EP2356716A1 - Zellhalter, energiespeicherzelle, zellhalterstapel und mehrzellenenergiespeicher - Google Patents

Zellhalter, energiespeicherzelle, zellhalterstapel und mehrzellenenergiespeicher

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EP2356716A1
EP2356716A1 EP09749061A EP09749061A EP2356716A1 EP 2356716 A1 EP2356716 A1 EP 2356716A1 EP 09749061 A EP09749061 A EP 09749061A EP 09749061 A EP09749061 A EP 09749061A EP 2356716 A1 EP2356716 A1 EP 2356716A1
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EP
European Patent Office
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cell
cell holder
stack
energy storage
holder
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP09749061A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Nevzat Guener
Kilian Simbeck
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Aumovio Germany GmbH
Original Assignee
Continental Automotive Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the present invention relates to a cell holder for holding and receiving an energy storage cell or two energy storage cells. It is further directed to a provided with such a cell holder energy storage cell, a cell holder stack and provided with such a cell holder stack multi-cell energy storage.
  • the present invention relates to a cell holder for holding and receiving a lithium ion cell.
  • Lithium ion cells for energy storage for hybrid and electric vehicles are available in various designs.
  • One design is the so-called soft pack, in which the electrodes are packed with an aluminum composite foil. These cells have a cuboid shape and can be stacked compactly.
  • Such energy storage cells are combined to multi-cell energy storage or multi-cell batteries.
  • the individual cells are mechanically connected to a cell stack and packaged in a housing (battery housing).
  • a particular problem is the cooling of the individual cells.
  • such a connection of the cells to a cell stack with packaging in a housing with simultaneous cooling of the cells is still not satisfactorily resolved.
  • the present invention provides a solution to this problem. It is the object of the invention to provide a cell holder, the mechanical connection of the Cells and the compact packaging of the same in a housing with good cooling of the cells allows.
  • a cell holder for holding and receiving an energy storage cell or two energy storage cells, in particular of lithium ion cells, which in the form of a unilaterally or both sides open housing made of an electrically insulating material having a rear wall, in the a coolant channel is arranged, as well as adestoffzu melt- and adeffenab technologicalkanalabimposing, which are arranged on the housing and communicate with the coolant channel, is formed, wherein the housing has passages for the outlets of the cell and with tongue and grooveffensseinrich- lines is provided for attaching additional cell holders.
  • the solution according to the invention thus provides a cell holder which simultaneously performs a plurality of functions.
  • it provides mechanical protection for the cell because it surrounds the cell as a housing.
  • it ensures cooling of the cell, with the corresponding cooling devices being integrated into the cell holder.
  • it allows a mechanical connection of several cells to a mechanically stable cell stack, this connection being made possible by the intended tongue and groove connection devices.
  • the packaging is achieved in a housing, since the individual cell holders form a cell holder stack in the form of a closed energy storage or battery housing after fitting and closing the two end sides with corresponding end plates.
  • this inner housing formed by the cell stack can be provided with an outer housing.
  • a particular advantage of the inventively embodied cell holder is that it ensures good electrical insulation of the individual cells, in conjunction with a cooling of the same.
  • the provided for cooling purposes rear wall of the cell holder at the same time provides the desired electrical insulation.
  • the side walls of the housing take on corresponding insulating tasks. It is thus achieved in a compact manner simultaneous cooling and electrical insulation, since the cell holder housing can be formed with relatively small wall thicknesses.
  • a material for such a cell holder corresponding plastics are suitable, which are known in the art.
  • the cell holder according to the invention is in the form of a housing which is open on one or both sides. He can thus hold and record one cell or two cells.
  • the back wall provides for the cooling of these two cells, both adjacent to the back wall.
  • a coolant channel is arranged, which is flowed through by a coolant, in particular water, in the operating state of the cell holder.
  • the coolant channel is preferably designed so that a largely ganzflächi- ge cooling of the adjacent cell is achieved.
  • the coolant channel can form a so-called "flow field" and, for example, be meander-shaped in the rear wall.
  • Coolant channel provide adestoffzu 10%- anddeffenab110kanalabites, which are arranged on the housing of the cell holder, in particular on the upper side thereof. Leave these coolant supply and coolant discharge duct sections in the juxtaposition or stacking of a plurality of cell holders to adestoffzu Georgiakanal and adeffenab technologicalkanal composed that supply the coolant channels in the respective rear walls of the cell holder with coolant or dissipate coolant thereof.
  • Each cell holder is further provided with tongue and groove connection means by means of which further cell holders can be attached in order to form corresponding cell holder stacks.
  • These tongue-and-groove connection devices can be designed in various ways if they allow only a simple assembly or joining together of several cell holders. To realize, for example, projecting flanges on one side of a cell holder with grooves on the other side of another cell holder cooperate.
  • the housing is preferably of cuboid design and serves to receive a cuboid or two parallelepiped-shaped energy storage cells. Furthermore, the cell holder preferably has a holding foot portion with which attachment to an outer housing is possible.
  • the rear wall is expediently formed by a cooling plate, which consists of two parts, which are connected to one another on their outer side, wherein the coolant channel is preferably embossed in a plate part.
  • the cell holder preferably has a space for receiving or housing the associated electronics of the energy storage. Furthermore, the housing of the cell holder can have one or more depressions for arranging clamping devices. tions, for example tension bands, have, with these clamping devices a formed cell holder stack is held together.
  • Cell holder particularly suitable for lithium ion cells, which are designed as a soft pack.
  • Such lithium ion cells have a sealing edge with which an aluminum composite foil is welded. The sealing edge is folded so that it fits snugly against the cell. Overall, this results in a cuboid configuration of lithium-ion cells.
  • the inventively designed cell holder has a housing that can accommodate such a cell or two such cells, the arresters of the cell are guided by passages in the housing to the outside. These arresters are connected together after insertion of the cell or cells into the cell holder outside thereof.
  • the inventively provided tongue and groove connecting devices are suitably designed so that they can accommodate tolerances in the cell thickness by oversize.
  • the cell holders can be stacked in unlimited numbers one above the other, wherein the desired voltage of the multi-cell energy storage can be set via a series connection.
  • the present invention further relates to an energy storage cell, in particular a lithium-ion cell, which has a cell holder designed according to the invention.
  • the present invention relates to a cell holder stack comprising a multiplicity of according to the invention. It has cell holders, which are placed against one another via the tongue-and-groove connection devices.
  • a cell holder stack can be formed from any number of cell holders.
  • the cell stack preferably has two end plates provided with coolant supply and discharge ports for the coolant supply and discharge channels formed.
  • clamping devices which are preferably elastic.
  • tensioning devices may, for example, be tension straps which are or are arranged in the depressions provided on the housing of the cell holder.
  • such a cell holder stack preferably has a multiplicity of cell connectors for connecting the arresters to adjacent cells. In this way, the stacked cells can be connected in series.
  • the individual cell holders can be set apart for tolerance compensation at a distance from one another in order to be able to accommodate cells of different thicknesses.
  • the present invention relates to a multi-cell energy store or a multi-cell battery, which comprises a cell holder stack made of the present invention. having cell holders.
  • a multi-cell energy storage device can furthermore be provided with an outer housing which is fastened to the holding foot of the cell holder stack, this holding foot being formed by the plurality of holding foot sections of the individual cell holders.
  • the inventively designed cell holder thus makes it possible to build a mechanically stable cell stack, in particular for a hybrid or electric vehicle battery.
  • the individual cells are mechanically protected against external influences.
  • the corresponding cooling function is integrated in the stack.
  • the heat conduction path from the cell to the coolant is very short due to the preferably thinly formed rear walls of the cell holders, which results in very low temperature gradients.
  • the fact that the rear walls or cooling plates can be made very thin, resulting in a space advantage over other cooling concepts.
  • the cell inserted in a cell holder can be handled very easily by robots so that cell stacks can be built up automatically.
  • As a material for the cell holder can be used cheaper plastic. Since there are no metal parts on the cell holder, there are considerable advantages in terms of the required safety tests, since internal short circuits are prevented. Particularly noteworthy is the high-voltage resistance, which must be ensured for electric vehicles.
  • Figure 1 is a perspective view of a cell holder
  • FIG. 2 shows a three-dimensional representation of a cell holder stack
  • Figure 3 is a schematic plan view of a rear wall of a cell holder, wherein schematically shown in the rear wall coolant channel is shown;
  • Figure 4 shows a horizontal section through a part of a cell holder in conjunction with another cell holder.
  • the cell holder 1 shown schematically in a spatial view in Figure 1 has a housing open on one side, which is approximately rectangular in vertical section and has a rear wall 3 and an upper wall 20, two side walls 2 and a lower wall 21.
  • On the upper wall 20 are adeffenzu 1500kanalabites 5 and adeffenab technologicalkanalabites 6.
  • These two sections are in communication with a arranged in the rear wall 3 of the cell holder coolant channel (not shown), so that a suitable coolant, such as water, over the channel section 5 can be fed and introduced into the not shown coolant channel. After flowing through the coolant channel, the coolant is discharged via theméstoffabrioskanalabites 6 again.
  • the cell holder 1 has tongue and groove connection devices, via which it can be assembled with further corresponding cell holders to form a cell stack.
  • The- The tongue-and-groove connection devices are shown schematically at 7 (groove) and at 8 (bar).
  • the cell holder has at the lower ends of its side walls 2 holding foot sections 4, with which it can be attached to an outer housing.
  • the cell holder 1 shown in Figure 1 is for receiving a lithium ion cell, i. a so-called soft pack, which is accommodated in the free space shown at 30 in contact with the coolant flowing through the rear wall 3.
  • the cell holder is made of a suitable plastic material, which ensures a corresponding electrical insulation of the cell.
  • FIG. 2 shows a three-dimensional view of a cell holder stack composed of cell holders 1 of FIG.
  • This cell holder stack is composed of a plurality of cell holders 1, which are connected to each other via the tongue and groove Mattsseinrich-.
  • the cell holder stack is provided in the finished state with two end plates (not shown), thedeffenzu Technology- anddeffenab technological sexualen 5, 6 have.
  • the channel sections 5, 6 are also placed in a sealed manner so that continuous channels emerge, which communicate with the coolant channels 13.
  • grooves 11 are shown on the upper sides of the channels 5, 6, which serve to receive tension straps with which cell stacks are held together.
  • Cell connectors 12 ensure that the individual cells can be connected in series.
  • the corresponding arresters of cells that extending through the walls of the cell holders are not shown.
  • FIG. 3 shows a view of a rear wall 3 of a cell holder 1 with the front side removed. It can be seen that a meander-shaped coolant channel 13 is arranged within the rear wall 3, which forms a flow field and ensures largely uniform cooling of the rear wall 3.
  • the coolant passes from thedeffenzu Technologykanalabites 5 in the cooling passage 13, flows through this and enters thedeffenab technologicalkanalabites 6 and is discharged therefrom.
  • two coolant channel connections to the coolant supply channel section and two coolant channel connections to the coolant discharge channel section are illustrated. It is understood that, of course, differently shaped flowfields can be used.
  • FIG. 4 shows a horizontal section through part of a cell holder 1 in conjunction with another cell holder. It can be seen that in this case the rear wall 3 of the cell holder consists of two cooling plate sections, of which the inner cooling plate section 14 has the cooling channel 13, which is embossed in this cooling plate section. Both plate sections are welded together.
  • FIG. 4 shows the tongue and groove connection devices of the cell holders.
  • the illustrated cell holder 1 has a groove 15 in which engages a spring 16 (bar) of the adjacent cell holder.
  • the corresponding connection devices are designed such that they allow a certain tolerance compensation for cells of different thicknesses.
  • FIG. 4 shows that the adjacent cell holders are arranged at a distance from one another.

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Abstract

Es werden ein Zellhalter (1), eine Energiespeicherzelle, ein Zellhalterstapel und ein Mehrzellenenergiespeicher beschrieben. Der Zellhalter ist in der Form eines einseitig oder beidseitig offenen Gehäuses aus einem elektrisch isolierenden Material ausgebildet und weist eine Rückwand (3) auf, in der ein Kühlmittelkanal (13) angeordnet ist. Mehrere Zellhalter (1) lassen sich über Nut-Feder-Verbindungen (7,8) zu einem Zellhalterstapel zusammensetzen, der eine Vielzahl von Zellen aufnimmt. Mit Hilfe dieses Zellhalters (1) lässt sich eine gute Kühlung der aufgenommenen Zelle erreichen. Ferner sorgt er für eine gute elektrische Isolierung sowie einen guten mechanischen Schutz der Zelle. Der Zellhalter (1) ist insbesondere zur Aufnahme von Lithiumionen-Zellen in der Form von Softpacks geeignet.

Description

Beschreibung
Zellhalter, Energiespeicherzelle, Zellhalterstapel und Mehrzellenenergiespeieher
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zellhalter zum Halten und Aufnehmen von einer Energiespeicherzelle oder von zwei Energiespeicherzellen. Sie ist ferner auf eine mit einem derartigen Zellhalter versehene Energiespeicherzelle, einen Zellhalterstapel und einen mit einem derartigen Zellhalterstapel versehenen Mehrzellenenergiespeicher gerichtet.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere auf einen Zellhalter zum Halten und Aufnehmen einer Lithiumionen-Zelle. Lithiumionen-Zellen für Energiespeicher für Hybrid- und E- lektrofahrzeuge gibt es in verschiedenen Bauformen. Eine Bauform ist das sogenannte Softpack, bei dem die Elektroden mit einer Aluminium-Verbundfolie verpackt sind. Diese Zellen haben eine quaderförmige Bauform und lassen sich kompakt sta- peln.
Derartige Energiespeicherzellen werden zu Mehrzellenenergie- speichern oder Mehrzellenbatterien zusammengesetzt. Dabei werden die einzelnen Zellen zu einem Zellstapel mechanisch verbunden und in ein Gehäuse (Batteriegehäuse) verpackt. Ein besonderes Problem bildet dabei die Kühlung der einzelnen Zellen. Eine derartige Verbindung der Zellen zu einem Zellenstapel mit Verpackung in einem Gehäuse bei gleichzeitiger Kühlung der Zellen ist jedoch bis heute noch nicht zufrieden- stellend gelöst.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Lösung für dieses Problem zur Verfügung. Ihr liegt die Aufgabe zugrunde, einen Zellhalter zu schaffen, der eine mechanische Verbindung der Zellen und das kompakte Verpacken derselben in einem Gehäuse bei guter Kühlung der Zellen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Zellhalter zum Halten und Aufnehmen von einer Energiespeicherzelle oder von zwei Energiespeicherzellen, insbesondere von Lithium-ionen- Zellen, gelöst, der in der Form eines einseitig oder beidseitig offenen Gehäuses aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Rückwand, in der ein Kühlmittelkanal angeord- net ist, sowie einem Kühlmittelzuführ- und einem Kühlmittelabführkanalabschnitt, die am Gehäuse angeordnet sind und mit dem Kühlmittelkanal in Verbindung stehen, ausgebildet ist, wobei das Gehäuse Durchlässe für die Ableiter der Zelle aufweist und mit Nut-Feder-Verbindungseinrich-tungen zum An- setzen von weiteren Zellhaltern versehen ist.
Die erfindungsgemäße Lösung stellt somit einen Zellhalter zur Verfügung, der gleichzeitig mehrere Funktionen übernimmt. Zum einen bietet er einen mechanischen Schutz für die Zelle, da er als Gehäuse die Zelle umgibt. Zum anderen sorgt er für eine Kühlung der Zelle, wobei die entsprechenden Kühleinrichtungen in den Zellhalter integriert sind. Des Weiteren ermöglicht er ein mechanisches Verbinden von mehreren Zellen zu einem mechanisch stabilen Zellstapel, wobei diese Verbindung durch die vorgesehenen Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen ermöglicht wird. Schließlich wird die Verpackung in einem Gehäuse erreicht, da die einzelnen Zellhalter nach dem Aneinan- dersetzen und dem Verschließen der beiden Endseiten mit entsprechenden Endplatten einen Zellhalterstapel in der Form ei- nes geschlossenen Energiespeicher- bzw. Batteriegehäuses bilden. Des Weiteren kann dieses vom Zellstapel gebildete Innengehäuse mit einem Außengehäuse versehen werden. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäß ausgebildeten Zellhalters besteht darin, dass er für eine gute elektrische Isolierung der einzelnen Zellen sorgt, und zwar in Verbindung mit einer Kühlung derselben. Die zu Kühlzwecken vorgesehene Rückwand des Zellhalters sorgt gleichzeitig für die gewünschte elektrische Isolierung. In entsprechender Weise übernehmen die Seitenwände des Gehäuses entsprechende Isolieraufgaben. Es wird somit auf kompakte Weise eine gleichzeitige Kühlung und elektrische Isolierung erreicht, da das Zellhaltergehäuse mit relativ geringen Wandstärken ausgebildet sein kann. Als Material für einen derartigen Zellhalter sind entsprechende Kunststoffe geeignet, die dem Fachmann bekannt sind.
Der erfindungsgemäße Zellhalter ist in der Form eines einsei- tig oder beidseitig offenen Gehäuses ausgebildet. Er kann somit eine Zelle oder zwei Zellen halten und aufnehmen. Im Fall der gleichzeitigen Aufnahme von zwei Zellen sorgt die Rückwand für die Kühlung dieser beiden Zellen, die beide an die Rückwand angrenzen.
In der Rückwand ist ein Kühlmittelkanal angeordnet, der im Betriebszustand des Zellhalters von einem Kühlmittel, insbesondere Wasser, durchflössen wird. Der Kühlmittelkanal ist vorzugsweise so ausgebildet, dass eine weitgehend ganzflächi- ge Kühlung der angrenzenden Zelle erreicht wird. Der Kühlmittelkanal kann hierbei insbesondere ein sogenanntes „Flow- field" bilden und beispielsweise in der Rückwand mäanderför- mig ausgebildet sein.
Für die Zuführung und Abführung des Kühlmittels zum und vom
Kühlmittelkanal sorgen ein Kühlmittelzuführ- und ein Kühlmittelabführkanalabschnitt, die am Gehäuse des Zellhalters, insbesondere auf der Oberseite desselben, angeordnet sind. Diese Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführkanalabschnitte lassen sich beim Aneinanderreihen bzw. Stapeln von mehreren Zellhaltern zu einem Kühlmittelzuführkanal und einem Kühlmittelabführkanal zusammensetzen, die die Kühlmittelkanäle in den jeweiligen Rückwänden der Zellhalter mit Kühlmittel versorgen bzw. Kühlmittel hiervon abführen.
Jeder Zellhalter ist ferner mit Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen versehen, mittels denen weitere Zellhalter angesetzt werden können, um entsprechende Zellhalterstapel zu bilden. Diese Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen können verschiedenartig ausgebildet sein, wenn sie nur ein einfaches Zusammensetzen bzw. Zusammenstecken von mehreren Zellhaltern ermöglichen. Zur Realisierung können beispielsweise vorstehende Flansche auf der einen Seite eines Zellhalters mit Nu- ten auf der anderen Seite eines anderen Zellhalters zusammenwirken .
Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Zellhalter ist das Gehäuse vorzugsweise quaderförmig ausgebildet und dient zur Aufnahme von einer quaderförmigen oder von zwei quaderförmigen Energiespeicherzellen. Des Weiteren weist der Zellhalter vorzugsweise einen Haltefußabschnitt auf, mit dem eine Befestigung an einem Außengehäuse möglich ist.
Die Rückwand wird zweckmäßigerweise von einer Kühlplatte gebildet, die aus zwei Teilen besteht, welche an ihrer Außenseite miteinander verbunden sind, wobei der Kühlmittelkanal vorzugsweise in einen Plattenteil eingeprägt ist.
Zwischen den Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführkanalabschnitten weist der Zellhalter vorzugsweise einen Raum zur Aufnahme bzw. Unterbringung der zugehörigen Elektronik des Energiespeichers auf. Ferner kann das Gehäuse des Zellhalters ein oder mehrere Vertiefungen zur Anordnung von Spanneinrich- tungen, beispielsweise Spannbändern, besitzen, wobei mit diesen Spanneinrichtungen ein gebildeter Zellhalterstapel zusammengehalten wird.
Wie bereits erwähnt, ist der erfindungsgemäß ausgebildete
Zellhalter insbesondere für Lithiumionen-Zellen geeignet, die als Softpack ausgebildet sind. Derartige Lithiumionen-Zellen besitzen einen Siegelrand, mit dem eine Aluminium- Verbundfolie verschweißt ist. Der Siegelrand wird gefaltet, so dass er eng an der Zelle anliegt. Insgesamt ergibt sich auf diese Weise eine quaderförmige Ausgestaltung von Lithiumionen-Zellen .
Der erfindungsgemäß ausgebildete Zellhalter besitzt ein Ge- häuse, das eine derartige Zelle oder zwei derartige Zellen aufnehmen kann, wobei die Ableiter der Zelle durch Durchlässe im Gehäuse nach außen geführt sind. Diese Ableiter werden nach dem Einsetzen der Zelle oder der Zellen in den Zellhalter außerhalb desselben miteinander verbunden.
Die erfindungsgemäß vorgesehene Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen sind zweckmäßigerweise so ausgebildet, dass sie Toleranzen in der Zelldicke durch Übermaß aufnehmen können. Die Zellhalter können dabei in unbegrenzter Zahl übereinander gestapelt werden, wobei über eine Serienschaltung die gewünschte Spannung des Mehrzellenenergiespeichers eingestellt werden kann.
Die vorliegende Erfindung betrifft ferner eine Energiespei- cherzelle, insbesondere Lithiumionen-Zelle, die einen erfindungsgemäß ausgebildeten Zellhalter aufweist.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Zellhalterstapel, der eine Vielzahl von erfindungsgemäß ausgebil- deten Zellhaltern besitzt, welche über die Nut-Feder- Verbindungseinrichtungen aneinandergesetzt bzw. aneinander- gesteckt sind. Ein solcher Zellhalterstapel kann aus beliebig vielen Zellhaltern gebildet sein. Beim Aneinandersetzen der Zellhalter werden auch die Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführkanalabschnitte in abgedichteter Weise aneinandergesetzt, so dass durchlaufende Kühlmittelzuführ- bzw. Kühlmittelabführkanäle gebildet werden, die keine Leckverluste aufweisen. Zum Abschluss auf beiden Seiten besitzt der Zellhal- terstapel vorzugsweise zwei Endplatten, die mit Kühlmittelzuführ- und -abführanschlüssen für die gebildeten Kühlmittelzuführ- und -abührkanäle versehen sind.
Um den gebildeten Zellhalterstapel zusammenzuhalten, finden Spanneinrichtungen Verwendung, die vorzugsweise elastisch sind. Bei derartigen Spanneinrichtungen kann es sich beispielsweise um Spannbänder handeln, die in den am Gehäuse der Zellhalter vorgesehenen Vertiefungen angeordnet sind bzw. werden .
Ferner weist ein derartiger Zellhalterstapel vorzugsweise eine Vielzahl von Zellverbindern zum Verbinden der Ableiter von benachbarten Zellen auf. Auf diese Weise lassen sich die an- einandergesetzten Zellen in Serie schalten.
In einem derartigen, aus einer Vielzahl von Zellhaltern gebildeten Zellhalterstapel können die einzelnen Zellhalter zum Toleranzausgleich mit Abstand voneinander aneinandergesetzt sein, um auf diese Weise unterschiedlich dick ausgebildete Zellen aufnehmen zu können.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung einen Mehr- zellenenergiespeicher bzw. eine Mehrzellenbatterie, der bzw. die einen Zellhalterstapel aus den erfindungsgemäß ausgebil- deten Zellhaltern aufweist. Ein solcher Mehrzellenenergie- speicher kann ferner mit einem Außengehäuse versehen sein, das am Haltefuß des Zellhalterstapels befestigt ist, wobei dieser Haltefuß durch die Vielzahl der Haltefußabschnitte der einzelnen Zellhalter gebildet wird.
Der erfindungsgemäß ausgebildete Zellhalter ermöglicht es somit, einen mechanisch stabilen Zellstapel insbesondere für eine Hybrid- oder Elektrofahrzeugbatterie aufzubauen. In die- sem Zellstapel sind die einzelnen Zellen mechanisch gegen äußere Einflüsse geschützt. Die entsprechende Kühlfunktion ist in den Stapel integriert. Dabei ist die Wärmeleitstrecke von der Zelle zum Kühlmittel aufgrund der vorzugsweise dünn ausgebildeten Rückwände der Zellhalter sehr kurz, wodurch sich sehr geringe Temperaturgradienten ausbilden. Dadurch, dass die Rückwände bzw. Kühlplatten sehr dünn ausgeführt werden können, ergibt sich ein Bauraumvorteil gegenüber anderen Kühlkonzepten .
Die in einen Zellhalter eingebrachte Zelle lässt sich sehr einfach von Robotern handhaben, so dass sich Zellstapel automatisiert aufbauen lassen. Als Material für die Zellhalter lässt sich preisgünstiger Kunststoff verwenden. Da am Zellhalter keinerlei Metallteile vorhanden sind, ergeben sich in Bezug auf die geforderten Sicherheitstests beträchtliche Vorteile, da interne Kurzschlüsse verhindert werden. Besonders erwähnenswert ist die Hochvoltfestigkeit, die für Elektro- fahrzeuge gewährleistet sein muss.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles in Verbindung mit der Zeichnung im Einzelnen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine räumliche Darstellung eines Zellhalters;
Figur 2 eine räumliche Darstellung eines Zellhalter- stapeis;
Figur 3 eine schematische Draufsicht auf eine Rückwand eines Zellhalters, wobei schematisch der in der Rückwand angeordnete Kühlmittelkanal dargestellt ist; und
Figur 4 einen Horizontalschnitt durch einen Teil eines Zellhalters in Verbindung mit einem weiteren Zellhalter.
Der in Figur 1 schematisch in räumlicher Ansicht dargestellte Zellhalter 1 besitzt ein einseitig offenes Gehäuse, das im Vertikalschnitt etwa rechteckförmig ausgebildet ist und eine Rückwand 3 sowie eine obere Wand 20, zwei Seitenwände 2 und eine untere Wand 21 besitzt. Auf der oberen Wand 20 befinden sich ein Kühlmittelzuführkanalabschnitt 5 und ein Kühlmittelabführkanalabschnitt 6. Diese beiden Abschnitte stehen mit einem in der Rückwand 3 des Zellhalters angeordneten Kühlmittelkanal (nicht gezeigt) in Verbindung, so dass ein geeigne- tes Kühlmittel, beispielsweise Wasser, über den Kanalabschnitt 5 zugeführt und in den nichtgezeigten Kühlmittelkanal eingeführt werden kann. Nach Durchströmen des Kühlmittelkanals wird das Kühlmittel über den Kühlmittelabführkanalabschnitt 6 wieder abgeführt.
Ferner weist der Zellhalter 1 Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen auf, über die er mit weiteren entsprechenden Zellhaltern zu einem Zellstapel zusammengesetzt werden kann. Die- se Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen sind schematisch bei 7 (Nut) und bei 8 (Leiste) dargestellt.
Des Weiteren besitzt der Zellhalter an den unteren Enden sei- ner Seitenwände 2 Haltefußabschnitte 4, mit denen er an einem Außengehäuse befestigt werden kann.
Der in Figur 1 dargestellte Zellhalter 1 dient zur Aufnahme einer Lithiumionen-Zelle, d.h. eines sogenannten Softpacks, die im bei 30 dargestellten Freiraum in Kontakt mit der vom Kühlmittel durchflossenen Rückwand 3 untergebracht wird. Der Zellhalter besteht aus einem geeigneten Kunststoffmaterial, das für eine entsprechende elektrische Isolierung der Zelle sorgt .
Figur 2 zeigt eine räumliche Ansicht eines aus Zellhaltern 1 der Figur 1 zusammengesetzten Zellhalterstapels. Dieser Zellhalterstapel setzt sich aus einer Vielzahl von Zellhaltern 1 zusammen, die über die Nut-Feder-Verbindungseinrich-tungen miteinander verbunden sind. Der Zellhalterstapel ist im fertigen Zustand mit zwei Endplatten (nicht gezeigt) versehen, die Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführeinrichtungen 5, 6 aufweisen .
Durch das Aneinandersetzen der einzelnen Zellhalter werden auch die Kanalabschnitte 5, 6 in abgedichteter Weise an- einandergesetzt, so dass sich durchlaufende Kanäle ergeben, welche mit den Kühlmittelkanälen 13 in Verbindung stehen.
Ferner sind in Figur 2 Nuten 11 auf den Oberseiten der Kanäle 5, 6 gezeigt, die zur Aufnahme von Spannbändern dienen, mit welchen Zellstapel zusammengehalten wird. Zellverbinder 12 sorgen dafür, dass die einzelnen Zellen in Reihe geschaltet werden können. Die entsprechenden Ableiter der Zellen, die sich durch die Wände der Zellhalter erstrecken, sind nicht dargestellt .
Figur 3 zeigt eine Ansicht einer Rückwand 3 eines Zellhalters 1 mit entfernter Vorderseite. Man erkennt, dass innerhalb der Rückwand 3 ein mäanderförmiger Kühlmittelkanal 13 angeordnet ist, der ein Flowfield bildet und für eine weitgehend gleichmäßige Kühlung der Rückwand 3 sorgt. Das Kühlmittel gelangt vom Kühlmittelzuführkanalabschnitt 5 in den Kühlkanal 13, durchströmt diesen und gelangt in den Kühlmittelabführkanalabschnitt 6 und wird von dort abgeführt. In Figur 3 sind zwei Kühlmittelkanalanschlüsse an den Kühlmittelzuführkanalabschnitt und zwei Kühlmittelkanalanschlüsse an den Kühlmittelabführkanalabschnitt dargestellt. Es versteht sich, dass natürlich auch anders ausgebildete Flowfields zur Anwendung gelangen können.
Figur 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen Teil eines Zellhalters 1 in Verbindung mit einem weiteren Zellhalter. Man erkennt, dass hierbei die Rückwand 3 des Zellhalters aus zwei Kühlplattenabschnitten besteht, von denen der innere Kühlplattenabschnitt 14 den Kühlkanal 13 aufweist, der in diesen Kühlplattenabschnitt eingeprägt ist. Beide Plattenabschnitte sind miteinander verschweißt.
Ferner zeigt Figur 4 die Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen der Zellhalter. Der dargestellte Zellhalter 1 besitzt eine Nut 15, in die eine Feder 16 (Leiste) des benachbarten Zellhalters eingreift. Die entsprechenden Verbindungseinrichtun- gen sind so ausgebildet, dass sie einen gewissen Toleranzausgleich für unterschiedlich dick ausgebildete Zellen ermöglichen. Figur 4 zeigt, dass die benachbarten Zellhalter mit Abstand voneinander angeordnet sind.

Claims

Patentansprüche
1. Zellhalter zum Halten und Aufnehmen von einer Ener- giespeicherzelle oder von zwei Energiespeicherzellen, insbesondere von Lithiumionen-Zellen, in der Form eines einseitig oder beidseitig offenen Gehäuses aus einem elektrisch isolierenden Material mit einer Rückwand (3), in der ein Kühlmittelkanal (13) ange- ordnet ist, sowie einem Kühlmittelzuführ- und einem
Kühlmittelabführkanalabschnitt (5, 6) , die am Gehäuse angeordnet sind und mit dem Kühlmittelkanal (13) in Verbindung stehen, wobei das Gehäuse Durchlässe für die Ableiter der Zelle aufweist und mit Nut-Feder- Verbindungseinrichtungen (7, 8) zum Ansetzen von weiteren Zellhaltern (1) versehen ist.
2. Zellhalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelzuführ- und der Kühlmittelabführ- kanalabschnitt (5, 6) auf der Oberseite des Gehäuses angeordnet sind.
3. Zellhalter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkanal (13) in der Rück- wand (3) mäanderförmig ausgebildet ist.
4. Zellhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse quaderförmig ausgebildet ist und zur Aufnahme von einer quaderför- migen oder von zwei quaderförmigen Energiespeicherzellen dient.
5. Zellhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er mit einem Haltefußab- schnitt (4) versehen ist.
6. Zellhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückwand (3) von einer Kühlplatte gebildet ist, die aus zwei Teilen besteht, welche an ihrer Außenseite miteinander verbunden sind.
7. Zellhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er zwischen den Kühlmit- telzuführ- und Kühlmittelabführkanalabschnitten (5,
6) einen Raum (10) zur Aufnahme der zugehörigen E- lektronik aufweist.
8. Zellhalter nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass er auf der Oberseite der Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführkanalabschnitte (5, 6) eine Vertiefung (11) zur Aufnahme eines Spannbandes aufweist.
9. Energiespeicherzelle, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Zellhalter (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche aufweist.
10. Zellhalterstapel, der eine Vielzahl von Zellhaltern (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, die über die Nut-Feder-Verbindungseinrichtungen (7, 8) aneinandergesetzt sind.
11. Zellhalterstapel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass er zwei Endplatten aufweist, die den Stapel beidseitig abschließen.
12. Zellhalterstapel nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Endplatten mit Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführanschlüssen für die gebildeten Kühlmittelzuführ- und Kühlmittelabführkanäle versehen sind.
13. Zellhalterstapel nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass er mit Spanneinrichtun- gen zum Verspannen der Zellhalter (1) versehen ist.
14. Zellhalterstapel nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Vielzahl von Zellverbindern (12) zum elektrischen Anschließen von benachbarten Zellen aufweist.
15. Zellhalterstapel nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Zellhalter
(1) zum Toleranzausgleich mit Abstand voneinander an- einandergesetzt sind.
16. Mehrzellenenergiespeicher, dadurch gekennzeichnet, dass er einen Zellhalterstapel nach einem der Ansprüche 10 bis 15 aufweist.
17. Mehrzellenenergiespeicher nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Außengehäuse aufweist, das am Haltefuß des Zellhalterstapels befestigt ist.
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