehen dieser vielzähligen Löcher eine sehr gute und vor allem auch homogene thermische Anbindung über die kompletten ersten Seiten der Batteriezellen hinweg zum Gehäuseboden bereitgestellt werden kann. Gerade eine reguläre Struktur oder ein Muster ist dafür besonders gut geeignet. Eine solche reguläre Struktur zeichnet sich durch eine Periodizität oder Symmetrie aus.
-
Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt eine Dicke der Folie mindestens 0,01 Millimeter und maximal 0,5 Millimeter, vorzugsweise mindestens 0,1 Millimeter und maximal 0,2 Millimeter. Die Dicke ist dabei die Abmessung der Folie in Richtung vom Gehäuseboden zu einer ersten Seite einer Batteriezelle. Dadurch wird also eine äußerst dünne Folie bereitgestellt, die sehr wenig Bauraum erfordert und dennoch eine elektrische Isolierung zwischen den Batteriezellen und dem Gehäuseboden gewährleisten kann.
-
Im Übrigen können die Durchgangsöffnungen an die Wärmeleitmasse angepasste Dimensionen aufweisen, so dass gewährleistet ist, dass diese im nicht ausgehärteten Zustand in diese Öffnungen eindringen kann. Beispielswiese kann ein Durchmesser, insbesondere ein kleinster Durchmesser, dabei im einstelligen Millimeterbereich liegen, zum Beispiel zwischen 1 Millimeter und 5 Millimeter, zum Beispiel 3 Millimeter.
-
Weiterhin ist die Folie vorzugsweise aus einem Kunststoff. Auf diese Weise lässt sich eine elektrische Isolierung auf besonders einfache und kostengünstige Weise bereitstellen. Beispielsweise kann die Folie aus Polyethylen und/oder Polypropylen oder irgendeinem anderen Kunststoff oder Kunststoffverbund gefertigt sein. Besonders vorteilhaft ist es beispielsweise auch, wenn die Folie Polyimid umfasst beziehungsweise als Polyimid.-Folie, insbesondere aus Kapton, ausgebildet ist. Dieses Material weist eine sehr hohe Durchschlagsfestigkeit auf, wodurch eine besonders sichere elektrische Isolierung durch eine extrem dünne Folie ermöglicht wird.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die mindestens zwei Batteriezellen in einer ersten Richtung nebeneinander angeordnet, wobei zwischen den mindestens zwei Batteriezellen eine zweite Isolierschicht angeordnet ist, wobei ein dem Gehäuseboden zugewandtes Ende der zweiten Isolierschicht bündig mit den jeweiligen ersten Seiten der mindestens zwei Batteriezellen abschließt. Diese zweite Isolierschicht dient aber ebenfalls der elektrischen Isolation der beiden Batteriezellen voneinander. Entsprechend ist die zweite Isolierschicht ebenfalls aus einem elektrisch isolierendem Material ausgebildet. Im Gegensatz zur ersten Isolierschicht soll diese zweite Isolierschicht aber eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit aufweisen, da durch diese eine möglichst gute thermische Isolation der Batteriezellen voneinander, wie oben bereits beschrieben, bereitgestellt werden soll. Die zweite Isolierschicht kann zum Beispiel als Mica-Sheet, Glimmerplatte oder Ähnliches ausgebildet sein. Besonders vorteilhaft ist es nun, dass diese zweite Isolierschicht bündig mit den ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen abschließt. Dadurch ist es möglich, die Folie möglichst eben an der Unterseite des Zellpacks anzuordnen. Dies erleichtert die Montage. Die Unterseite der Zellpacks stellt im Übrigen die Seite des Zellpacks dar, welche zum Teil durch die ersten Seiten der Batteriezellen gebildet ist.
-
Dabei ist es weiterhin vorteilhaft, wenn die zweite Isolierschicht die Folie mindestens einen Zwischenbereich der Folie kontaktiert. So kann eine wirksame Isolierung der Batteriezellen sowohl unterseitig als auch zwischen den Batteriezellen bereitgestellt werden.
-
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Folie einen umlaufenden und die Kontaktbereiche und den mindestens einen Zwischenbereich einschließenden Randbereich auf, welcher zumindest für die warme Leitmasse undurchlässig ausgebildet ist. Mit anderen Worten soll die Folie am Randbereich ebenfalls keine Durchgangsöffnungen aufweisen. AM Randbereich ist die Folie also durchgängig ausgebildet. Dieser Randbereich kann beispielsweise zu einem Randbereich des Batteriemoduls korrespondieren, genauer gesagt zu einem Bereich um den Zellpack herum, der selbst nicht mehr Teil des Zellpacks beziehungsweise des Batteriemoduls ist. So kann auch der Fluss von Wärmeleitmasse in einem solchen Randbereich unterbunden werden, hierdurch kann der Materialeinsatz an Gapfiller ebenfalls reduziert werden und auch Batteriemodule beziehungsweise Zellpacks untereinander können thermisch besser entkoppelt werden.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung oder eine ihrer Ausgestaltungen. Die für die erfindungsgemäße Batteriezellenanordnung und ihre Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten damit in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug kann zum Beispiel als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgebildet sein.
-
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
-
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Bereitstellen einer Batteriezellenanordnung, wobei ein Zellpack mit zumindest zwei Batteriezellen bereitgestellt wird. Weiterhin wird eine elektrisch isolierende Folie bereitgestellt, welche für jede der mindesten zwei Batteriezellen jeweils einen der jeweiligen Batteriezelle zugeordneten Kontaktbereich aufweist, wobei die Folie mindestens einen Zwischenbereich aufweist, der zwischen den Kontaktbereichen die Kontaktbereiche verbindend angeordnet ist, und wobei die Folien einem jeweiligen Kontaktbereich mindestens eine Durchgangsöffnung aufweist. Weiterhin wird die Folie am Zellpack derart angeordnet, dass die Folie eine jeweilige erste Seite der zugeordneten Batteriezelle mit den jeweiligen Kontaktbereichen kontaktiert und dass der mindestens eine Zwischenbereich nicht von den ersten Seiten der Batteriezellen kontaktiert ist.
-
Auch hier gelten die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung und ihren Ausführungsformen beschriebenen Vorteile in gleicher Weise für das erfindungsgemäße Verfahren.
-
Gemäß vorteilhaften Weiterbildungen des Verfahrens kann ein Batteriegehäuse mit einem Gehäuseboden bereitgestellt werden und der Zellpack in das Batteriegehäuse eingesetzt werden, sodass die ersten Seiten der jeweiligen Batteriezellen dem Gehäuseboden zugewandt sind. Vor dem Einsetzen des Zellpacks kann das Anordnen der Folie am Zellpack erfolgen. Die in einem jeweiligen Kontaktbereich befindliche mindestens eine Durchgangsöffnung erstreckt sich nach dem Einsetzen vom Gehäuseboden zu einer jeweiligen der ersten Seiten der Batteriezellen. Weiterhin kann, insbesondere ebenfalls nach dem Einsetzen in das Batteriegehäuse, ein Einfüllen der Wärmeleitmasse zwischen einer jeweiligen Seite der Batteriezellen und dem Gehäuseboden erfolgen, sodass die jeweiligen mindestens einen Durchgangsöffnungen mit einem Teil der Wärmeleitmasse ausgefüllt werden, sodass diese eine jeweilige erste Seite der Batteriezellen mit dem Gehäuseboden verbinden.
-
Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Batteriezellenanordnung beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens hier nicht noch einmal beschrieben.
-
Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
-
Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Hierzu zeigt:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung gemäße einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
- 2 eine schematische Draufsicht auf eine Folie für eine Batteriezellenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
- 3 eine schematische Darstellung einer Seitenansicht einer Batteriezellenanordnung, bei welcher der Zellpack in einem Zellgehäuse angeordnet ist, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
-
Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
-
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils funktionsgleiche Elemente.
-
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezellenanordnung 10 mit mehreren Batteriezellen 12, gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Batteriezellen 12 können dabei zu einem Zellpack 14 zusammengefasst sein. Dabei definiert ein Zellpack 14 im Allgemeinen eine Gruppe von Batteriezellen 12, die in einer ersten Richtung, hierbei dargestellten x-Richtung, nebeneinander angeordnet sind. Im vorliegenden Beispiel sind die Batteriezellen 12 als prismatische Batteriezellen ausgebildet, können aber ebenso als Rundzellen ausgebildet sein. Weiterhin weisen die jeweiligen Batteriezellen 12 an einer jeweiligen Oberseite 16 Zellpole 18 auf, von welchen jede Batteriezelle insbesondere zwei umfasst. Einer jeweiligen Oberseite 16 gegenüberliegend ist eine Unterseite 20 einer jeweiligen Batteriezelle 12 angeordnet.
-
Ein solcher Zellpack 14 kann in einem Zellgehäuse 22, wie in 3 dargestellt, angeordnet sein. Ein solches Batteriegehäuse 22 weist dabei einen Gehäuseboden 24 auf, welcher in diesem Beispiel als Kühlboden 24 ausgebildet ist. Insbesondere umfasst der Kühlboden 24 in diesem Beispiel Kühlkanäle 26, die von einem Kühlmittel durchströmbar sind, um Batteriezellen 12 zu kühlen. Um die Batteriezellen 12 dabei möglichst gut an den Gehäuseboden 24 zur Kühlung der Batteriezellen 12 anzubinden, wird eine Wärmeleitmasse 28 verwendet, welche zwischen den jeweiligen Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 und dem Gehäuseboden 24 angeordnet ist. Andere Anbindungskonzepte verwenden beispielsweise auch Wärmeleitfolien. Eine Wärmeleitmasse, die beim Bereitstellen der Batteriezellenanordnung 10 in einem nichtfesten Zustand, das heißt also zum Beispiel in einem flüssigen, zähflüssigen oder pastösen Zustand, zwischen die Batteriezellen 12 und dem Gehäuseboden 28 eingebracht wird, hat jedoch den großen Vorteil, dass diese sich dem Zwischenraum und eventuellen Unebenheiten deutlich besser anpassen kann. Diese Wärmeleitmasse 28 ist grundsätzlich elektrisch isolierend. Da bei der Fertigung einer solchen in diesem Beispiel durch die Batteriezellenanordnung 10 bereitgestellten Batterie, gemäß welcher diese Wärmeleitmasse 28 im nichtfesten Zustand zwischen die Batteriezellen 12 und dem Gehäusebund 24 eingebracht wird, nicht sichergestellt werden kann, dass es nicht doch zu einem Kontakt zwischen einem Zellboden 20 und dem Gehäuseboden 24 kommt, ist eine zusätzliche elektrische Isolierung vorgesehen.
-
Dabei gab es Überlegungen, eine solche elektrische Isolierung zum Beispiel durch eine Schutzfolie an der Unterseite zur Ansicht der Batteriezellen 12 vorzusehen. Eine solche durchgehende Schutzfolie hätte jedoch den Nachteil, dass diese einen höheren thermischen Widerstand aufweist und damit die thermische Anbindung der Zellen 12 an das Kühlsystem, welches zum Teil durch den Gehäuseboden 24 bereitgestellt ist, verschlechtern würde. Denkbar wäre es auch, auf eine solche Folie zu verzichten, um beispielsweise eine größere Menge an Wärmeleitmasse 28 zu verwenden. Dies hätte jedoch den Nachteil, dass sich ohne eine solche Folie Gapfiller, das heißt Wärmeleitmasse 28 auch in die Zellzwischenräume zwischen den Batteriezellen 12 verteilen würde, was unnötigen Materialeinsatz und Gewicht bedeutet. Zudem ist ein thermischer Kontakt der Zellen 12 im Fehlerfall bei der Verhinderung einer Propagation ungünstig.
-
Diese Probleme lassen sich nun vorteilhafterweise durch eine Isolierschicht 30 mit einer Folie 32 lösen, welche im Detail in einer Draufsicht in 2 dargestellt ist. Eine solche Isolierschicht 30 sieht vor, die Eigenschaften von Wärmeleitfähigkeit, mechanischem Schutz und elektrischer Isolierung zu kombinieren. Dies wird dadurch bereitgestellt, dass eine solche Folie 32 zum einen Kontaktbereiche 34 aufweist, welche den jeweiligen Batteriezellen 12 derart zugeordnet sind, dass die Folie 32 die jeweiligen Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 in diesen Kontaktbereichen 34 kontaktiert. Mit anderen Worten kann diese Folie 32 so an die Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 des Zellpacks 14 angeklebt sein, dass die Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 die jeweiligen zugeordneten Kontaktbereiche 34 der Folie 32 kontaktieren, das heißt berühren. Dies ist beispielsweise in 1 zu erkennen. Zwischen je zwei Kontaktbereichen 34 ist des Weiteren ein Zwischenbereich 36 der Folie 32 angeordnet. Diese Zwischenbereiche 36 korrespondieren dabei zu Bereichen zwischen den Batteriezellen 12. Entsprechend werden diese Zwischenbereiche 36 der Folie 32 nicht von den Batteriezellen 12 kontaktiert. Die Folie 32 ist dabei so ausgebildet, dass diese in den jeweiligen Kontaktbereichen 34 Durchgangsöffnungen 38 aufweist, von denen in 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine mit einem Bezugszeichen versehen ist. Wie in 2 zu erkennen ist, weist dabei jeder Kontaktbereich 34 eine Vielzahl derartiger Durchgangsöffnungen 38 auf. Diese können beispielsweise in Form eines Lochmusters, als poröse oder löchrige Struktur in der Folie 32 bereitgestellt sein. Die Löcher 38 sind dabei so ausgebildet, dass diese sich mit der Wärmeleitmasse 28 bei der Batteriemontage, bei welcher die Wärmeleitmasse 28 also noch nicht ausgehärtet ist beziehungsweise sich noch in pastösem oder zähflüssigem Zustand befindet, füllen und damit eine thermische Anbindung der Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 an den Kühlboden 24 ermöglichen. Da die Folie 32 zudem zwischen den Zellen 12, das heißt in den Zwischenbereichen 36, und an den Seiten, das heißt in einem Randbereich 40, welcher die Folie 32 beziehungsweise die Kontaktbereiche 34 und Zwischenbereiche 36 umlaufend ausgebildet ist, durchgängig ist, das heißt ohne Durchgangsöffnungen 38 ausgebildet ist, kann hier der Fluss von Wärmeleitmasse 28 durch die Folie 32 unterbunden werden. Dies hat den Vorteil, dass sich die Zellzwischenräume nicht unnötig mit Wärmeleitmasse 28 füllen. Hierdurch lässt sich vorteilhafter Weise Material einsparen, sowie auch Gewicht. Zudem kann hierdurch die thermische Isolierung zwischen den Zellen 12 verbessert werden, was gerade im Fehlerfall bei der Vermeidung einer Propagation sehr wichtig ist. Zudem können zwischen den Batteriezellen 12 noch Zelltrennelemente 42 angeordnet sein. Diese Zelltrennelemente 42 sind ebenfalls elektrisch isolierend. Zudem weisen die vorzugsweise eine deutlich geringere Wärmeleitfähigkeit als die Wärmeleitmasse 28 beziehungsweise die beschriebene Isolierschicht 30 mit der Folie 32 auf. Diese Zelltrennelemente 42 können beispielsweise als Glimmerplatte oder Mica-Sheets oder Ähnlichem bereitgestellt sein. Vorzugsweise schließen diesen Zelltrennelemente auf der dem Gehäuseboden 24 zugewandten Ende bündig mit den Zellunterseiten 20 ab. Dadurch kann die Folie 32 eben an den Unterseiten 20 der Batteriezellen 12 angeordnet werden. Dies erleichtert die Batteriemontage. Diese Zelltrennelemente 42 können die Folie 32 in den Zwischenbereichen 36 kontaktieren. Dies ist hinsichtlich einer möglichst umfassenden elektrischen Isolation besonders vorteilhaft.
-
Sowohl die elektrische Isolation der Zellen 12, als auch die thermische Anbindung an das Kühlsystem 24, können damit mit einer funktionalen Schicht, der Isolationsschicht 30, welche die Folie 32, und insbesondere auch die die Durchgangsöffnungen 38 der Folie 32 durchdringende Wärmeleitmasse 28 umfassen kann, generiert werden. Hierdurch kann der Materialeinsatz an Gapfiller reduziert werden und die Zellen 12 untereinander besser thermisch entkoppelt werden.
-
Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine funktionsintegrierte Schutzfolie für Batteriemodule bereitgestellt werden kann, die die Eigenschaften von Wärmeleitfähigkeit, mechanischem Schutz und elektrischer Isolierung kombiniert. Hierdurch lässt sich bei gleichem Bauraumbedarf das Batteriesystem besser kühlen und somit die Performance der Batterie verbessern.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102013225574 A1 [0003]
- DE 102011109208 A1 [0004]
